Konstruksjon av prosessstrømningsmodell for luftseparasjonsenhet

1.1 Prosessstrøm
Et gassproduksjonsanlegg bruker en kryogen luftseparasjonsenhet på 60 000 m3/t. I den faktiske produksjonsprosessen kommer luft inn i destillasjonssystemet gjennom komprimeringssystemet, forkol- og ekspansjonssystemet for å oppnå gassseparasjon. Denne artikkelen analyserer hovedsakelig nitrogenproduksjonsprosessen, og dens produksjonsprosessstrøm er som følger:
1) Luften passerer gjennom filteret og kommer inn i luftkompressoren. Den komprimerte luften avledes gjennom plate-fin varmeveksler, den ene delen kommer inn i neste trinns gasskompresjonssystem, og den andre delen utveksler varme med kjølemediet og kommer inn i destillasjonstårnet;
2) Luftstrømningshastigheten som kommer inn i neste trinns gasskompresjonssystem er omtrent 5000 kmol/t. Denne delen av gassen kommer inn i ekspanderet etter varmeutveksling, og temperaturen er omtrent -120 grader. Etter det blir det trykket over av ekspanderen, trykket er omtrent 0,14 MPa, og varmeutveksling utføres, og temperaturen reduseres til omtrent -170 grad
Gå inn i destillasjonstårnet;
3) Destillasjonstårnet er delt inn i to deler, de øvre og nedre delene, som er uavhengige av hverandre og koblet til hverandre gjennom ventiler og rørledninger. Det øvre tårnet er et lavttrykkstårn med et trykk på omtrent 140 kPa, og det nedre tårnet er et høyt trykktårn med et trykk på 550 kPa gassen etter varmeutveksling og gassen fra ekspanderen blir sendt tilbake til midten og bunnen av det nedre tårnet til destillasjonstårnet. Gassen omdannes delvis til flytende nitrogen gjennom toppkondensatoren og lagres i den flytende nitrogentanken, og den andre delen kommer inn i det øvre tårnet for ytterligere destillasjon.

1.2 Konstruksjon av prosessstrømningsmodell

Det kan sees fra ovennevnte luftseparasjonsprosess at den faktiske produksjonsprosessen inkluderer komprimering, utvidelse, separasjon og andre prosesser. Når du bruker Aspen Plus -programvare for prosesssimulering, er modulene og funksjonene som brukes som følger:
1) Luftkompressoren bruker COMP-ICON2-modulen;
2) Expander bruker COMP-ICON3-modulen;
3) Varmeveksleren bruker HeatX -modulen;
4) Destillasjonstårnet bruker Radfrac -modulen;
5) Pumpen bruker pumpemodulen;
6) Splitteren bruker FAPLIT -modulen.
Under modellsimuleringsprosessen er materialstrømmen koblet til hverandre i henhold til funksjonene til forskjellige enhetsmoduler, og prosessen utføres i henhold til produksjonsprosessen til oksygen. Under simuleringen ble utstyrsparametrene satt i henhold til designverdiene, der topptrykket til destillasjonstårnet ble satt til 0,558 MPa, det nederste trykket ble satt til 0,564 MPa, topptemperaturen ble satt til -177,62 grader, den nederste temperaturen ble satt til -173.
65 grader, og antall plater var 49. Etter simuleringsanalyse er resultatene vist i tabell 1.

Fra simuleringsresultatene fra modellen i tabell 1, kan det sees at de forskjellige indikatorene på modellen i utgangspunktet er i samsvar med designindikatorene for den kryogene luftseparasjonsenheten. Forskjellen mellom flytende luftrenhet i det nedre tårnet og designverdien er 0,9%, og svingningen i simuleringsverdien er innenfor det tillatte området. Den simulerte nitrogenutgangen er også nær designverdien, og feilen er innenfor det tillatte området. Det kan sees at modellen som er etablert denne gangen kan brukes til prosessoptimaliseringsverifiseringsanalyse1.

