<<

3.5 Влияние на эффективность орошения

Энергозатраты на ректификацию, служащие критерием общей технико-экономической эффективности процесса, в основном состоят из двух частей: подвод энергии на создание парового потока (Qw) и энергозатраты на охлаждение орошения и дистиллата (Qd), поэтому поток орошения относится к таким воздействиям (тип U) на качество разделения, изменение значения которых влечет за собой основные изменения энергозатрат.

На рисунке 3.14 представлен график зависимости критериев N и М от орошения.

Из рисунка 3.14 видно, что для каждой колонны существует область (выделена синим прямоугольником), увеличение орошения выше которой не приводит практически к уменьшению примесей. На рис 3.15 приведены зависимости энергозатрат в колонне К-101 от расхода орошения и отбора при оптимальном вводе питания. Эти зависимости очень просты и носят типовой линейный характер для всех типов колонн.

83

м

&¦*+ +-&07

Область оптимальных орошений

сг-tj

'?}&&

&*2

?}&S

C>4S

G4J?>,J9 -¦ 0,02

0УУ " ?>.&/

j?/l{ АГЛГ&^га,

/ ?

J •*"

.? Рисунок 3.14 - Колонна К-101. Зависимость абсолютных значений критерия ТУи критерия потерь Мот орошения (Ln) при оптимальном вводе питания

Энергия на разделение

Z = 8,1987*1,23'х-0.0085*у

Ось Z - энергозатраты, тыс. ккал /ч

Ось У - отбор от потенциала, доли

единицы

Ось X - ооошение. кмоль/ч

Рисунок 3.15- Типовая поверхность зависимостей энергозатрат на разделение от отбора и орошения (на примере данных К-101)

Как видно из графиков на рисунке 3.15 наиболее сильным влиянием на энергозатраты обладает орошение. Это означает, что связь энергозатрат с качеством продуктов осуществляется в основном через изменения потока орошения и его минимизация (при условии обеспечения требуемого качества продуктов) является главным условием оптимальности режима по критерию минимума энергозатрат.

3.6 Структурная и параметрическая идентификация типовой модели статики процесса ректификации и выбор критерия оптимальности

На базе результатов моделирования процесса в различных типах колонн можно сделать следующие выводы:

1) При выбранных'(оптимизированных) конструктивных параметрах (заданном числе тарелок в колонне л, постоянном давлении Р, постоянной температуре

85

орошения Tin, заданном уровне ввода питания nfи температуре питания Tf), а также при постоянных входных параметрах питания: количестве F, составе сырья Zf— качество разделения (оцениваемое по критериям М, N, или по значениям примесей в продуктах Xdm, XWJ1) и энергозатраты ректификационной колонны (Q) определяются только двумя независимыми режимными переменными:

долей отбора целевого продукта от потенциала (е/е0);

потоком орошения (Ln.).

2) Если принять в качестве целевых выходных переменных значения примесей {Xdm, XWJ) (или суммы этих примесей М) в продуктах разделения, то для узкого диапазона рабочих изменений (степени извлечения е/е0 от 0,90 до 0,99 и от 1,01 до 1,10 и орошения (Ln) от 0,8 до 1,4 от базовых значений,) типовая модель статических зависимостей выходных переменных от основных факторов процесса ректификации в колоннах различного типа может быть представлена следующими линеаризованными выражениями:

Xdnr&o + &\* e/e0+ &M*Ln (3.11)

XWJI=B1o + Bli* ele.

+ B'M^Ln, (3.12)

где обозначения те же, что и для выражений 3.1-3.6.

