Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" Часть 2 (стр. 10 из 14)

Процесс производства технического углерода осуществляется в реакторах циклонного типа с активным подводом части воздуха низкого давления на обдувку сырьевой форсунки, а также в реакторах циклонного типа с противоточным движением потоков сырья и теплоносителя. Сырье в такой реактор подается через две радиально установленные пневматические форсунки, снабженные насадкой с каналом для выхода сырья, выполненным под углом 15...45⁰ к оси форсунки. Для регулирования качества получаемого продукта реактор снабжен держателем, обеспечивающим поворот форсунки вокруг ее оси. Получение технического углерода основано, как уже указывалось,на термоокислительном разложении углеводородного сырья при недостаче кислорода в высокотемпературном потоке продукта сгорания топливного газа. Топливный газ и воздух низкого давления на горение вводятся в камеру горения через диффузионные горелки в соотношении, обеспечивающем полное сгорание топливного газа. Воздух предварительно подогревается в воздухонагревателе. Сырье в реактор подается через пневматическую форсунку. Распыл сырья производится воздухом высокого давления, который предварительно подогревается. В реакторе с большой скоростью происходят следующие процессы:

- сгорание топливного газа для получения теплоты, необходимой для термического разложения углеводородов;

- испарение капель сырья,

- частичное неполное сгорание сырья вследствие недостатка оксида углерода и паров воды;

- термическое разложение углеводородов сырья сполучением сажи и формированием сажевых частиц;

- взаимодействие между полученными техническим углеродом и газообразными продуктами процесса.

В конце реакционной зоны происходит резкое охлаждение продуктов реакции до t =700…730 °C путем впрыскивания через механические форсунки технологической воды. Эта вода получается смешением глубокообессоленной воды с технической и конденсатом. Впрыскиванием воды достигается охлаждение реакционной смеси. Из зоны закалки продукты реакции через воздухоподогреватель поступают в коллектор техуглеродной смеси. В воздухонагревателе реакционная смесь охлаждается, нагревая воздух низкого давления, поступающий в реактор. Затем технический углерод поступает в коллектор-ороситель и бункера в отделении улавливания.

10.3. Экспериментальные данные для получения

математической модели оптимальной рецептуры сырья

В качестве сырья в сажевой промышленности используются нефтяные и коксохимические продукты. Химический состав сырья и его физико-химические свойства оказывают прямое влияние на выход и свойства печных саж. В связи с этим возникла необходимость в разработке определенных технических требований к сырью и в создании оптимальных условий применения различных видов сырья в производстве технического углерода. Смесь, используемая на Стахановском заводе технического углерода, состоит из термогазойля, коксохимических продуктов и пиролизной смолы. Необходимость применения смеси продуктов обусловливается как экономическими соображениями, так и характером влияния отдельных видов сырья на свойства и выход технического углерода. Сырье характеризуется групповым составом, индексом корреляции, коксуемостью, по значениям которых можно судить о качестве технического углерода, а также о его свойствах.

Групповой химический состав сырья - это относительное содержание в сырье парафиновых, нефтеновых, моно-, ди- и трициклических ароматических углеводородов и асфальтенов. Групповой химический состав определяют методом хроматографии.

Содержание ароматических углеводородов характеризуется показателем индекса корреляции, который приближенно определяется по эмпирической формуле

, (10.2)

где

- плотность сырья при 20 °С; T_кип - средняя (абсолютная) температура кипения сырья, К.

Чем выше И_к , тем лучше сырье. Как видно из (10.2), чем выше плотность сырья и ниже его средняя температура кипения, тем больше индекс корреляции. На заводах применяют сырье с индексом корреляции 80...160. Для получения высокодисперсных саж (ПМ-I00) необходимо применять сырье с коэффициентом ароматизированности не менее 200 и индексом корреляции более 120. Коксуемость сырья должна быть в допустимых технологией пределах, так как экспериментально установлено, что при увеличении коксуемости сырья содержание графита в саже увеличивается, усиливающие свойства ее снижаются.

Таким образом, применяя сырьевую смесь определенного количественного состава, можно добиться некоторого оптимального сочетания параметров этой смеси (а именно, минимальную ее себестоимость), которое обеспечит максимальный выход cажи с требуемыми свойствами. В связи с этим возникла проблема, требующая решения: описать математически зависимость качественных показателей сырья, индекса корреляции и коксуемости от количественного состава отдельных компонентов сырья (термогазойля, коксохимических продуктов и пиролизной смолы), а также найти некоторое оптимальное сочетание этих компонентов, которое обеспечит эффективность процесса производства технического углерода.

При математическом подходе к решению подобной задачи сырьевая смесь рассматривается как изучаемый объект, который характеризуется большим числом взаимосвязанных параметров. Задача оптимизации заключается в том, чтобы установить некоторую зависимость между входными параметрами-факторами, которыми являются процентные соотношения отдельных компонентов сырья и выходными параметрами - показателями качества сырьевой смеси, которыми являются индекс корреляции и коксуемость. Для оптимального выбора состава систем с многими компонентами эта задача идентификации решается с помощью экспериментально-статистических методов, в качестве которых используются математическое планирование эксперимента, которое заключается в выборе необходимых условий проведения опытов, их количества, необходимого для того, чтобы решить данную задачу с достаточной степенью значимости, а также способы математической обработки результатов опытов и сопоставление полученных результатов с экспертными. В соответствии с этим планом на Стахановском заводе технического углерода проводилось три серии опытов, количество опытов в каждой серии 14, достаточное для математического описания результатов эксперимента.

Варьируя процентным соотношением компонентов сырья от 0 до 100% можно измерить лабораторным методом показатели качества сырья (индекс корреляции для каждого опыта данной серии).

В табл. 10.1 приведена матрица экспериментов, в которую занесены три серии опытов, проведенные на Стахановском заводе технического углерода. В качестве параметра был принят индекс корреляции.

Номер опыта	Термо-газойяь	Коксохимические продукты	Пbроли- зная смола	ИК Ic	ИК IIc	ИК IIIc	Средняя оценка ИК
1	100	-	-	92.31	101.73	100.43	98.15
2	-	100	-	147.23	143.89	152.85	147.99
3	-	-	100	132.3	124.27	127.75	128.10
4	50	50	-	120.11	120.55	124.34	121.66
5	50	-	50	112.63	113.99	110.63	112.41
6	-	50	50	144.16	114.67	135.64	137.32
7	50	30	20	111.77	114.67	118.50	114.98
8	60	20	20	111.77	112.60	116.38	113.58
9	70	20	10	102.07	111.41	108.81	107.43
10	70	10	20	99.45	92,89	111.61	103.66
11	80	10	10	99.01	103.20	103.13	104.11
12	40	40	20	121.08	146.12	115.37	117.52
13	40	50	10	120.78	118.27	116.23	118.42
14	40	30	30	116.57	119.91	119.73	119.82

11. АСУТП ПРОИЗВОДСТВА ВИНИЛХЛОРИДА

Технологический процесс получения винилхлорида методом гидрохлорирования ацетилена [18] состоит из следующих стадий:

- осушка ацетилена,

- гидрохлорирование ацетилена,

- промывка реакционного газа,

- осушка реакционного газа,

- конденсация и ректификация винилхлорида.

Ацетилен проходит последовательно четыре осушителя, заполненных твердым едким калием, поступает на гидрохлорирование ацетилена в присуствии катализатора - хлорной ртути, нанесенной на активированный уголь.Содержание сулемы в активированном (свежеприготовленном) угле 10%. Основной химический процесс [19] протекает согласно реакции

(11.1)