1 технологиялық БӨлім 1 Шымкент қорғасын зауытында қорғасын өндірудің жалпы сипатгамасы

Болаттан жасалған цилиндірлік корпус, ортасында шойын құбырларынан құралған тіреуіш тіреу орналасқан. Диаметрі-12м, жалпы биіктігі-22м. Катализатордың бірінші қабатынан өткен газ контакталы массаның 2,3 және 4-ші қабаттарының алдында сыртқы шығару жылуалмасу бөлімінде суытылып, аппараттан шығады да, абсорбацияға түседі.

Жүмыстың қарапайымдылығы мен сенімділігінен басқа осы аппараттардың тағы бір артықшылығы-катализаторда күкіртті ангидридтің тотығу үрдісі, ал шығармалы жылуалмасу бөлімінде жылу беру үрдісі жүзеге асырылуы үшін қолайлы шарттар жасалған. Осы үрдістерді бір аппаратта біріктірудің қолайсыздығы контакталы аппараттың өнімділігінің жоғарлауымен аса айқын байқалады. Сонымен қатар шығармалы жылуалмасу бөлімдері бар аппараттарда әрбір қабаттан кейін газ жақсы араласады, ал бүл айналудың жоғарғы дәрежесіне жетуде өте мәнді.

1.4.7 Жылуалмастырғыш аппараттар

Күкіртті қышқыл цехының түйіспе бөлімінде конверцияға үшрайтын газ түйіспе аппаратындағы катализатордың соңғы қабатынан шығатын газ ағынымен қыздырылады, осы үрдіс жүретін жылуалмастырғыштар сыртқы деп аталады, ал катализатор кабаттарының арасындағы реакциялық газ

қоспасын суытуға арналған жылуалмастырғыштары деп аталады

Н₂ SО₄ өндірісінің түйіспе түйіні жылусыз- автотермиялы жұмыс істейді.Сыртқы жылуалмастырғыштартың температуралық режимі түйіспе түйіннің жылулық балансымен (оның автотермиялық шартында) айқындалады.

Сыртқы жылуалмастырғыштартың беті келесі арақатынаспен анықталады:

6

Н₂ SО₄ өндірісінің түйіспе түйіні жылусыз- автотермиялы жұмыс істейді.Сыртқы жылуалмастырғыштартың температуралық режимі түйіспе түйіннің жылулық балансымен (оның автотермиялық шартында) айқындалады.

Сыртқы жылуалмастырғыштартың беті келесі арақатынаспен анықталады:

А= ^г-~^г° -1 = -^- (6)

мұндағы, А- жылуалмастырғыштартың қуаттылығын сипаттайтын өлшемсіз параметр,

Ғ- жылуалмасу бетінің ауданы, м²

V_о- жылуалмастырғыштартың орташа температурасы кезіндегі аз газ мөлшері, ккал/м³с,

τ_к -түйіспе аппараттың шығысындағы газ температурасы, °С, г₀- Vтүйіспе аппараттың кірісіндегі газ температурасы, °С, Л -газды адиобатикалық қыздыру (газдағы 8О₂ қүрамына тәуелді), °С,

τ_о- SО₂ конверсиясының бастапқы дәрежесі, %,

Δτ_к -сыртқы кеңістікке жылу бөлу нәтижесінде газ температурасы-

ның төмендеуі, °С,

Егер түйіспе бөліміне өтетін күйдіру газында тұманды күкірт қышқылы болса, онда ол жылуалмастырғыштартың құбыраралық кеңістігінде түнады, осының салаларынан қүбыр қабырғалары тез бүзылады. Құбырлардың сыртқы бетінде пайда болатын коррекция өнімдері жылу беру коэффициентін төмендетеді.

Жылуалмастырғыштартағы ангидридті тоңазытқыш, температура 200-250 °С -қа дейін төмендейді, күкірт триоксидінің абсорбациясын төмен температурада жүгізеді..

Сондықтан газ қосымша ангидридті тоңазытқышта суытылады, тоңазытқышта негізінде газдағы су буы мен SО₃ -тің өзара әрекеттестігінен пайда болатын күкірт қышқылы конденсацияланады. Үрдістің мүмкіндігі газдағы су буының мөлшері мен суытатын су немесе ауаның температурасымен анықталады. Суды суытудың өте төмен температурасы немесе газдың үлкен ылғадылығы кезінде тоңазытқыш қүбырларының бетіндегі Н₂ SО₄ буының конденсациясы үрдісінде пайда болатын будың қанығуы шамадан жоғары болады.

