Lecture 06

054410 PLANT DESIGNLECTURE SIX

Alon Goldis, Technion1

Compressor and Layout DesignPLANT DESIGN - Alon Goldis1 6 -

054410 Plant DesignLECTURE 6:

COMPRESSOR and PLANTWIDE LAYOUT

DESIGN

Alon GoldisDepartment of Chemical Engineering

Technion, Haifa, Israel


תכנון מדחס . 1 :בסיום חלק זה של הרצאה עליכם

להכיר שיטות דחיסהלהכיר את א ופן הפעולה של המדחס

Surgeלהכיר את בעיית להכיר מקד מי דחיסות

להיות מסוגלים לתכנן מדחס




מטרת תהליך הדחיסה:כללי

כך העלאת לחץ, בדומה להעלאת לחץ נוזל במשאבותוזאת במטרה לספק גז בלחץ גבוה , הגז מתבצעת במדחס

. יותר מזה שהיה בנקודת היניקה של המדחס:דוגמאות

לשריפה בתנורים) חמצן ( לספק אויר •הובלת גז בקווים עירוניים•ליצור ולשמור על לחץ קבוע•


שיטות דחיסת גזPositive displacementמדחסי

הקטנת נפ ח הגז והעל את , לכידת כמות גז מסוימת בחלל המדחס. הלח ץ כתוצאה מכך

א ל פת ח , ללא שינ וי בנפח, העברתו, לכידת כמות גז מסוימתוהוצאת הגז הדחוס , י גז ממערכת הסניקה"דחיסה ע, הסניקה.החוצה

מדחסים דינאמייםאשר באמצעות הקניית מהירות , העברת הגז דרך מאיצים מכאניים

. קבוע לגז גורמים להעלאת הלח ץ שלוכ פלואיד סחיפה "בד. י זרם הזורם במהירות גבוהה"סחיפת הגז עEjectorsמדחסים אלו נקראים גם . הוא קיטור




Positive displacementמדחסים מסוג מדחסי ם בוכנ תיים ה ם המ דחסים הנפוצ ים יותר מא ש ר

. המד חסים ה דינאמ יי ם כ גון מדחסים צנ טריפוגל יי ם: יתרונות

הש קעה רא ש ונית נמוכה יו תר•יעילות תפעולית גבוהה יו תר•Surgeאין סיכוי לת ופעת •

:חסרונות תקלות מכאניות–ריבוי חלק י ם נעי ם •רעש •


מדחס בוכנתי




מדחס בוכנתי

ציל ינ דרי ם 4 עד 1מדחס בוכנתי יכול להכ יל


מדחס צנטריפוגאלימעלה , כלומ ר, מדחס צנט רי פוגלי מ קנה לגז אנרגי ה ק ינטית•

מ ה שמ תבטא בסוף בהעלאת ל ח ץ הגז , את מ הי רות הגז. בסניקת ה מדחס

:יתרונות.ד" סל3000כ עד כ "מהירויות פעולת המדחס מגיעות בד•מאפשר דחיסת כמויות גז גבוהות יותר מאשר מדחס בוכנתי•

