книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

71

ратура I антраценовой фракции более чувствительна к изменению расхода орошения, чем температура верха колонны.

Влияние на режим колонны количества отбора I ан­ траценовой фракции. Первую антраценовую фракцию отбирают из жидкой фазы одной или двух тарелок и вы­ водят из колонны через боковые отборы. Зависимость изменения качества I антраценовой фракции от количе­ ства ее отбора приведена на рис. 29. С повышением ко­ личества отбора фракции закономерно уменьшается количество отгона до 360° С и увеличивается ее темпера­ тура.

Качество II антраценовой фракции при этом меня­ ется очень незначительно. Также незначительно меняет­ ся и температура в верхней и нижней частях колонны. Тесная взаимосвязь между температурой I антрацено­ вой фракции и ее качеством (рис. 30) указывает на воз­ можность использования температуры как косвенного параметра при автоматизации антраценовой колонны.

Пассивный метод исследования статики антраценовой колонны

На основании собранного материала о значениях параметров технологического процесса в серии устано­ вившихся режимов рассчитаны уравнения регрессии для следующих зависимостей:

Изучение указанных зависимостей [11] позволяет сделать следующие выводы:

1) выходы I и II антраценовых фракций находятся в обратно пропорциональной зависимости. Следователь­

72

но, наиболее ценную I антраценовую фракцию необхо­ димо отбирать с большим выходом;

2)качественные показатели I и II антраценовых фракций в интервале 65—85% отгона до 360° С не за­ висят друг от друга. При увеличении с 60 до 90% в I антраценовой фракции отгона до 360° С качество II ан­ траценовой фракции практически не меняется;

3)качественные показатели I антраценовой фрак­

ции — отгоны до 300° С и до 360° С находятся в экстре­ мальной зависимости с нечетким минимумом в интерва­ ле 70—75% отгона до 360° С, что хорошо согласуется

спрактикой работы цехов;

4)зависимость отгона до 360° С I антраценовой фракции от температурного режима колонны, количест­ ва отбора и расхода орошения говорит о том, что осо­ бенно сильное влияние в исследованных интервалах на отгон до 360° С I антраценовой фракции оказывает ко­ личество ее отбора, в меньшей степени — расход ороше­ ния и, как их производная, температура на тарелке от­ бора I антраценовой фракции. Температура в зоне отбо­ ра I антраценовой фракции может служить косвенным показателем ее качества. Частный коэффициент корре­ ляции Rx /Хщі характеризующий тесноту связи между

температурой в зоне отбора и отгоном до 360° С при исключении влияния остальных, связанных с ними при­ знаков, равен 0,93. Теснота связи очень высокая, так как при значениях коэффициента ± 1 зависимость оце­ нивается уже как функциональная.

Из предварительного анализа статических характе­ ристик следует, что Технологический режим работы ан­ траценовой колонны может быть с достаточной надеж­ ностью оценен по качеству I антраценовой фракции (от­ гон до 360° С) или по косвенному показателю качест­ ва — по ее температуре на тарелке отбора.

Так как статические характеристики колонны в ши­ роких рабочих интервалах близки к линейным, эти за­ висимости могут быть представлены уравнениями эмпи­ рической линейной множественной регрессии:

73

Приведенные уравнения представляют собой мате­ матическую модель статики антраценовой колонны при сырье, стабильном по количеству, величине испарения и температуре питания, и дают возможность оптимизиро­ вать технологический процесс по качеству и максималь­ ному выходу I антраценовой фракции.

Для оценки степени влияния технологических пара­ метров в их совокупности на качество I антраценовой фракции уравнение (Ш-16) представлено в стандарти­ зованном масштабе

Как видно из этого уравнения, основное влияние в рабочих интервалах на количество отгона до 360° С в I антраценовой фракции (? ) оказывает количество ее

раценовой фракции меняется соответственно на 0,618 а

своего среднего квадратичного отклонения.

При анализе статических характеристик обращает на себя внимание тот факт, что качество и температура I антраценовой фракции в большей степени реагируют на количество ее отбора, чем на расход орошения. Это можно объяснить тем, что при изменении количества от­ бора I антраценовой фракции состав жидкости на тарел­ ке отбора изменяется более интенсивно, чем состав па­ ровой фазы при изменении расхода орошения.

