proiect ptm

19

UNIVERSITATEA „PETROL ŞI GAZE” DIN PLOIEŞTIFALCULTATEA: TEHNOLOGIA PETROLULUI ŞI PETROCHIMIECATEDRA DE INGINERIE CHIMICA ŞI A MEDIULUI

PROIECT DE AN

PROCESE DE TRANSFER DE MASĂ

Coordonator: Prep. Ing. Nicolae Marilena

Student: Moise TiberiuAnul III, Grupa 3156

Specializare: Informatica Industriala

PLOIEŞTI

19

PROIECTUL TEHNOLOGIC AL UNEI INSTALAŢII DE FRACŢIONARE

MULTICOMPONENT

19

CUPRINS

Date de proiectare

Schema tehnologică a instalaţiei

1. Calculul tehnologic pentru coloana 1 de fracţionare multicomponent

1.1 Calculul distributiei componentilor in coloana de fractionare

1.2 Calculul parametrilor de regim pe coloana de fractionare (presiuni, temperatura la varf,

temperatura in vasul separator si temperatura in baza coloanei)

1.3 Determinarea numarului de talere teoretice din coloana de fractionare

1.4 Dimensionarea coloanei de fractionare (diametru si inaltime)

1.5 Calculul necesarului de agenti termici in instalatie (apa de racire la condensator si abur la

refierbator)

2. Calculul tehnologic pentru coloana a 2-a de fracţionare multicomponent







refierbator)

3. Calculul tehnologic pentru coloana a 3-a de fracţionare multicomponent







refierbator)

Anexă – Schema tehnologică automatizată a instalaţiei de fracţionare multicomponent

Bibliografie

19

DATE DE PROIECTARE

Alimentare:

Compozitia:

Component C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5

xfi, fr.masice 0,04 0,18 0,25 0,15 0,16 0,22

Debitul 18 t/an

Coloanele sunt echipate cu talere cu supape.

Conditii de operare:

Temperaturile din vasele de reflux : 40 oC

Distributia componetilor cheie:

Coloana I

- Componeti cheie: usor: C3 greu: iC4

- Grade de recuperare : φcu = 0,95 φcg = 0,96

Coloana II

- Componenti cheie: usor: iC4 greu: nC4

- Grade de recuperare: φcu = 0,96 φcg = 0,94

Coloana III

- Componeti cheie: usor: nC4 greu: iC5

- Grade de recuperare : φcu = 0,96 φcg = 0,95

19

CAPITOLUL I

CALCULUL TEHNOLOGIC PENTRU COLOANA 1 DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

1.1. Calculul distributiei componentilor in coloana de fractionare

Fig.1 – Coloana 1 de fractionare amestec multimcomponent

19

Debit alimentare = 18000 kg/h

Tabel 1.1 – Distributia componentilor intre varf si baza

Comp.Fr. Masice, %

Debite masice, kg/h

Produs distilat Produs de bazadi, kmol/h

fr.mol., %

bi, kmol/h

fr.mol., %

C2 0,04 720 720 0,181 0 0C3 0,18 3240 3078 0,77 162 0,0115iC4 0,25 4500 180 0,045 4320 0,308nC4 0,15 2700 0 0 2700 0,192iC5 0,16 2880 0 0 2880 0,2053nC5 0,22 3960 0 0 3960 0,282

Total 1,00 18000 3978 1,000 14022 1,000

1.2. Calculul parametrilor de regim

Calculul presiunii in separator

Din PROII, folosind un „stream” sau „flash” si considerand alimentarea la punct de fierbere si temperatura in separator = 40oC , se obtine presiunea in separator: ps = 19,42bar.

Calculul presiunii la varful coloanei

Cunoscand presiunea in separator, adaugam o valoare din literatura pentru caderea de presiune din condensator, se determina presiunea la varful coloanei:pvc = ps + Δpc = 19,42 + 0,4 bar = 19,82 bar.

Calculul presiunii in baza coloanei

Presupunem o cadere de presiune pe coloana Δpcol = 0,7 bar, si presiunea la varful coloanei pvc=19,82, se obtine:pb = pvc + Δpcol = 19,82 + 0,7 = 20,52 bar.

