Оптимизация ректификации фракции этан-пропен-пропан в простых и сложных колоннах

Как видно из приведенных данных, применение схемы с тепловым насосом может обеспечить значительную экономию энергетических и капитальных затрат на разделение, однако степень уменьшения их существенным образом зависит от технико - экономических показателей процесса разделения - от стоимости электроэнергии и водяного пара. Необходимо отметить также, что надежное расчетное сравнение схем ректифи

кации смеси пропен - пропан с получением практически чистого пропена возможно только на основе достаточно точных термодинамических данных по фазовому равновесию.

Постановка задачи

Целью данной работы являлась структурная и параметрическая оптимизация технологической схемы разделения фракции этан-пропен-пропан для снижения энергозатрат на разделение.

Для достижения поставленной цели необходимо:

• выбрать математическую модель парожидкостного равновесия, адекватно описывающую экспериментальные данные;

• синтезировать схемы разделения;

• произвести расчет ректификации и выбрать решение, обеспечивающее минимальные энергозатраты.

Расчетная часть

Методы и алгоритмы исследования

В настоящей работе для математического моделирования схем ректификации использован лицензионный программный комплекс PRO/II with PROVISION компании SIMSCI corp., обеспечивающий моделирование и расчет технологических схем ректификации.

PRO/II - компьютерный комплекс для инженерных расчетов процессов органического синтеза и нефтехимии, технологии полимеров и др. Он объединяет базы данных химических компонентов и расширенных методов расчета термодинамических свойств с гибкими методами расчета аппаратов. Программа обладает вычислительными средствами для выполнения расчетов всех материальных и энергетических балансов необходимых для моделирования большинства статических процессов. Экспертные системы, расширенная обработка входных данных и проверка ошибок обеспечивают его высокую эффективность и надежность.

Расчет ректификации

Все алгоритмы ректификации в программе PRO/П представляют собой строгие модели равновесных ступеней контакта. В каждой модели решаются тепловой и материальный балансы и уравнения равновесия жидкость - пар.

Программа PRO/II предлагает четыре различных алгоритма моделирования ректификационных колонн:

алгоритм Inside/Out (I/O),

алгоритм Sure,

алгоритм Chemdist и

алгоритм ELDIST.

Алгоритм I/O может быть использован для решения большинства задач нефтепереработки и обладает высоким быстродействием. В настоящей работе расчет колонн ректификации проводился по этому алгоритму.

Алгоритм подразделяется на внешний и внутренний циклы. Во внутреннем цикле решаются тепловой и материальный балансы и обеспечиваются заданные требования. Во внутреннем цикле используются упрощенные термодинамические модели для энтальпий и коэффициентов равновесия жидкость - пар. Это, вместе с упрощенными моделями и

выбором первичных переменных, позволяет решить внутренний цикл быстро и надежно. Во внешнем цикле параметры упрощенной термодинамической модели обновляются на основе новых значений состава и результатов строгих термодинамических расчетов. Решение достигнуто, когда строго рассчитанные значения энтальпий и коэффициентов равновесия соответствуют значениям, рассчитанным в упрощенных термодинамических моделях, и удовлетворяют заданным требованиям.

На рис. 5 показана схематическая диаграмма простой ступени контакта.

Рис. 5. Схема простой ступени контакта алгоритма I/O.

Тепловой баланс для ступени контакта j выглядит следующим образом:

где: V— расход пара, покидающего ступень контакта; L - расход жидкости, покидающей ступень контакта;

Ls — жидкостной боковой погон;

Vs - паровой боковой погон;

Материальный баланс по компоненту для данной ступени контакта через расходы жидкости и паров при следующей зависимости для равновесных составов обеих фаз:

где К представляет собой соотношение равновесной фугитивности пар - жидкость, может быть записан как:

(7)

где:

l - расход жидкого компонента;

v - расход парового компонента;

f- расход компонента сырья.

Поскольку К принято постоянным, то система уравнений материального баланса является линейной и формирует тридиагональную матрицу системы.

Во внешнем цикле алгоритма Inside/Out обновляются параметры упрощенной термодинамической модели и проверяется сходимость. Во внутреннем цикле уравнения ректификации решаются для текущих упрощенных термодинамических моделей. Проверка сходимости во внешнем цикле, следовательно, сравнивает значения энтальпий и коэффициентов фазового равновесия жидкость - пар, строго рассчитанные из нового состава, получившегося в результате расчетов внутреннего цикла. Полученное решение является окончательным.

Объект исследования

Для решения поставленной задачи нами было выбрана трехкомпонентная зеотропная смесь: этан - пропен - пропан.

Индивидуальные свойства компонентов представлены в таблице 1.

Таблица 5.

Физико - химические свойства компонентов

Самый легко летучий компонент в исследуемой смеси, этан, содержится в природных и попутных газах и представляет собой бесцветный, горючий газ. Его используют для получения сажи, так же как сырье для производства СО и Н2 и в дальнейшем для получения моторных топлив.

 Скачать реферат