ФРАКЦИОННАЯ КОЛОННА

Активный метод исследования режима работы колонны

Для изучения статических характеристик с целью оп­ ределения влияния отдельных факторов на технологиче­ ский режим фракционной колонны вносили скачкообраз­ ные возмущения, а также возмущения типа прямоуголь­ ного и волнового импульса по следующим параметрам: расход перегретого водяного пара, расход рефлюкса и количество отбора нафталиновой фракции.

Во время опытов регистрировали температуру верха колонны, паров дистиллята (питания), температуру на тарелках отборов фенольной, нафталиновой и поглоти­ тельной фракций, перегретого водяного пара; количест­ во отборов фенольной, нафталиновой и поглотительной

74

фракции; расход орошения, водяного пара; количество питающих колонну паров дистиллята.

Фракции отбирали через каждые 15 мин во время пе­ реходных процессов и через 30 мин в установившихся режимах. Смолу, поступающую на переработку, отбира­ ли через каждый час и усредняли в одну пробу за сутки. Анализ фракций и смолы выполняли в соответствии с ТУ на их качество.

Влияние на режим ко­ лонны расхода перегрето­ го водяного пара. Стати­ ческие характеристики

расход пара — качество фенольной, нафталиновой и по­ глотительной фракций представлены на рис. 31.

Изменение расхода пара аналогичным образом отра­ жается и на температурном режиме колонны. Так, при увеличении расхода пара в рабочих интервалах 520— 360 кг/ч наибольшее изменение температуры происходит в верхней и нижней частях колонны. В средней части, особенно на тарелках отбора нафталиновой фракции, температура практически не меняется (рис. 32).

Таким образом, наибольшее влияние при неизменном количестве орошения расход пара оказывает на содер­

75

жание нафталина в поглотительной фракции, в меньшей степени — на содержание нафталина в фенольной фрак­ ции и почти не оказывает влияния на содержание наф­ талина в нафталиновой фракции (при изменении расхо­ да пара в рабочих интервалах).

Влияние на режим колонны расхода орошения. Из­ менение количества орошения, подаваемого на верхнюю тарелку колонны, оказывает большое влияние на качество фенольной, нафталиновой, по­ глотительной фракций и на рас­ пределение температур по вы-

Расход рефлюкса, кг/ч

колонны остается более инертной, и только при измене­ нии расхода орошения на 20% от номинального значе­ ния (т. е. за рабочим интервалом) содержание нафтали­ на в нафталиновой фракции начинает заметно меняться.

Статические характеристики по каналам: расход оро­ шения — температуры верха колонны, фенольной, нафта­ линовой и поглотительной фракций приведены на рис. 33. Как видно из рис. 33, наибольшее влияние расход реф­ люкса оказывает на верхнюю часть колонны. При увели­ чении расхода рефлюкса на 6% от номинального зна­ чения температура паров на выходе из фракционной ко­ лонны снизилась на 9 град, температура фенольной фракции — на 5 град, поглотительной фракции — на

76

2 град и нафталиновой фракции — на 1 град, т. е. тем­ пература нафталиновой фракции практически не изме­ нилась.

На рис. 34 приведена статическая зависимость, ха­ рактеризующая взаимосвязь между температурой фе­ нольной фракции на тарелке отбора и содержанием в ней нафталина. Как видно из графика, температуре фе­

из колонны; фенольной, нафталиновой и поглотительной фракций; расход рефлюкса на антраценовую и фракци­ онную колонны;.перегретого водяного пара, паров дис­ тиллята, питающих колонну; содержание нафталина в парах дистиллята; в фенольной, нафталиновой и погло­ тительной фракциях.

Распределение нафталина по высоте фракционной ко­ лонны в зависимости от количества отбора нафталино­ вой фракции очень наглядно представлено на рис. 35. Как видно из графика, при уменьшении количества от­

77

бора на 13,2% содержание нафталина в жидкой фазе і-іа 40-й тарелке (отбор фенольной фракции) изменилось на 5,9%, на 20-й (отбор нафталиновой фракции) на 4,7% и ниже 1-й тарелки (отбор поглотительной фракции) на 7,6%.

При этом содержание нафталина в питающих колон­ ну парах дистиллята соответствовало 26,4% (кривая 1), 25,4% (кривая 2) и 28,8% (кривая 3).

