Fractionare

TEMA : PROIECTAREA TEHNOLOGICA A UNEI INSTALATII DE FRACTIONARE MULTICOMPONENT

PLOIESTI 2013

CUPRINS Date de proiectare Schema tehnologică a instalaţiei 1. Calculul tehnologic pentru coloana 1 de fracţionare multicomponent 1.1 Bilanţul material 1.2 Parametrii de regim 1.3 Numărul de echilibre teoretice necesare pentru prima coloană 1.4 Calculul diametrului si a înălţimii coloanei 1 1.5 Determinarea sarcinilor termice si al necesarului de agenti termici 2. Calculul tehnologic pentru coloana 2 de fracţionare multicomponent 2.1 Bilanţul material 2.2 Parametrii de regim 2.3 Numărul de echilibre teoretice necesare pentru a II-a coloană 2.4 Calculul diametrului si a înălţimii coloanei 2 2.5 Determinarea sarcinilor termice si al necesarului de agenti termici 3. Calculul tehnologic pentru coloana 3 de fracţionare multicomponent 3.1 Bilanţul material 3.2 Parametri de regim 3.3 Numărul de echilibre teoretice necesare pe a III-a coloană 3.4 Calculul diametrului şi a înălţimii coloanei 3 3.5 Determinarea sarcinilor termice si al necesarului de agenti termici 4. Schema tehnologica a instalatiei de fractionare multicomponent-SIMULARE PROII 5. Schema tehnologică automatizată a instalaţiei de fracţionare multicomponent 6.Bibliografie

DATE DE PROIECTARE Alimentare: •

Compozitia: Component C2 xfi, fr.masice 0,0

C3 0,1

iC4 0,1

nC4 0,2

iC5 0,2

nC5 0,25

1

4

2

3

•

5 Debitul 11 t/an

•

Alimentarea primei coloane se va considera la punct de fierbere.

Conditii de operare: •

Temperaturile din vasele de reflux : 40 oC

•

Distributia componetilor cheie: Coloana I

- Componeti cheie:

usor: C3

greu: iC4

- Grade de recuperare :

φ cu = 0,97

φcg = 0,95

- Componenti cheie:

usor: iC4

greu: nC4

- Grade de recuperare:

φ cu = 0,98

φcg = 0,96

- Componeti cheie:

usor: nC4

greu: iC5

- Grade de recuperare :

φ cu = 0,95

φcg = 0,97

Coloana II

Coloana III

SCHEMA TEHNOLOGICĂ A INSTALAŢIEI DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

1. CALCULUL TEHNOLOGIC PENTRU COLOANA 1 DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

1.1.

Bilanţul material

Fig.2 – Coloana 1 de fractionare amestec multimcomponent

 F = B + D  F x = B x + D x  fi bi di f i = d i + bi .

.

.

unde fi, bi, di prezintă debitul parţial pentru componentul i în alimenare, în produsul de bază respectiv produsul de vârf, kg/h. Debit alimentare = 11000 kg/h Component cheie usor: C 3 , φcu = 0,97 , d C3=1173.7 kg/h Component cheie greu: iC 4, φcg = 0,95 , b iC4=1463kg/h Tabel 1.1 – Distributia componentilor intre varf si baza Comp.

Fr. Masice, %

Debite masice, kg/h

M, Produs distilat Produs de baza kg/kmo d ,i fr.mas. b ,i fr.mas., l kg/h , % kg/h %

C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 Total

1.2. 

0,05 0,11 0,14 0,22 0,23 0,25 1,00

550 1210 1540 2420 2530 2570 11000

30 44 58 58 72 72

550 1173,7 77 0 0 0 1800,7

0,305 0,652 0,043 0 0 0 1,000

0 36,3 1463 2420 2530 2750 9199,3

0 0,004 0,159 0,263 0,275 0,299 1,000

Calculul parametrilor de regim

Calculul presiunii in separator

Din PROII, folosind un „stream” , „flash” si considerand alimentarea la punct de fierbere si temperatura in separator = 40 oC , se obtine presiunea in separator: ps =26.72bar. 

