Distillash jarayonining matematik modelini optimallashtirish

2.2 Distillash jarayonining matematik modelini optimallashtirish.

1. 2.2.1 Jarayon tavsifi

Uzluksiz distillash neft, kimyo va oziq-ovqat sanoatida ajratish yoki tozalash birligi sifatida keng qo'llaniladigan muhim tijorat jarayonidir. Ushbu jarayon ko'pincha katta hajmli mahsulotlar bilan qo'llaniladi. Distillash ustunlari odatda etarlicha turli xil qaynash nuqtalariga ega bo'lgan ikki yoki undan ortiq mahsulotni ajratish, uchuvchan bo'lmagan mahsulotdan uchuvchi erituvchini olib tashlash va uchuvchan mahsulotni uchuvchan bo'lmagan aralashmalardan ajratish uchun ishlatiladi. Distillash ustunining dinamikasini bashorat qilish uchun ustunning matematik modelini ishlab chiqish zarur.
Past tartibli (ba'zan qisqartirilgan yoki taxminiy deb ataladi) jarayon modellari, odatda, dizaynning murakkabligini, shuningdek, ilg'or chiziqli bo'lmagan boshqaruv sxemalarini amalga oshirishda hisoblash yukini kamaytirish uchun yopiq tsiklli tizimlarda foydalanish uchun afzallik beriladi (Jana va Samanta, 2006). Ajratish jarayonlari uchun past tartibli modellashtirish texnikasi bosqichli ustunni bo'lim tizimi sifatida ko'rib chiqish orqali ishlab chiqilgan bo'lib, unda bir qator bosqichlar ekvivalent bosqichni hosil qiladi. Bu usul to'g'ridan-to'g'ri va linearizatsiyasiz ajratish jarayonlarining qisqartirilgan tartibli modellarini ishlab chiqarishga yordam beradi. Distillash ustuni uchun bu taxminiy model odatda kompartmentli distillash modeli sifatida tanilgan.
Ushbu bobda ikkilik distillash ustunining kompartmentli modellashtirish amalga oshiriladi. Dinamik matematik model umumiy va komponentlar uzluksizligi tenglamalaridan iboratbug'-suyuqlik muvozanati (VLE) munosabatlari. Bundan tashqari, ushbu bobda misol ustunining dinamik simulyatsiyasi kompyuter dasturlash orqali taqdim etilgan.
Ushbu tadqiqotning asosiy maqsadi bo'linmali ikkilik distillash modelini ishlab chiqishdir. 6.1-rasmda chizilgan distillash ustunida bitta ozuqa oqimi va ikkita mahsulot oqimi (distillat va taglik) mavjud. Ikki komponentni (1-propanol va etanol) o'z ichiga olgan to'yingan suyuqlik aralashmasiustunga, oziqlantiruvchi patnisga f, oqim tezligi F va ko'proq uchuvchi komponent (etanol) Z ning mol ulushi (yoki tarkibi) bilan oziqlanadi. Oqim tezligi VR va mol ulushi yR bo'lgan yuqori bug 'oqimi butunlay bo'ladi. umumiy kondensatorda kondensatsiyalangan (soğutmagan) va keyin quyultirilgan suyuqlik vaqtincha qaytariladigan tamburda saqlanadi. Ushbu to'plangan suyuqlikning bir qismi kolonnaga qaytib oqim sifatida oqim tezligi R bilan pompalanadi. Shuningdek, suyuqlikning bir qismi oqim tezligi D bo'lgan distillat mahsuloti sifatida qaytarma barabandan olinadi. xD tarkibiga ega reflyuks baraban. Shunda xD ham reflyuks, ham distillat oqimlarining tarkibi ekanligi ayon bo'ladi. E'tibor bering, yR dinamik ravishda xD ga teng emas. Faqat barqaror holatda yR va xD tengdir. Oqim tezligi LS bo'lgan suyuqlik tozalash qismini tark etadi, distillash ustunining tagida to'planadi va keyin bu suyuqlik oqimi qisman bo'lgan qayta qozonga oqib o'tadi. Qayta qozonda bug'langan ushbu suyuqlikning bir qismi,
oqim tezligi V bilan tozalash qismiga qaytadi. Suyuqlikning bir qismi qaynatgichdan tortib olinadi.oqim tezligi B va xB tarkibiga ega bo'lgan pastki mahsulot. XB tarkibiga ega ustunning pastki qismidagi suyuqlik tutilishi mB bo'lsin.
2.2.2.Matematik model.Matematik modelni yaratish uchun quyidagi taxminlar qilingan.

Bug 'Har bir bo'limda ushlab turish suyuqlikni ushlab turish bilan solishtirganda ahamiyatsiz. Garchibug 'miqdori nisbatan katta, mol soni odatda kichik, chunki bug'ning zichligi suyuqlik zichligidan ancha kichikdir. Albatta, bu taxmin yuqori bosimli ustunlar uchun haqiqiy emas.
Har bir bo'linmada (shu jumladan, reflyuks barabani va ustun tagida) doimiy suyuqlikni ushlab turish hisobga olinadi. Doimiy molal toshib ketishi taxmin qilinadi. Aslida, bug 'va suyuqlikning molyar oqim tezligi ustunning har bir bo'linmasida (yoki konvert yoki qismida) deyarli doimiydir. Shuningdek, u tanish bo'lgan McCabe-Thiele diagrammasidagi operatsion chiziqlar to'g'ri chiziqlar bo'lishini ta'minlaydi. Bu bug'lanishning deyarli teng molyar issiqligidan kelib chiqadi, shuning uchun har bir mol kondensatsiyalanuvchi bug' taxminan bir mol suyuqlik bug'lanishi uchun etarli issiqlikni chiqaradi.
Har bir bo'limdagi suyuqliklar (shu jumladan, qaytaruvchi tambur va ustun asosi) mukammal aralashtiriladi. Ustunga va undan issiqlik yo'qotishlari kichik va e'tiborga olinmaydi.
Nisbiy o'zgaruvchanlik vaqt va ustun bo'ylab doimiy bo'lib qoladi.
Har bir laganda 100% samarali (ideal yoki nazariy laganda), bu chiqadigan suyuqlik va bug 'oqimlari bir-biri bilan muvozanatda ekanligini ko'rsatadi.
Kondensator va qayta qozonning dinamikasi e'tiborga olinmaydi. Ushbu taxmin odatda tijorat miqyosidagi distillash ustunlarining ko'pchiligi uchun yaxshi emas. Ushbu ustunlarda ushbu periferik issiqlik almashtirgichlarning dinamik javobi ustunning javobidan ancha tezroq.
Qayta qozondagi va ustun tagidagi suyuqliklar bir-biriga juda yaxshi aralashadi va xB tarkibiga ega bo'lgan umumiy ushlab turish mB ga ega.

1. Modelni ishlab chiqish . Jami (yoki umumiy) va tarkibiy (yoki qisman) moddiy balans tenglamalari quyidagi dinamikaga asoslanib olinadi:

(6.14)

2.2.1-rasm
Ushbu muvozanat tenglamasida barcha uchta atama daqiqada gm-molda (gmol/min) ko'rsatilgan. Namuna distillash ustuni uchun (2.2.2-rasmga qarang) rektifikatsion qismdan (LR) chiqadigan suyuqlikning oqim tezligi qayta oqim tezligiga (R) teng bo'ladi, bu shuni anglatadiki,
LR=R (2.2.1)