การสร้างแบบจำลองการไหลของกระบวนการของหน่วยแยกอากาศ

1.1 การไหลของกระบวนการ
โรงงานผลิตก๊าซใช้หน่วยแยกอากาศแช่แข็ง 60,000 m3/h ในกระบวนการผลิตจริงอากาศเข้าสู่ระบบการกลั่นผ่านระบบการบีบอัดระบบ precooling และการขยายตัวเพื่อให้เกิดการแยกก๊าซ บทความนี้ส่วนใหญ่วิเคราะห์กระบวนการผลิตไนโตรเจนและการไหลของกระบวนการผลิตมีดังนี้:
1) อากาศผ่านตัวกรองและเข้าสู่เครื่องอัดอากาศ อากาศอัดจะถูกเบี่ยงเบนผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแผ่นปิดแผ่นส่วนหนึ่งเข้าสู่ระบบการบีบอัดก๊าซในขั้นต่อไปและอีกส่วนหนึ่งแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยสื่อทำความเย็นและเข้าสู่หอกลั่น
2) อัตราการไหลของอากาศที่เข้าสู่ระบบการบีบอัดก๊าซในระยะต่อไปคือประมาณ 5,000 kmol/h ส่วนนี้ของก๊าซเข้าสู่ตัวขยายหลังจากการแลกเปลี่ยนความร้อนและอุณหภูมิประมาณ -120 องศา หลังจากนั้นมันจะถูกกดด้วยตัวขยายความดันประมาณ 0.14 MPa และทำการแลกเปลี่ยนความร้อนและอุณหภูมิลดลงเหลือประมาณ -170 องศา
เข้าสู่หอกลั่น
3) หอการกลั่นแบ่งออกเป็นสองส่วนส่วนบนและล่างซึ่งเป็นอิสระจากกันและเชื่อมต่อซึ่งกันและกันผ่านวาล์วและท่อ หอคอยด้านบนเป็นหอความดันต่ำที่มีความดันประมาณ 140 kPa และหอคอยล่างเป็นหอความดันสูงที่มีความดัน 550 kPa ก๊าซหลังจากการแลกเปลี่ยนความร้อนและก๊าซจากเครื่องขยายเสียงจะถูกส่งกลับไปที่กลางและด้านล่างของหอคอยล่างของหอกลั่น ก๊าซจะถูกแปลงเป็นไนโตรเจนเหลวบางส่วนผ่านคอนเดนเซอร์ด้านบนและเก็บไว้ในถังไนโตรเจนเหลวและอีกส่วนหนึ่งเข้าสู่หอคอยด้านบนเพื่อการกลั่นเพิ่มเติม

1.2 การสร้างแบบจำลองการไหลของกระบวนการ

จะเห็นได้จากกระบวนการแยกอากาศข้างต้นว่ากระบวนการผลิตจริงรวมถึงการบีบอัดการขยายการแยกและกระบวนการอื่น ๆ เมื่อใช้ซอฟต์แวร์ Aspen Plus สำหรับการจำลองกระบวนการโมดูลและฟังก์ชั่นที่ใช้มีดังนี้:
1) คอมเพรสเซอร์อากาศใช้โมดูล ICON2
2) ตัวขยายใช้โมดูล ICON3
3) ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนใช้โมดูล HeatX;
4) หอกลั่นใช้โมดูล Radfrac;
5) ปั๊มใช้โมดูลปั๊ม
6) ตัวแยกใช้โมดูล faplit
ในระหว่างกระบวนการจำลองแบบจำลองการไหลของวัสดุจะเชื่อมต่อกันตามฟังก์ชั่นของโมดูลหน่วยที่แตกต่างกันและกระบวนการจะดำเนินการตามกระบวนการผลิตของออกซิเจน ในระหว่างการจำลองพารามิเตอร์อุปกรณ์ถูกตั้งค่าตามค่าการออกแบบซึ่งความดันสูงสุดของหอกลั่นถูกตั้งค่าเป็น 0.558 MPa ความดันด้านล่างถูกตั้งค่าเป็น 0.564 MPa อุณหภูมิสูงสุดถูกตั้งไว้ที่ -177.62 องศาอุณหภูมิด้านล่างถูกตั้งไว้ที่ -173
65 องศาและจำนวนแผ่นคือ 49 หลังจากการวิเคราะห์การจำลองผลลัพธ์จะแสดงในตารางที่ 1

จากผลการจำลองของแบบจำลองในตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าตัวบ่งชี้ต่าง ๆ ของแบบจำลองนั้นสอดคล้องกับตัวบ่งชี้การออกแบบของหน่วยแยกอากาศ cryogenic ความแตกต่างระหว่างความบริสุทธิ์ของอากาศของเหลวของหอคอยล่างและค่าการออกแบบคือ 0.9%และความผันผวนของค่าการจำลองอยู่ในช่วงที่อนุญาต เอาต์พุตไนโตรเจนจำลองยังอยู่ใกล้กับค่าการออกแบบและข้อผิดพลาดอยู่ในช่วงที่อนุญาต จะเห็นได้ว่าแบบจำลองที่จัดตั้งขึ้นในเวลานี้สามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์การตรวจสอบการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ 1

2 การวิเคราะห์การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

ในกระบวนการแยกก๊าซของหน่วยแยกอากาศแช่แข็งหอคอยล่างของหอกลั่นเป็นอุปกรณ์หลัก จากการวิจัยเกี่ยวกับอุปกรณ์และการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีเสริมวัตถุประสงค์ของการประหยัดพลังงานและการลดการบริโภคสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์กระบวนการของหอคอยล่างของหอกลั่น เวลานี้โมดูล Aspen Plus Sensitivity ถูกนำมาใช้เพื่อทำการวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับพารามิเตอร์กระบวนการที่แตกต่างกันของหอคอยล่างของหอกลั่นและได้รับแผนการดำเนินงานกระบวนการที่ดีที่สุด
2.1
ความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งอาหารสัตว์และภาระความร้อน
ในระหว่างกระบวนการจำลองพารามิเตอร์อื่น ๆ จะไม่เปลี่ยนแปลงตำแหน่งฟีดก็เปลี่ยนไปและภาระความร้อนที่ด้านบนของหอก็เปลี่ยนไป ผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 1 ดังที่แสดงในรูปที่ 1 เมื่อพารามิเตอร์อื่นยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนตำแหน่งอาหารของหอคอยล่างของหอกลั่นการโหลดความร้อนที่ด้านบนของหอคอยจะค่อยๆลดลงจนกว่าตำแหน่งอาหาร จะเห็นได้ว่าแผ่นหอคอยที่ 33 เป็นตำแหน่งอาหารที่ดีที่สุด
2.2 ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลของอาหารสัตว์และการผลิตไนโตรเจนและความบริสุทธิ์โดยการเปลี่ยนอัตราการไหลของฟีดของหอคอยที่ต่ำกว่าและรักษาพารามิเตอร์อื่น ๆ ไม่เปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลงในการผลิตและความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนเหลวที่ด้านบนของหอกลั่นจะแสดงในรูปที่ 2 สอดคล้องกับทฤษฎี ดังที่แสดงในรูปเมื่ออัตราการไหลของฟีดของหอคอยต่ำกว่า 804 kmol/h ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนเหลวสูงกว่า 99.999%ซึ่งตรงกับความต้องการก๊าซของอุตสาหกรรมโลหะ ในเวลานี้ผลผลิตคือ 3,230 kmol/h ซึ่งค่อนข้างแตกต่างจากอัตราการไหลของฟีดเริ่มต้นที่ 761.3 kmol/h และเอาต์พุตไนโตรเจนเหลว 3,187.38 kmol/h จะเห็นได้ว่าควรควบคุมอัตราการไหลของฟีดถึง 804 kmol/h ซึ่งสามารถเพิ่มเอาต์พุตในขณะที่มั่นใจได้ถึงความบริสุทธิ์ของไนโตรเจน
2.3 ผลของอุณหภูมิต่อผลิตภัณฑ์
การรักษาพารามิเตอร์อื่น ๆ ไม่เปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลของไนโตรเจนของเหลวถูกตรวจสอบโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิและผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 3 ดังแสดงในรูปที่ 3 อัตราการไหลของไนโตรเจนของเหลวมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับอุณหภูมิอาหาร ดังนั้นจึงเหมาะสมกว่าที่จะตั้งค่าอุณหภูมิอาหารสัตว์ไว้ที่ -173 องศา หากอุณหภูมิสูงเกินไปมันจะส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์แยกอากาศที่ตามมาเพื่อแยกออกซิเจน, อาร์กอน, ฯลฯ ; หากอุณหภูมิต่ำเกินไปการใช้พลังงานมีขนาดค่อนข้างใหญ่ซึ่งไม่ตรงตามวัตถุประสงค์ของการประหยัดพลังงานและการลดการบริโภค

