文摘
客观原因与增加运输数量和相关工业产品的体积和能源服务生产导致使用油和油脂的积累。这些物质可以重用的净化。这样促进资源节约技术的发展,特别是吸附净化、高效的自动化系统。本文进行了连续吸附净化技术系统的详细分析,表明其显著差异从的角度控制系统有特殊准备的原材料。结论对非平稳的存在和特性转化连续吸附作为控制对象的来源证实,这导致了对控制模型的属性需求。吸附的数学描述进行分析的现有方法在使用连续控制。结构动态模型的基础上提出了分析和实验方法的结合。分析模型是基于质量平衡的物质,认识形式的近似描述平衡条件和吸附动力学进行了研究,实验和统计建模进行,以确定可能的结构技术在控制变量之间的联系。structural-parametric方案模型和方案的适应控制系统已经形成。使用吸附形成仿真模型的一个例子MATLAB+动态仿真模块显示。结果可用于开发软件连续吸附和测试控制系统的控制算法。
1。介绍
浪费工业用油及油脂(OG)是不能分解的物质在正常环境条件和危险的环境污染物。同时,他们含有大量的物质,可以用在人类生活的各个领域。净化设施的创建和操作浪费油脂(疾病)复苏现在工业发展的角度方向,旨在提升国家通过资源保护地球的生态系统和生物圈保护。外国佬的连续吸附技术是最有效的方法净化。创建软件控制系统等行业是一个紧迫的任务由于过程的复杂性,原材料不稳定了,可怜的信息支持。
自动控制系统(ACS)的效率很大程度上取决于所使用的类型和参数的控制算法。现代技术手段的自动化(TMA)能够实现各种控制算法,因此有必要对竞争算法的初步测试技术控制对象的数学模型(TCO)。
同样重要的是维持ACS控制器参数的任务按照吸附过程为控制对象属性。这个任务有关的必要性适应软件控制系统。
理由ACS算法的选择和适应在更大程度上与大容量的复杂技术对象,尤其是那些在实现阶段(1]。这样的对象可以被视为连续吸附器设计在大量外国佬复苏。
上面的问题主要是有关TCO的属性数学模型。用于控制系统中,必须满足对象的复制精度的条件属性和方便的适应。研究各种控制算法,模型应该能够模拟输入材料流动的动态属性和外部和内部干扰。
这些条件需要一个合理的选择类型的吸附过程的数学模型和数学处理器的创造。重要的任务是选择标准的形成模型和他们的测试计划的形成。
考虑到过程的非平稳发生在工业吸附剂在石油工业的持续净化,以及组织的重大困难和生产条件进行实验,这些tco的重要性和相关性建模应该注意。
这项研究的目的是创建一个模型的吸附过程,为工业设计都比较替代控制算法对这些吸附剂吸附器和用于控制系统。研究目标如下:(我)确定一个建模方法,方便修正模型基于信息从一个真正的吸附剂(2)进行结构鉴定的吸附模型基于实验研究(3)创建一个structural-parametric模型的方案(iv)实现模型的使用MATLAB+动态仿真模块
2。文献综述
很多致力于技术的建模过程。模型以不同的方式执行,根据TCO的复杂性,信息自动化系统的支持,和模型的目的。在[2,3),数学表达式为纳米系统吸附流程建模和分析这些表达式从实际应用的角度。方法基于吸附过程的传热传质理论给出了(4- - - - - -11]。这些作品显示的使用分析模型是可能的对物质的属性只有在假设和简化设备中这些物质的行为。建模的一个例子为单组份吸附物(水蒸气)中给出了12]。这项工作的作者调查了传质在固定层使用硅胶固相。在[5),给出数学依赖性用于描述单组分吸附的铜在不同的吸附剂。在[6),吸附过程的分析建模的各个方面被认为是在搜索模型的充分描述了实验数据。
