Стаття присвячена моделюванню та оптимізації в універсальній моделюючій програмі ChemCad ректифікаційної установки для розділення бінарної суміші «пропілен – пропан».
Пропен (часто відомий як пропілен) є основою для виробництва поліпропілену. Також пропілен застосовується для одержання пропеналю (акролеїн), який окислюється до пропенової кислоти (акрилової кислоти), яку, у свою чергу, використовують для виготовлення акрилових полімерів; пропенонітрилу (акрилонітрил), який є мономером для полі (пропенонітрилу); кумену ((1-метилэтил) бензол або ізопропілбензол), який потім використовують для одержання фенолу та пропанону (ацетону); епоксипропану (пропіленоксид), який використовується для отримання діолів для виробництва поліуретанів та розчинника; бутанолу, використовується як розчинник для поверхневих покриттів.
Пропілен, як відомо, одержують шляхом ректифікації. В хімічній технології процеси ректифікації за енергоспоживанням є надзвичайно неекономічними. Тому створення оптимальних умов перебігу процесу і підвищення ефективності розділення бінарних сумішей є актуальною задачею.
В даній статті коефіцієнт рівноваги в системі пара – рідина та ентальпія фаз розраховані за допомогою рівняння стану Соаве-Редліх-Квонг (SRK).
Рівняння Соаве-Редліх-Квонг дуже ефективне для прогнозування K-значень для вуглеводневих систем при середньому та високому тиску. Хороші результати були отримані, використовуючи цей метод для деметанізаторів, деатентаціонерів, депропаніфікаторів, дебутанізаторів, гідрохальних процесів, бінарних вуглеводневих сумішей, а також сумішей, близьких до ідеальних.
Коефіцієнти стиснення та фугітивності суміші для парової та рідкої фаз виведені з рівняння Соаве-Редліх-Квонг. Параметри двійкової взаємодії включені для декількох вуглеводнів та несконденсованих газів. Експериментальні дані, зазвичай не потрібні для цього методу. Проте параметри двійкової взаємодії можуть бути змінені або надані шляхом редагування їх у базах даних ChemCad.
Альфа-функція, що використовується Соаве-Редліх-Квонг (SRK) дає нереалістичні результати для легких газів при високих знижених температурах. Автори [12 – 14] розробили альтернативну функцію альфа-функції для вищевказаного для температур, що перевищують критичні значення.
Рівняння SRK для бінарних систем може бути представлене в залежності від температури. В даній статті, кубічне рівняння для бінарних систем має незначне відхилення від ідеальних газів.
На основі моделі Соаве-Редліх-Квонг, в універсальній моделюючій системі ChemCAD були побудовані діаграма фазової рівноваги «пара – рідина» для пропілену та діаграма залежності температури кипіння і конденсації пропілену від складу фаз.
Отримані в табличній та графічній формі характеристики потоків та технологічні параметри колони. Отримані конструктивні характеристики як колони в цілому, так і її елементів. В грошовому еквіваленті розрахована ціна обладнання. Вирішена задача оптимізації, шляхом максимізації продуктивності колони за дистилятом. В результаті оптимізації вихід товарного пропілену збільшився на 138,78 кг/годину. Розрахований критерій оптимізації, що дорівнює 97 %. Отримані в табличній та графічній формі всі характеристики колони, працюючої в оптимальному режимі.
1. Софиева Ю. Н., Абрамов К. В. Применение пакета моделирующихпрограммChemCAD в
учебно-тренировочных комплексах для изучения систем автоматизации ректификационных
установок // Инженерный вестник Дона, 2012, № 1 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n1y2012/619.
2. Абрамов К. В. Методика определения коэффициентов ПИД-контроллера при моделировании
автоматизированных систем управления ректификационной колонной с применением пакета
ChemCAD // Инженерный вестник Дона, 2011, № 2 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n2y2011/444.
3. Волков Д. Н., Вилков Г. Г. Проектирование сложных ректификационных колонн на основе
энтропийного метода моделирования. Инженерный вестник Дона, № 1 (2015) ivdon.
ru/ru/magazine/archive/n1y2015/2748. 4. Волков Д. Н., Вилков Г. Г. Энтропийное моделирование
сложных ректификационных колонн // Научно-технический вестник Поволжья. – 2013. – № 5. –
C. 134–139. 5. Рапопорт Э. Я. Анализ и синтез систем автоматического управления с распре-
деленными параметрами: учеб. пособие / Э. Я. Рапопорт. – М.: Высш. шк., 2005. – 292 с.
6. Белоброва Е. В. Автоматическое управление тепломассообменными процессами с подвижными
распределенными регулирующими воздействиями / Е. В. Белоброва, А. Р. Шейкус, В. И. Корсун //
118
Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – № 5/2 (71). – С. 51–55.
7. Левчук И. Л. Способ управления процессом ректификации с помощью распределенных
управляющих воздействий / И. Л. Левчук, А. Р. Шейкус, В. Я. Тришкин // Вісник НТУ “ХПІ”. Серія:
Нові рішення в сучасних технологіях. – 2015. – № 14 (1123). – С. 100–105. 8. Комиссаров Ю. А.
Математическое моделирование при расчете парожидкостного равновесия многокомпонентных
систем / Ю. А. Комиссаров, Дам КуангШанг // Вестник АГТУ. Серия: Управление, вычислительная
техника и информатика. – 2011. – № 1. – С. 43–50. 9. Тархов К. Ю. Особенности влияния
относительной летучести компонентов на расчет и структуру диаграмм фазового равновесия
жидкость-пар многокомпонентных смесей / К. Ю. Тархов, Л. А. Серафимов, А. М. Андреева //
Вестник МИТХТ. – 2011. – Т. 6. – № 1. – С. 61–73. 10. Шейкус А. Р., Левчук И. Л., Тришкин В. Я.,
Корсун В. И. Моделирование парожидкостного равновесия при подвижном управлении процессами
ректификации // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. – 2016. – № 44 (1216). – С. 87–100.
11. Математическое моделирование химико-технологических систем с использованием программы
ChemCad: учебно-методическое пособие / Казан. гос. технол. ун-т. Сост.: Н. Н. Зиятдинов,
Т. В. Лаптева, Д. А. Рыжов. – Казань, 2008. – 160 с. 12. Neau E. The Soave, Twu and Boston–
Mathiasalpha functions in cubic equations of state. P. II. Modeling of thermodynamic properties of
purecompounds / E. Neau, O. Hermandez-Garduza // Fluid phase equilibria. – 2009. – Vol. 276. –
P. 156–164. 13. Lemmon E. W. NIST standard reference database23: reference fluid thermodynamic and
transportproperties – REFPROP, Version 9.1: standardreference data program / E. W. Lemmon,
M. L. Huber, M. O. McLinden; National Instituteof Standards and Technology. – Gaithersburg, 2013.
14. Герасимов А. А., Александров И. С., Григорьев Б. А., Люгай Д. В. Математическое
моделирование пластовых систем, уравнения состоянияи фазовые равновесия пластовых флюидов
и их компонентов // Научно-технический сборник “Вести газовой науки. Актуальные вопросы
исследований пластовых систем месторождений углеводородов”. – 2015. – № 4 (24). – С. 5–13.