Моделирование колонны дебутанизации
Цель работы:закрепление пройденного материала.
Описание технологического процесса
В ректификационную колонну, состоящую из 50 клапанных тарелок на тарелку питания 33 поступает сырьевой поток с расходом G кг/час, температурой 45 град.С и давлением P бар. Перепад давления по высоте колонны составляет 0,25 бара.
В верхней части колонны установлен парциальный конденсатор-холодильник, гидравлическое сопротивление которого составляет 0,2 бара. Несконденсировавшиеся пары отводятся из колонны в качестве дистиллята, а образовавшаяся жидкость возвращается в колонну в качестве орошения. Требование по качеству дистиллята – отбор 99% масс. изобутана от потенциала.
В нижней части колонны установлен выносной кубовый кипятильник. Температура куба должна обеспечивать отбор 99% масс. н-бутана от потенциала.
Исходные данные для моделирования
Модуль колонны: Tower
Расчет коэффициентов фазового равновесия: SRK;
Единицы измерения – Alt SI.
Давление сырьевого потока 6 бар
Состав исходной смеси, кг/час.
| Компонент | расход, кг/час |
| Пропан | |
| i-Бутан | |
| n-Бутан | |
| i-Пентан | |
| n-Гексан |
Задание
1. Соберите технологическую схему и рассчитайте колонну дебутанизации, проверьте полученные результаты.
2. Рассчитайте размеры колонны
3. При заданных параметрах разделяемой смеси, спецификации колонны, требуемом качестве разделения подберите оптимальную тарелку питания, при которой нагрузка на кипятильник окажется минимальной.
Примечание: рекомендуется производить поиск оптимальной тарелки питания в интервале тарелок [20;40] с помощью инструмента «Расчетное исследование». Для расчета рекомендуется разбить интервал на 10 участков.
4. Произведите расчет колонны в оптимальной тарелок питания.
Лабораторная работа №6
Оптимизатор на примере колонны дебутанизации
Цель работы: освоение методики решения задач оптимизации с использованием инструмента «Оптимизатор».
Рис.7.1. Схема колонны дебутанизации
Оптимальное проектирование ректификационных колонн требует учета таких параметров как производительность, чистота продукта, а также стоимость применяемых теплоносителей и хладоагентов. Обычно при проектировании используется метод "проб и ошибок", с помощью которого подбираются нужные значения параметров. Задачи подобного типа удобно решать с помощью Оптимизатора, встроенного в Unisim.
В данном примере рассматривается дебутанизатор с двумя питаниями разного состава (Рис.7.1). С помощью Оптимизатора определим значения параметров, которые обеспечат получение максимальной прибыли.
Построение модели
В этой задаче в качестве термодинамического пакета используется уравнение состояния Пенга-Робинсона.
Выберите указанные ниже компоненты. Задайте два потока питания Питание1 и Питание2.
В таблице представлена информация, необходимая для задания полной колонны. Выберите парциальный дефлегматор.
| РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА | ||
| Страница | Поле | Значение |
| Соединения | Число тарелок | |
| Питания | Питание1 (тар.4) | |
| (тарелка) | Питание2 (тар.8) | |
| Тип конденсатора | парциальный | |
| Пар сверху | Сброс | |
| Жидкость сверху | Бутаны | |
| Кубовый продукт | Пентан | |
| Эн.поток ребойлера | Нагр.кип. | |
| Эн.поток конденсатора | Нагр.конд. | |
| Профиль давления | В конденсаторе | 14 кг/см2 |
| АР конденсатора | 0 кг/см2 | |
| В ребойлере | 15 кг/см2 |
На странице Спецификации закладки Данные задайте следующие спецификации:
| Спецификации | |
| Расход газа из конденсатора | |
| С5 в дистилляте | 0.05 мольная доля iC5 и пС5 в дистилляте |
| Извлечение бутана | 0.95 извлечение iC4, пС4 и iC4= в дистилляте |
Перед тем как рассчитать колонну, на странице Дополнительные закладки Параметры задайте допуск на ошибку тепловых балансов спецификаций равным 0.0001 (вместо 0.0005).
Запустите колонну на счет. Для определения наиболее экономичных условий работы лучше использовать имеющийся в Unisim Оптимизатор, а не метод проб и ошибок.
Задание оптимизатора
Вызовите Оптимизатор клавишей <F5>. В специализированном окне оператора перейдите на закладку Переменные (Variable). Здесь задаются переменные, которые будут варьироваться Оптимизатором. Ниже показана процедура задания двух спецификаций колонны в качестве варьируемых переменных.
1. Нажмите кнопку Добавить. Откроется окно Добавление переменных в оптимизатор.
2. Выберите переменную С5 в дистиллате, как показано на рисунке. В поле Описание можно изменить имя переменной (Рис.7.2).
Рис.7.2. Выбор переменной
3. Повторите шаги 1 и 2 и добавьте в качестве переменной спецификацию колонны Извлечение бутана. Теперь Оптимизатор имеет две первичных переменные, которые он будет менять с тем, чтобы определить максимум целевой функции.
Нижнюю и верхнюю границы изменения переменных задайте сами, изменив значения по умолчанию. Чтобы определить эти границы, Вам, возможно, придется провести серию предварительных расчетов.
Задайте следующие границы изменения переменных:
| Переменная | Верхняя граница | Нижняя граница |
| С5 в дистилляте | 0.05 | 0.0075 |
| Извлечение бутана | 0.99 | 0.95 |
Определение целевой функции
Оптимизатор содержит специальную электронную таблицу для задания целевой функции и ограничений. Откройте электронную таблицу. Ниже показана процедура задания целевой функции.
В нашем случае целевая функция представляет собой прибыль, получаемую от работы колонны. Величина прибыли рассчитывается на основе цен на продукты, теплоноситель и хладоагент. В нашем примере использованы следующие цены:
хладоагент - 0.0015 $ за ккал/час
продукт (бутаны) - 22 $ за кг
теплоноситель - 0.0075 $ за ккал/час
С помощью кнопки Электронная таблица войдите в электронную таблицу оптимизатора. Заполните ее как показано на рисунке (Рис.7.3).
Рис.7.3. Исходные данных для проведения оптимизации
В поля электронной таблицы необходимо импортировать переменные схемы. Это можно сделать по-разному. Во-первых, это можно сделать, находясь на закладке Соединения, с помощью кнопки Добавить.
Другим способом импортировать переменные можно, находясь на закладке Электронная таблица. Щелкните правой кнопкой мыши и из предложенного «всплывающего» меню выберите Импорт переменной.
Введите формулы в соответствующие ячейки таблицы на странице Электронная таблица(Рис.7.4). Формулы можно редактировать и на странице Формулы. На этой странице компактным образом выводятся все формулы, заданные пользователем.
Рис.7.4. Страница Электронная таблица
Если в расчетной формуле используется одна переменная, то ячейке с результатом присваивается тип (и, соответственно, единицы) этой переменной. Обычно это не приводит к недоразумениям. Однако, в нашем случае результат, поступающий в ячейку ВЗ имеет неверную размерность ккал/час, а нам нужно $. Объявим величину, которая рассчитывается в ячейке ВЗ безразмерной(Рис.7.5). Для этого установите курсор в ячейку, а в строке Тип переменной наверху окна из падающего списка выберите тип Безразмерная. Повторите эту процедуру для ячеек В7, В9 и D7.
Рис.7.5. Выбор типа величины