Разработка инвариантных систем управления ректификационными установками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Абрамов, Кирилл Владимирович

• Абрамов, Кирилл Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абрамов, Кирилл Владимирович

Оглавление

Введение

Глава 1. Задачи автоматизации ректификационных колонн

1.1. Краткое описание технологии процесса

1.2. Современное состояние и проблемы управления ректификационными установками

1.3. Постановка задачи

1.3.1. Исследование ректификационной колонны как объекта управления

1.3.2. Выбор структуры системы управления

Глава 2. Разработка алгоритма логического управления

2.1. Планирование эксперимента по анализу рабочей области ректификационной установки

2.2. Моделирование статических режимов работы для трёх вариантов задачи управления

2.3. Исследование статических режимов ректификационных колонн при различных вариантах возмущений

2.4. Построение алгоритма логического управления

Глава 3. Вывод динамической модели ректификационной колонны

3.1. Вывод динамической модели отдельных секций колонны для расчёта инвариантной системы регулирования

3.2. Моделирование переходных процессов в системах регулирования уровня, давления и расходов

3.3. Исследование реакции колонны на периодические сигналы

Глава 4. Выбор структуры системы управления ректификационными

колоннами

4.1. Анализ чувствительности режимных параметров процесса к составу смеси

4.2. Сравнительный анализ промышленных систем регулирования

ректификационных установок

4.2.1. Локальные схемы регулирования отдельных параметров процесса

4.2.2 Схемы связанного регулирования ректификационных колонн

4.3. Алгоритм проектирования систем управления ректификационными установками

4.4. Структура АСУ и программа логического управления

4.5. Разработка учебно-тренировочного комплекса по курсу АТПП

Заключение

Используемая литература

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка инвариантных систем управления ректификационными установками»

Введение

Актуальность работы. Создание оптимальных систем управления ректификационными установками требует детального изучения физических свойств разделяемых смесей, анализа чувствительности измеряемых показателей состава продукта к режимным параметрам процесса, учёта реальных условий работы аппаратов.

Системы оптимального управления ректификационными установками требуют наличия непрерывных анализаторов состава в контуре управления и использования автономных систем регулирования составов верхнего и нижнего продуктов. Отсутствие непрерывных анализаторов состава для некоторых смесей и сложность настройки автономной системы регулирования для промышленных объектов приводит к тому, что решение такой задачи практически невозможно.

В последние годы появилась возможность для анализа технологического объекта на стадии проектирования использовать специализированные программные комплексы. Объединив в своей структуре полные модели технологических объектов, вычислительный комплекс позволяет проводить эксперимент на модели реального технологического аппарата и даёт возможность исследовать влияние различных возмущений на работу всей системы в целом. Особый интерес представляет моделирование и исследование различных режимов в ректификационных установках, которые являются одними из наиболее сложных технологических объектов управления из-за их многосвязности и большой инерционности.

Целью диссертационной работы является повышение точности

управления процессом ректификации за счёт применения разомкнутой

инвариантной системы регулирования в автоматизированной системе

управления (АСУ) ректификационными установками. В соответствии с данной

целью были поставлены и решены следующие задачи:

4

1. Разработка разомкнутой системы управления процессом массообмена в колонне, обеспечивающей инвариантность состава продуктов к колебаниям расхода и состава питания в широком диапазоне.

2. Разработка алгоритма логического управления и диагностики режимных параметров ректификационных колонн на основе анализа рабочей области промышленных установок.

3. Вывод динамической модели колонны для расчёта инвариантных систем регулирования.

4. Создание алгоритма проектирования инвариантной системы управления ректификационными установками.

5. Разработка методических рекомендаций по имитационному моделированию систем автоматического регулирования ректификационных колонн.

Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, статистической динамики, теории управления и имитационного моделирования.

