ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ASPEN HYSYS: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ASPEN HYSYS: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ"

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ASPEN HYSYS: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΕΛΕΝΗ - ΕΙΡΗΝΗ Γ. ΓΑΛΑΤΣΑΝΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΠ. ΣΝΡΓ. ΔΡ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2014

2 ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ.ΚΟΚΚΙΝΟΣ

3

4 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ASPEN HYSYS : ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΕΛΕΝΗ - ΕΙΡΗΝΗ Γ. ΓΑΛΑΤΣΑΝΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΠ. ΣΝΡΓ. ΔΡ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2014

5 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 2014 Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου και Μηχανολόγων Μηχανικών του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας. Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου και Μηχανολόγων Μηχανικών δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος Η υποφαινόμενη δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου και Μηχανολόγων Μηχανικών. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου. Υπογραφή Ελένη - Ειρήνη Γαλατσάνου

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετάται η περιγραφή υφιστάμενου συστήματος επεξεργασίας διαχωρισμένων ρευμάτων βιομηχανικών υγρών αποβλήτων στην μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και η εφαρμογή τους στις προσομοιώσεις χημικών διεργασιών. Αρχικά, η διαχείριση Βιομηχανικών Αποβλήτων είναι σχεδιασμένη για την επεξεργασία τους από τις διάφορες βιομηχανικές δραστηριότητες. Τα βιομηχανικά απόβλητα σχετίζονται με τα χρωμικά, τα κυανιούχα, τα όξινα / αλκαλικά βαρέα μέταλλα και τα ελαιώδη. Έπειτα, γίνεται εξουδετέρωση των τελικών υγρών αποβλήτων αφού προηγουμένως καταβυθιστούν τα απόβλητα στο ανάλογο PH. Επίσης, γίνεται άντληση του δείγματος με την βοήθεια αντλιών μεταφοράς το οποίο οδηγείται στον αντιδραστήρα. Δεύτερον, επιλέξαμε να προσομοιώσουμε τα χρωμικά και τα κυανιούχα απόβλητα με την βοήθεια του αντιδραστήρα μετατροπής. Έτσι, για την απομάκρυνση των χρωμικών αποβλήτων γίνεται αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου σε τρισθενές με διοξείδιο του θείου ή όξινο θειώδες νάτριο ή θειικό σίδηρο σε όξινο περιβάλλον. Επίσης, στα κυανιούχα απόβλητα γίνεται οξείδωση σε φιλικό προς το περιβάλλον άνθρακα και οξείδια του αζώτου. Έτσι, πραγματοποιείται στο διάλυμα ο έλεγχος του PH με την προσθήκη υποχλωριώδους νατρίου και του δυναμικού οξειδοαναγωγής με όργανα που υπάρχουν στον αντιδραστήρα. Στη συνέχεια, επιτυγχάνεται η διάσπαση του κυανίου σε διοξείδιο του άνθρακα και αέριο άζωτο συμφώνα με την διαδικασία της αλκαλικής χλωρίωσης. Τέλος, μετά την διάσπαση η υπερχείλιση του παραγόμενου διαλύματος οδηγείται στην δεξαμενή εξουδετέρωσης όπου επιτυγχάνεται η εξουδετέρωση της οξύτητας των υγρών αποβλήτων με την προσθήκη γαλακτικού ασβεστίου, καθώς επίσης, προστατεύει από τυχόν υψηλή τοξικότητα και εξασφαλίζει μια σταθερή συνεχή λειτουργία και έναν ικανοποιητικό έλεγχο. ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Προσομοιώσεις Χημικών Διεργασιών ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Χημικός αντιδραστήρας μετατροπής, Aspen Hysys, κυανιούχα και χρωμικά υγρά απόβλητα

7 ABSTRACT In this dissertation it is studied the description of the existing elaboration system of separated flows in industrial wastewater treatment plant effluent and their application to simulations of chemical processes. Initially, the Industrial Waste Management is designed for processing by the various industrial activities. Industrial waste associated with chromate, cyanide, acid/alkaline, heavy metals and oil. Thence, neutralization of final effluent is taken place after precipitate the waste in the appropriate PH. Also, the sample is pumped by means of transfer pumps which are guided in the reactor. Secondly, we chose to simulate the color and cyanide waste with the help of reactor conversion. Thus, for the removal of chromate waste it becomes reduction of hexavalent to trivalent chromium with sulfur dioxide or sodium bisulfite or ferrous sulfate at acidic ph. Also, there is an oxidation in cyanide wastes in an environmentally friendly carbon and nitrogen oxides. Thus, within the control solution of PH with the addition of sodium hypochlorite and the redox potential with organs that are present in the reactor. Then according to the procedure of alkaline chlorination decomposition of cyanide to carbon dioxide and nitrogen gas is obtained. Finally, after cleavage of the resulting overflow solution is led to the neutralization tank where offsets the acidity of the wastewater by the addition of calcium lactate, and is also protected from hightoxicity and ensures a stable continuous operation and a satisfactory control. SUBJECT AREA: Simulation of Chemical Processes KEYWORDS: Conversion reactor, Aspen Hysys, cyanide and chromate wastewater

8

9 ΑΦΙΕΡΩΣΗ Η πτυχιακή αυτή εργασία είναι αφιερωμένη στον αγαπημένο μου πατέρα.

10 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αισθάνομαι την ανάγκη να επισημάνω την απέραντη ευγνωμοσύνη μου στη μητέρα μου Κωνσταντίνα για όλα όσα μου πρόσφερε στη διάρκεια των φοιτητικών μου χρόνων και την υποστήριξη της σε κάθε μου επιλογή. Ιδιαίτερες ευχαριστίες εκφράζω στον επιβλέπων καθηγητή του Τμήματος Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου και Μηχανολόγων Μηχανικών κ. Νικόλαο Κόκκινο κυρίως για τον σημαντικό χρόνο που μου αφιέρωσε και τις πολύτιμες πληροφορίες που μου έδωσε, καθώς, και για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την υπομονή που έκανε καθ όλη την διάρκεια της συγγραφής αυτής γιατί χωρίς την βοήθεια του δεν θα ήταν δυνατή η πραγματοποίηση της εργασίας. Τέλος, θέλω να ευχαριστήσω όλους εκείνους που συνέβαλαν στην εργασία αυτή, ιδιαίτερα τον χημικό μηχανικό κ. Αντρέα Χαραλαμπόπουλο και τον κ. Αναστάσιο Βελισαρίου που ο καθένας με την ξεχωριστή ιδιότητα συνέβαλε με τον δικό του τρόπο στην διεκπεραίωση της εργασίας μου.

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΤΡΕΧΟΝΤΑ ΕΡΓΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ - ASPENTECH - HYSYS ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟ ΤΟ ΒΑΣΙΚΟ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗ ΕΠΙΛΟΓΕΣ ΕΝΤΟΣ ΤΟΥ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΤΕΡΟΓΕΝΟΥΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΑΠΛΗΣ ΑΝΑΛΟΓΙΑΣ REACTION SETS ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΣ ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΩΝ REACTION SET VIEW ΕΞΑΓΩΓΗ / ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ... 71

12 2.4.4 ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ ΣΤΟ ΠΑΚΕΤΟ ΡΕΥΣΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΤΟ ΔΟΜΗΜΕΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΓΕΝΙΚΕΥΜΕΝΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ - ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΣΤΟΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΕ ΜΙΑ ΑΝΤ ΙΔΡΑΣΗ ΣΥΝΟΛΟΥ ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ ΣΤΟ ΠΑΚΕΤΟ ΡΕΥΣΤΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ CSTR / ΓΕΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗ CSTR / ΓΕΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ CSTR / ΓΕΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ REACTION TAB CSTR ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ / REACTION TAB ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ GIBBS REACTION TAB RATING TAB ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ PROPERTY VIEW ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ

13 3.3.6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΡΟΗΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΕΝΟΣ ΣΤΟΜΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΡΟΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΡΟΗΣ (PFR) / ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΚΑΡΤΕΛΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΙΣΤΟΡΙΑ ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΕΛΕΤΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ (PFD) ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΕΙΣΟΔΟΥ ΠΑΚΕΤΟ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ (PENG ROBINSON) ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑΣ ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ ΑΡΚΤΙΚΟΛΕΞΑ ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

14 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1: Διάγραμμα ροής διαφόρων μοντέλων Σχήμα 1.2: Διάγραμμα ροής

