Анализ работы блока разделения опытной установки получения абсорбента-олигомеризата ОАО "Омский Каучук"

2.7 Построение компьютерной модели блока разделения

Пакет программ представляет собой интегрированную систему, позволяющую рассчитывать как стационарные, так и динамические режимы работы, причем для моделирования стационарного и динамического режимов работы используются одни и те же термодинамические модели. Одни и те же объекты можно рассчитывать после-довательно с разной степенью детализации.

Целый ряд существенных компонентов, которые входят в эту программу, делают ее мощным инструментом моделирования стационарных режимов работы технологических схем. Прежде всего, сюда относятся весьма обширный список моделируемых технологических операций и большое количество методов расчета фазового равновесия и свойств, что позволяет надежно рассчитывать широкий класс технологических объектов. Не менее важным является и тот факт, что организация взаимодействия «программа - пользователь» позволяет инженеру при проведении расчетов гораздо глубже понять процессы, происходящие в моделируемой схеме.

Полученные результаты, параметры потоков, сразу же передаются по всей схеме, как по направлению технологических потоков, так и против этого направления, причем вовсе не обязательно, чтобы были известны все параметры потока, передается только то, что известно. Пользователь сразу же может ознакомиться с полученными результатами любой степени детализации.

Пользователь имеет мгновенный доступ к любой нужной информации, причем одна и та же информация может быть одновременно показана в разных местах и разными способами. В пакете программ существует множество способов выполнения одного и того же расчета - точно также существует множество способов просмотра одной и той же информации: индивидуальные специализированные окна, графический экран, рабочие тетради, книга данных, разнообразные графики и сводные таблицы. Все эти способы представления результатов могут быть использованы одновременно и, благодаря объектно-ориентированному подходу, всякое изменение информации автоматически отображается везде одновременно.

Пакет программ содержит множество операций, которые могут быть использованы для построения технологической схемы. Соединяя необходимые операции и потоки, вы имеете возможность рассчитать очень широкий спектр схем, относящихся к нефтепереработке, газопереработке, нефтехимии и химии. Среди имеющихся операций имеются такие, которые рассчитывают термодинамические параметры и тепловые /массовые балансы. Например: Теплообменник, Сепаратор, Компрессор, и логические операции, такие как Подбор, Установка, Рецикл. Операция «Электронная таблица» представляет собой мощное средство, позволяющее связать между собой практически любые переменные, имеющиеся в расчете, а также смоделировать дополнительные функции, которые не предусмотрены в этой программе.

Алгоритм расчета представляет собой последовательное выполнение следующих операций:

- выбор единиц измерения;

- выбор пакета свойств и компонентов для полной характеристики свойств сырья;

- создание потока;

- выбор и расчет аппаратов и потоков технологической схемы;

- оценка полученных результатов моделирования данного процесса.

Выбор единиц измерения

Пакет программ не позволяет изменять ни один из трех основных наборов единиц измерения, которые изначально имеются в системе: SI, EuroSI и Британская система единиц (Field). Однако можно создать новый набор единиц на основе уже имеющихся. В данном примере мы создадим новый набор единиц измерения на базе европейской системы EuroSI путем внесения в нее некоторых изменений.

Выбор пакета свойств и компонентов для полной характеристики свойств сырья. В качестве термодинамического пакета свойств выбираем Peng Robinson.

Выбор и подключение потоков. Для расчета технологической схемы с использованием пакета программ необходимо задать только вводные потоки. В процессе построения схемы также появятся потоки дистиллята и кубового продукта. Остальные материальные потоки, которые идут от одного аппарата к другому программа рассчитывает самостоятельно при расчете очередной операции. А значит, не требует дополнительного вмешательства, за исключением случаев, когда требуется дополнительная параметризация.

Включение оборудования в схему ведется с использованием норм технологического режима, используемых на производстве. Данные технологические нормы дают возможность параметризации оборудования (ввод давления, температуры, удельных расходных норм сырья и вспомогательных материалов и т.п.). Подключение аппаратов к потокам ведется «вручную».

Создаем потоки сырья (рис. 11). Сырьевой поток направляем в колонну ста-билизации Кт-10. Конечный продукт откачивается из кубовой части колонны (рис. 12), а дистиллят направляется на флегму (рис. 13) и в топливную сеть завода.

Рис. 10. Модель блока разделения установки олигомеризации



Рис. 11. Состав сырья

Рис. 12. Состав абсорбента-олигомеризата



Рис. 13. Состав отработанной ББФ

Данные для сравнения материального и теплового балансов блока разделения по производственным данным с результатами расчёта по пакету программ UniSim Desing приведены ниже (табл. 15).

Таблица 15. Материальный баланс

Поток	Поверочный расчёт	UniSim Design
	% масс.	кг/час	% масс.	кг/час
Взято:
Сырье	100,0	10000,0	100,0	10000,0
Итого:	100,0	10000,0	100,0	10000,0
Получено:
Абсорбент-олигомер	38,72	4339,93	0,9	4349,93
Отраб. ББФ	56,68	5086,04	0,8	5076,04
Отдувки	4,6	574,03	98,3	574,03
Потери	0	0	0	0
Итого:	100,0	10000,0	100,0	10000,0

Относительная ошибка моделирования по отдельным потокам не превышает 0,5%, по итоговому балансу - 0%.

