DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 10.07.2009

Материалы

загрузка...

Анализ структуры нефтехимического комплекса и оптимизация технологических схем с применением метода графических моделей

Фомина Вера Васильевна, 10.07.2009

 

Рисунок 4 – Графическая модель производства ЭП-300

Модель производства этилбензола-стирола (рисунок 5) состоит из двух реакционных циклов – алкилирования бензола этиленом и трансалкилирования диэтилбензола (I); дегидрирования этилбензола (II) и двух деревьев разделения – ректификации алкилата с получением этилбензола, ректификации углеводородного конденсата с получением стирола. В качестве рециркулята выступает непрореагировавшая часть сырья: бензол – в производстве этилбензола, этилбензол – в производстве стирола.

Р – реактор, К – колонна, Н – насос, Е – ёмкость

Рисунок 5 – Графическая модель производства этилбензола-стирола

Графическая модель комплексной технологической схемы нефтехимических производств образована последовательной стыковкой графических моделей этих производств (рисунок 6).

Рисунок 6 – Графическая модель технологической схемы

системы производств ЭП-300, этилбензола-стирола

В технологической цепочке представленной модели имеется три реакционных цикла с блоками разделения. Как видно, графическая модель комплекса имеет сравнительно простую конструкцию и удобна для изучения.

При размещении на данную модель символов остальных аппаратов из технической документации (насосов, теплообменников, печей и т.п.) образована циклическая технологическая схема системы нефтехимических производств.

Метод графических моделей позволяет получить технологическую схему сложных химико-технологических систем без фрагментации на одном стандартном листе формата А1 в виде удобном для анализа, хранения, переработки и использования информации. Так, схема, приведённая на рисунке 6, в тривиальном изображении размещена на 48 листах, каждый из которых длиной несколько метров.

Разработанная графическая модель позволяет перейти от стандартной технологической схемы к гибридному графу и, в конечном счёте, к более эффективному методу оптимизации технологических систем с меньшими вычислительными затратами, так как она позволяет эффективно и компактно описать схему производства на языке ЭВМ.

В четвёртой главе описан метод оптимизации технологической схемы сложной химико-технологической системы с применением графической модели производства этилбензола (рисунок 5).

Оптимизация технологической схемы проведена на основе разработанного алгоритма перехода от стандартной технологической схемы к гибридному графу преобразованием отдельных технологических схем производства сначала в целостную графическую модель, а затем в гибридный граф, т.е. комбинацию серий направленных и ненаправленных графов.

Ненаправленной частью гибридного графа является главная линия графической модели. Направленной частью являются все аппараты, находящиеся в ответвлениях и пересекающие своими потоками главную линию, следовательно, при расчётах они могут быть упрощены до источников того или иного параметра, и в таком случае они уже не выступают как объекты моделирования.

В главе подробно рассмотрен порядок построения гибридного графа на основе графической модели производства. Процесс построения гибридного графа сводится к преобразованию отдельных элементов созданной графической модели из ненаправленных в направленные.

Введены новые понятия и определения, такие как: главная линия (рисунок 7); схемы потенциалов; типы вершин; источники воздействия и их классификация (рисунок 8); приведённые функции отклика и возмущения; чувствительность (локальная и общая распределённая) аппарата.

0 – простая (побочная) вершина ввода-вывода, +1 – основной идеальный

-1 – основной идеальный потребитель

Рисунок 7 – Схема построения главной линии

а) небалансовый моноконтактный источник; б) небалансовый поликонтактный источник; в) небалансовый биконтактный кольцевой источник; г) простой преобразователь (кольцевой балансовый источник); д) сложный преобразователь (двухконтактный балансовый источник)

Рисунок 8 – Типы источников

Сформулированы правила реализации перехода от графической модели технологической схемы к гибридному графу.

Правило 1 - часть технологической схемы, имеющую только один контакт только с одним аппаратом, следует заменить одноконтактным источником.

Правило 2 - часть технологической схемы, имеющую несколько контактов с различными аппаратами главной линии, следует заменить поликонтактным источником.

Правило 3 - часть технологической схемы, вход и выход которой замыкаются на одном и том же аппарате главной линии, то есть, в общем случае – рецикловую часть схемы следует заменить простым преобразователем.

Правило 4 - часть технологической схемы, имеющую входное и выходное соединения с различными аппаратами главной линии, то есть, в общем случае – байпасную часть схемы следует заменить сложным преобразователем.

Правило 5 - каждый аппарат может быть соединён с несколькими источниками различного типа.

источником параметра для аппарата, смежного с ним происходит так называемое наследование параметра. В этом случае последующий аппарат «наследует» в свою математическую модель параметр от предыдущего, смежного с ним аппарата. В ряде случаев, когда применение сложных преобразователей громоздко и неадекватно, их следует заменять наследованием.

Правило 7 - в случае наличия между аппаратами главной линии зависимостей, которые не могут быть явно заданы с помощью описанных выше типов источников, сложный преобразователь на схеме может наследовать в качестве значения аргумента своей математической модели какое-либо значение, полученное математической моделью другого преобразователя, т.е. между сложными преобразователями также допустимы отношения наследования.

Разработанный гибридный граф анализируемой технологической схемы (рисунок 9) связывает аппараты главной линии, математические модели которых предполагаются известными, и источники воздействия, параметры которых могут принимать произвольные значения в области, определяемой регламентом и нормами режима.

Р-2 – реактор, К - 032, К - 042, К - 052, К - 062 – ректификационные

Рисунок 9 – Гибридный граф производства этилбензола

Анализ схемы при помощи гибридного графа позволяет получить количественную оценку чувствительности аппарата, путём построения приведённой функции отклика (рисунок 10).

Численное значение отношения площади криволинейной фигуры заключённой между линиями отклика и возмущения к промежутку времени, названо локальной чувствительностью аппарата Чл по изменяющемуся параметру P на области неизменных значений всех остальных параметров.

Чем больше это отношение, тем больше локальная чувствительность аппарата и наоборот.

Рисунок 10 – Графическое представление приведённых

функций отклика и возмущения

Полную количественную оценку характера восприимчивости аппарата к внешним воздействием даёт нам общая распределённая чувствительность.

Общей распределённой чувствительностью аппарата названа сумма произведений усреднённых локальных чувствительностей аппарата в области изменения одного из параметров при постоянстве остальных параметров на коэффициенты распределения неизменяющихся параметров.

где Члij – локальная чувствительность аппарата по изменяющемуся j-тому параметру, рассчитанная при неизменном значении i-того параметра, которое приравнивается к регламентированному;