CC BY
92
9. Солнечная индустриальная компания («Солинком»)/Официальный сайт компании [Электронный ресурс]. // URL:.// http://www.solincom.su (Дата обращения 15.04.2010).
10. Nitol Solar /Официальный сайт компании [Электронный ресурс]. // URL:.//http://www.nitolsolar.com/ (Дата обращения 15.04.2010).
УДК 519.673:620.9.97
Ф.С. Советин, Т.Н. Гартман
Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА С ПОЗИЦИИ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММЫ CHEMCAD
Up-to-date approach to modernization of chemical enterprises is impossible without the computer simulation and optimization of the work of separate production units for chemical products. Computer simulation of chemical plants supposes system analysis principles be applied to study a full technological production flow sheets. The created computer model thus developed may be used to detect any bottlenecks that may appear in industrial processes & in the optimum technologies synthesis. This approach is illustrated in the present paper with an example of the computer model of a three-step process of producing methanol from natural gas by using a CHEMCAD-simulator.
Современный подход к решению задач модернизации химических предприятий невозможен без компьютерного моделирования и оптимизации работы отдельных производств, выпускающих химическую продукцию. Компьютерное моделирование химических производств предполагает применение принципов системного анализа для исследования полной технологической схемы всего процесса. Построенные модели могут быть использованы для выявления «узких мест» при реализации промышленных процессов и синтеза оптимальных технологий. В представленной работе предложенный подход проиллюстрирован на примере построения компьютерной модели процесса получения метанола из природного
Модернизация химических производств, выпускающих готовую продукцию, и выбор оптимальных энергоресурсосберегающих вариантов их технологического оформления является актуальной задачей для любого промышленного предприятия [1].Это связано с целым рядом обстоятельств, в частности с износом оборудования, ужесточением требований к экологической безопасности и охране труда, возрастанием стоимости энергоносителей и т.д. Поэтому совершенствование и модернизация функционирующих производств и технологий становится одной из важнейших задач любого действующего предприятия.
Одним из эффективных инструментов для решения указанной проблемы является применение современных пакетов моделирующих программ
(ПМП), которые позволяют с применением методов математического моделирования, анализа, оптимизации и синтеза химических производств исследовать предполагаемые варианты модернизации технологических процессов с учетом работы как основных, так и вспомогательных узлов производств.
С помощью таких программных комплексов представляется возможным построение компьютерных моделей сложных производств с рецикличе-скими (обратными) материальными и тепловыми потоками, решение оптимизационных задач, а также создание энергоресурсосберегающих технологических схем [1].
В рассматриваемой работе с применением программы СНЕМСАБ создана компьютерная модель технологической схемы производства метанола из природного газа.
Полная технологическая схема получения метанола включает три основных отделения: парокислородной конверсии, синтеза метанола и ректификации, а также одного вспомогательного отделения - водоподготовки [2].
Схема основных внешних потоков производства метанола из природного газа, которые связывают между собой различные отделения (стадии), представлена на рис.1.
Рис. 1. Схема основных внешних потоков производства метанола из природного газа, связывающих между собой различные отделения (стадии)
Модернизация производства метанола выполнялась в 5 этапов:
1 этап - моделирование технологических процессов в отделении парокислородной конверсии (79 модулей аппаратов, 127 потоков).
В отделении парокислородной конверсии получается синтез-газ, являющийся сырьём производства метанола во втором отделении. Разработка моделей процессов в физических единицах оборудования данного отделения проводилась путём рациональной интеграции нескольких расчётных модулей моделирующей программы СНЕМСАО. Например, печь первичного парового
риформинга моделируется посредством двух модулей равновесных реакторов, а реактор вторичного парового риформинга - с помощью двух модулей равновесных реакторов при известных конверсиях базовых реагентов [3].
Результаты моделирования (параметры выходного потока, направляющегося в отделение синтеза метанола) указаны в табл. 1. В этой же таблице приведены экспериментальные данные.
2 этап - моделирование технологических процессов в отделении синтеза метанола (27 модулей аппаратов, 35 потоков).
Узел получения метанола из синтез-газа содержит: реактор синтеза метанола, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления, а также вспомогательные аппараты: компрессор, теплообменники, и др. Реактор синтеза метанола моделируется из двух модулей равновесных реакторов посредством задания конверсий базовых реагентов [3]. Смесь, содержащая, в основном, метанол и воду, направляется на разделение в отделение ректификации. Результаты моделирования (параметры выходного потока, направляющегося в отделение ректификации) указаны в табл. 2. В этой же таблице приведены экспериментальные данные.
