Proiect PTM

1

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

PROIECT DE AN

PROCESE DE TRANSFER DE MASĂ

Student, Conducător, Prep. Ing. Fendu Elena M.

An IV, grupa

PLOIEŞTI

1

PROIECTUL TEHNOLOGIC AL UNEI INSTALAŢII DE FRACŢIONARE

MULTICOMPONENT

CUPRINS

1

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



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



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

Anexă – Schema tehnologică automatizată a instalaţiei de fracţionare multicomponent

Bibliografie

DATE DE PROIECTARE

Alimentare:

1

Compozitia:

Component C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5

xfi, fr.masice 0,04 0,12 0,15 0,20 0,24 0,25

Debitul 12 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 : φcu = 0,96 φcg = 0,94

Coloana II

- Componenti cheie: usor: nC4 greu: iC5

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

Coloana III

- Componeti cheie: usor: iC4 greu: nC4

- Grade de recuperare : φcu = 0,94 φcg = 0,95

SCHEMA TEHNOLOGICĂ A INSTALAŢIEI DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

1

CAPITOLUL I

CALCULUL TEHNOLOGIC PENTRU COLOANA 1 DE FRACŢIONARE MULTICOMPONENT

1.1. Bilanţul material

Fig.1 – Coloana 1 de fractionare amestec multimcomponent

unde fi, bi, di prezintă debitul parţial pentru componentul i în alimenare, în produsul de bază respectiv produsul de vârf, kmol/h.

Debit alimentare = 12000 kg/h

Tabel 1.1 – Distributia componentilor intre varf si baza

1

Comp.Fr. Masice, %

Debite masice, kg/h

M, kg/kmol

Alimentare Produs distilat Produs de bazafi, kmol/h fr.mol.

, %di, kmol/h

fr.mol., %

bi, kmol/h

fr.mol., %

C2 0,04 480 30 16,000 0,0789 16,000 0,3246 0 0C3 0,12 1440 44 32,727 0,161 31,418 0,6376 1,309 0,00863iC4 0,15 1800 58 31,034 0,153 1,862 0,0378 29,172 0,1900nC4 0,20 2400 58 41,379 0,204 0 0 41,379 0,2695iC5 0,24 2880 72 40 0,197 0 0 40 0,2605nC5 0,25 3000 72 41,666 0,205 0 0 41,666 0,2714

Total 1,00 12000 Mm=59,10

202,6 1,000 49,28 1,000 153,53 1,000

La varf: di(C2) = 12000*0,04 = 480 kg/h di(C3) = 12000*0,12*0,96 = 1382,4 kg/h di(iC4) = 12000*0,15*0,06 = 108 kg/h

La baza: bi(C3) = 12000*0,12*0,04 = 57,6 kg/h bi(iC4) = 12000*0,15*0,94 = 1692 kg/h

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 = 23,78bar.

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 = 23,78 + 0,3 bar = 24,08 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:pb = pvc + Ntt * 0,01 = 24,08 + 50*0,01 = 24,58 bar.

Determinarea profilului de temperatura pe coloana

1

Folosim un „shortcut” (in PROII), si specificatiile: p = 24,33 bar, alimentare la punct de fierbere si gradele de recuperare, alegem din rezultatele obtinute in urma simularii 23 de talere teoretice, taler de alimentare – 9. Utilizand „Distillation” (in PROII), cu specificatiile: Numar de talere = 23, taler de alimentare = 9, presiunea in separator – 23,78 bar, si gradele de recuperare φC3 = 0,96, φiC4 = 0,94, obtinem profilul de temperatura pe coloana.

Tray Number0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

Tem

pera

ture

(C

)

0

30.0

60.0

90.0

120.0

150.0

COLUMN T1

Tem per atur e

Figura 2 – Profil de temperatura pe coloana 1

1.3. Determinarea numarului de echilibre teoretice necesare pentru prima coloana

Dupa cum am mentionat in subcapitolul precedent, folosind un shortcut si specificatiile: pmed = 24,33 bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele de recuperare φC3 = 0,96, φiC4

= 0,94, obtinem in urma simularii urmatoarele date:

Ntt 23Taler alimentare 9

Rmin 2,9948Rreflux 4,492Nmin 13,72255

1

1.4. Calculul diametrului si a inaltimii coloanei

Calculul DiametruluiDiametrul coloanei 1 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, Ntt = 23, taler alimentare = 9.Se obtine: Di (zona superioara) = 1067mm Di (zona inferioara) = 1372 mm

Calculul inaltimii

Iv= 1,0 m ( înălţimea în vârful coloanei)Ib=1,0 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 = 23,885 barαm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la Tm şi Pm pe coloanăαm = 1,798

1

Sarcinile termice si necesarul de agenti termici pentru condesator si 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 1,144 63535

Refierbator 1,281 2617,2

1

CAPITOLUL II



Fig.3 – Coloana 2 de fractionare amestec multicomponent

1

Produsul de bază 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.


Comp.Alimentare Produs distilat Produs de bazafi, kmol/h fr.mol.,

%di, kmol/h

fr.mol., %

bi, kmol/h

fr.mol., %

C2 0 0 0 0 0 0C3 1,3062 0,00856 1,3062 0,0180 0 0iC4 29,1096 0,1909 28,630 0,3944 0,4804 0,00682nC4 40,5989 0,2662 38,569 0,5314 2,0300 0,0254iC5 39,9077 0,2617 1,9954 0,0275 37,192 0,4747nC5 41,5750 0,2727 2,084 0,0287 39,491 0,4942

Total 152,500 1,000 72,586 1,000 79,914 1,000

di(nC4) = 40,5989*0,95 = 38,5689 kmol/h di(iC5) = 39,9077*0,95 = 37,9123 kmol/h



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 = 4,42bar.