Жылытқыш -түтіктер жаншып қақталған жоғарығы және төменгі торкөздері бар болат цилиндр. Газдар жылытқышты жоғарыдан төмен қарай өтіп, аралық кеңістікте қарсы келе жатқан күкірт диоксидін жылытып, 300-350 °С-қа суытылып, түтіндік қүбырға бағытталады. Жылытқыштың қүбыраралығына 50-60°С-та төменнен келетін газ қоспасы 450-500 °С-қа дейін қызады.

- жылудың келуі:

45 °С температурада газдармен бірге жылу келесі мөлшерде келеді Сs_О2 =0,4185 ккал/кгград; С_Оі =0,2193 ккал/кгград

С_N,₂ = 0,24835 ккал/кг град
8

Q,= 45 (7214,29 х 0,4185+12000x0,2193+61125х0,24)=849749 ккал/сағ х 4,19 =3560448,3 кДж/сағ

Тотығу реакциясының нәтижесінде жылу бөлінеді:

4-кесте - Келетін және шығындалатын жылу мөлшері

5-кесте-Түйісу аппаратының көрсеткіштері

Кептіру мұнарасынан келетін кептірілген газ түйісу аппаратына тотығу үшін бағытталатыны бізге мәлім.

Түйісудің технологиялық кешенінің жеке объектісі қызмет ететін мүмкін аймағының үрдісінің жеке сипаттамаларымен және кешеннің жүйелері арасындағы материалды ағындар бойынша байланыстары шарттарымен анықталады.

Түйісу үрдісінің мақсаты-үрдісті жүргізудің мүмкін аймағын есепке ала отырып, күкіртті ангидридтің күкірт ангидридіне тотығуының максималды дәрежесіне жету болып табылады.

Күкіртті ангидридтің күкірт ангидридіне тотығуы нақты гидродинамикалық және жылу режимдері кезінде келесі реакция бойынша:

SО₂+1/2О₂ SО₃

Түйісу массасының қозғалмайтын қабатында жүреді.

SО₂-нің SО₃-ке тотығу үрдісінің жылдамдығы температураға тәуелді. Өз кезіндегі аппараттағы температура келетін газдың мөлшері мен концентрациясына тәуелді. Көбінесе температураға күкіртті газдағы SО₂-нің концентрациясы әсерін тигізеді. SО₂-нің концентрациясы жоғары болған сайын, SО₂ тотығуының реакциясы нәтижесінде көлем бірлігіне шаққанда жылу көбірек бөлінеді.Күкіртті газдың (4% SО₂) түйіспе массана әсер кезіндегі аппараттағы температура 700 С-қа дейін көтеріледі.Және осы кездегі түйісу массасының пісірілуі жүзеге асырылады.Сондықтан жылудың бір бөлігін реакциялық зонадан уақытында шығару қажет.

Үрдісті түйіспе аппаратының қабаттарындағы температура, тотығудың максималды дәрежесін қамтамасыз ететіндей, қолайлы монге жеткенше

жүргізіледі, одан кейш жылуды, күкіртті ангидридтің күкірт ангидридіне тотығу үрдісі әрбір қабатта қолайлы температурада жүретіндей шығарады.

SО₂ тотығу үрдісінің негізгі көрсеткіштері түйісу дәрежесі мен агрегаттардың өнімділігі болып табылады.

Технологиялық үрдісті басқару үшін бірінші қабатқа кірердегі газдың желілері мен түйіспе массасының екінші, үшінші, төртінші қабаттары алдындағы шығару жылуалмастырғыштары, сонымен қатар аппарат арқылы газ шығынының өзгеруі мен қосылғыш жылытқыштарда газ жылытулар қарастырылған.

