CC BY
60
Совокупность всех канбан-карточек также можно рассматривать как задел в новочеркасской системе. Стремление же к производству «точно вовремя» - одна из главных целей и той и другой системы.
Таким образом, во-первых, в советской истории разработки систем управления производством можно найти как минимум один пример, по своим аспектам близкий к концепции lean production, берущей свое начало из «философии Востока», что говорит о наличии общих шаблонных подходов при решении производственных проблем, а во-вторых, при ближайшем рассмотрении оказывается, что на текущий момент не выявлены такие трудности во внедрении lean-технологий, с которыми было бы невозможно справиться.
Список использованной литературы
1. Полежаев Д.В. Феномен менталитета общества: сущность и понимание // Знание. Понимание. Умение. 2010. №4. С. 117-121.
2. Александр Осипов. Проблемы внедрения Бережливого производства [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.lean-consult.ru/blog/problemy-vnedreniya-berezhlivogo-proizvodstva/, свободный. - (дата обращения: 02.05.2018).
3. Абрамова И.Г. Условно-комплектная система (сутко-комплектная система) // Управление производственными процессами на инновационном предприятии / Министерство образования и науки РФ, Самарский государственный аэрокосмический университет им. С.П. Королева (нац. исслед. ун-т). Самара, 2014. Гл. 3.3.3.3. С. 83-84.
4. Сергей Питеркин. Новочеркасская система. Второе рождение [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.leanzone.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=480:novocherkasskaya-sistema-2-rozhdenie&catid=38:berezhlivoe-proizvodstvo1&Itemid=90, свободный. - (дата обращения: 02.05.2018).
©Давлеткильдеева А.И., 2018
УДК 66.01
Клешнина И.И.
Магистр кафедры АТПП НХТИ ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Нижнекамск e-mail: sab_ilm@mail.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛА ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ИЗОПРЕНА ОТ ЦИКЛОПЕНТАДИЕНА
Аннотация
В статье проведено исследование узла химической очистки изопрена от циклопентадиена ПАО «Нижнекамскнефтехим». Построена компьютерная модель процесса. Рассмотрена оптимизационная задача сокращения потребления греющего пара при ограничении на качественный состав получаемого продукта.
Ключевые слова
Изопрен, ректификация, моделирование, технологический режим, энергозатраты.
При разработке новой химико-технологической системы (ХТС) или модернизации существующей основная задача заключается в создании высокоэффективного химического производства, т.е. такого объекта химической промышленности, который позволит получать продукцию заданного качества в требуемом объеме наиболее экономически целесообразным путем.
В статье рассмотрен узел химической очистки изопрена-сырца от циклопентадиена (ЦПД). Циклопентадиен из всех присутствующих в мономере примесей является наиболее вредным для процесса
стереорегулярной полимеризации на комплексных металлоорганических катализаторах. Допустимое содержание ЦПД, например, в изопрене, установлено на уровне 0,0001 % масс. [2]. Рассмотренный узел входит в состав цеха выделения и очистки изопрена ПАО «Нижнекамскнефтехим», который предназначен для:
1. Выделения изопрена из изоамилен-изопреновой и изопрен-изоамиленовой фракций и очистки его для производства каучука СКИ-3.
2. Очистки возвратного растворителя нефрас для производства каучуков от микропримесей (ненасыщенных, ароматических углеводородов и ЦПД) методом гидрирования на катализаторе «Никель на Кизельгуре».
3. Очистки возвратного растворителя нефрас для производства СКД от микропримесей (ненасыщенных, ароматических углеводородов и ЦПД) методом гидрирования на катализаторе «Никель на Кизельгуре».
4. Ректификации изопентана от н-пентана.
Узел химической очистки изопрена-сырца от ЦПД представляет собой ХТС (рис. 1), в состав которой входят:
1) химические аппараты: реакторы Р-90, Р-801, Р-802;
2) массообменные аппараты: ректификационная колонна К-803;
3) теплообменные аппараты: Т-75, Т-804, Т-805;
4) гидродинамические аппараты: смеситель ПН-800, емкость Е-806, насосы Н-807, Н-80.
Материальные и энергетические связи ХТС:
1) изопрен-сырец;
2) фульвен;
3) циклагексанон;
4) бутанол;
5) изопрен;
6) шихта;
7) прямая и обратная промышленная вода;
8) пар.