15

16 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 2.1: Προσομοίωση Βασικού Διαχειριστή Αντίδρασης Εικόνα 2.2: Αντιδράσεις Ισορροπίας Εικόνα 2.3: Αντίδραση Μετατροπής - Στοιχειομετρία Εικόνα 2.4: Αντίδραση Μετατροπής Εικόνα 2.5: Αντίδραση Ισορροπίας - Στοιχειομετρία Εικόνα 2.6: Αντίδραση Ισορροπίας Εικόνα 2.7: Αντίδραση Ισορροπίας Προσέγγιση Εικόνα 2.8: Αντίδραση Ισορρροπίας Βιβλιοθήκη Αντιδράσεων Εικόνα 2.9: Κινητική Αντίδραση Στοιχειομετρία και Πληροφορίες Εικόνα 2.10:Κινητική Αντίδραση - Basis Εικόνα 2.11: Κινητική Αντίδραση - Παράμετροι Εικόνα 2.12: Αντίδραση Ετερογενούς Κατάλυσης - Στοιχειομετρία Εικόνα 2.13: Αντίδραση Ετερογενούς Κατάλυσης - Basis Εικόνα 2.14: Αντίδραση Ετερογενούς Κατάλυσης - Αρίθμηση Εικόνα 2.15: Αντίδραση Ετερογενούς Κατάλυσης - Παρανομαστής Εικόνα 2.16: Αντίδραση Απλής Αναλογίας - Στοιχειομετρία Εικόνα 2.17: Κινητική Αντίδραση - Basis Εικόνα 2.18: Αντίδραση Απλής Αναλογίας - Παράμετροι Εικόνα 2.19: Αντίδραση Συνόλου Εικόνα 2.20: Αναλυτική Μεατατόπιση Συνόλου Εικόνα 2.21: Αντίδραση Ταξινόμησης Εικόνα 2.22: Φάκελος επιλογής για την εξαγωγή της αντίδρασης συνόλου Εικόνα 2.23: Προσθήκη Συνόλου Εικόνα 2.24: Αντίδραση Μετατροπής Στοιχειομετρία... 74

17 Εικόνα 2.25: Αντίδραση Συνόλου Εικόνα 2.26: Αντίδραση Μετατροπής - Στοιχειομετρία Εικόνα 2.27: Αντίδραση Συνόλου Εικόνα 2.28: Προσθήκη Αντίδρασης Συνόλου Set Εικόνα 3.1: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάδευσης - Συνδέσεις Εικόνα 3.2: Γενικοί Αντιδραστήρες Αντικείμενο Πάλετας Εικόνα 3.3: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάδευσης - Σχεδίαση Εικόνα 3.4: Αντιδραστήρες Συνεχούς Ανάδευσης Σχεδίαση,Παράμετροι Εικόνα 3.5: Αντιδράσεις Μετατροπής - Λεπτομέρειες Εικόνα 3.6: Πληροφορίες Στοιχειομετρίας Εικόνα 3.7: Basis Εικόνα 3.8: Μετατροπή % Εικόνα 3.9: Αντίδραση Μετατροπής - Στοιχειομετρία Εικόνα 3.10: Αποτελέσματα Αντιδραστήρα Αντίδραση Επέκτασης Εικόνα 3.11: Αποτελέσματα Αντιδραστήρα Αντίδραση Ισορροπίας Εικόνα 3.12: Αντιδραστήρας Set-1, Λεπτομέρειες Αντιδράσεων Εικόνα 3.13: Στοιχειομετρία Εικόνα 3.14: Basis Εικόνα 3.15: Αποτελέσματα Αντίδρασης Αντίδραση Επέκτασης Εικόνα 3.16: Αποτελέσματα Αντίδρασης Αντίδραση Ισορροπίας Εικόνα 3.17: Στοιχειομετρία Εικόνα 3.18: Basis Εικόνα 3.19: Σταθερά Keq Εικόνα 3.20: Κλασματική Προσσέγγιση Εικόνα 3.21: Αντίδραση Επέκτασης Εικόνα 3.22: Αντίδραση Ισορροπίας

18 Εικόνα 3.23: Αντιδραστήρας Gibbs Αντιδράσεις Ισορροπίας Εικόνα 3.24: Λεπτομέρειες Αντίδρασης Gibbs Χαρακτηριστικά ροής Εικόνα 3.25: Λεπτομέρειες Αντίδρασης Gibbs Ατομική Μορφή (Μήτρα) Εικόνα 3.26: Βαθμός - Ταξινόμησης Εικόνα 3.27: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάδευσης Δυναμική Προσομοίωση Εικόνα 3.28: Δυναμική Προσομοίωση Εικόνα 3.29: Αντιδραστήρας Set-1, Δυναμική Προσομοίωση - Κατακράτηση Εικόνα 3.30: Δυναμική Προσομοίωση Εναλλάκτης Θερμότητας Εικόνα 3.31: Αντιδραστήρας Απόδοδσης - Σχεδίαση Εικόνα 3.32: Σχεδίαση - Συνδέσεις Εικόνα 3.33: Σχεδίαση - Παράμετροι Εικόνα 3.34: Μοντέλο Διαμόρφωσης Σχεδίαση Παραμέτρων Εικόνα 3.35: Μοντέλο Διαμόρφωσης Σχεδίαση Μεταβλητών Εικόνα 3.36: Μοντέλο Διαμόρφωσης Θέρμανση Αντίδρασης Εικόνα 3.37: Μετατόπισης Σύστασης Σχεδίαση Δεδομένων Εικόνα 3.38: Μετατόπιση Σύστασης Εικόνα 3.39: Αντίδραση Απόδοσης Γραμμομοριακό Κλάσμα Εικόνα 3.40: Αντίδραση Απόδοσης Γραμμομοριακό Κλάσμα Εικόνα 3.41: Σύνολο Δεδομένων της Σχεδίασης Δεδομένων Εικόνα 3.42: Αντιδραστήρας Απόδοσης Γραμμομοριακό Κλάσμα Εικόνα 3.43: Γραμμομοριακί Κλάσμα Εικόνα 3.44: Βασική Απόδοση Μετατόπιση Σύστασης Εικόνα 3.45: Βασική Απόδοση Μετατόπιση Σύστασης Εικόνα 3.46: Ολίσθηση Σύστασης Αποδοτικότητα των Μεταβλητών Σχεδίασης Εικόνα 3.47: Ολίσθηση Σύστασης - Αποτελέσματα

19 Εικόνα 3.48: Ολίσθηση Σύστασης Απόδοση Εικόνα 3.49: Ολίσθηση Σύστασης Εικόνα 3.50: Ολίσθηση Σύστασης Εικόνα 3.51: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Εικόνα 3.52: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Σχεδίαση Δεδομένων Εικόνα 3.53: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Βασικές τιμές των μεταβλητών σχεδίασης Εικόνα 3.54: Σύνολο Δεδομένων Εικόνα 3.55: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Ολίσθηση Βάσης Εικόνα 3.56: Αποδοτικότητα των μεταβλητών σχεδίασης Εικόνα 3.57: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Αποτελέσματα Ιδιοτήτων Εικόνα 3.58: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Επέκταση Μετατόπισης Εικόνα 3.59: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Πλήρης Επέκταση Εικόνα 3.60: Πίνακας Δυναμικής Προσομοίωσης Εικόνα 3.61: Αντιδραστήρας Ροής - Σχεδίαση Εικόνα 3.62: Σχεδίαση - Συνδέσεις του αντιδραστήρα Εικόνα 3.63: Αντιδραστήρας Ροής Παράμετροι Σχεδίασης Εικόνα 3.64: Υπολογισμός SS Duty Εικόνα 3.65: Υπολογισμός SS Duty Εικόνα 3.46: Heat Medium Side Heat Transfer Infos Εικόνα 3.67: Αντιδράσεις Εικόνα 3.68: Πληροφορίες Αντίδρασης Εικόνα 3.69: Integration Information Εικόνα 3.70: Δεδομένα Καταλύτη Εικόνα 3.71: Αντιδραστήρας Ροής - Αντιδράσεις Εικόνα 3.72: Στοιχειομετρία Εικόνα 3.73: Basis

20 Εικόνα 3.74: Αντίδραση Ισορροπίας Αντίδραση Επέκτασης Εικόνα 3.75: Αντίδραση Ισορροπίας Εικόνα 3.76: Αντιδραστήρας Ροής - Διαστάσεις Εικόνα 3.77: Συνθήκες - Απόδοση Εικόνα 3.78: Φυσικά χαρακτηριστικά Τύπος Ενθαλπίας Εικόνα 3.79: Δυναμική Προσομοίωση - Προδιαγραφές Εικόνα 3.80: Δυναμική Προσομοίωση - Κατακράτηση Εικόνα 3.81: Δυναμική Προσομοίωση - Ενθαλπία Εικόνα 4.1: Το πρώτο αεροπλάνο που παραδόθηκε στην πολεμική αεροπορία Εικόνα 4.2: Διάγραμμα ροής χρωμικών και κυανιούχων υγρών αποβλήτων Εικόνα 4.3: Αντιδραστήρας Μετατροπής Κυανιούχων Αποβλήτων (R-101) Εικόνα 4.4: Προσδιορισμός Μετατροπής Κυανιούχων (1) Εικόνα 4.5: Αντιδραστήρας Μετατροπής Κυανιούχων Αποβλήτων (R-102) Εικόνα 4.6: Προσδιορισμός Μετατροπής Κυανιούχων (2) Εικόνα 4.7: Αντιδραστήρας Μετατροπής Χρωμικών Αποβλήτων (R-103) Εικόνα 4.8: Προσδιορισμός Μετατροπής Χρωμικών Αποβλήτων