Басқару объектісінің (түйісу аппараттың) жағдайы келесі айнымалылармен сипатталады:

- түйісу аппаратының кірісіндегі газдағы SО₂-нің концентрациясы;

- түйісу аппаратының і-ші қабатына кірердегі температура (i= 1 ÷ 4);

- түйісу аппаратының і-ші қабатына шығардағы температура;

түйісу аппаратының j-ші жылуалмастарғышынан кірердегі температура (i= 1 ÷3);

- түйісу аппаратының і-ші жылуалмастарғышынан шығардағы температура;

- түйісу аппаратының і-ші қабатында қысымның түсуі;

- түйісу аппаратынан шығардағы газдағы SО₂-нің концентрациясы;

Қазіргі кезде түйісу аппаратын басқару оператормен, автоматты бақылау мен жеке технологиялық айнымалаларды жергіліктті реттеуді Қолдану арқылы, жүзеге асырылады.

Автоматтау сұлбасында келесі айнымалаларды бақылау қарастыры лған:

түйісу аппаратының і-ші қабатының кіру температурасы (i = 1÷4);

түйісу аппаратының і-ші қабатының шығу температурасы; j-ші жылуалмастарғышқа кіру температурасы (i = 1 ÷3); j-ші жылуалмастарғыштан шығу температурасы; түйісу аппаратының і-ші қабатында қысымның түсуі; Е түйісу дәрежесі; катализатордың ескеруі; Q газ шығыны. Қазіргі кезде келесі айнымалаларды автоматты реттеу жүзеге асырылады:

- түйісу аппаратының кірісіндегі газдағы SО₂-нің концентрациясы;

- түйісу аппаратының шығысындағы газдағы SО₂-нің концентрациясы;

- түйісу аппаратының і-ші қабатына кірердегі температура ;

- түйісу аппаратының і-ші қабатына шығардағы температура;

- j-ші жылуалмастарғышқа кіру температурасы;

- j-ші жылуалмастарғыштың j-ші қабаттан шығу температурасы;

- Е түйісу дәрежесі;

- Q газ шығыны.

Үрдісті басқарудың автоматты жүйелерін ендіру, осы айнымалаларды бақылау және реттеу датчиктер, термобу, шығый өлшегіш және басқа жүйелері арқылы оператормен жүзеге асырылады.

2.3 Күкіртгі ангидрид тотығуының үрдісін басқарудың мәселелерін қалыптастыру

Күкіртті газдан күкірт қышқылын өндірудің технологиялық кешеннің негізгі үрдісі- түйісу аппаратында күкіртті газ тотығуының үрдісі болып табылады. SО₂ тотығуының үрдісі түйісу массасының төрт қабатында тізбектей жүзеге асырылады, ол өз қажетіліктерін уакыт өте өзгетеді.

Міндеттері: 1) ақпаратты жинау және датчиктер мен үйлестірілген түрлендіргіштерден келетін үқсас ақпаратты кодтау:

а) 1 топтың шектеулері ( түйіспе торабындағы автотермиялық үрдістің бұзылуымен байланысты);

б) 2 топтың шектеулері (түйіспе массасының пісірілуімен байланысты, түйіспе массасының қабаттары кірісіндегі температура бойынша шектеулер).

2) Түйісу торабының өнімділігі көрсеткіштерін есептеу және есепке алу, ақпаратты көрсету, датчиктер белгілеріндегі автомматты айқындау, есептеу машнасымен жұмысты үйлестіру, жергілікті жүйеден басқарушы есептеу машинасына ақпаратты тасмалдау.

2.4.2 Объектіні үқсастырудың кішігірім жүйесі

Ұқсастырудың кішігірім жүйесінде математикалық үлгінің келесі

құрлымы қабылданған.

Барабар математикалық үлгіні қүру үрдісін болжауға, үтымды басқарушы әректтерді табуға мүмкіндік беріп ,басқарудың автомматы жүйесінде пайдалынылады, ал осының көмегімен үрдісті, аз шығындар мен жоғары сапалы өнім сатып алу арқылы, күшейтуге болады. Күкіртті ангидридтің күкірт ангидридіне тотығудың технологиялық үрдісі көпфакторлықпен, шығыс пен кірісте басқарылмайтын айнымалылардың

болуымен, шектеулердегі негізгі сипаттамалардың өзгерулерімен, параметрлер арасындағы күрделі тәуелділіктермен сипатталады. Үрдістің бақыланатын режимдік айнымалалары:

түйісу аппараттың і-ші қабатының кірісіндегі температура-Хі;

түйісу аппараттың кірісіндегі газдағы SО₂-нің концентрациясы-

х₂;

түйісу аппараттың і-ші қабатының шығардағы температура-х₃;

түйісу аппараттың шығысындағы газдағы SО₂-нің

концентрациясы-х₄;

Е түйесу дәрежесі-х₅;

Q газ шығыны-х₆.

