Применение аппарата интервального анализа для адаптивного управления формалиновым составом

Алгоритм генерации управляющих воздействий основан на экспериментально полученных регрессионных моделях с интервальными коэффициентами, связывающими степень конверсии метанола и выход формальдегида:

Y = a₀ + ax y₂ = ь₀ + ьх .                    (1)

где Х - соотношение кислород / метанол; Y, - степень конверсии метанола; Y₂ - выход формальдегида; a₀ , a_x , b₀ , b - коэффициенты.

При известных коэффициентах уравнения (6.18) и заданных массовых долях формальдегида Z! и метанола Z2 в формалине соотношение кислород / метанол, которое необходимо поддерживать для получения указанного соотношения концентраций формальдегида и метанола в конечном формалине, определяется формула:

([1.0666,1.0667] - [1.0666,1.667] a₀ ) * Z_x I Z₂ - b₀

♦

=           [1.0666,1.667] aj * Zj I X₂ + b

Для контроля качества готового формалина нами был предложен адаптивный алгоритм, который позволяет стабилизировать качество формалина путем регулирования температуры контактного аппарата в зависимости от соотношения формальдегид / метанол в готовом продукте, одновременно снижая дисперсию указанного соотношения, позволяет снизить удельный расход метанола.

Поскольку при использовании формулы (6.19) в формуле в основном используются интервалы вычитания и деления, использование стандартной интервальной арифметики может привести к нежелательным результатам. Как хорошо известно, стандартная интервальная арифметика имеет некоторые недостатки, например, для a = [ a , a ] g I ( R ) которых имеет a - невырожденный интервал, не имеет обратного элемента ни в добавлении, ни в умножении: a - a * 0, a / a ^ 1 . Это свойство стандартной интервальной арифметики в некоторых случаях приводит к увеличению ширины интервала - результат.

Чтобы уменьшить эффект этого нежелательного эффекта, мы используем обобщенную интервальную арифметику (g.i.a – generalizied interval arithmetic).

Кроме того, как указано в источниках, при постоянной скорости потока воздуха минимальное содержание метанола в формалине соответствует максимальной производительности и минимальной стоимости. Поэтому минимальное положительное отклонение содержания метанола в формалине до 5% было принято за критерий контроля процесса.

На линии готового формалина после стадии абсорбции измеряются концентрации формальдегида С , метанола С и рассчитывается их текущее соотношение Y ( n ) = ( С / С ) n Y ( n - 1) . Полученное соотношение Y ( n ) используется для расчета корректирующих коэффициентов a₀ ( n ) = [ a₀ ( n ), a ₀ ( n )] и a, ( n ) = [ a , ( n ), a , ( n )] в соответствии с выражениями:

Концентрация формальдегида С и метанола С измеряется на готовой линии формалина после стадии абсорбции, и рассчитывается их текущее соотношение Y(n) = (С, / См) n Y(n -1). Полученный коэффициент Y(n)   используется для расчета поправочных коэффициентов а„ (n) = [a0 (n), a0 (n)] и a, (n) = [a, (n), a, (n)] в соответствии с выражениями:

aо(n) = [ao(n -1) + (Y(n) - Y3ад) /(2 + T2(n -1)), ao(n -1) + (Y(n) - Гад)/(2 + T2(n -1))] n [a0(n -1), a0(n -1)], a! (n) = [a, (n -1) + (Y(n) - Yзад) • T(n -1) /(2 + T2(n -1)), a, (n -1) + (Y(n) - YзаД) • T(n -1) /(2 + T2(n -1))] n [a, (n -1), a, (n -1)]

где n - номер контрольного такта; T ( n - 1) е [ Т ( n - 1), T ( n - 1)] - значение температуры контактного аппарата, реализуемого в ( n - 1) цикле управления; Y ( n ) е [ Y ( n ), Y ( n )] - значение соотношения концентраций формальдегида и метанола в формалине, внедренное в контрольном [ n ] цикле; Y ^зад е [ Y ^зад , Y ^зад ] - указанное значение соотношения концентраций формальдегида и метанола в формалине.

Скорректированные коэффициенты используются для расчета нового значения температуры контактного аппарата на стадии синтеза формальдегида по формуле:

т ( n ) = [( У зад - o x n )) / O c n , ( Y ³³^ - g ₀ ( n )) / a i( n ) ] .

Расчетное значение температуры T ( n ) устанавливается в контактном аппарате с использованием соответствующего контроллера. Затем снова измеряют концентрации формальдегида С_ф и метанола С в формалине, рассчитывают их соотношение Y ( n ) , корректируют коэффициенты a₀ ( n ) и a ( n ) рассчитывают новую температуру контактного устройства T ( n ) с помощью регулятора температуры в контактном устройстве, и, таким образом, регулирование выполняют до текущего соотношения Y ( n ) становится равным заданному значению Y ^зад .

Для проверки рассмотренного алгоритма контроля состава формалина на заводе был проведен экспериментальный промышленный эксперимент. Из анализа результатов эксперимента следует, что использование предложенного алгоритма контроля состава формалина снижает дисперсию концентраций формальдегида и метанола в формалине, и этот процесс можно проводить вблизи нижнего предела допустимого диапазона концентраций метанола в формалине. , что приводит к снижению удельного расхода метанола.

Кроме того, предлагаемый алгоритм обладает адаптивными свойствами, в частности, способностью компенсировать снижение активности катализатора в процессе контроля. На основе синтезированного адаптивного алгоритма разработана система автоматического управления процессом производства формалина.