Ректификациялық колоннадағы мұнайды бірінші реттік өңдеу процесін айқын емес жиындар теориясы арқылы автоматтандыру
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада ректификациялық колоннадағы мұнайды бірінші реттік өңдеу
процесін айқын емес жиындар теориясы арқылы автоматтандыру мәселесі
қарастырылған.
Негізгі бөлімде ректификациялық
колонна технологиясының, жұмыс жасау
принциптерінің сипаттамалары туралы мағлұматтар берілді.
Арнайы бөлімде айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның жоғарғы
бөлігінің температурасын реттеу жүйесінің моделі құрылды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде санитарлы қорғаныс аймағының жоспары мен
желдер розасы тұрғызылды.
Экономикалық бөлімде кәсіпорынның таза пайдасы есептелді және
экономикалық тиімділігі анықталды.
Аннотация
В данном дипломном проекте
рассмотрены вопросы автоматизаций
технологического процесса первичной переработки нефти в ректификационной колонне
с помощью теорий нечетких множеств.
В основной части дипломного проекта дано описание технологии ректификационной
колонны и его принципа работы.
В специальной части построена модель системы регулирования температуры в верхней
части колонны с помощью теории нечетких множеств.
В разделе безопасности жизнедеятельности построена санитарно - защитная зона
предприятия и роза ветров.
В экономической части рассчитана прибыль предприятия и определена экономическая
эффективность.
Мазмұны
Кіріспе
1 тарау. Негізгі бөлім
1.1 Мұнайдың құрамы, негізгі технологиялық сипаттамалары
1.2 Мұнайды өңдеу процестері
1.3 Мұнайды өңдеудің ректификация әдісі
1.4 Есептің қойылымы
2 тарау. Арнайы бөлім
2.1 Колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасы
2.2 Жүйенің математикалық үлгісі
2.3 Дәстүрлі әдіс бойынша колоннаның жоғарғы бөлігінің
температурасын реттеу жүйесінің математикалық үлгісі мен құрылымдық
сұлбасы
2.4 Айқын емес жиындар теориясы туралы түсінік
2.5 Айқын емес жиындар теориясы негізінде колоннаның жоғарғы
бөлігінің температурасын реттеу алгоритмін құру
2.6 Айқын емес реттеуіштерді қолданып реттеу жүйесін құру
2.7 Программалық қамтамасыздандырудың сипаттамасы
2.8 Дәстүрлі және айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеудің өтпелі сипаттамаларын
салыстыру
3 тарау. Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімі
3.1. Мұнайды қайта өңдеу кәсіпорнының табиғатты қорғау жұмысын
бағалау
3.2. Зиянды және қауіпті факторлардың пайда болуы және олардың тірі
организмге әсері
3.3. Санитарлы - қорғаныс аймақты анықтап және зиянды қоспалардың
атмосферада сейілуін есептеу
3.4. Санитарлы қорғаныс аймағының шекарасын анықтау
4 тарау. Техника-экономикалық негіздеме бөлімі
4.1 Жобаның бейнеленуі
4.2 Өндірістік жоспар
4.3 Айқын емес модель негізіндегі реттеу жүйесін енгізгеннен кейінгі
техникалық-экономикалық тиімділігі
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
7
8
8
14
18
23
24
24
26
26
30
32
34
37
40
43
44
45
47
51
55
56
56
58
62
63
Кіріспе
Мұнай - химиялық өндірісте технологиялық процесс нәтижесінде мұнайдың құрамын
компоненттерге бөлу әдісін ректификация деп атайды. Ректификация процесінің
мақсаты - әртүрлі қайнау температуралары бар қоспаларды бөлу. Мұнайдың құрамы
күрделі болғандықтан, оны фракцияларға бөлу процесіндегі кейбір параметрлерді
бақылау қиынға соғады немесе мүмкін емес. Техниканың дамуымен материалды және
энергетикалық ресурстарды
шектеуге байланысты оптималды режим іздеуге
негізделген тұтас әрі икемді реттеу жүйесін құру маңызды болып табылады. Қазіргі
уақытта өнеркәсіптік өндірістің көпшілігінде (энергетикалық, металлургиялық,
мұнайды қайта өңдеу т.б.) реттелетін объектілердің жүрісіне қарай статистикалық
ақпараттың жеткілікті болмауына байланысты, оптималды реттеу айқын емес шартында
жүретін күрделі жүйелердің класына жатады.
Мұндай есептерді шешу үшін қажетті мәліметтерді айқын емес жиындар
теориясы береді.
Айқын емес жиындар теориясын қолданып үлгілерді құру әдістерінің артықшылығына
келесілерді жатқызуға болады: дәстүрлі әдіспен жасалған математикалық үлгі
бақыланатын параметрлердің көп сандылығына байланысты қажетті сипаттамаларды
бермейді, сондықтан айқын емес жиындар теориясы объекттің эффективті үлгісін
құруға мүмкіндік береді.
Осы дипломдық жобада ректификациялық колоннадағы мұнайды бірінші реттік
өңдеудің технологиялық процесіне талдау жасалып, айқын емес жиындар теориясын
қолданып, автоматтандыру жүйелері қарастырылды.
Материалды баяндалуы МАТLAB бағдарламалық ортасының мүмкіншіліктерінің
қолдануына негізделеді.
1 тарау. Негізгі бөлім
1.1 Мұнайдың құрамы, негізгі технологиялық сипаттамалары
Скважиналардан шығарып алынатын мұнайдың құрамында жолай газ,
механикалық қоспалар (құм, топырақ) және әрқашанда қаттық (қыртыс) сулар болады.
Әдетте қаттық судың құрамында 30 - 35 % шамасында еріген тұздар - натрий, кальций,
магний хлоридтері мен бикарбонаттары, ал карбонаттары мен сульфаттары сирек
кездеседі. Оның ішінде хлоридтер өте зиянды. Сонымен қатар тез ұшқыш органикалық
(метаннан бутанға дейін) және бейорганикалық (H2S, CO2) газдық компоненттері
болады. Мұнай өңдейтін зауытқа түсетін мұнай құрамындағы тұздың 50 млл, судың
мөлшері 1% шамасында болуға тиіс. Мұнайдың құрамында түрлі қоспалардың болуы
оның тасымалдануын және өңделуін айтарлықтай қиындатады.
Мұнайдың сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық және химиялық
сипаттамалармен анықталады. Оның тығыздығын, тұтқырлығын, химиялық құрамын
осы және басқа да көптеген қасиеттерінің өзгеру заңдылықтарын білмейінше мұнайдың
сапасын, сәйкесінше оның бағасын және өндеу сұлбасын анықтау мүмкін емес.
Табиғатта мұнай - жанғыш майлы сұйықтық, судан жеңіл, өзіне тән иісі бар, көбінесе
қара түсті болады. Мұнайдың түсі жоғары молекулалы шайырлы заттардың құрылысы
мен санына байланысты, ашық сары түстен қараға дейін, кейбір мұнайлар жарыққа
шағылысқанда жасыл немесе пурпур түске флуоресцирленеді. Мұнай түрлері
қасиеттері бойынша бір - бірінен ерекшеленеді: түсі, тығыздығы, ұшқыштығы, қайнау
температурасы. Дегенмен кез келген мұнай - суда мүлдем ерімейтін, құрамы бойынша -
көп компонентті (бірнеше мың әртүрлі химиялық қосылыстар) көміртек атомдарының
саны 100 - ге дейін және одан да көп гетероорганикалық қосылыстар мен кейбір
металдардың коспасынан тұратын көмірсутектердің күрделі қоспасы.
Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның элементтік құрамы бес
химиялық элементтің - көміртек, сутек, оттек, күкірт, азот міндетті түрде болуымен
сипатталады (1.1 сурет).
1.1
сурет - Мұнай мен газдың химиялық және элементтік құрамы
Мұнай мен мұнай өнімдерінің көп бөлігін көміртек (83 - 87 %) және сутек (12 - 14
%) құрайды (1.2 сурет). Гетероатомдық қосылыстардың мөлшері мұнайдың жасы мен
шығу тегіне байланысты. Гетероатомды гетероорганикалық қосылыстар - құрамында
күкірт, азот, оттек, сонымен қатар барлық мұнайда болатын минералды қосылыстар.
1.2
сурет - Мұнайдың химиялық құрамының диаграммасы
Құрамына байланысты мұнай жеңіл және ауыр мұнай деп бөледі. Жеңіл
мұнайдың құрамында аз мөлшерде май фракциясы болады, бірақ ол өте сирек кездеседі.
Жеңіл мұнайда әдетте бензин, нафталар мен керосин, ал ауыр мұнайда дизель мен
мазут көп болады. Бензин мөлшері шамамен 20 - 30% болатын мұнай көп кездеседі.
Мұнайды фракциялық құрамы 1.1 кестеде көрсетілген.
1.1 к е с т е - Мұнайдың фракциялық құрамы
Химиялық классификациясы. Химиялық классификация мұнай құрамында бір
немесе бірсыпыра көмірсутектер кластары басым болуына негізделген. Бұл
классификация бойынша мұнайдың 6 түрін ажыратады:
-
-
-
-
-
-
парафинді;
парафин - нафтенді;
нафтенді;
парафин - нафтен - ароматты;
нафтен - ароматты;
ароматты.
Көмірсутектің негізгі класының үлесі 50%-тен және қосымша компоненттің үлесі 25%-
тен кем болмау керек. Парафинді мұнайларда барлық фракцияларда алкандардың
мөлшері бірталай: бензин фракциясында 50%-тен кем емес, ал майлы - 20% және одан
да көп болуы мүмкін. Мұндай мұнайларға Қазақстанда Өзен және Жетібай кен
Қайнау температурасы
Фракциялар
Молекуладағы
көміртек
0
32 C төмен
Көмірсутекті газдар
1-4
0
166-180 C
Бензин
5-12
0
180-215 C
Лигроин
8-14
0
215-230 C
Керосин
12-18
0
230-430 C
Дизель
14-20
0
430 C жоғары
Мазут
20-45
орындардың мұнайлары жатады. Қатты алкандар 300 0C-тан жоғары температурада
қайнайтын фракцияда
кездеседі. Қазақстан мұнайының құрамында қатты парафиндер
(15 - 20%) өте көп болуымен сипатталады, бұл негізінде Өзексуат, Жетібай, Өзен
мұнайлары. Маңғыстау түбегіндегі мұнайда қатты алкандардың мөлшері 26 - 30%-ға
дейін жетеді.
Нафтенді мұнайларда барлық фракцияларда циклоалкандар (60% және одан да жоғары)
негізгі компонентке жатады. Олардың құрамында қатты парафиндердің, шайрлардың
және асфалтендердің үлесі өте аз. Қазақстанда нафтенді мұнайларға Эмба (Доссор және
Мақат) мұнайлары жатады.
Мұнайдың технологиялық сипаттамалары. Мұнайдың және мұнай өнімдерінің тауар
ретіндегі сапасы әртүрлі технологиялық параметрлермен сипатталады және бұл
көрсеткіштері:
-
-
-
-
тығыздығы;
молекулалық массасы;
тұтқырлығы;
температуралық сипаттамалары (тұтану, лаулау, қату
температурасы).
Ерігіштік. Мұнайда йод, күкірт, күкіртті сутек, күкіртті қосылыстар, шайырлар,
өсімдіктер мен жануарлар майлары, ауа, көміртек оксидтері, газды алкандар және т.б.
жақсы ериді. Мұнай мен мұнай өнімдері суда іс жүзінде ерімейді.
Жылулық қасиеттері. Мұнайдың жылу өткізгіштік, жылусыйымдылық және басқа да
жылулық - физикалық қасиеттері оның құрамындағы көмірсутектердің молекулалық
массасына және молекулалық құрамына, жылуөткізгіштік температураға,
жылусыйымдылық тығыздық пен температураға байланысты. Жоғары жылуөткізгіштік
алкандарға, би және үшциклдік тармақталған кұрылымдарға тән. Алкандардың жылу
өткізгіштігі ең жоғары, ал ароматты көмірсутектердікі ең төмен болып саналады.
Сұйықтар мен газдардың энтальпиясы. Сұйықтың энтальпиясы деп массасы 1 кг
сұйықтың температурасын 00С- тан берілген температураға дейін қыздыру үшін
жұмсалатын жылудың кДж алынған мөлшерін айтады. Будың энтальпиясы деп сұйықты
қайнау температурасына дейін кыздыруға кажетті жылудың мөлшерін айтады.
Жану жылуы деп 1м2 сұйық немесе қатты отын толығымен жанғанда бөлінетін
жылудың (кДж) мөлшерін айтады.
1888 жылы барлық жаңғыш қазбалар каустобиолиттер деп аталынған.
Олар екі топқа бөлінген: көмірлер және битумдар. Битумдарға (лат. битумен - шайыр)
мұнайды және жаңғыш газдарды да, сонымен қатар мұнай тектес қатты з аттар да
жатқызылған.
