Синтез оптимальных теплоинтегрированных ректификационных систем

• Автор: Малютин, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1. Постановка задачи синтеза ОРС
1.1.1. Система ректификационных колонн
1.1.2. Система теплообмена
1.2. Существующие методы синтеза систем теплообмена
1.2.1. Методы нелинейного программирования
1.2.2. Графоаналитический метод
1.2.3. Методы, основанные на ЭТД
1.2.4. Эвристические методы
1.2.5. Комбинаторные методы
1.3. Существующие методы синтеза ректификационных систем
1.3.1. Метод динамического программирования
1.3.2. Эвристические методы
1.3.3. Комбинаторные методы
1.3.4. Энергозамкнутые изобарные системы
1.3.5. Энергозамкнутые неизобарные системы
1.3.6. Метод множителей Лагранжа
1.3.7. Интегральный метод М1БР
1.3.8. Интегральный метод МШГР
1.3.9. Постановка цели и задач
1.4. Выводы
2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА СИНТЕЗА ОТРС
2.1. Схема разделения смеси
2.2. Метод «сжимающегося пространства»
2.3. Алгоритм синтеза ОСРТ
2.4. Выводы
3 ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС АИТСЮЕЗЮП СБС

3.1. AutoDesign CDC для операционной системы Windows
3.2. Точный расчет СРК с помощью Aspen Plus®
3.3. Аттракторообразование при синтезе
3.4. Выводы
4 РЕШЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
4.1. Разделение предельных углеводородов
4.2. Система разделения смеси органических веществ
4.3. Выводы
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время компьютерные вычисления широко используется во всех сферах человеческой деятельности, позволяя освободить человека от рутинных операций. В химической отрасли существует большое количество программ позволяющих решать различные задачи от чисто химических (моделирования строения веществ) до химикотехнологических (моделирования работы, как отдельных химических
аппаратов, так и целых химических производств).
Для химико-технологического моделирования в последнее десятилетие выделись несколько крупных программных комплексов Aspen Plus®
(AspenTech), Aspen HYSYS® (AspenTech), ChemCAD (Chemstations, Inc), Pro/II®(Invensys inc), UniSim® (Honeywell).
Все указанные программные комплексы используются как при проектировании химико-технологических систем (ХТС) различного
назначения, так и при научных исследованиях химико-технологических процессов (ХТП).
В настоящей работе применялась система Aspen Plus для моделирования и апробации полученных результатов. В результате работы с моделирующими программными продуктами, такими как Aspen Plus®,
Aspen HYSYS®, UniSim® выяснилось, что ни один из перечисленных продуктов не имеет модуля для автоматического поиска ХТС для разделения смеси с заданной точностью чистоты компонентов. В данных программных комплексах необходимо жестко задать схему, как материальных потоков, так и аппаратное оформление данной схемы. Оптимизацию можно проводить только вручную, собирая и сравнивая различные варианты схем.
В нефтехимической отрасли, одной из крупнейшей в нашей стране, для проектирования ХТС используются, как правило, программные продукты AspenTech (Aspen HYSYS®, Aspen Plus®, AspenDynamic®) и Pro/ll®.
Одной из основных задач на нефтеперерабатывающих заводах является разделение нефти. Такое разделение происходит в установках по первичной

(1.41)
где ' — затраты на г-ю колонну в оптимально теплоинтегрированной

системе. Так как ‘ становится известным только после решения задачи, то
Оценка (1.42) используется в работе [71]. Алгоритм метода состоит из следующих основных частей:
• эвристически синтезируется схема разделения и схема теплообмена Р. ПГЗ для этого варианта — верхняя граница минимальных затрат;
• генерация всех Ыу (1.23) схем разделения;

• оценка всех по Формуле (1.42), определение — и по формулам
• вычисление согласно (1.35) нижней границы ПГЗ, если нижняя граница больше верхней границы, то данный вариант исключается;
• уточнение верхней границы путем точного решения задачи (1.36) для лучшего варианта;
• работа алгоритма заканчивается, когда остается один вариант, который и является решением.
Таким образом, сущность рассматриваемого метода состоит в переборе всех вариантов схем разделения (последовательностей колонн) и в оценке, вместо точного определения, влияния энергозамыкания на ПГЗ с помощью множителей Лагранжа. То есть экономия в трудоемкости достигается за счет приблизительной оценки подсистемы рекуперации тепла при точном определении подсистемы разделения.
При практическом решении задач было введено и второе ограничение: допускаются только двухколонные и несколько 3-колонных энергозамыканий.
для оценки используется производная от некоторых текущих С;:
(1.42)
(1.39);