21

22 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1: Κύριες ομάδες αντιδράσεων Πίνακας 2.2: Τύποι αντιδράσεων Πίνακας 2.3: Κουμπιά αντιδράσεων Πίνακας 2.4: Πληροφορίες για την αντίδραση μετατροπής Πίνακας 2.5: Πληροφορίες για την αντίδραση μετατροπής Πίνακας 2.6: Πληροφορίες για τις αντιδράσεις ισορροπίας Πίνακας 2.7: Πληροφορίες για τηνν ομάδα Basis Πίνακας 2.8: Επιλογές της Keq Sourse Πίνακας 2.9: Πληροφορίες για την κινητική αντίδραση Πίνακας 2.10: Καθορισμός Παραμέτρων Πίνακας 2.11: Πληροφορίες για την καταλυτική αντίδραση Πίνακας 2.12: Παράμετροι του βασικού πίνακα Πίνακας 2.13: Πληροφορίες της αντίδρασης απλής αναλογίας Πίνακας 2.14: Παράμετροι του βασικού πίνακα Πίνακας 2.15: Χειρισμός αντίδρασης συνόλου Πίνακας 2.16: Χαρακτηριστικά της αντίδρασης συνόλου Πίνακας 2.17: Επιλογές παραμέτρων διατήρησης όγκου Πίνακας 2.18: Παράμετροι υψηλού βαθμού αλληλεπίδρασης Πίνακας 2.19: Αριθμός επαναλήψεων και η ανεκτικότητα του επιπέδου της αντίδρασης Πίνακας 2.20: Ταξινόμηση αντίδρασης Πίνακας 2.21: Λειτουργίες για την ταξινόμηση της αντίδρασης Πίνακας 3.1: Περιγραφή μεθόδων σχεδίασης Πίνακας 3.2: Αντικείμενα της σελίδας συνδέσεων Πίνακας 3.3: Παράμετροι σχεδίασης... 86

23 Πίνακας 3.4: Περιγραφή των τεσσάρων αντικειμένων της σελίδας λεπτομερειών Πίνακας 3.5: Αποτελέσματα για τον αντιδραστήρα σύγκλισης Πίνακας 3.6: Περιγραφή των τεσσάρων αντικειμένων της αντίδρασης συνόλου Πίνακας 3.7: Πεδίο αποτελεσμάτων της αντίδρασης επέκτασης Πίνακας 3.8: Πεδίο αποτελεσμάτων του αντιδραστήρα σύγκλισης Πίνακας 3.9: Περιγραφή επιλογής κατάλληλου κουμπιού ραδιοφώνου Πίνακας 3.10: Περιγραφή των αντικειμένων ταξινόμησησης Πίνακας 3.11: Αντικείμενα κατά μέγεθος Πίνακας 3.12: Περιγραφή των διαστάσεων εκκίνησης Πίνακας 3.13: Περιγραφή της σύστασης και της ποσότητας στο δοχείο κατακράτησης Πίνακας 3.14: Περιγραφή των επιπέδων του δοχείου για τις διάφορες φάσεις Πίνακας 3.15: Περιγραφή λεπτομερειών για κάθε φάση εντός του όγκου λειτουργίας της μονάδας Πίνακας 3.16: Πειγραφή διαμόρφωσης αντικειμένων Πίνακας 3.17: Παράμετροι σχεδίασης Πίνακας 3.18: Περιγραφή των μεταβλητών σχεδίασης Πίνακας 3.19: Καθορισμός της μεταφοράς θερμότητας Πίνακας 3.20: Βασικές τιμές σχεδιασμού για τις μεταβλητές σχεδίασης, το ρεύμα τροφοδοσίας και το ρεύμα προϊόντος Πίνακας 3.21: Καθορισμός των τιμών του συνόλου δεδομένων για τις μεταβλητές σχεδίασης, το ρεύμα τροφοδοσίας και το ρεύμα προϊόντος Πίνακας 3.22: Καθορισμός της βασικής τιμής της απόδοσης Πίνακας 3.23: Καθορισμός των τιμών μετατόπισης για τις παραμέτρους σχεδίασης Πίνακας 3.24: Περιγραφή τοποθέτησης ή αφαίρεσης των ιδιοτήτων απόδοσης

24 Πίνακας 3.25: Καθορισμός των τιμών του συνόλου δεδομένων για τις μεταβλητές σχεδίασης και τις ιδιότητες τους Πίνακας 3.26: Διαμόρφωση του εύρους μετατόπισης και της τιμής της μετατόπισης για τον αντιδραστήρα Πίνακας 3.27: Σύνοψη διαφόρων σελίδων για τον πίνακα σχεδίασης Πίνακας 3.28: Περιγραφή των αντικειμένων της σελίδας συνδέσεων Πίνακας 3.29: Προσδιορισμός της ολικής πτώσης της πίεσης κατά μήκος του αντιδραστήρα Πίνακας 3.30: Επιλογές για τον υπολογισμό της μεταφοράς θερμότητας του PFR Πίνακας 3.31: Περιγραφή των αντικειμένων της ομάδας μεταφοράς θερμότητας Πίνακας 3.32: Περιγραφή παραμέτρων Πίνακας 3.33: Καθορισμός του εσωτερικού συντελεστή μεταφοράς θερμότητας Πίνακας 3.34: Μέθοδοι της αρχικοποίησης των αντιδράσεων Πίνακας 3.35: Περιγραφή των πεδίων ολοκλήρωσης Πίνακας 3.36: Περιγραφή πεδίων των κλασμάτων κενού Πίνακας 3.37: Περιγραφή τριών αντικειμένων της σελίδας λεπτομερειών Πίνακας 3.38: Αποτελέσματα ενός αντιδραστήρα σύγκλισης Πίνακας 3.39: Καθορισμός παραμέτρων για τις διαστάσεις του σωλήνα Πίνακας 3.40: Περιγραφή αντικειμένων της δυναμικής προσομοίωσης Πίνακας 3.41: Περιγραφή λεπτομερειών κατακράτησης Πίνακας 4.1: Σύσταση χημικών συστατικών

25 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Κατά την διάρκεια της πρακτικής μου άσκησης και μέσα από την καθημερινή ενασχόλησή μου στο χημείο της Ελληνικής Βιομηχανικής Αεροπορίας, σε συνεργασία και την καθοδήγηση από το έμπειρο προσωπικό του χημείου κατανόησα σε βάθος όλη αυτή την γνώση που συσσώρευσα κατά τα έτη σπουδών μου. Η εργασία παρουσιάζει τη μελέτη, την έρευνα καθώς και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Σύμφωνα, με την λειτουργία των δεξαμενών εξισορρόπησης, καθίζησης, κροκίδωσης με αναδευτήρες καθώς και άλλων διεργασιών που διεξάγονται στο εργοστάσιο για την επεξεργασία διαχωρισμένων ρευμάτων βιομηχανικών αποβλήτων και ο τρόπος βελτίωσης τους ήταν για μένα ένα ερέθισμα ώστε να ασχοληθώ με το συγκεκριμένο αντικείμενο στην εργασία. Η εκπόνηση της παρούσας εργασίας διεξήχθη στο εργαστήριο Προσομοιώσεων Χημικών Διεργασιών του τμήματος Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου και Μηχανολόγων Μηχανικών του ΤΕΙ Καβάλας. Μετά από την έρευνα και την συγγραφή της εργασίας σίγουρα αισθάνομαι πιο κοντά στο αντικείμενο σπουδών μου και είναι βέβαιο ότι θα ασχοληθώ περαιτέρω στο μέλλον.

