Разработка компьютерной модели четырёхколонной технологической схемы ректификации смеси ароматических углеводородов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 519.673:620.9.97

Аленчикова А. А., Проскуро Е. А., Сафонова В. Д.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1 *e-mail: ekaterina.proskuro@mail.ru

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ЧЕТЫРЁХКОЛОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РЕКТИФИКАЦИИ СМЕСИ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Разработана и реализована математическая модель четырёхколонной технологической схемы ректификации смеси ароматических углеводородов применением комплекса программ CHEMCAD. Данная компьютерная модель технологической схемы может быть использована для решения задач энергоресурсосбережения при оптимизации производств ароматизации лёгких алканов.

Ключевые слова: модель, моделирование, комплекс программ, ректификация, углеводороды.

Процессы ректификации являются важнейшими процессам разделения в химической в химической технологии. При использовании этих процессов осуществляется глубокое разделение многокомпонентных смесей

различных веществ. Однако указанные процессы являются одними из наиболее энергоёмких в химической промышленности. Поэтому точности расчётов указанных процессов уделяется пристальное внимание, т. к. неточности вычислений могут привести к увеличению энергозатрат и, соответственно, к снижению энерго- и ресурсосберегающих показателей производства [1].

Решение вышеуказанных задач не представляется возможным без применения современных комплексов программ, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов.

Комплекс программ СИЕМСЛБ -программный комплекс, предназначенный для инженерных расчётов различных процессов. Они объединяют базы данных химических компонентов и расширенных методов расчёта термодинамических свойств с гибкими методами расчёта аппаратов. Программа обладает хорошими вычислительными средствами для выполнения расчётов всех материальных и тепловых балансов, необходимых для компьютерного моделирования большинства статических и динамических процессов. Экспертные системы и расширенная обработка исходных данных, а также проверка ошибок обеспечивают их высокую эффективность и надёжность. Данные пакеты программ предназначены для выполнения поверочно-оценочных и проектных расчётов различных аппаратов, а также многостадийных

технологических схем химических производств [1-2].

Разработка процедуры блочного

компьютерного моделирования

ректификационных процессов изложена в работе

[3].

Применению комплекса программ CHEMCAD для разработки компьютерной модели технологического узла многокомпонентной ректификации смеси жидких углеводородов при получении синтетического жидкого топлива из природного газа посвящена работа [4].

Статья [5] посвящена разработке компьютерной модели технологического узла ректификации производства метанола из природного газа.

В настоящей работе решается задача построения компьютерной модели узла ректификации многокомпонентной смеси ароматических углеводородов, которая может быть применена для модернизации и оптимизации, как отдельного технологического узла ректификации технологической схемы ароматизации лёгких алканов, так и производства в целом.

Колонна отгонки бутана (рис. 1, модуль 1) моделируется модулем TOWR с использованием алгоритма Inside/Out [6]. Число теоретических тарелок - 20. Давление на верху колонны - 1.5 бар. Расход дистиллята - 200 кг/ч. Паровое число - 1. Результаты расчёта приведены в табл. 1.

Исходная смесь

©

Колонна отгонки бутана

Колонна отгонки

бензола

Колонна отгонки толуола

Ц-

Колоннна отгонки ксилола

Рис. 1. Блок-схема блочной компьютерной модели технологического узла ректификации смеси ароматических углеводородов. 1, 2, 3, 4 - расчётные модули колонн ректификации

Таблица 1

Свойство Входной Дистиллят Кубовый

потока поток остаток

в;кг/ч 10000 200 9800

1;0С 20 20 115

р;бар 2 2 1.5

©i;% масс

C4H10 2 100 -

СбНб 30 - 30.61

С7Н8 43 - 43.88

СвНю 15 - 15.31

С10Н8 10 - 10.2

Расход дистиллята - 4227 кг/ч. Паровое число ■ Результаты расчёта приведены в табл. 3. Таблица 3

Колонна отгонки бензола (рис. 1, модуль 2) моделируется модулем TOWR с использованием алгоритма Inside/Out. Число теоретических тарелок - 20. Давление на верху колонны - 1.25 бар. Расход дистиллята - 3000 кг/ч. Паровое число - 2. Результаты расчёта приведены в табл. 2.

