Построение статической модели абсорбера

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

 

Институт Нефти и Газа

 

Кафедра «Автоматизации и вычислительной техники»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ»

 

на тему

«Построение статической модели абсорбера»

(вариант №21)

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:  студент гр. АТПзс-12-1

Бекбаев М.С.

 

Проверил:  к.т.н., доцент каф АиУ

Ведерникова Ю.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2014

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа 22 с., 1 рис., 9  таблиц, 8 источников, 5 прил.

 

МОДЕЛЬ, АБСОРБЕР, РЕГРЕССИЯ, МЕТОД НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ, АДЕКВАТНОСТЬ, КРИТЕРИЙ ФИШЕРА.

 

Объектом исследования абсорбер – аппарат для осушки газа.

В работе получена статическая модель абсорбера в виде зависимости расхода осушенного газа от температуры газа и концентрации абсорбента.

Все расчеты, приведенные в работе, производились с использованием программного продукта Microsoft Excel.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

стр.

Введение……………………………………………………………………..	4
1. Осушка газа абсорбционным методом ……..…………………………..	5
2. Обработка результатов  активного эксперимента....................................	8
3. Построение математической модели абсорбера …................................	12
3.1 Оценка точности результатов  измерений…………………..…………	12
3.1.1 Определение основных статистических характеристик параллельных опытов………………………………………………………	12
3.1.2 Проверка результатов измерений по критерию грубой ошибки………	13
3.1.3 Определение дисперсии воспроизводимости………………………. 3.1.4 Расчет коэффициентов модели  ……………………………………... 3.2 Проверка модели на адекватность……………………………………	14 16 17
Заключение……………………………………………………………….…	19
Список использованных источников……………………………………...	20
ПРИЛОЖЕНИЕ А. …………………………………………………………	21
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. …………………………………………………………	22
ПРИЛОЖЕНИЕ В……………………………………………….………… ПРИЛОЖЕНИЕ Г ………………………………………………………… ПРИЛОЖЕНИЕ Д …………………………………………………………	23 24 25

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Моделирование – основной метод исследований во всех областях знаний, научно-обоснованный способ получения оценок параметров и изучения свойств технических систем, необходимых для принятия решений в различных сферах инженерной деятельности.

Моделирование помогает понять и упорядочить результаты эмпирических наблюдений, создать логический каркас научной теории, обнаружить внутренние связи и соотношения между результатами эксперимента.

При построении математических моделей  по экспериментальным данным в различных областях науки и прикладных задачах широко используется метод наименьших квадратов, позволяющий построить унифицированные модели для различных явлений.

Курсовая работа посвящена вопросам построения статических моделей технологических процессов и аппаратов. Служит закреплению у студентов навыков решения задач эмпирического моделирования,  является логическим продолжением лекционного и лабораторного курсов "МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ",  построена на основе знаний материала таких дисциплин,  как "ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА", "ФИЗИКА", "ИЗМЕРЕНИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА", “МЕТРОЛОГИЯ” , ”ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ”.

Цель работы: Получение статической модели технологического аппарата (абсорбера) с использованием регрессионных процедур по методу наименьших квадратов.

 

 

 

 

 

1. Осушка газа абсорбционным методом

 

Осушка углеводородных газов - важное звено в процессе подготовки природных газов к транспорту по магистральным газопроводам, установок охлаждения природных и нефтезаводских газов, циркуляции газов риформинга, установок получения этана, этилена, пропилена и т. п. Все газы, подаваемые в магистральные газопроводы, подвергаются обязательной осушке от влаги. Глубина осушки определяется требованиями отраслевых стандартов и технологией процессов дальнейшей переработки газов.

В практике осушки углеводородных газов применяют абсорбционные и адсорбционные методы, причем из абсорбционных чаще всего используют осушку гликолями (этиленгликоль, диэтиленгликоль и триэтиленгликоль), а из адсорбционных силикагелем или цеолитами (природными либо синтетическими).

Широко применяется процесс низкотемпературной сепарации для извлечения углеводородного конденсата и воды.

Разнообразны методы борьбы с гидратами углеводородных газов. Применение глубокой регенерации гликолей отдувочным газом или азеотропной ректификацией позволяет осушать газы до точки росы -70 °С и ниже, что сближает процессы осушки абсорбцией и адсорбцией.

За последние годы накоплен большой материал по проектированию и эксплуатации установок абсорбционной и адсорбционной осушки, по процессам регенерации гликолей и метанола. Разработаны новые конструкции аппаратов - абсорберов, огневых подогревателей гликоля, сепараторов и др. Широко используют осушку сероводородсодержащих газов, имеющих специфические особенности, связанные с коррозией оборудования и охраной окружающей среды.

Абсорбция весьма экономична при осушке больших потоков природных газов под высоким давлением и депрессии точки росы до 60 °С. При необходимости иметь депрессию точки росы 60-80 °С и выше возможно применение абсорбции и адсорбции. В этом случае необходим сравнительный технико-экономический анализ обоих процессов исходя из конкретных условий их осуществления.

