Модель технологического процесса в среде HYSYS

 

В основе системы моделирования HYSYS лежат общие принципы расчетов материально-тепловых балансов технологических схем. Любое производство состоит из стадий (элементов), на каждой из которых производится определенное воздействие на материальные потоки и превращение энергии. Последовательность стадий обычно описывается с помощью технологической схемы, каждый элемент которой соответствует определенному технологическому процессу (или группе совместно протекающих процессов). Соединения между элементами технологической схемы соответствуют материальным и энергетическим потокам, протекающим в системе. В целом моделирование технологической схемы основано на применении общих принципов термодинамики к отдельным элементам схемы и к системе в целом.

HYSYS включает набор следующих основных подсистем, обеспечивающих решение задачи моделирования химико-технологических процессов:

- набор термодинамических данных по чистым компонентам (база данных) и средства, позволяющие выбирать определенные компоненты для описания качественного состава рабочих смесей;

- средства представления свойств природных углеводородных смесей, главным образом – нефтей и газоконденсатов, в виде, приемлемом для описания качественного состава рабочих смесей, по данным лабораторного анализа;

- различные методы расчета термодинамических свойств, таких как коэффициента фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотности, растворимости газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивности паров;

- набор моделей для расчета отдельных элементов технологических схем – процессов;

- средства для формирования технологических схем из отдельных элементов;

- средства для расчета технологических схем, состоящих из большого числа элементов, определенным образом соединенных между собой [http://www.petroleumengineers.ru/app/hysys].

В данном курсовом проекте необходимо смоделировать работу ректификационной колонны. Система HYSYS имеет графический интерфейс, позволяющий формировать схемы непосредственно на экране компьютера, выбирая элементы из списка и соединяя их в определенном порядке. Этот интерфейс называется окном PFD (Process Flowsheet Diagram, технологическая схема).

Для моделирования работы ректификационной колонны необходимо сделать следующее: добавить на PFD элемент «Ректификационная колонна» (подвид колонны: с ребойлером и дефлегматором), три регулирующих клапана, а также один входной поток, один выходной и два энергетических. Также нужно создать три промежуточных потока. Выбран только один входной поток 6-4 по технологическому обоснованию: в колонну одновременно подается только один поток сырья на строго выбранную тарелку колонны.

Основываясь на выбранном потоке, добавим необходимые химические компоненты в таблицу Component List (выбраны были основные компоненты, с расходом более 30 кг/час). Таблица изображена на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – Component List проекта

 

Поместив необходимые элементы на PFD, соединим входные и промежуточные потоки с клапанами (рисунок 3).

Также зададим свойства входного потока, такие как температура, давление и массовый состав (рисунок 4).

После этого два раза щелкнем по элементу «Ректификационная колонна», введем начальные данные на страница мастера по настройке колонны и последовательно введем требуемые данные (рисунок 5). В результате мы получим предварительно настроенную колонну с автоматически созданными спецификациями. Удалим все, кроме спецификации «Флегмовое число». Создадим две новые спецификации, первая – доля пропилена в этан-этиленовой фракции, вторая – доля этана в продукте куба колонны (рисунок 6).

 

Рисунок 3 – Элементы технологической схемы

 

 

Рисунок 4 – Массовый состав потока в кг/ч

 

Рисунок 5 – Мастер по настройке ректификационной колонны

 

Рисунок 6 – Спецификации колонны

 

Запустим монитор колонны, выбрав в качестве активных спецификации флегмового числа (в нее запишем расчетное флегмовое число – 0,98) и долю этана в продукте куба колонны, нажмем RUN, дождемся сведения колонны.

После чего необходимо создадим ПИД-регулятор, который, благодаря созданным впоследствии связям, будет формировать управляющее воздействие на клапан в зависимости от текущего значения давления в колонне. Общий вид ПИД-регулятора показан на рисунке 7.

 

 

Рисунок 7 – ПИД-регулятор

 

Указали необходимые настройки ПИД-регулятора (рисунок 8), указали границы его работы (рисунок 9).

 

 

Рисунок 8 – Параметры конфигурации ПИД-регулятора (связи)

 

 

Рисунок 9 – Параметры конфигурации ПИД-регулятора (границы)