Таблица 16. Тепловой баланс блока

Поток	Поверочный расчет	UniSim Design
	Q, ГДж/ч
Приход:
Поток в подогреватель	7,24	7,19
Нагрузка на теплообменник	0,62	0,61
Орошение	0,21	0,28
Теплоноситель рибойлера	2,18	2,21
Итого:	10,25	10,29
Расход:
Олигомеризат	8,34	8,27
Конденсат	0,51	0,50
Теплоноситель	0,30	0,29
Газ в топливную сеть	0,47	0,48
Отработанная ББФ	0,62	0,65
Потери	0,10	0,10
Итого:	10,25	10,29

Относительная ошибка моделирования составила 0,40%.

2.8 Анализ работы основного и вспомогательного оборудования

2.8.1 Расчёт ректификационной колонны Кт-10

Таблица 17. Входные параметры

Показатель	Значение
Производительность по сырью, кг/ч	10 000,0
Температура сырья на входе в колонну, 0С	105,0
Температура вверху колонны, 0С	65,0
Давление внизу колонны, кгс2/см	6,5

На разделение в колонну Кт-10 поступает газо-продуктовая смесь, фракционный состав которой показан в таблице 18.

Таблица 18. Фракционный состав сырья

Название	Содержание, %(масс.)
Пропан+пропен	1,58
i-бутан	1,33
Транс-бутен	0,22
Цис-бутен	0,21
n-бутан	5,17
n-пентан	20,12
n-гексан	17,66
n-гептан	18,35
n-октан	16,80
n-нонан	10,94
n-декан	6,34
n-С11	2,43
n-С12	0,97
n-С13	0,31
n-С14	0,11
n-С15	0,03
n-С16	0,01
Сумма	100,0

Подробный расчет приведен в приложении 5.

Таблица 19. Характеристика колонны стабилизации Кт-10

Параметр	Значение
	Расчетное значение	Нормативное значение
Число тарелок, шт.	30	27
Диаметр, м
- верха	1,2	1,2
- низа	1,2	1,2
Высота, м	19,0	17,0

2.8.2 Расчет теплообменного аппарата

Теплообменник Т-8 предназначен для подогрева абсорбента-олигомеризата - кубо-вого продукта Кт-10. Исходные данные для расчета, а также физико-химические свойства потоков трубного и межтрубного пространства приведены ниже в таблицах 20,21.

Таблица 20. Исходные данные

Наименование	Трубное пространство (1)	Межтрубное пространство (2)	Единица измерения
Среда	Абсорбент-олигомеризат	Газо-продуктовая смесь
Количество, G	10 000	10 000	кг/ч
Тнач	90	275	0С
Ткон	130	210	0С

Таблица 21. Физико-химические свойства потоков

Наименование	Абсорбент-олигомеризат	ГПС	Единица измерения
Плотность, ?	700	679	кг/м3
Вязкость, ?	1,29*10-4	1,99*10-4
Теплопроводность, ?	7,77*10-2	9,54*10-2
Теплоемкость, с	2924	2524

В результате расчета был подобран одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой марки 1200ТПГ-4,0-М1/25Г-6-1-У-И со следующими характеристиками: внутренний диаметр кожуха - 1200 мм, условное давление в кожухе и трубах - 4,0 МПа, материальное исполнение М1, с гладкими теплообменными трубами диаметром 25 мм и длиной 6 м с площадь поверхности теплообмена - 510 м2.

Сравнение данных регламента с результатами расчета приведено в таблице 22.

Таблица 22. Технические характеристики теплообменника

Параметр	Расчет	По каталогу
Движущая сила, К	81
Коэффициент теплопередачи, Вт/м•К	117,5
Площадь поверхности теплообмена аппарата, м2	351,1	575

Запас по поверхности составляет 31,1%.

2.8.3 Расчёт насоса

Необходимо рассчитать и подобрать центробежный насос для откачки стабильного дизельного топлива из куба колонны Кт - 10.

Подробный расчет приведен в приложении 7.

Таблица 23/ Технические характеристики насоса

Характеристика насоса	Расчет	По каталогу
Тип (марка)		HKB 360/125-аС
Производительность, м3/ч	132	270
Напор, м	48,8	138
Марка электродвигателя
Число оборотов, об/мин		3000
Мощность электродвигателя, кВт	41,8	110

Запас по расходу/ напору составляет 9,5% / 40,3%.

Выводы

1. Для блока разделения установки олигомеризации ОАО «Омский каучук» показано, что при переработке сырья в количестве 10 т/ч выход абсорбента-олигомеризата составляет 7,5 т/ч.

2. Мониторинг параметров и потоков блока разделения показал, что колонна не обеспечивает надлежащего эффективного разделения «лёгких» (более 1 % масс.) и «тяжёлых» (более 5 % масс.) компонентов, вследствие чего ухудшается качество целевого продукта - товарного абсорбента-олигомеризата.

