2 - 76 Колонна

2.7 Колонна - дополнительные операции

Процедура инсталляции операции в подсхеме колонны та же, что и в основной схеме (смотри Раздел 1.2.1 - Инсталляция операций). Чтобы вызвать окно Операции, с помощью которого добавляются операции, в линейке меню выберите Схема, Добавить операцию или нажмите кнопку <F12>. Операции можно так же добавлять с помощью кассы объектов.

Модульные операции, доступные в подсхеме колонны, представлены в следующей таблице.

Группа операций	Типы операций
Емкости	Конденсатор (парциальный, полный, 3-фазный),
	Ребойлер, Тарельчатая секция, Сепаратор
Теплообменное	Нагреватель, Холодильник, Теплообменник
оборудование
Изменение давления	Насос
Трубы	Клапан
Логические	Баланс, Релейный регулятор, ПИД-регулятор, Блок
	Селектор, Передаточная функция

Большая часть операций, показанных здесь, идентична операциям основной схемы в плане задаваемой и рассчитываемой информации, структуры окон и т.д.

Имеется несколько дополнительных операций, которых нет в основной схеме:

Конденсатор (парциальный, полный, 3-фазный)

Ребойлер Тарельчатая секция

Боковые стриппинги и отпарные секции, циркуляционные орошения и байпасы добавляются на закладке Дополнительное оборудование специализированного окна колонны. В подсхеме колонны доступны следующие операции:

При работе с колонной типа Экстрактор жидкость-жидкость или при использовании метода расчета OLI пользователь не может войти в подсхему колонны с помощью кнопки Среда колонны. Однако можно открыть графическое окно колонны из главной схемы. Здесь можно только изменять потоки и параметры операции, нельзя удалять операции отсоединять потоки. Это можно делать только в подсхеме колонны.

Колонна 2 - 77

2.7.1Конденсатор

Конденсатор используется для конденсации паров колонны и может быть установлен только в подсхеме колонны. Существует четыре типа конденсатора:

Тип	Описание
конденсатора
Парциальный	Содержимое конденсируется частично, имеется паровой и
	жидкий продукты. Заметьте, что парциальный конденсатор
	может работать как полный, если расход парового продукта
	задать равным нулю.
	Парциальный конденсатор можно использовать в качестве
	полного, если задать отбор пара равным нулю.
Полный	Содержимое конденсируется полностью, имеется только
	жидкий продукт.
Трехфазный	Имеется один паровой и два жидких продуктовых потока.
химический
Трехфазный	Имеется один паровой и два жидких (углеводородный и
углеводородный	водный) продуктовых потока.

В специализированном окне конденсатора имеется поле Тип. Выбирая
нужный тип конденсатора в этом поле, Вы переключаетесь с одного типа
оборудования на другой без удаления и повторной инсталляции единицы
оборудования.	Парциальный конденсатор

Полный конденсатор

Трехфазный конденсатор

При изменении типа конденсатора вид окна меняется. Например, на странице Соединения в случае полного конденсатора не показывается паровой поток. Если Вы переходите от парциального конденсатора к полному, паровой поток будет отсоединен. Если Вы вернетесь к парциальному конденсатору, имя парового потока придется задать снова.

Когда Вы добавляете колонну, используя готовый шаблон, конденсатор уже есть в шаблоне (например, в случае полной колонны). Чтобы вручную добавить конденсатор, нажмите <F12> и в появившемся окне выберите конденсатор или выберите кнопку Конденсатор в кассе объектов подсхемы колонны.

Специализированное окно конденсатора имеет те же пять основных закладок, что и окна других операций:

•Данные

2 - 78 Колонна

•Расчет

•Рабочая таблица

•Результаты

•Динамика

Необходимо задать информацию на страницах Соединение и Параметры. Информация, задаваемая на закладках Расчет и Динамика, не используется в стационарном режиме.

Закладка Данные

На закладке данные расположены пять страниц:

•Соединения

•Параметры

•Оценки

•Переменные пользователя

•Примечания

Страница Соединения

На этой странице задается имя операции и имена входных и выходных потоков. Заметьте, что для парциального и полного конденсатора нет отбора воды. На странице Соединения показываются только те потоки, которые соответствуют выбранному типу конденсатора.

