Анализ и синтез систем разделения с учетом оптимальной схемы управления: На примере разделения углеводородных смесей С1-С7 Московского НПЗ
Алгоритмически задача синтеза схем разделения состоит в разработке и выборе методов ее анализа, оценки и оптимизации. На этапе анализа необходимо составить уравнения математического описания, задать параметры схемы, и в результате получить информацию о технологических режимах полученной схемы разделения. Оценка состоит в совместном использовании информации с предыдущего этапа и экономических… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Основные термины
- 1. 2. Программное обеспечение системы управления
- 1. 3. Автоматизация процесса ректификации
- 1. 4. Технологический расчет аппаратов разделения. Методы расчета
- 1. 5. Математическая модель ректификации
- 1. 6. Классификация и методы интенсификации работы теплообменного оборудования
- 1. 7. Расчет теплообменных аппаратов
- 1. 8. Экономический расчет синтеза схем разделения
- Выводы
- Глава 2. Основы проектирования схем разделения совместно с системой управления
- 2. 1. Системный анализ в решении задач синтеза схем разделения
- Принципы разработки схем разделения
- Этапы проектирования схем разделения
- 2. 2. Выбор способа ведения процесса
- Оптимизирующие переменные процесса разделения
- Анализ свойств компонентов смеси
- Исследования и методы расчета равновесия смеси
- 2. 3. Выбор технологической схемы разделения
- Этапы задачи синтеза схемы разделения
- Задача синтеза теплообменной аппаратуры
- 2. 4. Технологический расчет единиц оборудования
- 2. 5. Выбор технологической схемы разделения с учетом системы управления
- Глава 3. Анализ и синтез систем автоматического управления схем разделения
- 3. 1. Принципы построения и расчета систем автоматического управления схем разделения
- 3. 2. Расчет настроек регуляторов в одноконтурной системе автоматического управления
- 3. 3. Расчет настроек регуляторов в многоконтурных САР
- 3. 4. Системы регулирования объектов с запаздыванием и нестационарных объектов
- 3. 5. Предварительный выбор структуры системы регулирования и оценка параметров
- Выбор структуры САР и параметров регуляторов
- Способы определения параметров передаточных функций схемы регулирования
- Глава 4. Практическая реализация анализа и синтеза схем разделения с учетом схемы управления
- 4. 1. Постановка задачи
- 4. 2. Основные этапы проектирования технологических схем разделения с учетом системы управления
- Выбор структуры ХТС
- Синтез системы автоматического регулирования
- Расчет системы автоматического регулирования
- Исходные данные для синтеза САР
- Анализ и синтез САУ
- Получение и исследование оптимальной САУ
- 4. 3. Расчет теплообменной аппаратуры
- 4. 4. Анализ и синтез технологической схемы разделения. 159 Расчет и выбор технологического оборудования
Анализ и синтез систем разделения с учетом оптимальной схемы управления: На примере разделения углеводородных смесей С1-С7 Московского НПЗ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Большой рост мощностей технологических установок привел к появлению ряда проблем, связанных с оптимальным использованием внешних и внутренних энергоресурсов.
Поэтому при проектировании новых крупнотоннажных производств особое внимание должно быть уделено созданию точных методов расчета технологических и конструктивных параметров.
Отсюда следует важность поиска новых способов анализа и синтеза схем разделения, совершенствования методов математического обеспечения и внедрения их в практику конструкторских и проектных работ.
В связи с этим разработка теоретических основ создания более эффективных технологических схем с низким энергопотреблением представляет собой актуальную задачу для целей проектирования сложных объектов химической технологии и имеет большое народо-хозяйственное значение.
В дайной работе предлагается разработка методики совместного анализа и синтеза схем разделения и схемы управления с учетом рекуперации тепла.
Данную проблему проектирования предлагается рассматривать в 3 этапа :
— анализ и синтез схемы разделения, без учета схемы управления;
— синтез схемы управления;
— совместный синтез схемы разделения и схемы управления.