Достоверность результатов работы подтверждает сопоставление расчётных и экспериментальных данных по режимным параметрам промышленной колонны для разделения смеси «этан-этилен». Режимные параметры имитационной модели сравнивались с проектными данными промышленной колонны; рабочая область по расходу и составу питания выбиралась по реализациям процессов в промышленной колонне, полученным в режиме нормальной эксплуатации; оценки времени запаздывания модели секционной части колонны сопоставлялись с характеристиками, полученными по взаимнокорреляционным функциям реальной колонны; установлено их качественное и количественное совпадение с характеристиками промышленной колонны.

На защиту выносится:

1. Динамическая модель ректификационной колонны для расчёта инвариантной системы управления.

2. Способ диагностики и алгоритм логического управления ректификационными установками в зависимости от возмущений по расходу питания и температуре на контрольной тарелке.

3. Алгоритм выбора структуры системы управления ректификационными колоннами на основе анализа физических свойств разделяемых смесей и внешних возмущений.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработана секционная модель динамики ректификационной колонны для расчёта инвариантной системы регулирования.

2. Предложен новый способ диагностики технологического режима в ректификационной установке по технологическим показателям процесса (расход питания, температура на контрольной тарелке), позволяющий провести коррекцию настройки системы управления колонной.

3. Предложен новый подход к разработке систем автоматизации ректификационных колонн с учётом чувствительности режимных параметров процесса к составу продуктов.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Предложена методика имитационного моделирования с использованием блочных моделей технологических аппаратов для разработки АСУ ректификационными колоннами при колебаниях по расходу и составу питания в широком диапазоне. Разработан учебно-тренировочный комплекс для студентов, обучающихся по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств». Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются при проведении практических занятий и выполнении курсовых и дипломных проектов в МГУИЭ.

Алгоритм программно-логического управления колоннами при

изменении параметров питания в широком диапазоне рассмотрен

6

ЗАО «Нефтехимпроект» с целью применения для разработки проектной и рабочей документации.

Алгоритм диагностики нарушений в технологическом процессе по режимным параметрам принят к внедрению в ООО «ГПИ СПЕЦАВТОМАТИКА».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на II Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 2011 г.), Втором инвестиционном фестивале «Экология для человека-семьи-общества: социально значимые молодёжные проекты» (Москва, 2011 г.), научная конференция студентов и молодых учёных МГУИЭ (Москва, 2010, 2011 г.)

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работы, из них 4 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура работы.

Во введении приведена краткая характеристика процесса ректификации как объекта управления, обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проанализированы основные работы, посвящённые современному состоянию и проблемам автоматизации управления ректификационными установками (школа Анисимова И.В., школа Дудникова Е.Г., Douglas А.Р., LePree J., Luyben W.L., и др.).

Основные направления современных исследований включают комплексную модернизацию АСУ ректификационными установками с целью минимизации энергозатрат на разделение смеси при изменении нагрузок в широком диапазоне и способы одновременного регулирования составов верхнего и нижнего продуктов.

Во второй главе приведена разработка алгоритма логического

управления ректификационной установкой на основе моделирования

7

статических режимов колонн для разделения смеси «метанол-вода» при возмущениях в пределах ± 10 % от проектных значений и для смеси «этан-этилен» в переделах ± 20 % от проектных значений. Рассмотрены три варианта основной задачи управления: стабилизация состава дистиллята, стабилизация производительности по дистилляту, стабилизация тепловой нагрузки на кипятильник. Проведён анализ рабочей области «этан-этиленовой» колонны при восьми вариантах возмущений при условии Сд — const; Тк — const.

Третья глава посвящена выводу секционной динамической модели ректификационной установки. Моделированию переходных процессов в системах регулирования уровня, давления, расхода. Исследованию реакции ректификационной колонны на периодические сигналы.

В четвёртой главе приводится алгоритм выбора структуры системы управления ректификационными колоннами на основе анализа физических свойств разделяемых смесей и внешних возмущений. Проанализирован способ контроля концентраций легколетучего компонента в смеси по косвенному параметру, в частности, по температуре кипения или по парциальному давлению. Разработана структура АСУ и программа логического управления ректификационной колонной. Представлен учебно-тренировочный комплекс для студентов, обучающихся по специальности ATI 111.

