Summary Report (общий отчет)

--------------

General Data: Heat Transfer Data:

(Общие данные:) Данные по теплопередаче:

Exch Class/Type R/BEM Effective Transfer Area 143.80

(Класс/тип/ТО) (Поверхность аппарата)

Shell I.D. 53.98 Area Required 134.00

(Внутр. диаметр кожуха) (Расчетная поверхность аппарата)

Shell in Series/Parallel 1/1 COR LMTD 16.18

(Кожухов посл./паралл.) (Скорректир. темпер. напор)

Number of Tubes 400 U (Calc/Service) 305.65/284.81

(Число труб) (Коэф. теплопередачи Расч/Ориент.)

Tube Length 6.10 Heat Calc 711308.19

(Длина труб) (Тепловая нагрузка рассчит.)

Tube O.D./I.D. 1.9050/1.5748 Heat Spec 662810.00

(Наруж./внутр. диам. труб) (Заданная тепл. нагрузка)

Excess % 7.32

(% избытка поверхности)

Tube Pattern TRI60 Foul(S/T) 2.048E-004/2.048E-004

(Расположение труб) (Терм.сопрот. загрязн.межтр./трубн.)

Tube Pitch 2.38 Del P(S/T) 0.24/0.10

(Шаг труб) (Потери давления межтр./трубн.)

Number of Tube Passes 1 SS Film Coeff 939.08

(Число ходов по трубам) (Коэф. теплоотдачи межтр.)

Number of Baffles 4 SS CS Vel 5.65

(Число перегородок) (Скорость межтр.)

Baffle Spacing 120.40 TW Resist 0.000041

(Расстояние между перегородками) (Термич. сопрот. стенок труб)

Baffle Cut % 37 TS Film Coeff 705.89

(% процент выреза перегородок) (Коэф. теплоотдачи труб.)

Baffle Type SSEG TS Vel 14.51

(Тип перегородок) (Скорость в трубах)

Thermodynamics: (Термодинамика:)

K: SRK

H: SRK

D: Library

Number of Components (Число компонентов): 9

Calculation Mode (Режим расчета): Design (Проектный)

Engineering Units (Инженерные единицы):

Temperature C

Flow/Hour (kg/h)/h

Pressure atm

Enthalpy kcal

Diameter/Area cm/m2

Length/Velocity m/(m/sec)

Film kcal/h-m2-C

Fouling h-m2-C/kcal

7. Plot (Графики)

После выполнения расчета можно просмотреть результаты в виде графиков, используя данное меню.

	­­– Графики –
Выход
Тепловая кривая
Тепловой поток
Средняя логарифмическая разность температур
Температура
Коэффициент теплопередачи
Площадь теплопередачи

Если внешний вид графика Вас не устраивает, то нажав на кнопку " Wizard " (Мастер) окна с графиком можно его настроить по собственному усмотрению.

 

8. Report Generation (Генерация отчета)

Внешний вид меню генерации отчетов приведен на рисунке ниже.

	­­– Генерация отчета –
Выход
Подготовить спецификацию
Выбрать отчеты
Сформировать отчет

Основное назначение данного меню: подготовка заказной спецификации на теплообменник, что выходит за рамки настоящего описания.

 

9. Save Configuration (Сохранить конфигурацию)

Приводит к сохранению всех введенных данных, а также результатов расчета.

 

10. Re-enter Stream Information (Переопределить потоки)

Предназначено для переопределения входных потоков в межтрубное и трубное пространства. Программа запрашивает идентификационный номер потока (ID) в трубное пространство. В случае переопределения потока необходимо выполнить расчет заново.

11. Re-initialize Exchanger (Реинициализация теплообменника)

Приводит к появлению меню " -Heat Exchanger Category- " (Категория теплообменника), в котором будет предложено выбрать категорию теплообменника. Ранее было показано, что данное меню также можно вызвать из Главного меню CHEMCADа, выбрав в пункте «Si z ing» (Размеры) подпункт «Shell & Tube» (Дословно: Кожухи и трубы).

 

 

12. Упражнение

1. В задании TUTOR1 выполнить проектирование теплообменников, входя­щих з технологическую схему стабилизатора конденсата. Теплообменник № 1. Входной поток в трубное пространство теплообменника – поток 1 Выполнить команду Sizing/Shell&Tube (Задание размеров/Ко-жухотрубчатый теплообменник) и выбрать на схеме теплообменник № 1. На экран выводится меню Shell and Tube Exchanger.

