Способ автоматического управления процессом абсорбции
Владельцы патента RU 2693785:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к области повышения эффективности функционирования процессов и аппаратов и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей, нефтяной, газоперерабатывающей, металлургической и пищевой промышленности. Способ автоматического управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента в зависимости от степени его насыщения в ходе процесса абсорбции и коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в абсорбере на входе в абсорбер, посредством измерения расхода абсорбента и вычисления степени насыщения абсорбента, сравнения с заданным значением степени насыщения абсорбента и корректировки расхода абсорбента, при этом направление изменения расхода абсорбента корректируют в соответствии со знаком производной зависимости степени насыщения от расхода абсорбента, вычисляемым по уравнению
где - текущие центрированные значения расхода тощего абсорбента,
- текущие центрированные значения степени насыщения, N - длина массива накапливаемой информации, TS - период опроса датчиков, j - порядковый номер измерения,
- время идентификации, k - порядковый номер интервала идентификации. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса абсорбции. 1 ил.
Изобретение относится к области повышения эффективности функционирования процессов и аппаратов и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей, нефтяной, газоперерабатывающей, металлургической и пищевой промышленности.
Известен способ управления процессом абсорбции (Авт. св. SU 689711, МПК B01D 53/14, G05D 27/00, 1979), заключающийся в корректировке расхода абсорбента по разности между концентрацией абсорбируемого компонента в газе после абсорбции и концентрацией этого компонента в газовой фазе, равновесной с абсорбентом, при температуре абсорбции, путем сравнения этой разности с заданной величиной.
Недостатком данного способа является необходимость измерения большого количества параметров, что приводит к усложнению системы регулирования и, как следствие, к снижению качества процессов управления и уменьшению надежности системы мониторинга.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ управления процессом абсорбции (патент RU №2393912, МПК B01D 53/14, 2010 г. ), заключающийся в управлении процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента с коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в абсорбере на входе в абсорбер, для чего измеряют расход абсорбента, вычисляют степень насыщения абсорбента ϕ по формуле:
где Xвых(t) - концентрация абсорбируемого компонента в абсорбере на входе в абсорбер, F(t) - расход абсорбента, X* - максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции, hx(i⋅τ) - весовая функция абсорбера по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания, hр(i⋅τ) - весовая функция абсорбера по каналу «расход абсорбента - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания, τ - период дискретизации, t=n⋅τ - текущий момент времени, вычисленное значение степени насыщения абсорбента ϕ сравнивают с заданным значением ϕзад, определяя разность Δϕ=ϕ-ϕзад, после чего расход абсорбента корректируют по пропорционально-интегральному закону регулирования, используя в качестве сигнала рассогласования величину Δϕ.
Недостатком прототипа является то, что он не учитывает эффективность работы процесса абсорбции, в результате чего может случиться ситуация, когда разность Δϕ=ϕ-ϕзад, приводит к неопределенности в выборе управляющего воздействия.
Задачей изобретения является разработка способа автоматического управления процессом абсорбции, при котором осуществляется текущая идентификация положения рабочей точки и корректировка расхода абсорбента в соответствии с результатом текущей идентификации знака производной.
Техническим результатом, получаемым при реализации изобретения, является повышение эффективности процесса абсорбции.
Технический результат достигается в способе автоматического управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента в зависимости от степени его насыщения в ходе процесса абсорбции и коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в абсорбере на входе в абсорбер, посредством измерения расхода абсорбента и вычисления степени насыщения абсорбента ϕ по формуле: 
где xвх(t) - концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер, F(i⋅τ) - расход абсорбента, х* - максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции, hx(n⋅τ-i⋅τ) - весовая функция абсорбера по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания, hF(n⋅τ-i⋅τ) - весовая функция абсорбера по каналу «расход абсорбента - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания, τ - период дискретизации, t=(j⋅τ) t - текущий момент времени, j - порядковый номер текущего времени, n - порядковый номер дискретно-весовой функции, i - порядковый номер измерения, сравнения с заданным значением степени насыщения абсорбента ϕзад, определения разности Δϕ=ϕ-ϕзад, и корректировки расхода абсорбента по пропорционально-интегральному закону регулирования с использованием в качестве сигнала рассогласования величину Δϕ, при этом направление изменения расхода абсорбента корректируют в соответствии со знаком производной зависимости степени насыщения от расхода абсорбента, вычисляемым по уравнению:
где ΔF(j⋅Ts) - текущие центрированные значения расхода тощего абсорбента, Δϕ(j⋅Ts) - текущие центрированные значения степени насыщения, N - длина массива накапливаемой информации, TS - период опроса датчиков, j - порядковый номер измерения, ТИ=N⋅TS - время идентификации, k - порядковый номер интервала идентификации.
Сущность изобретения иллюстрируется графиком свойств критерия управления ϕ(t)=ƒ[F(t)] абсорбера (см. фиг.).
Обеспечение более продолжительного времени нахождения технологического процесса в рабочей точке А, то есть в максимуме степени насыщения абсорбента, достигается путем прогноза скорости дрейфа и прогноза направления перемещения точки А (положения рабочей точки на критерии управления). При этом достигается максимум степени насыщения абсорбента и как следствие обеспечивается минимум потерь сырья и более эффективное использование тощего абсорбента.