В приложении приводится описание методического обеспечения для учебно-тренировочного комплекса по курсу АТПП, текст программы логического управления колонной, результаты моделирования рабочей области промышленной колонны, копии актов о внедрении основных результатов работы.

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Инженерной Экологии на кафедре «Техническая кибернетика и автоматика».

Автор глубоко благодарен коллективу кафедры ТКА МГУИЭ за дружескую помощь и поддержку.

Автор искренне благодарен заведующему кафедры ТКА МГУИЭ доктору технических наук профессору Софиеву Александру Эльханановичу за ценные советы и замечания.

Автор выражает особую признательность научному руководителю кандидату технических наук доценту Софиевой Юлии Николаевне за постановку задачи и помощь в её решении.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Абрамов, Кирилл Владимирович

8. Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются для проведения практических занятий и выполнения курсовых и дипломных проектов в МГУИЭ.

Заключение

Исследование, выполненное в настоящей работе, показывает возможность применения разомкнутой инвариантной системы регулирования для повышения точности управления процессом ректификации. В соответствии с целью работы были решены следующие задачи:

1. Разработана разомкнутая система управления процессом массообмена в колонне, обеспечивающая инвариантность состава продуктов к колебаниям расхода и состава питания в широком диапазоне.

2. Разработан алгоритм логического управления и диагностики режимных параметров ректификационных колонн на основе анализа рабочей области промышленных установок.

3. Выведена динамическая модель колонны для расчёта инвариантных систем регулирования.

4. Разработан алгоритм проектирования инвариантной системы управления ректификационными колоннами на основе анализа физических свойств разделяемых смесей и реальных условий работы колонны. Алгоритм учитывает фактические источники возмущений, возможности непрерывного контроля состава смеси, целевое назначение установки, возможные способы контроля состава смеси.

5. Разработаны методические рекомендации по имитационному моделированию в ПМП СЬетСАБ систем автоматического регулирования ректификационных колонн.

6. Алгоритм программно-логического управления колоннами при изменении параметров питания в широком диапазоне рассмотрен ЗАО «Нефтехимпроект» с целью применения для разработки проектной и рабочей документации.

7. Алгоритм диагностики нарушений в технологическом процессе по режимным параметрам принят к внедрению в ООО «ГПИ СПЕЦАВТОМАТИКА».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абрамов, Кирилл Владимирович, 2012 год

Используемая литература

1. Плановский А.Н., Рамм В.М, Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологиям.:ГосХимИздат, 1962. - 848 с.

2. Айнштейн В.Г., Захаров М.К. Сорбционная ректификация (постановка проблемы), Химическая промышленность №11, 2001, стр. 23-27.

3. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Минеев Н.Г., Лаптева Е.А., Кудряшов В.Н., Мухитов И.Х., Хуснуллин М.Г., Аскаров И.Г. Повышение эффективности ректификационных колонн в производстве этаноламинов, Химическая промышленность сегодня №7, 2007, стр. 354-360.

4. LePree J., Column Internals: The Next Big Thing, Chemical Engineering №6, 2011, pages 22-26.

5. LePree J. Separation: More, More, Chemical Engineering №7, 2009, pages 2024.

6. Зельвенский Я.Д. Пути энергосбережения при разделении смесей ректификацией, Химическая промышленность №5, 2001, стр. 21-27.

7. Захаров М.К., Ряднинская Н.В. О затратах теплоты при разделении бинарных смесей методами перегонки, Вестник МИТХТ, 2006. Том I. Номер 2. Теоретические основы химической технологии, стр. 63-67.

8. Захаров М.К. Энергозатраты и энергосбережение при разделении жидких смесей методами перегонки, Вестник МИТХТ, 2009. Том IV. Номер 1. Теоретические основы химической технологии, стр. 60-63.