Для генерации тепловой кривой используется команда Heat Curve Genera­tion (Генерация тепловой кривой). В окне Heat Curve Parameters (Пара­метры тепловой кривой) в списке Cutting Method (Метод разбивки) вы­брать Equal Enthalpy (Разметку по энтальпии). В списках Tube Side Wall Туре (Тип стенки в трубном пространстве) и Shell Side Wall Type (Тип стенки в межтрубном пространстве) задать тип Wet (Влажная) конденса­ция на влажной стенке, Number of Cutting Point (Число точек разбиения) принять по умолчанию. Нажать кнопку Save (Сохранить). Проанализиро­вать полученную тепловую кривую.

Для ввода основных данных по теплообменнику выполнить команду General Specifications (Основные спецификации). В окне General Infor­mation задать следующие параметры.

В списке Calculation mode (Режим расчета) выбрать Design (Проектный) режим расчета.

Для задания параметров, по которым будет спроектирован теплообменник, выбрать следующие стандарты в списках ТЕМА:

ТЕМА class (Класс по ТЕМА) - ТЕМА R;

ТЕМА front head (Передняя головка аппарата), согласно стандартуТЕМА – В - Bonnet (Сплошная крышка);

ТЕМА shell type (Типы теплообменников и кожухов по ТЕМА) - Е -One pass (Одноходовой) кожух;

ТЕМА head type (Задняя головка аппарата) – М - Fixed Tubesheet (Вhead) - (Закрепленная трубная решетка как в неподвижной головкетипа В).

Механизм теплообмена в TUBE SIDE (Трубном) и SHEU SIDE (Межтруб­ном) пространствах программа распознает сама, и установленный в списке Process Type (Тип теплообмена) Sensible Flow (Конвективный поток) ос­тавить без изменений.

Значения Fouling factor (Термического сопротивления загрязнений), Allowable pressure drop (Допустимого перепада давления), Allowable velocity (Допустимой скорости) и Prefer tube length/shell diameter ratio (Предполагаемого отношения длины трубы к диаметру кожуха) принять равными по умолчанию. Сохранить данные. Выполнить расчет с помощью команды Calculate (Вычислить). Просмотреть полученные результаты расчета, используя команду View Re­sults (Просмотр результатов).

Теплообменник №2. Выбрать на схеме теплообменник №2. Для него задана только одна из его сторон, необходимо задать его второй поток. В окне Edit Streams (Редактирование потоков) задать входные параметры потока: Temp F (Температуру) = -20 °F, Vapor Fraction (Долю пара) = 0.0001, Pro-pan = 400. Сохранить данные, нажав кнопку ОК.

В окне Utility Specifications (Вспомогательные спецификации) по умолча­нию поток 2 направляется в трубное пространство. В поле Fix Outlet Vapor Fraction (Фиксированная выходная доля пара) ввести значение 0.6. Для сохранения данных нажать кнопку Save. На экран в редакторе WordPad вы­водятся результаты расчета. Выйти из редактора.

В окне Heat Curve Parameters выбрать энтальпийный метод разметки, ос­тальные параметры принять по умолчанию.

В окне General Information стандарты по классу ТЕМА использовать анало­гичные, как и для теплообменника №1. Остальные параметры принять по умолчанию. Для сохранения данных нажать кнопку Save и выполнить расчет теплообменника.

Теплообменник колонны. Предварительно добавить в список компонентов воду, которая используется в качестве теплоносителя. Далее, используя ко­манду ThermoPhysical/K-Values, задать в Water/Hydrocarbone Solubility опцию Immiscible (Несмешиваемая). Выбрать на схеме колонну, выпол-

йить ее расчет и далее выполнить команду Results/Tower Profile для расчета профиля. В окне Column Exchanger Type (Тип теплообменника колонны) выбрать в списке Heat Exchanger Type (Тип теплообменника) используе­мый тип теплообменника - Reboiler (Кипятильник).

В окне Edit Streams задать данные для входного вспомогательного потока: Pressure psia (Давление) «164.7, Vapor Fraction = 1.0, Water = 1000 фунт-моль/ч.