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 = 26,72 + 0,3 bar = 27.02 bar. 

Calculul presiunii in baza coloanei

Presupunem o cadere de presiune pe taler Δp = 0,01 bar, si un numar de talere teoretice Ntt = 50, se obtine: p b = pvc + Ntt * 0,01 = 27.02 + (50*0,01) = 27.52 bar. 

Calculul temperaturii la varful coloanei

Din PROII, folosind un „stream” , „flash” cu specificatiile pvf = 27.02 bar si considerand alimentarea la punct de roua, se obtine temperatura la varful coloanei: Tvf = 54.01˚C 

Calculul temperaturii in baza coloanei

Din PROII, folosind un „stream” , „flash” cu specificatiile p bz=27,52 bar si considerand alimentarea la punct de fierbere, se obtine temperatura in baza coloanei: T bz =150˚C

1.3.

Determinarea numarului de echilibre teoretice necesare pentru prima coloana

Folosim un “shortcut” (PROII) cu specificatiile: p med = 27.27 bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele de recuperare φ C3 = 0,97, φiC4 = 0,95, obtinem in urma simularii urmatoarele date: 27 11 3.39644 6,79288 16.27811

Ntt Taler alimentare R min R reflux Nmin

1.4.

Calculul diametrului si a inaltimii coloanei



Calculul Diametrului Diametrul coloanei 1 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, N tt = 27, taler alimentare = 11. Se obtine: Di (zona superioara) = 1219mm Di (zona inferioara) = 1524 mm 

Calculul inaltimii

Iv= 1,0 m ( înălţimea în vârful coloanei) I b=1,5 m (înălţimea în baza coloanei) NTR - numărul de talere reale din coloană se calculează cu relaţia: N TR

=

N tt E m

Unde: Em –eficacitatea medie globală se calculează cu relaţia O’Connell: 0,49 ⋅ (10

3

µ l )

0 , 245

−

E m

=

µ l

este viscozitatea fluxului de alimentare, o citim din raportul simularii

µ l

=

⋅ α m ⋅

0,066 cP = 0,066 ⋅ 10 3 kg / m ⋅ s −

Din profilul de presiuni rezultat in urma simularii coloanei, s-a obtinut o pm = 27.27 bar αm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la T m şi Pm pe coloană αm = 1.463

I C

1

=

⇒

E m

⇒

N TR

=

0,49 ⋅ (10 =

N t t E m

=

3

⋅

−3

1,463 ⋅ 0,066 ⋅ 10 )

27 0,87

=

−0 , 245

31,03 talere

31,03− 1 ⋅0,609 +1 +1,5

=20,8

m

=

0,87

1.5. Sarcinile termice si necesarul de agenti termici pentru condesator si refierbator Se citesc din raportul de simulare al coloanei: Tabel 1.2 6

Sarcina termica, kcal/h*10

Necesarul de agenti termici, kg/h

Condensator

1,147

57340,684

Refierbator

1,315

42327

2.

CALCULUL TEHNOLOGIC PENTRU COLOANA 2 DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

2.1. Bilanţul material

Fig.3 – Coloana 2 de fractionare amestec multicomponent

Component cheie usor: C iC4 , φcu = 0,98 , d iC4=1433.6 kg/h Component cheie greu: iC nC4, φcg = 0,96 , bnC4=2297.8kg/h

Tabel 2.1 – Distributia componentilor intre varf si baza

Comp.

Debite masice, kg/h

C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 Total

0 36,5 1462,9 2393,5 2529,8 2749,9 9172,6

M, Produs distilat Produs de baza kg/kmo d ,i fr.mas. b ,i fr.mas., l kg/h , % kg/h % 30 44 58 58 72 72

0 36,5 1433,6 95,7 0 0 1565,8

0 0,023 0,916 0,061 0 0 1.000

0 0 29,3 2297,8 2529,8 2749,9 7606,8

0 0 0,004 0,302 0,333 0,361 1.000

2.2. 



Din PROII, folosind un „stream” , „flash” si considerand alimentarea la punct de fierbere si temperatura in separator = 40 oC , se obtine presiunea in separator: ps =5,48bar. 


