Материал: Диссертация Маленьких В.С(ПРО МОЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ)

системах обычно используется другой подход: каждый элемент схемы реша-

ется с применением наиболее эффективных алгоритмов, разработанных для каждого случая. При расчете системы взаимосвязанных аппаратов в HYSYS

последовательность расчета элементов определяется автоматически (или может быть задана пользователем). При наличии рециклов создается итера-

ционная схема, в которой рецикловые потоки разрываются, и создается по-

следовательность сходящихся оценочных значений. Эти значения получают-

ся замещением величин, рассчитанных при предыдущем просчете схемы

(метод простого замещения) или путем применения специальных методов ускорения расчета рециклов – Вегштейна и Бройдена» [55].

2.4. Разработка и построение имитационной модели установки изомеризации в программной среде Aspen HYSYS

Разделение нефти и газа на фракции путем перегонки (дистилляции)

основано на различии температур кипения их компонентов [8; 9]. При нагре-

вании компоненты с более низкой температурой кипения переходят в пары,

а компоненты с высокой температурой кипения остаются в жидкости. Пары после конденсации образуют дистиллят, неиспарившаяся жидкость – кубо-

вый остаток. Такой процесс называется простой перегонкой [54].

При простой перегонке в дистиллят увлекается значительное количе-

ство высококипящих компонентов, а в остатке накапливаются легкокипящие компоненты. Для четкого разделения сложной смеси применяют перегонку с ректификацией [65].

Процесс ректификации проводится в ректификационных колоннах и заключается в следующем, горячие пары, поднимаясь по колонне, контакти-

руют с охлажденной жидкостью, стекающей вниз. Происходит охлаждение паров, конденсация и переход в жидкость наиболее высококипящих компо-

нентов. Одновременно жидкость нагревается, низкокипящие компоненты испаряются. Иначе говоря, между парами и жидкостью происходит тепло-

массообмен. Эффективность контакта обеспечивается ректификационными

51

тарелками [10].

Ректификационные тарелки предназначены для создания тесного кон-

такта между парами и жидкостью в процессе ректификации. Применяют в основном желобчатые, колпачковые, S-образные, клапанные и другие виды тарелок [25].

Конструкция тарелок, помимо тесного контакта между паром и жид-

костью, должна обеспечивать достаточную производительность колонны,

иметь низкое гидравлическое сопротивление потоку пара. Большое значение имеет металлоемкость конструкций, легкость сборки и чистки [31].

В практических условиях теплообмена между парами и жидкостью на тарелке не достигается состояние равновесия, поэтому введено понятие ко-

эффициента полезного действия тарелки (КПД). Он зависит от конструкции и условий эксплуатации и обычно колеблется в пределах 0,4–0,8 [24].

«Четкость ректификации зависит от числа тарелок в колонне и коли-

чества орошения. Большое значение имеет скорость движения паров в ко-

лонне и расстояние между тарелками. Увеличение производительности уста-

новки при сырье одного и того же состава и увеличение тем самым скорости движения паров выше допустимой ухудшает ректификацию (а следователь-

но, и качество получаемой продукции), так как пары увлекают с собой ка-

пельки флегмы, которая попадает на вышележащую тарелку. Скорость паров по высоте колонны неодинакова, в связи с этим в зонах высоких скоростей между тарелками могут устанавливаться отбойные элементы» [49; 53].

2.4.1. Технологические параметры, влияющие на процесс

Основными технологическими параметрами, влияющими на процесс разделения многокомпонентных смесей в колоннах, являются температура,

давление и расходы потоков.

Температура низа ректификационной колонны определяет полноту отпаривания от легкокипящих фракций и поддерживается за счет подвода тепла из трубчатой печи или внешнего подогревателя – кипятильника (испа-

52

рителя, ребойлера) и др. Температура верха определяет качество извлекаемо-

го компонента и регулируется подачей орошения. «Подачу орошения в верх-

нюю часть колонны изменяют плавно, чтобы не вызвать переполнения таре-

лок флегмой или, наоборот, снижения уровня жидкости на них («оголение» тарелок). При недостаточной подаче орошения повышается температура вер-

ха колонны, значительно повышается температура конца кипения ректифи-

ката. При избытке орошения температура верха колонны снижается, темпе-

ратура конца кипения ректификата уменьшается, его высококипящие компо-

ненты переходят в остаток» [52].

Увеличение количества орошения при соответствующем подъеме температуры низа колонны улучшает четкость ректификации.

К выбору и регулированию давления в колонном аппарате следует подходить особенно тщательно. Повышенное давление позволяет конденси-

ровать пары при более высоких температурах, чем пониженное. Давление в колонне зависит от температурного режима, количества и состава сырья, от технологического оформления процесса.

2.4.2. Построение модели

В качестве базы данных для расчетов использовались технологиче-

ские параметры работы установки, а также качественные характеристики по-

токов, зафиксированные при проведении опытного пробега. Причина прове-

дения опытного пробега связана с необходимостью работы установки на производительности близкой к номинальной, без колебаний расхода и каче-

ства сырья, поступающего на установку.

Работа установки в период проведения опытного пробега характери-

зуется отсутствием технологических нарушений, стабильным режимом рабо-

ты всех технологических блоков. Качество сырья блока изомеризации соот-

ветствовало предъявляемым к нему требованиям. Краткая характеристика технологического режима установки изомеризации за период проведения опытного пробега приведена в приложении 1.

53

В расчете использовались данные, полученные из следующих источ-

ников:

PI – processbook (система мониторинга процесса);

результаты тепловизионной съемки оборудования;

данные лабораторных анализов ЛТК;

технологический регламент установки;

паспорта оборудования.

Использование различных источников данных позволило построить достоверную модель установки.

При построении модели установки были учтены следующие парамет-

ры:

габаритные размеры емкостного и теплообменного оборудования

(колонны, теплообменники и др.);

конструктивные особенности оборудования (тип и количество

тарелок в колоннах, диаметры корпусов и трубок, длина и площадь теплооб-

менников и др.);

работа реакторов блока гидроочистки и изомеризации смодели-

рована с помощью операций «уставка» на основании существующих матери-

альных балансов и аналитического контроля;

в качестве основных (активных) спецификаций колонн были вы-

браны температура кубовой части, флегмовое число и один из качественных показателей продуктового потока.

Данные для моделирования свойств динамического и теплооб-

менного оборудования брались из паспортов на это оборудование, предо-

ставленных производством.

Полная схема построенной имитационной модели установки изомери-

зации представлена в приложении 2.

54

2.5. Оценка адекватности построенной имитационной модели

Для дальнейшей работы была произведена оценка адекватности по-

строенной модели путем сопоставления фактических параметров работы установки и расчетных в среде HYSYS. Из таблицы 4 видно, что относитель-

ная погрешность не превышает 1 %. Это дает основание полагать, что дан-

ные, полученные в дальнейшем из модели, верны и их проверка не требуется.

Таблица 4 – Вариант режима эксплуатации изомеризации

С учетом того, что весь паровой конденсат, который возвращается с установки, проходит через теплообменники Т-6/1 и Т-6/2, определяем нагрузку на данные теплообменники равную 28,78 Гкал/ч. Данное допуще-

ние позволяет обеспечить высокую степень соответствия модельным данным в части нагрузки ребойлеров колонны К-6, а также в части измеренных пока-

зателей качества продукции.

55