В окне Heat Exchanger Options (Опции теплообменника) выбрать в Proc­ess Side (Тип процесса) направление потока процесса: Tube (Трубное про­странство), задать данные для выходного вспомогательного потока Fix Outlet Vapor Fraction (Выходная доля пара) – 0.00001, остальные пара­метры принять по умолчанию. Выйти из окна с сохранением данных. В окне Heat Curve Parameters принять параметры по умолчанию для влаж­ной конденсации и энталышйную разметку для расчета тепловых кривых. В окне General Information в списке Calculation mode (Режим расчета) выбрать Rating (Поверочный) режим. Задать стандарты по классу ТЕМА: ТЕМА class - ТЕМА R;

ТЕМА front head - A-Channel &Removable Cover (Канальная съемная крышка);

ТЕМА shell type - Е One Pass (Одноходовой);

ТЕМА head type - S-Flt Head with Backing Dev (Плавающая головка с опорным устройством).

Тип процесса в трубном и межтрубном пространствах: Forced Evaporation (Испар. при прин. цирк.) и Horiz Condensation (Гориз. конденсатор). Задать геометрию теплообменника.

В окне Tube Specifications (Спецификации труб) ввести следующие пара­метры:

Number of tubes (Число труб) – 14; Number of tube passes (Число ходов по трубам) – 2; Tube length (Длина труб) – 5 ft. Остальные параметры принять по умолчанию.

В окне Shell Specifications (Спецификации кожуха) ввести следующие па­раметры:

Shell is pipe (Кожух из трубы) – установить эту опцию; Shell diameter (Диаметр кожуха) – задать равный 6 дюймам. Остальные параметры принять по умолчанию.

В окне Baffle Specifications (Спецификации перегородки) ввести следую­щие параметры:

Baffle type (Тип перегородки) – задать Single Segmental (Односегмент-ные) перегородки;

Center spacing (Расстояние между перегородками) – задать равное 8 дюймам;

Baffle cut percent (Проходное сечение выреза в процентах) – 25%; Direction of baffle (Направление выреза) – Horizontal (Горизонтальное); Basis of cut (Вырез перегородки в процентах от) – Diameter (Диаметра); Inpingement plate (Отбойная пластина) – inpingement Plate. В окне Nozzle Specifications (Спецификации патрубка) принять для труб­ного пространства Inlet diameter (Диаметр входного патрубка) равный 1 дюйму, a Outlet diameter (Диаметр выходного патрубка) – 1.5 дюйма. Для межтрубного пространства соответственно для входного патрубка – 1 дюйм, для выходного – 1 дюйм. Остальные поля не заполнять. Для Clearances Specifications (Спецификации зазоров) задать зазор Faffle to Shell Inner (Между перегородкой и кожухом) равный 0.125 дюймам, Shell Ш to OTL (Между кожухом и трубным пучком) – 1.25 дюйма, Tube to Baffle Hole (Между трубой и отверстием перегородки) – 0.031 дюйма. Остальные параметры принять по умолчанию. Для выполнения расчета использовать команду Calculate. Просмотреть результаты расчета, выполнив команду View Results (Про­смотр результатов).

 

3.8. Аппараты высокого давления

ChemCad позволяет выполнить расчет геометрических размеров, толщин стенок и массы вертикальных и горизонтальных аппаратов высокого давления. При расчете этих аппаратов используется команда Sizing/Vessel (Задание раз­меров/Аппарат). С ее помощью можно рассчитать только следующие аппара­ты: FLAS, TOWR, SCDS TOWER PLUS (TPLS), VESL. Расчет состоит из двух частей: расчета геометрических размеров аппарата и прочностного расче­та, т. е. расчета толщины стенок аппарата и его массы. Расчет геометрических размеров для вертикальных и горизонтальных аппаратов различен, а прочност­ной расчет одинаков.

После выбора аппарата на экран выводится окно Vessel Sizing (Задание размеров аппарата). Опции окна используются для задания параметров проч­ностного расчета вертикального и горизонтального аппаратов. Для расчета гео­метрических размеров аппарата необходимо указать Vessel Type (Тип аппара­та): Vertical vessel (Вертикальный аппарат) или Horizontal vessel (Горизон­тальный аппарат).

Kv factor (Фактор скорости) используется для задания фактора скорости. Он служит определению максимально допустимой скорости пара. Если значе­ние фактора скорости не указывается, то программа рассчитает его, исходя из приводимого соотношения. Для горизонтальных аппаратов высокого давления ChemCad использует величину Kv, большую в 1.25 раза по сравнению с вели­чиной Kv для вертикальных аппаратов.

В области General design parameters (Основные параметры расчета)

представлены параметры для выполнения прочностного расчета:

Design pressure (Рабочее давление) – этот параметр является основой длярасчета толщин обечайки и крышки аппарата. По умолчанию программойиспользуется входное давление.