19

Determinarea profilului de temperatura pe coloana

Folosim un „shortcut” (in PROII), si specificatiile: p = 20,17 bar, alimentare la punct de fierbere si gradele de recuperare, alegem din rezultatele obtinute in urma simularii 20 de talere teoretice, taler de alimentare – 10. Utilizand „Distillation” (in PROII), cu specificatiile: Numar de talere = 22, taler de alimentare = 10, presiunea in separator – 19,42 bar, si gradele de recuperare φC3 = 0,95, φiC4 = 0,96, obtinem profilul de temperatura pe coloana.

Tray Number0 5. 0 10 .0 15 .0 20 .0 25 .0

Tem

pera

ture

(C

)

30 .0

50 .0

70 .0

90 .0

11 0.0

13 0.0

COLUMN T1

T e m p e ra t u re

Figura 2 – Profil de temperatura pe coloana 1

1.3. Determinarea numarului de talere teoretice necesare pentru prima coloana

Dupa cum am mentionat in subcapitolul precedent, folosind un shortcut si specificatiile: pmed = 20,17 bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele recuperare φC3 = 0,95, φiC4 = 0,96, obtinem in urma simularii urmatoarele date:

Ntt 22Taler alimentare 10

Rmin 2,39Rreflux 3.589Nmin 12

19

1.4. Dimensionarea coloanei de fractionare

Calculul DiametruluiDiametrul coloanei 1 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, Ntt = 22, taler alimentare = 10.Se obtine: Ds (zona superioara) = 1219mm Di (zona inferioara) = 1524 mm

Deoarece Ds-Di>3, vom lua diametrul coloanei de 1524mm.

Calculul inaltimii

Iv= 1 m ( înălţimea în vârful coloanei)Ib=1 m (înălţimea în baza coloanei)NTR - numărul de talere reale din coloană se calculează cu relaţia:

Unde: Em –eficacitatea medie globală se calculează cu relaţia O’Connell:

este viscozitatea fluxului de alimentare, o citim din raportul simularii

Din profilul de presiuni rezultat in urma simularii coloanei, s-a obtinut o pm = 20,17 barαm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la Tm şi Pm pe coloanăαm = 1,668

19

1.5 Calculul necesarului de agenti termici in instalatie (apa de racire la

condensator si abur la refierbator)

Se citesc din raportul de simulare al coloanei:Tabel 1.2

Sarcina termica, kcal/h*10

6

Necesarul de agenti termici,

kg/h

Condensator 1.668 166822.193

Refierbator 1.897 3807

19

CAPITOLUL II



19

Fig.3 – Coloana 2 de fractionare amestec multicomponent

Produsul de varf din prima coloana se introduce în coloana a doua ca alimentare. Acesta când intră în coloana adoua, datorită diferenţei de presiuni între două coloane

, este parţial vaporizat.


Componenti fi, kmol/h

di, kmol/h

fr.mol., %

bi, kmol/h

fr.mol., %

C2 719,98 719,98 0,181 0 0C3 3078,46 3078,46 0,775 0 0iC4 180,44 173,22 0,043 7,22 0,24nC4 24,004 1,444 0,0003 22,56 0,75iC5 0,1718 0 0 0,1718 0.0057nC5 0,105 0 0 0,105 0,0035

Total 4003,18 3973,1 1 30,056 1

19



Din PROII, folosind un „stream” sau „flash” si considerand alimentarea la punct de fierbere si temperatura in separator = 40oC, se obtine presiunea in separator: ps = 19,069bar.




Presupunem o cadere de presiune pe coloana Δpcol = 0,7 bar, si presiunea la varful coloanei pvc = 19,47 bar, se obtine:pb = pvc + Δpcol = 19,47 + 0,7 = 20,17 bar.


Folosim un „shortcut” (in PROII), si specificatiile: p = 19,82 bar, alimentare la punct de fierbere si gradele de recuperare, alegem din rezultatele obtinute in urma simularii, 73 de talere teoretice si taler de alimentare – 56.

Utilizand „Distillation” (in PROII), cu specificatiile: Numar de talere = 73, taler de alimentare = 56, presiunea in varful coloanei – 19,47 bar, caderea de presiune pe taler = 0,01 bar si gradele de recuperare φiC4 = 0,96, φnC4 = 0,94, obtinem profilul de temperatura pe coloana.

