СКАЧАТЬ:  2-laba-model-moya.zip [668,01 Kb] (cкачиваний: 132)

Отчёт

по лабораторной работе №2

по дисциплине:

«Моделирование систем»

на тему: «Моделирование пропан-пропиленовой

ректификационной колонны»

Введение

Пропан и пропилен являются близко кипящими веществами, поэтому их очень трудно разделить друг от друга. Тем не менее, ректификация при повышенном давлении и достаточном количестве контактных устройств является стандартной технологией.

Парожидкостное равновесие смесей пропан/пропилен, этан/этилен подвержено влиянию взаимодействия между компонентами. Для компенсации неидеальностей в этих смесях используются специальные параметры бинарного взаимодействия (BIPs) при расчетах фазового равновесия по уравнениям Соаве-Редлиха-Квонга или Пенга-Робинсона.

Цели работы

–    моделирование процесса разделения близкокипящих смесей;

– моделирование ректификационной колонны с парциальным конденсатором;

–   оптимизация технологической системы с использованием встроенных инструментов CHEMCAD.

Теоретическая часть

Процесс разделения нестабильного газового бензина на от­дельные компоненты называется фракционированием. В основе фракционирования лежит метод ректификации. Поскольку требует­ся обеспечить четкое разделение исходного сырья на компоненты, температура кипения которых различается незначительно, фракцио­нирование осуществляют в несколько ступеней, на каждой из которых сырье разделяется на два компонента: высококипящий и низкокипящий.

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемо­го сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше пита­тельной секции, служит для ректификации парового потока и называет­ся концентрационной (укрепляющей), а другая — нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока — отгонной, или исчерпывающей секцией. Навстречу потоку жидкости поднимаются пары, образовавшиеся в результате кипения жидкости в кубе колонны. В процессе противоточного движения паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом, а жидкая - высококипящим.

Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья на два продукта: ректификат (дистиллят) — выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток — нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных колонн,  именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.

Для разделения бинарных или многокомпонентных смесей на два компонента достаточно одной простой колонны (если не предъявляются сверхвысокие требования к чистоте продукта). Для разделения же многокомпонентных непрерывных или дискретных смесей на более чем два компонента (фракции) может применяться одна сложная колонна, либо система простых или сложных колонн, соединенных между собой в определенной последовательности прямыми или обратными, паровыми или (и) жидкими потоками. Выбор конкретной схемы и рабочих параметров процессов перегонки определяется технико-экономическими и технологическими расчетами с учетом заданных требований по ассортименту и четкости разделения, термостабильности сырья и продуктов, возможности использования доступных и дешевых хладоагентов, теплоносителей и т. п.

Установлено, что на разделительную способность ректификаци­онных колонн значительное влияние оказывают число контактных сту­пеней и соотношение потоков жидкой и паровой фаз. Для получения продуктов, отвечающих заданным требованиям, необходимо, наряду с другими параметрами ректификационной колонны (давление, температура, место ввода сырья и т. д.), иметь достаточное число тарелок (или высоту насадки) и соответствующее флегмовое и паровое числа.

Флегмовое число (R) характеризует соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части колонны и рассчитывается R = L/D, где L и D — количество соответственно флегмы и ректификата.

Паровое число (П) характеризует соотношение контактирующих потоков пара и жидкости в отгонной секции колонны, рассчитывается как П = G/W, где G и W— количество соответственно паров и кубового продукта.

Зависимость между числом тарелок и флегмовым числом выглядит следующим образом:

Практическая часть

Задание 1

1. Собираем схему и вводим исходные данные:

Convergence(Конвергенция):

2. При заданных параметрах разделяемой смеси, спецификации колонны, требуемом качестве разделения подбираем оптимальную тарелку питания, при которой нагрузка на кипятильник является минимальной. Поиск оптимальной тарелки питания производим сначала в интервале тарелок [25;125] с помощью инструмента «Sensitivity study» (Анализ чувствительности), разбив интервал на 10 участков.

Далее, сузив интервал поиска до 10-20 тарелок, уточняем результат поиска. Производим расчет колонны с оптимальной тарелкой питания.

Выяснили, что оптимальной тарелкой питания является тарелка № 78.

Задание 2

1. Изменяем тип конденсатора колонны с полного на парциальный. Анализируем изменения параметров процесса в технологической схеме (верхний продукт и нагрузка на конденсатор) при изменении типа конденсатора.

         Добавляем в схему боковой поток из колонны и вносим изменения в спецификацию колонны.

Расход дистиллята 10500 кг/час задаем как массовый поток жидкости в виде бокового продукта из первой тарелки колонны (из конденсатора).

1. Получаем содержание пропилена в дистилляте, равное 96,5% масс., изменяя содержание пропилена в сдувках. Для этого используем контроллер, внеся изменения в схему.

При ограничении на максимальную нагрузку на кипятильник и требуемом качестве пропилена в дистилляте определяем минимально возможное количество тарелок в колонне. Максимально допустимые по модулю нагрузки на кипятильник и требуемое содержание пропилена в дистилляте принимаем равными:

Заполняем поля контроллера следующим образом:

Таким образом, контроллер пытается изменить содержание пропилена в сдувках в заданных пределах (0.95-0.97) таким образом, чтобы содержание пропилена в дистилляте стало равным 96,5% массовых.

Условие оптимальности тарелки питания также выполняется.

Поиск решения выполняем с помощью инструмента «Sensitivity study» (Анализ чувствительности). В качестве независимой переменной выбираем число тарелок в колонне; в качестве независимого параметра – номер тарелки питания

На рисунке приведен поиск минимального числа тарелок. По графикам на рисунке видно, что при числе тарелок 141 и ниже нагрузка на кипятильник превышает 60 000 МДж. Поэтому минимальное число тарелок в колонне принимается равным 141, а номер тарелки ввода питания принимается равным 74.