考虑多组分混合物中发现一些作品(13- - - - - -15),使用复杂的解析依赖性来描述异构系统的传热传质。工作(16)描述了吸附过程的几个组件的角度确定最高程度的选择性吸附剂,即。,研究了混合组件的数量将大部分吸附在吸附剂。研究进行的(17一般描述多组分吸附,但从组件的混合物的位置必须被移除,不考虑每个单独的吸附特性。在[18],作者开发了数学模型的动态吸附夹杂物的接口的模式。这样一个模型考虑了物理化学性质的媒体接触彼此但是包含许多假设可以显著误差引入到模型中,根据吸附剂的性质和原材料。
有作品致力于专业数学包吸附过程的计算机模拟。特别是,在19),作者使用MATLAB+动态仿真模块环境模拟催化裂化过程的动态模式,和在20.),创建一个3 d模型的吸附过程ANSYS排名软件产品。在[21)的数学模型是解决地下水中的污染物运输问题基于固定不可压缩流体二维n - s方程和二维污染物对俩散方程(使用一种类型的污染物)。这个模型是实现使用FreeFEM和MATLAB环境。由于多组分混合物的吸附过程是困难的行为描述和足够的繁殖在模型将用于控制系统中,有必要提供这样一种数学仪器将有功能应对原材料属性的变化,吸附剂,工艺参数(如温度和压力直接在安装)的过程作为一个整体。
上述的分析研究表明,使用专门的分析方法是有限的多组分混合物分离的一个不稳定的成分。许多变量描述的方法需要知识的属性材料流动和技术设备的状态,在生产条件下这是不可能的。复杂的计算机模型是有效的科学研究来确定形式的吸附过程变量之间的关系。因为控制任务要求的功能模型,只能满足生产自动化系统的子系统的信息,它是有用的和上面的实验室研究和计算机建模思想。
3所示。材料和方法
我们考虑一个通用技术系统(TS)的外国佬房地产复苏和轮廓的边界部分,建模时应考虑吸附过程。
被污染的原材料(疾病)和循环吸附剂键入输入常见的TS (TS的一部分,它受到了污染,被吸附物质的原料,另一部分,它是再生)。外国佬复苏的通用技术涉及到几个阶段:准备外国佬(原材料),吸附,吸附剂复苏(解吸、干燥、再生和冷却)。图1显示了结构方案的一部分包含吸附剂TS和其他人最密切相关的设备。
原材料的准备:隔膜式混合机DM收到污染的原料RM和溶剂索尔1用于降低粘度RM。由此产生的混合物女士1是在冰箱里冷却R1吸附温度和水W1通过线圈。
吸附:吸附剂一个(从中间料斗B1)和冷却原料和溶剂的混合物女士2同时美联储逆流进入吸附器广告。吸附剂饱和与芳烃和树脂吸附器的悬挂形式。溶剂索尔2是送入吸附器水密封,防止原材料的去除悬浮。——萃余液净化解决方案RS1-exits吸附器的顶部。
受污染的吸附剂CA1从吸附器进入技术回收单位。它可以被认为是再生(吸附剂一个1)污染物解吸阶段后,干燥和燃烧树脂。
再生吸附剂的冷却:热再生吸附剂流一个1是在流化床冰箱冷却用水R2到预定的吸附温度。冷却的吸附剂一个2进入料斗B1、从吸附剂广告(吸附剂一个)。解吸、干燥和燃烧不考虑,因为再生吸附剂性能最终确定后在冰箱里冷却R2。
每一个物质流图所示1有几个属性形式减少了原材料的属性RS1在吸附器出口。确定模型类型需要分析这些属性的信息流动。图2显示了受污染的油脂technological-parametric计划复苏。
物质流的名称属性显示在图2是显示。(我)原料(RM):Frm:消费;Θrm:温度;Vrm:粘度,C啊0:芳香族碳氢化合物(啊)内容;C年代0:硫磺含量;Cr0:树脂含量;Cc0:内容的其他杂质(2)溶剂(索尔1):F索尔1:消费;Θ索尔1:温度。