9. Захаров М.К., Довбиш A.A. Энергозатраты и энергосбережение при ректификации бинарных и трехкомпонентных смесей, Вестник МИТХТ, 2010. Том V. Номер 6. Теоретические основы химической технологии, стр. 9-12.

10.Luyben W.L., Steady-State Energy Conservation Aspects of Distillation Column Control System Design, Industrial & Engineering Chemistry

Fundamentals 14(4), 1975, pages 321-325.

129

И.Сиротин С.А. Универсальный метод расчёта трёхфазной ректификации, Химическая промышленность сегодня №12, 2008, стр. 44-48.

12.Liano-Restrepo М. and Aguilar-Arias J., Modeling and simulation of saline extractive distillation columns for the production of absolute ethanol, Computers & Chemical Engineering, Vol. 27, Issue 4, 2003, pages 527-549.

13.Гилязетдинов И.М., Радостев А.Ю. Энергосбережение при брагоректификации пищевого спирта, Ликероводочное производство и виноделие № 1-2, 2010, стр. 12-13.

14.Douglas А.Р. and Hoadley A.F.A., A process integration approach to the design of the two- and three-column methanol distillation schemes, Applied Thermal Engineering, Vol. 26, Issue 4, 2006, pages 338-349.

15.Zhanga J., Liang S. and Feng X., A novel multi-effect methanol distillation process, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Vol. 49, Issue 10, 2010, pages 1031-1037.

16.Broll J., Rix A., Gelbe H. Nonlinear model-based feedforward control of distillation columns, Chemical Engineering & Technology, Vol. 18, № 3, 2004, pages. 178-182.

17.Diehl M., Findeisen R., Schwarzkopf S., Uslu I., Allgower F., Bock H.G., Gilíes E.D., Schlóder J.P. , An efficient algorithm for nonlinear model-predictive control of large scale systems. Part 2. Experimental evaluation for a distillation column №1, 2003, pages 22-29.

18.Rueda A., Cristea S., de Prada C., De Keyser R. Non-linear predictive control for a distillation column, Proceedings 44 IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2005, pages 5155-5161.

19.Porfirio C.R., Odloak D., Optimizing model predictive control of an industrial distillation column, Control Engineering Practice, Vol. 19, Issue 10, 2011, pages 1137-1146.

20.Wenxiang L., Ying Z., Dexian H., Yongheng J., Yihui J., A new strategy of integrated control and on-line optimization on high-purity distillation process, Chinese journal of chemical engineering, Vol. 18, Issue 1, 2010, pages 66-79.

21.Pinak P., Subhabrata R., Amar N., Nonlinear control of high purity distillation column under input saturation and parametric uncertainty, Journal of process control, Vol. 19, Issue 1,2009, pages 75-84.

22.Haggblom K.E., Boiling J.M., Multimodel identification for control of an ill-conditioned distillation column, Journal of process control, Vol. 8, Issue 3, 1998, pages 209-218.

23 .Николаев A.H., Радостев А.Ю. Реальная эффективность колонн, Ликероводочное производство и виноделие № 8, 2007, стр. 15-19.

24.Bell J.A., Bouck D., Farone J.P. Reboiler circuits for trayed columns, Chemical Engineering №1,2011, pages 26-35.

25.Kister H.Z., Chaves M.A. Kettle Troubleshooting, Chemical Engineering №2, 2010, pages 26-33.

26.Summers D. Distillation Tray Design, Chemical Engineering №6, 2010, page 27.

27.Summers D. Dry tray pressure drop of sieve trays, Chemical Engineering №6, 2009, page 36-39.

28.Torzewski K., Tray column design, Chemical Engineering №1, 2009, page 29.

29.Сайфутдинов А.Ф., Нестеров Г.А., Калашников A.A., Корабельников А.Ю. Синтез ректификационной технологии Линас и современной промышленной автоматики в нефтепеработке, Автоматизация в промышленности №6, 2004, стр. 41-43.