Использование жидких поглотителей при осушке газа по сравнению с твердыми поглотителями характеризуется следующими преимуществами:

- возможность осушки газов, которые содержат вещества, отравляющие твердые сорбенты;

- непрерывность процесса;

- простота автоматической системы управления;

- осушка газа до точки росы -70 °С.

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых либо паровых смесей жидкими поглотителями.

При абсорбции влаги из газа процесс будет протекать до тех пор, пока парциальное давление поглощенной влаги в газе не достигнет величины парциального давления над жидкостью. Абсорбированная поглотителем влага выделяется из него в результате последующей десорбции.

Десорбция - процесс, обратный абсорбции, и его осуществляют при нагревании поглотителя, снижении давления в системе, либо подаче отдувочного газа или азеотропного компонента. Влага выделяется из раствора и переходит в газовую фазу, так как равновесное давление ее выше, чем давление в десорбируемом поглотителе.

Десорбция - наиболее сложная стадия в схеме осушки газа, и поэтому задача глубокого выделения поглощенной влаги при наименьшей затрате энергии имеет большое значение. Оптимальное решение - создание противотока между поглотителем и десорбирующим агентом, в связи с этим для десорбции используют противоточные колонные аппараты с барботажными тарелками или насадкой. Осушка углеводородных газов жидкими поглотителями обычно осуществляется в вертикальных колонных аппаратах с барботажными тарелками. Некоторое распространение на промыслах, особенно за рубежом, имеют горизонтальные распыливающие абсорберы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обработка результатов активного эксперимента

В соответствии с номером задания были выбраны из таблицы 1.1 числовые данные.

Таблица 1.1.

Номер задания	Номер варианта	Кратность помехи	G (м3/с)	Т (0С)	L (м3/с)	X (кг/м3)	a
1	1	2	var	5	var	22	5

 

На соответствующие входы абсорбера поступают природный  газ и жидкий абсорбент. С выхода осушенный газ отбирается на компремирование и подачу в систему магистральных газопроводов (Приложение Г).

 

Таблица 1.2 - Входные параметры процесса абсорбции.

Параметр	Пределы измерения.
температура газа (T, 0C)	5
расход газа (G, м3 /час)	10000 - 30000
концентрация абсорбента (X, кг/м3)	22
расход  абсорбента.(L, м3/час)	30 -70

Независимые (варьируемые) параметры  процесса осушки газа  и предельные значения для них приведены в таблице 1.2. Расход осушенного газа (Y, м3/час) на выходе абсорбера является зависимым параметром.

В каждом варианте задания два из четырёх входных параметров считаются постоянными. Поэтому модель, которая должна быть получена в результате выполнения курсовой работы, будет двухпараметрической.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для составления плана эксперимента диапазоны изменения варьируемых параметров разбиваются на равные интервалы. Число интервалов и их ширина выбираются таким  образом , чтобы  было  получено r = 25-30 комбинаций входных параметров.

План эксперимента представлен в таблице 1.3. Такой план включает все возможные комбинации входных параметров. Температура газа изменяется в пределах от 5 до 30 0С. Разбиваем этот диапазон на 5 интервалов по 50С, получая, таким образом, l = 6 значений. Диапазон изменения расхода абсорбента - от 30 до 70 м3/ч - разбиваем на 4 диапазона по 10 м3/ч каждый, получая k=5 значений. Общее число экспериментов r = k * l = 5 * 6 = 30. На этом плане произвольно выбирается 3 точки, в которых будут проводиться параллельные опыты (отмечены знаком r).

С целью получения экспериментальных данных  для расчета модели объекта в соответствии с составленным планом необходимо провести активный эксперимент, используя программную модель абсорбера (программа АБСОРБЕР).

 

Таблица 1.3 - План эксперимента

G L	10000	15000	20000	25000	30000
30
40		r
50			r
60	r
70

 

Параметры, указанные в таблицу 1.1 в  виде фиксированного числа, являются неизменными. А те величины, которые присутствуют в описании типа функции регрессии на мнемосхеме и не  заданы  в  явной  форме (var в  таблице 1.1), используются в проведении эксперимента в качестве аргументов. Сначала в произвольном  порядке вводятся все величины G, T, L, X. После проведения первого эксперимента Значения постоянных параметров больше не вводят, а лишь изменяют значения варьируемых  переменных до тех пор, пока составленный план эксперимента не будет реализован полностью.

Вторым этапом является проведение параллельных опытов. Для чего повторно запускается программа a:\MOD\am.bat и проводят опыты для выбранных при планировании эксперимента входных параметров.

Таким образом,  в результате проведения эксперимента, получено два набора входных и выходных параметров абсорбера: один – включает различные комбинации входных параметров и будет использоваться для построения модели, а второй – при фиксированных значения входных параметров (параллельные опыты)– позволит оценить точность результатов измерений. Результаты опытов приведены в приложениях А и Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Построение математической модели абсорбера

 

3.1 Оценка точности результатов измерений.

3.1.1Определение основных статистических характеристик параллельных опытов.