. בכללPositive displacement בפרט ו מדחסים מסוג :חסרונות

עלויות השקעה גבוהות•Surge אפשרות לתופעת•




מדחס צנטריפוגאלי


SURGE תופעת –מדחס צנטריפוגאלי : הג דר ה

יחס דח יסה של מדחס מו גדר כי חס לח צי הסניקה ו היני קה של

. המדחס

:Surgeתופעת

תופעה בה ה מדחס יוצ א מ שלי טה וזאת עקב ע ליה ב י חס הדחיסה

. הנגרם כתוצאה מי רידה ב לחץ הינ יקה של ה מדחס

in

outP

PR =




SURGE תופעת –מדחס צנטריפוגאלי


מערכת דחיסה כוללת:נקודות חשובות

RV – שמירה על לחץ הזנה קבוע למדחס •

התקנת מגני רעש •

.בזרם זינה למדחס) Demister( שימוש בשמיכת הפרדת טיפות •




מערכת דחיסה כוללת:נקודות חשובות

RV – שמירה על לחץ הזנה קבוע למדחס •

התקנת מגני רעש •

.בזרם זינה למדחס) Demister( שימוש בשמיכת הפרדת טיפות •

עקב עלותם, אנחנו נלמד על מערכות עם מדחסים בוכנתיים בלבד

. הנמוכה יחסית ותפוצתם הרבה


עקומת מקדמי דחיסות :מטרת העקומות

עבור גז או תערובת גזים על מנת לתקן את משוואת גזיםZקבלת מקדם

)PV=nRT( אידיאליים

:הגדרות

: עבור גזים טהורים

P – לח ץ אבסו לוטי )( psia

T – אבסולוטית ' טמפ )K או R(

cr P

PP =c

r TTT =




עקומת מקדמי דחיסות : עבור תערוב ת גזים Pseudo PR = ΣyiPR,i

:כאש רYi - ש בר מ ולים של גז ה -iבתערובת


K, פקטור פוליטרופי, פקטור פוליטרופי הוא יחס בין קיבול חום בלחץ קבוע: הגדרה

Cpלבין מקדם קיבול החום בנפח קבוע ,Cv

vCCpK =

K=1: בדחיסה איזו תרמית בל בד

:או לפי, נתונים בט בלה ר לוונטיתKערכי

K = Cp / (Cp – 1.987)BTU/(lbmole x R ) ביחידות Cpכאשר




K, פקטור פוליטרופי:Kמציאת

' נספח א -טבלה 1.

K=Cp/(Cp-1.987): מנוסחה2.

Cp = A+BT: ניתן לחשב לפי נוסחהCpכאשר

R ביחידות T-ו' ניתן למצוא בנספח ב B ושל A ערכים של


הספק המדחס

העבודה שנע שית ב מע רכ ת דחיסה אדי אבט ית ה יינה עבודה

,במ צי אות. אין א יבודי חום לסב יבה –המצ ריכ ה הס פק תי אורטי

י שנו, עקב העבודה של הבוכנה והחיכוך ב ינ ה לב ין הצ ילי נדר

. ועל כן ההספק ה אמ יתי שונה מזה הת יאור טי, הפסד חום ל סביבה




הספק המדחס 2

12144

1133000

min

kk

outin in

in

inchPkftTHP P Vlbf k P

HP

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎢ ⎥= ⋅ ⋅ −⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥−⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⋅

:ההספק התיאורטי של המדחס מוגדר כ

:ההספק האמיתי של המדחס מוגדר כ1ZFLTHPBHP Lo ⋅⋅⋅=

:כאשר

V1 -ספיקה נפחית ביניקת המדחס ,ft3/min ,בתנאי היניקה

Lo – נספח ג. כתוצאה מחיכוך בתוך המדחס" הפסד" פקטור'

FL – 1-1.05. למדחסים בוכנתיים בלבד" הפסד" פקטור

Z1 –פקטור דחיסה בתנאי יניקה .


דחיסה אדיאבטיתהג ז ' טמפ , עקב אי איבוד החום לסביבה, בדחיסה אדיאבטית בלבד

.גבוהה יותר מזו שביניקה, הדחוס בסניקת המדחס

: י "בסניקת המדחס נתונה ע' טמפ

11

kkk

out kout in in

in

PT T T RP

−−⎛ ⎞

= ⋅ = ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠




1' תרגיל כיתה מס בתנאים של , 16000m3/hrיש לדחוס גז מי מן בספיקה של

)(P = 1 atm, T=0 C 51 ל 28 מלח ץ שלbar,a .בזינה למדחס ' טמפ

.הדחיסה הינה אדיאבטית. 1מקדם הדחיסות הינו . צ" מ35הינה

: יש למצוא את

)HP( ההספק התיאורטי . א

BHP. ב

הגז בסניקה' טמפ. ג

) המחושב KW - מה125%( גודל מנוע . ד


פתרו ן- 1' תרגיל כיתה מס

min94173.35

min601600016000

3

3

333

2ft

mfthr

hrm

hrmV =⋅⋅==

KRFCT oooo 30855595351 ====

א ת זרם היני ק ה 2 -וב את זרם ה יני קה בתנא י זר ימה 1 –נסמן ב

: בתנאים נורמ אלי ים

KRFCT oooo 2734923202 ====





1

2

2

121 P

PTT

VV ⋅⋅=

): ינ יקה בסני קה( חלוקה של מ שוואת הגזי ם בשנ י מ צב ים

:ספיקת הגז היא, בתנאי הזרימה, כלומר

min384

,28,013.1

492555

min9417

33

1ft

abarabar

RRftV =⋅⋅=



: לפי ) Theoretical HP( נמצא את ה ה ספק התיאור טי

21

21441

133000min

kk

outin in

in


HP

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎢ ⎥= ⋅ ⋅ −⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥−⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⋅




