Компьютерный анализ аппаратурно-технологического оформления процессов глубокой очистки тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.19 ВАК РФ

Государственный ордена Трудового Красного Снвмгп маучно-,исследовательский институт хкютвоки* ровктипоа л особо чистых химических ввчвотп

РГБ ОД

На прапах рукогшся

АЛЕКСЕЕВА Оксана Валерьевна

ЙОШШГЕРНШ ШАЛЮ А1ШАРАТУРН0-ТЮаШ0П!ЧЕСК0Г0 ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ГЛУБОКОЙ ОЧЙСГПС!

02.00.19 - Химия високочистых оецеств 05.13.16 - Применение еычислитольной техгака, ымтимытичоского моделирования к иатоматичесгах цктодоа а научных исслодованмяд

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на ссасканив ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994г.

Работа выполнена в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте химических реактивов и особо чистых химических веществ (ИРЕА).

доктор технических наук Бессарибов A.M.

Официальные оппонента: доктор химических наук, профессор Севастьянов В.Г. кандидат технических наук, доцент Глебов М.Б.

Ведущая организация: Институт общей и неорганической

II час. не заседании специализированного совета К.138.04.01 п Государственном ордена Трудового Красного Знамени яьучно--исследователъском институте химических реактивов и особо чистых химических веществ (107258, г. Москва, ул. Богородский вал 3, конфэренц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан СШМиЛмЛ ._ 1994г.

Ученый секретарь

Научный руководитель:

химии имени Н.С.Курнакова РАЛ Зашита состоится <?Ktvrj0fiJ_

1994 г. и

специализированного совета

В.Н.Авшмна

ОБЩАЯ лЛРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы. Использование веществ особой чистота по многом- определяет развитие наиболее наукоемких отраслей промышленности, существенно влияющих на нэучнс-техничёскнй пр:гресс. Вопросы технологии особо чистых веществ очень сложны, и только учет всех факторов обеспечивает успешное решение поставленной проблемы. Это прежде всего связано с совершенствованием информационного обеспечения и автоматизацией процедуры прлзятия оптимального аппаратурно-технолсгического решения.

Имеющиеся в подотрасли особо чистых веществ отдельные информационные системы, существенно сокращая объем рутинных работ, н9 способны использовать всю совокупность накопленных в этой об.:зста интеллектуальных знаний. Это возможно только при создеь виг универсальной интегрированной компьютерной системы, позволять анализировать имеющуюся информацию по методам очистки а апгвратурно-техлологическому оформлению процессов.

Работа выполнялась в рамках Российской Государственной на-учнэ-технической программы "Экологически безопасные процессы хи-яи и химической технологии" по направлении "Малотоннажные химические продукты, направленный синтез и эколо.лчески безопасны» технологии их производства".

Цель работы. Создание интегрированной компьютерной оттека, позволяющей автоматизировать процедуру выбора метода очистки и оптимального аппаратурно-технологического оформления.

Научная новизна.

1. Проведена многоуровневая систематизация литературных даты и экспертных оценок по методам очистки,- с такае по выбору топологического оборудования и оптимальных режимов его работы. Эт: позволило для автоматизации процедуры анализа процессов . лу-Сокой очистки создать интегрированную компьютерную систему, вклгеащу» следующие два блока:

- экспертная система для выбора метода очистки и анализа вппара-турно-технологического'оформления процессов;

- моделирующая система для расчета оптимального технологического режима и законов управления процессами глубокой очистки.

2. Разработана структура экспертной системы (ЭС). Система вклпает в себя оболочку, позволяющую проводить консультации и базу знаний (БЗ). Для каждого объекта составлены словари и предусмотрена возможность редактировать базу знаний, т.е. осуществ-

- а -

лять взаимодействие между базой и пользователем.