Пассивный метод исследования

Для расчета математической модели статики процес­ са фракционирования применен метод множественной корреляции. В качестве зависимых и независимых пере­ менных выбраны следующие параметры:

х1— содержание нафталина в поглотительной фракции;

х2 — содержание нафталина в смоле;

хв — расход перегретого водяного пара; X, —температура пара;

х8— количество отбора нафталиновой фракции; Хд— содержание нафталина в фенольной фракции; х10— количество отбора фенольной фракции.

Исходя из физико-химических основ процесса, зави­ симости искали в форме уравнений множественной рег­ рессии, характеризующих распределение нафталина по фракциям во взаимосвязи с основными технологически­ ми параметрами в колебательном режиме.

Как уже отмечалось в I главе, одной из основных задач процесса переработки каменноугольной смолы является наиболее полное извлечение нафталина как на стадии ректификации, так и при дальнейшей переработ­ ке его в отделении кристаллизации. Таким образом, что­ бы правильно решить поставленную задачу, необходимо изучить весь комплекс взаимосвязанных превращений, происходящих в исследуемом объекте, и выделить влия­ ние как отдельных факторов, так и их совокупности, на основные выходные параметры.

Такими возможностями обладают статистические ме­ тоды, позволяющие математическим анализом устранить

78

влияние взаимосвязанных параметров и количественно оценить воздействие интересующего нас фактора на вы­ ходную величину. Для фракционной колонны основными выходными величинами являются: х\ — содержание наф­ талина в поглотительной фракции, х3— содержание наф­ талина в нафталиновой фракции, ха— содержание наф­ талина в фенольной фракции.

Ниже представлены уравнения множественной рег­ рессии в натуральном и стандартизованном масштабах, полученные при обработке статистических данных на вычислительной машине:

Анализ уравнений (ІІІ-23), (Ш-25) и (Ш-27) пока­ зывает, что содержание нафталина в поглотительной фракции (*і) больше всего зависит от температуры и расхода водяного пара. При изменении каждого пара­ метра на одну сигму (среднее квадратичное отклонение) содержание нафталина в поглотительной фракции из­ меняется соответственно на 0,1382; 0,1238; 0,1434; 0,0724; 0,1959 и 0,5562 своего среднего квадратичного откло­ нения.

Содержание нафталина в нафталиновой фракции (х3) в основном зависит от содержания нафталина в смоле. Коэффициент регрессии при переменном х2 равен 0,7192 гг показывает, на какую часть своей сигмы изме­ нится содержание нафталина в нафталиновой фракции при изменении содержания нафталина в смоле на с+о.

В фенольной фракции содержание нафталина (хд) в

79

большей мере зависит от температуры и расхода водя­ ного пара (ад._= 0,657, а ѵ =0,366). Меньшее влияние на

содержание нафталина в фенольной фракции оказыва­ ют концентрация нафталина на тарелке отбора нафта­ линовой фракции (ах =0,2359) и температуры верха

=0,1217).

Для выбора косвенных параметров автоматизации изучены статистические характеристики, отражающие взаимосвязь между составом выходной величины и ее температурой. Поля корреляции, характеризующие за­ висимости между содержанием нафталина в фенольной, нафталиновой и поглотительной фракциях и их темпёратурами, представлены уравнениями парной регрессии, выраженными в стандартизованном масштабе:

Как видно из уравнений, теснота связей между рас­ сматриваемыми признаками очень высокая. Особенно четко это наблюдается между температурами феноль­ ной, поглотительной фракций и их качественным соста­ вом. При изменении температуры фенольной и поглоти­ тельной фракций на одну оХі и оХз содержание нафтали­

на в них меняется соответственно на 0,673 а,, и 0,835 а,. .

Это обстоятельство дает возможность использовать тем­ пературы фенольной и поглотительной фракций как косвенные параметры их качества.

Одноколонные трубчатые агрегаты

Активный метод и сследован и я статических характеристик

Поскольку основные отличия одноколонных трубчатых агрега­ тов от двухколонных заключаются в орошаемом испарителе II сту­ пени и в конструкции ректификационной колонны, изучение стати­ ки процесса фракционирования каменноугольной смолы ограничи­ вается определением статических характеристик указанных аппа­ ратов.

80