Оптимизатор 6 - 17

6.4Selection Optimization

Этот раздел в настоящее время не переведен.

6.5 Пример использования оптимизатора

Рассмотрим схему, состоящую из трех теплообменников. Будем предполагать, что для каждого теплообменника известно произведение K*F (коэффициента теплопередачи на поверхность теплообмена). Поток питания Feed делится на два параллельных потока. Один из образованных потоков охлаждается верхним продуктом деметанизатора E-100 Cool In, а второй - последовательно потоком пропанового холодильного цикла E-101 Cool In и в ребойлере колонны деметанизатора E-102 Cool In.

Такая постановка довольно типична для инженерных задач, когда теплообменники уже существуют и их нужно использовать в несколько иных условиях, чем это предусматривалось проектом. Инженеру при этом требуется определить, какое количество тепла можно передать схеме теплообмена, поскольку эта величина лимитируется существующей конструкцией теплообменников.

PFD

Ниже приведены параметры потоков, операций и окна, в которых задаются технологические операции схемы. Используется пакет Пенга-Робинсона.

Входные технологические потоки

Name	Feed	E-100 Cool	Valve In		E-102 Cool In
Vapour Frac	1.0000	0.8215	0.0000	0.0493
Temperature [С]	-5.0000	- 97.0000	50.0000		<empty>
Pressure [kg/cm2]	70.0000	17.5000	25.0000	17.6000
Molar Flow [кgmole/h]	1245.0000	700.0000	<empty>	745.0000
Mass Flow [kg/h]	25292.8338	12140.2421	<empty>		<empty>
Liq Vol Flow [m3/h]	76.5839	39.5180	<empty>		<empty>
Heat Flow [kcal/h]	-2.4546e+07	-1.3812e+07	<empty>		<empty>
Comp Mole Frac	0.7515	0.9073	0.0000	0.2828
Comp Mole Frac [Ethane]	0.2004	0.0927	0.0000	0.2930
Comp Mole Frac [Propane]	0.0401	0.0000	1.0000	0.1414
Comp Mole Frac [i-Butane]	0.0040	0.0000	0.0000	0.1313
Comp Mole Frac [n-Butane]	0.0040	0.0000	0.0000	0.1515

6 - 18 Оптимизатор

Технологические операции

В этой схеме используются ветвитель, клапан, смеситель и три теплообменника.

Ветвитель ВЕТВ-100

Смеситель СМ-100

Клапан VLV-100

Оптимизатор 6 - 19

Теплообменник Е-100

Теплообменник Е-100

	Закладка, Страница			Поле			Значение
				Сопротивление, трубы		0.7		кг/см2
				Сопротивление, корпус		0.7		кг/см2
				К*F		7.6		е4 кДж/С-час
	Данные, Параметры			Потери тепла/холода			Нет
				Модель теплообменника			Weighted
				Интервалов (E-100	Feed)	10
				Интервалов (E-100	Cool In)	10
				Точки кипения/росы			Не включать

Теплообменник Е-101

Теплообменник Е-101

	Закладка, Страница			Поле			Значение
				Сопротивление, трубы			0.35 кг/см2
				Сопротивление, корпус			0.07 кг/см2
				К*F			9.5 е4 кДж/С-час
	Данные, Параметры			Потери тепла/холода			Нет
				Модель теплообменника			Weighted
				Интервалов (E-100	Feed)	10
				Интервалов (E-100	Cool In)	10
				Точки кипения/росы			Не включать

6 - 20 Оптимизатор

Теплообменник Е-102

Теплообменник Е-102

	Закладка, Страница	Поле		Значение
		Сопротивление, трубы		0.35 кг/см2
		Сопротивление, корпус		0.35 кг/см2
		К*F		6.6 е4 кДж/С-час
	Данные, Параметры	Потери тепла/холода		Нет
		Модель теплообменника		Weighted
		Интервалов (E-100	Feed)	10
		Интервалов (E-100	Cool In)	10
		Точки кипения/росы		Не включать

Параметры потоков

•Температура потока Е-102 Out → -40°C

•Температура потока E-100 Out → -54°C

•Доля пара потока E-101 Cool Out → 1.00

•Давление потока E-101 Cool Out → 1.4 кг/см2

Результаты

Рассчитанные параметры потоков приведены ниже.

Оптимизатор 6 - 21

6.5.1 Использование оптимизатора для минимизации суммарной величины K*F

Изменим теперь постановку задачи: будем считать, что нам требуется определить такое распределение потоков в ветвителе. чтобы суммарная величина K*F оказалась бы минимальной.

Изменим спецификации теплообменников. Вместо заданных величин K*F зададим следующие спецификации:

•Температура потока E-102 Cool In → -65°С

•Расход потока Valve In → 180 кмоль/час

•Расход потока E-101 Feed - будем искать оптимальное значение этой величины. В качестве исходного значения задайте 700 кмоль/час

После задания этих спецификаций система рассчитает схему, и Вы получите рассчитанные значения K*F. Суммарное значение K*F будет приблизительно 27.5е4 кДж/C-час.

Установка операции Оптимизатор

Вызовите оптимизатор из меню команды Расчет (или с помощью клавиши F5). В качестве варьируемой переменной выберите мольный расход потока Е-101 Feed и задайте верхнюю и нижнюю границы варьируемой переменной как показано ниже:

Будем изменять варьируемую переменную в интервале 650 - 820 кмоль/час во избежание пересечения температурных кривых.

Вэлектронной таблице оптимизатора необходимо задать целевую функцию. Целевая функция - это та, которую мы собираемся минимизировать, в данном случае это сумма произведений K*F всех трех теплообменников. Поместите текущие значения произведений K*F отдельных теплообменников в электронную таблицу оптимизатора в поля B1, B2 и B3.

Вполе B5 введите формулу, по которой суммируются эти значения

(+B1+B2+B3).

6 - 22 Оптимизатор

На закладке Функции необходимо определить целевую функцию и функции-ограничения. В поле Ячейка введите B5. В следующем поле будет выводиться текущее значение целевой функции. Убедитесь, что выбрана селективная копка Mинимум.

Теперь необходимо ввести функции-ограничения, чтобы получить приемлемое решение. Произведение K*F каждого теплообменника должно быть положительным. В поле B7 электронной таблицы введите значение 0, на это поле мы будем ссылаться как на ограничение. Закладку Функции заполните следующим образом:

На закладке Параметры задайте способ расчета Mixed (Смешанный), остальные параметры оставьте заданными по умолчанию.

Нажмите кнопку Старт. Теперь можно перейти на страницу Монитор и следить за ходом расчета.

Из расчета видно, что оптимальный расход потока E-101 Feed составляет 820 кмоль/час, при этом общий K*F 23.32е4 кДж/C-час.