3. Для заполнения базы знаний ЭС был проведен анализ методов и аппаратурно-технологического оформления процессов глубокой очистки ацетона, вцетокитрила, метанола, этанола, изопропилового спирта, 'пиридина, тетрагидрофурана, метиленхлорида, пропилен-карбоната и ^-бутиролактона, являющихся наиболее . широко применяемыми органическими растворителями особой чистоты.

4. Для формирования словаря объектов была проведена многоуровневая систематизация аппаратурно-технологического оформления процессов глубокой очистки на примере метода ректификации, наиболее широко используемого при получении веществ особой чистота.

5. В рамках модзлируодей системы реализована возмокность прогнозирования диффузионных процессов с целью подбора таких конструкционных материалов, которые не изменяют уровень качества продуктов. Проведено моделирование проницаемости фтористоводородной и хлористоводородной кислот через фторполимеры С-10, Ф-2М

И Ф-4МБ.

6. В рамках моделирующей система для процесса дистилляци-онной очистки, предложен метод, позволяющий математически описывать равновесие в области макро- и микроконцентраций по примеси. Проведено моделирование процессов очистки триэтоксибора и тетра-этоксигермаявя.

7. Проведено моделирование процессов ректификационной очистки алкоксвдэв германия и бора в системах "вещество - примесь": "всос,!!,?, - ксилол", "В40С2н5)э - СгН50Н", "С«<0СгН50-вКОСаНбЧ", *&в'.ССаИьв;» - вЬСОСзНе^э", "СвЮСгНе0>¥ - СаНгОН".

,, 8. Для выбора оптимального закона управления процессами глубокой очистки разработана математическая модель, учитывающая периодичность процессов, дискретность управления и стохастические воздействия на систему. Моделирование проведено для процессов получения особо чистых тетраэтоксигермания и фтористоводородной кислота.

Практическая значимость.

I. Разработанное прогрз;<смное обеспечение интегрированной компьютерно« система внедрено в ГосНИМ "ИРЕАН и РХТУ им. Д.И. Менделеева.

2. Для раЗоты экспертной системы заполнена база знаний, включающая данные по методам очистки, а такие по их аппара'турно--технологичес-.эй реализации и управлэнию.

3. С помгдьв моделирующей систеш произведен выбор конструкционных материалов для процессов глубокой очистки фтористоводородной и хлористоводородной кислот.

4. Рассчятаны оптимальные технологические режимы и рекиш управления пр:цессами дистилляционной и ректификационной очистки алкоксидов Сера и германия и фтористоводородной кислоты. Результаты внедрены на действующих в ГосШИ "ИРЕА" установках.

Апробацил работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и. обсуждались на 4-ом Всесоюзном совещании по химическим реактивам (Баку, 1991); 9-ой Всесоюзной конференции по методам получения и анализа высокгчистых веществ (Н.Новгород,1992); 4-ой Международной научной к:нферекцил "Метода кибернетики ..имико-технслогичес-ких процессоь* (Москва, 1994).

Публикасая результатов исследования.

Основное содержание диссертации изложено б 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации.

диссерт£Л1я состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы ( 121 наименование) и приложения с актами внедрения результатов работы. Диссертация изложена на 124 страницах, включая 10 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОИ РАБОТЫ

I. Разработка структуры интегрированной компьютерной снсэмы.

Разработанная нами интегрированная компьютерная система (ИКС) позволяет автоматизировать процедуру выбора метода очистки и оптимального алпаратурно-технологического оформления. ИКС состоит из двух взаимосвязанных систем: акслертной и моделирующей (рис.1). ЭС -зет возможность применять к рассматриваемым веществам и приме:ям всю заполненную базу знаний по исследуемому вопросу. В случае отсутствия информации используется моделирующая система, которая позволяет получить необходимые данные и занести их в базу знаний ЭС.

АНАЛИЗ АПЛАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ

I I

Рис.1. Структура интегрированной компьютерной системы.