(3)原料和溶剂的混合物(女士1):F女士1:消费;Θ女士1:温度;V女士1粘度:(iv)水(W1)在冰箱里R1进口:Fw1:消费;Θw1:温度(v)水(W2)在冰箱里R1出口:Fw2:消费;Θw2:温度(vi)溶剂水密封(索尔2):F索尔2:消费;Θ索尔2:温度(七)冷却原料和溶剂的混合物(女士2):F女士:消费;Θ女士:温度;V女士:粘度;C女士,啊:芳香族碳氢化合物含量;C女士,年代:硫磺含量;C女士,r:树脂含量;C女士,c:内容的其他杂质(八)热再生吸附剂(一个1):F一个1:消费;Θ一个1:温度;米一个1:水分含量;C啊1:芳香族碳氢化合物含量;C年代1:硫磺含量;Cr1:树脂含量(第九)入口水流(W3,W5,W7,W9)在冰箱里R2:Fw3,Fw5,Fw7,Fw9:消费;Θw3,Θw5,Θw7,Θw9:温度(x)废水流(W2,W4,W6,W8日,W10)从冰箱里R2:Fw4,Fw6,Fw8,Fw10:消费;Θw4,Θw6,Θw8,Θw10:温度
仿真模型,我们将只考虑流W3,W4所示。(我)再生吸附剂冷却(一个2):F一个2:消费;Θ一个2:温度;米一个2:水分含量,C啊2:芳香族碳氢化合物含量;C年代2:硫磺含量;Cr2:树脂含量(2)吸附剂(一个):F一个:消费;Θ一个:温度;米一个:水分含量,C一个,啊:芳香族碳氢化合物含量;C一个,年代:硫磺含量;C一个,r:树脂含量(3)吸附器(广告):P:设备的压力之间的压差(或吸附柱的上、下部分);Θ:吸附温度;l:溶剂级别(索尔2)水密封(iv)萃余液解决方案我(RS1):Frs:消费;Θrs:温度;Vrs:粘度;Crs,啊:芳香族碳氢化合物含量;Crs,年代:硫磺含量;Crs,r:树脂含量;Crs,c:内容的其他杂质(v)受污染的吸附剂(CA1):Fca:消费;Θca:温度;米ca:水分含量,Cca,啊:芳香族碳氢化合物含量;Cca,年代:硫磺含量;Cca,r:树脂含量
的控制动作(1]ACS可以消费的吸附剂吸附器(F一个)、原料和溶剂的混合物(F女士2),水(Fw1,Fw3)冷却阶段的输入流和溶剂(F索尔1)。最重要的可能控制变量在产品(污染物的浓度Crs,啊,Crs,年代,Crs,r)、压力(P)和吸附温度(Θ)和水平(l);控制的值芳烃的浓度、硫和树脂污染的吸附剂(Cca,啊,Cca,年代,Cca,r)。干扰是污染物的浓度,即。啊,硫、树脂、原材料(C女士,啊,C女士,年代,C女士,r)和吸附剂(C一个,啊,C一个,年代,C一个,r),原材料的温度(Θ女士)和吸附剂(Θ一个)。自动化系统的最终结构取决于许多因素。
图2表明制备过程和吸附本身是复杂的多参数控制对象与一个非常小的数量的控制操作。因此,该模型概念如下:当应用相同的控制行为和基本干扰模型和吸附剂,模型必须足够的对象和满足给定精度指标。没有要求特定的应用模型的数学形式部分或整个模型。
首先,探索分析的流程建模的可能性发生在吸附剂与连续操作原则。考虑传输的一般模式的能量数量,质量,技术系统的不同部分之间的动量(22]: 在哪里Θ是温度;t是时间;x,y,z是笛卡尔坐标的名称;wj流体速度沿j -th协调; 傅里叶方程描述系统中热传播的模式由于热传导;kΘ热扩散率; ,例如, ;问r,ρ,cp单位体积热源的力量,密度,热容,分别;我,c我,r四世,D我组件数量、浓度、地层单位体积、速度和扩散系数的吗我th组件,分别;v是体积;p是压力;和X是质量力的投影吗x坐标。
多组分吸附的病菌(n -组件)将需要考虑的系统n1系统方程1。
吸附的数学模型,方程涉及的概念相平衡和吸附动力学也使用。平衡条件方程的因素是温度Θ和浓度с物质吸附在吸附剂的平衡阶段,移动和初始变量是吸附能力一个(物质的量的单位质量或体积吸附吸附剂):
吸附理论认为外部(吸附剂表面)和内部(内部吸附剂颗粒)吸附物质的转移。这个过程的速率外部吸附动力学特征。它使用以下表达式给出: 在哪里β是外部单位体积传质系数的吸附剂和c和被吸附物质含量混合物的体积和表面上,分别。