1987 жылы мұнайлардың тығыздығы бойынша жалпы жіктелуі келесідей қабылданған:
1. жеңіл мұнайлар - 870,3 кгм3;
2. орта - 870,3 - 920,0 кгм3;
3. ауыр - 920,0 - 1000 кгм3;
4. өте ауыр - 1000 кгм3 жоғары, тұткырлығы 10000 мПас кем емес;
5. табиғи битумдар - 1000 кгм3 , тұткырлығы 10000 мПас жоғары.
Сонымен қатар түрлі классификациялары нәтижесінде кұрастырыл ған мұнайдың шифрі
арқылы оның жалпы сипаттамалары, ең тиімді өндеу әдістері, мұнай өнімдерін
жақсарту қажеттілігін негіздеу туралы ұсыныс жасауды жеңілдетеді.
Сонымен қатар мұнайлар физикалық және химиялык сипаттамалар және ауыр
қалдықтардың кұрамы бойынша жіктелінеді (1.2 кесте).
1.2 к е с т е - Мұнайдың физикалық сипаттамалары бойынша жіктелуі
Генетикалық жіктелу мұнайлар құрамында жоғары және төмен өсімдіктер
қалдықтарының қатынасы бойынша: гумит - сапропелді, сапропелді және сапропелді -
гумитті болып үш типке бөлінеді. Компонеттердің анаэробты ортада өзгеру дәрежесіне
қарай типтер кластарға және топтарға бөлінеді.
Технологиялық жіктелу
Пайдаланып жүрген технологиялық жіктеуге сәйкес мұнайларды былай жіктейді (1.3
кесте):
1. құрамыңдағы күкірттің үлес салмағына байланысты төрт класқа бөледі (I II III
IV);
2. 350°С - ка дейін айдалатын фракциялардың шығымына карай үш түрге бөледі
(ТіТ2Т3);
3. базалық майлардың үлес салмақтарына қарай үш топқа бөледі (М,М2М3);
4. тұткырлық индексі бойынша төрт топшаға бөледі (И,И2ИзИ4);
5. қатты парафиннің үлес салмағына байланысты үш түрге бөледі (ПіП2П3).
Күкірттің массалық үлесі бойынша азкүкіртті мұнай - I класқа, күкіртті - II класқа,
жоғарыкүкіртті - III класқа, аса жоғары күкіртті - IV класқа жатады.
Құрамындағы парафиндердің үлесіне қарай азпарафинді мұ най - П1 түрі, парафинді
мұнай - П2 түрі, жоғарыпарафинді - П3 түрі болып бөлінеді.
Сонымен мұнай кластың, типтің, топтың, топшаның және түрлердің көрсеткіштерімен
жүйелі құрастырылған шифрімен сипатталады.
Егер сипаттайтын көрсеткіші бойынша мұнай нөмірі төмен топқа жатса, ал екінші
көрсеткіш арқылы нөмірі жоғары топқа сәйкес келетін болса, онда мұнайды нөмірі
жоғары болатын топқа жатқызады.
1.3 к е с т е - Мұнайдың технологиялық классификациясы Көрсеткіштің
аталымы
Кластың аталымы
Өлшем
бірлігі
Мәні
Тығыздығы
өте жеңіл мұнай
кПм'
04-800
жеңіл мұнай
3
кІІм
800-840
тығыздыгы орта
мұнай
3
кПм
840-880
ауыр мұнай
3
кПм
880-920
Тұткырлығы
аз тұткырлы
мм с
04-40
тұткырлы
ммс
404-80
жоғары тұтқырлы
ммс
80
Көрсеткіштері бойынша
жіктелуі
Құрамы
Құрамындағы күкірттің
I
II
III
IV
үлесі, % масс.
0,60- қа дейін
0,61 -1,8 1,81-3,50 3,5-тен көп
Қатты парафиндердін
үлес салмағы, % масс.
Базалык майлардың үлес
салмағы, % масс.
П1
5ке дейін
М1
25-тен кем
П2
5-10
М2
15-25
П3
10-нан
көп
М3 15-ке
дейін
Тұтқырлық индексі
емес
И1
95-тен көп
И2
90-95
И3
85-90
И4
85-тен
350° С-қа дейін
айдалатын мөлдір
Т1
55 кем емес
T2
45-55
Т3
45 кем
кем емес
фракциялардың
емес
шыгымы, % масс.
Көптеген сипаттамалары зертханалық бақылау және технологиялық процестерді
реттеу үшін қолданылады, сонымен бірге мұнай көрсеткіштерінің мәндері мұнай
зауыттарындағы аппараттарды есептеу үшін қажет. Мұнайдың техникалық
сипаттамаларының біразы оларды жіктеуде пайдаланылады. Осындай көрсеткіштер
шамаларын анықтаудың стандартты әдістері, сонымен бірге олардың есептеуге
мүмкіндік беретін жартылай эмпирикалық әдістер болады.
Тығыздығы. Мұнай өнімдерін тиеу, тасымалдау, сақтау және тұтыну процестеріне әсер
ететін негізгі сипаттамаларының бірі. Тығыздық мәні бойынша оның сапасын және
бағасын айтуға болады. Мұнай фракциясының тығыздығы оның химиялық және
фракциялық құрамына байланысты. Мұнайдың қайнау температурасы жоғарлаған
сайын және онда ароматты көмірсутектер қатарының болуымен тығыздығы
жоғарлайды. Мұнай фракциясының тығыздығы қысымға да байланысты. Көптеген
мұнай үшін тығыздық 0,80-нен 0,90-ға дейін болады.
Молекулалық масса. Молекулалық масса (М.М) бінеше құрамынан тұратын
мұнайды талдау үшін қолданылады. Мұнай және мұнай өнімдері үшін молярлық
массаның орташа мәні алынады да, ол қоспадағы компоненттердің құрамы мен сандық
қатынастарына байланысты болады.
Мұнайдың сұйық көмірсутектерінің бірінші өкілі пентанның молярлық массасы
72-ге тең. Мұнайдың шайырлы заттарында оның мәні 1500 - 2000-ға дейін жетуі
мүмкін. Мұнайдың біразы үшін орташа молекулалық масса 250 -300 аралығында.
Тұтқырлық. Сыртқы күштердің әсерінен бөлшектерінің орын ауыстыруына қарсы
тұратын сұйықтардың қасиеті - тұтқырлық немесе іштей үйкелу деп аталады. Мұнай
өнімдерінің тұтқырлығы двигательдерді, машиналар мен механизмдерді пайдалану
кезінде сұйықтықтар мен газдардың қозғалуын анықтайды, оны тасымалдауда энергия
шығынына зор әсер етеді және т.с.с.
Температуралық қасиеттері. Мұнай өнімдерінің температуралық қасиеттерін
сипаттау үшін жарылудың төменгі шегі, тұтану температурасы, өздігінен тұтану, тұтану
және лайлану температурасы сияқты көрсеткіштер енгізілген. Лап ету температурасы -
белгілі бір стандартты жағдайда мұнай өнімдері буының ауамен қоспасы қопарылғыш
зат болып келетін және отты жақындатқанда лап ете түсетін температураны
айтады.Тұтану температурасы - қыздырылған мұнай өніміне жалынды жақындатқанда 5
секундтан кем емес уақыт бойы жанатын температураны айтады. Тұтану
температурасының лап ету температурасынан әрдайым жоғары болатындығы белгілі.
Өздігінен тұтану температурасы - мұнай өнімін қыздырғанда оның ауамен қоспасы
отты жақындатпаса да өздігінен тұтана алатын температураны айтады. Лайлану
температурасы - парафинді көмірсутектер мен мұз кристалдарының түзілуі салдарынан
лай пайда болу температурасы.
1.2 Мұнайды өңдеу процестері
Мұнай өңдеу зауыттарының технологиялық процестерін екі топқа бөледі:
физикалық және химиялық (1.4 кесте).
Физикалық процестер арқылы мұнайдың құрамындағы компоненттерді химиялық
өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау, экстракция, адсорбция, абсорбция,
кристалдану және т.б процестер жатады.
Химиялық өзгерістердің түріне байланысты үш топқа бөлінеді:
1. Деструктивті процестерде шикізаттағы қосылыстардың
ыдырау арқылы төменмолекулалық көмірсутектер және тығыздану
процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі.
2. Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процестердің
өзінде түзілетін сутектің қатысуымен жүреді.
3. Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен (ауадағы
оттегімен, су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксид терімен және т.б.) көміртек
оксидтерін, сутегі, әлементті күкірт битум және т.б. түзе жүреді.
Атмосфералық айдаудың отынды фракцияларын ары қарай жақсартуға ұшыратады:
гетероатомды қосылыстардан гидротазалау, каталитикалық риформинг арқылы -
бензиндердің сапасын жоғарылату және мұнайхимияның шикізаттарын - жеке ароматты
көмірсутектерді (бензол, толуол, ксилолдар және т.б.) бөліп алу.
Вакуумды айдау арқылы мазуттан (ВТ - вакуумдық айдау қондырғысында) мотор
отындар компонентерін алатын шикізаты - вакуумды газойлдің кең фракциясын немесе
кейінгі тазалау процестеріне жіберілетін (селективті тазалау, депарафиндеу және т.б.) -
жіңішке дистиллятты май фракцияларын алады.
1.4 к е с т е - Технологиялық процестердің жіктелуі Процестер тобы
Процестің аталымы
1
2
А. Физикалық
1. Тұзсыздандыру және сусыздандыру.
2. Атмосфералық және и вакуумды
айдау.
3. Сольвентті деасфальттау.
4. Полюсті еріткіштермен экстракциялық
5. Кристалдаужаксарту.ар ылы депарафиндеу:
- адсорбциялык
- карбамидті
В. Химиялық
1.В.ДеструктивтіХимиялык
Каталитикалық
1. Дестр1. Кукаттаилвиттиі калык крекинг
2. Алкилдеу
3. Полимерлеу
Термиялық
Каталитикалық
Термиялық
Каталитикалық
Термиялық
1. Термиялық крекинг және висбрекинг
2. Кокстеу
3. Пиролиз
2. Гидрогенді
2. Гидро Гидрожақсарту
2. Гидрокрекинг
3. Гидрокаталитикалық риформинг
4. Гидроизомерлеу
5. Гидродепарафиндеу
6. Гидродеароматтау
1. Гидровисбрекинг
2. Гидропиролиз
3. Донорлы - сольвентті крекинг
3. Тотықтыру
1.Газдар синтезі және көміртек өндірісі
2. Элементарлы күкірт өндірісі
3. Демеркаптанизация
1. Битум өндірісі
2. Пектер өндірісі
3. Көмірлер мен кокстерді газдау
Мұнай кұрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуге түрлі әдістерді
қолданады. Оларға: айдау, ректификация, вакуумдық айдау, адсорбция, абсорция,
экстракция, крекинг.
Айдау. Көмірсутектердің қайнау температурасы кұрамындағы көміртек атомдарының
саны артқан сайын жоғарылайды. Керісінше, бензолдың буын қайнау температурасынан
төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа айналады. Мұнайды айдап құрам
бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.
Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйықтың температурасы 80°С -ден асқанда
одан бензол ұшып шығады. Онымен бірге қайнау температурасы бензолдікіне жақын
басқа да көмірсутектер ұшады, яғни мұнайдан қайнау температурасы 80°С - қа жуық
фракция бөлінеді.
Аппараттағы температураны тағы 25°С градусқа көтерсек мұнайдан қайнау
температурасы 80 - 105°С аралықта жататын келесі фракция кұрамында С7 бар
көмірсутектер ұшып шығады. Осылай температураны 350°С-ға дейін көтере отырып
мұнайды басқа да құрам бөліктеріне бөлуге болады.
Ректификация - мұнайдан қайнау температуралары өзара біршама жақын жататын
фракцияларды алу үшін қолданылады.
Вакуумдық айдау. Атмосфералык қысымда айдағанда қалдық ретінде мазут бөлінеді.
Мазут 350°С- тан жоғары температурада айдалады. Вакуумдық айдаудың негізі болып
мына қағида саналады: қысым азайған сайын сұйықтықтың қайнау температурасы
төмендейді.
Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары 350 - 500°С аралығында
жататын фракциялар алынады (1.3 сурет).
Адсорбция. Бұл әдіс мұнай құрамындағы компоненттердің белгілі бір сорбенттің бетіне
таңдамалы түрде адсорбциялануына негізделген. Бұл кезде компоненттердің
сорбиялану энергиялары да әртүрлі болады. Мұнайды адсорбент арқылы өткізгенде
1.генді
оның бетіне белгілі бір компоненттер жақсы адсорбцияланады да, қалғандары сұйықта
қалады. Осылай мұнайды құрам бөліктеріне бөлуге болады. Қазіргі кездегі
адсорбциялық қоңдырғылар хроматографияға негізделген.
Хроматографияның
ыгыстырушы және элюенттік деген түрлері бар.
