Simulacijsko istraživanje dinamičkog vladanja industrijskih procesa

Simulacijsko istraživanje dinamičkog vladanja
industrijskih procesa
Gregor Buhanec
UVOD
METODIKA
UniSIM Design sučelje:
Za djelotvoran i siguran rad te proizvodnju produkata zadanog sastava u
destilacijskim kolonama potrebno je projektirati i ugoditi sustav za vođenje
destilacijske kolone. Regulacijski krugovi moraju biti optimalno ugođeni kako bi
održavali stabilan rad te kompenzirali poremećaje i međudjelovanja regulacijskih
krugova. Postoji više struktura sustava za vođenje, a koja će se primijeniti ovisi o
čitavom nizu čimbenika, kao što su komponente koje se prerađuju, uvjeti prerade, te
vrsta destilacije.
Procesni uvjeti:
Pojna smjesa:
T = 100.1°C
p = 320 kPa
Sastav: n-heksan: 0.29
benzen: 0.12
toluen: 0.59
Cilj ovog rada je provesti dinamičku simulaciju procesa destilacije smjese n-heksan –
benzen – toluen u destilacijskoj koloni koja se vodi pomoću pet regulacijskih krugova.
Simulacija je izvedena u programskom paketu UniSIM Design koji omogućava
detaljno projektiranje i simulaciju dinamičkog vladanja procesa te ima vrlo široku
primjenu kod projektiranja procesnih sustava.
Zadane vrijednosti:
 Refluksni omjer, R = 1.7
 Maseni udio benzena u
produktu dna = 0.5%
REZULTATI
ANALIZA VLADANJA REGULACIJSKIH KRUGOVA
PRI PROMJENI TEMPERATURE POJNE SMJESE
44000
110
80
42000
Protok pojne smjese - procesna
vrijednost
Otvorenost ventila
38000
70
36000
65
100
0,510
95
0,505
90
0,500
0,495
85
34000
Temperatura pojne smjese
0,485
75
30000
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Vrijeme, min
60,0
70,0
80,0
Maseni udio benzena u produktu dna procesna vrijednost
70
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
Vrijeme, min
50,0
60,0
Maseni udio benzena u produktu
dna
0,510
0,505
38000
0,500
36000
0,495
0,490
34000
0,485
32000
0,480
30000
20,0
30,0
40,0
50,0
Vrijeme, min
60,0
70,0
80,0
Promjenom temperature
pojne smjese u sustavu
nema dovoljno topline da
usmjeri benzen u produkt
vrha pa se udio benzena u
produktu dna povećava.
Protok pare u isparivač
se povećava, raste
temperatura u koloni i
benzen je usmjeren u
produkt vrha.
Maseni udio benzena u produktu
dna - procesna vrijednost
0,520
Maseni udio benzena u produktu dna
0,515
Maseni udio benzena u produktu
dna - zadana vrijednost
0,3
0,490
0,2
0,470
0,1
0
0,450
20
Karakteristične veličine regulatora masenog
udjela benzena u produktu dna
60
Vrijeme, min
Maseni udio benzena u produktu dna zadana vrijednost
15
0,530
Maseni udio benzena u produktu dna procesna vrijednost
15
14,5
Otvorenost ventila protoka pare u
isparivač
0,500
14
0,495
13,5
14,5
0,510
Otvorenost ventila
14
0,490
13,5
0,490
13
0,485
0,470
13
12,5
0,480
10,0
20,0
30,0
40,0
Vrijeme, min
50,0
60,0
80
100
120
15,5
70,0
12
80,0
0,450
12,5
0
20
40
60
Vrijeme, min
80
100
Promjena sastava
pojne smjese ne
utječe na sastav
produkta dna kolone ,
ali se dotok pare u
isparivač povećava
kako bi se sastav
prudukta dna kolone
zadržao unutar
zadanih vrijednosti.
120
Usporedba utjecaja otvorenosti ventila
protoka pare na sastav vrha
Usporedba utjecaja otvorenosti
ventila protoka pare na sastav vrha
17
Maseni udio benzena u produktu
dna - zadana vrijednost
Maseni udio benzena u produktu
dna - procesna vrijednost
16
0,510
Otvorenost ventila protoka pare u 15
isparivač
0,505
0,500
0,495
14
0,490
0,485
Maseni udio sasatojaka u produktu vrha
0,515
0,8
Otvorenost ventila, %
0,520
20
19
0,7
18
Maseni udio n-heksana u produktu vrha
17
0,6
16
Maseni udio benzena u produktu vrha
0,5
15
Otvorenost ventila protoka pare u
isparivač
14
0,4
Otvorenost venitla, %
0,525
40
0,510
0,505
0,510
0,4
16
15,5
0,0
Maseni udio benzena, %
0,5
Odziv regulatora masenog udjela
benzena u produktu dna
0,475
Povećana količina
benzena u produktu dna
zahtjeva povećani dotok
topline u isparivač kako
bi višak benzena bio
preusmjeren u produkt
vrha i tako održao
sastav produkta dna
unutar zadanih
vrijednosti.