吸附在颗粒是最复杂的过程建模。的方程可以应用于描述它应该包含吸附剂内部腔的几何参数和物理化学性质的吸附剂,吸附物吸附,纳米颗粒。多组分混合物,理论方程指数高度通用(等23- - - - - -25]。
上面的数学表达式的分析表明,即使模型方程的类型(1)- (3)需要大量的信息,可以适当的TCO只有所有假设的物理化学属性和方法相互运动的相互作用的物质。现有模型的分子吸附只能被视为可能的方法的数学描述物质在一定条件下的行为。因此,使用复杂的分析模型也需要适应生产条件时改变疾病的性质。然而,由于笨重,multiparametric性质,以及缺乏必要的蓝玉,模型适应的过程将是非常困难的。
由于这些原因,该模型是基于一个简化的动态方程组污染物(26,27]: 在哪里F米和F一个的流速是原料和溶剂的混合物和吸附剂,分别;y我0和x我0是输入原料和溶剂的混合物的浓度和吸附剂,分别;y我1和x我1输出浓度在原料和溶剂的混合物和吸附剂,分别; ,年代,r;啊芳烃;年代是硫;r是树脂;y米(x我0),y米(x我1),x一个(y我0),x一个(y我1)芳烃的平衡浓度,硫、和树脂原料和溶剂的混合物和吸附剂,分别;K米,我和K一个,我是传质系数表示的组件中的摩尔粒子原料和溶剂的混合物和吸附剂,分别;V米和V一个是列满体积的混合原料和溶剂和吸附剂,分别;和ρ米和ρ一个是原料和溶剂的混合物的密度和吸附剂,分别。
这个系统包括的简化,尤其是在以下假设:吸附器是控制对象与集总参数;传质系数是恒定值;的动力将污染物从吸附剂的吸附物是直接成比例的平均值的差异这些物质被吸附物和吸附剂的平衡浓度;质量积累平均浓度成正比: , , , , ,和 。
这些简化将减少未知参数的数量,因此,在生产条件下模型的时间适应。
每个污染物的质量,单位时间内从吸附剂的吸附物,在方程(4),是由表达式,在结构上是相同的。例如,芳烃的表达式
在疾病的情况下,输入属性的原料通常是不稳定的,所以即使方程(5)不能提供必要的信息实时所需的精度。
显著的因素和干扰甚至在这样一个简化的模型使其在ACS的实际应用。基于这个结论和认识当前模型的方便适应作为一个非常重要的要求,基于系统4和TCO考虑传输延迟,提出的模型的主要控制渠道形式 在哪里n是控制通道数, ,2、3;(啊,年代,r);T1n和T2n吸附器的时间常数;年代拉普拉斯变换的象征;t是时间;kn透射系数;和τn传输延迟时间的控制对象。
自上述简化扭曲实际传热传质过程的变量之间的关系在吸附器,提出了代表每一个参数方程(6)的函数φwk将调整当比较选定变量的值输出的吸附剂及其模型。
选择函数的形式φwk非线性考虑实验证实数学表达式,描述吸附过程的各个方面1,22),尤其是公式计算指数一个。因为没有计算的建议一个吸附WGO净化,几个公式,可以使用作为一个基础。其中包括朗缪尔的公式,弗伦德里希,Redlich-Peterson,打赌(多分子的理论(多层)吸附Brunauer,艾美特,和出纳),Dubinin-Radushkevich,博伊德,Lagergren [22,27,28]。每个公式是基于某一组相关的各种假设材料流动的特性和工艺条件。
所以,在Dubinin-Radushkevich公式(22),吸附指数一个非线性取决于物质流和政权的性质参数如下: 在哪里一个米的能力是一个单层吸附物质的吸附剂,P是分压,B是参数,提出了计算公式 在哪里米分子的质量,k是玻尔兹曼常数,T绝对温度,k0是熵系数,问米是一个分子的吸附热。
弗伦德里希公式(大力不均匀的表面)有以下形式: 在哪里KF和n弗伦德里希吸附常数描述吸附能力和物质的相互作用强度分别“adsorbent-adsorbate,”。