30.Сайфутдинов А.Ф., Бекетов О.Е., Ладошкин B.C., Нестеров Г.А. Ректификационная технология Линас. Путь к созданию высокорентабельных производств, Вестник химической промышленности №4,2002, стр.26-41.

31.Шевчук В.П., Агринская С.А., Филатова С.О. Система управления эффективностью работы ректификационной колонны тарельчатого типа, Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика №7, 2010, стр. 34-37.

32.Агринская С.А. Разработка и исследование алгоритмов управления температурным профилем ректификационной колонны тарельчатого типа: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: М, 2011.

33.Фурманов А.С. Фактор разделения колонны для получения веществ особой чистоты методом перегонки, Химическая промышленность №3, 2001, стр. 23-24.

34.Jacobsen, Е. W., Skogestad, S., Multiple Steady States in Ideal Two-Product Distillation. American Institute of Chemical Engineers Journal, Vol. 37, №4, 1991, pages 499-511.

35.Kohler S.D., Padmanabhan L., Murphy E.C., Silveri L.P. and Florez M.R. Distillation back mixing: Impact on batch yields, Chemical Engineering №4, 2011, pages 40-43.

36.Радостев А. Ю. Извлечение метанола из спирта, Ликероводочное производство и виноделие № 3,2008, стр.24-26.

37.Радостев А. Ю. Энергосберегающие схемы БРУ, Ликероводочное производство и виноделие № 1,2009, стр. 17-19.

38.Biddulph M.W. Efficiencies in a ternary sieve tray distillation column, Gas Separation & Purification, Vol. 1, Issue 2, 1987, pages 90-93.

39.Щеголев B.B. Классификация колонных аппаратов. Интенсификация процессов тепло и массообмена при проведении процессов ректификации, Химическая промышленность №8, 2005, стр. 389-396.

40.Брусов В., Зимина О., Морозовский М. Особенности реализации АСУ ТП стадии непрерывной этерификации в производстве бутилацетата,

Современные технологии автоматизации №2, 1998, стр. 30-32.

132

41.Антропов Д., Петров Т., Лннник В. Автоматизированная система управления брагоректификационной установкой, Современные технологии автоматизации №1, 2004, стр. 36-41.

42.Гунько А., Комиссаров И., Дорофеев А. Комплексный подход к построению систем управления технологическими процессами производства спирта Современные технологии автоматизации №1, 2006, стр. 34-38.

43 .Кириллов Е.А. Система автоматического управления и регулирования технологическими процессом брагоректификации, Промышленные АСУ и контроллеры №1, 2001, стр. 17-23.

44.Леонтьев B.C. Компьютерное моделирование процессов ректификации, Химическая промышленность №7, 2005, стр. 334-346.

45.Taylor R., Kooijman Н.А. and Hung J.-S., A second generation nonequilibrium model for computer simulation of multicomponent separation of multicomponent separation processes, Computers & Chemical Engineering., Vol. 18, Issue 3, 1994, pages 205-217.

46.Resetarits M., Earthquake fractionation, Chemical Engineering №1, 2011, page 24.

47.DÍ Mascio R., Barton G.W., and Romagnoli J.A. Model-based control of an industrial distillation column, Institution of Engineers, Australia, National conference publication, 1992, pages 309-315.

48.Robles-Zapiain S., Segovia-Hernandez J.G., Bonilla-Petriciolet A., Maya-Yescas R., Energy-efficient complex distillation sequences: control properties, Canadian Journal of Chemical Engineering, 2008, pages 249-259.

49.Finco, M.V., Luyben, W.I., Polleck, R.E., Control of Distillation Columns With Low Relative Volatilities, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 28, №1, 1989, pages 75-83.

50.Barolo M., Papini C.A. Improving dual composition control in continuous distillation by a novel column design, American Institute of Chemical Engineers Journal, Volume 46, Issue 1, 2000, pages 146-159.

