Oro atskyrimo vieneto proceso srauto modelio konstravimas

1.1 Proceso srautas
Dujų gamybos įmonėje naudojamas 60 000 m3/h kriogeninio oro atskyrimo įrenginys. Faktiniame gamybos procese oras patenka į distiliavimo sistemą per suspaudimo sistemą, išankstinio aušinimo ir išplėtimo sistemą, kad būtų galima atskirti dujas. Straipsnyje daugiausia analizuojama azoto gamybos procesas, o jo gamybos proceso srautas yra toks:
1) Oras praeina per filtrą ir patenka į oro kompresorių. Suspaustas oras nukreiptas per šilumokaitį „Plate-Fin“, viena dalis patenka į kito etapo dujų suspaudimo sistemą, o kita dalis keičiasi šiluma su aušinimo terpe ir patenka į distiliavimo bokštą;
2) Oro srauto greitis, patenkantis į kito etapo dujų suspaudimo sistemą, yra apie 5000 kmol/h. Ši dujų dalis patenka į plėtiklį po šilumos mainų, o temperatūra yra apie –120 laipsnių. Po to, kai plečiasi plėtiklis, slėgis yra apie 0,14 MPa, atliekamas šilumos mainai, o temperatūra sumažėja iki maždaug –170 laipsnių
Įveskite distiliavimo bokštą;
3) Distiliavimo bokštas yra padalintas į dvi dalis - viršutinę ir apatinę dalis, kurios nepriklauso viena nuo kitos ir sujungtos viena su kita per vožtuvus ir vamzdynus. Viršutinis bokštas yra žemo slėgio bokštas, kurio slėgis yra apie 140 kPa, o apatinis bokštas yra aukšto slėgio bokštas, kurio slėgis yra 550 kPa, dujos po šilumos mainų, o dujos iš plėšiklio yra atitinkamai siunčiami atgal į apatinio distiliavimo bokšto apatinio ir apatinį dugną. Dujos iš dalies paverčiamos skystu azotu per viršutinį kondensatorių ir laikomos skysčio azoto rezervuare, o kita dalis patenka į viršutinį bokštą tolesniam distiliavimui.

1.2 Proceso srauto modelio konstrukcija

Iš aukščiau pateikto oro atskyrimo proceso galima pastebėti, kad tikrasis gamybos procesas apima suspaudimą, išplėtimą, atskyrimą ir kitus procesus. Kai naudojami „Aspen Plus“ programinė įranga proceso modeliavimui, naudojami moduliai ir funkcijos yra šie:
1) oro kompresorius naudoja „Comm-ICon2“ modulį;
2) Expander naudoja modulį „Comp-ICon3“;
3) šilumokaitis naudoja „Heatx“ modulį;
4) distiliavimo bokštas naudoja „Radfrac“ modulį;
5) siurblys naudoja siurblio modulį;
6) skirstytuvas naudoja „Faplit“ modulį.
Modelio modeliavimo proceso metu medžiagos srautas yra sujungtas vienas su kitu pagal skirtingų vieneto modulių funkcijas, o procesas vykdomas pagal deguonies gamybos procesą. Modeliavimo metu įrangos parametrai buvo nustatyti pagal projektavimo vertes, kur viršutinis distiliavimo bokšto slėgis buvo nustatytas iki 0,558 MPa, apatinis slėgis buvo nustatytas iki 0,564 MPa, o viršutinė temperatūra buvo nustatyta iki –177,62 laipsnio, apatinė temperatūra buvo nustatyta iki -173.
65 laipsnis, o plokštelių skaičius buvo 49. Po modeliavimo analizės rezultatai parodyti 1 lentelėje.

Remiantis 1 lentelės modelio modeliavimo rezultatais, galima pastebėti, kad įvairūs modelio rodikliai iš esmės atitinka kriogeninio oro atskyrimo įrenginio projektinius rodiklius. Skirtumas tarp apatinio bokšto skysčio oro grynumo ir projektavimo vertės yra 0,9%, o modeliavimo vertės svyravimas yra leistinas diapazonas. Imituotas azoto išvestis taip pat yra artimas projektavimo vertei, o klaida yra leidžiama. Galima pastebėti, kad šį kartą nustatytas modelis gali būti naudojamas proceso optimizavimo patikrinimo analizei1.