Обычно конденсатор используется вместе с тарельчатой секцией: пары с верхней тарелки колонны поступают в конденсатор, а поток флегмы из конденсатора направляется на верхнюю тарелку колонны.

Колонна 2 - 79

Страница Параметры

Можно задать следующие параметры:

•Сопротивление

•Нагрузка

Величину нагрузки конденсатора лучше задавать в качестве спецификации,

ане в качестве фиксированной величины.

•Переохлаждение

Сопротивление

По умолчанию сопротивление конденсатора принято равным нулю. Оно определяется следующим уравнением:

	P = Pv = Pl = Pfeed − ∆P	(2.9)
где	Р - давление в емкости
	Pv - давление парового продуктового потока
	Pl - давление жидкого продуктового потока

Pfeed - давление в потоке питания коденсатора ∆P - сопротивление емкости

Обычно давление в конденсаторе задается при создании колонны, в этом случае давление на верхней тарелке рассчитывается.

Нагрузка

Нагрузку энергетического потока можно задать на этой странице, но лучше использовать нагрузку в качестве спецификации колонны (страницы Монитор или Спецификации специализированного окна колонны). Это дает большую гибкость при работе со спецификациями.

Если Вы задаете нагрузку, это эквивалентно использованию спецификации нагрузки и число степеней свободы уменьшается на 1.

2 - 80 Колонна

Нагрузка должна быть положительной, это будет указывать, что тепло отводится от содержимого конденсатора. В стационарном режиме энергетический баланс конденсатора определяется следующим образом:

H feed − Нагрузка = Hvapour + Hliquid

(2.10)

где Hfeed - количество тепла, поступающее в конденсатор с питанием

Hvapour - теплосодержание парового продуктового потока Hliquid - теплосодержание жидкого продуктового потока

Переохлаждение

Иногда требуется задать переохлаждение конденсатора. Можно задать степень переохлаждения (переохлаждение на) или температуру переохлаждения (переохлаждение до). Если одно из этих значений задано, второе будет рассчитано.

Встатике переохлаждение можно задать только для полного конденсатора.

Вдинамике нет возможности задать переохлаждение.

Страница Оценки

На этой странице Вы можете задать оценки расходов продуктов и составов фаз.

		Переменные пользователя
	Подробнее см. Раздел	На этой странице пользователь имеет возможность задать свои
	1.3.8 –
		собственные переменные.
	Закладка/страница
	Переменные
	пользователя.

Страница Примечания

Подробнее см. Раздел На этой странице можно записать примечания относительно данного

1.3.5 – аппарата или всей задачи.

Закладка/страница Примечания.

Колонна 2 - 81

Закладка Расчет

На закладке Расчет содержит параметры, используемые как в стационарных, так и в динамических расчетах.

Страница Размеры

На этой странице содержится вся требуемая информация для “образмеривания” конденсатора. Можно задать либо размеры, либо объем конденсатора выбранного типа. Кроме того, нужно указать, имеется ли в конденсаторе отстойник, и если да – определить его размеры.

Страница Штуцера

На этой странице задается информация о расположении и геометрии штуцеров. Для динамических расчетов в отличие от стационарных это имеет важное значение.

Страница Потери тепла

На этой странице можно задать потери тепла с отдельных тарелок тарельчатой секции. Выберите соответствующую селективную кнопку в группе Модель учета тепловых потерь.

Подробнее см. Раздел

1.3.6 – Страница Штуцера.

2 - 82 Колонна

Прямое тепло

При выборе этого варианта Вы можете задать непосредственно величину тепловых потерь, либо рассчитать ее.

Простая модель

При выборе этой модели имеется возможность рассчитать величину потерь из следующих параметров:

•Значение общего К – коэффициента теплопередачи

•Т окружающей среды

Подробная модель

При выборе этого варианта появляется возможность более подробно задать параметры теплопередачи. См.Раздел 1.6.1 – Detailed Heat Model в книге

Dynamic Modeling.

Подробнее см. Раздел

1.3.10 – Закладка Рабочая таблица.

Закладка Рабочая таблица

На этой странице выводится информация о потоках, связанных с аппаратом.

Подробнее см. Раздел 1.2.3 – Рабочая таблица.

Страница PF Спецификации требуется только в случае работы в Динамическом режиме.