这些表达式的结构有常见的他们是非线性指数,对数,和权力的组件被吸附物浓度、温度和压力在吸附剂。在此基础上,有必要证实结构的功能φwk应该引入到模型设计控制和研究算法。
因此,吸附不研究了沸石的tetrafluoroethane同分异构体(6]。图3显示实验数据显示吸附物质的依赖数量压力及其对数和多项式近似。
工作(14)认为从氙氪(Kr)的分离(Xe)在不同的吸附剂。图4显示了Kr的依赖数量相对压力使用能力LSX K-faujasite沸石 ——因此,它近似指数和二次抛物线。
作者在15)考虑使用含氟化合物的利用率的问题从他们通过提取和分离吸附碳氟化合物)的方法。图5显示了吸附的依赖difluoromethane R32(吸附物)数量在压力在5与改性沸石吸附孔隙大小和被吸附物的获得依赖数量的近似压力指数,二次和三次多项式。
数据6和7表明氟碳吸附物量对温度的依赖性在不同压力(15]:依赖R32, R22和(氯二氟甲烷),R125 (pentafluoroethane)量温度在5沸石吸附和压力(图1.5酒吧6);依赖R134a (1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane) R125, R143a (1, 1, 1-trifluoroethane)量温度在13 x沸石吸附和压力(图1的酒吧7)。
图8结果显示氟碳组件R134a, R125 R143a 13 x沸石吸附,从二级Langmuir-Freundlich获得方程的温度在293 K, 313 K, 333 K。
图9表明氟碳吸附物的依赖性R32, R22, R125量和温度压力1条HKUST-1沸石,具有三维多孔结构三种类型的笼子里连接形成二聚的铜集群配合四羧酸盐组均苯三甲酸15]。
根据研究结构识别,见图3- - - - - -9控制信道传输系数,提出了选择两个竞争结构φn, kn指数和多项式以下类型: 在哪里一个我指数模型参数; , ,和多项式的第二或第三阶段,温度,压力,浓度。
校正函数的10和11适应模型时应该不太困难。
考虑主控制通道 。例如,其传递函数如下:
它是合适的选择值T11,T21,k11,从简化物质平衡4或从可用实验数据的起始值参数校正功能。
图10显示了广义系统的结构方案为吸附模型适应通过几个控制通道和通道的干扰。
它允许创建一个模型适应算法。根据该算法,输入信号向量(控制动作)(模式参数)美联储每个控制通道的输入和真正的TCO。自适应模型意味着存在一个适应块来确定模型的传递函数的系数,这是已知的结构。矢量模式参数输入相同的块。向量的自适应模型是相对于吸附器的输出信号的矢量吗 。如果误差值是不能接受的,然后适应块中,传递函数系数调整,直到条件 。
图11显示了一个示例的structural-parametric计划模型的提出纠正功能控制频道”F一个→Crs,啊。”
图12显示了吸附模型的结构方案控制通道”F一个→Crs,啊”,通过实现MATLAB+动态仿真模块。在方程的结构传递函数(12)是由两块:第一个形式的非周期的部分 ;第二个是运输延误e- - - - - -τ1年代,在那里τ1传输延迟时间,s。控制动作F一个计算和参数计算相应的块模型参数(BCMP)是这个函数的输入。图13显示了BCMP子系统的结构,它提供了计算模型参数根据方程(12)。
这样一个动态仿真模块模型可以用来比较吸附器控制算法,补充以扰动块典型的生产条件。
4所示。结果与讨论