Cunoscand presiunea in separator, adaugam o valoare din literatura pentru caderea de presiune din condensator, se determina presiunea la varful coloanei: pvc = ps + Δpc = 5,48 + 0,3 bar = 5,78 bar. 


Presupunem o cadere de presiune pe taler Δp = 0,01 bar, si un numar de talere teoretice Ntt = 50, se obtine: p b = pvc + Ntt * 0,01 = 5,78 + (50*0,01) = 6,28 bar. 


Din PROII, folosind un „stream” , „flash” cu specificatiile p vf =5,78 bar si considerand alimentarea la punct de roua, se obtine temperatura la varful coloanei: Tvf = 43,03˚C



Calculul temperaturii in baza coloanei Din PROII, folosind un „stream” , „flash” cu specificatiile p bz=6,28 bar si considerand alimentarea la punct de fierbere, se obtine temperatura in baza coloanei: T bz =79,62˚C

2.3. Determinarea numarului de echilibre teoretice necesare pentru prima coloana Folosim un “shortcut” (PROII) cu specificatiile: pmed = 6,03 bar, alimentarea la temperatura t=150,62˚C si gradele de recuperare φ iC4 = 0,98, φnC4 = 0,96, obtinem in urma simularii urmatoarele date:

Ntt Taler alimentare R min R reflux

55 19 15.43125 30,8625

35.06278

Nmin

2.4. Calculul diametrului si a inaltimii coloanei 

Calculul Diametrului Diametrul coloanei 1 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, N tt = 55, taler alimentare = 19 Se obtine: Di (zona superioara) = 1372mm Di (zona inferioara) = 1219 mm 

Calculul inaltimii

Iv= 1,0 m ( înălţimea în vârful coloanei) I b=1,5 m (înălţimea în baza coloanei) NTR - numărul de talere reale din coloană se calculează cu relaţia: N TR

=

N tt E m

Unde: Em –eficacitatea medie globală se calculează cu relaţia O’Connell: 0,49 ⋅ (10

3

µ l )

0 , 245

−

E m

=

µ l


µ l

=

⋅ α m ⋅

0,134cP = 0,134 ⋅ 10 3 kg / m ⋅ s −

Din profilul de presiuni rezultat in urma simularii coloanei, s-a obtinut o pm = 6,03 bar αm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la T m şi Pm pe coloană αm = 1.273

I C 2

=

⇒

E m

⇒

N TR

=

0,49 ⋅ (10 3 ⋅ 1,273 ⋅ 0,134 ⋅ 10 3 ) −

=

N t t E m

( 31,03 1) 0,609 −

×

=

55 0,76

+

=

0 , 245

−

=

0,76

72,3 talere

1+ 1,5 = 46 m

2.5. Sarcinile termice si necesarul de agenti termici pentru condesator si refierbator Se citesc din raportul de simulare al coloanei: Tabel 2.2 6


Necesarul de agenti termici, kg/h

Condensator

2.113

140848.814

Refierbator

1.556

27444

3. CALCULUL TEHNOLOGIC PENTRU COLOANA 3 DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

3.1.

Bilanţul material

Fig.4 – Coloana 3 de fractionare amestec multicomponent

Component cheie usor: C nC4 , φcu = 0,95 , d nC4=2182.9 kg/h Component cheie greu: iC iC5, φcg = 0,97 , b iC5=2453.9 kg/h Tabel 3.1 – Distributia componentilor intre varf si baza

Comp. C2 C3 iC4

Debite masice, kg/h 0 0 29.3

M, Produs distilat Produs de baza kg/kmo d ,i fr.mas. b ,i fr.mas., l kg/h , % kg/h % 0 44 58

0 0 29,3

0 0

0,013

0 0 0

0 0

0

nC4 iC5 nC5 Total

3.2. 

2297.8 2529.8 2749.9 7606.8

58 72 72

2182,9 75,9 0 2288,1

0,954 0,033 0 1,000

114,9 2453,9 2749,9 5318,7

0,022 0,461 0,517 1,000



Din PROII, folosind un „stream” , „flash” si considerand alimentarea la punct de fierbere si temperatura in separator = 40 oC , se obtine presiunea in separator: ps =3,76bar. 