Нәтижелерді алдын-ала өңдеу, шығыс айнымалыларының кездейсоқ векторларының қүрауыштары қарапайым таратуға бағынатынын, факторлар арасындағы статикалық өзара байланыс дәрежесі жоғары еместігін, ал таңдамалар біртекті екендігін көрсетті. Сондықтан ең кем квадраттар әдісі қолданылады.Регрессиялы теңдіктердің қүрылымын анықтауда режимдік айнымалылардың сипаттамаларын есепке алу қажет, олар сызықтық емес, экстремалды сипаты, ал бейнелеу объектісі көпбайланысты болып табылады. Осы ерекшеліктерді есепке алу және кейінгі есептеу жүмысын ықшамдау үшін толық квадраттық түрдегі полиномдар үлгілерінің құрлымдарын таңдау қажет.

Үлгінің кіріс және шығыс айнымалыларының арасындағы тығыз байланыстың дәрежесін көрсететін дисперсиялық ара-қатынасты есептеу;

қалдық дисперсияны есептеу; ортаквадраттық ауытқуды есептеу.

Үлгінің әрбір варианты келтірілген критерилер бойынша бағаланады. Басты критерий дисперсиялық ара қатынас болып табылады, бірақ бүл бағалаудың айнымалылар саны үлғайған сайын үлғаймайтын қасиеті бар, ал дәл осы әсер үлгі қүрлымының күрделенудегі қадамдық регрессияда орын алады.Сондықтан осы критерий қалдық дисперсия және регрессия сызығынан ортаквадраттық ауытқу бағалануларымен қайталанады. Осы бағалаудың барлығын есепке ала отырып, үрдіс үлгісін таңдау жүргізіледі. Есептеу процедурасын ықшамдау үшін жаңа айнымалылар енгізіледі:

ал бүларға қатысты қадамдық регрессия теңдігі сызықтық түрге ие болады.

Бізге қажетті коэффициентер ең кіші квадраттар әдісімен анықталады.

Бүл теңдеулер үрдісті аргумент өзгеруінің берілген диапазонда және үрдіс стационарлығының нақты интервалында барабар бейнелейді.

Олардың үрдістің үтымды режимін, жаңа ақпарат түскен сайын үрдіс үлгісі үрдіске бейімделген жағдайда, анықтауда пайдаланыла алады.

Математикалық үлгіні пайдаланумен шешілетін статикалық ұтымдылау мәселесінің қойылымы келесідей: Сs_і шамасы үшін

температурадағы басқарушы әсерлердің мәнін Т_ін [п] және аппарат арқылы газ шығыны Q [п] анықтау қажет , және осы кезде Е түйісу дәрежесі мен тотыққан SО₂ бойынша П өнімділігі максималды болуы қажет.

Теңсіздіктер түрінде берілген шектеулерді есепке ала отырып

Бұл мәселені шешу үшін экстремумды анықтайтын интерациялық алгоримтімді қолдану қажет. Мысалы Дэвидсон-Флетчер-Пауэл алгоритмі.

Бүл алгоритм жергілікті экстремумдарды табудың тиімді әдістері класына жатады. Осы класқа квадинъюктивті әдістер жатады. Бүл әдістерде функцияның кему бағытын анықтау үшін, осы функцияны Тэйлор тізіміне жіктеудің квадраттық бөлігін қолданады. Аргументтер кеңістігінің кезекті нүктесінің аймағында мақсатты функцияның аппроксимациясын алып,

экстремумның шарттарын паидалана отырып, оның минимумын анықтау қажет.

Жіктеудің квадраттық бөлімі сапс критериінің сызықтық емес функциясы сызықтыққа қарағанда дәлрек аппроксимацияланғандықтан , екінші тәртіптегі әдістер, бірінші немесе нольдік әдістерге қарағанда тезірек үйлеседі.