Ü
©
х
— Т-804 ■
Le^
/ Е-806 \ -1-
В Е-73 некондиции
О-«-2— ен
Н-ВОВ
Рисунок 1 - Технологическая схема
5
6
5
от Н-222
от Н-226
- 1
2
2
Изопрен-сырец от насоса Н-74 через подогреватель Т-75, обогреваемый горячей водой, через диафрагменный смеситель Пн-800, поступает в нижнюю часть реактора Р-90, загруженного твердой щелочью.
В смесителе Пн-800 изопрен-сырец смешивается с кубовой жидкостью колонны К-803, содержащей циклогексанон и бутанол. При контакте продуктов в присутствии щелочи КОН происходит химическая реакция поликонденсации циклопентадиена (ЦПД) с циклогексаноном, в результате чего образуется
высококипящий продукт - фульвен и вода.
Реакционная смесь с верха реактора Р-802 поступает в линию циркуляции кипятильника Т-804 через которые осуществляется подвод тепла в куб колонны К-803.
В колонне К-803 осуществляется отгонка изопрена от реакционной массы с одновременной осушкой реакционной смеси от образовавшейся при реакции воды.
Осушенная кубовая жидкость колонны К-803, представляющая собой смесь циклогексанона, бутанола, изопрена и продуктов реакции, насосом Н-808 подается в качестве рецикла в смеситель Пн-800.
По мере накопления фульвенов часть кубовой жидкости колонны К-803 насосом Н-808 периодически выводится в куб колонны К-187.
Пары изопрена, поступающие с верха колонны К-803, конденсируются в дефлегматоре Т-805, охлаждаются промышленной водой и стекают в емкость Е-806 .
Часть изопрена из емкости Е-806 насосом Н-807 в виде флегмы подается в колонну К-803, а остальная часть откачивается на узел очистки изопрена от карбонильных и аминосоединений [3].
Основным потребителем тепла греющего пара является ректификационная установка К-803. В этой связи оптимизационную задача сформулирована следующим образом: необходимо определить технологический режим, обеспечивающий наименьшее потребление греющего пара в колонне Конс-803 при ограничении на качественный состав получаемого продукта.
В связи с поставленной задачей необходимо смоделировать процесс для оптимизации технологического режима. В качестве среды моделирования используется пакет моделирующих программ HYSYS (рис. 2).
Рисунок 2 - Ректификационная колонна К-803 в HYSYS
В табл. 1 представлен качественный состав питания колонны, соответствующий промышленным данным.
Таблица 1
Качественный состав питания колонны К-803
Компонент Наименование компонентов в Hysys Температура кипения, 0С Концентрация, %масс.доли
н-бутан n-butane -0,5 0,00372
н-пентан n-Pentane 36,06 0,00035
транс-бутилен tr2-Butene 0,88 0,00012
изопентан i-Pentane 27,88 0,01353
Гамма-изоамилен 2M-1-butene 31,15 0,00470
Изопрен 2M-13-C4== 34,05 0,22641
Ацетилен Acetylene -83,8 0,00000
ЦПД 13-CC5== 41,5 0,00001
Циклогексанон CC6one 155,65 0,01581
Бутанол 1-Butanol 117,75 0,02056
Вода H2O 100 0,07907
Фульвен Пентаметилфульвен 187 0,63572
Итого: 1
Таблица 2
Промышленные режимные параметры работы колонны
Параметр Производственные данные
Расход питания, т/ч 40
Расход флегмы, т.ч 12
Расход дистиллята, т/ч 6
Расход кубового остатка, т/ч 34
Температура верха, 0С 60
Температура куба, 0С 75
Абс. Давление верха, КПа 130
В табл. 2 представлены промышленные режимные значения технологических параметров работы колонны К-803.
Для расчета термодинамических свойств использовали уравнение термодинамики равновесия Wilson. Количество тарелок в колонне - 31. Тип тарелки - колпачковые тарелки. К.П.Д. тарелки - 0,5. Результаты расчета, производственные данные и погрешность расчета представлены в табл. 3.