51.Henry R.M. and Mujtaba I.M. Distillation Column Control: the use of feed temperature to respond to modest variations in feed composition, Computers & Chemical Engineering, Supp. 23, 1999, pages 265-268.

52.Papastathopoulou H.S., Luyben W.L., Tuning controllers on distillation columns with the distillate-bottoms structure, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.29, №9, 1990, pages 1859-1868.

53.Hori E.S. and Skogestad S., Selection of Control Structure and Temperature Location for Two-Product Distillation Columns, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 85, Issue 3, 2007, pages 293-306.

54.Luyben W.L., Effect of feed composition on the selection of control structures for high-purity binary distillation, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals 44, 2005, pages 7800-7813.

55.Skogestad S. and Morari, M., A systematic approach to distillation column control, Chemical Engineering Progress Symposium Series, 1987 pages 71-86.

56.Skogestad S., Dynamics and control of distillation columns: a tutorial introduction, Trans Icheme Journal, 75(A6), 1997, pages 539-562.

57.Skogestad S., Lundstrom P. and Jacobsen E.W., Selecting the best distillation control configuration, American Institute of Chemical Engineers Journal, 36(5), 1990, pages 753-764.

58.Skogestad S., Plantwide control: the search for the self optimizing control structure, Journal of Process Control, 10(5), 2000, pages 487-507.

59.Wolff E.A. and Skogestad S., Temperature cascade control of distillation columns, industrial & engineering chemistry research., 35 (2), 1996 pages 475^484.

60.Roat S.D., Moore C.F., and Downs J.J., A steady state distillation column control system sensitivity analysis technique, Proceedings IEEE Southeast Con, 1988, pages 296-300.

61.Chew M., Jones W.E. & Wilson J.A. Distillation column control using the whole temperature profile, Symposium series No. 152 School of Chemical, Environmental & Mining Engineering University of Nottingham, 2006, pages 600-609.

62.Luyben W.L., Evaluation of criteria for selecting temperature control trays in distillation columns, Journal of Process Control №16, 2006, pages 115-134.

63.Yu C.C., Lyiben W.L. Control of multicomponent distillation columns using rigorous composition estimators, Chemical Engineering Progress Symposium Series, Vol.104, 1988, pages 29-68.

64.Shunta J. P., and Luyben W. L., Dynamic Effects of temperature control tray location in distillation columns, American Institute of Chemical Engineers Journal, Vol. 17, №1, 1971, pages 92-96.

65.Batista Fabio R.M. and Meirelles Antonio J.A., Computer simulation applied to studying continuous spirit distillation and product quality control, Food Control, Volume 22, Issue 10, 2011, pages 1592-1603.

66.Mahoney D.P. and Fruehauf P.S., An integrated approach for distillation column control design using steady state and dynamic simulation, ISA Transactions, 1995, pages 1-12.

67.Zumoffen D., Garyulo L., Basualdo M. and Jimenez L., Predictive functional control applied to multicomponent batch distillation column, European Symposium on Computer Aided Process Engineering-Elsevier Science, 2005, pages 15-25.

68.Гартман, Т.Н. Управление производством: моделирующая программа ChemCad, The Chemical Journal №1, сентябрь 2002, стр. 44-46.

69.Гартман Т.Н., Малиновский В.А. Компьютерное моделирование узла ректификации в производстве изоропиленбензола с целью экономии энергозатрат, Химическая промышленность №10,2002, стр. 48-50.

70.Гартман Т.Н., Малиновский В.А. Методика подбора данных для изучения бинарных и многокомпонентных смесей в целях их разделения, Вторая Всероссийская научная internet-конференция «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках», апрель-май 2001, стр. 62-63.

71.0шовский В.В., Сысоев А.Ю., Охрименко Д.И., Применение компьютеризированной системы моделирования в процессе обучения студентов химиков-технологов на примере расчёта абсорбционной схемы очистки газа от сероводорода, HayKOBi пращ Донецького нацюнального техшчного ушверситету. Сер1я: Xiмiя i xiMi4Ha технолопя №14, 2010, стр. 169-178.