1.3 сурет - Мазутты вакуумдық айдау фракциялары
Адсорбция - фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің екінші
компонентке сіңуі. Адсорбент (адсорбтеуші зат) - өзінің сыртқы бет қабатына басқа
затты сіңіріп алатын зат (әдетте катты немесе сұйық заттар).
Абсорбция - фаза көлемінде жүретін бір компоненттің екінші компонентке сіңуі
(өндірісте ацетиленді табиғи газдың тотығу пиролизі - ацетон, метанол, аммиак ).
Абсорбент - өзінің тек сыртқы бет қабатына ғана емес сонымен қатар ішкі көлем
бойынша басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте сұйық заттар).
Десорбция - адсорбцияға кері процесс. Хемосорбция - адсорбент және адсорбат
(адсорбентке сіңетін зат) молекулалар арасында химиялық әрекеттесу арқылы жүретін
адсорбция процесі.
Адсорбция әдісі. Газ қоспасының құрамындағы белгілі бір компонентті таңдамалы
түрде өзінің бетіне сіңіретін кеуек қатты заттар қасиеттеріне негізделген. Капиллярлық
құрылымды кеуек қатты заттарда беттегі адсорбциямен бірге капиллярлық конденсация
құбылысы да жүзеге асады. Адсорбент ретінде активтелген көмір жиі қолданылады.
Әдетте ол газдарды органикалық булардан тазартуға, жағымсыз иістерді, газ тәрізді
қоспаларды және ұшқыш компоненттерді жоюға жұмсалады.
Пиролиз деп затты тотықтармай - ақ термиялық жолмен ыдырату және өзгеріске
ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы олефиндерді - қанықпаған
көмірсутектер (КС) алуға негізделген. Шикізат ретінде парафинді КС колданылады.
Пиролизге табиғи, қосалқы газдар және мұнай өнімдері ұшырайды.
Экстракция. Белгілі еріткіште мұнай құрамындағы компоненттердің әркелкі
еруіне негізделген. Экстракцияны сатылы әдіспен жүргізеді. Сонда бөлініп алынған
әрбір фракцияның құрамында критикалық температуралары бір - біріне жуық, олай
болса құрылысы өзара ұқсас заттар жинақталады.
Ерітіндімен араласпайтын органикалық еріткіш арқылы ерітінді құрамындағы бір
компонентті шығарып алуға негізделген әдіс.
Крекинг. Бұл термин ыдырату деген мағынаны береді. Ол мұнайдың ауыр фракцияларын
жеңіл фракцияларға ыдырату үшін пайдаланылады.
Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі:
1. Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа айналдырылған)
газ. Құрамында газ көп мұнайды өңдегенде пропан - бутан фракциясы айдау
қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес, сонымен бірге газ түрінде де бөлініп шығады.
2. Бензин фракциясы 166 - 180°C аралығында айдалады. Бензин фракциясын
автобензиннің компоненті түрінде, каталитикалық риформинг қондырғысының қа жетті
шикізаты есебінде пайдалынады.
3. Керосин фракциясы 215 - 230°C аралығында айдалады. Реактивті авиация
қозғалтқыштардың жанармайлары, жарық шаммайларында, тракторлық карбюраторлық
қозғалтқыштардың отыны ретінде қолданылады.
4. Дизель фракциясы 265 - 280°C аралығында айдалады. Бұрындары дизель
фракциясын атмосфералық газойль деп атаған. Бұл фракцияны автомобильдерде,
тракторларда, тепловоздарда, теңіз және өзен кемелерінде орнатылған дизель
қозғалтқыштарының жанармайы ретінде пайдалады.
5. Мазут - мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін қалдық. Оның
бастапқы қайнау температурасы 315 - 330°C. Мазут термиялық крекингтің шикізаты
болып саналады және отын ретінде де пайдаланылады. Мазутты өңдегенде түзілетін
вакуумдық дистиллят 350 - 500°C температурада айдалады және ректификациялық
колонна мен гидрокрекингтің шикізаты ретінде қолданылады. Бұл фракцияны кейде
вакуумдық газойль деп те атайды.
6. Гудрон - мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық, ол 500°C-та
айдалады. Гудрон тұтқырлығы жоғары, 30 - 40°C- та қатып қалатын өнім болып
саналады. Оны термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы жоғары майлар
өндіруде қолданады.
1.3 Мұнайды өңдеудің ректификация әдісі
Ректификациялау деп қайнау температурасы жағынан бір - бірінен айырмашылығы бар
сұйықтықтардың, булар мен сұйықтықтардың қарама - қарсы қайта - қайта
жанасуының нәтижесінде бөлінуінің диффузиялық процесін атайды.
Булар мен сұйықтықтардың жанасуы тік цилиндр тәрізді құралдарда -арнайы
жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары
бар, колонна бойымен жоғары көтерілуші бу мен төмен ағушы сұйықтық арасында өте
тығыз жанасуды қамтамасыз ететін ректификациялық колонналарда іске асырылады.
Колоннаның орта бөлігіне бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйінде шикізатты
береді, оны жоғары және төмен қайнаушы өнімге бөлу қажет. Шикізатты беретін
аймақты эвапорациялық аймақ дейді, себебі онда эвапорация - пеште немесе жылу
алмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бір рет
буландырылуы жүреді. Кейбір жағдайларда эвапорациялық аймақ колоннадан бөлек
болады да, эвапорация өз алдына тұрған аппаратта жүргізіледі.
Істеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбір табақшадан төрт ағым өтеді: 1)
жоғарғы табақшадан құйылатын сұйық - флегма; 2) төменгі табақшадан көтерілетін бу;
3) төменгі табақшаға түсетін сұйық - флегма; 4) жоғарғы табақшаға көтерілетін бу.
Табақшаға түсетін бу мен сұйықтық тепе - теңдік жағдайда болмайды, бірақ жанасу
жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғарғы табақшадан сұйық ағым жоғарғы
температура аумағына түскендіктен, одан кейбір төмен температурада қайнаушы
компонент буға айналады, осының нәтижесінде сұйықтықта оның концентрациясы
азаяды. Екінші жағынан, төменгі табақшадан көтерілетін бу ағымы температурасы
төмендеу аумаққа түскендіктен, одан жоғары қайнаушы өнімнің бөлігі осы аумақта
конденсацияланып, сұйылады. Сонымен жоғары қайнаушы компоненттің булардағы
концентрациясы төмендейді, ал төмен қайнайтындардың концентрациясы - көтеріледі.
Булар мен сұйықтықтардың фракциялық құрамы колоннаның жоғарғы бойы бойынша
үздіксіз өзгереді.
Ректификациялық колоннасының шикізатты беретін орнының жоғарғы жағын
концентрациялау, ал төменгі жағын - айдау бөлігі деп атайды. Колоннаның екі
бөлігінде де бірдей ректификациялау үрдісі жүреді. Концентрациялау бөлімінің
жоғарғы жағынан бу фазасына қажетті тазалықтағы мақсатты өнім - ректификат, ал
төменгі жағынан төмен температурада қайнайтын компонентпен байыған сұйық өнім
алады. Айдау бөлігінде бұл сұйықтықтан төмен температурада қайнаушы компонент
түпкілікті буланады. Колоннаның бұл бөлігінің төменгі жағынан сұйық күйінде екінші
мақсатты өнім - қалдық алынады.
Колоннада ректификациялау процесін жүргізу үшін булардың жоғарылаушы ағымын
және сұйықтықтың төмендеуші ағымын іске асыру қажет. Жоғарлаушы ағым
колоннаның айдау бөлігіне жылу беру арқылы, екінші концентрациялау бөлігіне
берілетін ағынның көмегімен жасалынады.
1 - Бастапқы шикізатқа арналған ыдыс; 2,9 - сорғылар; 3 - жылуалмас- тырғыш; 4 -
қайнатқыш; 5 - ректификациялық колонна; 6 - дефлегматор; 7 - дистиллят мұздатқышы;
8 - дистиллят сақтайтын ыдыс; 10 - кубтық қалдық мұздатқышы; 11 - кубтық қалдық
сақтайтын ыдыс.
1.4
сурет - Үздіксіз жұмыс істейтін ректификациялық колоннаның принципиалды-
технологиялық сұлбасы
Жұмыс істеу принципі: 1 Бастапқы шикізатқа арналған ыдыстан шикізатты 2
орталықтанған сорғы арқылы 3 жылуалмастырғышқа барады. Қайнау температурасына
дейін қыздырылады. Қызған қоспа 5 ректификациялық колоннаның қоректену
тарелкаларына түседі. Ондағы сұйықтық құрамы бастапқы қоспа құрамымен хF бірдей
болады. 4 қайнатқышта кубтық қалдықтың қайнағаннан кейін түзілетін сұйықтық
колоннадан төмен ағып, жоғары көтерілетін бумен байланысады. Будың бастапқы
құрамы хW кубтық қалдық құрамына тең, яғни жеңіл ұшқыш компоненттерімен
кедейленеді. Сұйықтықпен массаалмасу процесі нәтижесінде бу жеңіл ұшқыш
компонентпен байиды. Толығымен баю үшін колоннаның жоғарғы бөлігін колоннадан
шығатын 6 дефлегматорда алынатын хР құрамды сұйықтықтың берілген флегмалық
санымен толтырылады. Конденсаттың бөлігі бөлінген дайын өнім түрінде дистилляттан
шығады. Ол 7 жылуалмастырғышта суытылып, 8 аралық ыдысқа салынады (1.4 сурет).
Ректификациялық колоннаның (1.5 сурет) әр тәрелкесінда жүріп жататын процесті
қарастырамыз, Б тарелкасына үстіңгі тарелкадан В ағынды келте құбыр 3 арқылы сұйық
келеді. Ағынды келте құбыр тарелка деңгейінен жоғары келтіріледі, сондықтан онда
үнемі сұйықтың қабатшасы болады.
1.5
сурет - Ректификациялық колоннаның тәрелкелері
Төменгі А тарелкасынан мұнай булары көтеріледі, олар келген құбыр арқылы 2
қақпақтың астына түсіп, оның төменгі саңылауынан тарелка сұйықтың қабатшасынан
тікелей өтеді. Жоғарыда жатқан әр тарелканың температурасы төмендегідей
беретіндіктен (ең төменгі температура ең жоғарғы тарелкада, оған суық флегма
беріледі) астыңғы тарелкадан келетін булар өзінің сұйық жылуын осы тарелкаға бере
отырады. Нәтижесінде сұйықтан оның ең жеңіл қайнайтын фракциялары буланады
және бу күйінде жоғарыда жатқан тарелкаға келеді. Онда осыған сәйкес процесс
жүреді.
Ректификационды қондырғылар қайнау температурасы бойынша ерекшеленетін
компоненттердің бір текті сұйық қоспалардың бөлінуі үшін қолданылады (1.6 сурет).
1.6 сурет - Ректификационды қондырғының автоматтандыру сұлбасы
Ректификационды қондырғының автоматтандыру сұлбасында келесідей белгіленулер
бар:
- РК - ректификационды колонна.
- СҚ - бу ағынын тудыратын кубтық сұйықтықтың қайнатқышы.
- Д - бір бөлігі колоннаны суытуға қолданылатын өнімді - дистилятты
алуға арналған бу дефлегматоры (конденсатор).
- Ж - қайнау температурасына дейін кіріс қоспасының жылытқышы.
Қоспаның бөлінуі ректификационды колоннада сұйықтық пен будың қарсы ағынынан
болады. Тәрелкелер бойынша төмен ағып жатқан сұйықтық өзімен бірге қоспаның
төмен қайнайтын компоненттерін алып кететін бу ағынымен түйіседі. Нәтижесінде
төмен қайнайтын компоненттер колоннаның жоғарғы бөлігінен бу түрінде шығады, ал
жоғары қайнайтын компоненттер оның төменгі бөлігінде кубтық сұйықтық ретінде
жиналады.
Кіріс қоспаның шығыны шығын ретеуішімен қалыптасады (1поз.). Диафрагма мен
жұмыс органы жылытқышқа дейін орналастырылуы керек, себебі қоспаны қайнау
температурасына дейін жылытудан кейін сұйықтық ағынында бу фазасы болуы мүмкін.
Ректификация процесінің маңызды мәні ретінде кіріс қоспаның температурасы болып
табылады. Егер қоспа колоннаға қайнау температурасынан төмен температурада
енгізілетін болса, ол колоннаның төменгі бөлігінен келетін бу арқылы сол
температураға дейін қайнатылады. Бұл жағдайда бу конденсациясы өседі, осылайша ол
ректификация процесінің режимін бұзады. Сондықтан кіріс қоспаның температурасы
жылытқышқа жылу тасымалдағыштың шығынының өзгеруімен орнықтырылады (2
поз.).
Бұл жағдайда дистиллят құрамы - сапаның негізгі көрсеткіші бақыланбайды деп
алынады. Бірақ әдетте дистиллят концентрациясы колоннаның жоғарғы бөлігіндегі
сұйықтықтың концентрациясына және бу қысымына тәуелді болғандықтан, бұл
көрсеткіштер орнықтырылады.
Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысым дефлегматорға хладогенттің берілуімен
орнықтырылады (3 поз.). Бұл жағдай колоннадан буды алу мәні мен конденсация
интенсивтілігіне алып келеді. Ректификационды колоннаның жоғарғы бөлігіндегі
қысымның орнықтыру колоннаның қосымша нормалды гидродинамикалық режимін
қамтамасыз етеді. Себебі қысымның төмендеуінде колоннаның шашалуына
(көтеріліп келе жатқан бу ағыны сұйықтықтың тарелка бойынша ағуына) әкеледі, ал
жоғарлауында бу ағынының жылдамдығының, оған қоса қондырғы өнімділігінің
төмендеуіне әкеледі.
Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі сұйықтықтың концентрациясы суытудағы
флегманың шығынымен реттеледі (4 поз.). Бұл шығын ұлғайған сайын сұйықтықта
төмен қайнайтын компонент көп болады және керісінше. (Бу мен дистилляттың
құрамының датчигі бар болса, суытудағы флегманың шығынымен бұл көрсеткіштер
реттеледі. Құрамның датчиктері жоқ болған жағдайда, суытудағы флегманың
шығынымен ректификация үрдісінің интенсивтілігіне қатты әсер ететін колоннаның
жоғарындағы температура орнықтырылады). Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі
сұйықтықтың құрамы мен қысымын реттеу сапасы төмен жағынан келетін және
колонна буындағы сұйықтық құрамы, температурасы мен қысымына тәуелді бу құрамы
мен жылдамдығына тәуелді. Колонна кубындағы бу қысымын орнықтыру қажеттілігі
керек емес болады. Себебі колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысымды реттеу төменгі
бөліктегі қысымды да (азғантай кешігумен) орнықтырады.
Колонна кубындағы температураны қайнатқышқа буды беру арқылы орнықтырады (5
поз.).Температура реттеуіші қалдықты алу түзуінде клапанды жабады, ал онымен
байланысты кубтағы деңгейдің ұлғаюы деңгейдің реттеуішін б удың берілісін ұлғайтуға
мәжбүрлейді. Колонна кубынан сұйықтықтың интенсивті булануы төмен қайнайтын
компоненттің арқасында жүреді. Температура мен деңгей берілген мәнге қайтып келеді.
Осылайша, қалдық кубтан үлкен көлемде шығарылады, егер оның құралы бері лгенге
сәйкес болса ғана. Температура мен деңгейді реттеудің қарапайым әдісінде кубта төмен
қайнайтын компоненттің көп болуымен қатар, кубтық сұйықтықтың үлкен шығыны
болуы мүмкін.
Кубтағы материалды балансты ұстап тұру үшін сұйықтық деңгейі кубтық қалдық
шығыны арқылы реттеледі (6 поз.). Бақылауға материалды ағынның температурасы мен
ағыны алынады.
Кіріс қоспасының жылытқышындағы жылу тасымалдағыш санының санауышы
қарастырылған (8поз.,екінші әріпі Q - уақыт бойынша интегралдауышы). Колоннаның
жоғарғы бөлігіндегі сұйықтық құрамының ауытқуы (4 поз.), кубтық қалдық деңгейі (6
поз.), колоннадағы қысымы (3поз.), жоғардағы (7 поз.) мен төмендегі (5 поз.)
температурасы, кіріс қоспаның шығыны (1 поз.) туралы белгі беріледі. Колоннадағы
қысымның рұқсат етілген мәнінен үлкеюінде, сонымен қатар кіріс қоспаның келуі
тоқталған жағдайда жылу тасымалдағыш, қалдық және дистиллят беретін магистралін
жабатын қорғанысы қосылады, ал хладогент және флегма магистралі жабылады.
1.4 Есептің қойылымы
Қазіргі заман талабына сай, ғылыми - техниканың дамуына орай, еліміздегі мұнай
өңдеу зауыттарын жетілдіруге сәйкес, алдымызға қойған мақсаттарды шешу маңызды
болып табылады. Мұнай технологиясын дәстүрлі автоматты реттеу жүйесінде көп
айнымалылар ескерілмей қалады, сондықтан соңғы уақытта тәжірибелі
операторлардың, технологиялық процестегі өзгерістерге байланысты, оптималды
әрекеттерін айқын емес жиын теориясын қолдана отырып, үлгіні құрып, автоматты
реттеу жүйесінде қолдануға болады.
Осы есептерді жүзеге асыру үшін келесілер қажет:
1. Ректификациялық колоннадағы
процесімен танысу.
мұнайды бірінші реттік өңдеу
2. Колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасын құру.
3. Дәстүрлі
әдіс
бойынша
колоннаның
жоғарғы
бөлігінің
температурасын реттеу жүйесінің математикалық үлгісі мен құрылымдық сұлбасын
құру.
4. Айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның жоғарғы
бөлігінің температурасын реттеу жүйесін модельдеу.
5. Реттеу жүйесінің математикалық үлгісін Fuzzy Logic Toolbox пакеті
арқылы MatLab ортасында жасау.
6. Дәстүрлі және айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеудің өтпелі сипаттамаларын салыстыру.
7. Өміртіршілік қауіпсіздігінің есептерін шешу.
8. Техника-экономикалық есептерді шешу және талдау.
2 тарау. Арнайы бөлім
2.1
Колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын
реттеу
кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасы
1 - ректификациялық колонна; 2 - мұздатқыш; 3 - дефлегматор; 4 -жылуалмастырғыш; 5
- қайнатқыш; 6 - температура датчигі; 7 - бу шығынының түрлендіргіші; 8 - бу
шығынының датчигі; 9 - шығын реттеуіші; 10 - температура реттеуіші.
2.1 сурет - Колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасы
Жұмыс істеу принципі: Бастапқы шикізат 4 - жылуалмастырғыш арқылы қайнау
температурасына дейін қыздырылады. Қызған қоспа 1 -ректификациялық колоннаның
жоғарғы бөлігінің қоректену тарелкасына түседі. Ал колоннаның төменгі бөлігіне 5 -
қайнатқыш арқылы бу жіберіледі. Колоннаға түскен бу ағыны жоғарыға көтеріледі, ал
сұйықтар (флегмалар) төмен қарай ағады. Колоннаның жоғарғы бөлігінен шығатын
дайын өнім бензин буы күйінде болады. Кейін ол 2 - мұздатқыш арқылы суытылып, 3 -
дефлегматорға беріледі. Осы кезде бензин буының бір бөлігі конденсацияланып сұйық
өнім ретінде шығады, ал екінші бөлігі колоннаның жоғарғы бөлігіне барады.
Колоннаның жоғарғы фракциясынан дайын өнімді, яғни бензинді алу үшін колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеп отыру керек, ол үшін колоннаға мұздатылып
қайта берілетін бензин буының шығынын бақылау қажет (2.1 сурет).
Ректификационды колоннаның жұмыс сапасының негізгі көрсеткіштері:
-
энергошығындары (кубтық
сұйықтықтың
қайнатқышындағы
жылытылған будың және кіріс қоспаның жылытқыштағы жылу тасым алдағыштың
шығыны);
-
сұйықтық);
-
өнім бойынша өнімділігі (көбінесе дистиллят, кейде кубтық
дистиллят құрамы (немесе колоннадан шығып келетін будың) немесе
колоннаның бөлгіштік қасиеті (кубтық қалдықтың және дистилляттың
концентрациясының әртүрлілігі).
Ректификационды қондырғыларды басқаруының негізгі мақсаттары:
-
-
-
энергошығындарды төмендету;
дайын өнім бойынша шығысты өсіру;
дистилляттың берілген концентрациясын немесе бөлу дәрежесін
-
қамтамасыз ету.
Негізгі әсерлері: кіріс қоспасының сипаттамаларының өзгеруі, жылу және суық
тасымалдауыштар, жылутаратқыш беттердің құрамдарының өзгеруі.
Бүтін өнімнің құрамының анализаторы әдетте жоқ болғандықтан, ректификация
процесінің интенсивтілігі тәуелді жанама көрсеткіштері бойынша процесті реттеуді
жүргізуге тура келеді. Ректификационды қондырғылардың автоматтандыру жүйесін
әдетте материалды және жылу балансын ұстап тұру мақсатында
негізгі
көрсеткіштерінің (температура, деңгей, қысым, шығын) қалыпта ұстап тұру
(стабилизация) принципі бойынша құрады.
Ректификационды колоннаның үлкен инерциясында жоғарғы температураны және
өнімнің құрамын реттеу сапасын жоғарлату үшін каскадты автоматты реттеу жүйесі
қолданылуы мүмкін. Онда аралық реттелетін шамалар ретінде аралық (бақылаудағы)
тәрелкеде колоннаның шығысындағы құрамға қарағанда тез және көп өзгеретін
құрамды (немесе температураны) қолдануға болады. Энергошығынды азайту үшін
кейде қайнатқышқа жылытатын будың және кіріс қоспаның (флегманың кіріс
қоспаның) шығындар қатынасының автоматты реттеу жүйесі қолданылады.
Ректификационналық құрылғы үлкен кешігу уақыты бар (мысалы, кейбір жағдайларда
процестің шығыс параметрлері шикізат параметрі өзгергеннен кейін 1 - 3 сағаттан кейін
ғана өзгеріп басталады), процесті сипаттайтын параметрлердің көп саны мен олардың
арасындағы көптеген өзара байланыстары бар және т.б. басқарудың күрделі объектісі
болып табылады.
Процесті реттеудің қиындығы қобалжытудың жиілігімен және амплитудасымен
түсіндіріледі. Қобалжыту деп кірістегі қоспаның, жылу және суық тасымалдауыштың
бастапқы параметрлерінің өзгеруін, жылу беруші беттердің құрамының өзгеруін,
қабырғаларда заттардың жиналуы және т.б. айтамыз. Одан басқа, ашық аспанның
астында қондырылатын ректификационды колоннаның технологиялық режиміне
атмосфералық ауа температурасының тербелісі әсер етеді.
2.2 Жүйенің математикалық үлгісі
Математикалық бейнелеу келесі теңдеулерден тұрады:
GF GD GW ,
GF xF GD xD GW xW ,
(2.1)
мұндағы GF , GD , GW - соңғы қоспадағы, дистилляттағы және кубтық қалдықтағы
массалық шығын;
xF , xD , xW - соңғы қоспадағы, дистилляттағы және кубтық қалдықтағы жеңіл
ұшқыш компоненттің мольдік мөлшері.
Жылудық баланстан:
(2.2)
мұндағы F·hF - шикізатпен берілетін жылу; QB - су қайнатқышпен берілетін жылу; D·HD
- дистиллятпен берілетін жылу; W·hW - кубтық қалдықпен берілетін жылу; QD -
конденсаторменберілетін жылу.
2.3 Дәстүрлі әдіс бойынша колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу
жүйесінің математикалық үлгісі мен құрылымдық сұлбасы
Реттелетін шама: Тк - колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасы. Бұл шама
колоннаға қайтып келетін суытылған бензин буының шығынына байланысты өзгереді.
Бензин буының колоннаға берілуі бойынша температура артады немесе кемиді.
Температура мәнін тұрақты ұстап тұру қажет (2.2 - 2.3 суреттер).
АР - автоматты реттеуіш; ОМ - орындаушы механизм; КЛ - клапан; БО - басқару
объектісі; Д - температура датчигі.
2.2 сурет - АРЖ-нің құрылымдық сұлбасы
2.3 сурет - Таңдалған объектінің екпін қисығы
Алынған беріліс функциясы бойынша объект параметрлері келесідей:
τ=4,7 мин (кешігу уақыты); Tоб=9,3 мин (объект уақыты).
Алынған қисық бойынша объектінің беріліс функциясы:
(2.3)
Беріліс функциясы бойынша объекттің алынған параметрлеріне байланысты τT=0,51
болғандықтан ПИ реттеуіші таңдалынады.
ПИ реттеуішінің беріліс функциясы:
(2.4)
ПИ реттеуішінің беріліс функциясының мәндері есептелінеді (2.1 кесте).
2.1 к е с т е - Кешігуі бар бірінші ретті статикалық объект
B=Toб(Коб · Wоб).
(2.5)
Орындаушы механизмнің беріліс функциясы:
(2.6)
Клапанның беріліс функциясы:
(2.7)
Температура датчигінің беріліс функциясы:
.
Берілген әсер бойынша ажыратылған тізбек үшін беріліс функциясы:
,
(2.8)
(2.9) Реттеуіштер
типі
Параметр
лері
Өтпелі процесс типі
Реттеуіштер
типі
Параметр
лері
Апериодты
20%- дық
қайтареттеумен
2
с min y dt
И-
Кр
1(4,5 A)
1(1,7 A)
1(1,7 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Бұл дипломдық жобада ректификациялық колоннадағы мұнайды бірінші реттік өңдеу
процесін айқын емес жиындар теориясы арқылы автоматтандыру мәселесі
қарастырылған.