■ - 5 - ■

Работа по созданию ЭС ьключала следующие этапы:

- классификация и систематизация имэщейся информации;

- создание программной оболочки ЭС и разработка интерфейса с пользователем;

- выработка системы понятий в рассматриваемой предметной области и определение множества правил, описывающих ее;

- заполнение базы знаний.

Была разработана оболочка для создания ЭС в технологии еы-сокочистых веществ. Оболочка ориентирована на совместнув работу с базами данных в 4юрмате dBase. В оболочке выделены следующие основные функциональные части: ввод и редактирование правил (редактор правил), создание и редактирование объектов (редактор объектов), а также проведение консультация и объяснений.

Знания в ЭС представляются в виз объектов и связывсюпдо: их правил. В нашем случае объектами была выбрана: "вещество", "примесь", "физико-химические свойства", "меюд очистки", "аппаратура",' "материал", "технологический режим", "режим управлегдя". Объекты представлены в машине в виде: объект-атрибут-звачение атрибута (рис.2). Консультац"и проводятся посродс1аом применения правил из БЗ к списанным в ВЗ объектам. В левой части к^здого правила, задается условие, при кстакюсти которого еышш )тся правая часть правила, представляющая собой некоторое действие (изменение значения атрибута одного из объектов, поиск во внешней базе денных, вывод на экран результатов работы а др.).

Частью ЭС является редактор правил для автоматизированного пополнения базы знаний путем определения новых понятий к ввода новых правил. Эта возможность делает пользователей ЭС независимыми от разработчиков при пополнею-;: базы знаний. Вакиой чв^Л 8С является "открытость", сравнительная легкость дополнения и модификации ее базы правил на этапе эксплуатации.

Разработанная ЭС позволяет выбрать метод к аппаратурное оформление процессов глубокой очистки с учетом физико-химических свойств и содержания микропримесей в исходном веществе и целевом продукте. Система рассчитана как на получение отдельных справок--рекомендаций, так и на технологическую и аппаратурную проработку всей совокупности вопросов получения особо чистых веществ.

СТРУКТУРА ПРАБИЛЯ

1. Imiaii BMMAi )aiRi«tcc« «кш

1. Oncuw до&мим кют M — _£¿Wirt_

l_ißütitt*H_1

Э. Д*Асг»ял ПсгцвсV?»

4. Кс1«м«ит*&ми UW-T

СТРУКТУРА фРЕИиЛ ОБЪЕКТА

1 . Rítuint* OÓWKT» Ким -»ЛЬ HO« МММ

OoKCftHu« оЛ\«кта Тшп ммис "яса

Э. Монм«1гг»оаи Т*мот

СТРУКТУРА ОБЪЕКТА •вешЕСтао*

Слеп BpilKHUlM« Ш1ММ

Brweiio

<9пас«ям <>9v»M*r« 1*р*#гт»$:еогжне - ""тип ~"

Коинтарш! T»*rr

Рк. 2. Структур« Х4Р«*ТС»иСТИН ЭКСПСРТМОИ СИС'СПМ.

прйаи/ю

B***CT*S, woroçoe BOIMprUtC« J4«CTVW. •

арк>м»съ, мотору» MoÓHoenc удмт, — £«н>?л

СохмряАям пгрнмося в «сходная г^жеет** fiw»» W» рламо 0, С1 * м«о.

соа#р»*Ж** 1Х£|01»С* ■ ИОМ4ЧМОН Q роду KT« А0ЛХКО яр« • мм rv Ù.00Ù1 » НЛО

Для волу**«« особо «жстого варжвша ио£вомио лркмтггъ Г+кти1н™ш»опиу* £Ч»ОТХТ

Д«*Я«*ГЖ« - «ТКОС-£«ГНО#

ГС: «■«я - ав-р*кыигч*с*<»Я

ДЛПАраТ - В*Ь*ЖОЧ«*Д р*гМТВф|П*аОЖЖЯАЯ ИОЛСММ* .

