A levegő elválasztó egység folyamatáramának felépítése

1.1 A folyamatáramlás
A gáztermelő üzem 60 000 m3/h kriogén levegő -elválasztó egységet használ. A tényleges gyártási folyamat során a levegő a kompressziós rendszeren, az előfutási és bővítő rendszeren keresztül lép be a desztillációs rendszerbe a gázszétválasztás elérése érdekében. Ez a cikk elsősorban a nitrogén -termelési folyamatot elemzi, és a termelési folyamat áramlása a következő:
1) A levegő áthalad a szűrőn, és belép a légkompresszorba. A sűrített levegőt a lemezkészlet hőcserélőjén keresztül irányítják, az egyik rész belép a következő stádiumú gázkompressziós rendszerbe, a másik alkatrész hőt cserél a hűtő tápközeggel, és belép a desztillációs toronyba;
2) A következő stádiumú gázkompressziós rendszerbe belépő légáramlási sebesség körülbelül 5000 kmol/h. A gáz ezen része a hőcsere után belép az expanderbe, és a hőmérséklet -120 fokos. Ezt követően az Expander nyomást gyakorol, a nyomás körülbelül 0,14 MPa, és a hőcserét elvégezzük, és a hőmérsékletet körülbelül -170 fokra csökkentik.
Írja be a desztillációs tornyot;
3) A desztillációs torony két részre oszlik: a felső és az alsó részekre, amelyek függetlenek egymástól, és a szelepeken és a csővezetékeken keresztül kapcsolódnak egymáshoz. A felső torony egy alacsony nyomású torony, kb. 140 kPa nyomáson, az alsó torony pedig egy nagynyomású torony, amelynek hőcsere után 550 kPa nyomás van, és az expanderből származó gázt a desztillációs torony alsó torony középső és aljára küldjük vissza. A gázt részben folyékony nitrogénré alakítják a felső kondenzátoron keresztül, és a folyékony nitrogéntartályban tárolják, és a másik rész belép a felső toronyba a további desztilláció érdekében.

1.2 A folyamatáramlási modell felépítése

A fenti levegő -elválasztási folyamatból kitűnik, hogy a tényleges gyártási folyamat magában foglalja a tömörítést, a bővítést, az elválasztást és az egyéb folyamatokot. Az Aspen Plus szoftver használatakor a folyamatszimulációhoz a használt modulok és funkciók a következők:
1) a légkompresszor a CompR-iCon2 modult használja;
2) Az expander a CompR-ICON3 modult használja;
3) a hőcserélő a Heatx modult használja;
4) a desztillációs torony a RadFrac modult használja;
5) A szivattyú a szivattyú modult használja;
6) Az elosztó a FAPLIT modult használja.
A modellszimulációs folyamat során az anyagáramot a különböző egységmodulok funkcióinak megfelelően egymáshoz csatlakoztatják, és a folyamatot az oxigén termelési folyamatának megfelelően hajtják végre. A szimuláció során a berendezés paramétereit a tervezési értékek szerint állítottuk be, ahol a desztillációs torony felső nyomását 0,558 MPa -ra állítottuk, az alsó nyomást 0,564 MPa -ra állítottuk, a felső hőmérsékletet -177,62 fokra állítottuk, az alsó hőmérsékletet -173 -ra állítottuk.
65 fok, és a lemezek száma 49 volt. A szimulációs elemzés után az eredményeket az 1. táblázat mutatja.

Az 1. táblázatban szereplő modell szimulációs eredményei alapján látható, hogy a modell különféle mutatói alapvetően összhangban állnak a kriogén levegő -elválasztó egység tervezési mutatóival. Az alsó torony folyékony levegő tisztasága és a tervezési érték közötti különbség 0,9%, és a szimulációs érték ingadozása a megengedett tartományon belül van. A szimulált nitrogén kimenet szintén közel van a tervezési értékhez, és a hiba a megengedett tartományon belül van. Látható, hogy az ezúttal létrehozott modell felhasználható a folyamat optimalizálásának ellenőrzési elemzésére1.