Негізгі бөлімде ректификациялық
колонна технологиясының, жұмыс жасау
принциптерінің сипаттамалары туралы мағлұматтар берілді.
Арнайы бөлімде айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның жоғарғы
бөлігінің температурасын реттеу жүйесінің моделі құрылды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде санитарлы қорғаныс аймағының жоспары мен
желдер розасы тұрғызылды.
Экономикалық бөлімде кәсіпорынның таза пайдасы есептелді және
экономикалық тиімділігі анықталды.
Аннотация
В данном дипломном проекте
рассмотрены вопросы автоматизаций
технологического процесса первичной переработки нефти в ректификационной колонне
с помощью теорий нечетких множеств.
В основной части дипломного проекта дано описание технологии ректификационной
колонны и его принципа работы.
В специальной части построена модель системы регулирования температуры в верхней
части колонны с помощью теории нечетких множеств.
В разделе безопасности жизнедеятельности построена санитарно - защитная зона
предприятия и роза ветров.
В экономической части рассчитана прибыль предприятия и определена экономическая
эффективность.
Мазмұны
Кіріспе
1 тарау. Негізгі бөлім
1.1 Мұнайдың құрамы, негізгі технологиялық сипаттамалары
1.2 Мұнайды өңдеу процестері
1.3 Мұнайды өңдеудің ректификация әдісі
1.4 Есептің қойылымы
2 тарау. Арнайы бөлім
2.1 Колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасы
2.2 Жүйенің математикалық үлгісі
2.3 Дәстүрлі әдіс бойынша колоннаның жоғарғы бөлігінің
температурасын реттеу жүйесінің математикалық үлгісі мен құрылымдық
сұлбасы
2.4 Айқын емес жиындар теориясы туралы түсінік
2.5 Айқын емес жиындар теориясы негізінде колоннаның жоғарғы
бөлігінің температурасын реттеу алгоритмін құру
2.6 Айқын емес реттеуіштерді қолданып реттеу жүйесін құру
2.7 Программалық қамтамасыздандырудың сипаттамасы
2.8 Дәстүрлі және айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеудің өтпелі сипаттамаларын
салыстыру
3 тарау. Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімі
3.1. Мұнайды қайта өңдеу кәсіпорнының табиғатты қорғау жұмысын
бағалау
3.2. Зиянды және қауіпті факторлардың пайда болуы және олардың тірі
организмге әсері
3.3. Санитарлы - қорғаныс аймақты анықтап және зиянды қоспалардың
атмосферада сейілуін есептеу
3.4. Санитарлы қорғаныс аймағының шекарасын анықтау
4 тарау. Техника-экономикалық негіздеме бөлімі
4.1 Жобаның бейнеленуі
4.2 Өндірістік жоспар
4.3 Айқын емес модель негізіндегі реттеу жүйесін енгізгеннен кейінгі
техникалық-экономикалық тиімділігі
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
7
8
8
14
18
23
24
24
26
26
30
32
34
37
40
43
44
45
47
51
55
56
56
58
62
63
Кіріспе
Мұнай - химиялық өндірісте технологиялық процесс нәтижесінде мұнайдың құрамын
компоненттерге бөлу әдісін ректификация деп атайды. Ректификация процесінің
мақсаты - әртүрлі қайнау температуралары бар қоспаларды бөлу. Мұнайдың құрамы
күрделі болғандықтан, оны фракцияларға бөлу процесіндегі кейбір параметрлерді
бақылау қиынға соғады немесе мүмкін емес. Техниканың дамуымен материалды және
энергетикалық ресурстарды
шектеуге байланысты оптималды режим іздеуге
негізделген тұтас әрі икемді реттеу жүйесін құру маңызды болып табылады. Қазіргі
уақытта өнеркәсіптік өндірістің көпшілігінде (энергетикалық, металлургиялық,
мұнайды қайта өңдеу т.б.) реттелетін объектілердің жүрісіне қарай статистикалық
ақпараттың жеткілікті болмауына байланысты, оптималды реттеу айқын емес шартында
жүретін күрделі жүйелердің класына жатады.
Мұндай есептерді шешу үшін қажетті мәліметтерді айқын емес жиындар
теориясы береді.
Айқын емес жиындар теориясын қолданып үлгілерді құру әдістерінің артықшылығына
келесілерді жатқызуға болады: дәстүрлі әдіспен жасалған математикалық үлгі
бақыланатын параметрлердің көп сандылығына байланысты қажетті сипаттамаларды
бермейді, сондықтан айқын емес жиындар теориясы объекттің эффективті үлгісін
құруға мүмкіндік береді.
Осы дипломдық жобада ректификациялық колоннадағы мұнайды бірінші реттік
өңдеудің технологиялық процесіне талдау жасалып, айқын емес жиындар теориясын
қолданып, автоматтандыру жүйелері қарастырылды.
Материалды баяндалуы МАТLAB бағдарламалық ортасының мүмкіншіліктерінің
қолдануына негізделеді.
1 тарау. Негізгі бөлім
1.1 Мұнайдың құрамы, негізгі технологиялық сипаттамалары
Скважиналардан шығарып алынатын мұнайдың құрамында жолай газ,
механикалық қоспалар (құм, топырақ) және әрқашанда қаттық (қыртыс) сулар болады.
Әдетте қаттық судың құрамында 30 - 35 % шамасында еріген тұздар - натрий, кальций,
магний хлоридтері мен бикарбонаттары, ал карбонаттары мен сульфаттары сирек
кездеседі. Оның ішінде хлоридтер өте зиянды. Сонымен қатар тез ұшқыш органикалық
(метаннан бутанға дейін) және бейорганикалық (H2S, CO2) газдық компоненттері
болады. Мұнай өңдейтін зауытқа түсетін мұнай құрамындағы тұздың 50 млл, судың
мөлшері 1% шамасында болуға тиіс. Мұнайдың құрамында түрлі қоспалардың болуы
оның тасымалдануын және өңделуін айтарлықтай қиындатады.
Мұнайдың сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық және химиялық
сипаттамалармен анықталады. Оның тығыздығын, тұтқырлығын, химиялық құрамын
осы және басқа да көптеген қасиеттерінің өзгеру заңдылықтарын білмейінше мұнайдың
сапасын, сәйкесінше оның бағасын және өндеу сұлбасын анықтау мүмкін емес.
Табиғатта мұнай - жанғыш майлы сұйықтық, судан жеңіл, өзіне тән иісі бар, көбінесе
қара түсті болады. Мұнайдың түсі жоғары молекулалы шайырлы заттардың құрылысы
мен санына байланысты, ашық сары түстен қараға дейін, кейбір мұнайлар жарыққа
шағылысқанда жасыл немесе пурпур түске флуоресцирленеді. Мұнай түрлері
қасиеттері бойынша бір - бірінен ерекшеленеді: түсі, тығыздығы, ұшқыштығы, қайнау
температурасы. Дегенмен кез келген мұнай - суда мүлдем ерімейтін, құрамы бойынша -
көп компонентті (бірнеше мың әртүрлі химиялық қосылыстар) көміртек атомдарының
саны 100 - ге дейін және одан да көп гетероорганикалық қосылыстар мен кейбір
металдардың коспасынан тұратын көмірсутектердің күрделі қоспасы.
Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның элементтік құрамы бес
химиялық элементтің - көміртек, сутек, оттек, күкірт, азот міндетті түрде болуымен
сипатталады (1.1 сурет).
1.1
сурет - Мұнай мен газдың химиялық және элементтік құрамы
Мұнай мен мұнай өнімдерінің көп бөлігін көміртек (83 - 87 %) және сутек (12 - 14
%) құрайды (1.2 сурет). Гетероатомдық қосылыстардың мөлшері мұнайдың жасы мен
шығу тегіне байланысты. Гетероатомды гетероорганикалық қосылыстар - құрамында
күкірт, азот, оттек, сонымен қатар барлық мұнайда болатын минералды қосылыстар.
1.2
сурет - Мұнайдың химиялық құрамының диаграммасы
Құрамына байланысты мұнай жеңіл және ауыр мұнай деп бөледі. Жеңіл
мұнайдың құрамында аз мөлшерде май фракциясы болады, бірақ ол өте сирек кездеседі.
Жеңіл мұнайда әдетте бензин, нафталар мен керосин, ал ауыр мұнайда дизель мен
мазут көп болады. Бензин мөлшері шамамен 20 - 30% болатын мұнай көп кездеседі.
Мұнайды фракциялық құрамы 1.1 кестеде көрсетілген.
1.1 к е с т е - Мұнайдың фракциялық құрамы
Химиялық классификациясы. Химиялық классификация мұнай құрамында бір
немесе бірсыпыра көмірсутектер кластары басым болуына негізделген. Бұл
классификация бойынша мұнайдың 6 түрін ажыратады:
-
-
-
-
-
-
парафинді;
парафин - нафтенді;
нафтенді;
парафин - нафтен - ароматты;
нафтен - ароматты;
ароматты.
Көмірсутектің негізгі класының үлесі 50%-тен және қосымша компоненттің үлесі 25%-
тен кем болмау керек. Парафинді мұнайларда барлық фракцияларда алкандардың
мөлшері бірталай: бензин фракциясында 50%-тен кем емес, ал майлы - 20% және одан
да көп болуы мүмкін. Мұндай мұнайларға Қазақстанда Өзен және Жетібай кен
Қайнау температурасы
Фракциялар
Молекуладағы
көміртек
0
32 C төмен
Көмірсутекті газдар
1-4
0
166-180 C
Бензин
5-12
0
180-215 C
Лигроин
8-14
0
215-230 C
Керосин
12-18
0
230-430 C
Дизель
14-20
0
430 C жоғары
Мазут
20-45
орындардың мұнайлары жатады. Қатты алкандар 300 0C-тан жоғары температурада
қайнайтын фракцияда
кездеседі. Қазақстан мұнайының құрамында қатты парафиндер
(15 - 20%) өте көп болуымен сипатталады, бұл негізінде Өзексуат, Жетібай, Өзен
мұнайлары. Маңғыстау түбегіндегі мұнайда қатты алкандардың мөлшері 26 - 30%-ға
дейін жетеді.
Нафтенді мұнайларда барлық фракцияларда циклоалкандар (60% және одан да жоғары)
негізгі компонентке жатады. Олардың құрамында қатты парафиндердің, шайрлардың
және асфалтендердің үлесі өте аз. Қазақстанда нафтенді мұнайларға Эмба (Доссор және
Мақат) мұнайлары жатады.
Мұнайдың технологиялық сипаттамалары. Мұнайдың және мұнай өнімдерінің тауар
ретіндегі сапасы әртүрлі технологиялық параметрлермен сипатталады және бұл
көрсеткіштері:
-
-
-
-
тығыздығы;
молекулалық массасы;
тұтқырлығы;
температуралық сипаттамалары (тұтану, лаулау, қату
температурасы).
Ерігіштік. Мұнайда йод, күкірт, күкіртті сутек, күкіртті қосылыстар, шайырлар,
өсімдіктер мен жануарлар майлары, ауа, көміртек оксидтері, газды алкандар және т.б.
жақсы ериді. Мұнай мен мұнай өнімдері суда іс жүзінде ерімейді.
Жылулық қасиеттері. Мұнайдың жылу өткізгіштік, жылусыйымдылық және басқа да
жылулық - физикалық қасиеттері оның құрамындағы көмірсутектердің молекулалық
массасына және молекулалық құрамына, жылуөткізгіштік температураға,
жылусыйымдылық тығыздық пен температураға байланысты. Жоғары жылуөткізгіштік
алкандарға, би және үшциклдік тармақталған кұрылымдарға тән. Алкандардың жылу
өткізгіштігі ең жоғары, ал ароматты көмірсутектердікі ең төмен болып саналады.
Сұйықтар мен газдардың энтальпиясы. Сұйықтың энтальпиясы деп массасы 1 кг
сұйықтың температурасын 00С- тан берілген температураға дейін қыздыру үшін
жұмсалатын жылудың кДж алынған мөлшерін айтады. Будың энтальпиясы деп сұйықты
қайнау температурасына дейін кыздыруға кажетті жылудың мөлшерін айтады.
Жану жылуы деп 1м2 сұйық немесе қатты отын толығымен жанғанда бөлінетін
жылудың (кДж) мөлшерін айтады.
1888 жылы барлық жаңғыш қазбалар каустобиолиттер деп аталынған.
Олар екі топқа бөлінген: көмірлер және битумдар. Битумдарға (лат. битумен - шайыр)
мұнайды және жаңғыш газдарды да, сонымен қатар мұнай тектес қатты з аттар да
жатқызылған.
