Регулирование состава очищенного газа на выходе абсорбционной установки

Отклонения качественных характеристик очищенного газа от требуемых значений возможны в результате наличия возмущений на входе установки (состав, расход, теплофизические свойства исходной газовой смеси и абсорбента), а также отклонений (температура и давление в аппарате). В этой связи целесообразно применение системы регулирования степени извлечения изменением расхода абсорбента и его температуры.

Для поддержания температуры абсорбента его подают в холодильный аппарат, в котором он охлаждается в результате переноса тепла через поверхность стенок холодному теплоносителю (хладагенту). Необходимое количество хладагента определяется путем расчета тепловой нагрузки на холодильник:

где Q – тепловая нагрузка на холодильник (кВт); , – массовые теплоемкости абсорбента и хладагента при средней температуре (кДж/(кг∙К)); , – начальная температура (на входе холодильника) и конечная температура (на входе абсорбера) абсорбента; , – конечная и начальная температуры хладагента.

Использование аналитических зависимостей для определения управляющих параметров (расход хладагента) может быть реализовано в системе управления, принципиальная структура которой приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Структура системы управления абсорбционной установкой

Построение функциональной схемы автоматизации

Моделируемая система управления абсорбционным процессом, реализованная на базе контрольно-измерительных приборов и ЭВМ, должна выполнять следующие функции:

– измерение параметров процесса (возмущений: температура и расход загрязненной газовой смеси; отклонений: расход свежего абсорбента, температура и давление в аппарате, уровень жидкости в кубе и др.);

– расчет управляющих параметров на основе математической модели;

– выдача управляющего воздействия на исполнительный механизм (изменение расходов свежего и отработанного абсорбента и т.д.).

Для графического представления структуры и функциональных связей между технологическим процессом и средствами контроля и управления используется функциональная схема автоматизации процесса [6, 7]. На схеме показывают с помощью условных обозначений (рис. 2.4):

– основное технологическое оборудование (абсорбер; теплообменное оборудование, необходимое для охлаждения абсорбента; насосное оборудование и т.д.);

– потоки жидкостей, газов и пара на входе и выходе абсорбера;

– приборы и средства автоматизации (6, 7, приложение I).

Рис. 2.4. Функциональная схема автоматизации процесса абсорбции

Варианты заданий 2а – 2д

Тема курсовой работы: моделирование системы управления процессом абсорбции на основе анализа статических режимов работы установки.

Задание:

– для процесса абсорбции паров н-гексана из смеси с метаном парафинистым поглотительным маслом, определить зависимость степени извлечения гексана от значений управляющих параметров процесса (расход абсорбента, расход хладагента в теплообменник для охлаждения абсорбента);

– определить оптимальный технологический режим работы установки, обеспечивающий максимальную степень извлечения гексана, построить профили концентрации и температуры по высоте абсорбционной колонны;

– зависимость степени извлечения от значений управляющих параметров представить в табличном и графическом виде;

– построить функциональную схему регулирования степени извлечения упрощенным и развернутым методами;

– разработать презентацию курсовой работы и подготовить доклад к защите.

Исходные данные и допущения:

1. параметры исходной газовой смеси (гексан – метан): концентрация гексана , расход , температура , теплота испарения гексана , мольная теплоемкость газообразного метана , мольная теплоемкость жидкого гексана ;

2. параметры абсорбента (поглотительное масло): концентрация гексана , расход ÷ , начальная температура , требуемая температура на входе абсорбера ÷ , мольная теплоемкость , молярная масса ;

3. пренебречь зависимостью теплоемкости и теплоты испарения компонентов от температуры (в расчетах использовать значения этих параметров при температуре 30 ^оС);

4. количество тарелок в абсорбере N;

5. к.п.д. тарелки η (табл. 2.1);

6. зависимость концентрации распределяемого компонента в газовой фазе, равновесной с жидкостью, от температуры жидкости (^оС) и концентрации на j-ой ступени:

, .

Таблица 2.1

Параметр	Вариант 2а	Вариант 2б	Вариант 2в	Вариант 2г	Вариант 2д
, % мол.	18	22	23	25	30
, кмоль/с	0.1	0.13	0.12	0.13	0.13
, оС	25	25	23	23	23
, % мол.	1	1	1	1	1
, кмоль/с	0.09	0.08	0.09	0.10	0.11
, кмоль/с	0.20	0.25	0.30	0.50	0.90
,оС	40	40	50	40	50
,оС	20	20	18	18	18
,оС	30	30	30	32	35
N	10	13	15	16	20
η	0.35	0.32	0.32	0.31	0.35
, кДж/(кмоль∙К)	300	300	300	300	300
, кДж/(кмоль∙К)	35.9	35.9	35.9	35.9	35.9
, кДж/(кмоль∙К)	196	196	196	196	196
, кДж/кмоль	31200	31200	31200	31200	31200
, кг/кмоль	200	200	200	200	200