Моделирование и управление процессом очистки газовой смеси от диоксида углерода

1.

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Тушенцов Никита Вячеславович
Моделирование и управление процессом очистки газовой смеси от диоксида углерода
27.04.04 – Управление в технических системах
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание квалификации
магистра техники и технологии
Научный руководитель:
кандидат технических наук,
C.А. Скворцов
Тамбов, 2019 г.

2. Цель и задачи исследования

2
Целью научного исследования
Повышение эффективности системы управления процессом очистки газовой смеси
от диоксида углерода, позволяющей повысить степень очистки газовой смеси от
диоксида углерода при обеспечении энергоэффективности технологического процесса.
Задачи:
провести анализ процесса очистки газовой смеси от диоксида углерода как объекта
управления;
разработать математическую модель очистки газовой смеси от диоксида углерода,
позволяющую исследовать протекающие в нём динамические процессы;
выполнить параметрическую идентификации и оценку точности разработанной
математической модели на основе экспериментальных данных;
провести имитационные исследования особенности режимов функционирования
установки очистки газовой смеси от диоксида углерода, которые позволять получить
дополнительные данные об особенностях процесса для дальнейшего их
использования при разработке системы управления;
разработать структуру автоматизированной системы управления процессом очистки
газовой смеси от диоксида углерода;
разработать АРМ оператора автоматизированной системы управления процессом
очистки газовой смеси от диоксида углерода.

3. Схема производства эмульсии ЭП-8

3
Воздух, ,
K9
K13
K14
K15
A1
K25
K6
K24
K7
K23
A2
Воздух,
K11
K12
K22
K8
Воздух,
(перегретый пар)
K21

4. Процесс адсорбции диоксида углерода как объект управления

Входные переменные:
- время цикла;
- частота вращения воздуходувки;
- сопротивление в цепи питания
воздуходувки;
- напряжение питания воздуходувки.
- теплофизические свойства исходной
газовой смеси:
- температура воздушной смеси;
- состав исходной газовой смеси.
Выходные переменные:
- мощность, потребляемая
воздуходувкой;
- температура газовой смеси на стадии
адсорбции;
- концентрация диоксида углерода в
газовой и твердой фазе адсорбера;
- линейная скорость потока газовой
смеси в адсорбере.
Регулирующие воздействия:
- частота вращения воздуходувки;
- время цикла.
Воздух, CO 2 , Н 2 O
4
U , r ( ), P
c ос ,T ос
G вх , c вх ( ), T
c( z, ), a ( z, ), w( )
Воздух, H 2 O
c( L, ), T

5. Математическая модель процесса

5

6. Блок-схема алгоритма расчета уравнений математической модели

НАЧАЛО
Ввод исходных
данных (l=0)
Формализация начальных и граничных условий
на сетке l и zl
Расчет значений искомых функций
в узлах сетки
Вычисление невязки материального баланса
адсорбционного слоя E
Да
E Eдоп
Нет
l l 1
Вывод
результатов
СТОП
Вычисление
l , zl
6

7. Параметрическая идентификация ММ

c ( L , ), кг компонента / м 3 межгран.пр ост ва
,c
7

8. Имитационные исследования процесса

8
Зависимости выходной концентрации диоксида углерода при различных
значениях расхода подаваемой газовой смеси
c( L, ), кг компонента / м 3
c(0, )
100
75
50
25
, с

9. Имитационные исследования процесса

9
Зависимости выходной концентрации диоксида углерода при различных
значениях температуры подаваемой газовой смеси
c( L, ), кг компонента / м 3
c(0, )
c1 (0, )
40
30
20
10
, с

10. Имитационные исследования процесса

10
Зависимости выходной концентрации диоксида углерода при различных
значениях входных концентрациях диоксида углерода на входе
c ( L, ), кг компонента / м 3
c (0, )
c1 (0, )
1
2
3
4
1
2
3
4
, с

11. Имитационные исследования процесса

11
Зависимости концентрации диоксида углерода в межгранулярном пространстве с
и в адсорбенте а при различных значениях времени
c ( z ), кг co 2 / м 3
25
15
10
5
20
a ( z ), кг co 2 / м 3
25
10
15
5
z, м
20

12. Структурная схема АСУ ТП процесса производства эмульсии ЭП-8

12

13. Мнемосхема технологического процесса

13

14. Основные выводы по результатам работы

14
1. В результате проведенного анализа современного состояния технологий и
исследований в области моделирования и управления процессом очистки газовой
смеси от диоксида углерода, были поставлены цель и задачи исследования.
2. Разработана математическая модель процесса очистки газовой смеси от
диоксида углерода, в которой исходная газовая смесь представлена в двух
компонентов: воздух, диоксид углерода.
3. Проведена параметрическая идентификация разработанной математической
модели на основе экспериментальных данных.
4. Проведены имитационные исследования процесса очистки газовой смеси от
диоксида углерода.
5. Произведен выбор структуры АСУТП очистки газовой смеси от диоксида
углерода и разработано автоматизированное рабочее место оператора в SCADA
КРУГ-2000.

15.

15
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!