3.4 Влияние степени извлечения на эффективность ректификации
Степень извлечения или отбор от потенциала относится, также как и орошение, к важнейшим управляющим параметрам (тип U). По характеру воздействия на процесс доля отбора верхнего продукта (степень извлечения) относится к переменным, экономические затраты на изменение которых пренебрежимо малы по сравнению с эффектом этого изменения.
Следовательно, правильный выбор этого изменения имеет большое значение.На рис. 3.9 представлены графики зависимости критерия относительной термодинамической разделительной способности колонны N и критерия суммарных потерь Л/(на графике обозначены ц и ц) от отбора при оптимальном вводе питания для колонны К-404. Как видно из графиков, максимум критерия относительной термодинамической разделительной способности колонны и минимум критерия суммарных потерь соответствуют одному и тому же отбору, равному потенциальному содержанию компонентов в сырье, т.е.
D0IIT = F-tzF,, e0=±ZF,., " " (3.8)
где F-расход сырья в киломолях,
i
ZFj-содержание (концентрация) i-ro компонента в сырье , Ь- номер последнего компонента относящегося к целевым. Из графиков видно, что для колонн четкой (К-404) ректификации доля отбора е/е0 = 1 соответствует не только оптимальным значениям критериев, но и количество примесей в верхнем и нижнем продуктах в этой точке приблизительно равны.. Характерно, что зависимости примесей в рассматриваемой области изменений отборов носят отчетливо линейный характер за исключением небольшой области перегиба е/со= 1,00+_ 0.01. Таким образом результаты структурной и параметрической идентификации зависимостей эффективности разделения от степени извлечения по критерию М для колонны четкой ректификации на примере К-404 можно представить в виде следующих выражений .
76
0.&S ' t ¦
¦M o,&& ¦ ¦0,09 Q&4 ¦ 0,03 0,02- 0,O7 0,00 ¦ G0G \ 0,73 " 0,0S G.7G - ¦ ao4 C}74- ¦ Q03 / 0,72 - ¦ 0,O2 I * 0,70 ¦ 0,0/ J
1 -^—. 0.90
-*V«v^4.
^^fnA/,00
/,0S
t'O
Рисунок 3.9- Колонна К-404. Графики зависимости критерия относительной термодинамической разделительной способности колонны N и критерия потерь М от отбора при оптимальном вводе питания
Содержание примесей тяжелых компонентов в продукте верха колонны К-
404 в диапазоне изменений е/ео от 1 до 1,1 описывается линейной моделью:
с
Xdm=0,7378* e/e0 -0,734, (3.9.)
Содержание примесей легких компонентов в кубовом продукте в диапазоне изменений е/ео от 0,9 до 1,0 описывается линейной моделью, вида:
XWJl=l,0-0,986* е/е0 (ЗЛО)
На рисунке 3.10 представлены такие же зависимости N и М для колонны К- 101, полученные при разных орошениях. На рисунке 3.11 показаны зависимости примеси легких фракций в продуктах низа колонны (Хыл) и примеси тяжелых фрак ций в продукте верха колонны (Xdm) при оптимальном отборе и при разных ороше ниях для колонны К-101. Как видно из графиков, зависимости также имеют харак тер близкий к линейному, но максимум критерия N и минимум критерия М, как при • одном, так и при другом орошении наблюдаются при разных значениях степени из-
влечения. При небольшом орошении (LN = 2,91) максимум критерия N наблюдается при е/ео = 1,07 и минимум Мпри е/е0 = 1,04. При орошении LN = 10,4 экстремальные значения е/ео соответственно равны 1,01 и 1,0. Таким образом, при увеличении орошения, т.е. при увеличении разделительной способности колонны, не только сближаются значения е/ео, при которых критерии достигают оптимальных значений, но и сами эти значения приближаются к единице.
На рисунках 3.11-13 на примере К-101 приведены результаты структурной и параметрической идентификации зависимостей примесей от основных режимных факторов процесса (степени извлечения и орошения).
те
0,4* f q4j
а//
0,42
¦ Q/O
0,0?
0,4/
0,00
CltP
q?& ¦ 0,07
430 - - 037 Г Д03
436 ¦¦ о,о4
0,35 ¦ 0,ОЗ
о, о г
а,зъ
\ '
*/*.
Ц90 .0,?>S 40O jT03
/,/0
Рисунок ЗЛО-К-101.
Графики зависимости критерия относительной термодинамической разделительной способности колонны N и критерия потерь М от отбора при оптимальном вводе питанияСодержание примесей
\ \ ?>/& - \ \ \ \ \ \ О-0&- \ \ \ \ 0
/,00 ?Л/*> /с; 4&
/,/0
Рисунок 3.11 - Колонна К-101. Графики зависимости примесей легких фракций в продукте куба колонны (Xwri) и примесей тяжелых фракций в продукте верха колонны(Жг) от отбора (е/е0) при различных орошениях и оптимальном вводе питания
Поверхность ГТ1 L - u,n ki-u.uuirx-u.uuutry
0,12 0,1 0,08 ? 0,06 0,04 0,02 О
Ось Z- примеси, % моль
Ось Х- орошение кмоль/ч
Ось У-отбор от потенциала доли ед.
Рисунок 3.12- Линеаризованная зависимость примесей в дистилляте (Xdm) дляК-101
81
1) Поверхность П2
Z.1 =-U,b^^D+U,U«/0'X+U,4yOt3'y
140 12.0 I
Ось Z- примеси, % моль
Ось Х- орошение кмоль/ч
Ось У-отбор от потенциала доли ед.
Рисунок 3.13 - Линеаризованная зависимость примесей вкубе(Х1?л) дляК-101
Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:
Максимальное значение критерия относительной термодинамической разделительной способности колонны N и минимальное значение критерия потерь Мтяготеют к значениям е = во, но в общем случае могут быть отклонения от этого правила, связанные с особенностями постановки технологической задачи и разделительной способностью колонны (например, максимум критерия Лги минимум критерия М могут наблюдаться при разных значениях в);
с увеличением разделительной способности колонны (например, при увеличении кратности орошения) значения с, при которых критерий N достигает максимума, а критерий М~ минимума, сближаются и приближаются к во,
3) обращает на себя внимание факт отчетливой антибатности двух использованных при анализе критериев Nu M. Поскольку критерий М, с одной стороны, более прост по форме вычисления и определения, а, с другой, достаточно точно отражает термодинамическое совершенство процесса, именно такой тип функционала наиболее удобен для практического использования.
Зависимости суммы примесей от отбора в соответствии с рисунками 3.11 -3.13 имеют характер близкий к линейным зависимостям, т.е для целей оперативного управления в рабочих областях изменений е/е0 (например от 0,90 до 0,99 и от 1,01 до 1,10) могут быть использованы их линеаризованные формы.