1987 жылы мұнайлардың тығыздығы бойынша жалпы жіктелуі келесідей қабылданған:
1. жеңіл мұнайлар - 870,3 кгм3;
2. орта - 870,3 - 920,0 кгм3;
3. ауыр - 920,0 - 1000 кгм3;
4. өте ауыр - 1000 кгм3 жоғары, тұткырлығы 10000 мПас кем емес;
5. табиғи битумдар - 1000 кгм3 , тұткырлығы 10000 мПас жоғары.
Сонымен қатар түрлі классификациялары нәтижесінде кұрастырыл ған мұнайдың шифрі
арқылы оның жалпы сипаттамалары, ең тиімді өндеу әдістері, мұнай өнімдерін
жақсарту қажеттілігін негіздеу туралы ұсыныс жасауды жеңілдетеді.
Сонымен қатар мұнайлар физикалық және химиялык сипаттамалар және ауыр
қалдықтардың кұрамы бойынша жіктелінеді (1.2 кесте).
1.2 к е с т е - Мұнайдың физикалық сипаттамалары бойынша жіктелуі
Генетикалық жіктелу мұнайлар құрамында жоғары және төмен өсімдіктер
қалдықтарының қатынасы бойынша: гумит - сапропелді, сапропелді және сапропелді -
гумитті болып үш типке бөлінеді. Компонеттердің анаэробты ортада өзгеру дәрежесіне
қарай типтер кластарға және топтарға бөлінеді.
Технологиялық жіктелу
Пайдаланып жүрген технологиялық жіктеуге сәйкес мұнайларды былай жіктейді (1.3
кесте):
1. құрамыңдағы күкірттің үлес салмағына байланысты төрт класқа бөледі (I II III
IV);
2. 350°С - ка дейін айдалатын фракциялардың шығымына карай үш түрге бөледі
(ТіТ2Т3);
3. базалық майлардың үлес салмақтарына қарай үш топқа бөледі (М,М2М3);
4. тұткырлық индексі бойынша төрт топшаға бөледі (И,И2ИзИ4);
5. қатты парафиннің үлес салмағына байланысты үш түрге бөледі (ПіП2П3).
Күкірттің массалық үлесі бойынша азкүкіртті мұнай - I класқа, күкіртті - II класқа,
жоғарыкүкіртті - III класқа, аса жоғары күкіртті - IV класқа жатады.
Құрамындағы парафиндердің үлесіне қарай азпарафинді мұ най - П1 түрі, парафинді
мұнай - П2 түрі, жоғарыпарафинді - П3 түрі болып бөлінеді.
Сонымен мұнай кластың, типтің, топтың, топшаның және түрлердің көрсеткіштерімен
жүйелі құрастырылған шифрімен сипатталады.
Егер сипаттайтын көрсеткіші бойынша мұнай нөмірі төмен топқа жатса, ал екінші
көрсеткіш арқылы нөмірі жоғары топқа сәйкес келетін болса, онда мұнайды нөмірі
жоғары болатын топқа жатқызады.
1.3 к е с т е - Мұнайдың технологиялық классификациясы Көрсеткіштің
аталымы
Кластың аталымы
Өлшем
бірлігі
Мәні
Тығыздығы
өте жеңіл мұнай
кПм'
04-800
жеңіл мұнай
3
кІІм
800-840
тығыздыгы орта
мұнай
3
кПм
840-880
ауыр мұнай
3
кПм
880-920
Тұткырлығы
аз тұткырлы
мм с
04-40
тұткырлы
ммс
404-80
жоғары тұтқырлы
ммс
80
Көрсеткіштері бойынша
жіктелуі
Құрамы
Құрамындағы күкірттің
I
II
III
IV
үлесі, % масс.
0,60- қа дейін
0,61 -1,8 1,81-3,50 3,5-тен көп
Қатты парафиндердін
үлес салмағы, % масс.
Базалык майлардың үлес
салмағы, % масс.
П1
5ке дейін
М1
25-тен кем
П2
5-10
М2
15-25
П3
10-нан
көп
М3 15-ке
дейін
Тұтқырлық индексі
емес
И1
95-тен көп
И2
90-95
И3
85-90
И4
85-тен
350° С-қа дейін
айдалатын мөлдір
Т1
55 кем емес
T2
45-55
Т3
45 кем
кем емес
фракциялардың
емес
шыгымы, % масс.
Көптеген сипаттамалары зертханалық бақылау және технологиялық процестерді
реттеу үшін қолданылады, сонымен бірге мұнай көрсеткіштерінің мәндері мұнай
зауыттарындағы аппараттарды есептеу үшін қажет. Мұнайдың техникалық
сипаттамаларының біразы оларды жіктеуде пайдаланылады. Осындай көрсеткіштер
шамаларын анықтаудың стандартты әдістері, сонымен бірге олардың есептеуге
мүмкіндік беретін жартылай эмпирикалық әдістер болады.
Тығыздығы. Мұнай өнімдерін тиеу, тасымалдау, сақтау және тұтыну процестеріне әсер
ететін негізгі сипаттамаларының бірі. Тығыздық мәні бойынша оның сапасын және
бағасын айтуға болады. Мұнай фракциясының тығыздығы оның химиялық және
фракциялық құрамына байланысты. Мұнайдың қайнау температурасы жоғарлаған
сайын және онда ароматты көмірсутектер қатарының болуымен тығыздығы
жоғарлайды. Мұнай фракциясының тығыздығы қысымға да байланысты. Көптеген
мұнай үшін тығыздық 0,80-нен 0,90-ға дейін болады.
Молекулалық масса. Молекулалық масса (М.М) бінеше құрамынан тұратын
мұнайды талдау үшін қолданылады. Мұнай және мұнай өнімдері үшін молярлық
массаның орташа мәні алынады да, ол қоспадағы компоненттердің құрамы мен сандық
қатынастарына байланысты болады.
Мұнайдың сұйық көмірсутектерінің бірінші өкілі пентанның молярлық массасы
72-ге тең. Мұнайдың шайырлы заттарында оның мәні 1500 - 2000-ға дейін жетуі
мүмкін. Мұнайдың біразы үшін орташа молекулалық масса 250 -300 аралығында.
Тұтқырлық. Сыртқы күштердің әсерінен бөлшектерінің орын ауыстыруына қарсы
тұратын сұйықтардың қасиеті - тұтқырлық немесе іштей үйкелу деп аталады. Мұнай
өнімдерінің тұтқырлығы двигательдерді, машиналар мен механизмдерді пайдалану
кезінде сұйықтықтар мен газдардың қозғалуын анықтайды, оны тасымалдауда энергия
шығынына зор әсер етеді және т.с.с.
Температуралық қасиеттері. Мұнай өнімдерінің температуралық қасиеттерін
сипаттау үшін жарылудың төменгі шегі, тұтану температурасы, өздігінен тұтану, тұтану
және лайлану температурасы сияқты көрсеткіштер енгізілген. Лап ету температурасы -
белгілі бір стандартты жағдайда мұнай өнімдері буының ауамен қоспасы қопарылғыш
зат болып келетін және отты жақындатқанда лап ете түсетін температураны
айтады.Тұтану температурасы - қыздырылған мұнай өніміне жалынды жақындатқанда 5
секундтан кем емес уақыт бойы жанатын температураны айтады. Тұтану
температурасының лап ету температурасынан әрдайым жоғары болатындығы белгілі.
Өздігінен тұтану температурасы - мұнай өнімін қыздырғанда оның ауамен қоспасы
отты жақындатпаса да өздігінен тұтана алатын температураны айтады. Лайлану
температурасы - парафинді көмірсутектер мен мұз кристалдарының түзілуі салдарынан
лай пайда болу температурасы.
1.2 Мұнайды өңдеу процестері
Мұнай өңдеу зауыттарының технологиялық процестерін екі топқа бөледі:
физикалық және химиялық (1.4 кесте).
Физикалық процестер арқылы мұнайдың құрамындағы компоненттерді химиялық
өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау, экстракция, адсорбция, абсорбция,
кристалдану және т.б процестер жатады.
Химиялық өзгерістердің түріне байланысты үш топқа бөлінеді:
1. Деструктивті процестерде шикізаттағы қосылыстардың
ыдырау арқылы төменмолекулалық көмірсутектер және тығыздану
процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі.
2. Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процестердің
өзінде түзілетін сутектің қатысуымен жүреді.
3. Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен (ауадағы
оттегімен, су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксид терімен және т.б.) көміртек
оксидтерін, сутегі, әлементті күкірт битум және т.б. түзе жүреді.
Атмосфералық айдаудың отынды фракцияларын ары қарай жақсартуға ұшыратады:
гетероатомды қосылыстардан гидротазалау, каталитикалық риформинг арқылы -
бензиндердің сапасын жоғарылату және мұнайхимияның шикізаттарын - жеке ароматты
көмірсутектерді (бензол, толуол, ксилолдар және т.б.) бөліп алу.
Вакуумды айдау арқылы мазуттан (ВТ - вакуумдық айдау қондырғысында) мотор
отындар компонентерін алатын шикізаты - вакуумды газойлдің кең фракциясын немесе
кейінгі тазалау процестеріне жіберілетін (селективті тазалау, депарафиндеу және т.б.) -
жіңішке дистиллятты май фракцияларын алады.
1.4 к е с т е - Технологиялық процестердің жіктелуі Процестер тобы
Процестің аталымы
1
2
А. Физикалық
1. Тұзсыздандыру және сусыздандыру.
2. Атмосфералық және и вакуумды
айдау.
3. Сольвентті деасфальттау.
4. Полюсті еріткіштермен экстракциялық
5. Кристалдаужаксарту.ар ылы депарафиндеу:
- адсорбциялык
- карбамидті
В. Химиялық
1.В.ДеструктивтіХимиялык
Каталитикалық
1. Дестр1. Кукаттаилвиттиі калык крекинг
2. Алкилдеу
3. Полимерлеу
Термиялық
Каталитикалық
Термиялық
Каталитикалық
Термиялық
1. Термиялық крекинг және висбрекинг
2. Кокстеу
3. Пиролиз
2. Гидрогенді
2. Гидро Гидрожақсарту
2. Гидрокрекинг
3. Гидрокаталитикалық риформинг
4. Гидроизомерлеу
5. Гидродепарафиндеу
6. Гидродеароматтау
1. Гидровисбрекинг
2. Гидропиролиз
3. Донорлы - сольвентті крекинг
3. Тотықтыру
1.Газдар синтезі және көміртек өндірісі
2. Элементарлы күкірт өндірісі
3. Демеркаптанизация
1. Битум өндірісі
2. Пектер өндірісі
3. Көмірлер мен кокстерді газдау
Мұнай кұрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуге түрлі әдістерді
қолданады. Оларға: айдау, ректификация, вакуумдық айдау, адсорбция, абсорция,
экстракция, крекинг.
Айдау. Көмірсутектердің қайнау температурасы кұрамындағы көміртек атомдарының
саны артқан сайын жоғарылайды. Керісінше, бензолдың буын қайнау температурасынан
төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа айналады. Мұнайды айдап құрам
бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.
Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйықтың температурасы 80°С -ден асқанда
одан бензол ұшып шығады. Онымен бірге қайнау температурасы бензолдікіне жақын
басқа да көмірсутектер ұшады, яғни мұнайдан қайнау температурасы 80°С - қа жуық
фракция бөлінеді.
Аппараттағы температураны тағы 25°С градусқа көтерсек мұнайдан қайнау
температурасы 80 - 105°С аралықта жататын келесі фракция кұрамында С7 бар
көмірсутектер ұшып шығады. Осылай температураны 350°С-ға дейін көтере отырып
мұнайды басқа да құрам бөліктеріне бөлуге болады.
Ректификация - мұнайдан қайнау температуралары өзара біршама жақын жататын
фракцияларды алу үшін қолданылады.
Вакуумдық айдау. Атмосфералык қысымда айдағанда қалдық ретінде мазут бөлінеді.
Мазут 350°С- тан жоғары температурада айдалады. Вакуумдық айдаудың негізі болып
мына қағида саналады: қысым азайған сайын сұйықтықтың қайнау температурасы
төмендейді.
Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары 350 - 500°С аралығында
жататын фракциялар алынады (1.3 сурет).
Адсорбция. Бұл әдіс мұнай құрамындағы компоненттердің белгілі бір сорбенттің бетіне
таңдамалы түрде адсорбциялануына негізделген. Бұл кезде компоненттердің
сорбиялану энергиялары да әртүрлі болады. Мұнайды адсорбент арқылы өткізгенде
1.генді
оның бетіне белгілі бір компоненттер жақсы адсорбцияланады да, қалғандары сұйықта
қалады. Осылай мұнайды құрам бөліктеріне бөлуге болады. Қазіргі кездегі
адсорбциялық қоңдырғылар хроматографияға негізделген.
Хроматографияның
ыгыстырушы және элюенттік деген түрлері бар.
1.3 сурет - Мазутты вакуумдық айдау фракциялары
Адсорбция - фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің екінші
компонентке сіңуі. Адсорбент (адсорбтеуші зат) - өзінің сыртқы бет қабатына басқа
затты сіңіріп алатын зат (әдетте катты немесе сұйық заттар).
