Konstruksi Model Aliran Proses Unit Pemisahan Udara

1.1 Aliran proses
Pabrik produksi gas menggunakan unit pemisahan udara kriogenik 60.000 m3/jam. Dalam proses produksi aktual, udara memasuki sistem distilasi melalui sistem kompresi, sistem precooling dan ekspansi untuk mencapai pemisahan gas. Makalah ini terutama menganalisis proses produksi nitrogen, dan aliran proses produksinya adalah sebagai berikut:
1) Udara melewati filter dan memasuki kompresor udara. Udara terkompresi dialihkan melalui penukar panas pelat-sirip, satu bagian memasuki sistem kompresi gas tahap berikutnya, dan bagian lain pertukaran panas dengan media pendingin dan memasuki menara distilasi;
2) Laju aliran udara yang memasuki sistem kompresi gas tahap berikutnya adalah sekitar 5.000 kmol/jam. Bagian gas ini memasuki expander setelah pertukaran panas, dan suhunya sekitar -120 derajat. Setelah itu, ia mengalami depresi oleh expander, tekanannya sekitar 0,14 MPa, dan pertukaran panas dilakukan, dan suhu berkurang menjadi sekitar -170 derajat
Masukkan Menara Distilasi;
3) Menara distilasi dibagi menjadi dua bagian, bagian atas dan bawah, yang tidak tergantung satu sama lain dan terhubung satu sama lain melalui katup dan pipa. Menara atas adalah menara bertekanan rendah dengan tekanan sekitar 140 kPa, dan menara bawah adalah menara bertekanan tinggi dengan tekanan 550 kPa gas setelah pertukaran panas dan gas dari expander masing-masing dikirim kembali ke tengah dan bawah menara bawah menara distilasi. Gas sebagian dikonversi menjadi nitrogen cair melalui kondensor atas dan disimpan dalam tangki nitrogen cair, dan bagian lainnya memasuki menara atas untuk distilasi lebih lanjut.

1.2 Konstruksi Model Aliran Proses

Dapat dilihat dari proses pemisahan udara di atas bahwa proses produksi aktual mencakup kompresi, ekspansi, pemisahan dan proses lainnya. Saat menggunakan perangkat lunak Aspen Plus untuk simulasi proses, modul dan fungsi yang digunakan adalah sebagai berikut:
1) Kompresor Udara menggunakan modul Compr-ICon2;
2) Expander menggunakan modul Compr-ICon3;
3) penukar panas menggunakan modul HeatX;
4) Menara Distilasi menggunakan modul RadFrac;
5) pompa menggunakan modul pompa;
6) Splitter menggunakan modul faplit.
Selama proses simulasi model, aliran material terhubung satu sama lain sesuai dengan fungsi modul unit yang berbeda, dan proses dieksekusi sesuai dengan proses produksi oksigen. Selama simulasi, parameter peralatan ditetapkan sesuai dengan nilai desain, di mana tekanan atas menara distilasi diatur ke 0,558 MPa, tekanan bawah diatur ke 0,564 MPa, suhu atas diatur ke -177,62 derajat, suhu bawah diatur ke -173.
65 derajat, dan jumlah pelat adalah 49. Setelah analisis simulasi, hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1.

Dari hasil simulasi model pada Tabel 1, dapat dilihat bahwa berbagai indikator model pada dasarnya konsisten dengan indikator desain unit pemisahan udara cryogenic. Perbedaan antara kemurnian udara cair menara bawah dan nilai desain adalah 0,9%, dan fluktuasi nilai simulasi berada dalam kisaran yang diijinkan. Output nitrogen yang disimulasikan juga dekat dengan nilai desain, dan kesalahan berada dalam kisaran yang diijinkan. Dapat dilihat bahwa model yang ditetapkan kali ini dapat digunakan untuk analisis verifikasi optimasi proses1.