2 Prosessoptimaliseringsanalyse

I gassseparasjonsprosessen til den kryogene luftseparasjonsenheten er det nedre tårnet i destillasjonstårnet kjerneutstyret. I henhold til forskningen på utstyret og den hjelpestrømte teoretiske analysen, kan formålet med energisparing og forbruksreduksjon oppnås ved å endre prosessparametrene til det nedre tårnet i destillasjonstårnet. Denne gangen ble Aspen Plus -følsomhetsmodulen brukt til å utføre en detaljert analyse av de forskjellige prosessparametrene til det nedre tårnet i destillasjonstårnet, og den optimale prosessoperasjonsplanen ble oppnådd.
2.1
Forholdet mellom fôrposisjon og varmebelastning
Under simuleringsprosessen ble andre parametere holdt uendret, fôrposisjonen ble endret, og varmebelastningen på toppen av tårnet endret. Resultatene er vist i figur 1. Som vist i figur 1, når de andre parametrene forblir uendret, ved å endre fôrposisjonen til det nedre tårnet i destillasjonstårnet, vil varmebelastningen øverst på tårnet gradvis redusere til fôrposisjonen er satt til 33rd tårnplaten, og varmebelastningen på toppen av tårnet forblir konstant. Det kan sees at den 33. tårnplaten er den beste fôrposisjonen.
2.2 Forholdet mellom fôrstrømningshastighet og nitrogenproduksjon og renhet Ved å endre fôrstrømningshastigheten til det nedre tårnet og holde andre parametere uendret, er endringene i produksjonen og renheten til flytende nitrogen øverst på destillasjonen til det samme viste at Purefiguren er vist i figur 2. I det samme er væsken som er vist i fôrstårnet, er den samme tiden. avtar, noe som også er i samsvar med teorien. Som vist på figuren, når fôrstrømningshastigheten til det nedre tårnet er under 804 kmol/t, er renheten til flytende nitrogen over 99.999%, som oppfyller gassbehovet fra den metallurgiske industrien. På dette tidspunktet er utgangen 3 230 kmol/t, som er ganske forskjellig fra den innledende strømningsstrømningshastigheten på 761,3 kmol/t og den flytende nitrogenutgangen på 3,187,38 kmol/t. Det kan sees at fôrstrømningshastigheten skal kontrolleres til 804 kmol/t, noe som kan øke produksjonen mens du sikrer renhet av nitrogen.
2.3 Effekt av temperatur på produkter
Holder andre parametere uendret, endringen av flytende nitrogenstrømningshastighet kontrolleres ved å endre temperaturen, og resultatene er vist i figur 3. Som vist i figur 3, er den flytende nitrogenstrømningshastigheten positivt korrelert med fôrtemperaturen, men med temperaturendringen er endringen av flytende nitrogenproduksjonen relativt liten, og den har liten effekt på den faktiske fakturen. Derfor er det mer hensiktsmessig å sette matetemperaturen til -173 grad. Hvis temperaturen er for høy, vil den påvirke den påfølgende luftseparasjonsanordningen for å skille oksygen, argon osv.; Hvis temperaturen er for lav, er energiforbruket relativt stor, noe som ikke oppfyller formålet med energisparing og reduksjon av forbruk.

3 Praktisk anvendelse av prosessoptimaliseringsskjema

Gassen produsert av en viss fabrikk selges hovedsakelig til metallurgiske foretak, og nitrogenet som produseres leveres direkte til metallurgiske foretak som en beskyttende gass. De siste årene, med nedgangen i markedsøkonomien og økningen av arbeidskraftskostnadene, har de økonomiske fordelene ved fabrikken blitt lavere og lavere. Under slike omstendigheter foreslo fabrikken å endre produksjonsprosesssituasjonen for å redusere det kinetiske energiforbruket av utstyret og dermed øke økonomiske fordeler. Etter forskning og analyse gjennomførte fabrikken prosessforbedringer i mars 2022. Forbedringsplanen er: Destillasjonstårnetrykket er satt til 0,56 MPa, det nedre tårnmatetemperaturen er satt til -173 grad, det nedre tårnmatningsmengden justeres til 804 kmol/t, og fôrposisjonen er satt på 33RD -tårnet. På grunn av prosessforbedring vil varmebelastningen til destillasjonstårnet bli redusert, slik at lufthåndteringskapasiteten til den kryogene luftseepsjonenheten kan økes på riktig måte, og dermed øke produksjonen av nitrogen. Under prosessforbedringen endres derfor fôrstrømningshastigheten for luftkompresjonssystemet samtidig, og påføringseffekten av den kryogene luftseparasjonsenheten blir analysert under forskjellige belastninger. Bekreftelsessyklusen for hver belastning er 10 dager, og produksjonssituasjonen er vist i tabell 2.
Det kan sees fra tabell 2 at etter prosessoptimaliseringen kan den maksimale belastningen på den variable arbeidstilstanden nå 120% av den opprinnelige belastningen, og utgangen av nitrogen og flytende nitrogen økes i dette tilfellet. Videre, med 120% belastning, endret varmebelastningen øverst i destillasjonstårnet fra -8,29 MW til -7,67 MW, og sparte 7,48% av energien. Etter å ha analysert utstyrets kraft, kan det sees at kraften til utstyret under 120% belastning reduseres med 132 kW · t. Den industrielle elektrisitetskostnaden i området der fabrikken ligger 0,69 yuan (/ kw · h). I henhold til utstyrsoperasjonen i 330 dager, kan den årlige strømkostnaden spares med 721 000 yuan. Når det gjelder produktutgang, etter prosessoptimalisering, økte nitrogenutgangen med 450,54 kmol/t, den middels trykk flytende nitrogenutgang økte med 625,48 kmol/t, og lavtrykksvæsken nitrogenutgang økte med 281,34 kmol/h. Etter beregning kan overskuddet økes med 3,876 millioner yuan gjennom året. Det kan sees at prosessforbedringen kan skape 4,597 millioner inntekter for bedriften gjennom året.