М*Т*рЧ&Л «mupiTI - OtMk

Пяаметр юл:иии - "ЗОО ьи

s \ГУУТ9 и 1с« охи - 0.* я

H«еаоха ~ сгшръл^ао-прк7м»т-и--«»скм Д*«яиа

P»i***pU a* s*дни *■ ЗмлсО кнм

М»Т«0*ЛУ1 ■•о*ЖКЯ - пятой

Монмиггвраг - ом ■ ti op»*wo Г .А. . Сляооясмь Í * .. В«»л«»« С .С. . Pi г» и м но» a 4,К.. Гшгтб*** t h. Hitcwi яаггмим ç,kc.-r»c»мех—•<< 4>OTvru. И., КШГГЗХЖМ. 1ВВ6Г.. 63 с.

Рис.2. fVHHt» эдполисмия базы энгиии систем« пирмдим—6о*мм,

2. Выбор метода очистки и вппаратурно-технологичэского с^ормлешя.

Для Армирования базы, знаний« на I первой стадии необходимо было р»!бр'зть наиболее характерную группу веществ, подвергаемых очистке, и на ее примере выделить основные параметры вппара-турно-технологического оформления;трежимов работы для различных методов глубокой очистки.

Нами рассмотрены способы, получения такой важней группа веществ, как особо чистые органические растворители, которые-широко применяются в микроэлектронике, биотехнологии и других перспективных областях науки« и техники. Наиболее информативными для ЭС являются следующие, растворители: ацетон, ацетонитрил, метанол, этанол, изопропцловыЦ-спирт,, пиридин, тетрагидрофурая, метиленхлорид, пропилен-карбонат,.7-бутаролактон. При их получении используются такие виды очистки,«как периодическая .ректификация, дистилляция, адсорбция, химическая очистка,, направленная кристаллизация.

Выбор способа очистки зависит от; качества-¡исходного сырья н определяется физико-химическими, свойствами,« продукта«и> примесных компонентов, а также возможностью > добиться, "ребуемой" степени очистки этим- способом.на,данном.оборудовании. Этотгвыбор реализуется соответствующим«набором-правил (рис.3).

Систематизация. ацпаратурно-технологического оформления процессов, глубокой очистки была рассмотрена на примере метода ректификации, наиболее широко используемого при получении- особо чистых веществ.

База заний созданной ЭС содержит информацию об основных конструктивных и режимных параметрах проц-эсса ректификационной очистки, являющихся,объектами.:БЗ и.их атрибутами. Важным а-;табу-том является такая,«характеристика .ректификации как "степень, непрерывности". По этому признаку в базу занесены следуйте значения: периодические,.непрерывные и циклические. По атрибуту "способ теплообмена, с окружзхмй средой" можно выделить следующие значения:- адиабатические ■ и неадиабатические. Атрибут "величина давления" имеет значения: атмосферное, избыточное и вакуум. По атрибуту "температурный -реет.;'1 процессы ректификационной очистки классифицируются на низкотемпературные и высокотемпературное. .К;-,.

- а -

■■атрибутам ЭС относится также "режим работы". В зависимости от его значений можно организовать работу колонны с постоянной скорость» отбора, постоянным составом и дискретным отбором.

•При формирования словаря объектов были выделены следующие виды насадок; кольца Рашига, кольца Паля, с перегородками, 'се-дловщцше, спиральные» спирально-призматические. Кроме того, • база знаний включает презила о четодике выбора материала »аппаратуры (кварц, стекло, полимерные материалы, эмаль и др.).

3. ¡Выбор конструкционных материалов.

¡Выбор материалов з ргмках моделирующей системы проводился *на'примере широко применяемых в технологии особо чистых веществ фторполимеров марок Ф-4, Ф-4Д, Ф-4МБ, Ф-50, Ф-2М, Ф-30, 0-10, Ф~1 .и др. Эти полимерные материалы используются в химической ^промышленности для противокоррозионной защиты химических реакто-•ров., .изготовления различных деталей и узлов технологического оборудования (трубопроводов, теплообменников) и емкостей (контейнеров, бутылей) и др. (Экспериментальные исследования проводились под руководством д.х.н. Блюма Г.З. и к.х.н. Ярошенко A.M.).

