3. Моделирование реакционно-ректификационной колонны в системеHysys

Математическая модель процесса изомеризации пентана в колонне реакционно-ректификационного типа осуществлена в системе HYSYSна основе простой ректификационной колонны с указанием расположения реакционных зон на требуемых тарелках и с применением метода расчетаSimultaneousCorrection.

Для расчета реакционной зоны в колонне метод SimultaneousCorrectionиспользует кинетические реакции из «Диспетчера реакций»[12].

Расчет кинетических реакций проводится итерационно, поэтому программе приходится находить начальные приближения для состава продуктов. Тем самым определяется скорость реакций, после чего проверяется мольный баланс, и система переходит к следующей итерации, и так до тех пор, пока решение не сойдется.

Уравнение относится к скорости реакции r_aпри заданных параметрах реакции и базисе (например, концентрации)[13].

4. Расчет кинетических параметров

При создании математической модели процесса использовались экспериментальные данные по кинетике изомеризации пентан-гексановой фракции на катализаторе типа Pt/Zr/SO₄[6,7].

В таблице приведены основные характеристики и показатели процесса изомеризации для пентан-гексановых фракций среднего состава на катализаторе типа Pt/Zr/SO₄. Содержание тяжелых углеводородов (гептанов, нафтенов С₆, бензола) не более 10% масс [7].

Таблица 3 – Основные показатели процесса изомеризации пентан-гексановых фракций среднего состава

Показатели	Катализатор типа Pt/Zr/SO4
Температура, ºС	130-170
Объёмная скорость подачи сырья, ч-1	2,0-3,0
Давление, Мпа	2,8-3,5
Содержание воды в сырье, мг/кг (ppm)	до 10
Содержание серы в сырье, мг/кг (ppm)	до 2
Содержание азота в сырье, мг/кг (ppm)	1-2
Конверсия сырья «за проход», %	до 75
Октановое число изомеризата (ОЧИМ, п)	до 84
Селективность, % мас.	до 99

Для моделирования кинетических реакций в системе HYSYSна основе экспериментальных данных необходимо получить значения констант скоростей реакций, проходящих на данном катализаторе. С этой целью реализована процедура в программной средеMathCAD, подробно описанная в приложении А.

5. Проверка адекватности математической модели процесса

Для проверки адекватности создаваемой математической модели в системе HYSYSсоздана математическая модель процесса «Paraffinisomerisationprocessusingreactivedistillation» с использованием выбранного термодинамического пакета и кинетических параметров. Полученные результаты моделирования сравнивались с данными приведенными в описании процесса [16].

Согласно описанию, реакционно-ректификационная колонна процесса «Paraffinisomerisationprocessusingreactivedistillation» (рисунок 5) состоит из 36 теоретических тарелок (нумерация тарелок сверху), включает в себя три реакционные зоны (R₁,R₂,R₃), расположенные на 27-28, 32-33, 35-36 тарелках. Тарелка питания 26.

Состав сырья на входе в колонну (% мол.):

Таблица 4 – Состав сырья на входе в колонну

Компонент	Состав (% мол.)
изопентан	24,6
н-пентан	27,8
2,2-диметилбутан	1,7
2,3-диметилбутан	2,8
2-метилпентан	15
3-метилпентан	8,5
н-гексан	13,2
метилциклопентан	3,6
бензол	1,5
С7+	1,3

Рисунок 5 – Колонна изомеризации процесса «Paraffin isomerisation process using reactive distillation »

Сравнение технологических параметров описанных в модели "Paraffinisomerisationprocessusingreactivedistillation" и модели аналогичного процесса, созданной с использованием выбранных параметров и реализованного в системеHYSYSприведено в таблице:

Таблица 5 – Сравнение технологических параметров процесса изомеризации.

Технологические параметры	Модель "Paraffin isomerisation process using reactive distillation "	Расчетная модель в системе HYSYS	Относительное отклонение, %
Температура верха колонны, oC	99	99,8	0,80
Температура низа колонны, oC	142	141,1	0,63
Расход питания, кг/ч	93,6	93,6	–
Отбор дистиллята, кг/ч	41,9	41,5	0,95
Отбор кубового продукта, кг/ч	50,2	52,1	3,65
Мольная доля н-пентана в дистилляте, %	3	3	–
Мольная доля изопентана в кубовом продукте, %	12	11,2	6,67
Мольная доля н-пентана в кубовом продукте, %	3	2,8	8,33
Конверсия н-пентана, %	82,8	83,5	0,84

Таким образом, данные, полученные с помощью созданной модели с приемлемой точностью повторяют данные модели "Paraffinisomerisationprocessusingreactivedistillation", следовательно выбранный метод расчета реакционно-ректификационной колонны и кинетические параметры реакций подходят для моделирования процесса изомеризации пентана в колонне реакционно-ректификационного типа.