Интерациялық ұтымдылыққа осындай қатыстың жоғары тиімділігі есептеудің едәуір қиындықтарымен кездеседі. Себебі әрбәр интерацияда екінші туындының матрицасын есептеу керек болады. Мұндай матрицаны есептеу есептеудің едәуір көлемін қажет етеді, ал онда интерацияның әрбір еңбек сыйымдылығы өте үлкен болады. Сондықтан квадинъюктонды әдістерді екінші туындының матрицасы аргумент кеңістігінің ағынды және алдынғы нүктелеріндегі бірінші туындының мәндерін пайдалана отырып аппроксимацияланады. Сонымен бұл алгоритмдер қарапайым градиентті әдістердің есептеу қарапайымдылығы мен екінші тәртіптегі әдістердің жоғарғы сәйкестігіе біріктіреді.

Бірпараметрлік функцияны сөзсіз минимализациялаудың есебімен алмастырамыз

minM (Ф,β) = Ј (Ф) + β ψ (Ф), β → 0

мұндағы, Δi- Гурвиц аныұтауышы; п- сипаттамалық теңдеудің тәртібі.
2.4.4. Тікелей сандық ретгеудің кішігірім жүйесі.

Бұл жерде түйісу торабының үтымды технологиялық режимін түрақтандыру мәселесі шешіледі. Күкіпт газының тотығу үрдісінің үтымды статикалық режимін жүзеге асыру және сүйемелдеу реттеудің ПИД заңымен бейімделгіш сандық реттегішпен жүзеге асырылады. і-ші реттегіш арна бойынша басқару объектісі келесідей қүрылыммен сипатталады:

Егер жүйеде кешігу элементі болса, онда е ^ptw транцидентті шаманы

Пад тізіміне жіктеу жолымен алгебралық түрде келтіреді:
16

Ажыратылған жүйенің қосымша функциясы келесі түрде:

Тұйық жүйенің сипаттамалық теңдеуі тең:

17

Реттегіштің ұтымды баптауын анықтаудың алгоритмінің құрылымдық сұлбасы суретте келтірілген ( плакатта). Мұнда басқару объектісін дифференцациалды басқару (ДБ) Рунге - Кутт әдісімен шешіледі (1-ші блок), 2- ші блокта Ү(і-г) басқару мәні есептеледі, 4-ші блокта Дэвидсон - Флетчер -Пауэл әдісімен реттегіш параметрлері анықталады, 3-ші блокта үтымдылық критериінің мәні есептеледі, 5-ші блокта тұрақтылық ціарттары тексерілінеді.

Дифференциалды теңдеуді Рунге-Кутт әдісімен және Дэвидсон -флетчер -Пауэл теңдеужің кооэфиценттерін есептеумен сай келетін, реттегіш коэфиценттерін есептеумен шешілетін программалар алдында қарастырылған, ал өтпелі үрдіс графигін қүру программасы РА8САЬ алгоритімдік тілде жазылған.

Әрі қарай мына теңдеуді есептеу оңай болу үшін

оны п-ші тәртәптегі дифференциалды теңдеу түрінде жазып, оны жоғары туындыға қатысты анықтаймыз:

19

одан кейін жаңа айнымалалар енгіземіз:

20
19 теңдеуді эквивалентті жүйе түрінде жазамыз:

Мұндай жүйелерді шешу үшін көптеген сандық әдістер жасалған. Реттеу сапасының критериін сандық ұтымдылаудың әрбір итерациясында бірнеше рет осы жүйені (21) шешу керектігін есепке ала отырып, есептеу шығындарының көп бөлігі мәселені шешуге келетіні мәлім болады. Сондықтан дифференциалды теңдеудің жүйесін шешудің, 21 жүйені тезірек шешетіндей, алгоритімін таңдау қажет. Мұндай алгоритмге Эйлер әдісі жатады. Бұл әдіс бойынша 21-ші жүйенің әрбір теңдеудің шешімі рекурентті формуламен ізделінеді:

мұндағы С, ,С ₂ - салмақтық коэфиценттер, біріншісі реттеу объектісі шамасының берілген мәнінен қосынды ауытқуын бағалайды, ал екінші өту үрдісінің "тербелуін" сипаттайды. •