Allowable stress (Допустимое напряжение) – допустимое напряжение длясосуда. Этот параметр используется в прочностном расчете и зависит от материала аппарата и рабочей температуры. По умолчанию в качестве конструкционного материала ChemCad использует углеродистую сталь. Установленное по умолчанию значение допустимого напряжения, равное 15150 psia,считается Американским обществом инженеров-механиков (ASME) допустимым для углеродистой стали.

Shell joint eff./Head joint eff. (Коэффициент прочности швов обечайки/Коэффициент прочности швов крышки) – коэффициенты прочностивсех швов приняты равными 1.0, если не введено другое значение. Прочность швов влияет на толщину стенок и, соответственно, на массу аппарата.

Corrosion allow (Допуск на коррозию) – допуск на коррозию прибавляется к рассчитанным толщинам обечайки и крышки. Программа автоматическиподбирает ближайшую к расчетной промышленную толщину. По умолчанию это значение равно 0.125.

Wt persent allow (Массовая доля приспособлений) – на этот процентувеличивается рассчитанная масса для учета массы насадок, штуцеров и др.

Head type: (Тип крышки) - могут использоваться крышки следующих типов: Hemispherical (Полусферическая); Ellipsoidal (Эллиптическая); Tori-spherical (Торосферическая). Прочностной расчет для каждого типа крышки различен.

Vessel density (Плотность материала) – эта величина зависит от конструкционного материала и влияет на массу аппарата. По умолчанию используется плотность углеродистой стали, равная 489.024 фут/фут куб.

Straigh flange (Прямой фланец) – вводится значение толщины прямогофланца. Прямой фланец – это фланец на корпусе аппарата высокого давления, непосредственно соединяющий корпус аппарата и его крышку. Двойнаятолщина фланца прибавляется к общей длине аппарата.

Min. diameter (Минимальный диаметр) – по умолчанию равен 0.3333фута.

Для расчета геометрических размеров вертикального аппарата надо выбрать вертикальный тип аппарата и нажать кнопку ОК. В окне Vertical Vessel Sizing (Размеры вертикального аппарата) вводятся следующие параметры:

Minimum disengaging height (Минимальная свободная высота) – это пространство над входным штуцером. Рекомендуемая высота этого пространст­ва равна сумме 3 фута и половинг. диаметра штуцера питания (минимум 4фута). По умолчанию устанавливается значение равное 4 футам.

Mimimum Inlet nozzle to HLL (Минимальное расстояние между входным отверстием и уровнем жидкости) – это расстояние между штуцером питания и наивысшим уровнем жидкости. Оно должно быть не менее 1 фута плюс поло­вина диаметра штуцера питания или минимум 1.5 фута. По умолчанию 1.5 фута.

Mist eliminator (Туманоулавливатель) – вводится высота туманоулавли-вателя, по умолчанию она равна 0.5 фута. Эта величина прибавляется к высоте аппарата.

В области Specify HLL/NLL or retention time/surge time (Укажите наи­высший и нормальный уровни жидкости либо время удержания и вырав­нивания) представлены параметры:

HLL (High Liquid Level) (Высокий уровень жидкости) – наивысший уровень жидкости;

NLL (Normal Liquid Level) (Нормальный уровень жидкости) – нормальный уровень жидкости, где высота измеряется от дна сосуда;

Retention time (Время удержания);

Surge time (Время выравнивания).

Одна из перечисленных выше позиций используется при определении объе­ма, занятого жидкостью. По умолчанию устанавливаются значения для времени удержания – 5 минут, для времени выравнивания – 1 минута.

Соответственно для расчета Horizontal Vessel Sizing (Размеров горизон­тального аппарата) используются следующие параметры:

Kv multiplier (Множитель Kv) – при расчете фактора скорости. Этот фак­тор либо задается для вертикального аппарата, либо рассчитывается програм­мой. Для горизонтальных аппаратов фактор скорости обычно выше, чем для вертикальных при тех же рабочих условиях. Поэтому рассчитанный фактор скорости умножается на множитель Kv (по умолчанию он равен 1.25). Более высоким множителям соответствуют более высокие максимально допустимые скорости и, соответственно, меньшие габариты аппаратов.