На первом этапе исследования определялась диффузионная проницаемость конструкционных Фторопластовых покрытий по отношения к растворам травителей (в данной работе - hci и hf). Был прове-

■ ,гэн анализ лигературиых материалов по методам определения коэффициенте.. диффузии, проницаемости и нассопереноса, а также по методам аналитического контроля диффундирующих веществ.

Экспериментальные данные описываются уравнением вида:

■ ■ ■

С = С*-c*erp(-7i;n) (1)?

где с, с*- текущая и равновесная концентрации кислоты; у - кинетический параметр, характеризующий процесс диффузии; х - время; п - порядок.

Статистическая обработка получекных данных производилась с почацью выборочного метода, сущность которого.заключается в том, что определяемая величина характеризуется средним значением, найденным из ограниченного числа экспериментов. Задача решается

- g - .

посредством нахождения доверительного интервала для ввлпчкт математического ожидания.

На основании 2-го закона Фика для. нестационарных процессов выведена следующая временная зависимость коэффициента дкффузин:

* г v. ь . и Лх exp(-7tn) С т п -(п-1) т""^ Tní"'1 -—5-¡-г— (2)

L J Сс-0 - С expí-rt")]

Были проведены эксперименты по огределению проштцаемоста и коэффициеноа диффузии пленок из фторопластов Í&-2M И 0-413 по. хлористоводородной кислоте при температурах 23*и 70'С (толззднз пленки ¿z=O.OI см, площадь поверхности 52.76 см2, объем да$фузи онной ячейки 45 мл), из фторопластов 4-10 и Ф-4МБ по хлористоводородной кислоте при температуре ?0*С .толщина пленки 0.029 си), из фторопластов 0-10 и Ф-4МБ по фтористоводородной кяслото прз тетера тура,; 23*и 70'С (Дх=0.02Э см), из фторопласта Ф-2И го хлористоводородной кислоте при температуре 70'С (Ax»0.0I ai).

По результатам исследования рассчгтани основные характеристики, гарантирующие надежность использования конструкциошюго материала тары (рис.4.). Был выбран фггтропласт Ф-4МБ, являнгийся наиболее стойким по отношению к фтористоводородной кислоте.

4. Выбор оптшэльнсго технологического решша.

При отсутствии в базе знаний ин^.рмации о технологических режимах используется моделирующая система. иоделиропание рассматривалось на примере процессов дастил.*лциокной к ректификационной очисток (Экспериментальные исследования проводились под руководством д.х.н. Гр1шберга Е.Е.).

Математическая модель процесса дяттиллякаогагоЯ очистка представляет собой систему дифференциальных уравнений теплового и материального балансов:

к и

d( £mL)- £ m^/C^-X, )

Í=1 Í-1 /3)

W W

т)« - г d( i n,;+c,( t 1 1 1 6 it) 1 8 1»| 1

где nij- массы эфирзтэ и спирта в бгла-.юп системе; У,, X,- коя-

Рис.З. Ги*в«ги0*4с*ио* • обмет*

I (л» M^üKtrs» eelwwweeî* un »fc»*»»* »s«**»»»**»*?*

f "" r»tKTN4< (M W#t/M i) mn I *4««V<W >*M'(*#MU(MTPA44fait'

9 ® ttMINMUrMM«! »••«ÖC*-« ClMlIM I HMMlMut"'»»«-«-

•то*мио*одож>Дыо* ниелот*.

центрация спирта е парчвой и хидкой фазе; К^- хоаффициент теплопередачи; поверхность теплообмена; Тт- твыпературч теплоносителя; г^.с^- теплота парообразования я теплоемкости офирата а соответствующего спирта; и - количество кодаонентов смеси.

