Зайцев Владимир Александрович. Автоматизация управления системами озонированной очистки сточных вод и отходящих газов

brief description

Зайцев Владимир Александрович. Автоматизация управления системами озонированной очистки сточных вод и отходящих газов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06.- Москва, 2001.- 144 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/1027-4

ЗАЙЦЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ
АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
СИСТЕМАМИ ОЗОНИРОВАННОЙ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД И ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
Специальность 05Л3.06
Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами (строительство)
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Москва - 2001
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ
ОЗОНИРОВАННОЙ ОЧИСТКОЙ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОТОКОВ 11
1.1. Физико-химические и технологические особенности процесса
озонированной обработки воды и отходящих газов 11
1.2. Особенности структурных схем установок очистки сточных
вод и отходящих газов с помощью озона 15
1.3. Развитие средств и систем управления оборудованием и
технологическими процессами озонирования 24
1.4. Эффективность, режимы и структура систем управления
процессами озонированной очистки выбросов 28
1.5. Выводы по главе 1 37
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КИНЕТИКИ
ПРОЦЕССОВ ОЗОНИРОВАННОЙ ВОДО- И ГАЗООЧИСТКИ 42
2.1. Научное обоснование выбора типа кинетической модели
исследуемого класса технологических процессов 42
2.2. Модель К-1. Скоробь реакции несопоставимо велика по
сравнению со скоростью массообмена... 49
2.3. Модель К-2. Скорость реакции заметно больше скорости
массообмена 51
2.4. Модель К-3. Скорость реакции мала по сравнению с
массопередачей, но сравнима с нею 52
2.5. Модель К-4. Скорость реакции лимитирует суммарную
скорость процесса 54
2.6. Выводы по главе 2 56
3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ
ОЗОНИРОВАННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ОТХОДЯ¬ЩИХ ГАЗОВ 59
3.1. Построение математической модели процесса озонированной
сероочистки сточных вод 59
3.2. Построение математической модели процесса озонированной
сероочистки отходящих газов 65
3.3. Построение^прощенной идеализированной модели для целей
оперативной автоматической оптимизации 74
3.4. Выводы по главе 3 78
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СТАТИЧЕСКАЯ
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЗОНИРОВАНИЯ 82
4.1. Идентификация параметров и установление адекватности
математических моделей процессов озонирования 82
4.2. Уточнение структуры математических моделей с учетом
времени пребывания потоков в объектах озонирования 86
4.3. Исследование статических характеристик и построение
области допустимых значении управляющих воздействий 97
4.4. Формулирование и решение задачи статической оптимизации
процессов озонирования 103
4.5. Выводы по главе 4 108
5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ И ОПРЕДЕ¬ЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЕ О УРОВНЯ ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ 112
5.1. Выбор и обоснование структурной схемы автоматического
управления процессами озонированной очистки выбросов 112
5.2. Автоматизация управления процессами при двухступенчатом
озонировании обрабатываемых потоков 117
5.3. Определение заданий управляющим устройствам системы
автоматической стабилизации технологических параметров 121
5.4. Определение рационального уровня автоматизации
технологических систем озонированной очистки 124
5.5. Рекомендации к рабочему проектированию комбинированных
систем автоматического управления 129
5.6. Выводы по главе 5 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
ЛИТЕРАТУРА 138

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической задачи инженерной экологии - повышению эффективности проектирования и эксплуа¬тации перспективных систем озонированной очистки выбросов и утилизации их побочных продуктов.
Конкретная цель выполненных исследований состояла в теоретическом и экспериментальном изучении процессов окисления озоном сернистых соедине¬ний в сточных водах и дымовых газах как объектов автоматического управле¬ния, синтезе математических моделей, разработке алгоритмов и систем управ¬ления установками водо- и газоочистки.
Основные результаты работы состоят в следующем.
1. В результате теоретических исследований механизма озонированной очистки как абсорбции, сопровождающейся протеканием химических реакций окисления, выявлены и формализованы модели кинетики, характеризующие ос¬новные случаи взаимосвязи лимитирующих стадий процесса.
2. Для исследования рассматриваемых процессов как объектов автомати¬ческого управления разработаны экспериментально-аналитические математиче¬ские модели сероочистки сточных вод и отходящих газов, представляющие сис¬темы обыкновенных дифференциальных уравнений, включающих мгновенные материальные балансы взаимодействующих веществ в жидкой и газовой фазах.
3. Для использования в системах автоматизации разработана упрощенная идеализированная математическая модель, основанная на одной суммарной ре¬акции и предусматривающей два варианта учета тормозящего действия побоч¬ных продуктов на скорость процессов очистки.
4. Е[утем сравнения результатов физического и вычислительного экспери¬ментов проведена оценка адекватности разработанных математических моделей
реальным процессам и доказана правомерность принятых при моделировании допущений (воспроизводимость на модели данных эксперимента - более 90 %).
5. По результатам исследования свойств стационарных режимов в допус¬тимой рабочей области и изменении ее конфигурации в широком диапазоне возмущающих и управляющих воздействий установлена целесообразность и практическая возможность автоматической оптимизации процессов озониро¬ванной очистки выбросов.
6. Для реализации в схемах автоматического управления предложен кри¬терий оптимальности, характеризующий условную «технологическую» себе¬стоимость очистки и представляющий отношение количества затраченного озо¬на к количеству окисленного загрязнителя.
7. При решении поставленной задачи оптимизации установлено, что ми-нимальное значение критерия находится на границе области допустимых управ-ляющих воздействий в точке пересечения ограничений, для оперативного опре-деления координат которой предложен упрощенный алгоритм поиска.
8. На основе результатов расчета заданий регуляторам, позволяющих под-держивать величину критерия наиболее близкой к ее оптимальному значению, доказана целесообразность использования автономного режима управления, для повышения эффективности которого разработана специальная комбиниро¬ванная система автоматического управления одно- и двухступенчатой очисткой.
9. Практические результаты диссертации рекомендованы заинтересован¬ным фирмам и организациям для проектировании новых и модернизации дейст¬вующих систем озонированной очистки, а научные результаты уже используют¬ся в учебном процессе при подготовке в МГСУ инженеров по автоматизации строительства и городского хозяйства. Они доложены на научных конференциях и семинарах, опубликованы в периодической печати и сборниках научных тру¬дов [91,94-102].