ОБЗОР ИСПОЛЬЗУЕМЫХ И ПРОЕКТИРУЕМЫХ СИСТЕМ

Наибольшее распространение системы химического мониторинга получили в химической технологии при моделировании технологических процессов. Так, производства нитроглицерина, тротила, аммиачной селитры, фосфатов и других крупнотоннажных продуктов химической промышленности полностью автоматизированы ещё во второй половине прошлого века. Непрерывный способ производства этих химических продуктов экономичен, безопасен (особенно это касается нитроглицерина, в меньшей степени тротила и других взрывчатых веществ). Математические модели технологических процессов создавались на основании работы опытных установок, позднее их заменили полупромышленные установки, далее производство переносилось на крупные агрегаты, управляемые при помощи АВМ. Адекватность поведения системы управления производительным процессом сравнивалась с многочисленными зарубежными аналогами и впоследствии корректировалась [4]. Однако подобные системы недоступны для изучения, так как они представляют коммерческую ценность для производителей и охраняются ими от конкурентов.

Математическое моделирование с использованием ЭВМ разрабатывается и в научно–исследовательских целях. Коротко рассмотрим доступные в последнее время разработки.

Производство изопропилбензола (полупродукт комбинированного синтеза фенола и ацетона по методу Сергеева-Удриса-Кружалова-Немцова). Предложен способ усовершенствования стадии ректификации действующего производства изопропилбензола путем снижения энергозатрат на проведение процесса. Для достижения поставленной цели реализована эффективная стратегия компьютерного моделирования с использованием универсальной моделирующей программы ChemCad (моделирует реакторы многих типов, системы электролитов, переработку нефти, теплообмен, ректификацию, абсорбцию, кристаллизацию и др.). Цель расчётов сводилась к снижению энергозатрат при сохранении качества продукции и действующего оборудования. Отличительная особенность предлагаемой процедуры компьютерного моделирования состоит в том, что она основана на принципах системного анализа химических производств, которые наиболее приемлемы для действующих процессов: добавление азеотропного агента для улучшение энергетических показателей производства в целом, обеспечение адекватности компьютерных моделей отдельных процессов, определение оптимального флегмового числа и положения тарелки питания в колонных аппаратах, а также исследование различных вариантов рекуперации тепла в технологической схеме и выбор наилучшего. В результате анализа различных технологических схем получены технологические параметры процесса, позволяющие снизить потребление тепловой энергии на 46,2% [5].

Биохимическая очистка сточных вод (используется 3D моделирование с применением геоинформационной системы Arcinfo). Данный способ очистки сточных вод широко внедрён в процессы очистки и доочистки промышленных и коммунально-бытовых сточных вод ввиду хороших показателей степени и скорости очистки вод от основных органических загрязнителей. Одним из наиболее существенных недостатков этого метода является необходимость строительства и эксплуатации сложных и дорогостоящих гидротехнических сооружений (технологические отстойники, песколовки, аэротенки, хлораторные и т.д). В зависимости от конкретных географических условий (расположение природных водоёмов-приёмников очищенных сточных вод, магистральных трубопроводов, ЛЭП и т.п.) и возможности реализации санитарных разрывов между различными коммуникациями и между коммуникациями и объектами возможно различное моделирование строительства новых и реконструкции действующих очистных сооружений. Рассмотрены вопросы автоматизированного размещения объектов, входящих в состав сооружений биохимической очистки, на генеральном плане. Приведены постановка задачи, алгоритм решения и программный комплекс для ее реализации [6].

Создание автоматизированного производства субстанций фармацевтических препаратов. Обобщен опыт проектирования и создания комплекса по производству субстанций фармацевтических препаратов (активных фармацевтических ингредиентов), введенного в эксплуатацию на северо-западе России в конце 2001 года. Показаны потенциальные возможности объекта и обозначены проблемы, препятствующие его эффективному функционированию [7].

Планирование эксперимента при получении железосодержащей соли полиакриловой кислоты (используется в медицине-препарат "феракрил", в качестве основного компонента закалочной среды (ПК-2)). Соли получаются полимеризацией акриловой кислоты в воде в присутствии редокс-системы (соль Мора-персульфат калия), в состав этого полимера входит химически связанное железо (0,5-2,5%). С целью определения оптимальных условий синтеза на опытно-промышленной установке была установлена оптимизация метода синтеза железосодержащей соли с применением метода математического планирования. Методом крутого восхождения найдены оптимальные условия синтеза железосодержащей соли полиакриловой кислоты [8].

Оценка работоспособности химико-технологических систем. Предложен метод количественной оценки работоспособности химико-технологических систем (ХТС), апробированный на проекте действующих производств серной кислоты из серного колчедана методом двойного контактирования и двойной адсорбции (ДКДА). Анализом объективно найдены узкие места данной технологии и в работе аппаратов. Все полученные результаты оценки и анализа работоспособности рассмотренного технологического процесса совпали с информацией о недостатках работы производственных линий ДКДА. Этот метод может использоваться для экспертизы надежности аналогичных систем (пищевые, нефтехимические или подобные с поточными технологиями) и оценки возможности их инвестирования с помощью единой характеристики-вероятности безотказности работы, т.е. вероятности работоспособности ХТС [9].

Математическая модель процесса пуска установки каталитического риформинга. Каталитический риформинг бензинов (КРБ) является важнейшим процессом современной нефтепереработки и нефтехимии. Он служит для одновременного получения высокооктанового базового компонента автомобильных бензинов, ароматических углеводородов-сырья для нефтехимического синтеза и водородосодержащего газа-технического водорода, используемого в гидрогенизационных процессах нефтепереработки.

КРБ является в настоящее время наиболее распространенным методом каталитического облагораживания прямогонных бензинов. Процесс пуска и останова установки каталитического риформинга как объект управления и изучения отличаются нестационарностью, высокой пожароопасностью, разнообразием фракционного состава сырья (в зависимости от месторождения нефти), качеством получаемого бензина и тяжелыми условиями работы персонала (высокая ответственность в принятии решений по управлению, температура и т.д.). В процессе пуска и останова различными способами контролируют около 150 параметров, в том числе 20 параметров-лабораторным способом и визуально. На основании особенностей и физико-химических закономерностях процесса каталитического риформинга предложена математическая модель пуска и останова установки для адаптивных систем управления. Модель описывает основные физико-химические закономерности процесса, отражает его нелинейность, учитывает нестационарность, включает настройку структуры и параметров модели на заданную модификацию установки, позволяет учитывать процессы регенерации катализаторов, а также позволяет моделировать нештатные ситуации, возникающие во время пуска и останова установки. [10].