Абсорбция - фаза көлемінде жүретін бір компоненттің екінші компонентке сіңуі
(өндірісте ацетиленді табиғи газдың тотығу пиролизі - ацетон, метанол, аммиак ).
Абсорбент - өзінің тек сыртқы бет қабатына ғана емес сонымен қатар ішкі көлем
бойынша басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте сұйық заттар).
Десорбция - адсорбцияға кері процесс. Хемосорбция - адсорбент және адсорбат
(адсорбентке сіңетін зат) молекулалар арасында химиялық әрекеттесу арқылы жүретін
адсорбция процесі.
Адсорбция әдісі. Газ қоспасының құрамындағы белгілі бір компонентті таңдамалы
түрде өзінің бетіне сіңіретін кеуек қатты заттар қасиеттеріне негізделген. Капиллярлық
құрылымды кеуек қатты заттарда беттегі адсорбциямен бірге капиллярлық конденсация
құбылысы да жүзеге асады. Адсорбент ретінде активтелген көмір жиі қолданылады.
Әдетте ол газдарды органикалық булардан тазартуға, жағымсыз иістерді, газ тәрізді
қоспаларды және ұшқыш компоненттерді жоюға жұмсалады.
Пиролиз деп затты тотықтармай - ақ термиялық жолмен ыдырату және өзгеріске
ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы олефиндерді - қанықпаған
көмірсутектер (КС) алуға негізделген. Шикізат ретінде парафинді КС колданылады.
Пиролизге табиғи, қосалқы газдар және мұнай өнімдері ұшырайды.
Экстракция. Белгілі еріткіште мұнай құрамындағы компоненттердің әркелкі
еруіне негізделген. Экстракцияны сатылы әдіспен жүргізеді. Сонда бөлініп алынған
әрбір фракцияның құрамында критикалық температуралары бір - біріне жуық, олай
болса құрылысы өзара ұқсас заттар жинақталады.
Ерітіндімен араласпайтын органикалық еріткіш арқылы ерітінді құрамындағы бір
компонентті шығарып алуға негізделген әдіс.
Крекинг. Бұл термин ыдырату деген мағынаны береді. Ол мұнайдың ауыр фракцияларын
жеңіл фракцияларға ыдырату үшін пайдаланылады.
Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі:
1. Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа айналдырылған)
газ. Құрамында газ көп мұнайды өңдегенде пропан - бутан фракциясы айдау
қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес, сонымен бірге газ түрінде де бөлініп шығады.
2. Бензин фракциясы 166 - 180°C аралығында айдалады. Бензин фракциясын
автобензиннің компоненті түрінде, каталитикалық риформинг қондырғысының қа жетті
шикізаты есебінде пайдалынады.
3. Керосин фракциясы 215 - 230°C аралығында айдалады. Реактивті авиация
қозғалтқыштардың жанармайлары, жарық шаммайларында, тракторлық карбюраторлық
қозғалтқыштардың отыны ретінде қолданылады.
4. Дизель фракциясы 265 - 280°C аралығында айдалады. Бұрындары дизель
фракциясын атмосфералық газойль деп атаған. Бұл фракцияны автомобильдерде,
тракторларда, тепловоздарда, теңіз және өзен кемелерінде орнатылған дизель
қозғалтқыштарының жанармайы ретінде пайдалады.
5. Мазут - мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін қалдық. Оның
бастапқы қайнау температурасы 315 - 330°C. Мазут термиялық крекингтің шикізаты
болып саналады және отын ретінде де пайдаланылады. Мазутты өңдегенде түзілетін
вакуумдық дистиллят 350 - 500°C температурада айдалады және ректификациялық
колонна мен гидрокрекингтің шикізаты ретінде қолданылады. Бұл фракцияны кейде
вакуумдық газойль деп те атайды.
6. Гудрон - мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық, ол 500°C-та
айдалады. Гудрон тұтқырлығы жоғары, 30 - 40°C- та қатып қалатын өнім болып
саналады. Оны термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы жоғары майлар
өндіруде қолданады.
1.3 Мұнайды өңдеудің ректификация әдісі
Ректификациялау деп қайнау температурасы жағынан бір - бірінен айырмашылығы бар
сұйықтықтардың, булар мен сұйықтықтардың қарама - қарсы қайта - қайта
жанасуының нәтижесінде бөлінуінің диффузиялық процесін атайды.
Булар мен сұйықтықтардың жанасуы тік цилиндр тәрізді құралдарда -арнайы
жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары
бар, колонна бойымен жоғары көтерілуші бу мен төмен ағушы сұйықтық арасында өте
тығыз жанасуды қамтамасыз ететін ректификациялық колонналарда іске асырылады.
Колоннаның орта бөлігіне бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйінде шикізатты
береді, оны жоғары және төмен қайнаушы өнімге бөлу қажет. Шикізатты беретін
аймақты эвапорациялық аймақ дейді, себебі онда эвапорация - пеште немесе жылу
алмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бір рет
буландырылуы жүреді. Кейбір жағдайларда эвапорациялық аймақ колоннадан бөлек
болады да, эвапорация өз алдына тұрған аппаратта жүргізіледі.
Істеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбір табақшадан төрт ағым өтеді: 1)
жоғарғы табақшадан құйылатын сұйық - флегма; 2) төменгі табақшадан көтерілетін бу;
3) төменгі табақшаға түсетін сұйық - флегма; 4) жоғарғы табақшаға көтерілетін бу.
Табақшаға түсетін бу мен сұйықтық тепе - теңдік жағдайда болмайды, бірақ жанасу
жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғарғы табақшадан сұйық ағым жоғарғы
температура аумағына түскендіктен, одан кейбір төмен температурада қайнаушы
компонент буға айналады, осының нәтижесінде сұйықтықта оның концентрациясы
азаяды. Екінші жағынан, төменгі табақшадан көтерілетін бу ағымы температурасы
төмендеу аумаққа түскендіктен, одан жоғары қайнаушы өнімнің бөлігі осы аумақта
конденсацияланып, сұйылады. Сонымен жоғары қайнаушы компоненттің булардағы
концентрациясы төмендейді, ал төмен қайнайтындардың концентрациясы - көтеріледі.
Булар мен сұйықтықтардың фракциялық құрамы колоннаның жоғарғы бойы бойынша
үздіксіз өзгереді.
Ректификациялық колоннасының шикізатты беретін орнының жоғарғы жағын
концентрациялау, ал төменгі жағын - айдау бөлігі деп атайды. Колоннаның екі
бөлігінде де бірдей ректификациялау үрдісі жүреді. Концентрациялау бөлімінің
жоғарғы жағынан бу фазасына қажетті тазалықтағы мақсатты өнім - ректификат, ал
төменгі жағынан төмен температурада қайнайтын компонентпен байыған сұйық өнім
алады. Айдау бөлігінде бұл сұйықтықтан төмен температурада қайнаушы компонент
түпкілікті буланады. Колоннаның бұл бөлігінің төменгі жағынан сұйық күйінде екінші
мақсатты өнім - қалдық алынады.
Колоннада ректификациялау процесін жүргізу үшін булардың жоғарылаушы ағымын
және сұйықтықтың төмендеуші ағымын іске асыру қажет. Жоғарлаушы ағым
колоннаның айдау бөлігіне жылу беру арқылы, екінші концентрациялау бөлігіне
берілетін ағынның көмегімен жасалынады.
1 - Бастапқы шикізатқа арналған ыдыс; 2,9 - сорғылар; 3 - жылуалмас- тырғыш; 4 -
қайнатқыш; 5 - ректификациялық колонна; 6 - дефлегматор; 7 - дистиллят мұздатқышы;
8 - дистиллят сақтайтын ыдыс; 10 - кубтық қалдық мұздатқышы; 11 - кубтық қалдық
сақтайтын ыдыс.
1.4
сурет - Үздіксіз жұмыс істейтін ректификациялық колоннаның принципиалды-
технологиялық сұлбасы
Жұмыс істеу принципі: 1 Бастапқы шикізатқа арналған ыдыстан шикізатты 2
орталықтанған сорғы арқылы 3 жылуалмастырғышқа барады. Қайнау температурасына
дейін қыздырылады. Қызған қоспа 5 ректификациялық колоннаның қоректену
тарелкаларына түседі. Ондағы сұйықтық құрамы бастапқы қоспа құрамымен хF бірдей
болады. 4 қайнатқышта кубтық қалдықтың қайнағаннан кейін түзілетін сұйықтық
колоннадан төмен ағып, жоғары көтерілетін бумен байланысады. Будың бастапқы
құрамы хW кубтық қалдық құрамына тең, яғни жеңіл ұшқыш компоненттерімен
кедейленеді. Сұйықтықпен массаалмасу процесі нәтижесінде бу жеңіл ұшқыш
компонентпен байиды. Толығымен баю үшін колоннаның жоғарғы бөлігін колоннадан
шығатын 6 дефлегматорда алынатын хР құрамды сұйықтықтың берілген флегмалық
санымен толтырылады. Конденсаттың бөлігі бөлінген дайын өнім түрінде дистилляттан
шығады. Ол 7 жылуалмастырғышта суытылып, 8 аралық ыдысқа салынады (1.4 сурет).
Ректификациялық колоннаның (1.5 сурет) әр тәрелкесінда жүріп жататын процесті
қарастырамыз, Б тарелкасына үстіңгі тарелкадан В ағынды келте құбыр 3 арқылы сұйық
келеді. Ағынды келте құбыр тарелка деңгейінен жоғары келтіріледі, сондықтан онда
үнемі сұйықтың қабатшасы болады.
1.5
сурет - Ректификациялық колоннаның тәрелкелері
Төменгі А тарелкасынан мұнай булары көтеріледі, олар келген құбыр арқылы 2
қақпақтың астына түсіп, оның төменгі саңылауынан тарелка сұйықтың қабатшасынан
тікелей өтеді. Жоғарыда жатқан әр тарелканың температурасы төмендегідей
беретіндіктен (ең төменгі температура ең жоғарғы тарелкада, оған суық флегма
беріледі) астыңғы тарелкадан келетін булар өзінің сұйық жылуын осы тарелкаға бере
отырады. Нәтижесінде сұйықтан оның ең жеңіл қайнайтын фракциялары буланады
және бу күйінде жоғарыда жатқан тарелкаға келеді. Онда осыған сәйкес процесс
жүреді.
Ректификационды қондырғылар қайнау температурасы бойынша ерекшеленетін
компоненттердің бір текті сұйық қоспалардың бөлінуі үшін қолданылады (1.6 сурет).
1.6 сурет - Ректификационды қондырғының автоматтандыру сұлбасы
Ректификационды қондырғының автоматтандыру сұлбасында келесідей белгіленулер
бар:
- РК - ректификационды колонна.
- СҚ - бу ағынын тудыратын кубтық сұйықтықтың қайнатқышы.
- Д - бір бөлігі колоннаны суытуға қолданылатын өнімді - дистилятты
алуға арналған бу дефлегматоры (конденсатор).
- Ж - қайнау температурасына дейін кіріс қоспасының жылытқышы.
Қоспаның бөлінуі ректификационды колоннада сұйықтық пен будың қарсы ағынынан
болады. Тәрелкелер бойынша төмен ағып жатқан сұйықтық өзімен бірге қоспаның
төмен қайнайтын компоненттерін алып кететін бу ағынымен түйіседі. Нәтижесінде
төмен қайнайтын компоненттер колоннаның жоғарғы бөлігінен бу түрінде шығады, ал
жоғары қайнайтын компоненттер оның төменгі бөлігінде кубтық сұйықтық ретінде
жиналады.
Кіріс қоспаның шығыны шығын ретеуішімен қалыптасады (1поз.). Диафрагма мен
жұмыс органы жылытқышқа дейін орналастырылуы керек, себебі қоспаны қайнау
температурасына дейін жылытудан кейін сұйықтық ағынында бу фазасы болуы мүмкін.
Ректификация процесінің маңызды мәні ретінде кіріс қоспаның температурасы болып
табылады. Егер қоспа колоннаға қайнау температурасынан төмен температурада
енгізілетін болса, ол колоннаның төменгі бөлігінен келетін бу арқылы сол
температураға дейін қайнатылады. Бұл жағдайда бу конденсациясы өседі, осылайша ол
ректификация процесінің режимін бұзады. Сондықтан кіріс қоспаның температурасы
жылытқышқа жылу тасымалдағыштың шығынының өзгеруімен орнықтырылады (2
поз.).
Бұл жағдайда дистиллят құрамы - сапаның негізгі көрсеткіші бақыланбайды деп
алынады. Бірақ әдетте дистиллят концентрациясы колоннаның жоғарғы бөлігіндегі
сұйықтықтың концентрациясына және бу қысымына тәуелді болғандықтан, бұл
көрсеткіштер орнықтырылады.
Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысым дефлегматорға хладогенттің берілуімен
орнықтырылады (3 поз.). Бұл жағдай колоннадан буды алу мәні мен конденсация
интенсивтілігіне алып келеді. Ректификационды колоннаның жоғарғы бөлігіндегі
қысымның орнықтыру колоннаның қосымша нормалды гидродинамикалық режимін
қамтамасыз етеді. Себебі қысымның төмендеуінде колоннаның шашалуына
(көтеріліп келе жатқан бу ағыны сұйықтықтың тарелка бойынша ағуына) әкеледі, ал
жоғарлауында бу ағынының жылдамдығының, оған қоса қондырғы өнімділігінің
төмендеуіне әкеледі.
Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі сұйықтықтың концентрациясы суытудағы
флегманың шығынымен реттеледі (4 поз.). Бұл шығын ұлғайған сайын сұйықтықта
төмен қайнайтын компонент көп болады және керісінше. (Бу мен дистилляттың
құрамының датчигі бар болса, суытудағы флегманың шығынымен бұл көрсеткіштер
реттеледі. Құрамның датчиктері жоқ болған жағдайда, суытудағы флегманың
шығынымен ректификация үрдісінің интенсивтілігіне қатты әсер ететін колоннаның
жоғарындағы температура орнықтырылады). Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі
сұйықтықтың құрамы мен қысымын реттеу сапасы төмен жағынан келетін және
колонна буындағы сұйықтық құрамы, температурасы мен қысымына тәуелді бу құрамы
мен жылдамдығына тәуелді. Колонна кубындағы бу қысымын орнықтыру қажеттілігі
керек емес болады. Себебі колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысымды реттеу төменгі
бөліктегі қысымды да (азғантай кешігумен) орнықтырады.
Колонна кубындағы температураны қайнатқышқа буды беру арқылы орнықтырады (5
поз.).Температура реттеуіші қалдықты алу түзуінде клапанды жабады, ал онымен
байланысты кубтағы деңгейдің ұлғаюы деңгейдің реттеуішін б удың берілісін ұлғайтуға
мәжбүрлейді. Колонна кубынан сұйықтықтың интенсивті булануы төмен қайнайтын
компоненттің арқасында жүреді. Температура мен деңгей берілген мәнге қайтып келеді.
Осылайша, қалдық кубтан үлкен көлемде шығарылады, егер оның құралы бері лгенге
сәйкес болса ғана. Температура мен деңгейді реттеудің қарапайым әдісінде кубта төмен
қайнайтын компоненттің көп болуымен қатар, кубтық сұйықтықтың үлкен шығыны
болуы мүмкін.
Кубтағы материалды балансты ұстап тұру үшін сұйықтық деңгейі кубтық қалдық
шығыны арқылы реттеледі (6 поз.). Бақылауға материалды ағынның температурасы мен
ағыны алынады.
Кіріс қоспасының жылытқышындағы жылу тасымалдағыш санының санауышы
қарастырылған (8поз.,екінші әріпі Q - уақыт бойынша интегралдауышы). Колоннаның
жоғарғы бөлігіндегі сұйықтық құрамының ауытқуы (4 поз.), кубтық қалдық деңгейі (6
поз.), колоннадағы қысымы (3поз.), жоғардағы (7 поз.) мен төмендегі (5 поз.)
температурасы, кіріс қоспаның шығыны (1 поз.) туралы белгі беріледі. Колоннадағы
қысымның рұқсат етілген мәнінен үлкеюінде, сонымен қатар кіріс қоспаның келуі
тоқталған жағдайда жылу тасымалдағыш, қалдық және дистиллят беретін магистралін
жабатын қорғанысы қосылады, ал хладогент және флегма магистралі жабылады.
1.4 Есептің қойылымы
Қазіргі заман талабына сай, ғылыми - техниканың дамуына орай, еліміздегі мұнай
өңдеу зауыттарын жетілдіруге сәйкес, алдымызға қойған мақсаттарды шешу маңызды
болып табылады. Мұнай технологиясын дәстүрлі автоматты реттеу жүйесінде көп
айнымалылар ескерілмей қалады, сондықтан соңғы уақытта тәжірибелі
операторлардың, технологиялық процестегі өзгерістерге байланысты, оптималды
әрекеттерін айқын емес жиын теориясын қолдана отырып, үлгіні құрып, автоматты
реттеу жүйесінде қолдануға болады.
Осы есептерді жүзеге асыру үшін келесілер қажет:
1. Ректификациялық колоннадағы
процесімен танысу.
мұнайды бірінші реттік өңдеу
2. Колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасын құру.
3. Дәстүрлі
әдіс
бойынша
колоннаның
жоғарғы
бөлігінің
температурасын реттеу жүйесінің математикалық үлгісі мен құрылымдық сұлбасын
құру.
4. Айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның жоғарғы
бөлігінің температурасын реттеу жүйесін модельдеу.
5. Реттеу жүйесінің математикалық үлгісін Fuzzy Logic Toolbox пакеті
арқылы MatLab ортасында жасау.
6. Дәстүрлі және айқын емес жиындар теориясы бойынша колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеудің өтпелі сипаттамаларын салыстыру.
7. Өміртіршілік қауіпсіздігінің есептерін шешу.
8. Техника-экономикалық есептерді шешу және талдау.
2 тарау. Арнайы бөлім
2.1
Колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын
реттеу
кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасы
1 - ректификациялық колонна; 2 - мұздатқыш; 3 - дефлегматор; 4 -жылуалмастырғыш; 5
- қайнатқыш; 6 - температура датчигі; 7 - бу шығынының түрлендіргіші; 8 - бу
шығынының датчигі; 9 - шығын реттеуіші; 10 - температура реттеуіші.
2.1 сурет - Колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу кезіндегі
ректификация процесінің фунционалдық сұлбасы
Жұмыс істеу принципі: Бастапқы шикізат 4 - жылуалмастырғыш арқылы қайнау
температурасына дейін қыздырылады. Қызған қоспа 1 -ректификациялық колоннаның
жоғарғы бөлігінің қоректену тарелкасына түседі. Ал колоннаның төменгі бөлігіне 5 -
қайнатқыш арқылы бу жіберіледі. Колоннаға түскен бу ағыны жоғарыға көтеріледі, ал
сұйықтар (флегмалар) төмен қарай ағады. Колоннаның жоғарғы бөлігінен шығатын
дайын өнім бензин буы күйінде болады. Кейін ол 2 - мұздатқыш арқылы суытылып, 3 -
дефлегматорға беріледі. Осы кезде бензин буының бір бөлігі конденсацияланып сұйық
өнім ретінде шығады, ал екінші бөлігі колоннаның жоғарғы бөлігіне барады.
Колоннаның жоғарғы фракциясынан дайын өнімді, яғни бензинді алу үшін колоннаның
жоғарғы бөлігінің температурасын реттеп отыру керек, ол үшін колоннаға мұздатылып
қайта берілетін бензин буының шығынын бақылау қажет (2.1 сурет).
Ректификационды колоннаның жұмыс сапасының негізгі көрсеткіштері:
-
энергошығындары (кубтық
сұйықтықтың
қайнатқышындағы
жылытылған будың және кіріс қоспаның жылытқыштағы жылу тасым алдағыштың
шығыны);
-
сұйықтық);
-
өнім бойынша өнімділігі (көбінесе дистиллят, кейде кубтық
дистиллят құрамы (немесе колоннадан шығып келетін будың) немесе
колоннаның бөлгіштік қасиеті (кубтық қалдықтың және дистилляттың
концентрациясының әртүрлілігі).
Ректификационды қондырғыларды басқаруының негізгі мақсаттары:
-
-
-
энергошығындарды төмендету;
дайын өнім бойынша шығысты өсіру;
дистилляттың берілген концентрациясын немесе бөлу дәрежесін
-
қамтамасыз ету.
Негізгі әсерлері: кіріс қоспасының сипаттамаларының өзгеруі, жылу және суық
тасымалдауыштар, жылутаратқыш беттердің құрамдарының өзгеруі.
Бүтін өнімнің құрамының анализаторы әдетте жоқ болғандықтан, ректификация
процесінің интенсивтілігі тәуелді жанама көрсеткіштері бойынша процесті реттеуді
жүргізуге тура келеді. Ректификационды қондырғылардың автоматтандыру жүйесін
әдетте материалды және жылу балансын ұстап тұру мақсатында
негізгі
көрсеткіштерінің (температура, деңгей, қысым, шығын) қалыпта ұстап тұру
(стабилизация) принципі бойынша құрады.
Ректификационды колоннаның үлкен инерциясында жоғарғы температураны және
өнімнің құрамын реттеу сапасын жоғарлату үшін каскадты автоматты реттеу жүйесі
қолданылуы мүмкін. Онда аралық реттелетін шамалар ретінде аралық (бақылаудағы)
тәрелкеде колоннаның шығысындағы құрамға қарағанда тез және көп өзгеретін
құрамды (немесе температураны) қолдануға болады. Энергошығынды азайту үшін
кейде қайнатқышқа жылытатын будың және кіріс қоспаның (флегманың кіріс
қоспаның) шығындар қатынасының автоматты реттеу жүйесі қолданылады.
Ректификационналық құрылғы үлкен кешігу уақыты бар (мысалы, кейбір жағдайларда
процестің шығыс параметрлері шикізат параметрі өзгергеннен кейін 1 - 3 сағаттан кейін
ғана өзгеріп басталады), процесті сипаттайтын параметрлердің көп саны мен олардың
арасындағы көптеген өзара байланыстары бар және т.б. басқарудың күрделі объектісі
болып табылады.
Процесті реттеудің қиындығы қобалжытудың жиілігімен және амплитудасымен
түсіндіріледі. Қобалжыту деп кірістегі қоспаның, жылу және суық тасымалдауыштың
бастапқы параметрлерінің өзгеруін, жылу беруші беттердің құрамының өзгеруін,
қабырғаларда заттардың жиналуы және т.б. айтамыз. Одан басқа, ашық аспанның
астында қондырылатын ректификационды колоннаның технологиялық режиміне
атмосфералық ауа температурасының тербелісі әсер етеді.
2.2 Жүйенің математикалық үлгісі
Математикалық бейнелеу келесі теңдеулерден тұрады:
GF GD GW ,
GF xF GD xD GW xW ,
(2.1)
мұндағы GF , GD , GW - соңғы қоспадағы, дистилляттағы және кубтық қалдықтағы
массалық шығын;
xF , xD , xW - соңғы қоспадағы, дистилляттағы және кубтық қалдықтағы жеңіл
ұшқыш компоненттің мольдік мөлшері.
Жылудық баланстан:
(2.2)
мұндағы F·hF - шикізатпен берілетін жылу; QB - су қайнатқышпен берілетін жылу; D·HD
- дистиллятпен берілетін жылу; W·hW - кубтық қалдықпен берілетін жылу; QD -
конденсаторменберілетін жылу.
2.3 Дәстүрлі әдіс бойынша колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын реттеу
жүйесінің математикалық үлгісі мен құрылымдық сұлбасы
Реттелетін шама: Тк - колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасы. Бұл шама
колоннаға қайтып келетін суытылған бензин буының шығынына байланысты өзгереді.
Бензин буының колоннаға берілуі бойынша температура артады немесе кемиді.
Температура мәнін тұрақты ұстап тұру қажет (2.2 - 2.3 суреттер).
АР - автоматты реттеуіш; ОМ - орындаушы механизм; КЛ - клапан; БО - басқару
объектісі; Д - температура датчигі.
2.2 сурет - АРЖ-нің құрылымдық сұлбасы
2.3 сурет - Таңдалған объектінің екпін қисығы
Алынған беріліс функциясы бойынша объект параметрлері келесідей:
τ=4,7 мин (кешігу уақыты); Tоб=9,3 мин (объект уақыты).
Алынған қисық бойынша объектінің беріліс функциясы:
(2.3)
Беріліс функциясы бойынша объекттің алынған параметрлеріне байланысты τT=0,51
болғандықтан ПИ реттеуіші таңдалынады.
ПИ реттеуішінің беріліс функциясы:
(2.4)
ПИ реттеуішінің беріліс функциясының мәндері есептелінеді (2.1 кесте).
2.1 к е с т е - Кешігуі бар бірінші ретті статикалық объект
B=Toб(Коб · Wоб).
(2.5)
Орындаушы механизмнің беріліс функциясы:
(2.6)
Клапанның беріліс функциясы:
(2.7)
Температура датчигінің беріліс функциясы:
.
Берілген әсер бойынша ажыратылған тізбек үшін беріліс функциясы:
,
(2.8)
(2.9) Реттеуіштер
типі
Параметр
лері
Өтпелі процесс типі
Реттеуіштер
типі
Параметр
лері
Апериодты
20%- дық
қайтареттеумен
2
с min y dt
И-
Кр
1(4,5 A)
1(1,7 A)
1(1,7 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz