ОПТИМАЛЬНЕ КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ ПАРО-КИСНЕВОЇ КОНВЕРСІЇ МЕТАНУ
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2024-7-1-15Ключові слова:
процес конверсії метану, математична модель, критерій оптимальності, оптимальне керування зі зворотним зв’язком, нелінійне диференціальне рівняння Рікатті з розподіленими параметрамиАнотація
У роботі досліджувався процес конверсії метану. У виробництві водню і його сумішей найважливішим апаратом є конвертор, який і призначений безпосередньо для конвертування метану за участю кисню та парів води. Тому саме цей реактор досліджується як технологічний об’єкт керування. Тиск в апараті підтримується витратою газів реакції на виході з конвертора, і динамічні характеристики цього параметру в подальшому не розглядаються. Також не розглядаються втрати в навколишнє середовище, оскільки корпус конвертора був передбачений для цього і є теплоізоляція. Постійними є температури і концентрації вхідних потоків. Виходячи з наведеного вище, визначальним параметром даного процесу є концентрація метану на виході з конвертора. Щоб досягти заданої концентрації, потрібно регулювати витратою кисню. При цьому забезпечується співвідношення потоків парогазової суміші і кисню. Витрати кисню входять у граничні умови математичної моделі конвертора як об’єкта з розподіленими параметрами. У роботі розроблено математичну модель динаміки концентрації метану на виході з конвертора. Визначено статичні та динамічні характеристики за каналами керування і збурення на основі створеної математичної моделі конвертора. Досліджено вплив допущень на вид і характер динамічних властивостей. Досліджено систему в просторі стану. Запропоновано критерій оптимальності. Знайдено оптимальне керування процесом конверсії метану. Синтезовано оптимальний лінійний регулятор. Даний підхід дав змогу синтезувати оптимальний лінійний закон на основі застосування нелінійного диференційного рівняння Рікатті з розподіленими параметрами. Знайдено оптимальне керування процесом конверсії метану і оптимальну траєкторію переходу стану. Наведено графічні результати дослідження.
Посилання
Радченко О.М., Солощук В.О. Моделювання та оптимізація процесу конверсії метану в синтез-газ. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». 2018. № 117(1245). С. 110–115.
Modeling and optimization of methane steam reforming process for hydrogen production / Z. Li et al. International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. № 46. P. 25472–25483.
Foo X.Y. Modeling and Control of Methane Conversion Processes. Elsevier, 2023. 300 p.
Bartos R., Śmiechowski M., Libicki J. Modeling and simulation of methane conversion processes in fixed bed reactors. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly. 2021. Vol. 37. № 3. P. 261–271.
Korniyenko B., Ladieva L. Mathematical Modeling Dynamics of the Process Dehydration and Granulation in the Fluidized Bed. Advances in Intelligent Systems and Computing 1247 AISC. 2021. P. 18–30.
Корнієнко Б.Я., Галата Л.П. Побудова та тестування імітаційного полігону захисту критичних інформаційних ресурсів. Наукоємні технології. 2017. № 4(36). С. 316–322.
Корнієнко Б.Я., Юдін О.К., Снігур О.С. Безпека аутентифікації у web-ресурсах. Захист інформації. 2012. № 1(54). С. 20–25.
