ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Алгоритм разработки оптимальных технологических схем обычных ректификационных систем с применением динамического программирования из "Математические основы автоматизированного проектирования химических производств" С развитием нефтехимической и химической отраслей промышленности возникла необходимость утилизации большинства продуктов, которые ранее рассматривались как побочные. В связи с этим возрастает число продуктовых компонентов, получаемых с одной РКС данного производства, и соответственно увеличивается число необходимых колонн в РКС. Так, например, с большим числом компонентов сталкиваются при разделении смесей углеводородов, продуктов оксосинтеза, жирных кислот и спиртов. С ростом числа разделяемых компонентов резко у,величива1ется количество возможных альтернатив1ных вариантов технологических схем обычных многоколонных РКС. [c.296] Необходимость расчета для каждого альтернативного варианта всей технологической схемы РКС делает, как отмечалось выше, чрезвычайно трудоемкой задачу синтеза оптимальной схемы системы разделения путем прямого перебора всех вариантов. Метод динамического программирования в химической теХ)Нологии, как правило, применяется для выбора оптимального ргжима каждой подсистемы (ступени) многостадийной ХТС, содержащей последовательно-параллельные технологические связи между подсистемами. Ниже будет показано, что и задача разработки оптимальной схемы обычной многоколошой РКС может быть сформулирована как задача динамического программирования. Такой подход позволяет резко уменьшить трудоемкость задачи синтеза и практически решать ее с помощью ЭВМ при большом числе компонентов. [c.296] Рассмотрим обычную многоколонную РКС, состоящую из простых ректификационных колонн, при одинаковом давлении а колоннах, а также одинаковых условиях подачи сырья в каждую колонну (например, при температуре кипения жидкости) и подачи тепла и холода (например, парциальный кипятильник и полный дефлегматор). Пусть, кроме того, смесь азеотропна и исходная информация включает требования к количеству легких и тяжелых примесей в каждом продукте. [c.296] Условие минимальности числа отдельных ректификационных колонн, характерное для обычных РКС, приводит к тому, что каждый компонент может быть тяжмым (или легким) ключевым компонентом не более чем для одной ректификационной колонны. Это позволяет упорядочить вое потенциальные ректификационные колонны, которые могут входить в любую схему разделения данной л -компоя0нтной смеси. [c.296] Обоз1начим приведенные затраты на разделение в рассматриваемой колонне при некотором оптимальном флегмовом числе через Эта величина не должна зависеть от схемы разделения. Методика ее упрощенного расчета будет вкратце описана ниже. [c.297] Особенностью задачи является также то, что объем информации, перерабатываемой на каждой стадии, существенно различен. Если на 1-ой стадии (1 = 2) выбор вообще не производится [К= = 1), то при 1=3 величина К пробегает значения 1 и 2, а при 1 = Ы уже может принимать значения от 1 до Л —1. Переменным является и число вычисляемых йа каждой стадии функций л-, определяемое диапазоном изменения параметра I. [c.298] Хранящиеся в памяти ЭВМ оптимальные значения параметров К используются при обратной процедуре, в результате которой получают информацию об оптимальной схеме РКС. [c.298] По оптимальному параметру /Сл/, 1= 1 из памяти выбираются значение Рл,1 и оптимальный параметр Ка, и а также значение Рц-А,А+1 п оптимальный параметр Ку-л, а+1=А2. Параметры А% и Лг используются прп следующем шаге выборки. Процесс обратной процедуры в общем случае является ветвящимся. Он может быть определенным образом упорядочен. После завершения обратной процедуры из ЭВМ выводится следующая информация для каждой колонны по ходу найденной оптимальной схемы разделения I, I, Ь (номер тяжелого ключевого компонента в общем списке) и М (приведенные затраты на разделение в данной колонне). [c.298] Рассмотрим теперь процесс решения задачи в целом, включая расчет приведенных затрат 1,1, к- Входная информация, кроме данных о составе сырья и требований к продуктам разделения, содержит также данные о свойствах компонентов, параметрах оборудования (к. п. д. тарелок н коэффициентах теплопередачи в дефлегматорах и кипятильниках), параметрах хладагента в дефлегматоре и теплоносителя в кипятильнике, а также различные стоимостные и экономические коэффициенты. [c.298] Приведенные затраты на разделение 3/, J, к определяются капиталовложениями на оборудование и эксплуатационными расходами. Задача расчета приведенных затрат для ректификационных колонн с дефлегматорами и кипятильниками может быть решена с использованием потарелочных расчетов зависимости необходимого числа тарелок от нагрузок на дефлегматор и кипятильник прн заданных требованиях к качеству продуктов разделения. Этот метод может быть использован и при решении задачи синтеза оптимальных схем разделения смесей с большим числом компонентов. [c.299] Однако в целях сокращения затрат машинного времени при выборе схемы целесообразнее применять приближе1нные методы. В частности, можно использовать метод Фенске—Андервуда (минимальное число тарелок рассчитывается по уравнению Фенске, а минимальное флегмовое число —по уравнению Андервуда). Оптимальное флегмовое число определялось известными методами расчета. [c.299] Для расчета числа тарелок использовался график Джиллилен-да, представленный в виде корреляционных уравнений.. Далее стоимость ректификационной колонны определялась как величина пропорциональная произведению потока паров на число таре лок. [c.299] Стоимость теплообменной аппаратуры принималась пропорциональной массе аппарата при заданных значениях коэффициента теплопередачи и температур хладагента или теплоносителя. Для расчета мольной теплоты испарения и конденсации продуктов разделения использовалось правило Трутона. Эксплуатационные затраты рассчитывались с учетом расхода хладагента и теплоносителя, а также энергии на перекачку флегмы. Для учета стоимости вспомогательного оборудования (производственное здание, КИП и т. д.) вводились поправочные коэффициенты к стоимости основного технологического оборудования. [c.299] Следует отметить, что расчет приведенных затрат на разделение смеси 3/, к осуществляется по отдельному алгоритму, который может быть легко модифицирован. [c.299] Рассмотрим результаты использования метода динамического программирования при. построении оптимальной технологической схемы обычной РКС для разделения пятикомпонентной смеси пропан (Л) — изобутан (В) — н-бутан(С) — изопентан( )) — н-пен тан( ) при заданной нагрузке по величине потока исходной смеси. В этом случае в синтезируемой системе не учитывается возможность интегрального использования энергетических потоков. [c.299] При решении задачи оптимального выбора типа разделения (точки деления) используются следующие основные соотношеяяя,. [c.299] Если давлещие в колонне больше, чем 3,4 кгс/см , выражение для Зк необходимо умножить на величину 1+0,0147 (Р—3,4) . [c.301] Эксплуатационные расходы на текущий ремонт принимаются равными 2% от общей стоимости монтажа колонны и моитажа тарелок. [c.301] Вернуться к основной статье