Справочные примеры 27

Оптимизатор на примере колонны дебутанизации

Оптимальное проектирование ректификационных колонн требует учета таких параметров как производительность, чистота продукта, а также стоимость применяемых теплоносителей и хладоагентов. Обычно при проектировании используется метод ″проб и ошибок″, с помощью которого подбираются нужные значения параметров. Задачи подобного типа удобно решать с помощью Оптимизатора, встроенного в ХАЙСИС.

В данном примере рассматривается дебутанизатор с двумя питаниями разного состава. С помощью Оптимизатора определим значения параметров, которые обеспечат получение максимальной прибыли.

Построение модели

В этой задаче в качестве термодинамического пакета используется уравнения состояния Пенга-Робинсона. Выберите указанные ниже компоненты. Задайте два потока питания Питание1 и Питание2.

Имя	Питание1	Питание2
Температура, С	150	60
Давление, кг/см2	15.2	24.1
Расход, кг/час	8200	4100
Мас. Доля (пропан)	0.0120	0.0200
Мас. Доля (изобутан)	0.1700	0.1900
Мас. Доля (бутан)	0.1700	0.2000
Мас. Доля (изобутен)	0.0080	0.2200
Мас. Доля (изопентан)	0.1400	0.1600
Мас. Доля (пентан)	0.1400	0.2100
Мас. Доля (гексан)	0.1100	0.0000
Мас. Доля (гептан)	0.1300	0.0000
Мас. Доля (октан)	0.1200	0.0000

В таблице представлена информация, необходимая для задания Полной колонны. Выберите

парциальный дефлегматор.

28 Справочные примеры

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА

	Страница	Поле	Значение
	Соединения	Число тарелок	15
		Питания	Питание1 (тар.4)
		(тарелка)	Питание2 (тар.8)
		Тип конденсатора	парциальный
		Пар сверху	Сброс
		Жидкость сверху	Бутаны
		Кубовый продукт	Пентан+
		Эн.поток ребойлера	Нагр.кип.
		Эн.поток конденсатора	Нагр.конд.
	Профиль давления	В конденсаторе	14 кг/см2
		∆P конденсатора	0 кг/см2
		В ребойлере	15 кг/см2

На странице Спецификации закладки Данные задайте следующие спецификации:

Спецификации

Расход газа из конденсатора	0
С5 в дистилляте	0.05
	мольная доля iC5 и nC5 в
	дистилляте
Извлечение бутана	0.95
	извлечение iC4, nC4 и iC4= в
	дистилляте

Перед тем как рассчитать колонну, на странице Дополнительные закладки Параметры задайте допуск на ошибку тепловых балансов спецификаций равным 0.0001 (вместо 0.0005).

Запустите колонну на счет. Для определения наиболее экономичных условий работы лучше использовать имеющийся в ХАЙСИС Оптимизатор, а не метод проб и ошибок.

Задание оптимизатора

Вызовите Оптимизатор клавишей <F5>. В специализированном окне оператора перейдите на закладку Переменные (Variable). Здесь задаются переменные, которые будут варьироваться Оптимизатором. Ниже показана процедура задания двух спецификаций колонны в качестве варьируемых переменных.

1.Нажмите кнопку Добавить. Откроется окно Добавление переменных в оптимизатор.

2.Выберите переменную С5 в дистиллате, как показано на рисунке. В поле Описание можно изменить имя переменной.

3.Повторите шаги 1 и 2 и добавьте в качестве переменной спецификацию колонны Извлечение бутана. Теперь Оптимизатор имеет две первичных переменные, которые он будет менять с тем, чтобы определить максимум целевой функции.

Нижнюю и верхнюю границы изменения переменных задайте сами, изменив значения по умолчанию. Чтобы определить эти границы, Вам, возможно, придется провести серию предварительных расчетов.

Справочные примеры 29

Задайте следующие границы изменения переменных:

Переменная	Верхняя граница	Нижняя граница
С5 в дистилляте	0.05	0.0075
Извлечение бутана	0.99	0.95

Определение целевой функции

Оптимизатор содержит специальную электронную таблицу для задания целевой функции и ограничений. Откройте электронную таблицу. Ниже показана процедура задания целевой функции.

В нашем случае целевая функция представляет собой прибыль, получаемую от работы колонны. Величина прибыли рассчитывается на основе цен на продукты, теплоноситель и хладоагент. В нашем примере использованы следующие цены:

•хладоагент - 0.0015 $ за ккал/час

•продукт (бутаны) - 22 $ за кг

•теплоноситель - 0.0075 $ за ккал/час

С помощью кнопки Электронная таблица войдите в электронную таблицу оптимизатора. Заполните ее как показано на рисунке.

В поля электронной таблицы необходимо импортировать переменные схемы. Это можно сделать поразному. Во-первых, это можно сделать, находясь на закладке Соединения, с помощью кнопки

Добавить.

Другим способом импортировать переменные можно, находясь на закладке Электронная таблица. Щелкните правой кнопкой мыши и из предложенного «всплывающего» меню выберите Импорт переменной.

Введите формулы в соответствующие ячейки таблицы на странице Электронная таблица. Формулы можно редактировать и на странице

Формулы. На этой странице компактным образом выводятся все формулы, заданные пользователем.

30 Справочные примеры

Если в расчетной формуле используется одна переменная, то ячейке с результатом присваивается тип (и, соответственно, единицы) этой переменной. Обычно это не приводит к недоразумениям. Однако, в нашем случае результат, поступающий в ячейку B3 имеет неверную размерность ккал/час, а нам нужно $. Объявим величину, которая рассчитывается в ячейке В3 безразмерной. Для этого установите курсор в ячейку, а в строке Тип переменной наверху окна из падающего списка выберите тип Безразмерная. Повторите эту процедуру для ячеек B7, B9 и D7.

Завершение конфигурирования оптимизатора

Вернитесь в специализированное окно оптимизатора и перейдите на закладку Функции, на которой уточняются целевая функция и ограничения, определенные в электронной

таблице. В нашем примере целевой функцией является прибыль и она должна быть максимальной. На закладке Параметры оставим значения, принятые по умолчанию.

Перейдите на закладку Монитор. В этом окне регистрируется итерационный расчет. Нажмите кнопку Старт, и оптимизатор начнет расчет. Результат расчета зависит от начальной точки, поэтому рекомендуется запускать оптимизатор несколько раз из разных начальных точек, чтобы убедиться, что найден максимум функции, а не локальный экстремум.

Справочные примеры 31