Задача синтеза схемы разделения является многоуровневой проблемой и сформулирована следующим образом:
— необходимо определить стратегию получения целевых продуктов разделяемой смеси;
— топологию технологической схемы разделения при оптимальном значении критерия эффективности производства.
На этапе расчета технологической схемы необходимо учитывать математическое описание объекта. Математическая модель схемы разделения позволяет выбрать из возможного множества решений — оптимальное решение по экономическому критерию.
В общем виде задача синтеза схем разделения следующая: имеется смесь веществ заданного состава и определенных физико-химических свойств, которую необходимо разделить. Задача разработки технологической схемы заключается в выборе схемы G из множества вариантов схем.
В данной работе предлагается алгоритм поиска оптимального проектного решения, а в качестве критерия эффективности функционирования схемы приняты приведенные затраты. На основе критерия сформирована оценочная функция.
Проблема синтеза схемы разделения многокомпонентных смесей состоит в том, что количество возможных вариантов схем увеличивается экспоненциально с ростом числа продуктов и способов их получения.
Основная исследовательская работа была направлена на снижение размерности задачи и создание алгоритма синтеза схем разделения с учетом оптимальной схемы управления.
К методу синтеза, рассматриваемому в данной работе, применяются следующие требования:
— сокращение пространства поиска до «узкой «области вариантов,.
— исключение необходимости генерации всех возможных вариантов схем,.
— обеспечение условий сохранности оптимального варианта схемы (исключение потери в процессе синтеза).
В работе используется сочетание метода ветвей и границ (для установления допустимых границ критерия оптимальности и отыскания оптимальной структуры в этой области) с эвристической функцией оценки стоимости схемы разделения с учетом рекуперации тепла и синтезом оптимальной схемы управления. Исходной информацией на этапе синтеза является:
— анализ статических связей между технологическими потоками с целью определения возможности проектирования системы управления,.
— анализ различных вариантов системы автоматического регулирования (САР) схем разделения,.
— определение оптимальной схемы регулирования.
На этапе анализа вариантов САР необходимо выполнить следующие задачи:
— исследование динамических свойств проектируемого объекта управления;
— выбор и настройку регуляторов всей схемы разделения и проектирование алгоритмов управления;
— оценка качества регулирования спроектированной системы;
— проведение предварительной экономической оценки САР.
При использовании сравнительного анализа статических связей между входными и выходными технологическими потоками, с учетом взаимосвязей между параметрами управления необходим предварительный синтез системы автоматического управления.
Алгоритмически задача синтеза схем разделения состоит в разработке и выборе методов ее анализа, оценки и оптимизации. На этапе анализа необходимо составить уравнения математического описания, задать параметры схемы, и в результате получить информацию о технологических режимах полученной схемы разделения. Оценка состоит в совместном использовании информации с предыдущего этапа и экономических данных для определения целевой функции. Оптимизация состоит в поиске наилучшего выбора переменных схемы разделения.
Анализ показал, что традиционный подход на стадии проектирования схем разделения имеет следующий недостаток: на стадии генерации оптимальных вариантов схемы необходимо учитывать выбор наилучшей схемы ХТС-САУ, осуществляемой на стадии синтеза систем автоматического регулирования.
Не учет стадии синтеза автоматического управления приводит к потере оптимальной схемы разделения.
Выводы по работе.
1. Разработан алгоритм синтеза схем разделения с учетом совместного синтеза ХТС-САУ.
2. Произведена оценка статических связей для всей технологической схем разделения смеси непредельных углеводородов (С[ - С7).
3. Произведена оценка динамических свойств проектируемого технологического процесса.
4. Получено описание элементов схем ХТС-САУ в виде передаточных функцийна их основании выбраны и настроены параметры регуляторов.
5. Сгенерирована схема разделения совместно с системой автоматического управления.
6. Сформированы и проанализированы оптимальные и квазиоптимальные схемы разделения с учетом подбора теплообменной аппаратуры и с учетом спроектированного комплекса ХТС-САУ.