2 Analisis Optimasi Proses

Dalam proses pemisahan gas dari unit pemisahan udara cryogenic, menara bawah menara distilasi adalah peralatan inti. Menurut penelitian tentang peralatan dan analisis teoritis tambahan, tujuan penghematan energi dan pengurangan konsumsi dapat dicapai dengan mengubah parameter proses menara bawah menara distilasi. Kali ini, Modul Sensitivitas Aspen Plus digunakan untuk melakukan analisis terperinci dari parameter proses yang berbeda dari menara bawah menara distilasi, dan rencana operasi proses yang optimal diperoleh.
2.1
Hubungan antara posisi pakan dan beban panas
Selama proses simulasi, parameter lain dijaga tidak berubah, posisi umpan diubah, dan beban panas di bagian atas menara berubah. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 1. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, ketika parameter lain tetap tidak berubah, dengan mengubah posisi umpan menara bawah menara distilasi, beban panas di bagian atas menara akan secara bertahap berkurang hingga posisi umpan diatur ke pelat menara ke -33, dan beban panas di bagian atas menara pada dasarnya tetap konstan. Dapat dilihat bahwa pelat menara ke -33 adalah posisi umpan terbaik.
2.2 Hubungan antara laju aliran umpan dan produksi nitrogen dan kemurnian dengan mengubah laju aliran umpan menara yang lebih rendah dan menjaga parameter lain tidak berubah, perubahan dalam produksi dan kemurnian nitrogen cair di bagian atas menara distilasi yang ditunjukkan pada Gambar 2. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, dengan peningkatan laju aliran umpan yang lebih rendah, produksi cairan yang sama, dengan peningkatan laju neuring pada laju umpan yang lebih rendah, produksi cairan yang lebih rendah, dengan peningkatan laju pakan yang lebih rendah, dengan laju unggun yang lebih rendah, dengan peningkatan laju pakan yang lebih rendah, dengan peningkatan laju pakan yang lebih rendah, dengan peningkatan laju pakan yang lebih rendah. konsisten dengan teori. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ketika laju aliran umpan menara bawah di bawah 804 kmol/jam, kemurnian nitrogen cair di atas 99,999%, yang memenuhi permintaan gas industri metalurgi. Pada saat ini, outputnya adalah 3.230 kmol/jam, yang sangat berbeda dari laju aliran umpan aliran awal 761,3 kmol/jam dan output nitrogen cair 3.187,38 kmol/jam. Dapat dilihat bahwa laju aliran umpan harus dikontrol hingga 804 kmol/jam, yang dapat meningkatkan output sambil memastikan kemurnian nitrogen.
2.3 Pengaruh suhu pada produk
Menjaga parameter lain tidak berubah, perubahan laju aliran nitrogen cair diperiksa dengan mengubah suhu, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, laju aliran nitrogen cair berkorelasi positif dengan suhu pakan, tetapi dengan perubahan suhu, perubahan output nitrogen cair relatif kecil, dan memiliki efek kecil pada hasil aktual. Oleh karena itu, lebih tepat untuk mengatur suhu umpan ke -173 derajat. Jika suhunya terlalu tinggi, itu akan mempengaruhi perangkat pemisahan udara berikutnya untuk memisahkan oksigen, argon, dll.; Jika suhunya terlalu rendah, konsumsi energi relatif besar, yang tidak memenuhi tujuan penghematan energi dan pengurangan konsumsi.

3 Aplikasi Praktis Skema Optimasi Proses

Gas yang diproduksi oleh pabrik tertentu terutama dijual ke perusahaan metalurgi, dan nitrogen yang diproduksi secara langsung dipasok ke perusahaan metalurgi sebagai gas pelindung. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan penurunan ekonomi pasar dan peningkatan biaya tenaga kerja, manfaat ekonomi pabrik telah menjadi lebih rendah dan lebih rendah. Dalam keadaan seperti itu, pabrik mengusulkan untuk mengubah situasi proses produksi untuk mengurangi konsumsi energi kinetik peralatan dan dengan demikian meningkatkan manfaat ekonomi. Setelah penelitian dan analisis, pabrik melakukan peningkatan proses pada Maret 2022. Rencana perbaikan adalah: tekanan menara distilasi diatur ke 0,56 MPa, suhu umpan menara bawah diatur ke -173 derajat, jumlah umpan menara yang lebih rendah disesuaikan ke 804 kmol/jam, dan posisi umpan diatur di piring menara ke -33. Karena peningkatan proses, beban panas menara distilasi akan berkurang, sehingga kapasitas penanganan udara unit pemisahan udara cryogenic dapat meningkat secara tepat, sehingga meningkatkan output nitrogen. Oleh karena itu, selama peningkatan proses, laju aliran umpan sistem kompresi udara diubah pada saat yang sama, dan efek aplikasi dari unit pemisahan udara kriogenik dianalisis dengan beban yang berbeda. Siklus verifikasi setiap beban adalah 10 hari, dan situasi produksi ditunjukkan pada Tabel 2.
Dapat dilihat dari Tabel 2 bahwa setelah optimasi proses, beban maksimum kondisi kerja variabel dapat mencapai 120% dari beban asli, dan output nitrogen dan nitrogen cair meningkat dalam kasus ini. Selain itu, pada beban 120%, beban panas di bagian atas menara distilasi berubah dari -8,29 MW menjadi -7,67 MW, menghemat 7,48% energi. Setelah menganalisis daya peralatan, dapat dilihat bahwa daya peralatan di bawah 120% beban berkurang 132 kW · h. Biaya listrik industri di daerah di mana pabrik berada 0,69 yuan (/ kW · h). Menurut operasi peralatan selama 330 hari, biaya daya tahunan dapat dihemat oleh 721.000 yuan. Dalam hal output produk, setelah optimasi proses, output nitrogen meningkat sebesar 450,54 kmol/jam, output nitrogen cair tekanan menengah meningkat sebesar 625,48 kmol/jam, dan output nitrogen cair tekanan rendah meningkat sebesar 281,34 kmol/jam. Setelah perhitungan, laba dapat meningkat sebesar 3,876 juta yuan sepanjang tahun. Dapat dilihat bahwa peningkatan proses dapat menciptakan 4,597 juta yuan pendapatan untuk perusahaan sepanjang tahun.