3. Компьютерная модель в среде UniSim Design показала, что нарушения в работе колонны присутствуют именно по составам, т.е. идёт завышение регламентных значений «лёгких» углеводородов в кубе колонны и «тяжёлых» в дистилляте.

4. Проведен анализ работы оборудования:

- для колонны d = 1,2 м, H = 19,1 м, n = 30 шт.

- для теплообменника запас по поверхности теплообмена 31,1% отн.,

- для насоса запас по мощности 9,5 % отн., по напору 40,3 % отн.

Литература

1. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. - Уфа: «Гилем», 2002 - 672с.

2. Патент РФ 2151001, МПК 7. Катализатор и способ олигомеризации низших олефинов. / Колова, Н.Е., Лищинер И.И., Малова О.В., Ростанин Н.Н., Рязанов А.В., Тарасов А.Л., Фадеева И.В., Фалькевич Г.С., Хашагульгова Н.С.- 99100647/04, заявл. 19.01.1999; опубл. 20.06.2000.

3. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.:Изд. «Техника». - 2001 - 384с.

4. Козин В.Г., Солодова Н.Л., Башкирцева Н.Ю., Абдуллин А.И. Современные технологии производства компонентов моторных топлив.- Казань, 2008.- 328с.

5. Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти. Часть 2. Деструктивные процессы. - М.: КолосС, 2008 - 334с.

6. Мановян А.К. Технология первичной переработке нефти и природного газа.- М.: Химия, 2001 - 566с.

7. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Часть 1, Изд. «Химия», М. 1972 - 360с.

8. Чуракаев А.М. Переработка нефтяных газов. Москва: «Недра» 1983 - 280с.

9. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995 - 368с.

10. Кузнецов А.А, Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. - М.: Химия, 1983 - 224 с.

11. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. Изд. 2-е, пер. и доп. - М., Химия, 1980 - 256с.

12. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л.: Химия, 1987. - 576с.

13. Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: Пер. с англ. / Справочник. - М.: Атомиздат, 1979. - 216с.

14. Дытнерский Ю.И. Борисов Г.С., Брытков В.П. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Изд-е 2-е перераб. и дополн. - М.: Химия, 1991. - 496с.

15. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. - 750с.

16. Рудин М.Г, Сомов В.Е, Фомин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. - 332 с.

17. Стаскевич Н.Л., Вигорчик Д.Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. - Л.: Недра, 1986. -543с.

18. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов - Л.:Химия, 19991. - 352с.

Приложения

Приложение 1

Номограмма для определения констант фазового равновесия углеводородов при высоких температурах

Значения f (T)

Приложение 2

Значение коэффициента С. А, Б - колпачковые, С - ситчатые тарелки

Приложение 3

График для определения коэффициента активности ? при известных приведенных температуре и давлении

Приложение 4

Расчет основных параметров колонны Кт-10

Параметр	Формула для расчета	Значение
Мольная доля отгона, е		0,19
Параметр		4,21
Минимальное флегмовое число		0,58
Оптимальное флегмовое число		1,09
Минимальное паровое Число		0,02
Минимальное число теоретических тарелок		15
Число теоретических тарелок		30
Объем паров вверху колонны, м3/с		0,82
Max допустимая скорость паров в свободном сечении аппарата, м/с		0,42
Диаметр колонны, м		1,2
Высота колонны, м		19,1

Приложение 5

Расчет основных параметров теплообменника

Параметр	Формула для расчета	Значение
Тепловая нагрузка аппарата, кВт		259,9
Средняя разность температур, К		216
Эквивалентный диаметр, м		0,021
Количество труб, шт.		259
Критерий Рейнольдса		61535
Критерий Прандтля при		4,85
Коэффициент теплоотдачи паров, Вт/м•К		1038,9
Критерий Прандтля при		5,26
Скорость движения в межтрубном пространстве, м/с		0,48
Критерий Рейнольдса		34393,6
Критерий Нуссельта		117,4
Коэффициент теплоотдачи от стенки к теплоносителю, Вт/м•К		533,3
Термическое сопротивление загрязнений со стороны: - паров - олигомеризата		1/25000 1/25000
Коэффициент теплопроводности труб, Вт/м•К		17,5
Коэффициент теплопередачи, Вт/м•К		342,7
Площадь поверхности теплопередачи, м2		351,1

Приложение 6

Расчет основных параметров насоса

Параметр	Формула для расчета	Значение
Геометрическая высота подъема, м		29,0
Скорость потока жидкости, м/с		2,26
Критерий Рейнольдса		968571,4
Шероховатость стенок, мм	е	0,2
Коэффициент трения	?	0,019
Сумма коэффициентов местного сопротивления - всасывающая линия - нагнетательная линия		5,2 5,7
Полное гидравлическое сопротивление трубопровода, Па		30054
Напор на преодоление местных сопротивлений, м		4,86
Напор насоса, м		56,8
Полезная мощность, кВт		24,9
Мощность электродвигателя, кВт		33,2
К. п. д. насоса	?	0,75
Коэффициент запаса	?	1,15
Мощность двигателя, кВт		41,8

Размещено на Allbest.ur