7. Использование на стадии синтеза схемы разделения непредельных углеводородов (Q — С7) процедуры синтеза системы автоматического управления позволило получить оптимальную схему разделения с экономией энергоресурсов более чем на 30%.
Список литературы
- Анисгшов И. В., Бодров В. И., Покровский В. Б. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок. М.: Химия, 1975. 216 с.
- Анисимов И. В. Основы автоматического управления технологическими процессами нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Л., Химия, 1967. 408 с.
- Архипов Г. В. Автоматическое регулирование поверхностных теплообменников. М., Энергия, 1971. 304 с.
- Балакирев В. С., Володин В. М., Цирлин А. М. Оптимальное управление процессами химической технологии. М.: Химия, 1978.384 с.
- Баумштейн И. П. Автоматизированные системы управления тепловыми процессами в керамической и стекольной промышленности. JL: Стройиздат, 1979. 88 с.
- Бесекерский В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1975. 767 с.
- Борзенко И. М. Методология функционально-алгоритмического синтеза АСУТП. //Методические вопросы проектирования АСУ. М.: Энергоатомиздат, 1984.
- Борзенко И.М. Адаптация, прогнозирование и выбор решений в алгоритмах управления технологическими объектами. М.: Энергоатомиздат, 1984. 144 с.
- Вейцман К. Распределенные системы мини- и микро-ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1983. 382 с.
- Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. М., Энергия, 1980. 309 с.
- Вольтер Б. В., Софиев А. Э., Шатхан Ф. А. Автоматизация производства полиэтилена. М.: ЦНИИТЭИприборостроения, 1968.68 с.
- Гапеев В. В., Софиев А. Э. Функционально-алгоритмический синтез АСУТП химико-технологических производств непрерывного действия//Методические вопросы проектирования АСУ. М.: Энергоатомиздат, 1984.
- ГропД. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979. 302 с.
- Дудников Е.Г., Казаков А. В., Софиева Ю. Н., Софиев А. Э., Цирлин A.M. Автоматическое управление в химической промышленности. Под ред. Е. Г. Дудникова,. М.- 1987. 368 с.
- Дудников Е.Г. Основы автоматического регулирования тепловых процессов. М.- Госэнергоиздат, 1956. 246с.
- Дудников Е. Г., Балакирев В. С., Кривсунов В. П., Цирлин А. М. Построение математических моделей химико-технологических объектов. JL: Химия, 1970. 312 с.
- Дудников Е. Г., Левин А. А. Промышленные автоматизированные системы управления. М., Энергия, 1973. 193 с.
- Дианов В.Г. Автоматизация в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М., Химия, 1968. 328 с.
- Емельянов С. В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М.: Наука, 1967. 256 с.
- Изерман Р. Цифровые системы управления. М., Мир, 1984.
- Йцкович Э. Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин. М.: Энергия, 1975. 416 с.
- Клюев А.С. Автоматическое регулирование. М., Энергия, 1973.391 с.
- Клюев А.С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М., Энергия, 1973. 512 с.
- Королев Л. Н. Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение. М.: Наука, 1974. 255 с.
- Кротов В. Ф., Гурман В. И. Методы и задачи оптимального управления. М.: Наука, 1973. 446 с.
- Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983. 424 с.
- Мартин Дж. Организация базы данных в вычислительных системах. М.: Мир. 1980. 312 с.
- Мейер Б., Бодуэн К. Методы программирования, т. I. М.: Мир, 1982. 356 с.
- Моисеев Н. Н. Вычислительные методы оптимального управления. М.: Наука, 1972. 394 с.
- Мячев А. А. Организация управляющих вычислительных комплексов. М.: Энергия, 1980, 272 с.
- Островский Г. М., Береэюинский Т. А., Беляева А. Р. Алгоритмы оптимизации химико-технологических процессов. М.: Химия, 1978.294 с.