1



Folosim un „shortcut” (in PROII), si specificatiile: p = 4,42 bar, alimentare la punct de fierbere si gradele de recuperare, alegem din rezultatele obtinute in urma simularii, 12 de talere teoretice si taler de alimentare – 6. La Ts = 40oC obtinem din „shortcut” - ps2 = 4,42 bar; la Ts = 40oC obtinem din „shortcut” – ps3 = 5,60 bar(presiunea in separatorul coloanei 3). Deci presiunea debitului de alimentare a coloanei 3 este mai mica decat presiunea calculata pe talerul de alimentare, astfel vom folosi pe coloana 2 – Ts = 47oC si ps = 5,34 bar.

Utilizand „Distillation” (in PROII), cu specificatiile: Numar de talere = 12, taler de alimentare = 6, presiunea in varful coloanei – 5,34 bar, caderea de presiune pe taler = 0,01 bar si gradele de recuperare φnC4 = 0,95, φiC5 = 0,95, obtinem profilul de temperatura pe coloana.

Tray Number0 2.50 5.00 7.50 10.00 12.50

Te

mp

era

ture

(C

)

45.0

55.0

65.0

75.0

85.0

95.0

COLUMN T2

Temperature



1

Dupa cum am mentionat in subcapitolul precedent, folosind un shortcut si specificatiile: p = 4,22 bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele de recuperare φC3 = 0,95, φiC4 = 0,95, obtinem in urma simularii urmatoarele date:




Calculul Diametrului Diametrul coloanei 2 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, Ntt = 12, taler alimentare = 6.Se obtine: Di (zona superioara) = 1067mm Di (zona inferioara) = 1067mm

Calculul inaltimii




Din profilul de presiune rezultat in urma simularii coloanei 2, sa obtinut pm = 5,39barαm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la Tm şi Pm pe coloanăαm = 2,057

1

Sarcinile termice si necesarul de agenti termici pentru condesator si refierbator

-se citesc din raportul de simulare al coloanei:

Tabel 2.2.

Sarcina termica, kcal/h*10

6

Necesarul de agenti termici,

kg/h

Condensator 1,587 88158,68

Refierbator 1,061 2168,46

1

Capitolul III


3.1. Bilanţul material

1

Fig.5 – Coloana 3 de fractionare amestec multicomponent


Comp.Alimentare Produs distilat Produs de bazafi, kmol/h fr.mol.,

%di, kmol/h

fr.mol., %

bi, kmol/h

fr.mol., %

C2 0 0 0 0 0 0C3 1,306 0,0180 1,3062 0,0433 0 0iC4 28,6300 0,3944 26,9122 0,8927 1,7178 0,0405nC4 38,5696 0,5314 1,9285 0,0640 36,6412 0,8634iC5 1,9954 0,0275 0 0 1,9954 0,0470nC5 2,0841 0,0287 0 0 2,0841 0,0491

Total 75,5858 1,000 30,1474 1,000 42,4384 1,000

di(nC4) = 28,6300*0,94 = 26,9122 kmol/h di(iC4) = 38,5696*0,95 = 36,6412 kmol/h



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 = 5,6 bar.






Folosim un „shortcut” (in PROII): ps = 5,6 bar, alimentare la punct de fierbere si gradele de recuperare, alegem din rezultatele obtinute in urma simularii, 34 de talere teoretice si taler de alimentare – 16.

La Ts = 40oC obtinem din „shortcut” - ps3 = 5,60 bar. Din simularea coloanei 3 – se obtine ca presiunea fluxului de alimentare este mai mica decat presiunea de pe talerul de alimentare obtinuta prin simulare, deci pentru a elimina aceasta problema, in simularea coloanei 3 vom folosi ts = 37,7oC si ps = 5,20 bar.

Utilizand „Distillation” (in PROII), cu specificatiile: Numar de talere = 34, taler de alimentare = 16, presiunea in varful coloanei – 5,20 bar, caderea de presiune pe taler = 0,01 bar si gradele de recuperare φiC4 = 0,94, φnC4 = 0,95, obtinem profilul de temperatura pe coloana.

1

Tray Number0 10.0 20.0 30.0 40.0

Tem

pera

ture

(C

)

36.0

40.0

44.0

48.0

52.0

56.0

COLUMN T3

Tem per atur e



Dupa cum am mentionat in subcapitolul precedent, folosind un shortcut: p = 5,6 bar, alimentarea la punct de fierbere si gradele de recuperare φC3 = 0,94, φiC4 = 0,95, obtinem in urma simularii urmatoarele date:




Calculul DiametruluiDiametrul coloanei 3 de fractionare se obtine din simularea coloanei, utilizand un FI = 80%, Ntt = 34, taler alimentare = 16.Se obtine: Di (zona superioara) = 1219mm Di (zona inferioara) = 1219mm

1

Calculul inaltimii




Din profilul de presiune rezultat in urma simularii coloanei 3, sa obtinut pm = 5,36barαm reprezintă volatilitarea relativă medie a alimentării la Tm şi Pm pe coloanăαm = 1,388

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

1

23T1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

12T2

23456789

101112131415161718192021222324252627282930313233

1

34T3

E1

E2

E3

E4

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

Fig.7 – Schema instalatiei de fractionare amestec multicomponent – simulare PROII

1

Fig. 8 – Schema automatizata a unei instalatii de fractionare ameste multicomponent

1

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