Simulacijsko istraživanje dinamičkog vladanja industrijskih procesa Gregor Buhanec UVOD METODIKA UniSIM Design sučelje: Za djelotvoran i siguran rad te proizvodnju produkata zadanog sastava u destilacijskim kolonama potrebno je projektirati i ugoditi sustav za vođenje destilacijske kolone. Regulacijski krugovi moraju biti optimalno ugođeni kako bi održavali stabilan rad te kompenzirali poremećaje i međudjelovanja regulacijskih krugova. Postoji više struktura sustava za vođenje, a koja će se primijeniti ovisi o čitavom nizu čimbenika, kao što su komponente koje se prerađuju, uvjeti prerade, te vrsta destilacije. Procesni uvjeti: Pojna smjesa: T = 100.1°C p = 320 kPa Sastav: n-heksan: 0.29 benzen: 0.12 toluen: 0.59 Cilj ovog rada je provesti dinamičku simulaciju procesa destilacije smjese n-heksan – benzen – toluen u destilacijskoj koloni koja se vodi pomoću pet regulacijskih krugova. Simulacija je izvedena u programskom paketu UniSIM Design koji omogućava detaljno projektiranje i simulaciju dinamičkog vladanja procesa te ima vrlo široku primjenu kod projektiranja procesnih sustava. Zadane vrijednosti: Refluksni omjer, R = 1.7 Maseni udio benzena u produktu dna = 0.5% REZULTATI ANALIZA VLADANJA REGULACIJSKIH KRUGOVA PRI PROMJENI TEMPERATURE POJNE SMJESE 44000 110 80 42000 Protok pojne smjese - procesna vrijednost Otvorenost ventila 38000 70 36000 65 100 0,510 95 0,505 90 0,500 0,495 85 34000 Temperatura pojne smjese 0,485 75 30000 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 Vrijeme, min 60,0 70,0 80,0 Maseni udio benzena u produktu dna procesna vrijednost 70 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 Vrijeme, min 50,0 60,0 Maseni udio benzena u produktu dna 0,510 0,505 38000 0,500 36000 0,495 0,490 34000 0,485 32000 0,480 30000 20,0 30,0 40,0 50,0 Vrijeme, min 60,0 70,0 80,0 Promjenom temperature pojne smjese u sustavu nema dovoljno topline da usmjeri benzen u produkt vrha pa se udio benzena u produktu dna povećava. Protok pare u isparivač se povećava, raste temperatura u koloni i benzen je usmjeren u produkt vrha. Maseni udio benzena u produktu dna - procesna vrijednost 0,520 Maseni udio benzena u produktu dna 0,515 Maseni udio benzena u produktu dna - zadana vrijednost 0,3 0,490 0,2 0,470 0,1 0 0,450 20 Karakteristične veličine regulatora masenog udjela benzena u produktu dna 60 Vrijeme, min Maseni udio benzena u produktu dna zadana vrijednost 15 0,530 Maseni udio benzena u produktu dna procesna vrijednost 15 14,5 Otvorenost ventila protoka pare u isparivač 0,500 14 0,495 13,5 14,5 0,510 Otvorenost ventila 14 0,490 13,5 0,490 13 0,485 0,470 13 12,5 0,480 10,0 20,0 30,0 40,0 Vrijeme, min 50,0 60,0 80 100 120 15,5 70,0 12 80,0 0,450 12,5 0 20 40 60 Vrijeme, min 80 100 Promjena sastava pojne smjese ne utječe na sastav produkta dna kolone , ali se dotok pare u isparivač povećava kako bi se sastav prudukta dna kolone zadržao unutar zadanih vrijednosti. 120 Usporedba utjecaja otvorenosti ventila protoka pare na sastav vrha Usporedba utjecaja otvorenosti ventila protoka pare na sastav vrha 17 Maseni udio benzena u produktu dna - zadana vrijednost Maseni udio benzena u produktu dna - procesna vrijednost 16 0,510 Otvorenost ventila protoka pare u 15 isparivač 0,505 0,500 0,495 14 0,490 0,485 Maseni udio sasatojaka u produktu vrha 0,515 0,8 Otvorenost ventila, % 0,520 20 19 0,7 18 Maseni udio n-heksana u produktu vrha 17 0,6 16 Maseni udio benzena u produktu vrha 0,5 15 Otvorenost ventila protoka pare u isparivač 14 0,4 Otvorenost venitla, % 0,525 40 0,510 0,505 0,510 0,4 16 15,5 0,0 Maseni udio benzena, % 0,5 Odziv regulatora masenog udjela benzena u produktu dna 0,475 Povećana količina benzena u produktu dna zahtjeva povećani dotok topline u isparivač kako bi višak benzena bio preusmjeren u produkt vrha i tako održao sastav produkta dna unutar zadanih vrijednosti. 