СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация
На основе системного подхода в статье решена задача анализа химического реактора как объекта управления и сформулированы рекомендации по структурно-топологическому синтезу различных вариантов системы управления. Описаны этапы и задачи системного анализа реактора как объекта управления. Указанные задачи решены на примере аппарата емкостного типа при реализации сложной последовательно-параллельной экзотермической реакции оксиэтилирования бутилового спирта, имеющей большое практическое значение. Необходимость решения задач системного анализа обусловлена повышением требований к качеству и эффективности работы комплекса реактор – подсистема управления, расширением функциональных задач реактора, включая, в том числе, изменение производительности аппарата. В то же время сложность и нетривиальность задач системного анализа обусловлена такими характеристиками объекта, как многомерность, нелинейность и многосвязность. Разработана концептуальная и математическая модель объекта, решена задача оптимизации реактора. Определены численные значения входных переменных и переменных состояния в оптимальном статическом режиме, обеспечивающих заданное значение производительности. Проведено исследование динамических свойств реактора путем построения кривых разгона по различным каналам. Установлено, что объект в окрестности рабочей точки по большинству динамических каналов нелинеен. Получена линеаризованная математическая модель химического реактора в пространстве состояний. Определены матрицы состояния и управления. Исследованы общесистемные свойства объекта (устойчивость стационарного состояния, наблюдаемость и управляемость) при выборе различных вариантов векторов измеряемых и управляющих переменных. Установлено, что исследуемый объект обладает свойством устойчивости свободного движения. Предложены варианты топологической структуры системы управления реактором.
Для цитирования:
Невиницын В.Ю., Лабутин А.Н., Волкова Г.В., Деветьяров А.Н. Системный анализ химического реактора как объекта управления. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 9. С. 92-99
Литература
Kafarov V.V., Dorohov I.N. System analysis of chemical engineering processes. Strategy basics. M.: Nauka. 1976. 500 p. (in Russian).
Dvoretsky D.S., Dvoretsky S.I., Mishchenko S.V., Ostrovsky G.M. New approaches to the integrated synthesis of flexible automated chemical engineering systems. Theor. Found. Chem. Eng. 2010. V. 44. N 1. P. 67-75. DOI: 10.1134/ S0040579510010094.
Labutin A.N., Nevinitsyn V.Yu. Analytical synthesis of chemical reactor control system. Theor. Found. Chem. Eng. 2014.
V. 48. N 3. P. 296-300. DOI: 10.1134/S0040579514030105.
Ostrovskii G.M., Volin Yu.M. Chemical reactor optimization methods. M.: Khimiya. 1967. 248 p. (in Russian).
Gordeev L.S., Labutin A.N., Gordeeva E.L. Optimal synthesis of multiproduct resource-conserving reactor systems. Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. N 5. P. 637-643. DOI: 10.1134/S0040579514050170.
Vol’ter B.V., Sal’nikov I.E. Stability of the chemical reactors performance. M.: Khimiya. 1972. 192 p. (in Russian).
Kafarov V.V., Chetkin V.A. Stability of chemical reactors. Collected Itogi Nauki i Tekhniki. Processes and apparatus of chemical technology. M.: Viniti. 1980. V. 8. P. 77-151 (in Russian).
Aris R. Analysis of the processes in chemical reactors. M.: Khimiya. 1967. 328 p. (in Russian).
Tarutina N.V., Sofiev A.E., Men'shutina N.V. Analysis of the performance stability of membrane bioreactors. Theor. Found. Chem. Eng. 2008. V. 42. N 3. P. 251-256. DOI: 10.1134/S0040579508030044.
Labutin A.N., Nevinitsyn V.Yu., Devetyarov A.N. The control system of chemical reactors cascade for the realization of a se-ries–parallel reaction. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 11. P. 131-135 (in Russian).
Lee E.B., Markus L. Foundations of optimal control theory. M.: Nauka. 1972. 576 p. (in Russian).
Ray Y. Technological processes control methods. M.: Mir. 1983. 368 p. (in Russian).
Alekseev A.A., Imaev D.H., Kuzmin N.N., Yakovlev V.B. Control theory. SPb.: Izd. SPbGETU LETI. 1999. 435 p. (in Rus-sian).
Teryaev E.D., Shamrikov B.M. Digital systems and phased adaptive control. M.: Nauka. 1999. 330 p. (in Russian).
Methods of classical and modern control theory. V. 2. Regulators synthesis and automatic control systems optimization theory. Ed. by Egupov N.D. M.: Izd. MGTU im. N.E. Baumana. 2000. 736 p. (in Russian).
Anisimov A.A., Kotov D.G., Tararykin S.V., Tyutikov V.V. Analysis of parametric sensitivity and structural optimization of modal control systems with state controllers. J. Comput. Syst. Sci. Int. 2011. V. 50. N 5. P. 698-713. DOI: 10.1134/S1064230711040034.
Lebedev N.N., Manakov M.N., Shvets V.F. The theory of technological processes of basic organic and petrochemical synthesis. M.: Khimiya. 1975. 478 p. (in Russian).
Kafarov V.V., Meshalkin V.P., Petrov V.L. Mathematical foundations of computer-aided design of chemical plants. M.: Khimi-ya. 1979. 320 p. (in Russian).
Anfilatov V.S., Emel’yanov A.A., Kukushkin A.A. System analysis in management. Ed. by Emel’yanov A.A. M.: Finansy i statistika. 2002. 368 p. (in Russian).
Shvets V.F., Tsivinskiy D.N. The reaction kinetics of oxyethylation of alcohols in binary mixtures of alcohol-ethylene oxide. Kinetika i kataliz. 1981. V. 22. P. 1192-1199 (in Russian).
Shvets V.F., Tsivinskiy D.N. The kinetics of oxyethylation of alcohols under excess of ethylene oxide. Khimicheskaya promysh-lennost. 1978. N. 5. P. 330-332 (in Russian).
Aleksandrov A.G. Synthesis of multidimensional system regulators. M.: Mashinostroenie. 1986. 272 p. (in Russian).