分析技术系统的净化(再生)工业(工业和运输)的油和润滑油显示,它的特点是两种类型的物质的性质(即变化。类型的非平稳过程,联邦选举委员会)。第一个人在本质上是系统性的,因为它每次发生原材料接收来自另一个供应商。这种类型的非平稳可以或多或少可预测(周期)与一个供应商的原材料或不可预知的(随机)由于其收到来自多个供应商。
第二种类型的变化(非平稳)完全是随机的。它与吸附剂的性质(吸附剂再生过程的影响)和原材料(甚至从一个供应商)。物质都是随机变量的属性;我们考虑外部扰动。国家指标的内部元素的吸附器和其他设备的设计被认为是内部扰动(23]。
chemical-technological系统的研究和分析现有的建模方法吸附过程有可能确定类型的模型和算法用于控制计算机系统的净化过程,也就是说,美国专利商标局,考虑到非平稳。
处理开放存取研究的结果有可能确定的结构近似方程,可以应用于控制系统连续吸附器。
结果允许软件开发人员使用多项式1 - 3控制渠道的订单和指数模型。实体化的类型模型的设计来控制对美国专利商标局吸附净化的过程中,基于理论规定和实验研究中,可以被认为是一个科学的新奇。
考虑到实验工作的复杂性在生产条件和低效率的研究在实验室条件下,这样的结果的实际意义。
5。结论
本文的研究,得到:(我)证实,吸附过程可以被认为是不稳定由于收到污染的原材料来自不同来源和缺乏系统稳定的属性在每个源污染的原材料(2)它是确定非平稳的过程有两个的原因和两种类型的非平稳过程;这应该是考虑在过程控制算法(3)的结构和物质流分析技术净化系统有可能确定的信息流动(iv)已经确定时应考虑以下建模:吸附净化过程是一个多参数TCO,大部分的过程变量的值不能确定,在生产条件下,他们甚至不会被测量在实验室(v)每个控制通道的数学模型提出了一种二阶传递函数的传递系数是一个非线性吸附器中温度和压力的函数(vi)开放源的数据的研究已经确定了类型的函数,可以反映政权的转移系数参数的依赖;多项式的2 - 3订单,这些包括指数和对数(七)structural-parametric图的模型和图系统的适应吸附器模型(八)创建一个吸附过程的仿真模型MATLAB+动态仿真模块,对应于建模的概念
这些结果通过系统分析方法的使用,特别是,技术系统及其组件的分析和分析方法来描述工艺过程和吸附,特别是考虑到要求过程为控制对象的数学模型。
这样control-focused建模研究工作相关的连续吸附净化使用的油和油脂基于其他吸附剂和被吸附物的概括此前还没有文献报道。取得的结果可以被视为他们都科学新颖和实用价值。他们可以用来创建软件的吸附净化过程的控制系统不仅外国佬也的其他物质。
提出了模型的结构允许解决下列问题相关的控制吸附净化过程,即(我)确定必要的控制变量列表来控制吸附过程使用的推荐模型(2)确定控制变量的动态属性同步进入流程模型(3)吸附模型的选择和调查计算机方法适应这个过程的条件在生产条件(iv)创建和调查一个自适应控制系统的计算机操作质量指标的污染工业油脂净化模式改变原材料和当被污染的原材料的供应商发生了变化(v)协调功能独立的控制系统的生产系统,以实现节省资源(vi)个人发展计划实验研究技术在生产条件检查变量的属性控制变量为随机变量,并协调他们在使用模型(七)为实验研究开发计划的干扰和控制通道检查模型充分性
这个项目的相关性,提出了一种流程模型来控制使用油脂净化的过程中,将对应的行为的行为这一过程在生产条件;后这将是足够简单的公式和输入变量的数量和精度测量。缺乏数学模型降低了复杂的技术设备控制系统的有效性。
同时,获得模型给出了一个机会进行仿真实验研究各种算法控制生产过程,减少时间设计和实现控制系统。
数据可用性
本文的数据是根据客户要求提供相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。