Текущая идентификация положения рабочей точки на критерии управления проводится по показаниям вторичного прибора для определения степени насыщения абсорбента, ϕ(j⋅TS) и по показаниям расходомера, F(j⋅TS) установленного на линии подачи тощего абсорбента. Из графика видно, что одному значению ϕ(j⋅TS) соответствуют две рабочие точки на критерии управления. Одна рабочая точка соответствует нисходящей ветви критерия 
< 0, а вторая рабочая точка соответствует восходящей ветви критерия > 0. Таким образом, для того, чтобы следить за перемещениями максимума степени насыщения достаточно знать знак производной .
Идентификация знака производной проводится следующим образом. Производится накопление текущих значений степени насыщения абсорбента, ϕ(j⋅TS) и текущих значений расхода тощего абсорбента, F(j⋅TS), по показаниям расходомера-регулятора, установленного на линии подачи тощего абсорбента. Собранные, таким образом, статистические данные о степени насыщения и расходе тощего абсорбента обрабатываются, вычислительным устройством, следующим образом.
По накопленным текущим значениям степени насыщения абсорбента, ϕ(j⋅TS) и текущим значениям расхода тощего абсорбента, F(j⋅TS), вычисляются оценки математического ожидания степени насыщения абсорбента, Mϕ и расхода тощего абсорбента, MF, на интервале идентификации длинной N точек измерения.
Вычисленные значения оценок математического ожидания вычитаются из статистических выборок текущих значений степени насыщения абсорбента, ϕ(j⋅TS) и текущих значений расхода тощего абсорбента, F(j⋅TS) с целью получения центрированных значений текущих значений степени насыщения абсорбента:
Δϕ(j⋅TS)=ϕ(j⋅TS) - Мϕ
и центрированных значений расхода тощего абсорбента:
ΔF(j⋅TS)=F(j⋅TS) - МF
По центрированным значениям степени насыщения абсорбента, Δϕ(j⋅TS) и расхода тощего абсорбента, ΔF(j⋅TS) вычисляются коэффициент корреляции между степенью насыщения и расходом тощего абсорбента по соотношению:
где TS - период опроса датчиков (время между соседними измерениями одной и той же физической величины), N - длина массива накапливаемой информации.
По центрированным значениям расхода тощего абсорбента, ΔF(j⋅TS)) вычисляется оценка дисперсии расхода тощего абсорбента по длине реализации:
Согласно метода наименьших квадратов, отношение коэффициента корреляции, KϕF, к дисперсии 
определяет оценку величины производной в рабочей точке технологического процесса:
где ΔF(j⋅TS) - текущие центрированные значения расхода тощего абсорбента; Δϕ(j⋅TS) - текущие центрированные значения степени насыщения; N - длина массива накапливаемой информации; TS - период опроса датчиков; j - порядковый номер измерения; ТИ - время идентификации, час; k - порядковый номер интервала идентификации.
Знак производной, полученный по накопленным текущим центрированным значениям расхода тощего абсорбента и текущим центрированным значениям степени насыщения, используется для корректировки направления изменения управляющего воздействия (расхода абсорбента) в сторону достижения максимума степени насыщения абсорбента.
Как показано на графике (см. фиг.) предложенный способ позволяет найти оптимальное значение расхода абсорбента при котором достигается максимум степени насыщения абсорбента, а следовательно обеспечивается повышение эффективности процесса абсорбции.
Таким образом, способ автоматического управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента в зависимости от степени его насыщения в ходе процесса абсорбции и коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в абсорбере на входе в абсорбер, посредством измерения расхода абсорбента и вычисления степени насыщения абсорбента, сравнения с заданным значением степени насыщения абсорбента и корректировки расхода абсорбента, при котором направление изменения расхода абсорбента корректируют в соответствии со знаком производной зависимости степени насыщения от расхода абсорбента, обеспечивает повышение эффективности процесса абсорбции.
Способ автоматического управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента в зависимости от степени его насыщения в ходе процесса абсорбции и коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в абсорбере на входе в абсорбер, посредством измерения расхода абсорбента и вычисления степени насыщения абсорбента ϕ по формуле
где xвх(t) - концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер, F(i⋅τ) - расход абсорбента, х* - максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции, hx(n⋅τ-i⋅τ) - весовая функция абсорбера по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания, hF(n⋅τ-i⋅τ) - весовая функция абсорбера по каналу «расход абсорбента - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания, τ - период дискретизации, t=(j⋅τ) - текущий момент времени, j - порядковый номер текущего времени, n - порядковый номер дискретно-весовой функции, i - порядковый номер измерения, сравнения с заданным значением степени насыщения абсорбента ϕзад, определения разности Δϕ=ϕ-ϕзад и корректировки расхода абсорбента по пропорционально-интегральному закону регулирования с использованием в качестве сигнала рассогласования величину Δϕ, отличающийся тем, что направление изменения расхода абсорбента корректируют в соответствии со знаком производной зависимости степени насыщения от расхода абсорбента, вычисляемым по уравнению
где ΔF(j⋅Ts) - текущие центрированные значения расхода тощего абсорбента, Δϕ(j⋅Ts) - текущие центрированные значения степени насыщения, N - длина массива накапливаемой информации, TS - период опроса датчиков, j - порядковый номер измерения, ТИ=N⋅TS - время идентификации, k - порядковый номер интервала идентификации.