Cunoscand presiunea in separator, adaugam o valoare din literatura pentru caderea de presiune din condensator, se determina presiunea la varful coloanei: pvc = ps + Δpc = 3,76 + 0,3 bar = 4,06 bar. 


Presupunem o cadere de presiune pe taler Δp = 0,01 bar, si un numar de talere teoretice Ntt = 50, se obtine: p b = pvc + Ntt * 0,01 = 4,06 + (50*0,01) = 4,56 bar. 


Din PROII, folosind un „stream” , „flash” cu specificatiile p vf =4,06 bar si considerand alimentarea la punct de roua, se obtine temperatura la varful coloanei: Tvf = 43,52˚C 

Calculul temperaturii in baza coloanei Din PROII, folosind un „stream” , „flash” cu specificatiile p bz=4,56 bar si considerand alimentarea la punct de fierbere, se obtine temperatura in baza coloanei: T bz =82,43˚C

3.2. Determinarea numarului de echilibre teoretice necesare pentru prima coloana Folosim un “shortcut” (PROII) cu specificatiile: pmed = 4.31 bar, alimentarea la temperatura t=79.62˚C si gradele de recuperare φ nC4 = 0,95, φiC5 = 0,97, obtinem in urma simularii urmatoarele date:

14 8 3.85225 7.7045 8.11968

Ntt Taler alimentare R min R reflux Nmin

3.4. Calculul diametrului si a inaltimii coloanei 

Calculul Diametrului Diametrul coloanei 1 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, N tt = 14, taler alimentare = 8 Se obtine: Di (zona superioara) = 914mm Di (zona inferioara) = 914 mm 

Calculul inaltimii Iv= 1,0 m ( înălţimea în vârful coloanei) I b=1,5 m (înălţimea în baza coloanei) NTR - numărul de talere reale din coloană se calculează cu relaţia: N TR

=

N tt E m

Unde: Em –eficacitatea medie globală se calculează cu relaţia O’Connell: 0,49 ⋅ (10 3 ⋅ α m ⋅ µ l )

0 , 245

−

E m

=

µ l


µ l

=

0,146cP = 0,146 ⋅10 3 kg / m ⋅ s −

Din profilul de presiuni rezultat in urma simularii coloanei, s-a obtinut o pm = 4.31 bar αm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la T m şi Pm pe coloană αm = 2.194

I C

=

⇒

E m

⇒

N TR

=

0,49 ⋅ (10 =

N t t E m

=

3

⋅

−3

2,194 ⋅ 0,146 ⋅ 10 )

14 0,65

=

−0 , 245

=

0,65

21,5 talere

21,5− 1 ⋅0,609 +1 +1,5

14,98 m

=

3

3.5. Sarcinile termice si necesarul de agenti termici pentru condesator si refierbator Se citesc din raportul de simulare al coloanei: Tabel 3.2

6


Necesarul de agenti termici,

Coloana 3

kg/h

Condensator

0.949

63293.258

Refierbator

0.896

17095

4. SCHEMA TEHNOLOGICA A INSTALATIEI DE FRACTIONARE MULTICOMPONENT-SIMULARE PROII

1 1

2

3

4

4

6

5

8

6

10

7

12

8

S1

1

S2

2

S5 S8 2

3

14

E1

E3

16

9

4

18

10

20

11

5

22

12

24

13

26

14

6

28

15

30

16

32

17

34

18

36

19

38

20

40

21

42

7

8

9

44

S4

22

10

46

23

48

24

11

50

25

52

E2

26

12

S7

54

T1

E5

27

13 T2

55

E4

E6 T3

14 S9

S3 V1

S6 V2

Fig. 5. Schema instalatiei de fractionare amestec multicomponent –Simulare PROII

5.SCHEMA TEHNOLOGICA AUTOMATIZATA A INSTALATIEI DE FRACTIONARE MULTICOMPONENT

6.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

fluidodinamice, Editura U.P.G., Ploieşti, 1997;

în calcule termice

şi

Fractionare

Recommend Documents