Введение к работе
Актуальность работа. Основные продукты разделения воздух» -азот, кислород и аргон находят широкое применение в различных отраслях прокдадэнностз: радаоалвістроннке, в черной и цветной цэталлургии, химической пронняленностз, энергетике и ракетной технике, a T8KSB в кэднцннв и сельском хозяйстве при хранении и перевозке ШЕ59ВНХ продуктов.
Наиболее экономичным н распространенным прошшиюнннм сносе—' боа получения азота, кислорода, аргона п других продуктов явля -ется низкотемпературная ректификация воздуха осуществляемая в воздухораздолггалышх установках (ВРУ). Около 90 используелих продуктов разделэнвя воздуха получается на энергоемких установках большой производитвльностн, среда которых особое место зани-кают ВРУ для совместного получения азота, кислорода н аргона.
Потребление продуктов разделения в условиях реального производства ниэет переданный хврактер, а воздухораздвлительные установка работают, как правило, в режиме постоянной производительности, поскольку отечественные системы управления позволяют лишь стабилизировать воминальвзЗ технологический регим. Такое нвеоответствиэ иэзет привести, с одной стороны, к невыполнензв заказов потребителей, а с другой, при большей, чем требуется выработке цвлэЕых продуктов - к значительна потерям энергия на пронзводство "ненугного" продукта.
Естественно, что в условиях Евобходдаости экономна ресурсов п алектрознвргаи, особенно з условиях ршка, при возшзгом кэсо-отЕэтстнЕП кэзду производством и потрэблэкиэа продуктов разделения, актуальной является задача определения оптигалькнх режимов ВРУ, рвализацая которых обеспечивает получение нужных количеств продуктов трзбуешго качества.
Настоящая работа продолгавт исследования, посмщэеенэ рзшо-Hsa этой задачи применительно к установкам разделения низкого' давления большой производительности. Вперше рассматривается ВРУ тала АКАр, на которой одноврешнво подучавтея три продукта: честый азот, технический кислород а чистый аргон. При зтом рас-суцдэвзя проводятся щпгзнзтэлыю К ГЛаВЕПЙ ШДС2СТ8К8, где собственно и происходят процесс разделения, т- подсистейз ректификации.
Тэыз диссертации является часты» научных исследований, вы-
полняемых в соответствии с координационным планом АН РФ по комплексной программе "Теоретические основы химической технологии" на I99I-I995 гг. (код 2.27.6.14), что тага» свидетельствует об ее актуальности.
Цель работа. Создание алгоритмов оптимизация, обеспечива-вдих на некотором интервала времени функционирования минимизацию энергозатрат на разделение воздуха в установках для одновременного получения азота, кислорода и аргона при изменении потребности в этих продуктах.
Научная новизна. Разработана на основе модульного подхода математическая модель подсистемы ректификации ВРУ типа АКАр, позволящая проводить исследования и оптимазацив статических и дестабилкзационннх режимов в широком диапазоне изменения производительности установки по продуктам разделения.
Выявлен в результате исследования статики подсистемы ректификации ВРУ АКАр-9 характер зависимостей концентрации целевых продуктов: кислорода в чистом газообразном азоте, кислорода в техническом газообразном кислороде и аргона в чистом продукционном вргоне от управляющих и возмуцавдих воздействия.
Поставлена и решена задача статической оптимизации реаишв работы подсистемы ректификации ВРУ АКАр-9, функцнонирупцей на некотором интервале времени Ш,Т] при переменной потребности в целевых продуктах.
Показана принципиальная возможность получения на некотором интервала tO,T] времени работы установки дополнительного, по сравнении) с задачей статической оптимизации подсистемы ректификации ВРУ АКАр-9, эффекта от использования управлений, возникаг*-' щих при снятии ограничений на постоянство уровней «идкостей в некоторых технологических аппаратах.
Выявлен линейный параметрический характер зависимости оптимальных затрат энергии на разделение воздуха от дополнительных управлений в некоторых окрестностях их значений, стабвлкзнругщнх уровни.
Поставлена и решена задача дестаОилизацнонной оптимизации многомерного линейного параметрического объекта для двухуровневого на интервале времени ЕО,Т] возмущавдего воздействия.
Сформулирована задача дестабилизационной оптимизации режимов подсистемы ректификации ВРУ АКАр-9, работапдей на интервале
времени СО,Т] при переменной проговодительности та целевым продуктам. Задача решена при двухуровневом изменения на [0,Т] потребности в целевых продуктах.
Практическая ценность. Разработан подход, с помощью которого, используя приведенные в диссертации модули "универсальных" аппаратов, легко построить математическую модель "подсистемы ректификация лвбой из установок типе АКАр, а такне иных ВРУ с получением азота, кислорода и аргона.
Разработано программное обеспечение, позволящее исследовать статику и решать задачи оптимизации режимов подсистем ректификации установок типа АКАр.
Реализация результатов решения задачи статической оптимизации по минимуму затрачиваемой энергии на получение нужного количества продуктов разделения требуемого качества позволит экономить электроэнергию, что особенно важно в рыночных условиях.
Разработанные алгоритмы дестабшизационной оптимизации, позволяющие получать на интервале Ю,Т1 дополнительный, по сравнению со статической оптимизацией, эффект, могут быть использованы для всех тех объектов, у которых зависимость целевой функция от дополнительных управлений, возникащих при снятии требований на обеспечение некоторых балансов, имеют линейный параметрический вид.
Результаты исследований режимов подсистемы ректификации ВРУ АКАр-9, в том числе в оптимальных, могут быть в известной мере использованы для ввалвьа работы других установок типе АКАр.
Апробация работы. Основные результаты работа докладывались на: Всесоюзной научной конференции "Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств", Тамбов, 1989; областной научно-технической конференции "Ученые вуза -производству", Тамбов, 1989; ХХ7 » XXIX научно-технических кон-' фервнцнях ТИХМа, Тамбов, 1989 + 1992; III на«?чной конференции ТГТУ. Тамбов, 1996.
Публикация. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Объем работы, диссертация состоит из введения, пяти разделов и выводов, излогвна на 146 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 2 таблицы, список литературы включает 91 наименование, материал дополнен приложениями на 50 страницах.