0,530 Toluen 0,550 0,525 0,550 13 13 12 0,3 0,480 11 0,475 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 Vrijeme, min 60,0 70,0 80,0 12 90,0 0,2 10 0 10 20 30 40 Vrijeme, min 50 60 70 Povećanim dotokom pare u isparivač, mijenja se sastav vrha kolone. Maseni udio n-heksana raste, a maseni udio benzena se smanjuje što je logično jer je n-heksan komponenta s većim tlakom para od benzena 80 Promjena sastava pojne smjese znatno utječe na sastav produkta vrha. Udio n-heksana se smanjuje, udio benzena se povećava, dok maseni udio toluena ostaje nepromijenjen. Za potpunu stabilizaciju sastava vrha kolone potrebno je više vremena, no za stabilizaciju sastava produkta dna. ZAKLJUČAK Promjena protoka pojne smjese: Dovodi sustav u prijelazno stanje Period stabilizacije je 30 min za zadani kriterij masenog udjela u produktu dna Promjena temperature pojne smjese: Promjena sastava pojne smjese: Dovod vodene pare u isparivač porast T u koloni Utjecaj na sastav vrha Ne utječe na sastav produkta dna, već na sastav produkta vrha Period stabilizacije je 20 min Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Zavod za mjerenja i automatsko vođenje procesa 0,8 15,5 0,7 15 0,6 14,5 Maseni udio benzena u produktu vrha 0,5 Maseni udio n-heksana u produktu vrha Otvorenost ventila 0,4 14 13,5 0,3 13 0,2 12,5 0 20 40 60 Vrijeme, min 80 100 120 Primjenom softverskih paketa: Razvoj dinamičkih modela i simulacija vladanja industrijskih procesa Analiza vladanja procesa daje korisne informacije pri projektiranju i razvoju naprednih metoda vođenja procesa destilacije gregor.buhanec@gmail.com gregor.buhanec@ina.hr Otvorenost ventila, % 10,0 0,475 90,0 n-heksan Maseni udio tvari u sastojakau produktu vrha Protok, kgh-1 40000 Povećanjem protoka pojne smjese, trenutno se povećava količina benzena na ulazu u destilacijsku kolonu. Zahtjevnost regulacije sastava produkta dna destilacijske kolone uvjetuje duže vrijeme stabilizacije sastava produkta dna. Maseni udio benzena, % 0,515 Maseni udio benzena, % 42000 0,520 0,6 0,475 80,0 70,0 Vrijednosti regulatora masenog udjela benzena u produktu dna 0,525 Benzen 0 Usporedba utjecaja protoka pojne smjese i masenog udjela benzena u produktu dna Promjena protoka pojne smjese procesna vrijednost 0,480 Maseni udio, % 0,0 55 90,0 Poremećaj: w(n-heksan) = 0.23 w(toluen) = 0.47 w(benzen) = 0.30 0,490 32000 0,0 Poremećaj: pojna smjesa ulazi na 75°C 80 60 44000 T(pojne smjese) = 100.1°C Otvorenost ventila, % povećanje F za 30% F = 44 200 kg/h 75 Temperatura, °C Protok, kgh-1 Poremećaj: w(n-heksan) = 0.29 w(toluen) = 0.59 w(benzen) = 0.12 0,515 Otvorenost ventila, % F = 34 000kg/h 40000 0,7 0,520 105 Maseni udio benzena, % Ulaz u kolonu: Sastav pojne smjese: 0,525 Maseni udio sastojaka u pojnoj smjesi 85 Protok pojne smjese - zadana vrijednost Usporedba utjecaja promjene sastava pojne smjese i masenog udjela benzena u produktu dna Usporedba utjecaja temperature pojne smjese i masenog udjela benzena u produktu dna Maseni udio benzena, % Djelovanje regulatora protoka pojne smjese ANALIZA VLADANJA REGULACIJSKIH KRUGOVA PRI PROMJENI SASTAVA POJNE SMJESE Otvorenost ventila, % ANALIZA VLADANJA REGULACIJSKIH KRUGOVA PRI POREMEĆAJU PROMJENE PROTOKA
© Copyright 2024 Paperzz
