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.
- 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.