19

Tray Number0 20 .0 40 .0 60 .0 80 .0

Tem

pera

ture

(C

)

95 .00

10 5.0 0

11 5.0 0

12 5.0 0

13 5.0 0

14 5.0 0

COLUMN T2

T e m p e ra t u re


2.3. Determinarea numarului de talere teoretice necesare pentru a doua coloana

Dupa cum am mentionat in subcapitolul precedent, folosind un shortcut si specificatiile: p = 14,35bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele de recuperare φiC4 = 0,97, φnC4 = 0,96, obtinem in urma simularii urmatoarele date:


Rmin 0,83Rreflux 1,251Nmin 38

2.4. Calculul diametrului si a inaltimii coloanei

Calculul Diametrului

19

Diametrul coloanei 2 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, Ntt = 73, taler alimentare = 56.Se obtine: Ds (zona superioara) = 2591mm Di (zona inferioara) = 2591mm

Calculul inaltimii




Din profilul de presiune rezultat in urma simularii coloanei 2, sa obtinut pm = 15,1barαm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la Tm şi Pm pe coloanăαm = 1,175

19



Se citesc din raportul de simulare al coloanei:Tabel 2.2.


6


kg/h

Condensator 6.300 630047.842


19

Capitolul III


3.1. Calculul distributiei componentilor pe coloana de fractionare

19

Fig.5 – Coloana 3 de fractionare amestec multicomponent


Componenti fi, kmol/h

di, kmol/h

fr.mol., %

bi, kmol/h

fr.mol., %

C2 0 0 0 0 0C3 0,22 0,22 0,00076 0 0iC4 7,2323 7,2323 0,25 0 0nC4 22,56 21,65 0,748 0,902 0,771

19

iC5 0,171 0,00855 0,0003 0,162 0,138nC5 0,105 0 0 0,105 0,09

Total 30,09 28,91 1 1,17 1



Din PROII, folosind un „stream” sau „flash” si considerand alimentarea la punct de fierbere si temperatura in separator = 40oC, se obtine presiunea in separator: ps = 4,16 bar.




Presupunem o cadere de presiune pe coloana Δpcol = 0,7 bar, si presiunea la varf pvc =4,56bar , se obtine:pb = pvc + Δpcol = 4,56 + 0,7 = 5,26 bar.


Folosim un „shortcut” (in PROII): ps = 4,16 bar, alimentare la punct de fierbere si gradele de recuperare, alegem din rezultatele obtinute in urma simularii, 16 de talere teoretice si taler de alimentare – 14.

Utilizand „Distillation” (in PROII), cu specificatiile: Numar de talere = 16, taler de alimentare = 14, presiunea in varful coloanei – 4,56 bar, caderea de presiune pe taler = 0,01 bar si gradele de recuperare φnC4 = 0,96, φiC5 = 0,95, obtinem profilul de temperatura pe coloana.

19

Tray Number0 4. 0 8. 0 12 .0 16 .0 20 .0

Tem

pera

ture

(C

)

40 .0

50 .0

60 .0

70 .0

80 .0

90 .0

COLUMN T3

T e m p e ra t u re


3.3. Determinarea numarului de talere teoretice necesare pentru a treia coloana

Dupa cum am mentionat in subcapitolul precedent, folosind un shortcut: p = 26,53 bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele de recuperare φC3 = 0,97, φiC4 = 0,98, obtinem in urma simularii urmatoarele date:


Rmin 0,53Rreflux 0.8Nmin 8

3.4. Calculul diametrului si a inaltimii coloanei

Calculul Diametrului

19

Diametrul coloanei 3 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, Ntt = 16, taler alimentare = 14.Se obtine: Ds (zona superioara) = 1067mm Di (zona inferioara) = 1067mm

Calculul inaltimii




Din profilul de presiune rezultat in urma simularii coloanei 3, sa obtinut pm = 27,63barαm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la Tm şi Pm pe coloanăαm = 2,198

19



Se citesc din raportul de simulare al coloanei:Tabel 3.2


6


kg/h

Condensator 1.420 141954.952


19

Schema instalatiei de fractionare amestec multicomponent – simulare PROII

19

Bibliografie

1. ***PRO/II, Reference Manual;

2. Marinoiu, V., Paraschiv, N., Automatizarea proceselor chimice, vol. 2, Editura

Tehnică, 1992;

3. Şomoghi, V., ş.a., Proprietăţi fizice utilizate în calcule termice şi fluidodinamice,

Editura U.P.G., Ploieşti, 1997;

proiect ptm

Documents

Transcript of proiect ptm