профессор, кафедра информационных и управляющих систем. тел. (473) 255-38-75
Professor, Department of information and control systems department. phone (473) 255-38-75
профессор, кафедра информационных и управляющих систем. тел. (473) 255-38-75
professor, Department of information and control systems department. phone (473) 255-38-75
доцент, кафедра информационных технологий, моделирования и управления. тел. (473) 255-25-50
associate professor, Department of information technologies, modeling and control department, phone (473) 255-25-50
аспирант, кафедра информационных и управляющих систем. тел. (473) 255-38-75
graduate, Department of information and control systems department. phone (473) 255-38-75
Реферат. При эксплуатации промышленных печей пиролиза основной задачей является выбор оптимального режима термического разложения исходного сырья в зависимости от выхода целевых продуктов в условиях технологических ограничений на процесс. Для решения данной проблемы для действующего реактора, в качестве которого в работе рассматривается промышленная крупнотоннажная печь SRT-VI, разработана математическая модель процесса пиролиза, использующая кинетическую схему, состоящую из первичной реакции разложения сырья и вторичных элементарных реакций взаимодействия рассматриваемых компонентов смеси, уравнения теплового баланса и гидродинамики потока в змеевике. Сырьем для установки выбранного типа служит прямогонный бензин. Выходными параметрами модели являются мольные расходы товарных углеводородов. Реактор описывается уравнением идеального вытеснения в статическом режиме функционирования. Принято, что все реакции имеют Аррениусовскую зависимость от температуры. Энергии активации химических про- цессов оценивались с помощью уравнения Поляни-Семёнова, а идентификация предэкспоненциальных множителей проводилась с помощью генетического алгоритма (ГА). Данная задача требует одновременного решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс пиролиза и поиска большого количества неизвестных параметров, в связи с чем предложено модифицировать ГА. Оптимальная схема включает операторы кодировки по Грею, турнирной селекции, с рангом турнира больше 4, кроссовера с частичным случайным выбором аллей, мутации с высокой вероятностью ее свершения и эллитизма с конкурентным глобальным состязанием. С использованием предложенного подхода осуществляется параметрическая идентификация модели процесса. Анализ результатов моделирования с данными действующего реактора показал его пригодность для использования в целях управления процессом пиролиза.
Summary. In operation of industrial pyrolysis furnaces, the main task is the selection of the optimal mode of thermal decomposition of the feedstock, depending on the yield of the desired products under conditions of technological limitations on the process. To solve this problem for an operating reactor, this paper considers the SRT-VI Large-Capacity industrial Furnace , the mathematical model of the pyrolysis process was constructed, using a kinetic scheme which consists of primary reaction of decomposition of raw materials and secondary elementary reactions of interaction of the considered mixture components, the heat balance equation and hydrodynamics of flow in the coil. The raw material for the selected installation type is naphtha (straight-run petrol). Output parameters of the model are the molar costs of marketable hydrocarbons. The reactor is described by the equation of ideal displacement in the static mode of operation. It is assumed that all reactions have a temperature dependence that follows the Arrhenius law. The activation energies of chemical processes were estimated using the PolanyiSemenov equation and identification of pre-exponential factors was carried out using a genetic algorithm (GA). This task requires solving simultaneous system of differential equations describing the pyrolysis process and a search for a large number of unknown parameters, and therefore it is proposed to modify the GA. Optimal scheme includes Gray encoding arithmetic operators, tournament selection, with tournament ranking more than 4, crossover with partial random choice of alleys, mutations with a high probability of occurring and elitism with competitive global competition. Using the proposed approach, the parametric identification of model process is accomplished. The analysis of the simulation results with the data of operating reactor showed its suitability for use in order to control the pyrolysis process.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.