ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СТАБИЛИЗАЦИИ И ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИИ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗЫ

PARAMETRIC ANALYSIS OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF STABILIZATION AND DEPOLYMERIZATION OF NITROCELLULOSE

Tatiana Petrenko

Graduate student of the Faculty of Mechanics Department of MiGPA 150404-АТПа-017 South-Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov

Russia, Novocherkassk​

Аннотация. На стадии структурного анализа технологического процесса все аппараты, входящие в технологический комплекс, должны быть представлены самостоятельными звеньями.

Анализ характеристик и режимов работы каждого технологического аппарата как самостоятельного звена технологического комплекса проводят с целью уточнения и корректировки номенклатуры показателей, подлежащих контролю при управлении данным видом оборудования, а также для выбора методов и алгоритма управления аппаратом, оптимальных при использовании данного аппарата в составе анализируемого технологического комплекса.

Abstract. At the stage of structural analysis of the technological process, all the devices included in the technological complex should be represented as independent links.

Analysis of the characteristics and modes of operation of each technological device as an independent unit of the technological complex is carried out in order to clarify and adjust the range of indicators to be monitored when managing this type of equipment, as well as to select the methods and algorithm for controlling the device that are optimal when using this unit as part of the analyzed technological complex.

Ключевые слова: анализ технологического процесса; звенья; оптимальные методы; алгоритмы управления аппаратом.

Keywords: process analysis; links; optimal methods; algorithms for controlling the apparatus.

Решающее воздействие на качество готовой нитроцеллюлозы оказывает процесс нагревания, происходящий в горизонтальном аппарате, нагревающем (ГАН). Концентрированная масса поступает в ГАН, где суспензию нагревают острым паром до температуры 155°С. Где температура острого пара – 175°С. Регулирующее воздействие изменением расхода пара при нагревании представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Параметрическая схема нагревания как объекта управления

Выходным параметром является температура Суспензии измельченной НЦ –Твых, которая должна варьироваться в диапазоне 154 – 1550С.

Управляющим воздействием является изменение расхода пара в теплообменнике – Fn.

Возмущающими воздействиями являются:

• Температура Суспензии на входе – Тв;
• Температура окружающей среды – Тос;
• Температура поступающего пара – Тп;
• Теплопотери – q;

Охлаждение суспензии не менее важно, как и нагрев в процессе стабилизации нитроцелллозы. В горизонтальном аппарате, охлаждающем (ГАО) суспензия НЦ охлаждается холодным паром до температуры 80°С.

Рисунок 2. Параметрическая схема охлаждения как объекта управления

Выходным параметром является температура Суспензии, измельченной НЦ –Твых, которая должна достигать 80 ⁰С

Управляющим воздействием является изменение расхода пара при охлаждении – Fnx

Возмущающими воздействиями являются:

• Температура Суспензии на входе – Тв;
• Температура окружающей среды – Тос;
• Температура поступающего пара – Тn;
• Теплопотери – q;

Параметрический анализ технологического процесса

Технологический процесс стабилизации и деполимеризации нитроцеллюлозы является многофакторным объектом управления. При управлении таким объектом невозможно оперативно осуществлять контроль всех параметров, необходим более глубокий параметрический анализ технологического процесса, отдельных операций, реализуемых в процессе, а также оборудования, образующего технологический комплекс, с целью оптимизации информационного обеспечения системы управления.

Для качественного параметрического анализа ТП необходимо произвести его декомпозицию. Декомпозиция – научный метод исследования сложных ТП (объектов, целей), заменяемых исследованием отдельных элементов. Под декомпозицией понимают разделение (расщепление) сложной задачи (цели, объекта, ТП) на более простые компоненты.

Рисунок 3. Схема декомпозированного технологического процесса стабилизации и деполимеризации нитроцеллюлозы

Процесс стабилизации и деполимеризации нитроцеллюлозы (рисунок 3) состоит из нескольких стадий. Основной задачей данной работы предусмотрена реализация автоматизированной системы управления стадии создания готового продукта, поэтому в схеме приведена декомпозиция только этой стадии и ее отдельных операций.

На рисунке 4 представлена параметрическая схема стадии создания готового продукта.

Рисунок 4. Параметрическая схема стадии создания готового продукта как объекта управления

Показатели качества, формируемые в технологической операции:

• Z1 – Температура НЦ;
• Z2 – Щелочность НЦ;
• Z3 – Средняя плотность НЦ;
• Z4 – Степень полимеризации НЦ.

Управляющие воздействия:

• y1 – Продолжительность автоклавирования;
• y2 – Температура и давление;
• y3 – Интенсивностью перемешивания суспензии.

Неуправляемые возмущения:

• x1 – Температура НЦ;
• x2 – Температура окружающей среды;
• x3 – Вязкость суспензии.

При производстве используют материалы, которые должны обладать следующими характеристиками:

• Температура суспензии 90- 920 °С;
• Щелочность – 0,02±0,05 %;
• Температура острого пара – 175 °С;
• Концентрация суспензии 7,5 %-8,2 %;
• Размер волокон НЦ – 300…1000мкм, но не более 1500мкм.

Проанализировав полученные данные и учитывая тенденции развития технологического процесса стабилизации и деполимеризации нитроцеллюлозы, можно сделать следующие выводы. После определения потоков необходимо определить количественные и качественные характеристики. При проведении параметрического анализа потоков выявляется необходимость контроля при управлении вышеперечисленных характеристик.

Таким образом, рассмотренный объект являются многофакторным, в котором в непрерывном потоке реализуются теплообменные и массообменные процессы и преобразование сырья в продукт с заданными показателями качества. Для разработки системы управления таким объектом необходимо провести комплексный аппаратурно-технологический анализ.

Список литературы:

1. Технология пироксилиновых порохов. Том 1. Производство нитратов целлюлоз и регенерация кислот. В.И. Гиндич- Казань 1995. С. 68-76
2. Нитроцеллюлоза. Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов. Ф.И. Гарина- Казань 2014. С. 121-125.
3. Стегаличев Ю.Г. Технологические процессы пищевых производств. Структурно-параметрический анализ объектов управления. – Ростов н/Д. Издательство «Феникс», 2006. С. 211 – 254 с.
4. Втюрин В.А. Основы АСУТП. Учеб. Пособие – СПб, 2006. С. 135 - 152с.
5. Стегаличев Ю.Г. Технологические процессы пищевых производств. Структурно-параметрический анализ объектов управления: Учеб. Пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. С. 218-222.
6. Пособие к СНиП 2.04.05-86. Пособие по проектированию автоматизированных систем [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://www.gosthelp.ru/text/PosobiekSNiP2040586Posobi.html (дата обращения: 11.05.19)