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Η ιστορία της Μοντελοποίησης Χημικών Διεργασιών είναι στενά συνδεδεμένη με την ανάπτυξη της επιστήμης των υπολογιστών, του υλικού του υπολογιστή (hardware) και των γλωσσών προγραμματισμού. Πρόωρη εργασία απλών υλοποιήσεων των επί μέρους πτυχών των χημικών διεργασιών που εισήχθησαν στην δεκαετία του 1970, όταν το κατάλληλο λογισμικό και υλικό (εδώ κυρίως οι γλώσσες προγραμματισμού FORTRAN και C) έγιναν διαθέσιμα. Η μοντελοποίηση των χημικών ιδιοτήτων ξεκίνησε πολύ νωρίτερα, ιδιαίτερα το κυβικό εξομοίωσης των κρατών και η εξίσωση του Αντουάν ήταν πρόδρομα εξέλιξης του 19 ου αιώνα. To Aspen Hysys είναι ένα δυναμικό πρόγραμμα το οποίο δημιουργήθηκε αρχικώς από την Hypro Tech για την προσομοίωση χημικών διεργασιών και πετρελαϊκών διυλιστηρίων. Το πρόγραμμα αυτό περιλαμβάνει εργαλεία για την εκτίμηση φυσικών ιδιοτήτων και την ισορροπία φάσεων υγρού ατμού, θερμότητας και υλικών και διεργασίες πολλών τύπων χημικού μηχανολογικού εξοπλισμού. Αρχικά, ο μηχανικός σχεδιασμός μπορεί να χρησιμοποιήσει μια σταθερή κατάσταση προσομοίωσης για να βελτιστοποιήσει τη διαδικασία με την μείωση του κεφαλαίου και τον εξοπλισμό κόστους, ενώ ταυτόχρονα μεγιστοποιείται η παραγωγή. Η σταθερή κατάσταση των μοντέλων εκτελεί την ισορροπία της μάζας και της ενέργειας μιας στάσιμης διαδικασίας (μια διαδικασία η οποία βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας), αλλά οποιεσδήποτε αλλαγές με την πάροδο του χρόνου χρειάστηκε να αγνοηθούν. Με την δυναμική προσομοίωση, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι το σχέδιο μπορεί να παράγει το επιθυμητό προϊόν με έναν τρόπο που είναι ασφαλής και εύκολος να λειτουργήσει. Από την άλλη μεριά, το δυναμικό μοντέλο χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό σύνολο εξισώσεων διατήρησης οι οποίες αντιπροσωπεύουν αλλαγές που Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

27 συμβαίνουν με την πάροδο του χρόνου. Οι εξισώσεις για το υλικό, την ενέργεια και την ισορροπία σύνθεσης περιλαμβάνουν μια πρόσθετη συσσώρευση», όρος που διαφοροποιείται σε σχέση με το χρόνο. Η δυναμική συμπεριφορά προκύπτει από το γεγονός ότι πολλά κομμάτια του εξοπλισμού της μονάδας έχουν κάποιο είδος της απογραφής του υλικού ή της κατακράτησης. Το μοντέλο κατακράτησης είναι απαραίτητο, επειδή οι αλλαγές στη σύνθεση, στην θερμοκρασία, στην πίεση ή στην ροή ενός ρεύματος εισόδου και σε ένα δοχείο με όγκο (κατακράτησης) δεν παρατηρούνται άμεσα στο ρεύμα εξόδου. Τα μοντέλα προβλέπουν πως η κατακράτηση και η έξοδος των ρευμάτων από ένα κομμάτι του εξοπλισμού θα ανταποκρίνονται στις αλλαγές της εισόδου κατακράτησης με την πάροδο του χρόνου. Η δυναμική προσομοίωση είναι μια επέκταση της σταθερής κατάστασης σύμφωνα με την οποία η χρονική εξάρτηση είναι χτισμένη στα μοντέλα με παράγωγα των όρων, δηλαδή τη συσσώρευση της μάζας και της ενέργειας. Η έλευση της δυναμικής προσομοίωσης σημαίνει ότι η χρονικά εξαρτώμενη περιγραφή, η πρόγνωση και ο έλεγχος των πραγματικών διαδικασιών σε πραγματικό χρόνο έχει καταστεί δυνατή. Αυτό περιλαμβάνει την πραγματική περιγραφή της εκκίνησης και το κλείσιμο μιας μονάδας, τις αλλαγές των συνθηκών κατά την διάρκεια μιας αντίδρασης, μιας κατακράτησης, των θερμικών αλλαγών και περισσότερα. Οι δυναμικές προσομοιώσεις απαιτούν αύξηση του χρόνου υπολογισμού και από μαθηματικής άποψης είναι πιο περίπλοκη από μια σταθερή κατάσταση προσομοίωσης. Μπορεί να θεωρηθεί ως μια επαναλαμβανόμενη κατάσταση σταθερής προσομοίωσης (με βάση ένα σταθερό χρονικό βήμα) με τις συνεχώς μεταβαλλόμενες παραμέτρους. Η δυναμική προσομοίωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε απευθείας σύνδεση όσο και σε εκτός σύνδεσης. Η περίπτωση της απευθείας σύνδεσης είναι το μοντέλο πρόβλεψης ελέγχου, όπου τα αποτελέσματα προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις αλλαγές που θα προκύψουν στην είσοδο ελέγχου και στις παραμέτρους όπου βελτιστοποιούνται με βάση τα αποτελέσματα. Ενώ η διαδικασία προσομοίωσης εκτός σύνδεσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον σχεδιασμό, στην αντιμετώπιση προβλημάτων και στη βελτιστοποίηση των μονάδων της διαδικασίας καθώς και στη διεξαγωγή των Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

28 μελετών για την αξιολόγηση των επιπτώσεων των διαδικασιών τροποποίησης. 1.2 ΤΡΕΧΟΝΤΑ ΕΡΓΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ Από τις πρώτες ρίζες στο πανεπιστήμιο MIT με την πρωτοποριακή έκδοση του Aspen One v8, η Aspen Tech ήταν πάντα στην πρώτη γραμμή της καινοτομίας στις βιομηχανίες μεταποίησης. Με ενσωματωμένες λύσεις της Aspen One, οι διαδικασίες κατασκευών μπορούν να εφαρμόσουν τις βέλτιστες πρακτικές για την βελτιστοποίηση των μηχανικών της κατασκευής και τις αλυσίδες εφοδιασμού. Ως αποτέλεσμα, οι πελάτες της Aspen Tech είναι σε καλύτερη θέση για την επίτευξη των στόχων λειτουργικής αριστείας, την αύξηση ικανότητας, την βελτίωση των περιθωρίων κέρδους, τη μείωση του κόστους και να γίνει ενεργά πιο αποδοτική. Σήμερα, οι λύσεις της Aspen One χρησιμοποιούνται σχεδόν από κάθε ηγετική εταιρεία στον κλάδο της διαδικασίας παρασκευής. Πάνω από χρήστες σε περισσότερες από επιχειρήσεις έχουν βασιστεί στην Aspen One για την επίτευξη υψηλών οικονομικών και λειτουργικών αποτελεσμάτων. Η ηγεσία και η εμπειρία της Aspen Tech πάνω από 30 χρόνια βασίζεται σε κορυφαίες αγορές και στις λύσεις του λογισμικού της Aspen One. Το λογισμικό Aspen One αποτελεί το πρότυπο της βιομηχανίας στην βελτιστοποίηση της διαδικασίας, επαναπροσδιορίζοντας την ευκολία στη χρήση, βοηθώντας τις εταιρείες να επιτύχουν τη λειτουργική αρτιότητα και την οδήγηση της κερδοφορίας πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά από ποτέ. 1.3 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ Ο Michael E. Hanyak Jr είναι ομότιμος καθηγητής χημικής μηχανικής στο πανεπιστήμιο του Bucknell Lewisburg, PA. Έλαβε το B.S από το πανεπιστήμιο της Πενσυλβανία το 1966, τα κράτη μέλη από το Carnegie Mellon το 1968 και το διδακτορικό του χημικού μηχανικού από το πανεπιστήμιο της Πενσυλβανία το Από το εργάστηκε ως ανώτερος χημικός μηχανικός στο Air Products, Inc στην Allentown P.A, όπου ανέπτυξε το λογισμικό προσομοίωσης της διαδικασίας για κρυογενή συστήματα. Υπηρέτησε ως καθηγητής χημικής μηχανικής στο πανεπιστήμιο Bucknell από το 1974 έως το Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

29 Η διδασκαλία του και τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα περιλαμβάνονται με την βοήθεια υπολογιστή μηχανικής και σχεδιασμού, εκπαιδευτικού σχεδιασμού, παιδαγωγικά εργαλεία λογισμικού και την ηλεκτρονική τάξη. Με προπτυχιακούς και M.S μεταπτυχιακούς φοιτητές, ανέπτυξε ένα θερμοδυναμικό σύστημα λογισμικού ένα γραμμικό σύστημα εξίσωσης, ένα διαμορφωτικό σύστημα αξιολόγησης για ομαδική εργασία εκ των οποίων τα τρία τελευταία αποτελούν ένα αναπόσπαστο μέρος του καινούργιου εισαγωγικού μαθήματος και μιας ανώτερης πορείας σχεδίασης προγραμμάτων σπουδών του Buckull s για μεγάλες εταιρείες χημικών μηχανικών. Δύο είναι τα χειρόγραφα του στη χημική μηχανική (CinChe): Ένα εκπαιδευτικό συμπλήρωμα και οι προσομοιώσεις χημικών διεργασιών και το λογισμικό Aspen Hysys μιας ομάδας υποστήριξης προσανατολισμού με βάση το περιβαλλοντολογικό μαθησιακό πρόβλημα στη χημική μηχανική. Το εγχειρίδιο CinChe παρουσιάζει μια νέα στρατηγική εφαρμογή για την επίλυση προβλημάτων που ενισχύει τους μαθητές της ανώτερης τάξης με δεξιότητες αναλυτικής σκέψης, σύνθεσης και αξιολόγησης. Το εγχειρίδιο του Hysys είναι ένα ελεύθερο εκπαιδευτικό έγγραφο το οποίο διδάσκει στους μαθητές πώς να χρησιμοποιούν αποτελεσματικά μια προσομοίωση χημικής διεργασίας. Για την αγάπη του στη διδασκαλία και την μη παραδοσιακή του έρευνα έλαβε το βραβείο Lind back για διακεκριμένη διδασκαλία από το πανεπιστήμιο του Bucknell το Είχε διατελέσει μέλος του αμερικάνικου ινστιτούτου χημικών μηχανικών και της αμερικανικής εταιρείας για την μηχανική εκπαίδευση (ΑΣΕΕ). Αυτός είναι ο αποδέκτης του βραβείου CACHE το 2011 που του δόθηκε από το τμήμα χημικών μηχανικών του ΑΣΕΕ για την σημαντική συμβολή του στην ανάπτυξη των υπολογιστών για την εκπαίδευση των χημικών μηχανικών. Το έγγραφο της προσομοίωσης χημικών διεργασιών και το λογισμικό της Aspen Hysys βοηθά τους μαθητές πώς να χρησιμοποιήσουν έναν προσομοιωτή χημικής διεργασίας και πως μια διαδικασία προσομοίωσης μοντελοποιεί τα ισορροπημένα υλικά, την ισορροπία φάσεων και τα ενεργειακά ισοζύγια για τις μονάδες χημικών ουσιών. Η εκμάθηση των μαθητών καθοδηγείται από την εξέλιξη των υλικών και των ενεργειακών Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