72.Руководство пользователя: ПМП ХЕМКАД CC-STEADY STATE и СС-ВАТСН. Руководство по обучению работе с программой.

73.Jacobsen E.W. and Skogestad S., Multiple Steady-States in Ideal Two ProductDistillation, American Institute of Chemical Engineers Journal, Vol. 3 0, №4, 1991, pages 499-511.

74.Fruehauf P.S. and Mahoney D.P., Distillation column control design using steady state models: Usefulness and limitations, ISA Transactions, Vol. 32, Issue 2, 1993, pages 157-175.

75.Skogestad S. and Morari M. The dominant time constant for distillation columns, Computers & Chemical Engineering. №11,1987, pages 607-617.

76.Skogestad S., Jacobsen E. W., Morari M., Inadequacy of steady state analysis for feedback control, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 29, №12, 1990, pages 2339-2346.

77.Дудников Е.Г. Автоматическое управление в химической

промышленности: учебник для вузов - М.: Химия, 1987. - 386 с.

136

78.Кривсунов В.Н. Математическое описание и изучение статики и динамики тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарных смесей: дисс. канд. техн. наук: защищена 1963. М, 1963.

79.Софиева Ю.Н. Исследование динамики промышленных ректификационных колонн статистическими методами: дисс. канд. техн. наук: защищена 1966. М, 1966.

80.Абрамов К.В., Смирнов В.Н., Софиева Ю.Н. Программно-логическое управление ректификационными колоннами // Инженерный Вестник Дона (электронный журнал) № 1, 2012.

81.Абрамов К.В., Софиева Ю.Н. Разработка инвариантной системы управления процессом ректификации // ПРИБОРЫ №3(96), 2012 - с.

82.Longwell E.J., Dynamic modeling for process control and operability, Proceedings of the 1993 ISA International Conference, olume 33, Issue 1, 1994, pages 3-10.

83.Skogestad S., Dynamics and control of distillation columns - A Critical Survey, Preprints IF AC Symposium DYCORD+'92,1992, pages 1-25.

84.Руководство пользователя: ПМП ХЕМКАД CC-DYNAMICS. Моделирование динамики протекания технологических процессов.

85.Софиева Ю.Н., Софиев А.Э. Теория управления: Текст лекций. М.: МГУИЭ, 2002. 184 с.

86.Торгашов А.Ю. Итерационный синтез робастного многомерного ТТИД-регулятора для управления реакционно-ректификационной колонной, Проблемы управления № 4, 2006, стр. 26-31.

87.Hapoglu Н., Balas С.Е., Wardle А.Р. Self-tuning and conventional control of an industrial scale packed distillation column, Turkish Journal of Engineering & Environmental Sciences, Vol. 22, 1998, pages 1-8.

88.Skogestad S., Simple rules for model reduction and PID controller tuning, Journal of Process Control, 23, 2003, pages 291-309.

89.Yang J. Optimization-based PI/PID control for f binary distillation column [Электронный ресурс] // American Control Conférence 8-10, 2005. -Режим доступа:

http ://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/accO 5/PDFs/Papers/0651 _FrA08_2.pdf

90.Абрамов K.B. Методика определения коэффициентов ПИД-контроллера при моделировании автоматизированных систем управления ректификационной колонной с применением пакета ChemCAD // Инженерный Вестник Дона (электронный журнал) № 2,2011.

91.Софиева Ю.Н., Абрамов К.В. Применение пакета моделирующих программ ChemCAD в учебно-тренировочных комплексах для изучения систем автоматизации ректификационных установок // Инженерный Вестник Дона (электронный журнал) № 1,2012.

92.Roffel В., Betlem В., Blouw R. A comparison of the performance of profile position and composition estimators for quality control in binary distillation [Электронный ресурс] // Computers & Chemical Engineering, 27, 2003, pages 199-210. - Режим доступа:

http://itm.eldoc.ub.rug.nl/FILES/rootTBK/2003/CompChemEngRoffel/2003Co mpChemEngRoffel.pdf

93.Эрриот П. Регулирование производственных процессов. Пер. с англ., М., «Энергия», 1967. 480 с.

