Моделирование атмосферно-вакуумной трубчатки

Общая характеристика секции атмосферно-вакуумной трубчатки. Описание технологического процесса и технологической схемы секции. Синтез получения алгоритма вычисления стабилизирующих управлений для ректификационной колонны и математическая модель процесса.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

3

Размещено на

Содержание

• Введение
• Общая характеристика секции атмосферно-вакуумной трубчатки (АВТ)
• Описание технологического процесса и технологической схемы секции
• Синтез получения алгоритма вычисления стабилизирующих управлений для ректификационной колонны
• Математическая модель процесса ректификации в насадочной колонне
• Заключение
• Список литературы
• Введение
• Математическое моделирование -- процесс построения и изучения математических моделей. Все естественные и общественные науки, использующие математический аппарат, по сути занимаются математическим моделированием: заменяют реальный объект его моделью и затем изучают последнюю. Под математической моделью принято понимать совокупность соотношений (уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т. п.), определяющих характеристики состояний объекта моделирования, а через них и выходные значения - реакции, в зависимости от параметров объекта-оригинала, входных воздействий, начальных и граничных условий, а также времени. Математическая модель, как правило, учитывает лишь те свойства объекта-оригинала, которые отражают, определяют и представляют интерес с точки зрения целей и задач конкретного исследования.
• Моделирование можно осуществлять двумя основными методами: методом обобщенных переменных, или методом подобия (физическое моделирование), и методом численного эксперимента (математическое моделирование). Последнее позволяет резко сократить сроки научных и проектных разработок.
• Принципиального различия между этими методами нет, поскольку оба они в большей или меньшей степени основаны на экспериментальных данных и различаются лишь подходом к их обработке и анализу. Однако следует оговориться: опыт, будучи основой всякого исследования, поставляет в то же время исходные данные и для математического моделирования, т. е. математическое моделирование по существу является одним из методов физического моделирования и составляет с ним единую систему исследования объектов познания.

1. Общая характеристика секции атмосферно-вакуумной трубчатки(АВТ)

АВТ - предназначена для атмосферной перегонки сырой нефти с содержанием серы до 1,95 %; блок отбензинивания нефти обеспечивает получение легкого прямогонного бензина (фр. НК -85^оС) и сухого газа с параметрами, позволяющими провести его очистку и использовать в качестве технологического топлива.

В то же время низкая температура сырья колонны стабилизации позволяет использовать опыт нефтеперерабатывающих заводов по борьбе с коррозией оборудования и трубопроводов блока АВТ при переработке сернистых нефтей.

В результате технологического процесса на секции 100 получаются следующие продукты, являющиеся сырьем вторичных процессов комбинированной установки “Петрофак”:

- углеводородный газ - топливо печей установки после очистки от H2S на секции 500;

- компонент бензина (фр. НК-85^оС) - сырье секции 300 (гидроочистка бензина); а также по мере необходимости, смешивается с товарным

- бензином секции 200;

- отбензининная нефть - сырье блока АВТ (секция 100);

- бензин прямогонный - сырье секции 300 (гидроочистка бензина);

- дизельное топливо прямогонное - сырье секции 400 (гидроочистка дизельного топлива);

- гудрон (вакуумный остаток куба колонны Т-104) - сырье секции 700 (окисление битума);

готовый продукт - мазут марки М40 или М100.



Рис. 1

Принципиальная технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Аппараты: 1, 3 -- атмосферные ректификационные колонны; 2 -- печи для нагрева нефти и мазута; 4 -- вакуумная ректификационная колонна; 5 -- конденсаторы-холодильники; 6 -- теплообменники. Линии: I -- нефть; II -- лёгкий бензин; III -- отбензиненная нефть; IV -- тяжёлый бензин; V -- керосин и газойль; VI -- водяной пар; VII -- мазут; VIII -- газы разложения и водяной пар; IX -- масляные фракции; Х -- гудрон.