Колонна 2 - 83

Закладка Результаты

На этой закладке имеются три страницы:

•График

Встационарном режиме графики имеют вид прямых линий.

•Таблица

•Настройка

На этих страницах выводятся рассчитанные значения температуры, давления, нагрузки, энтальпии и доли пара. Любая пара из этих величин может быть назначена аргументом и функцией графика.

В стационарном режиме предполагается, что содержимое емкости имеет постоянные параметры, поэтому не имеет смысла указывать число интервалов больше 1. Это может оказаться полезным в динамике, когда используются зонные модели аппаратов.

Закладка Динамика

На закладке Динамика имеется четыре страницы:

•Спецификации

•Содержимое

•Диаграммные ленты

•Нагрузка

При работе в стационарном режиме нет необходимости изменять информацию на закладках Расчет конденсатора и Динамика.

2 - 84 Колонна

Страница спецификации

На этой странице содержится информация, относящаяся к начальной модели, геометрии конденсатора и динамические спецификации.

Группа Модель

Здесь можно задать начальный состав и количество жидкости в емкости для начала динамического расчета.

Модель	Описание
По продуктам	Состав содержимого рассчитывается как
	средневзвешенный состав всех выходных потоков. Для
	расчета других параметров содержимого проводится
	расчет фазового равновесия. Уровень жидкости
	устанавливается на величине, указанной в поле Доля
	жидкости.
С сухого состояния	Состав содержимого рассчитывается как
	средневзвешенный состав всех питаний. Для расчета
	других параметров содержимого проводится расчет
	фазового равновесия. Уровень жидкости
	устанавливается на нуле.
Задается пользователем	Состав содержимого задается пользователем. Уровень
	жидкости устанавливается на величине, указанной в
	поле Доля жидкости.

Модель инициализации можно изменить в любой момент, когда не включен интегратор.

Здесь же задается геометрия конденсатора. Эти же параметры можно задать на странице Размеры закладки Расчет:

•Объем

•Диаметр

•Высота

Подробнее см. Раздел

1.3.6 – Страница Штуцера.

Здесь же выводится значение Доли жидкости (в об. % жидк.), которое можно изменить в любое время. Программа будет использовать это значение при инициализации расчета, когда Вы включите интегратор.

В поле Расчет доли жидкости пользователь определяет, каким образом зависят составы продуктовых потоков от расположения и размеров выходных штуцеров.

Колонна 2 - 85

Динамические спецификации

Вэтой группе расположены поля, в которых отображается состояние конденсатора при работе в динамическом режиме.

Вполе Сопротивление входа можно задать фиксированную разность между давлением входных потоков и давлением в емкости. Этот вариант лучше всего совместим со стационарными расчетами. В динамическом режиме рекомендуется правильно учитывать все потери давления, используя единицы оборудования, такие как клапаны и насосы, а также учитывать все статические напоры. В этом поле предпочтительно использовать нулевое значение, в противном случае можно получить нереальные результаты, например, материальный поток, который направлен из области низкого давления в область высокого давления.

Вполе Фиксированное давление можно задать значение давления в емкости. Эту опцию можно использовать в достаточно простых моделях, когда Вы не хотите использовать регулятор давления или в тех случаях, когда конденсатор связан с атмосферой. Вообще же говоря, эту спецификацию не следует использовать, поскольку давление должно определяться путем расчета.

Поле Флегма/Общий расход дает простую возможность регулирования флегмового числа. Эта величина определяет отношение расхода флегмы к сумме потоков флегмы и дистиллата.

Эта опция позволяет Вам создавать простые модели без установки клапанов, насосов и регуляторов, которые должны присутствовать на реальной установке. Однако, этот вариант не позволяет получить разумные результаты во всем диапазоне изменения параметров, например, когда уровень жидкости очень низкий или один из потоков меняет свое направление.

С помощью кнопки Добавить регулятор уровня устанавливается регулятор уровня, связанный с выходным потоком дистиллата. Если на этом потоке непосредственно после конденсатора уже установлен клапан, то регулятор будет управлять не расходом потока, а клапаном. В любом случае регулятор конфигурируется с настроечными параметрами, которые можно изменить в любой момент. По умолчанию значения параметров следующие:

•Kp = 1.8

•Ti = 4*Время пребывания/Kp

Страница Содержимое

На этой странице выводится информация относительно содержимого конденсатора.