3 การประยุกต์ใช้รูปแบบการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการในทางปฏิบัติ

ก๊าซที่ผลิตโดยโรงงานบางแห่งส่วนใหญ่จะถูกขายให้กับ บริษัท โลหะและไนโตรเจนที่ผลิตจะถูกส่งโดยตรงไปยังองค์กรโลหะวิทยาเป็นก๊าซป้องกัน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยการลดลงของเศรษฐกิจตลาดและการเพิ่มขึ้นของต้นทุนแรงงานผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของโรงงานลดลงและต่ำลง ภายใต้สถานการณ์เช่นนี้โรงงานเสนอให้เปลี่ยนสถานการณ์กระบวนการผลิตเพื่อลดการใช้พลังงานจลน์ของอุปกรณ์และเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ หลังจากการวิจัยและการวิเคราะห์โรงงานได้ดำเนินการปรับปรุงกระบวนการในเดือนมีนาคม 2565 แผนการปรับปรุงคือ: ความดันหอการกลั่นถูกตั้งค่าเป็น 0.56 MPa อุณหภูมิอาหารของหอคอยต่ำจะถูกตั้งไว้ที่ -173 องศา เนื่องจากการปรับปรุงกระบวนการโหลดความร้อนของหอกลั่นจะลดลงดังนั้นความสามารถในการจัดการอากาศของหน่วยแยกอากาศแช่แข็งสามารถเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสมจึงเพิ่มการส่งออกของไนโตรเจน ดังนั้นในระหว่างการปรับปรุงกระบวนการอัตราการไหลของฟีดของระบบการบีบอัดอากาศจะเปลี่ยนไปในเวลาเดียวกันและผลการใช้งานของหน่วยแยกอากาศแช่แข็งจะถูกวิเคราะห์ภายใต้โหลดที่แตกต่างกัน รอบการตรวจสอบของแต่ละโหลดคือ 10 วันและสถานการณ์การผลิตแสดงในตารางที่ 2
จะเห็นได้จากตารางที่ 2 ว่าหลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการโหลดสูงสุดของสภาพการทำงานของตัวแปรสามารถถึง 120% ของโหลดดั้งเดิมและเอาต์พุตของไนโตรเจนและไนโตรเจนเหลวเพิ่มขึ้นในกรณีนี้ ยิ่งไปกว่านั้นที่โหลด 120% ภาระความร้อนที่ด้านบนของหอกลั่นเปลี่ยนจาก -8.29 MW เป็น -7.67 MW ประหยัดพลังงาน 7.48% หลังจากวิเคราะห์กำลังของอุปกรณ์จะเห็นได้ว่ากำลังของอุปกรณ์ภายใต้โหลดที่ต่ำกว่า 120% ลดลง 132 kW · h ค่าไฟฟ้าอุตสาหกรรมในพื้นที่ที่โรงงานตั้งอยู่คือ 0.69 หยวน (/ kw · h) ตามการดำเนินงานของอุปกรณ์เป็นเวลา 330 วันต้นทุนพลังงานประจำปีสามารถประหยัดได้ 721,000 หยวน ในแง่ของเอาต์พุตผลิตภัณฑ์หลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการแล้วไนโตรเจนเอาท์พุทเพิ่มขึ้น 450.54 kmol/h, เอาต์พุตไนโตรเจนของเหลวแรงดันกลางเพิ่มขึ้น 625.48 kmol/h และเอาต์พุตไนโตรเจนของเหลวแรงดันต่ำเพิ่มขึ้น 281.34 kmol/h หลังจากการคำนวณกำไรสามารถเพิ่มขึ้น 3.876 ล้านหยวนตลอดทั้งปี จะเห็นได้ว่าการปรับปรุงกระบวนการสามารถสร้างรายได้ 4.597 ล้านหยวนสำหรับองค์กรตลอดทั้งปี