2. Описание технологического процесса и технологической схемы секции

атмосферная вакуумная трубчатка модель

Нефть представляет собой сложную жидкую смесь близко кипящих углеводородов и высокомолекулярных углеводородных соединений. В ней растворены газообразные (до 4 %) и твердые углеводороды. Углеводороды с числом атомов углерода от 1 до 4, т.е. метан, этан, пропан, бутан и изобутан, - газообразные углеводороды. Углеводороды С₅ - С₁₅ при нормальных условиях находятся в жидком состоянии. Углеводороды С₁₆ - С₃₄ и выше являются твердыми углеводородами, они образуют парафины и церезины. Их содержание в нефти составляет до 5 %, иногда до 12 %. В нефти содержатся также в небольших концентрациях неуглеводородные соединения, органические кислоты и некоторые другие вещества.

По химическому составу углеводороды нефти относятся к следующим классам соединений: парафиновые, нафтеновые и ароматические. Ненасыщенных углеводородных соединений в нефти мало, но они в большом количестве образуются при термической обработке нефти.

Парафиновые углеводороды нефти представлены соединениями как с неразветвлённой цепью (нормального строения), так и с разветвленной цепью (изостроения), например, н-бутан и изобутан:

СН₃ СН₂ СН₂ СН₃ СН₃ СН СН₃

СН₃

Парафиновых углеводородов нормального строения в нефти значительно больше, чем углеводородов изостроения. Однако целью ряда процессов переработки нефти является получение именно изомеров, поскольку их наличие значительно улучшает эксплуатационные характеристики топлива. Так, с увеличением содержания углеводородов изостроения в автомобильных бензинах повышается их октановое число.

Из нафтеновых углеводородов в качестве примера можно назвать циклопентан С₅Н₁₀ и циклогексан С₆Н₁₂.Наличие нафтеновых углеводородов в реактивных и дизельных топливах положительно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Нафтеновые углеводороды обладают большей термической стойкостью, чем парафиновые; они менее склонны к нагарообразованию в двигателях, чем ароматические углеводороды.

Ароматические углеводороды, содержание которых в нефти незначительно, образуются из нафтеновых углеводородов в процессе каталитического риформинга. Ароматические углеводороды, входящие в состав бензинов, также повышают их октановое число.

Кислород, сера, азот и хлор входят в состав нефти в виде отдельных соединений. Присутствие в нефти и топливах соединений серы нежелательно, так как они приводят к коррозии аппаратов, трубопроводов и двигателей, а также являются ядом для катализаторов ряда процессов нефтепереработки.

3. Синтез получения алгоритма вычисления стабилизирующих управлений для ректификационной колонны

Из множества математических методов моделирования объектов управления для реализации процесса формирования качества наибольший интерес представляют теоретические методы, базирующиеся на математических описаниях механизмов протекающих процессов. Таковые модели обладают хорошими прогностическими возможностями в широких диапазонах изменения свойств объектов переработки и режимных параметров технологических процессов. Недостатки же состоят в том, что, как правило, эти модели в процессе реализации представляют недостаточно точные результаты. Тем не менее, в ряде случаев, как показано в настоящей работе, удается достичь требуемой точности. При описании, например, процессов тепло- и массопереноса возможны определение и регулярная корректировка коэффициентов диффузии, тепло- и массоотдачи путем решения обратных задач переноса на базе контрольных значений промежуточных параметров качества и режима.

Эффективное управление качеством на стадии его формирования возможно только в результате сочетания определенных свойств технологического процесса, обеспечивающих его устойчивость в области оптимальных параметров и, в то же время, восприимчивость к управляющим воздействиям. Иными словами, эффективность управления качеством продукции химических производств в значительной степени определяется характером реактивности процесса на возможные управляющие воздействия. Отсюда следует вывод о необходимости первоочередной оптимизации технологических процессов с целью придания им свойства достаточной чувствительности к изменению регулирующих факторов. Кроме того, весьма важным является создание базовых технологических процессов с поддающимися математическому описанию на уровне феноменологических моделей механизма протекания.

С точки зрения управления технологическими процессами, последние представляют собой процессы формирования заданных количественных характеристик качества объектов переработки. Подобные же представления лежат в основе формализованных методов проектирования технологических процессов. Такого рода абстракция позволяет при разработке инструментария для проектирования цифровых процессорных систем управления технологическими процессами обеспечить общность и универсальность методов и средств проектирования, управления.

Локализация системы управле...