Технические науки

УДК 66.012

Маслахов Ильяс Камилевич

студент

Нижнекамского химико-технологического института ФГБОУ ВО «КНИТУ»

Maslahov Ilyas

Student of the

Nizhnekamsk Chemical Technological Institute Branch Institute of the FSBEI HE «KNRTU»

Елизаров Виталий Викторович

доктор технических наук, доцент

Нижнекамский химико-технологический институт ФГБОУ ВО «КНИТУ»

Elizarov Vitalii

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor

Nizhnekamsk Chemical Technological Institute Branch Institute of the FSBEI HE «KNRTU» 

ВЫБОР КОНТРОЛЬНОЙ ТАРЕЛКИ В РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЕ ПРИ ОТДЕЛЕНИИ ИЗОБУТАН-ИЗОБУТИЛЕНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ УГЛЕВОДОРОДОВ С₅ И ВЫШЕ

SELECTION OF THE CONTROL TRAY IN THE RECTIFICATION COLUMN AT THE DEPARTMENT OF THE ISOBUTAN-IZOBUTYLENE FACTION FROM HYDROCARBONS C5 AND ABOVE

Аннотация. Рассмотрен метод определения контрольных тарелок в ректификационной колонне разделения углеводородов с помощью программного пакета HySys. Проведен расчет температуры по высоте колонны. Показано влияние положения контрольных тарелок на эффективность разделения углеводородной смеси.

Ключевые слова: ректификационная колонна; контрольная тарелка; эффективность; температура; coстав.

Summary. Method for determining control plates in a distillation column. The calculation is carried out in the HySys program. The position of the control dish affects the efficiency.

Key words: distillation column; control plate; efficiency; temperature; composition.

Ректификация –­­­  массообменный процесс, который осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга. Процессы ректификации углеводородов являются основой всех нефтехимических производств. Они осуществляются в ректификационных колоннах тарельчатого или насадочного типа. О качестве разделения смеси в ректификационной колонне судят по значениям концентраций, полученных в ректификате (дистилляте) и кубовом остатке. Для достижения значений требуемых концентраций необходимо поддержание температуры в аппарате в заданных пределах, при воздействии возмущающих параметров: изменение состава, расхода и температуры исходной смеси. Основными контролируемыми параметрами процесса ректификации являются: давление и температура в колонне, соотношение потоков жидкости и пара, число контактных ступеней. При оптимальном подборе этих параметров обеспечивается необходимая глубина разделения исходной смеси на компоненты (фракции). Для стабильной работы колонны и поддержания в ней необходимой параметров (температуры, давления и т.д.) применяются системы автоматического управления.

Управление ректификационной колонной осуществляется на базе одноконтурных и каскадных систем автоматического управления. Каскадные АСР имеют преимущество, так как обладают меньшим временем регулирования, меньшей динамической ошибкой.

В реальных условиях изменение температуры по высоте колонны при отклонении состава и расхода исходной смеси в пределах -10 –­­­ 10% мало и находится ниже чувствительности приборов. Для реализации каскадной схемы регулирования необходимо использовать такое значение температуры, где ее градиент будет максимален. Для этого необходимо знать точное распределение температуры по высоте колонны[1].

Математические модели ректификационных колонн, основанные на замене реальных тарелок теоретически­ми ступенями разделения (метод теоретических тарелок), позволяют вести расчет колонн без учета гидродинамической обстановки на тарелках. Эти модели представляют ректификационную колонну как аппарат с полной конденсацией пара на ступенях разделения с незначительным влиянием межфазного массообмена. Эффективность колонны принято определять в виде отношения числа теоретических ступеней к количеству действительных, необходимых для разделения исходной смеси до заданных концентраций[2].

где ,  – число теоретических и действительных тарелок.

Рассмотрим влияние расхода питания исходного продукта на распределение температуры по высоте колонны при отделении С₅ из С₃-С₄. Диаметр колонны – 2,6 м; количество действительных тарелок – 45; тип тарелки: колпачковая; номер тарелки питания – 23; расход питания, кг/ч – 46745; расход дистиллята, кг/ч – 45395; расход кубового остатка, кг/ч – 1348; флегмовое число – 2; давление верха, кПа – 1177; давление кубового остатка, кПа – 1275; температура верха, ⁰С – 75; температура в кубе, ⁰С – 123 [3].

Для расчета температуры по высоте колонны воспользуемся программным пакетом HySys. В основу универсальной системы моделирования HySys заложены общие принципы расчетов материально-тепловых балансов технологических схем. В целом моделирование технологической схемы основано на применении общих принципов термодинамики и кинетики к отдельным элементам схемы и к системе в целом[4].

Температура верха и куба колонны при изменении расхода питания изменяется незначительно. Поэтому для построения систем автоматического управления целесообразно  выбирать в колонне те точки, в которых градиент температуры будет максимален при изменении расхода исходной смеси.

Массовый состав исходной смеси представлен в таблице 1.

Таблица 1

Состав исходной смеси на входе в колонну

Проведен потарелочный расчет с помощью программного пакета HySys.

В таблице 2 представлены температурные профили по высоте колонны при регламентном (F=46745 кг/ч) и при измененном (F+5% кг/ч, F+10% кг/ч, F-10% кг/ч) расходах исходной смеси, а также показаны относительные  отклонения  температуры (dt1, dt2, dt3).

Таблица 2

Температурные профили по высоте колонны при различных расходах, относительные отклонения температуры

На рис.1 показано распределение T по высоте колонны при изменении расхода питания  исходной смеси  на +5%, ± 10% относительно регламента. Номера контрольных тарелок выбираются из условия:

где N^f и N^b – номер контрольной тарелки в верхней и нижней секциях, изменение температуры на тарелке.

По данным графика номера контрольных тарелок соответственно равны: в нижней секции N^b=15, в верхней секции N^f=36.

Рис. 1. График распределения T по высоте колонны при переменном расходе исходной смеси: 1 – изменение расхода исходной смеси на +5%;   2 – изменение расхода исходной смеси на +10%; 3 – изменение расхода исходной смеси на -10%

Из полученных результатов, можно сделать вывод, что выбор контрольной тарелки зависит от расхода исходной смеси и для определения положения контрольных тарелок необходимо провести потарелочный расчет температуры.

Литература

1. Елизаров Д. В., Мерзляков С. А., Мингалеев И. Г., Шавалеев Р. Р. Вестник Казан. технол. ун-та, 2014 – 223-224 c.
2. Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепеработки. Химия, Москва, 1979. -568 c.
3. Технологический регламент цеха 1825. ПАО «НКНХ».
4. Будник В.А. Методическое пособие по программе подготовки студентов технологических дисциплин. Работа в среде «HySys», 2010. – 110 c.