Таблица 2

Свойство Входной Дистиллят Кубовый

потока поток остаток

в;кг/ч 6800 4227 2523

128 117 158

р;бар 1.25 1.2 1.2

©i;% масс

С4Н10 - - -

СбНб - - -

С7Н8 63 99 2

С8Н10 22 1 58

С10Н8 15 - 40

Колонна отгонки ксилола (рис. 1, модуль 4) моделируется модулем TOWR с использованием алгоритма Inside/Out. Число теоретических тарелок - 20. Давление на верху колонны - 1.15 бар. Расход дистиллята - 1470 кг/ч. Паровое число - 5. Результаты расчёта приведены в табл. 4.

Таблица 4

Свойство Входной Дистиллят Кубовый

потока поток остаток

в;кг/ч 9800 3000 6800

1;0С 115 88 128

р;бар 1.5 1.25 1.25

©i;% масс

С4Н10 - - -

СбНб 30.61 99 -

С7Н8 43.88 1 63

С8Н10 15.31 - 22

С10Н8 10.2 - 15

Свойство Входной Дистиллят Кубовый

потока поток остаток

в;кг/ч 2523 1470 1053

1;0С 158 143 212

р;бар 1.2 1.15 1.15

©i;% масс

С4Н10 - - -

С6Н6 - - -

С7Н8 2 4 -

С8Н10 58 96 5

С10Н8 40 - 95

Колонна отгонки толуола (рис. 1, модуль 3) моделируется модулем TOWR с использованием алгоритма Inside/Out. Число теоретических тарелок - 20. Давление на верху колонны - 1.2 бар.

Таким образом, разработанная компьютерная модель может быть применена для выявления «узких мест» и, соответственно для решения задачи оптимизации работы установки.

Аленчикова Алина Алексеевна студентка-дипломница кафедры информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Проскуро Екатерина Александровна аспирантка информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Сафонова Вера Дмитриевна ассистент информатики и компьютерного проектирования РХТУ

им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

10. Гартман Т. Н, Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2008. 415 с.

11. Дворецкий С.И., Кормильцин Г. С., Калинин В.Ф. Основы проектирования химических производств. М. Машиностроение-1, 2005 г. - 280 с.

12. Советин Ф. С., Гартман Т. Н. Логико-вычислительные процедуры разработки блочных компьютерных моделей реакторных и ректификационных процессов // Известия ТулГУ. Технические науки вып. 5. ч. 3. 2011 г. Стр. 277-282.

13. Гартман Т. Н., Советин Ф. С. Применение пакетов программ CHEMCAD для моделирования процессов многокомпонентной ректификации в тарельчатых колоннах при получении синтетического жидкого топлива // Химическая техника. 2010 г., № 2. Стр. 36-38.

14. Гартман Т. Н., Советин Ф. С. Компьютерное моделирование технологического узла ректификации производства метанола с применением пакетов программ CHEMCAD// Химическая техника. № 4. 2010 г. Стр. 12-14.

15. Комиссаров Ю. А, Гордеев Л. С, Вент Д. П. Научные основы процессов ректификации. Под редакцией Серафимова Л. А. В 2-х томах. М. Химия 2004. 270 и 415 с.

Alenchikova Alina Alexeevna, Proskuro Ekaterina Aleksandrovna*,Safonova Vera Dmitrievna D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: ekaterina.proskuro@mail.ru

DEVELOPMENT OF COMPUTER MODEL OF THE FOUR-COLUMNED TECHNOLOGICAL LINE OF RECTIFICATION OF MIXTURE OF AROMATIC HYDROCARBONSON

Abstract

The mathematical model of the four-columned technological line of rectification of mix of aromatic hydrocarbons is developed and realized by simulator CHEMCAD. This computer model of the technological line can be used for the solution of problems of energy & resources saving by optimization of productions of aromatization of propane & butane fraction.

Key words: model, simulator, rectification, hydrocarbon