0,530
Toluen
0,550
0,525
0,550
13
13
12
0,3
0,480
11
0,475
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Vrijeme, min
60,0
70,0
80,0
12
90,0
0,2
10
0
10
20
30
40
Vrijeme, min
50
60
70
Povećanim dotokom
pare u isparivač,
mijenja se sastav vrha
kolone. Maseni udio
n-heksana raste, a
maseni udio benzena se
smanjuje što je logično
jer je n-heksan
komponenta s većim
tlakom para od benzena
80
Promjena sastava pojne
smjese znatno utječe
na sastav produkta
vrha. Udio n-heksana se
smanjuje, udio benzena
se povećava, dok maseni
udio toluena ostaje
nepromijenjen. Za
potpunu stabilizaciju
sastava vrha kolone
potrebno je više
vremena, no za
stabilizaciju sastava
produkta dna.
ZAKLJUČAK
Promjena protoka pojne smjese:
 Dovodi sustav u prijelazno stanje
 Period stabilizacije je 30 min za
zadani kriterij masenog udjela u
produktu dna
Promjena temperature pojne smjese:
Promjena sastava pojne smjese:
 Dovod vodene pare u isparivač 
porast T u koloni
 Utjecaj na sastav vrha
 Ne utječe na sastav produkta dna, već
na sastav produkta vrha
 Period stabilizacije je 20 min
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije
Zavod za mjerenja i automatsko vođenje procesa
0,8
15,5
0,7
15
0,6
14,5
Maseni udio benzena u produktu
vrha
0,5
Maseni udio n-heksana u produktu
vrha
Otvorenost ventila
0,4
14
13,5
0,3
13
0,2
12,5
0
20
40
60
Vrijeme, min
80
100
120
Primjenom softverskih paketa:
 Razvoj dinamičkih modela i simulacija
vladanja industrijskih procesa
 Analiza vladanja procesa daje korisne
informacije pri projektiranju i razvoju
naprednih metoda vođenja procesa
destilacije
[email protected]
[email protected]
Otvorenost ventila, %
10,0
0,475
90,0
n-heksan
Maseni udio tvari u sastojakau produktu vrha
Protok, kgh-1
40000
Povećanjem protoka
pojne smjese, trenutno
se povećava količina
benzena na ulazu u
destilacijsku kolonu.
Zahtjevnost regulacije
sastava produkta dna
destilacijske kolone
uvjetuje duže vrijeme
stabilizacije sastava
produkta dna.
Maseni udio benzena, %
0,515
Maseni udio benzena, %
42000
0,520
0,6
0,475
80,0
70,0
Vrijednosti regulatora masenog
udjela benzena u produktu dna
0,525
Benzen
0
Usporedba utjecaja protoka pojne smjese i masenog
udjela benzena u produktu dna
Promjena protoka pojne smjese procesna vrijednost
0,480
Maseni udio, %
0,0
55
90,0
Poremećaj:
 w(n-heksan) = 0.23
 w(toluen) = 0.47
 w(benzen) = 0.30
0,490
32000
0,0
Poremećaj:
 pojna smjesa ulazi na 75°C
80
60
44000
T(pojne smjese) = 100.1°C
Otvorenost ventila, %
 povećanje F za 30%
 F = 44 200 kg/h
75
Temperatura, °C
Protok, kgh-1
Poremećaj:
 w(n-heksan) = 0.29
 w(toluen) = 0.59
 w(benzen) = 0.12
0,515
Otvorenost ventila, %
 F = 34 000kg/h
40000
0,7
0,520
105
Maseni udio benzena, %
Ulaz u kolonu:
Sastav pojne smjese:
0,525
Maseni udio sastojaka u pojnoj smjesi
85
Protok pojne smjese - zadana
vrijednost
Usporedba utjecaja promjene sastava pojne smjese i
masenog udjela benzena u produktu dna
Usporedba utjecaja temperature pojne smjese i
masenog udjela benzena u produktu dna
Maseni udio benzena, %
Djelovanje regulatora protoka pojne smjese
ANALIZA VLADANJA REGULACIJSKIH KRUGOVA
PRI PROMJENI SASTAVA POJNE SMJESE
Otvorenost ventila, %
ANALIZA VLADANJA REGULACIJSKIH KRUGOVA
PRI POREMEĆAJU PROMJENE PROTOKA

Download Report