При расчете размеров горизонтальных аппаратов ChemCad вначале рассчи­тает требуемое поперечное сечение аппарата и его длину, используя для этого соотношение LAD (length to diameter ratio) L/D (Отношение длины к диамет­ру). По умолчанию оно равно 3. Это отношение можно менять с целью получе­ния необходимого времени пребывания. Когда геометрические размеры аппара­та высокого давления будут рассчитаны с помощью этого отношения, програм­ма проверит, больше ли полученное время пребывания значения, введенного в поле Minimum retention time (Минимальное время удерживания). Если это не так, то длина аппарата будет пересчитана для получения приемлемого вре­мени пребывания. По умолчанию оно соответствует 5 минутам.

ChemCad использует Kv для расчета максимальной скорости пара, которая, в свою очередь, используется в расчете пространства, занятого паром. Зная этот объем, можно вычислить отношение площади поперечного сечения, занятого паром, к площади поперечного сечения жидкости, а также общую площадь по-

перечного сечения. Отношение площади пара к площади поперечного сечения задается в поле Vapor area/Cross sec. area (Площадь пара/Площадь попереч­ного сечения). По умолчанию оно равно 0.2.

3.9. Упражнение

1. Выбрать на схеме колонну. Используя команду Sizing/Vessel, выполнить расчет геометрических размеров, толщин стенок и массы колонны.

В окне Vessel Sizing (Задание размеров аппарата) ввести параметры расче­та.

В поле Design pressure (Рабочее давление) ввести значение рабочего дав­ления в колонне – 125 psia. По умолчанию в качестве конструкционного материала ChemCad использует углеродистую сталь, поэтому значения до­пустимого напряжения, плотность материала принять по умолчанию. В списке Heat type: (Тип крышки:) оставить Ellipsoidal (Эллиптическая). Остальные параметры также принять по умолчанию. Сохранить данные. В окне Vertical Vessel Sizing (Размеры вертикального аппарата) все пара­метры принять по умолчанию. Сохранить данные.

2. Просмотреть результаты расчета.

3.10. Диафрагмы.

ChemCad позволяет выполнить расчет диафрагмы для любого материально­го потока технологической схемы. Для расчета диафрагмы используется коман­да Sizing/Orifice (Задание размеров/Диафрагма). После выбора потока, для которого будут рассчитываться размеры диафрагмы, на экран выводится окно Orifice Sizing (Задание размеров диафрагмы) и задаются параметры.

Параметр Pressure taps: (Отводы давления:) может быть задан для сле­дующих четырех типов: Flange (Фланцевый) (по умолчанию). Corner (Угло­вой), D and D/2 и 2 1/2D and 8D. Фланцевые отводы расположены на расстоя­нии в один диаметр до пластины диафрагмы и на расстоянии половинного диа­метра после пластины диафрагмы. Отводы D и D/2 расположены на расстоянии в один диаметр до и на расстоянии половинного диаметра после пластины диа­фрагмы. Отводы 2 1/2D и 8D расположены на расстоянии 2.5 диаметра до пла­стины диафрагмы и восьми диаметров после нее. Угловые отводы давления расположены в «углах» диафрагмы. Другими словами, они просверлены так, что проникают во внутреннюю стенку трубы, непосредственно примыкающую к пластине диафрагмы. Эти отверстия могут быть просверлены под углом или по кольцу по отношению к пластине.

В поле Pipe inside diameter (Внутренний диаметр трубы) вводится значе­ние внутреннего диаметра трубы. Этот диаметр определяет местонахождение отводов и расчет разности давлений до и после диафрагмы. Это обязательный для ввода параметр.

Размер диафрагмы может быть рассчитан таким образом, чтобы в рамках проектных условий достигался указанный перепад давления. Значение перепада давления вводится в поле Differential pressure (Перепад давления). Перепад давления обычно выражается как высота водяного столба при 60 F и давлении 1 атм.

В поле Expansion factor (Коэффициент расширения) вводится значение коэффициента теплового расширения пластины диафрагмы, который имеет размерность дюйм/дюйм °F. Материал частей диафрагмы и трубы расширяется в зависимости от изменения температуры. Диаметры труб и каналов измеряют­ся при комнатной температуре, но могут быть больше или меньше при рабочих температурах. Коэффициент теплового расширения вводится для учета этих отличий.

3.11. Регулировочные клапаны

Для расчета регулировочных клапанов используется команда Sizing/Control Valve (Задание размеров/Регулировочный клапан). Далее надо выбрать по­ток, который будет регулироваться клапаном, и на экран выводится окно Control Valve Sizing (Задание размеров регулировочного клапана).

