WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Для проведения расчетов составлена математическая модель процесса конденсации. При ее построении использовалась стандартная методика расчета процессов испарения и конденсации идеальных многокомпонентных смесей.

Математическое описание процесса включает уравнения фазового равновесия, уравнения материального и теплового балансов. Содержание O2 и N2 в жидкой фазе определялось на основе данных об их растворимости в SO3 и SO2.

Исследовалась возможность частичной конденсации SO3 из контактного газа в чистом виде (с примесью SO2 не более 1% об.). В результате расчетов было установлено, что в случае проведения процесса при атмосферном давлении возможно выделить (в зависимости от соотношения SO3:SO2 в контактном газе - zl/xl) 20-55 % чистого SO3. В то же время установлено, что с понижением давления разделительная способность процесса значительно повышается. На рис. 6 показана зависимость степени конденсации SO3 (VSO3) требуемой чистоты от давления процесса (Р) при различных соотношениях zl/xl.

Наиболее целесообразно конденсировать 50% SO3, что не требует создания глубокого вакуума и, в то же время, позволяет получать половину готовой продукции в виде жидкого триоксида V, SOсеры, и половину в виде серной % кислоты (олеума). В табл. 3 приведена зависимость соотношения концентраций SO3 и SO2 в контактном газе, при котором из газа конденсируется 50 % триоксида 0,01 0,04 0,07 0,P, МПа серы с примесью SO2 не более Рис. 6. Зависимость VSO3(P): 1 – zl / xl = 2; 1% об., от давления процесса.

2 – zl / xl = 4; 3 – zl / xl = 6; 4 – zl / xl = 8.

Таблица 3. Зависимость соотношения zl / xl от давления P, МПа 0.1 0.07 0.05 0.03 0.T, К 313.6 306.3 299.8 290.3 271.zl / xl 8 6.5 5.5 4 Проведенные расчеты, позволяют сделать вывод, что для эффективного применения процесса конденсации (а, следовательно, и предложенной схемы выделения триоксида серы) необходимо добиваться в ходе контактного окисления степени превращения SO2 в SO3 равной 0.66- 0.9. На основе этого ограничения сформулированы общие требования к параметрам рециркулируемого газового потока. Показано, что для сернокислотной системы с производительностью 20 моль/с величина рецикла должна находиться в пределах 30-80 моль/с, т.е. кратность рециркуляции (отношение количества рецикла к количеству получаемого продукта – SO3) может изменяться от 1.5 до 4. При этом допустимые концентраций SO2 в потоке рецикла хr ограничены следующими интервалами:

R, моль/с xr, мол. д. R, моль/с xr, мол. д.

30 0.074…0.299 60 0.037…0.40 0.055…0.25 70 0.032…0.50 0.044…0.2 80 0.028…0.Остальную часть рецикла составляет главным образом O2, а также незначительное количество N2 и SO3 (в случае неполного его извлечения в БВ).

Таким образом, в замкнутой СКС поток, рециркулируемый на стадию контактного окисления, должен состоять предпочтительно из кислорода и содержать не более 30% об. диоксида серы.

На основе анализа результатов оптимизации КА при параметрах рецикла, удовлетворяющих вышеупомянутым требованиям, было установлено, что в оптимально спроектированном аппарате:

1. Поток рецикла R полностью подается на вход 1-го слоя контактной массы.

2. Потоки сернистого газа F и окислителя C распределяются между всеми слоями катализатора.

3. В каждом слое происходит полное превращение части распределяемого в него сырья (диоксида серы, поступающего вместе с потоком F), но не более того – то есть остальная часть SO2, поступающего в слой, конверсии не подвергается.

Это позволило выдвинуть общий принцип оптимальности для контактного отделения замкнутой СКС: оптимальное функционирование многослойного КА обеспечивается при подаче всего потока R на вход 1-го слоя катализатора и распределении потоков исходного сырья (F и C) между слоями КА в таком отношении, при котором все количество SO2 распределяемое в конкретный (i+1)-й слой вместе с потоком F (и только это количество) будет в нем же превращено. Данный принцип является инвариантным по отношению к любым возмущениям, действующим на систему, а, следовательно, он может использоваться для решения задач как оптимального проектирования КА, так и оптимального управления ими. Причем, в контексте этого принципа задачи оптимального проектирования и управления являются последовательными и непротиворечивыми этапами общей задачи – оптимизации контактного отделения.