30 απαιτήσεων για ένα συγκεκριμένο διάγραμμα ροής χημικής διεργασίας. Η προσομοίωση διεργασιών είναι ένα βασικό μοντέλο αναπαράστασης των χημικών, φυσικών, βιολογικών και άλλων τεχνικών διεργασιών και λειτουργικών μονάδων λογισμικού. Βασικές προϋποθέσεις είναι η βαθιά γνώση των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων των καθαρών συστατικών και μιγμάτων, και των μαθηματικών μοντέλων τα οποία, σε συνδυασμό, επιτρέπουν τον υπολογισμό της διαδικασίας στους υπολογιστές. Η διαδικασία λογισμικού προσομοίωσης περιγράφει τις διαδικασίες σε ένα διάγραμμα ροής όπου οι διεργασίες της μονάδας τοποθετούνται και συνδέονται με το προϊόν ή με την πρώτη ύλη των ρευμάτων. Το λογισμικό έχει να λύσει το ισοζύγιο μάζας και ενέργειας ώστε να βρεθεί ένα σταθερό σημείο λειτουργίας. Ο στόχος της διαδικασίας προσομοίωσης είναι να εντοπίσει τις βέλτιστες συνθήκες για την εξέταση της διαδικασίας. Αυτό ουσιαστικά είναι ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης το οποίο πρέπει να λυθεί σε μια επαναληπτική διαδικασία. Η διαδικασία προσομοίωσης χρησιμοποιεί πάντα μοντέλα τα οποία δημιουργούν προσεγγίσεις και παραδοχές, επιτρέπει την περιγραφή ενός ακινήτου σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και πιέσεων τα οποία ενδέχεται να μην καλύπτονται από πραγματικά δεδομένα. Επίσης, επιτρέπει την παρεμβολή και την παρέκταση εντός ορισμένων ορίων και επιτρέπει την αναζήτηση για τις συνθήκες έξω από το φάσμα γνωστών ιδιοτήτων. Η ανάπτυξη των μοντέλων για την καλύτερη βελτίωση των πραγματικών διαδικασιών είναι ο πυρήνας της περαιτέρω ανάπτυξης του λογισμικού προσομοίωσης. Έτσι, πραγματοποιείται από την πλευρά της χημικής μηχανικής, αλλά, επίσης και στον τομέα του ελέγχου μηχανικής και για την βελτίωση των μαθηματικών μεθόδων της προσομοίωσης. Συνεπώς, η διεργασία προσομοίωσης είναι ένα από τα λίγα πεδία όπου οι επιστήμονες από την χημεία, τη φυσική, την επιστήμη των υπολογισμών, τα μαθηματικά και τα διάφορα πεδία της μηχανικής συνεργάζονται. Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για την νέα ανάπτυξη και τη βελτίωση των μοντέλων για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων. Αυτό περιλαμβάνει για Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

31 παράδειγμα την περιγραφή των παρακάτω: Τις θερμοφυσικές ιδιότητες όπως η τάση ατμών, το ιξώδες, τα θερμιδικά δεδομένα, κτλ των καθαρών συστατικών και μειγμάτων Τις ιδιότητες διαφορετικών συσκευών, όπως οι αντιδραστήρες, οι στήλες απόσταξης, οι αντλίες κλπ. Τις χημικές αντιδράσεις και την κινητική αντίδραση Το περιβάλλον το οποίο συνδέεται με την ασφάλεια των δεδομένων Οι δυο κύριοι διαφορετικοί τύποι των μοντέλων μπορούν να διακριθούν σε: 1. Απλές εξισώσεις και συσχετισμοί, όπου οι παράμετροι τοποθετούνται σε πειραματικά δεδομένα 2. Μέθοδοι πρόβλεψης όπου οι ιδιότητες υπολογίζονται Οι εξισώσεις και οι συντελεστές συσχέτισης προτιμούνται συνήθως, επειδή, αυτές περιγράφουν την ιδιότητα ακριβώς. Για την απόκτηση αξιόπιστων παραμέτρων είναι απαραίτητο να έχουν πειραματικά δεδομένα τα οποία συνήθως λαμβάνονται από τράπεζες πραγματικών δεδομένων ή εάν δεν υπάρχουν στοιχεία είναι διαθέσιμα στο κοινό, από τις μετρήσεις. Χρησιμοποιώντας τις μεθόδους πρόβλεψης είναι πολύ φθηνότερες από ότι οι πειραματικές εργασίες, αλλά και τον δεδομένων ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ASPENTECH HYSYS Η Aspen Hysys είναι η κορυφαία διαδικασία στην αγορά εργαλείων μοντελοποίησης με αποδεδειγμένη εμπειρία για την παροχή σημαντικών οικονομικών οφελών σε όλη την διάρκεια του κύκλου ζωής της μηχανικής διαδικασίας. Φέρνει την δύναμη της διαδικασίας προσομοίωσης στην επιφάνεια εργασίας μηχανικών, επιτρέποντας στις εταιρείες να προβούν σε νέες εγκαταστάσεις και σχέδια γρηγορότερα και πιο αποτελεσματικά σε μια υψηλότερη απόδοση της επένδυσης. Ο στόχος των προγραμμάτων όπως το Hysys και το Aspen είναι να παρέχουν την δυνατότητα της σχεδίασης μιας ολόκληρης διαδικασίας όσο το δυνατόν Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

32 πλήρης και με ακρίβεια διαμορφωμένη. Οι περισσότερες (αν όχι όλες) από τις διαφορές μεταξύ των δυο βρίσκονται στο περιβάλλον εργασία τους. Έχοντας υποβληθεί στην κατηγορία σχεδίασης με Aspen, το Hysys είναι πολύ καλύτερο και έχει έξυπνο περιβάλλον εργασίας από ότι το Aspen. Σε αντίθεση με το Aspen, το Hysys δεν περιμένει μέχρι να πληκτρολογηθούν τα πάντα πριν την έναρξη των υπολογισμών, υπολογίζει ανά πάσα στιγμή όσα μπορεί και τα αποτελέσματα είναι πάντοτε διαθέσιμα, ακόμη και κατά τους υπολογισμούς. Όλες οι αλλαγές που γίνονται στα δεδομένα αντιγράφονται αυτόματα σε όλο το πρόγραμμα, έτσι η είσοδος εμφανίζεται και όλοι οι απαραίτητοι υπολογισμοί πραγματοποιούνται άμεσα. H Αspen Hysys είναι μια πρότυπη δοκιμασμένη βιομηχανική λύση με πάνω από 20 χρόνια χρήσης της στο χώρο. Οι πελάτες της έχουν αναγνωρίσει και αναφερθεί στα παρακάτω οφέλη: 15 εκατομμύρια δολάρια ετησίως στη σταδιακή κερδοφορία από την βελτιστοποίησης της διαδικασίας 10 εκατομμύρια δολάρια ετησίως σε εξοικονόμηση κεφαλαίων που απορρέουν από την βελτίωση των σχεδίων 1 εκατομμύριο δολάρια ετησίως από την μείωση του μηχανικού κόστους Η δύναμη και η ευελιξία του Aspen Hysys ενισχύεται περαιτέρω μέσω πρόσθετων εφαρμογών. Σχήμα 1.1: Διάγραμμα ροής διαφόρων μοντέλων Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣTO ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ HYSYS 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι αντιδράσεις εντός του Hysys ορίζονται στο εσωτερικό του διαχειριστή αντίδρασης. Ο διαχειριστής αντίδρασης, ο οποίος βρίσκεται τοποθετημένος στην καρτέλα των αντιδράσεων του βασικού διαχειριστή προσομοίωσης, παρέχει μια θέση από την οποία μπορείς να ορίσεις έναν απεριόριστο αριθμό αντιδράσεων και αποδίδει συνδυασμούς αυτών στην αντίδραση θέσεων (συνόλου). Η αντίδραση συνόλου στη συνέχεια επισυνάπτετε στην επιχειρησιακή μονάδα ενός διαγράμματος ροής. Ο διαχειριστής αντίδρασης είναι πολύπλευρος, εξοικονομεί χρόνο που επιτρέπει να κάνουμε τα εξής: Την δημιουργία μιας καινούργιας λίστας των συστατικών για τις αντιφάσεις ή απλά να χρησιμοποιηθούν τα πακέτα υγρών συστατικών. Την προσθήκη, επεξεργασία, αντιγραφή ή διαγραφή των αντιδράσεων και των αντιδράσεων θέσεων. Επισύναψη αντιδράσεων σε ποικίλα σύνολα αντίδρασης ή επισύναψη της αντίδρασης συνόλων σε πολλαπλά πακέτα υγρών, εξαλείφοντας έτσι επαναλαμβανόμενες διαδικασίες. Εισαγωγή και εξαγωγή αντίδρασης συνόλου. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