פתרו ן- 1' תרגיל כיתה מס עבור מימןKנמצא את

KHydrogen = 1.41


פתרו ן- 1' תרגיל כיתה מס :הצבת ע רכי ם לנוסחת חיש וב הספק תי א ורטי

21

2

1.41 13 1.41

1441

133000min

,144 1.41 51(28 , 14.5 ) 384 1 43333000 1.41 1 ' min 28

kk

outin in

in


HP

psi a ftbar a HPbar a

−

−

⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎢ ⎥= ⋅ ⋅ − =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥−⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⋅

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥− ⎝ ⎠⎝ ⎠

⎣ ⎦




פתרו ן- 1' תרגיל כיתה מס :ל פי, ה הספק ה אמ יתי ש ל המד חס, ומכאן

ZFLTHPBHP c ⋅⋅⋅= 0

: כאשר

Lo -נספח ג , הפסד החיכוך של המדח ס '

Fc – 1-1.05בין ( הפסדי חיכוך של הבוכנה(


פתרו ן- 1' תרגיל כיתה מס Lo מ צ יאת -' נספח ג

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

יחס דחיסה

Loד, פס הורקטפ

R=51/28= 1.82: יחס דח יסה

1.4





HPHPZFLTHPBHP c 607114.14330 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=

:ולכן ההספק האמ יתי של המדחס הו א

' ניתן למצוא את ט מפ , היות ונתון היא הדח יסה ה יא אדי אבט ית

: בסניקת המד חס

CKKRTT kk

inout 26.9336682.1308 41.1141.11

==⋅=⋅=−−



kWkWHPBHPPtrue 56773.45325.160725.125.1 =⋅=⋅=⋅=

:גודל מנוע

: שכב ר מ צ אנו ולכןBHP מ 125%נתון כי גודל המנוע הוא




.1סיכום פרק :בסיום פרק זה של הרצאה אתם

מכירים שיטות דחיסה1.

מכירים את אופן הפעולה של המדחס2.

Surgeמכירים את בעיית 3.

מכירים את מקדמי דחיסות4.

מסוגלים לתכנן מדחס 5.


Layoutמערך ציוד . 2:אחרי פ רק ז ה של הרצא ה על יך

להכ יר את נושא מע רך ציוד כלל מפ ע לי 1.

להכ יר את ס דר הפ עולות בבנ י ית מ ער ך ציוד2.

להכ יר את ה כללי ם ל פי ה ם מ ערך ציו ד נבנ ה 3.




?מה ו מ ערך ציוד לס ידו ר ה כל ים הת הל יכ י ם ג רפית מערך ציוד ה ינו צורה

או( ויחי דות ציו ד שונות אחרות המר כי ב ות את המת קן

ול כן י ש ל הג ד י ר בב ס יס הת כנון מקום א שר ירכז , ) המפ על

. את כל הנו ש א של חוקי ם וקרי טר יונ י ם לבנ י ית מ ערך ציוד

.מערך ציוד כולל את מב ט על ומב ט צד על המתקן


שלבים בבניית מערך ציוד )The Plant Plot Plan( מער ך כלל מפעלי •

מער ך כלל ג זרתי •

) The Process Area Unit Arrangement(

מער ך יחידת י •

)The Individual process Unit Plot Plan(




סדר בבניית מערך ציוד... הרצת סימולציה וקבלת תמונה ראשונית על תהליך1.

P&ID - וPFD בניית 2.

)כולל חלופות ( זיהוי יחידות ציוד 3.

בניית מערך ציוד תוך התבססות על חוקים מקובלים4.


חוקים בבניית מערך ציודאת ה מתקן התהל י כי ) כ "בד( יחידות צ יוד המרכ יבות

: הקלאסיתנורים 1. מיכל י ם 2. מחל יפי חו ם 3. מצנני אוויר 4. מ שאבות 5. מדחסי ם 6. )Tanks( מיכל י אחסון 7. רי אק טור 8.




