Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB" (28-29 мая 2002 г.). М.: ИПУ РАН. 2002. 207 С.: Ил.

Моделирование процессов производства монометиланилина

Фролов С.В., Третьяков А.А., Назаров В.Н.
Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов

За последние несколько лет MATLAB зарекомендовал себя как один из наиболее удобных и эффективных программных пакетов для целей имитационного моделирования динамических систем.

Среда MATLAB использовалась для моделирования динамических режимов производства монометиланилина (ММА). Данное вещество используется при приготовлении антидетонационных добавок к топливу. Производство включает две основные стадии: синтез ММА в контактном аппарате трубчатого типа [1] и очистка полученного продукта в насадочной ректификационной колонне периодического действия.

Процессы, протекающие в данных аппаратах, характеризуются следующими особенностями:

• полунепрерывным и нестационарным (синтез ММА) и периодическим (ректификация) характером, исключающим статические режимы производства ММА;
• распределенностью в пространстве многих выходных параметров;
• большим числом взаимосвязанных выходных технологических параметров.

Поэтому динамические процессы, протекающие в аппаратах, описывались дифференциальными уравнениями в частных производных, обыкновенными дифференциальными и алгебраическими уравнениями.

При расчете математических моделей дифференциальные уравнения в частных производных представлялись в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений согласно методу расщепления.

Полученные системы дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающие процессы синтеза и ректификации, являются жесткими. Поэтому, для их решения использовались стандартные функции среды MATLAB ode23s.

Уравнения, описывающие кинетику химических превращений, тепловые процессы во вспомогательном оборудовании, для расчета тепло-физических характеристик смеси, равновесных концентраций представлялись в виде отдельных функций. Это удобно для общего восприятия моделей и для их редактирования.

Для слежения процесса расчета математических моделей использовалась функция waitbar.

После отладки программ, для увеличения скорости расчета математических моделей, исходные тексты программ переводились в исполняемые файлы с помощью встроенного компилятора языка Си. При этом скорость расчета моделей возросла приблизительно в два раза. Что существенно при использовании данных моделей для целей оптимизации.

Удобное графическое представление результатов расчета моделей и интерфейс среды MATLAB, позволяет увеличить эффективность решения задач математического моделирования.

Литература

1. Фролов С.В., Третьяков А.А. Математическое моделирование и исследование процесса синтеза монометиланилина в трубчатом реакторе //Химическая промышленность, 2001. № 8.