34 Εικόνα 2.1: Προσομοίωση Βασικού Διαχειριστή 2.2 ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ Στην καρτέλα των αντιδράσεων του βασικού διαχειριστή προσομοίωσης, υπάρχουν τρείς κύριες ομάδες οι οποίες περιγράφονται παρακάτω: ΟΜΑΔΑ Rxn Components Reactions Reactions Set ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εμφανίζει όλα τα συστατικά που είναι διαθέσιμα στον διαχειριστή αντίδρασης και το κουμπί προσθήκης συστατικών. Εμφανίζει μια λίστα με τις καθορισμένες αντιδράσεις και τέσσερα κουμπιά διαθέσιμα για να βοηθήσουν τις καθορισμένες αντιδράσεις. Εμφανίζει τις καθορισμένες αντιδράσεις συνόλων, τα συσχετισμένα πακέτα υγρών και πολλά που βοηθούν να καθοριστεί η αντίδραση συνόλων και να επισυναφτούν σε πακέτα υγρών. Πίνακας 2.1: Κύριες ομάδες αντιδράσεων Κάθε μια από τις κύριες ομάδες εντός του διαχειριστή αντίδραση εξετάζεται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια και περιγράφεται η ομάδα Rxn Components. Τα χαρακτηριστικά της ομάδας των αντιδράσεων και της ομάδας αντίδρασης συνόλων αναλύονται στις επόμενες ενότητες. Υπάρχουν τρείς διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους τα συστατικά μπορούν να γίνουν προσιτά σε αντιδράσεις στον διαχειριστή αντίδρασης: Προσθήκη των συστατικών στην καρτέλα συστατικών του βασικού διαχειριστή αντίδρασης. Τα συστατικά προστίθενται στην λίστα και είναι διαθέσιμα στην ομάδα Rxn Components που συνδέονται με την Reaction Set. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

35 Τα συστατικά εγκαθίστανται στον διαχειριστή αντίδρασης χωρίς την προσθήκη καθορισμένης λίστας συστατικού επιλέγοντας το κουμπί Add Comps. Η λίστα συστατικού εμφανίζεται και μπορεί να προστεθεί η αντίδραση συστατικού. Τα συστατικά αυτά εμφανίζονται αυτόματα στην κύρια λίστα συστατικού, αλλά όχι στην επιλεγμένη λίστα στο πακέτο ρευστού. Όταν μια αντίδραση συνόλου (που περιέχει μια αντίδραση η οποία χρησιμοποιεί τα καινούργια συστατικά) επισυναφθεί σε ένα υγρό πακέτο, τα συστατικά τα οποία δεν είναι παρόντα στο πακέτο ρευστού μεταφέρονται αυτόματα. Επιλέγεται μια αντίδραση ισορροπίας από την Library tabs του αντιδραστήρα ισορροπίας. Όλα τα συστατικά που χρησιμοποιούνται στην αντίδραση εγκαθίστανται αυτόματα στον διαχειριστή αντίδρασης. Όταν επισυναφθεί η αντίδραση συνόλου (περιέχεται στην βιβλιοθήκη αντίδρασης) στο πακέτο ρευστού, τα συστατικά μεταφέρονται αυτόματα ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟ ΤΟ ΒΑΣΙΚΟ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗ Με αυτήν την μέθοδο της επιλογής συστατικού, τα στοιχεία είναι επιλεγμένα στην καρτέλα συστατικών από τον βασικό διαχειριστή προσομοίωσης. Προσθέτουμε ένα συστατικό λίστας επιλέγοντας το κουμπί Add. Από την λίστα συστατικών, επιλέγουμε στοιχεία τα οποία απαιτούνται για την αντίδραση. Αυτό είναι παρόμοιο με την προσθήκη συστατικών σε μια λίστα συστατικού για ένα συγκεκριμένο πακέτο ρευστού ή κατάσταση. Όλα τα συστατικά που επιλέχθηκαν εμφανίζονται και είναι διαθέσιμα στην ομάδα Rxn Components του διαχειριστή αντίδρασης. Τα στοιχεία που αναφέρονται στην ομάδα Selected Reaction Component είναι διαθέσιμα σε οποιαδήποτε αντίδραση δημιουργηθεί ΕΠΙΛΟΓΕΣ ΕΝΤΟΣ ΤΟΥ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Τα συστατικά μπορούν να γίνουν διαθέσιμα πριν την δημιουργία της αντίδρασης με την άμεση επιλογή τους εντός του διαχειριστή αντίδρασης. Επιλέγοντας τα συστατικά εντός του διαχειριστή αντίδρασης, δεν απαιτείται να μεταφέρουμε την πληροφορία του συστατικού από το πακέτο ρευστού. Τα συστατικά εμφανίζονται στην λίστα Master Component, αλλά όχι στην λίστα συστατικού. Μόλις μια αντίδραση συνόλου επισυναφθεί στο πακέτο ρευστού, Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

36 το Hysys μεταφέρει αυτόματα όλα τα συστατικά που περιέχονται εντός της αντίδρασης ή των αντιδράσεων στο πακέτο ρευστού. Η διαδικασία που ακολουθεί δείχνει τα βήματα που απαιτούνται όταν ξεκινάει μια νέα κατάσταση: 1. Δημιουργούμε μια νέα κατάσταση επιλέγοντας το εικονίδιο New Case στην γραμμή εργαλείων. 2. Στην καρτέλα Fluid Pkgs του βασικού διαχειριστή προσομοίωσης, επιλέγουμε το κουμπί Add και ένα νέα πακέτο ρευστού δημιουργείτε και ανοίγει. 3. Μετακινούμαστε στην καρτέλα αντιδράσεων, επιλέγουμε το κουμπί Add 4. Επιλέγονται είτε τα παραδοσιακά ή τα υποθετικά συστατικά. Η διαδικασία για την επιλογή των συστατικών είναι παρόμοια με την επιλογή συστατικών για το πακέτο ρευστού. 5. Επιστρέφουμε στον διαχωριστή αντίδρασης δημιουργώντας αντιδράσεις οι οποίες εγκαθίστανται εντός μιας αντίδρασης συνόλου. 6. Επισυνάπτετε η αντίδραση συνόλου στο πακέτο ρευστού που δημιουργήθηκε στο Βήμα Όλα τα συστατικά που χρησιμοποιήθηκαν στις αντιδράσεις περιέχονται εντός της αντίδρασης συνόλου, είναι διαθέσιμα στο πακέτο ρευστού ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ Όταν η Library Equilibrium Reaction επιλεχθεί, όλα τα συστατικά στοιχεία προστίθενται αυτόματα στον διαχειριστή αντίδρασης. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα συστατικά στην ομάδα Rxn Components του διαχειριστή αντίδρασης ώστε να καθορίσουμε άλλες αντιδράσεις. Οι αντιδράσεις βιβλιοθήκης μπορούν να εγκατασταθούν πριν από την προσθήκη των συστατικών της κατάστασης. Δεν μπορούμε να απαιτήσουμε την προσθήκη συστατικών χρησιμοποιώντας την λίστα συστατικών ή τον διαχειριστή αντίδρασης. Για την προσθήκη μιας Library list, ακολουθούμε τα εξής: Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

