Введение к работе
Актульность темы. Важным направлением развития современной химической промышленности является повышение эффективности технологических установок путем интенсификации режимов их функционирования. В особенности это актуально для полимерных материалов, вследствие непрерывного расширения их областей применения.
Переход к крупнотоннажным трубчатым реакторам синтеза полиэтилена при высоком давлении (ПЭВД), функционирующим в интенсифицированном режиме, потребовал пересмотра ряда важных принципов, использовавшихся ранее при их создании и управлении. При этом для большинства объектов управления химической технологии с существенной распределенностью по пространству самым трудоемким и опасным процессом является процесс пуска. К трубчатым реакторам синтеза ПЭВД это относится в полной мере, ввиду высокой скорости реакции полимеризации этилена.
Высокая параметрическая чувствительность переменных процесса в интенсифицированных режимах увеличивает вероятность зарождения побочных реакций разложения этилена, развивающихся со скоростью взрыва. Однако, до сих пор ьлеханизмы зарождения реакций разложения в трубчатом реакторе синтеза ПЭВД исследованы недостаточно. Экспериментальный анализ этих механизмов затруднен ограниченностью информации поступающей с объекта и ее вторично-стью относительно реакций разложения этилена. Проведение численных экспериментов сопряжено с вычислительными трудностями, возникающими при включении в модель процесса уравнений газовой динамики.
Поэтому разработка новых методов исследования функционирования объектов управления с существенным распределением по пространству и новых методов управления ими в динамическом (пусковом) режиме приобретают особую актуальность.
Цель работы. Повышение эффективности функционирования трубчатого реактора полимеризации этилена при высоком давлении и оптимизация работы автоматизированного реактора в пусковом и динамическом режимах.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в качестве основного аппарата использовались методы математического моделирования, теории дифференциальных уравнений в частных производных и теории автоматического управления.
Научная новизна. На основе конструктивных особенностей многозонного трубчатого реактора синтеза ПЭЬД построена модель'динамики этого реактора, учитывающая основные реакции разложения мономера, позволяющая исследовать. механизмы зарождения и развития реакций разложния и, как следствие, аварийных ситуаций в трубчатом реакторе.
На основе численного эксперимента с использованием модели динамики процесса разложения этилена обоснованы два механизма
зарождения и развития реакций разложения в трубчатом реакторе синтеза ПЭВД.
Предложена модификация метода характеристик для численного интегрирования модели динамики трубчатого реактора полимеризации, позволяющая существенно сократить время расчета динамического режима.
Разработан метод определения функций и коэффициентов чувствительности по распределенному параметру для исследования особенностей теплообмена и скоростного режима реакционной смеси в трубчатом реакторе.
На основе математической модели динамики трубчатого реактора синтеза ПЭВД разработан метод и алгоритм его автоматизированного пуска.
Практическая значимость. Разработанные методы, алгоритмы и пакет прикладных программ использовались для расчета стационарных базовых режимов многозонных трубчатых реакторов установок "Пол-имир", функционирующих в интенсифицированном режиме. Предложенные в диссертации модель динамики процесса синтезз ПЭВД в трубчатом реакторе и методы исследования динамических характеристик использовались для составления пусковых и технологических регламентов реакторов типа "Пол'имир", и реализованы в АСУ -ТП "Полимир" в виде алгоритма автоматизированного пуска. Функции чувствительности по распределенным параметрам применялись для определения высокочувствительных участков температурного профиля по зонам трубчатого реактора. Результаты этого исследования позволили минимизировать длину высокочувствительных участков трубчатых реакторов, что упрощает процесс управления реактором и повышает его эффективность. На основе аппарата теории чувствительности предложен метод определения оптимального с точки зрения производительности расположения точки дополнительного ввода реакционной смеси в многозонном реакторе.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 12 научно-технических конференциях "Математические методы в химии", "Химреактор", "Теория инвариантности, теория чувствительности и их применения".
Публикации. По тематике диссертации опубликованы 21 печатная работа.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 5-ти глав, Выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 98 наименований.