В поле Downstream pressure (Нагнетательное давление) вводится значе­ние давления на выходе из клапана, когда он полностью открыт. Регулировоч­ный клапан рассчитывается таким образом, чтобы достигалось это давление. Это обязательный для ввода параметр, иначе программа не сможет рассчитать клапан.

Critical flow factor (Критический фактор потока) – это характеристика клапана, помогающая связать размеры клапана с критической скоростью жид­кости, проходящей через его седло. Эта величина обычно сообщается произво­дителем клапана. По умолчанию она равна 0.98.

Correction factor (Коэффициент коррекции) – это параметр, используе­мый для определения размеров регулировочных клапанов, через которые про­ходит субкритический поток, если эти клапаны расположены между редуктора­ми. По умолчанию устанавливается значение 1.0, т.е. клапан не расположен ме­жду редукторами.

В области Seat (Выбор конструкции) указывается конструкция клапана: Single-seat (Односедельный клапан) или Double-seat (Двухседельный клапан).

 

Задания для самостоятельной работы

В данном разделе представлены задания для самостоятельного изучения. Задания оформлены в виде лабораторных работ. Перед их выполнением рекомендуется пройти обучающий пример, подробно рассмотренный в предыдущих разделах.

Каждая лабораторная работа ориентирована на решение Пользователем определенных задач, которые приведены в разделе «Цель работы».

 

Лабораторная работа 1

Моделирование пропан-пропиленовой ректификационной колонны

1. Введение

Пропан и пропилен являются близко кипящими веществами, поэтому их очень трудно разделить друг от друга. Тем не менее, ректификация при повышенном давлении и достаточном количестве контактных устройств является стандартной технологией.

Парожидкостное равновесие смесей пропан/пропилен, этан/этилен подвержено влиянию взаимодействия между компонентами. Для компенсации неидеальностей в этих смесях используются специальные параметры бинарного взаимодействия (BIPs) при расчетах фазового равновесия по уравнениям Соаве-Редлиха-Квонга или Пенга-Робинсона.

 

2. Цели работы

– моделирование процесса разделения близкокипящих смесей;

– моделирование ректификационной колонны с парциальным конденсатором;

– оптимизация технологической системы с использованием встроенных инструментов CHEMCAD.

 

3. Задание

Соберите и рассчитайте технологическую схему, приведенную на Рис. 83.

Рис. 83. Схема разделения пропан-пропиленовой фракции

 

3.1. Исходные данные

Поток питания:

Температура – 40 град.С

Давление – 17 бар

Расходы компонентов:

Этан – 10 кг/час

Пропилен – 10500 кг/час

Пропан – 4400 кг/час

н-Бутан – 90 кг/час

 

Спецификация колонны

Модуль колонны: – SCDS column

Тип конденсатора (Condenser Type) – Полный (Total or None)

Давление верха колонны (Top Pressure) – 15.5 бар

Перепад давления в конденсаторе (Cond press drop) – 1 бар

Перепад давления в колонне (Colm press drop) – 1.5 бар

Количество тарелок (No. of stages) – 150

Тарелка питания (Feed tray for stream #) – 110

Эффективность тарелок (Stage efficeincy)

Верхняя тарелка (Top stage) – 0.6

Последняя тарелка (Last stage) – 0.6

 

Режим работы конденсатора (Condenser mode) – Массовая доля компонента в дистилляте (12 Distillate component mass fraction) составляет 95% (поле Specification – спецификация). В качестве компонента из списка компонентов (Сomponent)выбран пропилен.

Режим работы кипятильника (Select Reboiler mode) – Массовая доля компонента в кубовом продукте (12 Bottom component mass fraction) составляет 95% (поле Specification – спецификация). В качестве компонента из списка компонентов (Сomponent)выбран пропан.

 

Оценочные значения температуры (Temperature Estimates):

Верха колонны (T Top) – 40 град.С

Низа колонны (T Bottom) – 50 град.С

 

Расчет коэффициентов фазового равновесия: (Global KValue option):

Пенг-Робинсон (Peng-Robinson);

Специальные параметры бинарного взаимодействия (Special SRK/PR Bips).

 

Инженерные единицы (Engineering Units) – Alt SI.

 

4. Задание

При заданных параметрах разделяемой смеси, спецификации колонны, требуемом качестве разделения подобрать оптимальную тарелку питания, при которой нагрузка на кипятильник является минимальной.