37 1. Από τον διαχειριστή αντίδρασης επιλέγουμε το κουμπί Add Rxn στην ομάδα αντιδράσεις. 2. Δίνουμε έμφαση στην ισορροπία από τις αντιδράσεις και επιλέγουμε το κουμπί Add Reaction. 3. Μετακινούμαστε στην Library tab της ισορροπημένης αντίδρασης και επιλέγουμε μια αντίδραση από την ομάδα Library Equilibrium Rxns. Εικόνα 2.2: Αντιδράσεις Ισορροπίας 4. Επιλέγουμε το κουμπί Add Library Rxn και όλες οι πληροφορίες της βιβλιοθήκης σχετικά με την αντίδραση μεταφέρονται σε διάφορες καρτέλες της ισορροπημένης αντίδρασης. Τα συστατικά που χρησιμοποιήθηκαν από την αντίδραση εμφανίζονται στην ομάδα Rxn Components του διαχειριστή αντίδρασης. 2.3 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Στο Hysys, μια καθορισμένη αντίδραση συνόλου, Global Rxn Set, παρουσιάζεται σε κάθε προσομοίωση. Όλες οι συμβατές αντιδράσεις που προστίθενται στην κατάσταση συμπεριλαμβάνονται αυτόματα σε αυτό το σύνολο. Η αντίδραση μπορεί να επισυναφθεί σε ένα διαφορετικό σύνολο, αλλά παραμένει στο Global Rxn Set εκτός εάν αφαιρεθεί. Για την δημιουργία μιας αντίδρασης, επιλέγετε το κουμπί Add Rxn από τον Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

38 διαχειριστή αντίδρασης. Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τους πέντε τύπους αντιδράσεων που μπορούν να διαμορφωθούν στο Hysys: ΤΥΠΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Conversion Equilibrium Heterogeneous Catalytic Kinetic Simple Rate Πίνακας 2.2: Τύποι αντιδράσεων ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Απαιτεί την στοιχειομετρία όλων των αντιδράσεων και την μετατροπή του βασικού συστατικού στην αντίδραση. Απαιτεί την στοιχειομετρία όλων των αντιδράσεων. Ο όρος ln(k) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μια από τις πολλές διαφορετικές μεθόδους, όπως εξηγείται στη συνέχεια. Το σύστημα της αντίδρασης καθορίζεται από τους στοιχειομετρικούς συντελεστές. Απαιτεί τους όρους της κινητικής αντίδρασης καθώς και της ενέργειας ενεργοποίησης και τους όρους του δείκτη συστατικού των κινητικών προσροφήσεων. Απαιτεί την στοιχειομετρία όλων των αντιδράσεων καθώς και της ενέργειας ενεργοποίησης και του παράγοντα συχνότητας στην εξίσωση Arrhenius για κανονικές και αντίστροφες αντιδράσεις. Οι κανονικές και οι αντίστροφες εντολές της αντίδρασης για κάθε συστατικό μπορούν να καθοριστούν. Απαιτεί την στοιχειομετρία όλων των αντιδράσεων καθώς και της ενέργειας ενεργοποίησης και του παράγοντα συχνότητας στην εξίσωση Arrhenius για κανονικές αντιδράσεις. Οι σταθερές της ισορροπίας έκφρασης απαιτούνται για την αντίστροφη αντίδραση. Κάθε ένας από τους τύπους της αντίδρασης απαιτεί ότι θα παρέχει την στοιχειομετρία. Για να βοηθήσει το έργο αυτό, το σφάλμα ισορροπίας οδηγεί το μοριακό βάρος και την παροχή στοιχειομετρίας. Εάν η εξίσωση της αντίδρασης είναι ισορροπημένη, αυτό το σφάλμα είναι ίσο με το μηδέν. Εάν παρέχονται όλοι οι στοιχειομετρικοί συντελεστές εκτός από έναν, μπορούμε να επιλέξουμε το κουμπί Balance που έχει το Ηysys για να προσδιορίζει τους ελλιπής στοιχειομετρικούς συντελεστές. Οι αντιδράσεις μπορούν να βρίσκονται σε μια καθορισμένη φάση και η αντίδραση να εφαρμόζεται μόνο στα συστατικά της φάσης αυτής. Αυτό επιτρέπει διαφορετικές αναλογίες αντιδράσεων για την αέρια και την υγρή φάση στη λειτουργία του αντιδραστήρα. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

39 2.3.1 ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ Από τον διαχειριστή αντίδρασης, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τέσσερα κουμπιά στην ομάδα αντιδράσεων για τον χειρισμό αντιδράσεων τα οποία περιγράφονται παρακάτω: ΚΟΥΜΠΙΑ View Rxn Add Rxn Delete Rxn Copy Rxn ΕΝΤΟΛΗ Πρόσβαση στις προβολές της επισυναπτόμενης αντίδρασης. Πρόσβαση στην προβολή αντιδράσεων, από την οποία επιλέγουμε έναν τύπο αντίδρασης. Διαγράφει την επισυναπτόμενη αντίδραση ή αντιδράσεις από τον διαχειριστή αντίδρασης. Όταν επιλεχθεί, η αντιγραφή αντιδράσεων εμφανίζεται όπου μπορούμε να επιλέξουμε ένας εναλλακτικός τύπος αντίδρασης για την αντίδραση ή το αντίγραφο της επισυναπτόμενης αντίδρασης. Πίνακας 2.3: Κουμπιά αντιδράσεων ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ Η αντίδραση μετατροπής απαιτεί τους στοιχειομετρικούς συντελεστές για κάθε συστατικό και την καθορισμένη μετατροπή ενός βασικού αντιδραστηρίου. Οι συνθέσεις αγνώστων ρευμάτων μπορούν να υπολογιστούν όταν η μετατροπή είναι γνωστή. Θεωρείτε η ακόλουθη αντίδραση μετατροπής: A b a B c C a d a D (2.1) όπου: a, b, c, d = οι αντίστοιχοι συντελεστές στοιχειομετρίας των αντιδρώντων (Α και Β) και των προϊόντων (C και D). A = η βάση του αντιδραστηρίου Β = η βάση του αντιδραστηρίου όχι στην περιορισμένη ποσότητα Σε γενικές γραμμές, τα συστατικά της αντίδρασης υπακούουν στην ακόλουθη αντίδραση στοιχειομετρίας : Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

40 N N N N A B c D N N N Ao Bo Co Do N 1 X A b N Ao X A a c N Ao X a d N Ao X a A A (2.2) όπου: N * = τα mol των συστατικών * (* = A, B, C και D) N *o = τα αρχικά mol των συστατικών * X A = η μετατροπή του βασικού συστατικού Α Τα moles του αντιδραστηρίου διατίθενται για την μετατροπή σε μια δεδομένη αντίδραση που περιλαμβάνει κάθε ποσό που παράγεται από άλλες αντιδράσεις, καθώς και το ποσό του εν λόγω συστατικού στο ρεύμα εισόδου. Μια εξαίρεση σε αυτό το συμβάν είναι όταν οι αντιδράσεις καθορίζονται ως διαδοχικές. Ο στοιχειομετρικός πίνακας της αντίδρασης μετατροπής φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 2.3: Αντίδραση Μετατροπής Στοιχειομετρία Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

41 Για κάθε αντίδραση μετατροπής, θα πρέπει να παρέχονται οι ακόλουθες πληροφορίες: ΠΕΔΙΟ ΕΙΣΟΔΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ Reaction Name Components Stoichiometric Coefficient Πίνακας 2.4: Πληροφορίες για την αντίδραση μετατροπής Ένα προεπιλεγμένο όνομα παρέχεται το οποίο μπορεί να αλλάξει. Η προηγούμενη προβολή εμφανίζει το όνομα ως Rxn-1. Τα συστατικά πρόκειται να αντιδράσουν έτσι απαιτείται το ελάχιστο από τα δύο συστατικά. Θα πρέπει να καθορίσουμε τουλάχιστον ένα αντιδραστήριο και ένα προϊόν για κάθε αντίδραση που περιλαμβάνεται. Χρησιμοποιούμε την κάτω λίστα για να μεταβούμε στα διαθέσιμα συστατικά. Το μοριακό βάρος κάθε συστατικού εμφανίζεται αυτόματα. Είναι απαραίτητος για κάθε συστατικό στην αντίδραση. Ο στοιχειομετρικός συντελεστής είναι αρνητικός για το αντιδραστήριο και θετικός για το προϊόν. Μπορούμε να καθορίσουμε τον συντελεστή για ένα αδρανές συστατικό ως 0, το οποίο, για την αντίδραση μετατροπής, είναι το ίδιο καθώς δεν το συστατικό δεν περιλαμβάνεται στον πίνακα. Ο στοιχειομετρικός συντελεστής δεν πρέπει να είναι ένας ακέραιος αριθμός, μόνο κλασματικοί συντελεστές είναι αποδεκτοί. Ο βασικός πίνακας για την αντίδραση μετατροπής εμφανίζεται στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 2.4: Αντίδραση Μετατροπής Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

