Оптимізація процесу ректифікації використанням неперервних рухливих керуючих впливів шляхом перерозподілу живлення

Abstract

Системи автоматичного керування процесами ректифікації, що забезпечують екстремальні показники якості функціонування колони використанням рухливих керуючих впливів інелінійної прогнозуючої моделі. Предмет. Метод оптимізації процесу ректифікації використанням неперервних рухливих керуючих впливів, що полягають в перерозподілі потоку живлення між контактними пристроями апарату. Мета. Розробка методу розрахунку оптимальних керуючих впливів на процес багатокомпонентної ректифікації, в тому числі і неперервних рухливих, що забезпечують оптимальні режими роботи колон за критеріями максимізації продуктивності і мінімізації енерговитрат. Результати. З використанням моделі статики розраховано концентраційні профілі колони для поділу продуктів синтезу метилтретбутилового ефіру (МТБЕ) і доведено, що перерозподілом потоку живлення між двома контактними пристроями можливо суттєво впливати на статичні характеристики апарату, а якість цільового продукту екстремально залежить від величини коефіцієнта перерозподілу. Обґрунтовано вибір тарілок живлення з урахуванням критеріальних втрат на контактних пристроях колони. Вирішено задачу оптимізації процесу багатокомпонентної ректифікації за нормалізованим критерієм, що одночасно враховує продуктивність процесу і енерговитрати на його ведення. Обраний критерій від величини неперервного рухливого впливу залежить екстремально, що визначає існування і однозначність вирішення оптимізаційної задачі. Висновки. Доведено, що використання неперервних рухливих впливів дозволяє забезпечити режими роботи колони, які недосяжні в класі традиційних або дискретних, і підвищити техніко-економічні показники процесу в порівнянні з випадками повної подачі живлення на будь-яку з тарілок. Результати проведених досліджень можуть використовуватись при вирішенні задач проектування та оптимізації режимів роботи ректифікаційних апаратів, при побудові систем екстремального автоматичного керування процесами ректифікації.Object. Systems of the distillation processes automatic control, that provide extreme quality indicators of the column functioning using mobile control actions and a nonlinear predictive simulation. Subject. A method for optimizing the distillation process using continuous mobile control actions in the feed flow redistribution between the apparatus’ contact devices. Aim. The method development for computation of optimal control actions on the process of multicomponent distillation, including continuous mobile actions, that provide optimal operating modes for columns according to criteria for productivity maximization and energy costs minimization. Results. The static simulation allowed computing the concentration profiles of the columnfor the separation of the methyl tert-butyl ethersynthesis products (MTBE) and it was proved that the feed flow redistri-bution between two contact devices can significantly affect the apparatus’ static characteristics, meanwhile the quality of the targetproduct is extremely dependent on the redistribution coefficient. The choice of the feed tray is justified considering the criterial losses on the contact devices of the column. The problem of the multicomponent distillation process optimizing for a normalized criterion, which simultaneously includes the process productivity and the energy consumption for its conduct, is solved. The selected criterion extremely depends on the magnitude of the continuous control action, that determines the existence and uniqueness of the optimization problem solution. Conclusions. It is proved that the continuous mobile actions allow providing many modes of operation of the column, unattainable in the class of traditional and discrete, and to improve the technical and economic performance of the process compared with cases of full feed supply to any of the trays. The research’s results can be used in solving problems of designing and optimizing the operation modes of distillation apparatuses, for making automatic control systems for distillation processes.