СОЗДАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ДЕЭТАНИЗАТОРА

АННОТАЦИЯ

Разработана компьютерная модель ректификационной колонны деэтанизатора в программной среде Aspen Hysys. Введены все входящие необходимые параметры и получен выходящий целевой продукт – этан.

ABSTRACT

A computer model of the distillation column of the deethanizer has been developed in the Aspen Hysys software environment. All incoming necessary parameters are entered, and the outgoing target product – ethane is obtained.

Ключевые слова: программная среда Aspen Hysys, деэтанизатор, ректификационная колонна, этан, процесс орошения.

Keywords: Aspen Hysys software environment; deethanizer; distillation column; ethane; irrigation process.

Введение

Развитие системы управления современных технологических процессов и оптимальное управление существующими производствами невозможны без использования программ моделирования, которые обладают высокой точностью описания параметров технологических процессов и позволяют исследовать эти процессы без значительных материальных и временных затрат. Эти модельные исследования имеют большое значение не только для проектирования, но и для функционирования существующих производств, поскольку позволяют учитывать влияние внешних факторов на функционирование существующих производств.

В статье для создания компьютерного моделирования ректификационной колонны деэтанизатора применена программа Aspen Hysys – лидер в области программного обеспечения для моделирования и оптимизации технологических процессов в нефтегазовой отрасли [1; 3].

Программные продукты Aspen Hysys для инженерных расчетов и моделирования являются основой проектирования новых технологических процессов или модернизации существующих технологических процессов с целью улучшения их производственных показателей. Программные продукты Aspen Hysys используются для построения моделей и принятия решений по результатам моделирования, обеспечивая связь проектирования, управления и бизнес-процессов. За счет открытой архитектуры программных продуктов Aspen Hysys значительно расширяется сфера применения моделей, созданных в целях проведения инженерных расчетов [4]. Эти модели могут быть использованы также для управления заводскими установками, оптимизации в реальном времени. Все модели в программных продуктах Aspen Hysys созданы на основе знаний технологических процессов и объединяют в себе все предыдущие инженерные инновации и достижения информационных технологий, дают надежные результаты, проверенные на реальных промышленных установках [2].

Рассмотрим расчет ректификационной колонны деэтанизатора. Для расчета деэтанизатора выполняется следующее.

Основная часть

По описанию технологического процесса кубовый продукт углеводороды С_2+выше поступает в ректификационную колонну деметанизатора. Температура на выходе газовой жидкости замеряется индикатором и местным термометром. Нагретая жидкость подается в колонну деэтанизатора С-1401 над 19-й тарелкой.

С-1401 – вертикальный аппарат колонного типа, укомплектованный 41 клапанной тарелкой. Счет тарелок ведется сверху вниз.

В колонне происходит фракционирование, то есть разделение более легких С₂ (этан) и тяжелых С_3+выше (кубовый остаток) путем ректификации.

Газовый поток колонны деэтанизатора при выходе направляется в конденсатор Е-1402.

Запуск Aspen Hysys осуществляется следующим образом: Пуск/Все программы/Aspen Hysys. После запуска программы Aspen Hysys открывается окно.

После открытия нового окна необходимо совершить последовательность File/New/Case. Перед определением пакета свойств в Aspen Hysys создается список компонентов для модели. В статье список компонентов содержит углеводородные компоненты. Вначале надо добавить в список компонентов углеводороды из библиотеки чистых компонентов Hysys [4]. Нажмите на навигационной панели Component List. На вкладке Component List нажмите на стрелку вниз рядом с кнопкой Add и выберите Hysys из выпадающего списка. Появилось новое окно Component List – 1 (рис. 2).

Рисунок 1. Компьютерная модель деэтанизатора

Рисунок 2. Новое окно Hysys

Рисунок 3. Фильтр списка компонентов

Выделите первый компонент для добавления. Удерживая клавишу SHIFT, нажмите последний компонент в списке. Все компоненты «methane», «ethane», «propane», «i-butane», «n-butane», «i-pentane», «n-pentane», «n-hexane», «carbon dioxide» выделены. Отпустите клавишу SHIFT. Для выделения последовательных компонентов используйте клавишу SHIFT.

Нажмите клавишу <Add. Требуемые компоненты будут отображены в левой стороне рисунка (рис. 4).

Пакет свойств содержит компоненты и методы расчета их свойств, которые Hysys будет использовать для определения параметров технологической схемы. Пакет свойств будет содержать пакет характеристик (Peng Robinson) для чистых компонентов «methane», «ethane», «propane», «i-butane», «n-butane», «i-pentane», «n-pentane», «n-hexane», «carbon dioxide».

Перейдите на вкладку Fluid packages на панели навигации, чтобы выбрать уравнения для данного списка компонентов. Нажимаем кнопку Add, и откроется окно, представленное на рис. 5. Для того чтобы разработать компьютерную модель ректификационной колонны деэтанизатора, используется уравнение Peng-Robinson. Добавьте уравнение Peng-Robinson в группе Property Pack-age Selection, и Hysys создаст пакет свойств с именем Basis-1.

Рисунок 4. Создание списка компонентов

Если выбранный список компонентов содержит не подходящий для данного пакета свойств компонент, Hysys открывает окно Components Not Recommended for Property Package (компонент не рекомендуется для пакета свойств).

Рисунок 5. Выбор метода расчета Hysys

В основном первым шагом в среде моделирования является установка одного или нескольких потоков питания. После выбора уравнения переходите на вкладку Simulation. Открывается окно, и в разделе Model palette задается входящий поток. Левой клавишей мыши нажмите на синюю стрелку Streams, перетащите в окно, в котором построится технологическая схема (рис. 6).

Рисунок 6. Ввод параметров потока

Чтобы задать свойства потока, нажмите левой клавишей мыши два раза на входящий поток. Откроется окно material stream. В нем задаются все данные из таблицы 1 для потока Gas C₂+ и Reflux (орошение). На ректификационную колонну деэтанизатора поступает газ Gas C₂+ и Reflux (орошение). Все свойства потока температура, давление и массовый расход можете ввести в разделе Conditions (рис.7).

Таблица 1.

Данные для потока Gas C₂+ и Reflux (орошение)

Ввод компонентного состава

Когда условия вспомогательных потоков заданы, следующим шагом будет ввод компонентного состава. А компонентный состав потока можно ввести в разделе Composition. Компоненты представлены в мольных долях. В колонке Bottom Steam нажмите на ячейке для компонентов «methane», «ethane», «propane», «i-butane», «n-butane», «i-pentane», «n-pentane», «n-hexane», «carbon dioxide». В нем задаются все данные из таблицы 2 для потока Gas C₂+ и Reflux (орошение). Если сумма всех компонентных составов будет равна единице, то внизу окна можно увидеть зеленую полосу с надписью «ОК».

Рисунок 7. Свойства потока Hysys

Таблица 2.

Данные из таблицы 2 для потока Gas C₂+ и Reflux (орошение)

Ввод параметров колонны

Для того чтобы выбрать ректификационную колонну из model palette, необходимо перейти во вкладку separator. Во вкладке separator создадите Абсорбер с ребойлером (reboiled absorber) с  41 тарелкой, разместите объект на рабочем поле, щелкнув левой кнопкой мыши два раза. Откроется окно, изображенное на рис. 10. В матрице Inlets нажимаем ячейку <<Stream>>. Нажимаем стрелку для открытия выпадающего списка доступных потоков. Выбираете Gas C2+ из списка. Этот поток появляется в матрице Inlets, и обозначение <<Stream>> автоматически перемещается вниз, в новую свободную ячейку. В top stage inlet выбирайте Reflux. Здесь необходимо задать следующие параметры: число тарелок – 41; поток газа (Gas C2+) поступает на 19-ю тарелку, а поток Reflux поступает на 1-ю тарелку. Верхний поток ректификационной колонны – этан (С₂) а нижний поток – С₃+ liquid.

После того как вы задаете все необходимые входящий и выходящий потоки, внизу окна (Distillation column input expert) загорается кнопка next.

Далее, нажав кнопку next, вы перейдете к вводу следующих параметров. На 2-м шаге оставьте все параметры без изменений, а на 3-м шаге задается давление верхнего продукта и давление в ребойлере. Давление верхнего продукта – 2448 кПа, а давление в ребойлере равно 2503 кПа. Нажмите кнопку next после того, как вы зададите давление верхнего продукта и давление в ребойлере, и вы перейдете к вводу следующих параметров (рис. 8).

Рисунок 8. Ввод значения давления в колонне

На 4-м шаге задается температура верхней и нижней части колонны, температура верхней части колонны – 3,7 °C, а температура нижней части колонны равна 94 °C. На 5-м шаге все оставьте без изменений и нажимайте на кнопку Done.

После того как задаются основные параметры, откроется окно, изображенное на рис. 9. В родительской схеме задаются основные характеристики колонны.

Рисунок 9. Родительская схема

Нажмите кнопку Column environment, откроется окно таблицы характеризации колонны.

Из flowsheet/Modify нажимайте на go to parent, и откроется окно родительской схемы. Для того чтобы задать основные характеристики колонны, переходим на Design/Monitor.

Здесь зададите расход верхнего продукта Ovhd prod rate. Расход верхнего продукта равен 110 444 кг/час. После того как вы зададите расход верхнего продукта, нажмите на кнопку Run для расчета. Появится окно с предупреждением (рис. 10), в котором необходимо ввести недостающие параметры (рис. 11).

Рисунок 10. Окно-предупреждение

Рисунок 11. Ввод недостающих параметров

После того как вы зададите все недостающие параметры, нажмите на кнопку Run для запуска расчета. Теперь в окне параметров колонны снизу можно увидеть зеленую полосу (рис. 12). Перейдите на вкладку performance и увидите содержание этана снизу 0,7646%.

Рисунок 12. Просмотр результатов расчета

Список литературы:

1. Краснобородько Д.А., Кулишенко Р.Ю., Холоднов В.А. Моделирование экстрактивной ректификации с помощью информационно-моделирующей программы Aspen Hysys. – 2018. – 62 c.
2. Кузнецов О.А. Моделирование схемы переработки природного газа в Aspen Hysys v8. – 2015. – 116 c.
3. Кузнецов О.А. Начало работы в Aspen Hysys v8. – 2015. – 68 c.
4. Кузнецов О.А. Основы работы в программе Aspen Hysys. – 2015. –153 c.