Konstrukcija modela procesnega pretoka enote za ločevanje zraka

1.1 procesni tok
Proizvodnja plina uporablja 60.000 m3/h kriogeno enoto za ločevanje zraka. V dejanskem procesu proizvodnje AIR vstopi v sistem destilacije prek sistema stiskanja, prednastavljenega in širjenja sistema za doseganje ločevanja plina. Ta članek v glavnem analizira proces proizvodnje dušika, njegov pretok proizvodnega procesa pa je naslednji:
1) Zrak prehaja skozi filter in vstopi v zračni kompresor. Stisnjen zrak se preusmeri skozi toplotni izmenjevalec plošče, en del vstopi v sistem stiskanja plina v naslednji stopnji, drugi del pa se toploto toplota s hladilnim medijem in vstopi v destilacijski stolp;
2) Hitrost pretoka zraka, ki vstopa v sistem stiskanja plina v naslednji stopnji, je približno 5000 kmol/h. Ta del plina vstopi v ekspander po izmenjavi toplote, temperatura pa približno -120 stopinj. Po tem je depresiven s ekspanderjem, tlak je približno 0,14 MPa, izmenjava toplote pa se izvede, temperatura pa se zniža na približno -170 stopinj
Vstopite v stolp za destilacijo;
3) Destilacijski stolp je razdeljen na dva dela, zgornji in spodnji del, ki sta neodvisna drug od drugega in med seboj povezana prek ventilov in cevovodov. Zgornji stolp je stolp z nizkim tlakom s tlakom približno 140 kPa, spodnji stolp pa je visokotlačni stolp s tlakom 550 kPa plina po toplotni izmenjavi in plin iz ekspanderja, ki se pošlje nazaj na sredino in dno spodnjega stolpa destilacijskega stolpa. Plin se delno pretvori v tekoči dušik skozi zgornji kondenzator in shranjuje v tekočem rezervoarju za dušik, drugi del pa vstopi v zgornji stolp za nadaljnjo destilacijo.

1.2 Konstrukcija modela procesnega pretoka

Iz zgornjega postopka ločevanja zraka je razvidno, da dejanski proizvodni postopek vključuje stiskanje, širitev, ločitev in druge procese. Pri uporabi programske opreme Aspen Plus za simulacijo procesa so uporabljene module in funkcije naslednji:
1) Zračni kompresor uporablja modul Conprec-Icon2;
2) Expander uporablja modul Conmn-Icon3;
3) toplotni izmenjevalec uporablja modul HeatX;
4) Destilacijski stolp uporablja modul Radfrac;
5) črpalka uporablja modul črpalke;
6) Splitter uporablja modul Faplit.
Med postopkom simulacije modela je pretok materiala med seboj povezan glede na funkcije različnih enotnih modulov, postopek pa se izvaja v skladu s proizvodnim postopkom kisika. Med simulacijo so bili parametri opreme nastavljeni glede na oblikovalske vrednosti, kjer je bil zgornji tlak destilacijskega stolpa nastavljen na 0,558 MPa, spodnji tlak je bil nastavljen na 0,564 MPa, zgornja temperatura je bila nastavljena na -177,62 stopinj, spodnja temperatura je bila nastavljena na -173.
65 stopinj, število plošč pa je bilo 49. Po simulacijski analizi so rezultati prikazani v tabeli 1.

Iz rezultatov simulacije modela v preglednici 1 je razvidno, da so različni kazalci modela v osnovi skladni s kazalniki oblikovanja kriogene enote za ločevanje zraka. Razlika med čistostjo tekočega zraka spodnjega stolpa in oblikovalsko vrednostjo je 0,9%, nihanje simulacijske vrednosti pa v dovoljenem območju. Simulirani izhod dušika je tudi blizu oblikovne vrednosti, napaka pa je znotraj dovoljenega območja. Vidimo, da se model, ki je bil vzpostavljen, lahko uporabi za analizo preverjanja optimizacije procesov1.

