ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование и оптимизация производства стирола из "Алгоритмы оптимизации химико-технологических процессов" Краткое описание технологической схемы. Основным промышленным способом получения стирола является дегидрирование этилбензола. Типовая структурная схема производства стирола приведена на рис. 27. [c.163] Общая смесь паров с температурой 600 °С из смесителя поступает в первую ступень реактора 5, где, проходя через неподвижный слой катализатора, этилбензол частично превращается в стирол. Одновременно протекают побочные реакции с образованием бензола, толуола, водорода, углерода и других продуктов. Углерод откладывается на катализаторе и постепенно снижает его активность. Срок службы катализатора 12—16 мес. Конверсия этилбензола в первой ступени достигает 30%. [c.163] Вследствие эндотермической реакции дегидрирования и тепловых потерь температура выходящего из первой ступени контактного газа снижается до 565 °С. Далее контактный газ подогревается до температуры 630 в межступенчатом подогревателе за счет теплообмена с водяным паром, подогретым до 700 °С в пароперегревательной печи 16ц, и поступает во вторую ступень реактора 7. Конверсия на выходе реактора составляет 60%. Из реактора контактный газ направляется в систему конденсации. Несконденсированные продукты реакции (отходящий газ), содержащие до 80% водорода и 10% метана, сбрасываются в топливную сеть завода. Углеводородный конденсат, содержащий 50—55% стирола, 35—40% непрореагировавшего этилбензола, 6—8% бензола и толуола и до 1% полимерного остатка, отделяется от воды в отстойнике 9 и поступает в отделение ректификации. [c.164] В отделении ректификации углеводородный конденсат в цепочке последовательно соединенных колонн разделяют на фракции (стирол-ректификат, бензольно-толуольная фракция и др.). Для предотвращения полимеризации ректификация осуществляется в вакуу [е. [c.164] Ректификационная колонна 10 предназначена для выделения из углеводородного конденсата бензольно-толуольной фракции, которая откачивается на склад товарной продукции. Ректификационная колонна 12 служит для выделения из кубовой жидкости колонны возвратного этилбензола, который затем возвращается в отделение дегидрирования. В ректификационной колонне 13 получают стирол-сырец из кубовой жидкости колонны 12. Дистиллят колонны 13, смешиваясь в сборнике 11 с кубом колонны 10, поступает в качестве питания в колонну 12. В последней колонне 15 из кубовой жидкости колонны 13 выделяют стирол-ректификат, который откачивается на склад товарной продукции. Из кубовой жидкости колонны 15 после дополнительного выделения стирола получают смолу, направляемую в производство лаков или в печь сжигания. [c.164] Таким образом, производство стирола состоит из последовательно соединенных аппаратов, имеющих рециркуляционные сЪязи, стационарные и квазистационарные характеристики. [c.164] К первой группе можно отнести перегреватель 3 и отстойник 9, ко второй — смесители 1, 11, 14, к третьей — систему конденсации 8, к четвертой — обе ступени (5, 7) реактора и ректификационные колонны 70, 12, 13. [c.165] Степень влияния аппаратов на технико-экономические показатели производства определяет требования к полноте математического описания оборудования. Если аппараты, относящиеся к первой группе, можно вообще не рассматривать, то для математического описания аппаратов второй группы можно использовать уравнения материального баланса. Для описания аппаратов третьей группы необходимо принимать во внимание затраты при расчете целевой функции в зависимости от входных и выходных параметров каждого аппарата, вычисленных по уравнениям материального баланса. Для аппаратов четвертой группы требования наиболее полные нужно достаточно точно рассчитать их выходные параметры в зависимости от входных и управляемых переменных. [c.165] На рис. 28 приведена структурная схема производства стирола, в которой учтены только те аппараты, математические модели которых необходимы для расчета материального баланса-производства. [c.165] Здесь обозначены — количество /-го входного потока в г-ый блок F / — количество /-го выходного потока из -го блока / и с, J — концентрация г-го продукта в /-ом входном и выходном потоках г-го блока соответственно М — количество компонентов в смеси k — коэффициенты извлечения, характеризующие эффективность работы системы конденсации и колонны 10 (рассчитываются по данным нормальной эксплуатации аппаратов). [c.166] Оптимизация работы действующих производств накладывает жесткие ограничения на время расчета оптимальных режимов, что, в свою очередь, ограничивает время определения выходных потоков аппаратов по математическим моделям (не более 30 с). Поэтому для выполнения требования по точности и времени расчета выходных потоков аппаратов четвертой группы использован следующий прием. [c.166] Здесь и далее через с ( = 1—5) обозначены содержания с1 — тяжелого остатка — стирола с — этилбензола с — парафинистых соединений с — бентола (бензол толуол). [c.167] Аналогично записываются уравнения материального баланса по аппаратам 7, 8. [c.168] Параметры этих потоков — количество и содержание стирола — оказывают существенное влияние на работу каждого из отделений, а также на значения друг друга. Так, например, с увеличением количества возвратного этилбензола и содержания в нем стирола ( i 2) снижается производительность оборудования, увеличиваются потери по целевому продукту в то же время с уменьшением его количества за счет интенсификации процесса в реакторе возрастают затраты по сырью. Увеличение количества печного масла и снижение в нем концентрации стирола (при постоянном количестве стирола в печном лмасле Fi 2 4,2 = onst) приводит к возрастанию выхода стирола на разложенный этилбензол, но одновременно увеличиваются потери по целевому продукту и энергозатраты в отделении ректификации. Таким образом, параметры потоков 2 и 1 должны выбираться на основе решения общей задачи оптимизации. [c.168] При решении задачи оптимизации необходимо учитывать ограничения на входные, выходные, промежуточные и управляющие переменные. [c.169] задача оптимизации формулируется следующим образом найти значения входных и управляющих переменных, удовлетворяющих ограничениям (IV,65) — (IV,68) и обеспечивающих минимум цел вой функции (IV,62) при выполнении плана по стиролу-ректификату (IV,63) и требования ГОСТ но его качеству (IV,64). [c.170] Оптимальный расчет технологической схемы производства стирола. Математическое описание производства стирола характеризуется совокупностью моделей ступеней реактора дегидрирования, ректификационных колонн, смесителей, системы конденсации и уравнений связи между ними, определяющих так называемую топологическую структуру производства. [c.170] В связи с тем, что технологическая схема производства стирола имеет рециркуляционные потоки, для ее расчета воспользуемся принципом разрыва обратных связей (см. работу [12, с. 311). Входные и выходные переменные разомкнутой схемы, полученные за счет разрыва обратных связей замкнутой схемы, будем в дальнейшем называть соответственно условно-входными и условно-выходными переменными. Расчет схемы заключается в итеративном согласовании условно-входных и условно-выход-ных переменных с заданной степенью точности. [c.170] Таким образом, наиболее целесообразным методом для расчета схемы производства стирола является метод Вольфа. [c.171] Вернуться к основной статье