Одним из основных блоков при составлении математического описания процесса дистилляции является совокупность уравнений, моделирующих паронадкостное равновесие.

Нами предлог?н метод, позволяющий обв/ай комбныкроашшоЗ моделью описывать равновесие в области микро- н макрокояцентра-ций примесного компонента (ряс.б). Расчет равновесия а области макроконцентраций проводился с помощью иоде ля Вильсона«

шт^-тг Е и1;|г,!]- Е [ — 1» а,.,- ^ «р(- 1 (4)

где 7а- коэФ1ицегЯТ активности 1-го компонента, Т|- вольный объем 1-го компонента, энергетический параметр.

Для расчета равновесия в области кикроконцентраций прэдло-Е6Н8 следующая предельная эаьисимость:

11л У4 - [вхр (1 - АЯ1- 1п Х4 (5)

Результаты расчэтгэ энергетических параметров модэля Вяльсоаа в значения концентрация, определяющих границы не яду областягма макро- и микрокоюнтраций, приведены в таблице I.

Таблица I.

Параметры «доли Вильсона и граничные концентрации.

Система дх12 «21 кг

С«<ОС,НЕ(П» - БЫ 0С2Н( 1298,8 89,4 0,0102

СвС0С3НЕ0 )» - 8110С2Н,)» 1084,2 -263,7 0,0057

СвЮСаНЕ0>» - С,^50Н 763,5 -623,0 о.ооеа

В(С,НЕ0)3- С,М5ОН 1001,5 -331,9 0,0006

Проведено моделирование процесса дистаяляцаоянов очисти для систем: "всосав}, - с,н8он", "о-мос,^«)» - &иос,н3)„", "ов'.ос,«^)» - $ыэсан5»3", шо^<осгн%е- с,н,он". ,

Расчет оптимального технологического режима процесса ректификации сводится к совместному решению системы трансцендентных урььнегай при условии ышшмизации времени на очистку:

PU. ,MV I 1 - ( -Лга)к21] . Р21 а

, , _ / . _b__,k2t.

►Ml V

ттл**

y b

Vt* ET" ( spr+ .xpr} + \

Vin

где« t - степень очистки продукта (отношение концентрации лимитирующей принеси б нсходдой смеси ); г -время выхода колонны в стецданерное состояла; », ъ - доля отбора легколэтучей примеси и продукта соответственно; ^, р2 - параметры, учитывающие задержу жидкости в колонне; ка - кратность разделения в колонне, определяемая величиной {легкового потока.

Расча.т оптимального значения фпегмового хютока осуществлялся методом Кьютона-Рефсона. Моделирование проводилось по следу-wrai .шнитирукаща прииэсям: для триэтилбората - по неидентифици-рованшй яапкштучей пршаси и трудаолетучей примеси ксилола, для твтраетояСЕГврманий - по легколетучей примеси тераэтоксиси-лана h труднолгатучей примэси триэтзксисурьмы.

Сзгашальная производительность ректификационной колонны 0OP;»0.29Ï3 л/час для триетоксибора достигается ггч доле отбора продукта ь-0.72, для триэтоксибора Gopt»Q.03152 л/час при b'J.63. ИаЯдэннив оптимальные материальные потоки обеспечивают заданные степени очисткн целевых продуктов и необходимую годовую производительность установок.

6« Шбор оптимального законе и системы управления.

В производствах химических реактивов и особо чистых химических веществ сукаствует большое количество полу периодически?, процессов с непрерывной подачей одного из реагентов. Для '■"•леи процессов, в той числе и ректификационных, существенным яыазтея стабилизация иатериалышх потоков (Qt), т. к. при увеличении потоке происходит механический захват примесей, ухудиа-

пщй качество продукта, а при уменьшении - снижается произво \и-тельность процесса.