Зависимость энергозатрат от основных факторов процесса (целевая функция) имеет отчетливо линейный характер в соответствии с рисунком 3.15 в широком диапазоне изменений основных факторов режима:

Q=B>o + Я3.* е/еь + В>ы*Ьп (3.13)

Если выразить в уравнениях 3.11-3.12 основные факторы процесса (е/е0 и

Ln) через содержание примесей в продуктах ( Xdm, XWJI) и подставить полученные выражения в 3.13, то можно получить зависимость энергозатрат от содержания примесей в продуктах. Как показано выше (в соответствии с рисунками 3.11, 3.12, 3.13, 3.14 и 3.15) улучшение качества разделения при ректификации (снижение содержания примесей) требует увеличения энергозатрат. Типовая структура этой зависимости с учетом знаков коэффициентов будет иметь следующий вид:

Q=K,-K{*Xdm-K2*XWJ1 : : . (3.14)

86

Для реального процесса существенно наличие ограничений по качеству продукта , то есть задания одного или нескольких ограничений вида:

Xdm,где X dm, X w-заданные ограничения по содержанию примесей в продуктах. Если использовать (3.14) для анализа влияния разностей заданного и фактического содержания примесей на изменение энергозатрат с помощью выражения:

Д Q= - Кх * (Xdin>-X dm)- K2 * {XWJ1-X), (3.16)

то можно увидеть, что минимум энергозатрат при качестве не ниже заданного, достигается при условии:

Xdnb=X dm XWJf=X (3.17)

Именно в этой точке AQ меняет знак. Для определения координат минимума

энергозатрат в пространстве основных факторов процесса (е/е0 и Ln при условии

заранее оптимизированных конструктивных параметров) необходимо подставить условие 3.17 в выражения 3.11 и 3.12, получив координаты точки пересечения трех поверхностей (точка В на рисунке 3.16 или ее проекция - точка В1 на рисунке 3.17):

поверхности (Ш) зависимости примесей легких в "нижнем" продукте;

поверхности (П2) зависимости примесей тяжелых в "верхнем" продукте;

плоскости ограничений (ПЗ) по содержанию примесей.

Таким образом, минимум энергозатрат приходится на область извлечения целевого продукта (рис. 3.16,3.17), близкую к потенциалу (е/е^=1) при расходе флегмы, обеспечивающей минимум запаса по качеству.

Например, для колонны К-101 при заданном значении примесей в дистиллате и кубе не более 0,07 молей {X задш1Ное =0,07) локализация минимума энергозатрат будет определяться решением системы трех уравнений:

A^/n=0.112-0.002*LN+0.0008*(e/e0) (3.18)

Xlw=-0.6226+0.00876*LN+0.4956*(e/e0)

s*.dm Л худ Л.

заданное "^'

Предложенный подход позволяет отказаться от непосредственного использования функционала, связывающего энергозатраты (Q) с основными режимными факторами и примесями в сложных алгоритмах его минимизации, и ограничиться

87

контролем и минимизацией разницы фактического и заданного содержания примесей в продуктах с использованием только зависимостей {3.11) и (3.12), что позволяет минимизировать (Q) опосредовано.

Ось Z - примеси, % моль Ось X - орошение, кмоль/ч Ось У - отбор от потенциала,

? 20

Рисунок 3.16- Типовая упрощенная (линеаризованная) топология основных статических поверхностей ректификации (на примере колонны К-101)

Энергия на разделение

Z = 8,1987+1,23*x-0,0085*y

Ось Z - энергозатраты, тыс. ккал /ч

Ось У - отбор от потенциала, доли

единицы

Ось X - опошение. кмоль/ч

Рисунок 3.17- Типовая поверхность зависимостей энергозатрат на разделение от отбора и орошения (на примере данных К-101)

На основании вышеизложенного можно заключить, что контроль примесей в продуктах с целью минимизации запаса по качеству является основным принципом оптимального управления ректификацией по критерию минимум энерогозатрат и вид типового функционала энергетической эффективности процесса четкой ректификации в общей форме может иметь следующий вид:

(3.19)

/ = V \VLJL 1—'-dr -» Min,

эр* L-i J '

r2-rl где V;- вес (значимость, важность) i-то продукта;

Ху, Xff3$#-текущие и заданные (оптимальные установки) значения примесей в продуктах, т.е. концентрации /-го ключевого компонента ву-том продукте разделения;

j = \7n.