Подробнее см. Раздел

1.3.3 – Страница Содержимое.

Для каждой фазы выводятся следующие параметры:

2 - 86 Колонна

Подробнее см. Раздел

1.3.7 –

Закладка/Страница Диаграммные ленты.

Параметр	Описание
Уровень	Высотная отметка фазы в емкости.
% заполнения	Уровень фазы в % от высоты емкости.
Объем	Объем, занятый фазой в емкости.

Для вызова окна Содержимое конденсатора нажмите кнопку

Дополнительно.

Страница Диаграммные ленты

Эта страница используется для создания диаграммных лент для различных наборов переменных. Выберите переменные из падающего списка и нажмите кнопку Создать ленту.

Страница Нагрузка

На этой странице приводится различные способы подвода тепла. В зависимости от выбранной селективной кнопки используются различные способы расчета.

Вверхней части окна – 3 селективные кнопки:

•Нет - к емкости не подсоединен энергетический поток. Страница Нагрузка пуста и не требует ввода никакой информации.

•Нагрузка – в этом случае к емкости подсоединен энергетический поток. Страница выглядит так, как показано на рисунке. Для расчета необходимо задать требуемые параметры.

•Пучок (Доступен только в динамике) – этот вариант используется для задания параметров теплообменника.

Кнопка Пучок доступна только в динамическом режиме.

При переключении с варианта Нагрузка или Пучок на Нет ХАЙСИС автоматически отсоединяет энергетический или материальный поток, связанный с операцией.

Колонна 2 - 87

Вариант Нагрузка

Вгруппе имеется две кнопки

•Газа. При выборе этой кнопки нагрузка линейно снижается и становится равной нулю при заполнении конденсатора жидкостью на 100 %. При заполнении на 50 % - нагрузка остается неизменной, и удваивается при уровне жидкости, равном 0%. Уравнение выглядит следующим образом:

Q = (2 – 0.02L)Qtot

(2.11)

Где Q – тепло, передаваемое содержимому конденсатора L – уровень жидкости в %

Qtot – рассчитанная нагрузка (или заданная)

Вариант Охлаждение газа применим только в операции Конденсатор, поскольку теплопередача в большей степени зависит от площади холодильника, контактирующей с паром, чем с жидкостью.

• Емкости. При выборе этой кнопки 100 % заданной или рассчитанной нагрузки передается содержимому емкости. Т.е.

Q = Qtot

(2.12)

где Q – тепло, передаваемое содержимому

Qtot количество рассчитанного (заданного) тепла

Вся нагрузка передается содержимому емкости вне зависимости от конфигурации емкости и количества содержимого.

Группа Нагрузка

Вгруппе имеется две кнопки:

•Прямое тепло

•Теплоноситель

Взависимости от выбора кнопки на экране появляется соответствующая таблица. Если выбрана кнопка Прямое тепло, появляется следующая таблица:

2 - 88 Колонна

Объект	Описание
SP	Значение теплового потока в этом поле равно значению,
	заданному в поле Нагрузка страницы Параметры закладки
	Данные. Все изменения, сделанные в этом поле, передаются
	на страницу Параметры (и наоборот).
Мин.допустимое	Минимально допустимая нагрузка
Макс.допустимое	Максимально допустимая нагрузка

При выборе кнопки Теплоноситель экран выглядит следующим образом:

•Черным цветом отмечены величины, рассчитанные программой, которые нельзя изменить.

•Синим цветом – величины, заданные пользователем, которые можно изменять.

•Красным цветом – величины, рассчитанные программой, но которые можно изменить.

В следующей таблице приведены описания полей:

Объект	Описание
Тепловой поток	Выводится величина теплового потока
K*F	Произведение коэффициента теплопередачи на
	поверхность теплообмена.
Объем теплоносителя	Количество теплоносителя внутри аппарата.
Расход	Расход теплоносителя.
Минимальный расход	Минимально допустимый расход теплоносителя.
Максимальный расход	Максимально допустимый расход теплоносителя.
Теплоемкость	Теплоемкость теплоносителя
Т входа	Входная температура теплоносителя
Т выхода	Выходная температура теплоносителя
Сближение Т	Разность между температурой выхода и температурой
	входа теплоносителя.