- Перов В.Л. Основы теории автоматического регулирования химико-технологических процессов. М., Химия, 1970. 352 с.
- Полоцкий Л.М., Лапшенков Г. И. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации. М.- Химия, 1982. 296 с.
- Плановский А.Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты хиимической и нефтехимической технологии. М.- Химия, 1975. 552 с.
- Понтрягин Л. С- Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мии^енко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Физматгиз, 1961. 376 с.
- Прангиилвили И. В. Микропроцессоры и локальные сети микро-ЭВМ в распределенных системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1985. 272 с.
- Ротач В. Я. Расчет настройки промышленных систем регулирования. М.: Госэнергоиздат, 1961. 340 с.
- Рэй У. Методы управления технологическими процессами. М.: Мир, 1983.368 с.
- Справочник по автоматизации и средствам контроля производственных процессов. Книга 5. М.: Недра, 1967. 956 с.
- Справочник по автоматизации и средствам контроля производственных процессов. Книга 6, М.: Недра, 1972. 696 с.
- Справочник проектировщика автоматизированных систем управления производственными процессами. /Под ред. Г. J1. Смилянского. М.: Машиностроение, 1983. 528 с.
- Стефаны Е. П. Основы построения АСУТП. М.: Энергия, 1982.352 с.
- Строганов Р. П. Управляющие машины и их применение. М.: Высшая школа, 1978. 264 с.
- Теория автоматического управления. Часть 1/Под ред. А. В. Нетушила. М.: Высшая школа, 1976. 400 с.
- Теория автоматического управления. Часть И. / Под ред. А. В. Нетушила. М.: Высшая школа, 1972. 432 с.
- Теория автоматического управления. / Под ред. А. А. Воронова. М.: Высшая школа, 1986. 504 с.
- Функционально-алгоритмический синтез АСУТП. Методические указания. МУ—25 607—83. М.: Издательство стандартов, 1985. 168 с.
- Цирлин А. М., Балакирев В. С., Дудников Е. Г. Вариационные методы оптимизации управляемых объектов. М.: Энергия, 1976. 372 с.
- Цирлин А. М. Оптимальные циклы и циклические режимы. М: Энергоатомиздат, 1985. 265 с.
- Цыпкин Я. 3. Основы теории автоматических систем. М.: Наука, 1977. 560 с.
- Численные методы условной оптимизации/Под ред. Ф. Гилла и У. Мюррей. М.: Мир, 1977. 290 с.
- Шенброт И. М., Антропов М. В., Давиденко К. Я. Распределенные АСУ технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985. 240 с.
- Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов. М.: Химия, 1974. 330 с.
- Шкатов Е. Ф. Автоматизация промышленной и санитарной очистки газов в химической промышленности. М.: Химия, 1981.86 с.
- Эрриот П. Регулирование производственных процессов. М.: Энергия, 1967. 480 с.
- Юсифов С. И. Особенности архитектуры и структуры микропроцессоров и микро-ЭВМ и их классификация. //Управляющие системы и машины. 1984. № 6.
- Кафаров В.В., Перов В. Л., Мешалкин В. П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. М.: Химия, 1974. 344 с.
- Кафаров В.В., Мешалкин В. П., Перов В. Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Химия, 1979. 320 с.
- Кафаров В.В., Перов В. Л., Бобров Д. А. Метод выбора оптимальной структуры тепловых подсистем химических производств на основе термоэкономического принципа. // Докл. АН СССР.1978. т. 239, № 2, с. 398−400.
- Кафаров В.В., Перов В. Л., Иванов В. А., Бобров Д. А. Системный подход к оптимальному проектиованию ХТС. //ТОХТ. 1972. т.6, № 6. С. 908−913.
- Кафаров В.В., Перов В. Л., Иванов В. А., Бобров Д. А. Декомпозиция ХТС с произвольной структурой.// Докл. АН СССР.1972. т. 207, № 1, с. 142−145.
- Гордеев Л.С., Кафаров В. В., Бояринов А. И. Оптимизация процессов химической технологии. М.: МХТИ, 1972. 251.с.
