CC BY
40
УДК 519.673:620.9.97 Пай М. О.
РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ УЗЛА АБСОРБЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ГАЗА ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНДЕНСАЦИИ МЕТАНА
Пай Марк Олегович, магистрант 2 курса факультета инженерной химии (ФИХ); e-mail: mark-pay@yandex.ru Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
Разработана и реализована компьютерная модель технологической схемы узла абсорбции. Рассчитаны конструкционные параметры абсорбера. Данная модель включена в модель технологической схемы процесса окислительной конденсации метана.
Ключевые слова: модель, модуль, моделирующая программа
THE DEVELOPMENT OF THE MODEL OF THE TECHNOLOGICAL LINE OF THE ABSORPTION FOR THE PURIFICATION OF THE TECHNOLOGICAL GAS OF THE OXIDATIVE CONDENSATION OF METHANE
Pay M. O.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The computer model of the technological line of the absorption was created & realized. Constructive parameters was calculated. This model was included to the model of the technological line of the process of the oxidative condensation of methane.
Keywords: model, module, simulator
Получение этилена методом окислительной конденсации метана - новый процесс, который позволяет в одну стадию получить данный ключевой продукт нефтехимического синтеза [1]. Однако при данном процессе образуется побочный продукт -диоксид углерода, для очистки от которого необходим узел абсорбции. Процессы разделения, в частности абсорбция являются одними из наиболее энерго- и ресурсозатратных в химической технологии [2-5].
Для подготовки исходных данных для проектирования таких технологических схем необходимо уже на стадиях предпроектных разработок создавать их компьютерные модели, с помощью которых решать задачи энерго- и ресурсосбережения [2]. Разрабатывать такие модели не представляется возможным без применения современных комплексов программ, позволяющих создавать «виртуальные» схемы. Кроме того, использование данных комплексов программ позволяет без значительных материальных и временных затрат осуществлять исследования указанных процессов на их моделях (проводить вычислительные эксперименты над виртуальными технологическими схемами). В работе [6] проведён аналитический обзор современных и доступных на отечественном рынке комплексов программ.
В рассматриваемой работе решена задача применения комплекса программ CHEMCAD для разработки компьютерной модели технологической схемы получения узла абсорбции для очистки технологического газа окислительной конденсации метана при подготовке исходных данных для её
проектирования.
Описание технологической схемы
Технологическая схема процесса абсорбционной очистки технологического газа, реализованная в среде комплекса программ CHEMCAD изображена на рис. 1.
В абсорбер (модуль 1 на схеме) подаются технологический газ (продукты окислительной конденсации метана) и абсорбент - вода. В абсорбере протекает очистка продуктов окислительной конденсации метана от диоксида углерода. Очищенный газ направляется на метанирование, а углекислотный раствор на десорбцию, которая необходима для регенерации абсорбента. В десорбере (модель 3 на схеме) протекает дегазация абсорбента, далее очищенный от углекислого газа абсорбент направляется в теплообменник (модуль 4 на схеме), где для его охлаждения используется «захоложенная вода», а затем регенерированный абсорбент возвращается в производственный цикл, что позволяет экономить свежий абсорбент.
Описание хода моделирования
технологической схемы
Абсорбер моделируется модулем строгого расчёта процесса абсорбции с использованием алгоритма метода Тиле-Геддеса [2]. Опыт применения комплекса программ CHEMCAD для моделирования процесса абсорбции изложен в работах [7-8]. Число тарелок - 20, номера тарелок питания - 1 и 20. Диаметр абсорбера - 0.3 м, высота - 12.2 м. Результаты расчёта процесса абсорбции приведены в таблице 1.
Десорбер моделируется модулем строгого расчёта десорбции, где также используется алгоритм Тиле-Геддеса. Число тарелок - 20, номера тарелки питания - 1. Диаметр десорбера - 0.61 м, высота -12.2 м. Расчётная тепловая нагрузка десорбера -4950 МДж/час.
Свежим абсорбент
©
Регенерированный абсорбент
Для расчёта полной технологической схемы процесса абсорбции с рециклическим потоком используется метод простых итераций, а также декомпозиционный метод расчёта химико-технологических систем [8-10].
На метан и ро ванне
АБСОРБЕР
Газовая смесь
на абсорбцию
©
ДЕСОРБЕР
Рис 1. Технологическая схема очистки продуктов окислительной конденсации метена, реализованная в среде комплекса
программ CHEMCAD
Таблица 1. Результаты расчёта процесса абсорбции
Свойство потока Поток газа на очистку Очищенный газ Поток в десорбер
р; атм. 25 2 2
20 20 20
G; кг/час 397 167 10230
ю; % масс.
СО2 2.47 - 0.09
Н2О 45.43 1.12 99.49
N2 3.41 8.07 -
С2И4 12.36 29.09 -
СИ4 25.88 61.35 -
С2Иб 10.29 - 0.02
Таким образом разработана компьютерная модель технологического узла процесса абсорбции технологического газа окислительной конденсации метана для его очистки от диоксида углерода. Нами предложена технологическая схема физической абсорбции, т.к именно она позволяет экономить абсорбент, что невозможно при проведении аналогичного процесса с использованием хемосорбции (абсорбции с химической реакцией).
Предложенная компьютерная модель включена в компьютерную модель полной технологической схемы процесса окислительной конденсации метана, что является частью исходный данных для проектирования данного производства.
Выводы
1. Создана и реализована модель технологического узла процесса абсорбции для очистки продуктов окислительной конденсации метана от диоксида углерода.
2. Рассчитаны конструкционные параметры абсорбера и десорбера.
3. Предложенная модель включена в модель полной технологической схемы процесса окислительной конденсации метана.
Список литературы
1. Алхазов Т.Г., Марголис Л.Я. Высокоселективные катализаторы окисления углеводородов. М.: Химия, 1988. 191 с.
2. Гартман Т. Н., Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М.: «Академкнига», 2008. 416 с.
3. Панкрушина А. В., Гартман Т. Н. Технологический расчёт сложных комплексов ректификационных колонн и оценка их эффективности с учётом колебания состава питания // Химическая технология № 8. 2016. с. 367-376.
4. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К. Разработка компьютерной модели многостадийного производства метанола из природного газа. // Химическая промышленность сегодня № 3. 2012. с. 45-53.
5. Боровкова Е. А., Советин Ф. С., Рамазанова
A. А., Гартман Т. Н. Разработка энергосберегающей подсистемы ректификации в производстве ароматических углеводородов из лёгких алканов // Химическая промышленность сегодня № 8. 2015. с. 39-50.
6. Гартман Т. Н., Советин Ф. С. Аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 26. № 11 (140). с. 117-120.
7. Советин Ф. С., Гартман Т. Н. Логико-вычислительные процедуры разработки блочных компьютерных моделей реакторных и ректификационных процессов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. вып. 5. ч. 3. С. 277-282.
8. Советин Ф. С. Разработка и применение методического обеспечения блочного компьютерного моделирования энергоресурсоёмких химико-технологических систем с применением инструментальных комплексов программ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.13.18 и 05.17.08. М. РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2011.
9. Гордеев Л.С., Кадосова Е.С., Макаров В.В., Сбоева Ю.В. Математическое моделирование химико-технологических систем. Части 1,2,3. М. РХТУ им. Д. И. Менделеева 1999.
10. Дворецкий С.И., Кормильцин Г.С., Калинин
B.Ф. Основы проектирования химических производств. М.: "Машиностроение-1". 2005. 280 с.