Табл. 1. Сравнение результатов рассчитанного выходного потока отделения иарокислородной конверсии с экспериментальными данными
Свойство потока Расчётные данные Экспериментальные данные
Температура, °С 35 35
Давление, бар. 35 34,9
Общий объёмный расход, норм. м3/ч 142459,86 147880
Соде зжание компонента, об.%
н2 66,891778 68,52
СО 20,886102 21,04
со2 7,86938 8,13
N2 1,073873 1,07
н2о 0,179974
сн4 3,093363 1,24
3 этап - моделирование технологических процессов в отделении рек-тифнкацни (32 модуля аппаратов, 51 потоков).
В отделении ректификации осуществляется разделение смеси «метанол-вода». Отделение содержит три ректификационные колонны с комплексом вспомогательного оборудования: насосы, теплообменники и др. [4].
Первая ректификационная колонна (простая колонна) моделируется модулем колонны разделения углеводородных фракций TOWR с применением алгоритма inside-out [5]. Вторая и третья ректификационные колонны
(сложные колонны) моделируются посредством модулей колонн разделения БСББ, с использованием алгоритма расчёта «от тарелки к тарелке» [5]. Значение рассчитанного продуктового потока равно 58000 кг/ч. Содержание метанола 99,99 масс%, что соответствует требованиям [6].
4 этап - разработка единой компьютерной модели всех процессов во всех отделениях производства метанола.
Для этой цели создана модель одного вспомогательного отделения -водоподготовки для очистки технологического конденсата (12 аппаратов, 28 потоков) [7]. Также моделируются 6 внешних рециклических (обратных) потоков: рециркулирующего водорода, смеси горючих «остатков» (жидкий боковой погон 3-ей ректификационной колонны и «продувочный газ» отделения синтеза метанола), пара, воды с паровым конденсатом и технологического конденсата.
Табл. 2. Сравнение результатов рассчитанного выходного потока синтеза метанола с экспериментальными данными
Свойство потока Расчётные данные Экспериментальные данные
Температура, °С 45 40
Давление, бар. 4,95 5
Массовый расход, кг/ч 66950,886 65408
Содержание компонента, масс.%
СНзОН 9,625936 11,91
н2о 90,374058 86,52
5 этап - расчётные исследования и оптимизация производства метанола.
С помощью компьютерной модели многостадийного производства, составленной с использованием программы СНЕМСА1):
а) Рассмотрены различные варианты реализации технологической схемы процесса получения готового продукта. Выявлено избыточное число единиц оборудования в технологическом узле ректификации смеси «метанол-вода». Проведение разделения данной смеси возможно в двух ректификационных колоннах. При этом качество целевого продукта не ухудшается.
б) Изучено влияние основных режимных параметров на результаты процесса. Проведён анализ влияния кубовых чисел во 2-ой и в 3-ей ректификационных колоннах на содержание метанола в отборах.
Выводы.
1. Подтверждена приемлемость применения программы СНЕМСАО для модернизации химических производств путем комплексного компьютерного моделирования полных технологических схем процессов получения готовых продуктов.
2. Разработана и реализована компьютерная модель многостадийного процесса получения метанола из природного газа с применением моделирующей программы СНЕМСАГ).
3. Выявлены «узкие места» действующего производства метанола из природного газа, проведена его модернизация.
Библиографические ссылки
1. Гартман Т.Н. Компьютерное моделирование энерго - и ресурсосберегающих химических производств./ Т.Н. Гартман // Программные продукты и системы, 2002. № 4. С.29-32.
2. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. / О.Б. Брагинский. М.: Наука, 2003. 279с.
3. Опыт применения программы СНЕМСАО для моделирования реакторных процессов/ Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин, Д.К. Новикова // Теоретические основы химической технологии, 2009. Том 43. № 6. С. 702-712.
4. Компьютерное моделирование технологического узла ректификации производства метанола с применением пакетов программ СНЕМСАО/ Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин. // Химическая техника, 2010. № 4. С. 12-14.
5. Научные основы процессов ректификации /Ю.А. Комиссаров, Л.С. Гордеев, Д.П. Вент/под редакцией Л.А. Серафимова. В 2-х томах. М.: Химия, 2004. 270с. (1), 415с. (2).
6. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа /Н.С. Печу-ро, В.Д. Капкин, О.Ю. Песин. М.: Химия, 1986. 349с.
7. Разработка компьютерной модели технологического процесса для проектирования энерго- и ресурсосберегающего производства метанола из природного газа/Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин, Д.К. Новикова. // Химическая техника, 2009. № 12. С. 29-31.
УДК: 658.012.01:621.64 А.В. Бабенко
Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ САПР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДАХ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
In the given report a problem of determine a flow regimes of two phase flows in technological pipelines was considered. The three up-to-date mechanistic methods were analyzed: Taitel