Рекомендуется производить поиск оптимальной тарелки питания в интервале тарелок [25;125] с помощью инструмента «Sensitivity study» (Анализ чувствительности). Для ускорения процесса расчета рекомендуется разбить интервал на 10 участков. Далее, сузив интервал поиска до 10-20 тарелок, уточнить результат поиска. Произвести расчет колонны с оптимальной тарелкой питания

 

5. Типы конденсатора (дефлегматора) в ректификационной колонне

В паспорте математической модели ректификационной колонны на вкладке General (Общие) задается тип конденсатора колонны.

Можно задать 4 типа конденсатора (Condenser Type):

0 – Total or None (Полный конденсатор или отсутствует);

1 – Partial (Парциальный);

2 – Total with decant (Полный с двумя жидкими фазами);

3 – Partial with decant (Парциальный с двумя жидкими фазами).

Для полного конденсатора (тип 0) с двумя фазами дистиллят представляет собой жидкость.

Для парциального конденсатора (тип 1) с двумя фазами дистиллят представляет собой паровую фазу из конденсатора (сдувки). Вся жидкость в виде флегмы возвращается в колонну.

Типы (2) и (3) конденсаторов в данной работе не рассматриваются.

Если пользователь применяет парциальный конденсатор и желает, чтобы часть жидкости из конденсатора выводилась в качестве верхнего продукта (дистиллята), то в этом случае он (пользователь) должен определить боковой поток из тарелки №1 (конденсатор). Для этого пользователь должен в графическом режиме создать боковой поток, а затем задать режим и численное значение выбранного режима на вкладке Specifications паспорта колонны (Рис. 84):

 

Рис. 84. Поля для задания параметров боковых потоков

В поле Stage (контактное устройство) необходимо указать № контактного устройства. Как уже было упомянуто ранее – для конденсатора колонны номер контактного устройства будет равен "1". В списке Side product mode (Режим для бокового продукта) выбирается один из возможных режимов:

– Liquid mass flow (Массовый поток жидкости);

– Liquid mole flow (Мольный поток жидкости);

– Liquid ratio (Отношение потока дистиллята к потоку конденсата);

– Vapor ratio (Отношение сдувок к потоку паровой фазы из конденсатора);

– Vapor mole flow (Мольный поток пара);

– Vapor mass flow (Массовый поток пара).

Для выбранного режима в поле Specification (Спецификация) вводится численное значение выбранного режима работы конденсатора.

 

6. Задание

1. Изменить тип конденсатора колонны с полного на парциальный. Проанализировать изменения параметров процесса в технологической схеме (верхний продукт и нагрузка на конденсатор) при изменении типа конденсатора.

2. Добавить в схему боковой поток из колонны (Рис. 85) и внести изменения в спецификацию колонны.

Спецификация колонны

Тип конденсатора (Condenser Type) – Partial (Парциальный)

Расход дистиллята 10500 кг/час задается как массовый поток жидкости в виде бокового продукта из первой тарелки колонны (из конденсатора).

3. Выполнить расчет схемы. Проверить содержание пропилена в потоке дистиллята.

И сдувки, и дистиллят выходят из первой тарелки колонны. Поскольку фазы этих потоков различаются, то и составы этих потоков (для данной смеси) различаются. В рассматриваемой технологической схеме в колонне для заданного режима работы конденсатора (12 Distillate component mass fraction) требуемая массовая доля пропилена (95%) относится к потоку c №2, а не к потоку №4.

4. Получить содержание пропилена в дистилляте, равное 95% масс., изменяя содержание пропилена в сдувках.

Рис. 85. Модифицированная схема разделения пропан-пропиленовой фракции

 

7. Использование контроллера

Для выполнения пункта 4 из предыдущего задания можно воспользоваться модулем CHEMCADa – Контроллером (Controller – CONT), изменив схему таким образом, как показано на рис.3, и заполнив паспорт модуля CONT, как показано на Рис. 86:

Рис. 86. Паспорт модуля Контроллер (Controller – CONT)

Контроллер в режиме (Controller Mode) обратной связи (Feed-backward) выполняет следующие функции:

– подстраивает переменную (Adjust this variable) "Спецификация конденсатора колонны" (UnitOp; ID number=1; Variable=11 Condenser spec.);

– до тех пор, пока другая переменная (Until this) "Массовая доля пропилена в потоке №4" (Stream; ID number=4; Variable=Comp Mass frac.; Component= 2 Propylene);

– не станет равной (Is equal to this target) значению-константе (Constant) 0.95.

Таким образом, контроллер пытается изменить содержание пропилена в сдувках в заданных пределах (0.95-0.97) таким образом, чтобы содержание пропилена в дистилляте стало равным 95% массовых.

