Введение к работе
Актуальность темы.
Массообменные процессы разделения углеводородов на фракции составляют основу всех нефтеперерабатывающих заводов. Процессы ректификации углеводородов проводят в ректификационных колоннах тарельчатого или насадочного типов. Проектируемыми параметрами тарельчатых ректификационных колонн являются число тарелок, высота и диаметр аппарата, технологические параметры установки.
О разделительной способности ректификационной установки судят по значениям концентраций получаемых продуктов разделения в дистилляте и кубовом остатке. Эффективность разделения определяется конструктивными и технологическими параметрами аппарата и количеством установленных в колонне тарелок. Принято определять эффективность колонны в виде отношения числа теоретических и действительных ступеней разделения. Однако, такое определение не всегда дает достоверные результаты при проектировании, что приводит в процессе эксплуатации установки к существенным отклонениям состава продуктов разделения от требуемых значений, ошибочной высоте колонны и, следовательно, завышенным или заниженным капитальными затратами на ее строительство и монтаж. Использование известных программных пакетов для расчета эффективности в рамках данного определения не решает проблемы.
Существующие зависимости для определения эффективности (КПД) тарелок и колонн, полученные в результате обобщения многочисленных экспериментальных данных, справедливы для конкретных контактных устройств и разделяемых смесей или получены обобщением опыта эксплуатации определенного класса массообменных аппаратов. Разработка надежных методов определения эффективности ректификационных аппаратов в зависимости от конструктивных, гидродинамических, технологических параметров и теплофизических характеристик разделяемой смеси, представляют актуальную задачу проектирования. Работа выполнена в рамках использования гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МД-552.211.8 (договор № 16.120.11.552-МД от 18.02.2011) и в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (соглашение №14.В37.21.0591).
Цель работы: Разработка метода определения эффективности, количества действительных ступеней разделения тарельчатых ректификационных аппаратов в зависимости от конструктивных, гидродинамических и технологических параметров и теплофизических характеристик разделяемых смесей.
Задачи исследования.
-
На основе гидродинамической аналогии процессов переноса импульса и массы в барботажном слое на тарелках ректификационных аппаратов получить зависимость эффективности контактных устройств от конструктивных, гидродинамических, технологических параметров и теплофизических характеристик разделяемых смесей. Получить зависимость эффективности аппарата от эффективности контактных устройств.
-
Установить влияние структуры потока жидкости на эффективность однопоточных и многопоточных контактных устройств.
-
По заданной концентрации компонентов в питании, дистилляте и кубовом остатке разработать метод определения числа ступеней разделения бинарных и многокомпонентных смесей углеводородов в ректификационных аппаратах.
Методы исследования. Методы математического моделирования на основе законов сохранения импульса и массы, экспериментальные данные действующих ректификационных установок, использование литературных источников.
Научная новизна работы.
-
-
Разработан метод определения эффективности колонных ректификационных аппаратов на основе гидродинамической аналогии процессов переноса импульса и массы в барботажном слое на тарелках.
-
Эффективность или КПД контактного устройства получена в виде зависимости от кинетических параметров, связанных с конструктивными, технологическими параметрами тарелок и теплофизическими характеристиками разделяемых смесей.
-
Для оценки эффективности многопоточных контактных устройств с длиной пути жидкости до 1 м достаточно использовать аналитическое решение диффузионной модели или модели полного перемешивания.
-
Разработан приближенный метод определения числа действительных ступеней разделения углеводородов в ректификационных аппаратах.
Достоверность результатов работы подтверждается применением законов сохранения импульса и массы, удовлетворительным совпадением полученных результатов с экспериментальными данными действующих промышленных установок.
Практическая ценность. Предложен метод определения эффективности и числа действительных ступеней разделения ректификационных аппаратов разделения углеводородов. Разработанные модели и алгоритмы используются при разработке компьютерных тренажеров в производствах ОАО «Нижнекамскнефтехим».
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на международных конференциях: "Математические методы в технике и технологиях" ММТТ XXIV, ММТТ XXV (2011, 2012 г. Саратов), Всероссийской научно-практической конференции (2012 г., Нижнекамск), на научной сессии КНИТУ.
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Среди них 6 статей в журналах из перечня ВАК, 3 - в материалах конференций, 2 - свидетельства о регистрации программного продукта.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 152 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 34 таблицы, приложение содержит 27 страниц. Список использованных источников включает 119 наименований.
Похожие диссертации на Эффективность тарельчатых аппаратов разделения углеводородов на основе гидродинамической аналогии
-
