книги / 829

ра, ч; Vp – объем регенератора, м3; G, Gk – расходы воздуха и катализатора, кг/ч; ρ , ρ k – плотности воздуха и катализатора кг/м3; β – коэффициент

массообмена в зерне катализатора, ч–1; Q – тепловой эффект горения кокса, ккал/кг; Ср, Ck – теплоемкости газа и катализатора, ккал/(кг·К); α– ко-

ная наружная поверхность зерен катализатора, м2/м3; Мс – молекулярный

Схема устройства реактора приведена на рис. 2. В верхнюю часть реактора поступает два потока: регенерированный катализатор, попадающий в распределительную часть, а затем по переточным трубам просыпающийся в реакционную зону; сырье, поступающее через люк верхней крышки в центральную зону, потом на форсунку для распыления и перемешивания с падающим из труб катализатором.

Рис. 2. Схема реактора установки каталитического крекинга

101

С использованием стандартных, встроенных в математическую среду MATLAB функций для решения системы дифференциальных уравнений, представленных в нормальной форме Коши, была произведена программная реализация алгоритма вычисления выходных координат параметрически идентифицированной математической модели реактора. Осуществлен вывод результатов моделирования в графическом виде с использованием возможностей математического пакета.

По результатам моделирования оценены все методы решения систем дифференциальных уравнений, реализованные в среде MATLAB. Для всех методов использовалась одинаковая точность интегрирования. Результаты, полученные различными методами, сравнивались и принимался вариант решения из числа тех, для которых с приемлемой точностью совпадали результаты. Так, методы ode15s, ode23s и ode23t показали идентичные результаты. Неприемлемый вариант решения дал метод ode45.

Рассмотрим некоторые результаты моделирования в среде MATLAB реактора каталитического крекинга.

Изменение содержания тяжелого газойля в газосырьевой смеси (ГСС) по длине реактора, полученное при моделировании, представлено на рис. 3.

Рис. 3. Изменение содержания тяжелого газойля в ГСС по длине реактора

102

Тяжелый газойль является основным компонентом сырья, поступающего в реактор каталитического крекинга. Его начальное содержание в ГСС порядка 80 мас.%. Присутствие изломов на графике объясняется наличием в реакторе трех зон. В первой зоне происходит смешение катализатора и сырья. Вторая зона – реакционная, соответствующая прямоточному движению катализатора и сырья. В третьей зоне происходит сепарация катализатора и продуктов химической реакции. Результаты моделирования показывают, что основная часть реакции крекинга протекает во второй зоне реактора.

Вторым компонентом, присутствующим в ГСС, является легкий газойль. Его концентрация по ходу движения ГСС сначала увеличивается, а затем, в конце второй зоны и в зоне сепарации, постепенно уменьшается, так как на начальном этапе происходит превращение части тяжелого газойля в легкий, а затем он расходуется на реакцию получения бензина и газа (рис. 4).

Рис. 4. Изменение содержания легкого газойля в ГСС по длине реактора

Целевыми продуктом реакции каталитического крекинга являются бензин и легкий газойль. Изменение содержания в ГСС основного целевого продукта реакции – бензина показано на рис. 5.

103

Реакция каталитического крекинга протекает на цеолитном шариковом катализаторе. При этом происходит образование кокса, который откладывается на катализаторе, а затем выжигается в регенераторе. График закоксовывания движущегося по длине реактора катализатора представлен на рис. 7.

Рис. 7. Изменение содержания кокса на катализаторе по длине реактора

Реакция крекинга протекает с поглощением тепла, поэтому температура катализатора (рис. 8) и ГСС (рис. 9) в целом уменьшается по длине реактора.

Однако при попадании в реактор катализатора и ГСС с более низкой температурой происходит их смешение. В результате имеет место скачкообразное изменение температуры катализатора и ГСС на входе ректора: температура катализатора резко снижается, а ГСС возрастает.

Характерные изломы на всех представленных графиках соответствуют окончанию одной зоны и началу следующей. Из вида графиков следует, что основная часть превращений происходит во второй реакционной зоне реактора.

105

После реактора катализатор по переточной трубе сразу попадает в регенератор (рис. 10), где происходит выжигание образовавшегося при крекинге кокса, отложившегося на поверхности катализатора и частично в порах.

Рис. 10. Схема регенератора установки каталитического крекинга

При моделировании были получены результаты, отражающие распределение температуры катализатора, температуры газа, концентрации кокса, концентрации кислорода в потоке газа по длине регенератора сучетом двух зон. По полученным результатам можно оценивать работу аппарата. Основным показателем, характеризующим режим работы аппарата, является градиент температуры по длине регенератора, так как перегрев катализатора ведет к нарушению установившегося режима, а при сильном перегреве катализатора к разрушению гранул катализатора и образованию крошки или спеканию катализатора и аварийному останову установки. Катализатор жеявляется дорогостоящим продуктом.

