Дата проведения: 02.11.2018 - 20.11.2018

Полимерные материалы имеют огромное значение для экономики. Из них производят тару, пленку и многие другие привычные нам в быту предметы. Одним из самых распространенных полимерных материалов является полиэтилен.

Крупнейшим производителем полиэтилена всех марок в России является компания СИБУР. На производственных площадках СИБУРа полиэтилен производится из этилена, который, в свою очередь, получается из этана. Этилен — важный полуфабрикат, а эффективность его производства напрямую влияет на эффективность всей производственной цепочки.

В этом соревновании вам предстоит построить несколько моделей, каждая из которых должна предсказывать один из нескольких ключевых факторов в производстве этилена. Для этого СИБУР предоставил реальные данные о работе оборудования на одной из производственных площадок.

Дано

На одной из площадок компании СИБУР эксплуатируется установка производства этилена. Ядро установки — это реакторный блок, состоящий из четырех последовательно соединенных химических реакторов. Именно в них этан превращается в целевой продукт — этилен.

Химический реактор представляет собой цилиндрическую емкость, в которую поступает подогретый в печах этан. Реакция преобразования этана в этилен является эндотермической, т.е. происходит с поглощением тепла, поэтому между реакторами установлены печи дополнительного подогрева. Подогрев газа обеспечивает необходимую для протекания реакции энергию.

Термохимическое уравнение целевой реакции:

C2H6→C2H4 + H2 – 207 кДж

 

В реакторе одновременно протекают несколько химических реакций, поэтому кроме целевого продукта образуется ряд побочных продуктов. Для повышения выхода целевого продукта и минимизации побочных реакций применяются катализаторы, т.е. вещества, которые, не участвуя непосредственно в реакции, изменяют ее характер за счет снижения энергии активации целевой реакции. Катализаторы, таким образом, повышают селективность реакции для целевого продукта.

Селективность – величина, которая показывает, какая доля превратившегося исходного вещества пошла на образование целевого продукта. Таким образом, селективность является одной из ключевых характеристик, определяя вклад целевой реакции в комплексе одновременно протекающих реакций.

Одним из нежелательных, но неизбежных продуктов реакции, является углерод (кокс), который осаждается на стенках реакторов, трубопроводах и катализаторе. Из-за этого снижается селективность реакции, изменяется схема распределения давлений в системе и снижается эффективность теплопередачи в теплообменном оборудовании. Именно поэтому прогнозирование образования углерода является важной задачей производства.

Снижение внутреннего диаметра труб, в которых происходит реакция, ведет к изменению перепада давлений в реакторах и, как следствие, к изменению давления в самих реакторах. Это приводит к смещению точки реакции от оптимальной и снижению пропорции этилен/этан на выходе реакторов. Снижение активности катализатора ведет к снижению отношения выхода готового продукта к использованному сырью.

Для долгосрочного планирования производства этилена необходимо уметь прогнозировать объем и эффективность производства. Объем производства определяется селективностью реакции и ограничениями по нагрузке, т.е. массе сырья в единицу времени, которые накладываются текущим состоянием установки и внешними факторами.

Цель

В рамках данного чемпионата участникам предстоит реализовать несколько предиктивных моделей, которые помогут в решении глобальной задачи прогнозирования объемов производства. Таргетом или целевой переменной для каждой из моделей является важный фактор, который влияет на показатели производства: либо на объем производимого продукта, либо на его эффективность. Используя полученные модели, СИБУР сможет реализовать единую модель прогнозирования объема выпуска продукции за определенный период времени.