2 A folyamat optimalizálási elemzése

A kriogén levegő elválasztó egység gázszétválasztási folyamatában a desztillációs torony alsó toronyja az alapvető berendezés. A berendezésekkel és a kiegészítő elméleti elemzéssel kapcsolatos kutatások szerint az energiamegtakarítás és a fogyasztás csökkentésének célja a desztillációs torony alsó toronyának paramétereinek megváltoztatásával érhető el. Ezúttal az Aspen Plus érzékenységi modult használtuk a desztillációs torony alsó torony különböző folyamatok paramétereinek részletes elemzéséhez, és az optimális folyamatkezelési tervet kaptunk.
2.1
Kapcsolat a takarmányhelyzet és a hőterhelés között
A szimulációs folyamat során az egyéb paramétereket változatlanul tartottuk, a takarmány helyzetét megváltoztuk, és a torony tetején lévő hőterhelés megváltozott. Az eredményeket az 1. ábra mutatja. Az 1. ábrán látható, amikor a többi paraméter változatlan marad, a desztillációs torony alsó torony betáplálási helyzetének megváltoztatásával, a torony tetején lévő hőterhelés fokozatosan csökken, amíg a takarmányhelyzetet a 33. torony lemezre nem állítják, és a torony tetején lévő hőterhelés alapvetően állandó marad. Látható, hogy a 33. toronylemez a legjobb takarmányhelyzet.
2.2 A takarmány -áramlási sebesség és a nitrogéntermelés és a tisztaság közötti kapcsolat az alsó torony takarmány -áramlási sebességének megváltoztatásával, valamint más paraméterek változatlan tartásával, a desztillációs torony tetején lévő folyékony nitrogén termelésének és tisztaságának változásai a 2. ábrán láthatók elmélet. Amint az ábrán látható, amikor az alsó torony takarmány -áramlási sebessége 804 kmol/h alatt van, a folyékony nitrogén tisztasága meghaladja a 99,999%-ot, ami megfelel a kohászati ipar gázigényének. Ebben az időben a kimenet 3230 kmol/h, ami meglehetősen különbözik a 761,3 kmol/h kezdeti áramlási adagolási sebességétől és a folyékony nitrogén kimenetétől 3,187,38 kmol/h. Látható, hogy a takarmány -áramlási sebességet 804 kmol/h értékre kell szabályozni, ami növeli a kimenetet, miközben biztosítja a nitrogén tisztaságát.
2.3 A hőmérséklet hatása a termékekre
Ha más paraméterek változatlanul tartják, a folyadék nitrogén áramlási sebességének változását a hőmérséklet megváltoztatásával ellenőrizzük, és az eredményeket a 3. ábra mutatja. A 3. ábrán látható módon a folyadék nitrogén áramlási sebessége pozitívan korrelál a takarmány hőmérsékletével, de a hőmérséklet megváltozásával a folyadék nitrogénkimenetének változása viszonylag kicsi, és kevés hatással van a tényleges termelési eredményekre. Ezért helyénvalóbb az adagolási hőmérsékletet -173 fokra állítani. Ha a hőmérséklet túl magas, akkor ez befolyásolja a későbbi levegő -elválasztó eszközt az oxigén, argon stb. Elválasztásához; Ha a hőmérséklet túl alacsony, akkor az energiafogyasztás viszonylag nagy, amely nem felel meg az energiamegtakarítás és a fogyasztás csökkentésének.

3 A folyamatoptimalizálási rendszer gyakorlati alkalmazása

Egy bizonyos gyár által termelt gázt elsősorban a kohászati vállalkozásoknak adják el, és a termelt nitrogént közvetlenül a kohászati vállalkozásoknak védőgázként szállítják. Az utóbbi években, a piacgazdaság csökkenésével és a munkaerőköltségek növekedésével, a gyár gazdasági előnyei egyre alacsonyabbak lettek. Ilyen körülmények között a gyár azt javasolta, hogy változtassák meg a termelési folyamat helyzetét a berendezés kinetikus energiafogyasztásának csökkentése érdekében, és ezáltal növeljék a gazdasági előnyöket. Kutatás és elemzés után a gyár 2022 márciusában elvégezte a folyamatjavításokat. A fejlesztési terv: a desztillációs torony nyomását 0,56 MPa -ra állítják, az alsó torony táplálékhőmérsékletet -173 fokra állítják, az alsó torony adagolási mennyiségét 804 kmol/h -re állítják be, és az adagolási helyzetet a 33RD toronylemezre állítják be. A folyamat javulása miatt a desztillációs torony hőterhelése csökken, így a kriogén levegő elválasztó egység légkezelési képessége megfelelően megnövelhető, ezáltal növelve a nitrogén kimenetét. Ezért a folyamat javítása során a légkompressziós rendszer takarmány -áramlási sebességét egyszerre megváltoztatják, és a kriogén levegő -elválasztó egység alkalmazási hatását különböző terhelések mellett elemezzük. Az egyes terhelések ellenőrzési ciklusa 10 nap, a termelési helyzetet a 2. táblázat mutatja.
A 2. táblázatból látható, hogy a folyamat optimalizálása után a változó munkakörülmény maximális terhelése elérheti az eredeti terhelés 120% -át, és ebben az esetben megnövekszik a nitrogén és a folyékony nitrogén kimenete. Ezenkívül a 120% -os terhelés mellett a desztillációs torony tetején lévő hőterhelés -8,29 mW -ról -7,67 mW -ra változott, így az energia 7,48% -át megtakarítva. A berendezés teljesítményének elemzése után látható, hogy a 120% -os terhelés alatt álló berendezés teljesítménye 132 kW · h -rel csökken. Az ipari villamosenergia -költség abban a területen, ahol a gyár található, 0,69 jüan (/ kw · h). A berendezés 330 napos üzemeltetése szerint az éves energiaköltség 721 000 jüannal megtakarítható. A termék kimenete szempontjából a folyamat optimalizálása után a nitrogén kimenete 450,54 kmol/h-rel nőtt, a közepes nyomású folyadék nitrogénteljesítmény 625,48 kmol/h-rel, az alacsony nyomású folyadék nitrogénteljesítmény pedig 281,34 kmol/h-rel növekedett. A számítás után a profit egész évben 3,876 millió jüannal növelhető. Látható, hogy a folyamatjavítás egész évben 4,597 millió jüan jövedelmet hozhat létre a vállalkozás számára.