2 analiza optimizacije procesov

V procesu ločevanja plina kriogene enote za ločevanje zraka je spodnji stolp destilacijskega stolpa osrednja oprema. Glede na raziskave opreme in pomožne teoretične analize je mogoče doseči namen varčevanja z energijo in zmanjšanje porabe s spreminjanjem procesnih parametrov spodnjega stolpa destilacijskega stolpa. Tokrat je bil uporabljen modul Aspen Plus občutljivost za izvedbo podrobne analize različnih procesnih parametrov spodnjega stolpa destilacijskega stolpa in pridobljen optimalni načrt delovanja procesa.
2.1
Razmerje med položajem dovoda in toplotno obremenitvijo
Med simulacijskim postopkom so bili drugi parametri nespremenjeni, spremenjeni položaj krme in toplotna obremenitev na vrhu stolpa se je spremenila. Rezultati so prikazani na sliki 1. Kot je prikazano na sliki 1, ko ostali parametri ostanejo nespremenjeni, s spreminjanjem položaja dovajanja spodnjega stolpa destilacijskega stolpa se bo toplotna obremenitev na vrhu stolpa postopoma zmanjšala, dokler se položaj dovajanja ne bo nastavljen na 33. stolpnico in toplotna obremenitev na vrhu stolpa v bistvu ostala konstantna. Vidimo, da je 33. stolpna plošča najboljši položaj krme.
2.2 Razmerje med hitrostjo pretoka dovoda in proizvodnjo dušika in čistostjo s spreminjanjem pretoka krme spodnjega stolpa in ohranjanjem nespremenjenih drugih parametrov, spremembe v proizvodnji in čistosti tekočega dušika na vrhu destilacijskega stolpa so prikazane na sliki 2, kot je prikazano na sliki 2, s povečanjem pretoka dovoda, proizvodnja nižjega stolpa, pa je proizvodnja nižjega stolpa nižja. zmanjševanje, kar je tudi skladno s teorijo. Kot je prikazano na sliki, je, ko je pretok dovoda spodnjega stolpa pod 804 kmol/h, čistost tekočega dušika nad 99,999%, kar ustreza povpraševanju po plinu metalurške industrije. V tem času je izhod 3.230 kmol/h, kar se precej razlikuje od začetnega pretoka pretoka pretoka 761,3 kmol/h in tekočega dušikovega izhoda 3.187,38 kmol/h. Vidimo, da je treba pretok krme nadzorovati na 804 kmol/h, kar lahko poveča proizvodnjo, hkrati pa zagotavlja čistost dušika.
2.3 Vpliv temperature na izdelke
Če ostane parametri ne spreminjajo, se sprememba pretoka tekočega dušika preveri s spreminjanjem temperature, rezultati pa so prikazani na sliki 3. Kot je prikazano na sliki 3, je tekoči pretok dušika pozitivno povezan s temperaturo krme, vendar je s spremembo temperature, ki je na proizvodnji, ki ima malo učinka na rezultate proizvodnje. Zato je bolj primerno nastaviti temperaturo krme na -173 stopinj. Če je temperatura previsoka, bo vplivala na naknadno napravo za ločevanje zraka na ločitev kisika, argona itd.; Če je temperatura prenizka, je poraba energije razmeroma velika, kar ne ustreza namenu varčevanja z energijo in zmanjšanja porabe.

3 Praktična uporaba sheme optimizacije procesov

Plin, ki ga proizvaja določena tovarna, se proda predvsem metalurškim podjetjem, proizvedeni dušik pa se neposredno dobavlja metalurškim podjetjem kot zaščitni plin. V zadnjih letih so se gospodarske koristi tovarnika z upadom tržnega gospodarstva in povečanjem stroškov dela postale nižje in nižje. V takšnih okoliščinah je tovarna predlagala spremembo razmer v proizvodnem procesu, da bi zmanjšala porabo kinetične energije opreme in s tem povečala gospodarske koristi. Po raziskavah in analizi je tovarna izvedla izboljšave procesa marca 2022. Načrt izboljšanja je: tlak destilacijskega stolpa je nastavljen na 0,56 MPa, temperatura spodnjega stolpa je nastavljena na -173 stopinj, spodnji stolp se nastavi na 804 kmol/h, položaj dovajanja pa je nastavljen na 33. stolpnici. Zaradi izboljšanja procesov se bo toplotna obremenitev destilacijskega stolpa zmanjšala, tako da se lahko zmogljivost zraka za ločevanje kriogena zraka ustrezno poveča in s tem poveča proizvodnjo dušika. Zato se med izboljšanjem procesa hitrost pretoka krme sistema stiskanja zraka spremeni hkrati, uporabi učinka kriogene enote za ločevanje zraka pa analiziramo pod različnimi obremenitvami. Cikel preverjanja vsake obremenitve je 10 dni, proizvodna situacija pa je prikazana v tabeli 2.
Iz tabele 2 je razvidno, da lahko po optimizaciji procesa največja obremenitev spremenljivega delovnega stanja doseže 120% prvotne obremenitve, v tem primeru pa se poveča izhod dušika in tekočega dušika. Poleg tega se je pri 120 -odstotni obremenitvi toplotna obremenitev na vrhu destilacijskega stolpa spremenila z -8,29 MW v -7,67 MW, s čimer je prihranila 7,48% energije. Po analizi moči opreme je razvidno, da se moč opreme pod 120% obremenitve zmanjša za 132 kW · h. Stroški industrijske električne energije na območju, kjer se nahaja tovarna, znašajo 0,69 juana (/ kW · h). Glede na operacijo opreme 330 dni lahko letne stroške napajanja prihranite za 721.000 juanov. Glede na proizvodnjo izdelka se je po optimizaciji procesa povečal izhod dušika za 450,54 kmol/h, izhod srednje tlaka tekočega dušika se je povečal za 625,48 kmol/h, izhod z nizkim tlakom tekočega dušika pa se je povečal za 281,34 kmol/h. Po izračunu se lahko dobiček poveča za 3,876 milijona juanov skozi vse leto. Vidimo, da lahko izboljšanje procesa ustvari 4,597 milijona juanov dohodka za podjetje skozi vse leto.