חוקים בבניית מערך ציודתנורי ם

כ "מיקו ם התנור יה יה בצד ה מתקן מ מנו ה רוח נושבת ב ד•. החוצה

ריכוז התנורי ם יע שה במק ום א חד בגבו לות המתקן ולא •. בלבו

מט רי ם לפ חות ובמ רחק 7.5 -המר חק בין ה תנורים יהי ה כ•. מ טר לפ חות מ קווי צנרת ר אש יי ם15 -של כ

) הוצאת צ ינורות מתוך ה תנורים(אפש רות גי ש ה תחזוקתית •


חוקים בבניית מערך ציודר יאקטור י ם / מג דלי ם / מיכל י ם

' וכד, קטליז טורי ם, מיכל ים א שר יכילו חומר י ם מסוכנים•ימוק מו כך ש יאפ שרו טעינ ה ופרי קה ש ל החומ רי ם

ה תחשבות בעו מד ה יניק ה ה דרוש –מיכל י זינה ל מש אבות •/ מג דל / מרווח הג יוני בין י חידות הסמוכות לבין המיכל •

ריא קטור 4.5 -מיכל ים אופק יי ם ימוק מו ב ניצב לג שר צ נרת ולא פחו ת מ •

מטר י ם מ קי צ ה) ק טליסט, החל פת מגש י ם, טיפול(אפש רות גי ש ה תחזוקתית •




חוקים בבניית מערך ציודמחליפ י חום

מחל יפי חום מסוג קליפה וצינורות ימוקמו בני צב ל גשר צנרת •י מוקם בצמוד למ גד ל ובמרווח ) Thermosyphon ( מרתח ים •

לפ חות ' מ 1.5 אופ קי ש ל יותקנו בקרב ת יחידת ציוד אותה מ שרת ים •' מ1.5 –מרווח אופק י בין שני מחל יפי חום יה יה לא פ חות מ •

יש לקב ץ מח ליפי חום עד כמה שניתן ב מקום מ רוכז אחד ) שט יפה, הוצאה וניקו י אגד י ם(אפש רות גי ש ה תחזוקתית •


חוקים בבניית מערך ציודמצנני אווי ר

אך ל א , מצנני אוי ר י ותקנו על גש רי צנ רת גבו ה ככל הניתן • יעב רו את גובה המ תקן

י ש לרכז את מצנני אוי ר במקו ם א חד אם ניתן•

יותקנו בקר בת יח ידת צי וד אותה מ ש רתים •

י מנ וף" י ש להתח שב בהורדת ה מ צננים ע•

) ' וכד, ש טיפה , ניקוי ( אפ שרות גי שה ת חזוקתית •




חוקים בבניית מערך ציודמשאבות

מ שאבות יות קנו מחוץ לג שר י צנרת •

) ולא בגו בה ( מ שאבות י מו קמו על הר צ פה •

י ש לה שתדל לא ל מק ם א ת המ שאבות מתחת לציוד עילי •

י ש לתכנן קווי יני קה קצר ים ככל הנ יתן•

מ טר ל פחות2 מר חק בין מ שאב ה ל מש א בה ח ילופית י היה •

) החלפ ה, פ ירוק, ש טיפה , ניקוי ( אפ שרות גי שה ת חזוקתית •


חוקים בבניית מערך ציודמדחסי ם

מדחסי ם י מו קמו בתוך סככה נפרדת •

יש לרכז את המדחסי ם במ קום אחד •

ומיכל י ינ יקה , שי מון–יש להצ מיד ע מדת ש ירות למדחסי ם •וסניקה

ה חלפה , פ ירוק , שט י פה, ניקוי ( אפש רות גי ש ה תחזוקתית •)'וכד




סימ וני ם על גבי מערך ציוד : י ש לצ י ין) מב ט צד ומב ט על ( על גב י מ ער ך ציוד

כל ה יח ידות התהליך •

) ב מבט צד ומב ט על ( מר חק ים בין הי חידות •

) ב מבט צד ( גבה ים בה ם יחידות צ יוד ממוק מות •

) ' וכד, דרום, צפון( כוון המבט •

תיאור הי חי דות בטבלה צמודה •

)ב מב ט על ( מסלולי גי ש ה •





.2סיכום פרק :אחר י פ רק זה של הרצ אה אתם

מכיר י ם את נושא מערך צ יוד כלל מפ ע לי 1.

מכיר י ם את סדר הפעולות בבניית מע רך צ יוד2.

מכיר י ם את הכללי ם לפ י הם מע רך צ יו ד נבנה 3.

Lecture 06

Documents

Transcript of Lecture 06