Сложность решения системы дифференциальных уравнений, описывающих работу регенератора, заключается в том, что катализатор в регенераторе движется противотоком по отношению к воздуху, поступающему в регенератор для выжига кокса, отлагающегося на катализаторе при протекании реакции крекинга, а также в том, что регенератор состоит из двух зон регенерации, в которые сверху поступает катализатор, а снизу подается атмосферный воздух, и промежуточной зоны, предназначенной для перемещения катализатора из одной зоны

107

регенерации в другую. При расчете системы задаются значения температуры и остаточной концентрации кокса на катализаторе на выходе из регенератора и на входе в реактор. Изменяя эти условия, минимизируют сумму абсолютных значений относительной разности температуры и концентрации на границе аппаратов.

Результаты, полученные при моделировании регенератора, приведены на рис. 11–14.

С использованием полученной реализации математической модели реакторного блока можно выполнить имитационное моделирование при отладке алгоритма управления реакторным блоком на основе экспертных оценок и оптимизацию технологического режима блока в пределах регламентных значений его параметров.

Получено 17.06.2009

108

УДК 681.518.3(04)

М.С. Орехов, А.Г. Шумихин

Пермский государственный технический университет

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕСТОВЫХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ СИГНАЛИЗАТОРОВ

Рассмотрены тестовые методы повышения точности измерения. Исследована реальная градуировочная характеристика газоанализатора PEX 3000. Разработан тестовый алгоритм повышения точности измерения газоанализатора PEX 3000. Выполнен анализ и определена оценка погрешностей, возникающих при использовании тестовых методов.

Интенсификация технологических процессов, повышение требований к точности поддержания основных параметров при нормальном функционировании технологических аппаратов привели к усложнению соответствующих систем измерения и контроля. Введение большего числа измерительных каналов и включение в структуру систем измерения и контроля процессоров существенно преобразили системы аналитического контроля, превратив их в автоматизированные автоматические информационные системы.

Одним из требований, предъявляемых к информационным системам контроля, является повышение точности измерений. К настоящему времени разработано множество различных методов повышения точности измерений: метод с использованием образцовых мер, итерационные методы, в частности методика на основе тестовых методов повышения точности измерения. Эти методы повышения точности широко используются в промышленности, так как не требуют внесения существенных изменений в конструкцию измерительных приборов.

На химических и нефтехимических производствах в состав систем сигнализации и противоаварийной защиты входят системы мониторинга производственной среды на наличие вредных для человека примесей, атакже мониторинга выбросов взрывоопасных соединений. Такие системы, основанные на современных программируемых логических контролерах, работают полностью автономно ив автоматическом режиме [1].

109

В основе автоматического контроля производственной среды лежит инструментальный химический анализ, поэтому его часто называют автоматическим аналитическим контролем [2]. В качестве средств измерения в системах автоматического контроля применяются газоанализаторы, кондуктометры, хроматографы, pH-метры и другие виды автоматических анализаторов.

Как и любое измерительное устройство, газоанализатор состоит из некоторого числа преобразователей, каждому из которых соответствует определенная зависимость, связывающая его выходную и входную величины. Обобщенная градуировочная характеристика средства измерения может быть представлена в виде [3]

где х – измеряемая величина; у – выходная величина; a1 , a2 ,..., an – параметры градуировочной характеристики.

При многократном экспериментальном определении функции (1) в общем случае получается ряд несовпадающих зависимостей. В связи с этим для описания измерительного устройства (ИУ) вводится понятие номинальной градуировочной характеристики, которая приписывается ему и указывается в паспорте и используется при проведении измерений посредством данного устройства.

При этом параметры a1 , a2 ,..., an градуировочной характеристики

предполагаются постоянными и равными своим номинальным значениям.

Однако в реальных измерительных устройствах параметры a1, a2 ,..., an являются случайными функциями времени. Они изменяют-

ся под воздействием изменяющихся условий окружающей среды, параметров источников питания и т. д., а также из-за систематического и случайного дрейфа характеристик отдельных структурных элементов устройства.

При рассмотрении погрешностей средств измерения принято выделять систематическую и случайную составляющую погрешности измерения. На основании этого можно предложить два пути повышения точности результата измерений (РИ).

Первый заключается в повышении тем или иным способом стабильности параметров действительной градуировочной характеристики измерительного устройства во времени. Эти методы повышения точности результата измерения называют конструктивными.

110