2 Proceso optimizavimo analizė

Kriogeninio oro atskyrimo įrenginio dujų atskyrimo procese apatinis distiliavimo bokšto bokštas yra pagrindinė įranga. Remiantis įrangos tyrimais ir pagalbine teorine analize, energijos taupymo ir sunaudojimo mažinimo tikslą galima pasiekti keičiant distiliavimo bokšto apatinio bokšto proceso parametrus. Šį kartą buvo naudojamas „Aspen Plus“ jautrumo modulis, atliekant išsamią skirtingų distiliavimo bokšto bokšto proceso parametrų analizę ir buvo gautas optimalus proceso operacijos planas.
2.1
Ryšys tarp pašaro padėties ir šilumos apkrovos
Modeliavimo proceso metu kiti parametrai buvo nepakitę, tiekimo padėtis buvo pakeista, o šilumos apkrova bokšto viršuje pasikeitė. Rezultatai parodyti 1 paveiksle. Kaip parodyta 1 paveiksle, kai kiti parametrai nesikeičia, pakeisdami distiliavimo bokšto apatinio bokšto maitinimo padėtį, šilumos apkrova bokšto viršuje pamažu mažės, kol pašaro padėtis bus nustatyta iki 33 -osios bokšto plokštės, o šilumos apkrova bokšto viršuje iš esmės išliks pastovi. Galima pastebėti, kad 33 -oji bokšto plokštė yra geriausia pašaro padėtis.
2.2 Ryšys tarp pašarų srauto greičio ir azoto gamybos ir grynumo, pakeisdami apatinio bokšto pašaro srauto greitį ir nepakeisdami kitų parametrų, skysčio azoto gamybos ir grynumo pokyčiai distiliavimo viršuje viršuje, kaip parodyta 2 paveiksle., Kaip parodyta 2 paveiksle, padidėjus žemutinio bokšto srauto greičiui, o skysčio nitrogeno gamyba yra ir padidėja, bet padidėja, kai mažėja, kai tik mažėja, tačiau skysčio nitrogeno gamyba yra tokia pati, bet padidėja, tačiau padidėjus žemutinio bokšto tiekimo greičiui, o skysčio nitrogene yra. atitinka teoriją. Kaip parodyta paveikslėlyje, kai apatinio bokšto pašarų srauto greitis yra mažesnis nei 804 kmol/h, skysto azoto grynumas yra didesnis nei 99,999%, o tai tenkina metalurgijos pramonės dujų poreikį. Šiuo metu išėjimas yra 3,230 kmol/h, kuris visiškai skiriasi nuo pradinio srauto tiekimo srauto greičio 761,3 kmol/h, o skysčio azoto išėjimas yra 3 187,38 kmol/h. Galima pastebėti, kad tiekimo srauto greitis turėtų būti kontroliuojamas iki 804 kmol/h, o tai gali padidinti išėjimą, užtikrinant azoto grynumą.
2.3 Temperatūros poveikis produktams
Kiti kiti parametrai nepakitusiais, skysčio azoto srauto pasikeitimas tikrinamas keičiant temperatūrą, o rezultatai parodyti 3 paveiksle. Kaip parodyta 3 paveiksle, skysčio azoto srauto greitis teigiamai koreliuoja su pašaro temperatūra, tačiau pasikeitus temperatūrai, skysčio azoto išėjimo pokyčiai yra santykinai maži, ir jis mažai padarinių, tačiau jis turi mažai įtakos faktiniams gamybos rezultatams. Todėl tikslingiau nustatyti tiekimo temperatūrą iki -173 laipsnio. Jei temperatūra yra per aukšta, ji paveiks vėlesnį oro atskyrimo įtaisą, kad būtų atskirtas deguonis, argonas ir kt.; Jei temperatūra yra per žema, energijos suvartojimas yra palyginti didelis, o tai neatitinka energijos taupymo ir sunaudojimo mažinimo tikslo.

3 Praktinis proceso optimizavimo schemos taikymas

Tam tikros gamyklos pagamintos dujos daugiausia parduodamos metalurgijos įmonėms, o pagamintas azotas tiesiogiai tiekiamas metalurgijos įmonėms kaip apsauginės dujos. Pastaraisiais metais, mažėjant rinkos ekonomikai ir padidėjus darbo sąnaudoms, gamyklos ekonominė nauda tapo mažesnė. Esant tokioms aplinkybėms, gamykla pasiūlė pakeisti gamybos proceso situaciją, kad būtų sumažinta įrangos kinetinė energijos suvartojimas ir taip padidėtų ekonominė nauda. Po tyrimų ir analizės gamykla atliko proceso patobulinimus 2022 m. Kovo mėn. Tobulinimo planas yra toks: Distiliavimo bokšto slėgis nustatytas iki 0,56 MPa, apatinė bokšto tiekimo temperatūra yra –173 laipsnio, apatinio bokšto tiekimo kiekis nustatomas iki 804 kmol/h, o pašaro padėtis nustatoma 33 -ame bokšto plokštelėje. Dėl proceso pagerinimo bus sumažinta distiliavimo bokšto šilumos apkrova, todėl kriogeninio oro atskyrimo įrenginio oro valymo pajėgumai gali būti tinkamai padidinami, todėl padidėja azoto išėjimas. Todėl tobulinant procesą oro suspaudimo sistemos pašarų srauto greitis keičiamas tuo pačiu metu, o kriogeninio oro atskyrimo bloko taikymo poveikis analizuojamas skirtingomis apkrovomis. Kiekvienos apkrovos patikrinimo ciklas yra 10 dienų, o gamybos padėtis parodyta 2 lentelėje.
Iš 2 lentelės matyti, kad po proceso optimizavimo didžiausia kintamos darbinės sąlygos apkrova gali pasiekti 120% pradinės apkrovos, o azoto ir skysto azoto išėjimas šiuo atveju padidėja. Be to, esant 120% apkrovai, šilumos apkrova distiliavimo bokšto viršuje pasikeitė nuo -8,29 MW iki -7,67 MW, sutaupant 7,48% energijos. Išanalizavus įrangos galią, galima pastebėti, kad įrangos, mažesnės nei 120% apkrovos, galia sumažinama 132 kW · h. Pramoninės elektros sąnaudos toje vietoje, kur yra gamykla, yra 0,69 juanių (/ kW · h). Remiantis 330 dienų įrangos operacija, metines energijos sąnaudas gali sutaupyti 721 000 juanių. Kalbant apie produkto išvestį, po proceso optimizavimo, azoto išėjimas padidėjo 450,54 kmol/h, vidutinio slėgio skysčio azoto išėjimas padidėjo 625,48 kmol/h, o žemo slėgio skysčio azoto išėjimas padidėjo 281,34 kmol/h. Po skaičiavimo pelnas gali būti padidintas 3,876 mln. Juanių ištisus metus. Galima pastebėti, kad proceso patobulinimas gali sukurti 4,597 mln. Juanių pajamų įmonei ištisus metus.