Такой функционал имеет смысл минимума энергозатрат на процесс при качестве не ниже заданного. Таким образом, оптимизация ректификации сводится к удержанию минимального запаса по качеству продуктов (минимальной разницы между заданными и фактическими значениями примесей в продуктах), что равносильно поиску точки пересечения трех поверхностей (точка В на рисунке 3.16), доставляющей минимум энергозатрат (минимум орошения при оптимальном отборе дистиллата и заданном содержании примесей).

Рисунок 3.18- Плановые распределения узких фракций по продуктам (на примере LP-модели установки АВТ-5 ОАО «КНПЗ»)

Критерий в виде (3.19) не применим для ректификации нефти, так как примеси индивидуальных компонентов (Х0 в смежных фракциях идентифицированы быть не могут.

Поэтому необходимо найти способ задания и контроля примесей в смежных фракциях нефти. Поскольку нефть представляет собой непрерывную смесь, требуется провести условное покомпонентное дифференцирование нефти на псевдокомпоненты и задание плановых распределений узких фракций нефти по продуктам (рисунок 3.18). Для этого можно использовать данные оптимизационного планирования системы PIMS (рисунок 3.19). Однако для последующего контроля их фактического распределения в процессе перегонки необходим параметр (или параметры), позволяющий сравнивать заданное распределение с фактическим.

90

Рисунок 4.8 - Сравнение расчетных и фактических значений модельной нефтесмеси (погрешность 0,6% мае.)

6 7 Номер анализа

—О—Расчетное содержание фракций до 360 "С ф Расчетное содержание фракций до 180 "С —А— Фактическое содержание фракций до 360 °С —О—Ф активе кое содержание фракций до 180 °С

Рисунок 4.9 - Сравнение расчетных и фактических данных по фракционному составу перерабатываемой нефтесмеси (погрешность 1,5-1,7 % мае.)

2003 г

Фиксированный пробег

Содержание

Температура сырья К-2

Рисунок 5.6 - Снижение светлых в мазуте К-2 в ходе оптимизации режима

Как видно из данных рисунка 5.6, в ходе пассивного внедрения рекомендаций в период 2003 года было достигнуто снижение потерь светлых с мазутом на 1% мае. (с 12% в 2002 году до 11% в 2003 году). В ходе активного эксперимента (фиксированного пробега) с использованием математической модели объекта удалось достичь снижения потерь еще на 4% (с 11 до 7%). Таким образом, общее снижение потерь светлых составило 5% или около 42% первоначального содержания.

<< |
Источник: Кузнецов Виктор Георгиевич. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ НЕФТИ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность). Самара-2005. 2005

Еще по теме 3.5 Влияние на эффективность орошения:

  1. 3.2 Влияние тарелки питания на эффективность ректификации
  2. 3.4 Влияние степени извлечения на эффективность ректификации
  3. 3.5 Влияние на эффективность орошения
  4.   ВВЕДЕНИЕ 
  5.   2.5 Методика проведения исследований
  6.   3.5 Оценка эффективности использования влаги посевами лука при разных сочетаниях водного и пищевого режимов почвы
  7.   5.2 Сравнительная оценка экономических показателей производства лука при капельном орошении"
  8.   ВЫВОДЫ  
  9.   СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  
  10. Теплообмен ванны с охлаждаемыми элементами, расположенными выше уровня шлака
  11. ОГЛАВЛЕНИЕ
  12. ГЕНЕЗИС, АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕЛИОРАТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ, ЛЕСОСТЕПИ, СТЕПНОЙ И СУХОСТЕПНОЙ ЗОН ВОСТОЧНОЙ И ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
  13. ЧЕРНОЗЕМЫ И КАШТАНОВЫЕ ПОЧВЫ РЕЧНЫХ ДОЛИН ЮГА СИБИРИ И ДРУГИХ РЕГИОНОВ, БЛИЗКО ПОДСТИЛАЕМЫЕ ГАЛЕЧНИКОВЫМ АЛЛЮВИЕМ; ПРОБЛЕМЫ ОРОШЕНИЯ И АГРОЭКОЛОГИИ
  14. ГЕНЕЗИС И МЕЛИОРАЦИЯ СЛИТЫХ ПОЧВ