Таблица 3
Концентрации продуктов на выходе колонны
№ Компонеты Производственные данные, Результаты расчета, % Погрешность
п/п % масс масс расчета, % масс
Дистиллят колонны
1 н-бутан 2,37 2,38431 0,60
2 н-пентан 0,13569 0,13569 0,00
3 транс-бутилен 0,0864 0,08658 0,21
4 изопентан 5,75 5,72478 -0,44
5 Гамма-изоамилен 1,95072 1,95072
6 Изопрен 89,70718 89,71792 0,01
7 Ацетилен 0,00000 0,000000
8 ЦПД 0,00001 0,000009 -10,00
9 Циклогексанон 0,00000 0,000000
10 Бутанол 0,00000 0,000000
11 Вода 0,00000 0,000000
12 Фульвен 0,00000 0,000000
100%
Кубовый остаток колонны
1 н-бутан 0,094 0,09257 -1,52
2 н-пентан 0,01825 0,01541 -15,56
3 транс-бутилен 0,003 0,0033 10,00
4 изопентан 0,52432 0,54318 3,60
5 Гамма-изоамилен 0,2136 0,21461 0,47
6 Изопрен 12,1891 12,16113 -0,23
7 Ацетилен 0 0
8 ЦПД 0 0
9 Циклогексанон 1,5153 1,52698 0,77
10 Бутанол 2,53432 2,62928 3,75
11 Вода 42 41,60463 -0,94
12 Фульвен 40,90811 41,20892 0,74
Итого 100 100
Максимальная погрешность расчета соответствует концентрации н-пентана в кубовом остатке. Погрешность расчета концентрации в кубе колонны не превышает 15,56%. Полученные результаты расчета свидетельствуют о достоверности принятой модели и применимости ее для решения задачи оптимизации.
В качестве управляющего параметра оптимизации рассматривается флегмовое число. Сокращение энергозатрат возможно добиться путем понижения флегмового числа (расхода флегмы в аппарате.
Уменьшение флегмового числа с 2 до 1,5 снижает тепловую нагрузку на кипятильник с 1,2*107 до 1,09* 107 КДж/ч, т.е на 9,74 %. При этом требования по качеству не нарушались.
Таблица 4
Концентрации продуктов на выходе колонны при R=2 и R=1,5
№ Компонеты Производственные данные, Результаты расчета, Результаты расчета,
п/п % масс % масс. ^=2) % масс. (в=1,5)
Дистиллят колонны
1 н-бутан 2,37 2,38431 2,29422
2 н-пентан 0,13569 0,13569 0,13251
3 транс-бутилен 0,0864 0,08658 0,08542
4 изопентан 5,75 5,72478 5,46713
5 Гамма-изоамилен 1,95072 1,95072 1,88500
6 Изопрен 89,70718 89,71792 90,13559
7 Ацетилен 0,00000 0,000000 0,00012
8 ЦПД 0,00001 0,000009 0,00001
9 Циклогексанон 0,00000 0,000000 0,00000
10 Бутанол 0,00000 0,000000 0,00000
11 Вода 0,00000 0,000000 0,00000
12 Фульвен 0,00000 0,000000 0,00
100 100% 100
Кубовый остаток колонны
1 н-бутан 0,094 0,09257 0,11198
2 н-пентан 0,01825 0,01541 0,01678
3 транс-бутилен 0,003 0,0033 0,00383
4 изопентан 0,52432 0,54318 0,59805
5 Гамма-изоамилен 0,2136 0,21461 0,22877
6 Изопрен 12,1891 12,16113 12,06998
7 Ацетилен 0 0 0,00000
8 ЦПД 0 0 0,00000
9 Циклогексанон 1,5153 1,52698 1,52736
10 Бутанол 2,53432 2,62928 2,62904
11 Вода 42 41,60463 41,60450
12 Фульвен 40,90811 41,20892 41,20887
100 100 100
Соответствующий оптимальный технологический режим приведен в табл. 5.
Таблица 5
Оптимальный режим работы
Параметр Производственные данные
Расход питания, т/ч 40
Расход флегмы, т.ч 9 300
Расход дистиллята, т/ч 6200
Расход кубового остатка, т/ч 33800
Температура верха, 0С 60
Температура куба, 0С 75
Абс. Давление верха, КПа 130
Таким образом с помощью программно-моделирующего пакета Hysys решена задача оптимизации узла химической очистки изопрена-сырца от ЦПД. В результате оптимизации узла сократились потери тепла греющего пара на 9,74 %.
Список использованной литературы:
1. В.В. Бочкарев. Оптимизация технологических процессов органического синтеза: учебное пособие /Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 185 с.
2. Способ очистки с5-углеводородов: пат. 2266887 Рос. Федерация. № 2266887 /Яфизова В.П. ^Ц), Борейко Н.П. ^Ц), Кабанова Р.З. ^Ц), Шепелин В.А. ^Ц), Филимонов В.А. ^Ц), Сафин Д.Х. ^Ц), Бурганов Т.Г. ^Ц), Силантьев В.Н. ^Ц), Беланогов И.А. ^Ц), Загидуллин И.Р. ^Ц)/ опубл. 27.12.2005
3. Регламент цеха 1507 ПАО «Нижнекамскнефтехим».
©Клешнина И.И., 2018
