МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ХЕМОСОРБЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация
В статье решены задачи моделирования процесса хемосорбции СО2 и его анализа как объекта управления, а также приводятся рекомендации по синтезу структуры системы автоматического управления. На основе системного подхода сформулированы основные этапы и задачи анализа процесса хемосорбции как объекта управления. Решение поставленных задач приведено на примере пилотной установки насадочного абсорбера, в котором протекает процесс очистки газа от диоксида углерода раствором горячего поташа. Разработана математическая модель объекта, проведено исследование его статических характеристик, определены численные значения входных переменных и переменных состояния в статическом режиме. Математическая модель объекта построена исходя их допущений о секционной структуре абсорбера. Каждая секция представлена в виде ячейки идеального смешения по обеим фазам. Принято, что процесс хемосорбции протекает в диффузионно-кинетической области по реакции псевдо-первого порядка. Проведен анализ динамических характеристик объекта путем расчета реакции объекта на ступенчатое изменение входных переменных. Установлено, что объект не линеен по большинству динамических каналов. Синтезирована линеаризованная модель объекта в пространстве состояний, определены матрицы состояния и управления. Проведена оценка устойчивости стационарного состояния, наблюдаемости и управляемости объекта. Доказано, что объект обладает свойством устойчивости свободного движения. Для управления концентрацией СО2 в выходном потоке газа предложено ограничиться результатами измерения только этой концентрации, а остальные компоненты вектора состояний оценивать с помощью наблюдателя. Даны рекомендации по структуре системы автоматического управления объектом.
Для цитирования:
Самарский А.А., Лабутин А.Н., Лабутина Т.В. Моделирование и анализ процесса хемосорбции диоксида углерода как объекта управления. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 8. С. 74-79.
Литература
Dugas R.E. Pilot Plant Study of Carbon Dioxide Capture by Aqueous Monoethylamine. Master thesis of Chemical Engineering. Austin: University of Texas. 2006.
Shklyar R.L., Mamayev A.V., Sirotin S.A. Not selective absorption of sour gases by water solution of methyldiethanol amide. Vest. Gaz. Nauki. 2015. N 1. P. 17 – 21 (in Russian).
Starkova A.V., Makhotkin A.F., Balyberdin A.S., Makhotkin I.A. Mechanism and kinetics of a chemisorption of carbon dioxide water solution of a carbonate of sodium. Vest. Kazan Tekhnol. Universiteta. 2011. N 15. P. 62-70 (in Russian).
Pavlova N.S., Sazhin S.G. A research of the applied models for creation of mathematical model in absorbing devices. Internat. Zhurn. Prikl. I Fundamen. Issledovaniy. RAE. 2011. N 6. P. 146-147 (in Russian).
Kafarov V.V., Dorokhov I.N. System analysis of chemical technology processes. Strategy bases. M.: Nauka. 1976. 500 p. (in Russian).
Polotskiy L.M., Lapshenkov G.I. Automation of chemical productions. M.: Khimia. 1982. 295 р. (in Russian).
Posch S., Haider M. Dynamic modeling of CO2 absorption from coal-fired power plants into an aqueous monoethanolamine solu-tion. Chemical engineering research and design. 2013. 91. P. 977–987.
Samarskiy A.A., Labutin A.N. Synthesis of a control algorithm of carbon dioxide chemisorption nonlinear process. Mathemati-cal methods in the equipment and technologies – MMTT-28: XXVIII International science conf. Saratov State. Tekh. Un-t. 2015. V. 8. 276 p. (in Russian).
Ray U. Methods of technological processes control. M.: Mir. 1983. 368 p. (in Russian).
Protodyakonov I.O., Muratov O.V., Evlampiyev I.I. Dynamics of chemical technology processes. L.: Khimiya. 1984. 304 p. (in Russian).
Brounstein B.I., Shchegolev. V.V. Hydrodynamic, mass and heat exchange in column apparatus. L.: Khimiya. 1988. 336 p. (in Russian).
Li E.B., Markus L. Bases of the optimum control theory. M.: Nauka. 1972. 576 p. (in Russian).
La-Sall J., Lefschetz S. Research of stability by a direct method of Lyapunov. M.: Mir. 1964. 168 p (in Russian).
Astarita J. A mass transfer with chemical reaction. M.: Khimiya. 1971. 222 p (in Russian).
Dankverts P.V. Gas-liquid reactions. M.: Khimiya. 1973. 296 p. (in Russian).
Kolesnikov A.A. Synergetic control theory. M.: Energoatomizdat. 1994. 334 p. (in Russian).