Получите с использованием модуля CONT содержание пропилена в дистилляте 97% массовых.

8. Задание (дополнительное)

При ограничении на максимальную нагрузку на кипятильник и требуемом качестве пропилена в дистилляте определить минимально возможное количество тарелок в колонне. Максимально допустимые по модулю нагрузки на кипятильник и требуемое содержание пропилена в дистилляте принять равными:

№ Варианта
Нагрузка на кипятильник, МДж/час	60 000	65 000	70 000	75 000	80 000	85 000	90 000	95 000	97 000	99 000
Содержание пропилена, %масс.	96.5	96.3	96.1	95.9	95.7	95.5	95.3	95.1	94.9	94.7

Условие оптимальности тарелки питания также должно выполняться.

Поиск решения выполняется с помощью инструмента «Sensitivity study» (Анализ чувствительности). В качестве независимой переменной выберите номер тарелки питания; в качестве независимого параметра – число тарелок в колонне.

На Рис.87 приведен пример поиска минимального числа тарелок при условиях: содержание пропилена в дистилляте 96% массовых, максимальная нагрузка на кипятильник 85 000 МДж/час. По графикам на рисунке видно, что при числе тарелок 118 и ниже нагрузка на кипятильник превышает 85 000 МДж. Поэтому минимальное число тарелок в колонне принимается равным 119, а номер тарелки ввода питания принимается равным 57.

Рис.87. Пример расчета при содержании пропилена в дистилляте 96% массовых

 

Лабораторная работа 2

Моделирование кинетики химических реакций

1. Введение

Моделирование кинетики химических реакций выполняется на основании экспериментальных данных по накоплению продуктов реакции, полученных в эксперименте. В результате решения этой задачи можно определить основные параметры уравнения Аррениуса кинетики химических реакций:

где: r_i – скорость i -ой химической реакции; А_i – предэкспоненциальный множитель в i -oй реакции; E_i – энергия активации i -ой реакции; C_k – концентрация k -ого компонента в i -ой реакции; a_ki – порядок i -ой реакции для k -ого компонента.

Поэтому основой решения данной задачи является набор экспериментальных данных кривых расходования реагентов и накопления продуктов реакции для различных теплофизических условий протекания реакции.

Примечание. Для раскрытия механизма реакции и построения его кинетической модели следует воспользоваться встроенным приложением CHEMCAD " Rate regression ".

 

2. Цели работы

– изучение и моделирование реактора периодического действия;

– моделирование кинетики химической реакции;

– определение параметров уравнения Аррениуся с помощью экспериментальных данных (решение обратной задачи кинетики).

 

3. Описание технологической схемы

Рассматривается следующая химическая реакция:

C₂H₃OOH + C₂H₅OH → C₂H₃OOC₂H₅ + H₂O

Рис.88. Технологическая схема

Моделирование реакции проводится в реакторе периодического действия "Batch reactor" (Реактор периодического действия). Процесс рассматривается как периодический, загрузка выполняется сразу же в начальный момент времени непосредственно в реактор. Примечание. Для данного аппарата допустимо построение процесса и с использованием потоков, что позволяет рассматривать здесь непрерывные реактора идеального вытеснения.

4. Исходные данные

Список компонентов системы:

– Уксусная кислота (Acetic Acid)

– Этиловый спирт (Ethanol)

– Этиловый эфир уксусной кислоты (EthylAcetate)

– Вода (Water)

Примечание. Третий компонент системы «Этиловый эфир уксусной кислоты» не входит в базу данных CHEMCAD, и предварительно его необходимо внести в базу данных.

Начальная загрузка реактора:

Температура – 70 град.С

Давление – 1 кгс/см2

Покомпонентный мольный состав:

Уксусная кислота 10 моль

Этиловый спирт 8 моль

Этиловый эфир уксусной кислоты 0

Вода – 0

 

 

Общие параметры реактора

Модуль реактора ­­– BREA

Число хим.реакций (Number of reactions) – 1

Фаза реакции (Specify reactor phase) – Liquid only, liquid phase reaction

(Только жидкость, реакция в жидкой фазе).

Температурный режим (Thermal mode) – Изотермический (Isothermal)

Давление в реакторе (Specify constant pressure) – 1 кг/см2 (1 kg/cm2)

 

Метод интегрирования (Integration Method) – Рунге-Кутта 4 (Быстрый расчет)

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: