ДИСЦИПЛИНА МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. - презентация

1 ДИСЦИПЛИНА МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2 Кибернетика Предмет системы Метод математическое моделирование Стратегия системный анализ Средство ЭВМ

3 Математическое моделирование- это метод исследования процессов на математических моделях, с целью выдачи рекомендаций об эффективном функционировании данного процесса. Моделирование- это исследование процессов на моделях с целью предсказания результатов их протекания в аппаратах заданной конструкции любых размеров. Модель- это некоторый объект, который отличается от оригинала, т.е. от реального объекта всеми признаками, кроме тех, которые необходимо определить. Физические моделиМатематические модели

4 Обычно моделирование процессов данным методом состоит из нескольких этапов: 1.Идентификация объекта, т.е. разработка математического описания. 2.Разработка алгоритма моделирования и выбор решения для данного математического описания. 3.Разработка программы расчёта и выполнение расчётов на ЭВМ. 4.проверка адекватности (соответствия) математической модели на основании экспериментальных данных и адаптация модели к реальным условиям. 5.Интерпретация результатов расчётов и выдача рекомендаций по практической реализации исследуемого процесса. В целом процесс моделирования сводится к переработке входной информации в выходную и установлению вида математической зависимости между входными и выходными параметрами.

5 Математические модели СтатистическиеДинамические Принципы разработки математических модели Системный подход перемещение веществ (гидродинамика потоков) перенос тепла и вещества (массо- и теплопередача) химические превращения. Эмпирический подход Построение мат. моделей на Основе эмпирических данных

6 Исследование технологических режимов ХТП Разработка и совершенствование новых технологий Оптимизация и управление ХТП Автоматизированное проектирование ХТП Разработка информационно- моделирующих систем в химической технологии Основные области применения метода математического моделирования:

7 Моделирование теплообменных аппаратов Модель аппарата типа «перемешивание- перемешивание» Модель теплообменного аппарата типа «вытеснение- вытеснение»

8 Исследование теплообменного аппарата идеального вытеснения (аппарат с постоянной температурой греющего пара)

9 Исследование модели трубчатой печи Т 1 (0,t) Т 1 (L,t) излучение Т 2

10 Моделирование массообменных процессов Закон Фика для молекулярного массопереноса: Уравнение Фика для конвективного переноса: Уравнение массопередачи:

11 Моделирование процесса сепарации закон Дальтона Закон Рауля- Дальтона исход. смесь газ нефть вода

12 Математическая модель процесса сепарации (однократного испарения) для многофазного процесса (доля отгона) (константа фазового равновесия) Уравнения общего и покомпонентного материальных балансов

13 уравнение Ашворта уравнение Антуана уравнение Пенга-Робинсона

14 Операционная среда Одноступенчатая и многоступенчатая сепарация Каплеобразование Отстаивание Банк физико-химических параметров Банк изображений аппаратов Автоматизированное формирование технологической схемы Банк управляющих параметров Банк моделей аппаратов Рисунок1. – Структура моделирующей системы технологии промысловой подготовки нефти.

15 Рисунок5. – ИМС процессов первичной подготовки газового конденсата

16 Рисунок 10. – Схема расчета установки комплексной подготовки газа Мыльджинского ГКНМ Нестабильный конденсат Товарный газ Пластовый газ С-1 РЖ-1РЖ-2 С-2С-3

17 Операционная среда Банк физико-химических параметров Банк изображений аппаратов Автоматизированное формирование технологической схемы Банк управляющих параметров Банк моделей аппаратов Сепарация Статические моделиДинамические модели Каплеобразо- вание Отстаивание Сепарация с учетом КПД Каплеобразо- вание Отстаивание Рисунок 13. – Структура моделирующей системы.

18 Динамические модели с учетом коэффициента эффективности Сепаратор РазделительВыветриватель Учет дисперсии распре- деления Подводящий трубопровод Насадочная секция Горизонтальная осадительная секция Циклон Прямоточные центро- бежные элементы Вертикальная осади- тельная секция Разделение жидкостей Гидродинамика газовыделения Рисунок 14. – Структура формирования динамической модели МС.

19 МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ С УЧЕТОМ КОЭФФИЦИЕНТА ЭФФЕКТИВНОСТИ. Коэффициент эффективности η определяется: η = 1- G ун / G ж (1) где: G ун – расход унесенной газом жидкости; G ж – расход жидкости в смеси на входе. G г = G вх (1 + η (e-1)(2) G ж = η · e· G вх (3) где: G вх –расход смеси на входе, e - доля отгона. Составы газа у( i ) и жидкости x( i ) для каждого из компонентов i в случае газосепарации определяются по выражениям: x( i ) = u( i ) / [e · (k( i ) – 1) + 1] (5) где: k( i ), u( i )– константа фазового равновесия и содержание в смеси компонента i. (4) КПД многоэлементного сепаратора (η общ): η общ =η1+η2· (1- η1)+η3· (1- η1) · (1- η2)+ … +η N· (1- η1) · (1- η2) · (1- ηN-1) (6) где N –число ступеней (элементов) сепарации

20 Компо- Нент С-1 P=9 МПа, t=20 C С-2 P=8.8 МПа, t=2 C С-3 P=5 МПа, t= -33 C РЖ-2 P=2.5 МПа, T=15 C газн. конд.газн. конд.газн. конд.газн. конд. CO 2 0,810,760,810,870,831,091,340,57 N2N2 2,810,652,870,683,040,421,150,09 CH 4 87,5043,8088,5047,7790,0242,2779,9214,90 C2H6C2H6 3,475,493,406,273,399,837,727,12 C3H8C3H8 2,487,982,329,031,9216,66,1616,14 i-C 4 H 10 0,653,510,573,810,356,551,327,61 n- C 4 H 10 0,824,030,734,220,376,391,677,73 C 5+ 1,4533,780,8027,340,0816,800,7145,85 Расход 215,429,6199,216,218825,514,357 L тр, м 1,42,22,8 КПД, % 96,397,297,797,5 C ж, м 3 /м 3 85,240,432,7 ρ, кг/м 3. 94,93577,97100,75570,2760,85585,3924,52665,88 Таблица 13. Составы и расходы материальных потоков УКПГ.