В Сслзи с этим нами были поставлены я решены две задачи стабилизЕлш потока в процессе полупериодической ректификационной очистки. Первая из низ; предполагает известными величину оптимального потока Qopt и числовые границы интервала [0H,0Q) в пределах которых поток ot удовлетворяет требованиям, предъявляемым к чистоте продукта и вф^ктивности процесса. Для второй задачи кртерием стабильности потока является минимум среднеквадратичного отклонения наблюдаемого потока 0t от Oopt*

Описанный метод был применен для оптимального управления процесса!« ректификационной очистки тетраэтоксигермания и фтористоводородной кислоты. Так как нагрев куба колонны, а также отбор дистиллята или флегмы с помовд>ю влектромапштной делительной воронки осуществляются дискретно, а количество а состав загрузки в течение рабочего цикла непрерывно изменяются, то особув вакность получаю^ вопроси стабилизации теплового потока. С учетом постоянства температуры кипения задача сводится к стабилизации температуры поверхности теплообмена.

- Стохастическая тепловая модель процесса получения особо чистой фс христово дородной кислоты имее-" следующий вид:

dtt 1 г "i ~

- -YS [otr +■ ХР(Тр- T)j * bttjaw^t)» UlO.y (7)

где M - масса, кг; о - теплоемкость целевого продукта, Дж/кг-К; г - гбпл:та парообразования, кДж/моль; Т - поверхность теплообмена, м2; т, т - температура целевого продукта н поверхности теплообмена, К; к - коэффициент теплопередачи, Вт/м2-К; (t )-стандартней винеровский процесс; b(t)- детерминированная функция Бремени; t - время, с.

Процесс наблюдения описывается стохастическим уравнением:

dYt- ÂTtdt + B(t)dW2(t) (3)

где I - линейный коэффициент передачи; B(t) - точность измерений; Yt - наблюдаемая величина; *2(t) - независимый от ' ,(t) винеровсий процесс.

- 14 -

После ряда преобразований было найдено решение системы уравнений математической модели:

о^Ну аСЮТ^сН + Ь^М«,^) <*£ «АШТ^ + В(т*2«:)

в виде:

и*—е~1и)с(1;)Ри)ет4, 1« [0ДК]. (Ю)

Это позволило получить оптимальный закон дискретного управления, учитывающий физико-химические свойства продукта, а также технологические а конструктивные характеристики (рис.6.).

Для обеспечения надежной ж безаварийной работы процессов очистки елкоксндов германия, бора и фтористоводородной кислоты были с помощью базы знаний по средствам КИША и УВТ разработаны и созданы автоматизированные системы управления.

Аппаратными средствами данных систем являются управляющие вычислительные комплексы на базе микро-ЭВМ СМ-1800, блоки преобразователей входных н выходных сигналов, датчики и ислолгательные устройства на технологической аппаратуре.

К программным средствам относятся операционная система СР/и в собственно управляющая программа» в основе которой лежит алгоритм оптимального управления технологическим процессом. Кроме непосредственного цифрового управления система осуществляет функции взаимодействия с оператором в диалоговом реашме. За время эксплуатации автоматизированные установки показали высокую надежность.

ВЫВОДЫ

1. Создана интегрированная компьютерная система, включающая вкспартшШ к моделирующий блоки. Система позволяет автоматизировать процедуру выбора метода очистки и оптимального аппаратурно-1 ахнслогического оформления, обеспечивающих заданное качество целевого продукта. Компьютерная система внедрена в ГосНИИ "ИРЕА" и РШ им.Д.И.Менделеева.

2. Для заполнения базы знаний экспертной системы был проведен анализ методов и аппаратурно-технологического оформления процессов глубокой очистки груши органических растворителей, наиболее широко применяемых в микроэлектронике.

- 15 -

3. Для формирования словаря объектов была систематизирована информация об основных конструктивных и режимных параметрах процесса ректификационной очистки. Разработанная структур5 была использована при создании программного комплекса экспертной системы.