94.Дробанцу И. Применение электронно-моделирующих устройств для исследования и решения некоторых задач автоматического регулирования тарельчатых ректификационных колонн, разделяющих бинарные смеси: дисс. канд. техн. наук: защищена 1964. М, 1964.

95.Анисимов И.В., Бодров В.И., Покровский В.Б. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок. М.: Химия, 1975,216 с.

96.Non-Par a.s. Steady state and dynamics process simulator integrated with multi-discipline solution and SCADA systems [Электронный ресурс] // The book of examples, 2002. - Режим доступа:

http://www.scribd.eom/doc/51059579/4/Dynamics-Full-Control-Model-of-Continuous-Distillation-Column

Основные обозначения

Технологические:

/у - расход исходной смеси, кг/час

Су - состав исходной смеси, массовые доли

- расход дистиллята, кг/час Сд - состав дистиллята, массовые доли Рк - расход кубовой жидкости, кг/час Ск - состав кубовой жидкости, массовые доли Р^ - расход греющего пара, кг/час Р^„ - расход хладагента, кг/час Рфл - расход флегмы, кг/час Яфл - флегмовое число Тк - температура на контрольной тарелке, °С Ь - уровень кубовой жидкости, м Р - давление в колонне, Бар (2 - тепловая нагрузка кипятильника, МДж/час (1С ~ тепловая нагрузка конденсатора, МДж/час / - тарелка питания I - общее обозначение номера тарелки п - общее число тарелок колонны т - общее количество тарелок в секции Т - средняя постоянная времени одной тарелки, мин М - масса жидкости, кг

Р - коэффициент массоотдачи, рассчитанный на единицу V - количество пара, исходящего с тарелки, кг/час т - время запаздывания, мин у - коэффициент пропорциональности

77 - эффективность массообмена на тарелке V - скорость пара в колонне х - состав жидкости на тарелке у — состав пара на тарелке V— расход пара по колонне, кг/час ^ - расход жидкости, кг/час

Ку - коэффициент массопередачи, рассчитанный на единицу

5 - эффективная площадь тарелки, мм2

и - величина уноса

к - энтальпия жидкости, Дж/моль

Н - энтальпия пара, Дж/моль

5 - отклонение, %

Автоматика:

\f\Zj - передаточная функция тарелки питания

\¥0 - передаточная функция куба и кипятильника колонны

И^ - передаточная функция нижней части тарельчатой колонны

Шв - передаточная функция верхней части тарельчатой колонны

Жп+1 - передаточная функция дефлегматора со сборником флегмы

х - вход

у - выход

и - управление

г - возмущение

к — компенсатор

Як - передаточная функция динамического компенсатора

РВ - коэффициент усиления

"Гг - время интегрирования, сек

Тй - время дифференцирования, сек

Сх - пропорциональная составляющая

С0 - интегральная составляющая С2 - дифференциальная составляющая Т * - период незатухающих колебаний КГ— расходомер ЕС - регулятор расхода

-программный модуль вычисления запаздывания регулирования ТТ— датчик температуры

ТУ- программный модуль вычисления изменения температуры РС - регулятор давления ЬС - регулятор уровня ЕУ- регулирующий клапан

- блок сравнения расходов О^С — анализатор состава Индексы:

/ - для величин, относящихся к тарелке питания

г - для величин, относящихся к тарелке

п - для величин, относящихся к верхней тарелке

п + 1 - для параметров дистиллята

сI - для величин, относящихся к дистилляту

к - для величин, относящихся к кубу

ху - для величин, относящихся к возмущению

иу - для величин, относящихся к управлению

н - для величин, относящихся к нижней части колонны

в - для величин, относящихся к верхней части колонны

кр - критический

рег - регулирование

дин - динамический

сгп - статический