Введение к работе
Актуальность работы. Адсорбциошю-десорбционные процессы часто применяются в химической промышленности. В частности, процесс многокомпонентной сорбции используется при извлечении углекислого газа из дымовых газов, образующихся при сжигании природного газа в различных технологических процессах. Полученный углекислый газ используют далее в парниковых установках для повышения урожайности растений.
Циклический режим организации процесса, взаимное влияние друг на друга нескольких сорбирующихся компонентов, явная неоднородность свойств среды внутри аппаратов, нестабильный состав и расход исходного газа, а также изменения температуры окружающей среды приводят к тому, что поиск оптимальных условий эксплуатации промышленного адсорбцион-но-десорбционного процесса экспериментальными методами сопряжен с большими трудностями.
Одним из современных способов повышения эффективности таких процессов является определение оптимального технологического режима с использованием математической модели, теории оптимального управления и современных средств вычислительной техники.
Разработкой математических моделей и поиском методов оптимизации адсорбционных процессов занимались многие исследователи. Однако в этих работах рассматривались процессы однокомпонентной сорбции, предполагалось, что сорбцией остальных, кроме одного, можно пренебречь. В данной работе рассматривается процесс многокомпонентной сорбции и приводятся методы описания и оптимизации процесса с учетом многокомпонентности.*
Цель работы. Разработка и апробация алгоритмов задач математического моделирования, оценки предельных возможностей процесса, а также поиска и уточнения оптимального технологического режима процесса двух-компонентной сорбции.
Научная новизна.
Предложена математическая модель процесса многокомпонентной сорбции, применимая для решения задачи оптимального управления.
Поставлена и решена задача оптимизации технологического режима, при котором максимизируется средняя концентрация извлекаемого газа на выходе установки при заданном коэффициенте извлечения с учетом технологических ограничений.
Работа выполнена в соответствие с Межвузовской научно технической программой «Теоретические основы химической технологии и новые принципы управления химическими процессами » 1994-1996 г.
Показано, что минимизация производимой энтропии приводит к повышению эффективности этого процесса — улучшению его показателей качества при фиксированных значениях остальных.
Предложены способы нахождения минимально возможного количества производимой энтропии в процессе многокомпонентной сорбции.
Предложен эффективный способ управления процессом путем программного изменения расхода воздуха.
Предложена постановка и алгоритм решения задачи оперативного управления процессом по данным текущей эксплуатации.
Практическая значимость. Разработанный пакет программ позволяет моделировать адсорбционно-десорбционный процесс с учетом сорбции нескольких компонентов, проводить параметрическую идентификацию модели, а также осуществлять поиск оптимального технологического режима. Предложенные алгоритмы оценки предельных возможностей процесса многокомпонентной сорбции позволяют повысить его эффективность.
Эти программы и алгоритмы могут быть применены для исследования и оптимального управления процессом извлечения углекислого газа из дымовых, а также для других аналогичных адсорбционно-десорбционных процессов. Разработанные алгоритмы программ апробировались с использованием экспериментальных данных, полученных на опытных установках в ГИАПе и переданы АОЗТ «Адсорбент-Технология» для использования при разработке адсорбционных установок разделения газов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Восьмой всероссийской конференции «Математические методы в химии» (г. Тула, 1993 г.), IV Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (г. Москва, 1994 г.), Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» (г. Новомосковск, 1997 г.), а также научно-технических конференциях и заседаниях научного семинара кафедры «Техническая кибернетика и автоматика» МГАХМа в 1993—1997 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня используемой литературы и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и 24 таблицы. Список литературы включает 78 наименований. Приложения объемом 15 машинописных страниц.