4. Заполнена необходимая для работы экспертной систеш база ананий, включающая в себя все современные метода очистки, основные характеристики веществ и примесей, в также кнформаз» по технологическим режимам, аппаратурному оформлению и • сзствмв управления,

б. В рамках моделирующей системы реализована возмсяность расчета характеристик проницаемости фторпояетгров с целью зодбс ра конструкционных материалов, стойких к воздействию травгге«ей. Проведено моделирование проницаемости фтористоводородной а хлористоводородной кислот через фторполимеры Ф-Ю, Ф-2М и 5-4ЫБ. Осуществлен выбор конструкционного материала. Результаты зэнес?-нн в базу знаний экспертной системы.

6. Для процессов диотилляционной очистки предложен метод, позволяющий общей комбинированной математической моделью описывать равновесие в области макро- н микроконцентрвций приписного компонента. Проведено моделирование процесса для зетем:

"!Х0С,Н, >а - С^СН", "СоС0СгН»0)» - 5иОС,Н,),"( "О«С0Саи»О >» -- £Ы0СгН6 >э", "СоС0СаН80- с,н,он".

7. Разработан программный модуль для расчета оптимального технологического режима ректификационной очистки. Проведено моделирование ректификационной очистки твтра&токекгерманкя а три-этсксибора.

8. Для расчета оптимального закона управления процессами глубокой очистки разработана математическая модель, учитывающая периодичность процессов, дискретность управления и стохе:тичос-кие воздействия на систему.

9. Разработанные системы управления а получеюше оптимальные законы упраэлогая внедрены в ГосНШ "ИРЕА" на устано1::зх для получения особо чистых тетраэтоксигермшшя в фторястовод:-одиой кислоты.

Основное содержание диссертации опубликовано а сладуювдг работах:

1. Рябенко Е.А., Бессарабов A.M., Алексеева О.В., Гордеева Е.Л., Авсеев В.В. Применение экспертных систем при выборе метода глубокой очистки и аппаратурного оформления // Высокочистые ве-Чвства. 1993. *3. С.48-52.

2. Черная Н.Г., Алексеева О.В., Гордеева Е.Л., Гринберг Е.Е., Бессарабов A.M., [Фетисов Глубокая очистка алкокси-дов Оора и германия // Высокочистые вещества'. 1993. JC5, С.44-48.

3. Бессарабов A.M., Виноградов Г.Г., Блюм Г.З., Авсеев

В.В., Алексеева О.В., Аносов С.К. Автоматизация процесса получения особо чистой фтористоводородной кислота // Высокочистые вещества. 1993. Кб. 0.49-65.

4. Алексеева О.В., Осадчий В.Ю., Бессарабов A.M. К вопросу стабилизации процесса ректификационной очистки // Журнал прикладной химии. 1992. Т.65, *2. С.341-345.

Б. Алексеева О.В., Бессарабов A.M., Гринберг Е.Е., Черная Н.Г., Аносов О.Н., Родина Г.Л. Моделирование и автоматизация дасталяционной очистки алкоксидов германия // Высокочистые вещества. 1992. JH. С.64-69.

6. Авсеев В.В., Алексеева О.В., Бессарабов A.M. Автоматизированные системы управления в тэхнологии высокочистых веществ // Тезисы I/ Международной научной конференции "Кибернетике химико--технологичвских процессов". Москва. £994. С.66.

7. Авсеев В.В., Алексеева О.В., Бессарабов A.M., Гордеев • i.e., Макаров В.В. Экспертная система для выбора метода глубокой

очистки в аппаратурного оформления // Тезисы IY Международной научной конференции "Кибернетика химико-технологических процесс а". Москва. 1994. C.II7.

8. Алексеева О.В., Осадчий B.D., Бессарабов A.M. Стабилизация режимов процесса ректификационной очистки // Тезисы докладов XV Всесоюзного совещания по химическим реактивам. БакуЛЭ91.СЛ8.