Порядок выполнения работы
1. Рассмотрим применение оптимизатора при оптимизации схемы охлаждения. Пусть дана схема, состоящая из трех теплообменников. Будем предполагать, что для каждого теплообменника известно произведение K*F (коэффициента теплопередачи на поверхность теплообмена). При этом требуется определить максимально возможное количество тепла, переданное (отводимое) схемой ТС.
Довольно типичной для инженерных задач является постановка, когда теплообменники уже существуют и их нужно использовать в несколько иных условиях, чем это предусматривалось проектом. Инженеру при этом требуется определить, какое количество тепла можно передать схеме теплообмена, поскольку эта величина лимитируется существующей конструкцией теплообменников.
В этой схеме используются ветвитель, клапан, смеситель и три теплообменника.
Поток ПИТАНИЕ делится в Ветвителе на два параллельных потока ТА1ОН и ТА2ОН. Поток ТА1ОН охлаждается верхним продуктом демитанизатора ТА1ВН в теплообменнике ТА1, а поток ТА2ОН последовательно в теплообменнике ТА2 потоком пропанового холодильного цикла ТА2ВН и в ребойлере колоны деметанизатора ТА3 потоком ТА3ВН. Используем пакет Пенга-Робинсона.
2. Входные технологические параметры потоков и параметры теплообменников имеют следующие значения:
Имя |
ПИТАНИЕ |
ТА1ВН |
ПРОПАН |
ТА3ВН |
Temperature (C) |
-5.0000 |
-97.0000 |
50.0000 |
-65.0000 |
Pressure (kg/cm2) |
70.0000 |
17.5000 |
25.0000 |
17.6000 |
Molar Flow (kgmole/h) |
1245.0000 |
700.0000 |
<empty> |
<empty> |
Comp Mole Frac[Methane] |
0.7515 |
0.9073 |
0.0000 |
0.2828 |
Comp Mole Frac[Ethane] |
0.2004 |
0.0927 |
0.0000 |
0.2930 |
Comp Mole Frac[Propane] |
0.0401 |
0.0000 |
1.0000 |
0.1414 |
Comp Mole Frac[i-Butane] |
0.0040 |
0.0000 |
0.0000 |
0.1313 |
Comp Mole Frac[n-Butane] |
0.0040 |
0.0000 |
0.0000 |
0.1515 |
Теплообменники ТА1-ТА3. Закладка, Страница (Данные, Параметры) |
|||
Поле |
ТА1 |
ТА2 |
ТА3 |
Сопротивление трубы кг/см2 |
0.7 |
0.35 |
0.35 |
Сопротивление корпуса кг/см2 |
0.7 |
0.07 |
0.35 |
К*F кДж/С-час |
7.6 e+04 |
9.6 e+04 |
6.6 e+04 |
Потери тепла/холода |
нет |
нет |
нет |
Модель теплообменника |
Weighted |
Weighted |
Weighted |
Интервалов (ТА1ОН) |
10 |
10 |
10 |
Интервалов (ТА1ВН) |
10 |
10 |
10 |
Точки кипения/росы |
Не включать |
Не включать |
Не включать |
3. Отдающие тепло потоки ТА1ОН, ТА2ОН, ТА3ОН подаются в трубное пространство, а воспринимающие ТА1ВН, ТА2ВН, ТА3ВН в межтрубное. Для обеспечения сходимости расчета необходимо использовать дополнительную информацию: Температура потока ТА3ОК=-40 С; Доля пара потока ТА2ВК=1.00; Температура потока ТА1ОК=-54 С; Давление потока ТА2ВК=1.4 кг/см2.
Результаты проведенных расчетов приведены в Рабочей тетради.
4. При оптимизации данной схемы ТС можно минимизировать суммарную величину kF, варьируя распределением потоков в Ветвителе. Тогда вместо заданных величин kF в каждом ТА будем использовать следующие спецификации:
В ТА2 – спецификация расход потока ТА2ВН=180 кмоль/час.
В ТА3 – спецификация Температура потока ТА3ВН=-65С.
А расход потока ТА2ОН будет являться параметром оптимизации его исходное значение (700 кмоль/час) можно задать либо в виде спецификации в ТА2, либо в виде значения в рабочей тетради.
Тогда после вызова оптимизатора (клавиша F5) необходимо на Закладке Переменные при помощи кнопки Добавить выбрать в качестве Подбираемой переменной мольный расход (Molar Flow) потока ТА2ОН и указать возможный интервал изменения ее значений (600–1000 кмоль/час).
5. Если в процессе оптимизации возникнет вариант распределения расхода в Ветвителе, при котором схема ТС не рассчитывается (пересечение температурных кривых), можно подкорректировать этот интервал. Вызвав электронную таблицу (кнопка Электрон. табл.) на закладке Соединения при помощи кнопки Добавить необходимо импортировать необходимые для расчета целевой функции переменные.
6. А на закладке Эл. таблица сформировать целевую функцию (kF)TA1+(kF)TA2+(kF)TA3
Целевая функция - это та, которую мы собираемся минимизировать, в данном случае это сумма произведений KF всех трех теплообменников. Поместите текущие значения произведений KF отдельных теплообменников в электронную таблицу оптимизатора. В поле А4 введите формулу, по которой суммируются эти значения (+А1+А2+А3).
Закрыть окно электронной таблицы.
7. На закладке Функции оптимизатора необходимо определить цель оптимизации (Минимум ячейки А4) и ограничения.
8. На закладке Параметры задайте способ расчета Mixed (Смешанный) и нажмите кнопку Старт.
9. На закладке Монитор будут отражены результаты оптимизации.
10. Для оценки эффективности исследуемой ТС можно применить «Пинч-метод», который предполагает построение составных тепловых кривых. С помощью утилиты Пинч-анализа (Композитные кривые) можно оценить эффективность ТС, включающей произвольный набор теплообменников, многопоточных теплообменников LNG, холодильников и нагревателей, которые на момент применения утилиты должны быть рассчитаны.
Для включения утилиты необходимо в меню Инструменты выбрать пункт Утилиты и в появившемся специализированном окне при помощи кнопки Добавить активизировать утилиту Композитные кривые. Далее в появившемся окне Композитные кривые на закладке Данные страница Соединения при помощи кнопки Выбор теплообменного объекта определить объекты, которые должны входить в исследуемую ТС (в нашем примере это теплообменники ТА1, ТА2, ТА3). После выбора расчет утилиты производится автоматически.
На станицах Графики и Таблицы закладки Результаты отображены рассчитанные композитные кривые.
Число интервалов разбиения для композитных кривых (составных тепловых кривых для совокупности горячих и холодных потоков), минимальный напор, а также нагрузку на хладагенты и теплоносители можно задать на странице Пинч.