Рассматривается задача оптимального управления контактным аппаратом при условии, что аппарат спроектирован оптимальным образом. Основным неконтролируемым возмущением для КА, способным нарушить выполнение принципа оптимальности, является снижение активности катализатора (которое особенно проявляется в первых слоях). При этом из четырех управляющих воздействий, выбранных на этапе проектирования для каждой (i+1)-й стадии процесса (см. рис.4), для целей управления применимо только воздействие Ui3 – степень распределения потока окислителя между слоями катализатора.

Процедура оптимального управления контактным отделением сводится к решению n (для каждой стадии процесса) подзадач следующего вида:

4 F(Ui3) = X + RUi1 + F(1- 0.5x )Ui2 + CUi3 - X = 0 (i=0,…,n-1), (23) i f i+1, i = где Ui = Ui2 = fix – по результатам проектирования, 0, i = 1,...,n -i-при ограничении 0 Ui3 1U.

k k =В отдельных случаях, когда возмущающие воздействия значительны и не могут быть компенсированы предложенным способом, необходимо корректировать управление на уровне системы, изменяя содержание O2 в потоке рецикла.

ПSO3, % Далее рассматриваются UI принципы управления замкнутой системой (рециркуляциUII онным контуром КА-БВ-БО).

Управление в этом контуре сводится к поддержанию требуемых параметров рецирку00,25 0,5 0,лируемого потока. В качестве - + (U -U ) /(U -U ) j j j j управляющих воздействий Рис.7. Зависимость производительности системы от управляющих воздействий при этом выбраны: величина потока окислителя U ; степень извлечения SO3 в БВ U ; коэффициент отдувки I II отработанного газа U. Проведен анализ чувствительности системы (ее произIII водительности) к управляющим воздействиям (рис. 7).

Для регулирования соотношения концентраций SO2:O2 в рециркулируемом потоке предложено управлять подачей окислителя исходя из материального баланса системы и количества кислорода в рецикле. Расчетная формула такова F(0.5 x - y ) + Nот - R(yr - yrз ) f f U = C =. (24) I yc где Nот – количество кислорода, отдуваемого в атмосферу, моль/с;

yrз – заданная концентрация кислорода в рецикле, мол. д.

С помощью двух других управляющих воздействия предлагается поддерживать заданные концентрации SO3 и N2 в рецикле. Использования предложенных воздействий (UI, UII, UIII) достаточно для поддержания требуемого состава рециркулируемого потока и обеспечения устойчивой работы системы с газооборотом. Показано, что от колебаний величины рецикла при заданном его составе система защищена свойством саморегулирования.

Автоматизированная система управления замкнутым сернокислотным процессом, основанная на предложенных алгоритмах, будет, как минимум, двухуровневой. Нижний уровень ее составляют локальные системы регулирования, которые выполняют следующие задачи:

1) обеспечение требуемой производительности слоев КА, исходя из условий оптимальности (23) [текущей информацией о состоянии процесса окисления в каждом (i+1)-м слое является разность расходов реакционного газа на входе и выходе из слоя];

2) программное регулирование соотношения концентраций SO2:O2 в потоке рецикла, изменением расхода окислителя согласно формуле (24);

3) поддержание заданных концентраций SO3 и N2 в рецикле путем изменения, соответственно, степени извлечения триоксида серы в БВ и коэффициента отдувки отработанного газа.

Также на нижнем уровне решается задача управления рециркуляционным контуром печного отделения. Управление в этом контуре сводится к стабилизации температуры сернистого газа на выходе печи. В качестве управляющих воздействий при этом могут использоваться: коэффициент рециркуляции сернистого газа либо температура газа рецикла.

На верхнем уровне предлагаемой АСУ с помощью соответствующей алгоритмической (программной) поддержки осуществляется координация работы систем регулирования нижнего уровня и в случае необходимости производится корректировка задания этим системам.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Предложена эффективная схема оформления замкнутой СКС, в которой за счет организации двух несвязанных между собой контуров рециркуляции:

– охлажденного сернистого газа, состоящего подавляющим образом из SO2, на стадию сжигания серы;

– отработанного газа, состоящего в основном из O2, на стадию контактного окисления;

обеспечивается минимизация объема печного газа, и, в то же время, высокая интенсивность процесса окисления диоксида серы и высокая степень выделения триоксида серы из контактного газа.

2. Сформулированы необходимые условия существования стационарных состояний в замкнутой системе. Показано, что в зависимости от величины нагрузки блока, обеспечивающего отдувку инертного газа, в СКС может существовать множество стационарных состояний, главным отличием которых является различное содержание азота в рециркулируемом газе.

3. На основе принципа максимума Понтрягина для дискретных процессов получены необходимые условия оптимального проектирования многослойных КА в схеме с рециркуляцией отработанного газа. В качестве критерия оптимальности принят минимум объема контактной массы в аппарате. Предложен алгоритм решения оптимизационной задачи, обладающий большей простотой по сравнению с прямыми алгоритмами нелинейного программирования.

4. Составлена математическая модель процессов конденсации серной кислоты и триоксида серы из контактных газовых смесей замкнутой СКС. Проведено исследование конденсационно-абсорбционного способа выделения SO3 из контактного газа, который предусматривает получение одной части готовой продукции в виде жидкого триоксида серы (путем конденсации), а другой части в виде серной кислоты или олеума (путем абсорбции). Показано, что для эффективного выделения SO3, необходимо, чтобы поток, рециркулируемый на стадию контактного окисления, состоял главным образом из кислорода.

5. С учетом требований к параметрам рецикла получен общий принцип оптимальности для контактного отделения. Сформулирована задача управления многослойным контактным аппаратом в схеме с рециклом, заключающаяся в поддержании режимов его работы близких к проектному варианту.

6. Проведен и обоснован выбор информативных параметров и управляющих воздействий, достаточных для достижения целей управления замкнутой СКС.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Кобяков А.И., Христодуло А.Н. Анализ режимов функционирования сернокислотной системы с газооборотом // Сб. трудов Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2000».

– Санкт-Петербург: Изд-во СПбГТИ, 2000. Т. 3. Секция 3. С.35-37.

2. Умергалин Т.Г., Искакова З.М., Христодуло А. Н. Расчет сложной ХТС // Научные труды II Международного симпозиума «Наука и технология углеводородных дисперсных систем» – Уфа: ГИНТЛ «Реактив», 2000. Т.1. С.35.

3. А.с. №2000610568 об официальной регистрации программы для ЭВМ. // Попков В.Ф., Умергалин Т.Г., Христодуло А.Н. и др. Программа «Оптимизация ХТС. Версия 1.3» // ФИПС. – М.: Бюл. № 4, 2000. С.4.

4. Христодуло А.Н., Попков В.Ф. Анализ возможных стационарных состояний в сернокислотной системе с замкнутым газооборотом // Нефть и газ, 2000.

№6. С.100-105.

5. Попков В.Ф., Искакова З.М., Христодуло А.Н. Информационное обеспечение химико-технологических систем // Материалы XIII Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии». – Тула: Изд-во ТГПУ, 2000. Вып.3. С.233-238.

6. Христодуло А. Н. Управление рециркуляционной схемой печного отделения сернокислотного производства // Материалы 51-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: УГНТУ, 2000. С.87.

7. Христодуло А. Н. Выделение триоксида серы из контактного газа замкнутой сернокислотной системы // Всероссийская научная конференция «Тепло- и массообмен в химической технологии» (ТМОХТ-2000). Тезисы докладов. – Казань: Изд-во КГТУ, 2000. С.100-101.

8. Попков В.Ф., Христодуло А.Н. Повышение эффективности контактного отделения в замкнутом производстве серной кислоты // Материалы Международного науч.-практич. семинара «Передовые концепции экономики нефтехимических предприятий и совершенствование экономического образования в технологических и технических университетах России». – Уфа: УГНТУ, 2001. С.171.

9. Христодуло А.Н., Попков В.Ф. Необходимые условия оптимальности в задачах проектирования контактных аппаратов замкнутого сернокислотного процесса // Наука и технология углеводородов, 2001. №5. С.57-62.

10. Христодуло А.Н., Умергалин Т.Г., Попков В.Ф. Проектирование контактных аппаратов замкнутого сернокислотного процесса // II Международная науч.

конф. «Теория и практика массообменных процессов химической технологии» (Марушкинские чтения). Тезисы докладов. – Уфа: УГНТУ, 2001. С.133-134.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»