21 Рисунок16.- Изменение КПД в зависимости от расхода.

22 а пр,% % 45 % 30 % 15 % 0 % КПД, % Рисунок17.- Относительный прирост выхода нестабильного конденсата при изменении степени рециркуляции и КПД концевого газосепаратора.

23 Таблица 14. Влияние расхода сырья на качественные показатели продукции УКПГ. ПАРАМЕТРЫ ВТОРОЙ год разработки ПЯТНАДЦАТЫЙ год разработки Расход на входе установки, кг/ч КПД С-3, % 99,8299,2798,3797,7099,01 Точка росы по УВ, ºС -33,70-31,80-28,90-26,40-26,6 Выход газа, кг/ч Выход конденсата, кг/ч Унос С 5+ с газом, кг/ч Унос С 3+ с газом, кг/ч унос компонентов легче С 3 с конденсатом, кг/ч

24 Моделирование процесса ректификации

25 1.Исходная смесь подаётся в колонну при температуре кипения. 2.Жидкость на тарелках в колонне находится при температуре кипения, а пар- при температуре точки росы, т.е. насыщения. 3.Потоки пара и жидкости по высоте колонны постоянны. 4.Давление по высоте колонны постоянно. 5.Флегма но орошение для расчёта 6.Массопередача на тарелках эквимолярная, т.е. изменение в молях не происходит. 7.В зоне массообмена на тарелке осуществляется идеальное перемешивание жидкости, а пар движется в режиме идеального вытеснения. 8.Эффективность тарелок постоянна. При построении математической модели процесса ректификации сформулируем следующие допущения:

26 Е К К-2 Е-2 ТТ П-1П-2 Н1Н1 ВХ-1 Н3Н3 Н2Н2 ВХ-2 Рис. 1.5 Схема УДСК Мыльджинского ГКМ ПБФ Стабильны й конденсат Нестабильный конденсат Газ деэтанизации На факе л

27 y j, i GjGj L j+1 x j+1, i L j,x j, i G j-1 y j-1,i Исходные данные для расчета тарелки (1) (2) (3)(4) (5)

28 L,x i G,y i L1x1iL1x1i G1,y1iG1,y1i до тарелки питания Расчет дефлегматора (К2) Смешение Холодное (K1)или Флегмовое(K2) орошение F or, x or i Смешение Питание F p, x p i G b,y b i 1ая тарелка п L0,x0iL0,x0i G 0, y 0, i L0,x0i L0,x0i L b,x b i После тарелки питания (аналогично)

29 Результаты расчета колонны деэтанизации К1. Вещество Содкржание, %мольн. Нестаб. Конд. Метан-этановая фракция Деэтанизированный конденсат РасчетЭкспери- мент Δ,%Δ,%РасчетЭкспери- мент Δ,%Δ,% Метан10,7353,5254,511,81,251,0119,2 Этан6,5625,8625,182,72,282,342,7 Пропан15,4915,3214,237,715,5315,731,3 И-бутан7,512,392,10128,658,710,7 Н-бутан11,472,032,011,013,5613,590,2 И-пентан7,20,460,436,98,698,710,23 Н-пентан7,350,350,3111,48,908,920,2 С 6+ 33,690,0 -41,1441,200,15 Расход,кг/ч

30 Результаты расчета колонны стабилизации К2. Вещество Содкржание, %мольн. Дэтан. Конден. Пропан-бутановая фракция Стабильный конденсат РасчетЭкспери- мент Δ,%Δ,%РасчетЭкспери- мент Δ,%Δ,% Метан1,253,032,33230,0 - Этан2,287,126,765,30,0 - Пропан15,5344,5245,071,20,0 - И-бутан8,6522,0322,662,91,371,0920,4 Н-бутан13,5620,4620,761,59,769,710,5 И-пентан8,691,651,565,512,4412,510,6 Н-пентан8,900,880,862,313,1813,100,6 С 6+ 41,140,0 -62,9763,581 Расход,кг/ч

31 F p,x p i,t p F or,t or GbGb t верха t низа p L b,x b i G b,y b i t верха t низа t вых из печи - Исходные данные - Результаты расчета

32 УКПГ К1 К2 Состав,Пластов ый газ Сухой газ Н КМЭФДЭКПБФСК % мольн Метан 86,7692,3416,357,83,338,810,1 Этан 3,744,2796,8920,442,686,560,39 Пропан 2,172,3513,7214,0313,7334,921,25 И-бутан 0,590,4148,974,3510,5125,221,84 Н-бутан 0,780,50212,122,1115,3823,0110,83 И-пентан 0,460,0343,710,434,780,577,22 Н-пентан 0,390,0323,010,223,910,026,17 С6+ 1,42034,63045,67072,19 Расход, кг/ч т/год Темп. Орош. 32С; температура в РЖ2 20С