СНИЖЕНИЕ СТЕПЕНИ СВОБОДЫ ЧЕТЫРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ РЕАКТОР-РЕГЕНЕРАТОР, ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДЕГИДРИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

Abstract

Приводится математическая модель тепловых режимов реакторного блока процесса дегидрирования изобутана в изобутилен. Реакционно-регенерационная система проявляет себя как высокоэффективная система с характерной тепловой динамикой. Автоколебательная активность, которая склонна привести систему к выходу из устойчивости, может наблюдаться в некоторых критических эффектах. В таких случаях продуктивны методы визуализации управления, с применением наилучшего исследования траекторий динамических систем. Наилучшее исследование траекторий очевидно и плодотворно к применению, если размерность системы не выше третьего порядка. В нашем случае оказалось уместным приведение степени свободы динамической системы к третьему порядку, что значительно упростило дальнейшие исследования. Модель основана на кинетических закономерностях процесса образования коксовых отложений в ходе химического процесса в реакторе каталитического дегидрирования на поверхности микросферического катализатора и его выжигания в целях регенерации в непрерывном потоке. Показывается целесообразность применения визуального управления тепловым режимом, которая может существенно повысить устойчивость системы к внешним возмущениям. Анализируются условия, при которых отображение траекторий четырехмерной модельной системы дифференциальных уравнений в соответствующее трехмерное пространство состояний может оказаться не пересекающим. Это условие равносильно условию о единственности траекторий, выходящих из заданной точки рассматриваемого пространства состояний. Показывается, что одним из таких условий может оказаться автоматическая стабилизация одной координаты динамической системы посредством линейных систем стабилизации. В целях достижения этой цели предлагается внедрение системы стабилизации температуры реактора за счет управления скоростью ввода охлаждающего агента внутрь транспортной линии циркуляции катализатора. Концентрируется внимание на том, что при управлении скоростью потока циркулирующего катализатора между реактором и регенератором система терпит существенные изменения в динамических свойствах канала передачи возмущения. В целях устранения этого влияния предложена соответствующая подстройка параметров передаточной функции канала. Показывается, что успешное решение этой задачи требует учета влияния также и нелинейности по каналу «скорость циркуляции катализатора – температура реактора». Применение линейных САР, было успешным решением для стабилизации одной из координат модели. Были проведены вычисления в среде МАТЛАБ, для сравнения разных реакций. Нами получены разгонные характеристики по каналу воздействия в ректоре при трех ступенчатых воздействиях. Путем увелечения подачи азота при различных значениях были выявлены качественные изменения в кривых разгона. Нелинейность системы остается основной помехой в создании качественной системы стабилизации рассмотренной координаты. В связи с этим был подобран соответственный прицип синтеза САР. Для решения этой задачи была использована каскадная система автоматического регулирования. Уменьшение степени свободы может способствовать проведению алгоритмов управления, основанных на отображении движений динамической системы в трехмерное пространство фазовых траекторий и более качественно решить проблему избегания производственных ситуаций, чреватых потерей термической устойчивости. Также был использован програмируемый контроллер ТС, с которого сигнал направляется на блоки сопряжения и на исполнительные механизмы. Проводимые на данном этапе исследования способствуют переходу к следующему этапу исследований: задаче учета сильного влияния ряда входных параметров системы на динамические свойства реакционно-регенерационной системы посредством применения методов проектирования адаптивных методов синтеза высокоточных локальных систем стабилизации. Ключевые слова: технологический процесс, математическое моделирование, линейные системы стабилизации, уравнения теплового баланса.