- Кафаров В.В., Ветохии В. И. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука, 1987.521 с.
- Кафаров В.В., Дорохов КН. Системный анализ процессов химической технологии: Основы стратегии. М.: Наука, 1976. 500с.
- Кафаров В.В., Ветохин В. Н. Декомпозиционный метод расчета технологических схем выделения целевых продуктов.// Изв. Вузов. Химия и хим. технология 1984.т.27,вып.4.с.470−474.
- Кафаров В.В., Бояринов А. И., Ветохин В. Н. Моделирование ректификационных установок в системе автоматизированного проектирования ХТП. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1975.Вып.9.с.81−103.
- Кафаров В.В., Бояринов А. И. Стратегия синтеза сложных схем ректификации многокомпонентных смесей.// Автоматизация химических производств. НИИТЭХИМ, 1975. Вып.6. с.36−41.
- Кафаров В.В., Ветохин В. Н. Синтез технологически- схемы разделения многокомпонентных смесей с рекуперацией тепла материальных потоков.// Докл. АН СССР. 1981. т.258, № 3. с.702−706.
- Комиссаров Ю.А., Гордеев Л. С., Вент Д. П. Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов. М.: Химия, 1997. 366 с.
- Бахвалов Н.С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. М.: Наука, 1987. 315с.
- Варгафтик Н.Б. Теплофизические свойства газов и жтдкостей. М.: Гостоптехиздат. 1960.
- Гималеев М.К., Теляков Э. Ш., Покровский В. Б. Совместное проектирование ректификационного объекта и системы управления.// ТОХТ. т.26, № 2, 1992.312 с.
- Горбатов B.C. Логическое управление технологическими процессами. М.: Энергия, 1978. 274с.
- Демиденко Н.Д., Ушатинская Н. П. Моделирование, распределенный контроль и управление процессами ректификации. Новосибирск: Наука, 1978. 286с.
- Демиденко Н.Д., Ушатинская Н. П. Моделирование, распределенный контроль и управление процессами ректификации. Новосибирск: Наука, 1978. 286с.
- Поспелов Д. А. Большие системы. Ситуационное управление. М.: Знание, 1975. 356с.
- Рид Р., Шервуд Г. Свойства газов и жидкостей. Л.:Химия, 1982.
- Справочник по теплообменникам.т.2.М.: Энергоатомиздат, 1987.352 с.
- Танаторов М.А., Кондратьев А. А. и др. Проектирование установок первичной перегонки нефти. М.: Химия, 1976., 245с.
- Татевский В.М. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов. М.: Гостоптехиздат. 1960.
- Теляков Э.Ш., Сергеев А. Д., Матюшко Б. Н., Резванов В. Н. Исследование работы блока газоразделения установки каталитического риформинга. Известия ВУЗов, нефть и газ, 1977,№ 3, с.53−57.
- Химмелъблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических нефтехимических процессах. Л.: Химия, 1973. 382с.
- Холланд Ч.Д. Многокомпонентная ректификация. М.: Химия, 1969. 349 с.
- Эберт К., Эдерер X. Компьютеры. Применение в химии. М.: Мир, 1988, 286с.
- James W.Hobbs. Constraint control of a Fractional distillation process. US Patent- 4,400,239. август № 23, 1983.
- R.G. Franks. Modelling and simulation in Chemical Engineering. Wiley, N.Y., 1972.
- E.Hale, J. Pick, V.Fried. Vapor-Liquid Equilibrium. Pergamon Press, 1958.
- R. V. Orye, J.M. Prausnit. Multi-Component Equilibrium. Ind. Eng, Chem., 57- № 5, 1965.
- E.J. Smoker. Analitic Determination of Plates in Fractionating Columns. Trans AIChE, 1938, 34, 165.
- P.L. Lee, G.R. Sullivan. Generic Model Control. Сотр. Chem. Eng., 1988, 12, 573.