42 Στον βασικό πίνακα, πρέπει να παρέχονται οι ακόλουθες πληροφορίες: ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΙΣΟΔΟΣ Base Component Rxn Phase Conversion Function Parameters Πίνακας 2.5: Πληροφορίες για την αντίδραση μετατροπής ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Μόνο ένα συστατικό που καταναλώνεται στην αντίδραση (ένα αντιδραστήριο) μπορεί να καθοριστεί ως βασικό συστατικό (δηλαδή, η αντίδραση προϊόντος ή ένα αδρανές συστατικό δεν είναι έγκυρη επιλογή). Χρησιμοποιείται το ίδιο συστατικό ως βασικό συστατικό για έναν αριθμό αντιδράσεων και είναι αποδεκτό για μια αντίδραση που είναι προϊόν μιας άλλης αντίδρασης. Η φάση για την οποία ισχύουν οι μετατροπές καθορίζεται. Διαφορετικές κινητικές για τις διαφορετικές φάσεις μπορούν να τροποποιηθούν στον ίδιο αντιδραστήρα. Πιθανές επιλογές για την αντίδραση φάσης είναι: Ολική: Αντίδραση που συμβαίνει σε όλες τις φάσεις. Αέρια Φάση: Αντίδραση που συμβαίνει μόνο στην αέρια φάση. Υγρή Φάση: Αντίδραση που συμβαίνει στην φωτεινή υγρή φάση. Υδάτινη Φάση: Αντίδραση που συμβαίνει στην βαριά υγρή φάση. Συνδυασμός Υγρού: Αντίδραση που συμβαίνει σε όλες τις υγρές φάσεις. Το ποσοστό μετατροπής μπορεί να καθοριστεί ως μια συνάρτηση θερμοκρασίας σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση: Conv Co C T C T Αυτό είναι το ποσοστό του βασικού συστατικού που καταναλώθηκε σε αυτήν την αντίδραση. Η τιμή της μετατροπής Conv (%) υπολογίζεται από την εξίσωση και είναι πάντα στο όριο της κλίμακας 0.0 και 100%. Η πραγματική μετατροπή οποιασδήποτε αντίδρασης περιορίζεται στη μικρότερη από την καθορισμένη μετατροπή του βασικού συστατικού ή στην πλήρη κατανάλωση ενός περιορισμένου αντιδραστηρίου. Αντιδράσεις ίσης κατάταξης δεν μπορούν να υπερβούν μια συνολική μετατροπή του 100 %. Για να οριστεί μια σταθερή τιμή για το ποσοστό μετατροπής, εισάγετε μια μετατροπή μόνο για την τιμή C (%). Αρνητικές τιμές για C 1 και 2 C σημαίνει ότι η μετατροπή πέφτει με αυξημένη θερμοκρασία και αντίστροφα ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Η αντίδραση ισορροπίας υπολογίζει τη μετατροπή για κάθε αριθμό Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

43 ταυτόχρονων ή διαδοχικών αντιδράσεων με τις παραμέτρους της αντίδρασης μετατροπής και τις στοιχειομετρικές σταθερές που παρέχονται. Η σταθερά ισορροπίας μπορεί να εκφραστεί ως εξής : όπου: Κ= η σταθερά ισορροπίας K Nc j 1 BASE Vj ej (2.3) BASE ej το βασικό για το συστατικό ισορροπίας j Vj ο στοιχειομετρικός συντελεστής για το συστατικό th j N c ο αριθμός συστατικών Η σταθερά ισορροπίας ln(k) μπορεί να θεωρηθεί σταθερή ή να υπολογιστεί ως συνάρτηση της θερμοκρασίας με βάση έναν αριθμό από σταθερές: Ln Keq a b (2.4) όπου: a A B T b E * T 2 C *ln F * T T 2 D * T G * T 4 H * T 5 Εναλλακτικά, παρέχονται δεδομένα σε μορφή πίνακα (σταθερά ισορροπίας συνάρτηση της θερμοκρασίας) και το Hysys υπολογίζει αυτόματα τις παραμέτρους ισορροπίας. Η σταθερά ln(κ) μπορεί να οριστεί από την Gibbs Free Energy. Όταν παρέχονται όλες οι απαιτούμενες πληροφορίες για την αντίδραση ισορροπίας, η γραμμή κατάστασης (στη κάτω δεξιά γωνία) αλλάζει από Not Ready σε Ready. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

44 Ο στοιχειομετρικός πίνακας για την αντίδραση ισορροπίας φαίνεται στην ακόλουθη εικόνα: Εικόνα 2.5: Αντίδραση Ισορροπίας - Στοιχειομετρία Για κάθε αντίδραση, θα πρέπει να παρέχονται οι παρακάτω πληροφορίες: AΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΙΣΟΔΟΣ Reaction Name ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Ένα προεπιλεγμένο όνομα παρέχεται, το οποίο μπορεί να αλλάζει επιλέγοντας το πεδίο και εισάγοντας ένα νέο όνομα. Components Stoichiometric Coefficient Πίνακας 2.6: Πληροφορίες για τις αντιδράσεις ισορροπίας Το ελάχιστο των δυο συστατικών είναι απαραίτητο. Θα πρέπει να καθοριστεί το ελάχιστο ενός αντιδραστηρίου και ένα προϊόν για κάθε αντίδραση που περιλαμβάνετε. Το μοριακό βάρος κάθε συστατικού εμφανίζεται αυτόματα. Για κάθε συστατικό σε αυτή την αντίδραση ο στοιχειομετρικός συντελεστής είναι αρνητικός για ένα αντιδραστήριο και θετικός για ένα προϊόν. Καθορίζετε ο συντελεστής για ένα αδρανές συστατικό ως 0. Ο στοιχειομετρικός συντελεστής δεν πρέπει να είναι ένας ακέραιος αριθμός, μόνο οι κλασματικοί συντελεστές είναι συστατικό ως 0. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

45 Ο πίνακας Basis για μια αντίδραση ισορροπίας περιέχει δυο ομάδες, την Basis και την Keq Source, οι οποίες φαίνονται στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 2.6: Αντίδραση Ισορροπίας Η ομάδα Basis απαιτεί τις ακόλουθες πληροφορίες: AΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΙΣΟΔΟΣ Basis Reaction Phase Minimum Temperature and Maximum Temperature Basis Unit ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Από την λίστα, επιλέγετε η βάση για την αντίδραση. Για παράδειγμα, επιλέγετε η μερική πίεση ή η χημική δραστηριότητα ως βάση. Οι πιθανές επιλογές για την αντίδραση φάσης, είναι προσβάσιμες από την λίστα, δηλαδή, είναι οι υγρές και οι αέριες φάσεις. Εισαγωγή των ελάχιστων και των μέγιστων θερμοκρασιών για τις οποίες οι αντιδράσεις έκφρασης είναι έγκυρες. Εάν η θερμοκρασία μείνει εντός των καθορισμένων ορίων, εμφανίζεται ένα προειδοποιητικό μήνυμα. Εισάγονται οι απαραίτητες μονάδες για την βάση ή δημιουργείτε μια επιλογή από την λίστα. Πίνακας 2.7: Πληροφορίες για την ομάδα Basis Η ομάδα Keq Source περιέχει τέσσερα κουμπιά ραδιοφώνων και ένα πλαίσιο ελέγχου. Επιλέγοντας το κατάλληλο κουμπί, επιλέγουμε μια από τις τέσσερις επιλογές, όπως η Keq Source για την αντίδραση ισορροπίας. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

46 Αν το πλαίσιο ελέγχου Auto Deck ελεγχθεί, το Hysys αλλάζει αυτόματα την Keq Source, εξαρτωμένη από την πληροφορία Keq που παρέχεται. Για παράδειγμα, εάν εισαχθεί μια σταθερά ισορροπίας, το κουμπί Fixed Keq επιλέγεται αυτόματα. Εάν προστεθούν τα δεδομένα στον πίνακα Table, το κουμπί Keq vs. Τ Table επιλέγεται αυτόματα. Ανάλογα με ποια επιλογή επιλέχτηκε στην ομάδα Keq Sourse (από τον πίνακα Basis), ο πίνακας Keq θα καθορίσει την κατάλληλη πληροφορία. Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει κάθε μια από τις επιλογές της Keq sourse και τα αντίστοιχα στην καρτέλα Keq. ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΙΝΑΚΑΣ Keq ln(keq) Equation Gibbs Free Energy H εξίσωση ln(keq), υποτίθεται ότι είναι μια συνάρτηση της θερμοκρασίας και προσδιορίζεται από την ακόλουθη εξίσωση: Ln Keq a όπου: a A B T b E * T 2 b C *ln F * T T 2 D * T G * T 4 H * T Α,Β,C,D,E,F,G,H=οι σταθερές που ορίζονται στην καρτέλα Keq Η σταθερά ισορροπίας προσδιορίζεται από την προεπιλογή Hysys του καθαρού συστατικού της ελεύθερης ενέργειας Gibbs (G) στη βάση δεδομένων και συσχετισμού. Οι τιμές συσχετισμού και η βάση δεδομένων είναι έγκυρες / ακριβής για μια θερμοκρασία (Τ) ορίου 25 έως 426,85. Εάν απαιτείται ένα ευρύ φάσμα συσχέτισης G T, ο χρήστης μπορεί να κλωνοποιήση το συστατικό και να εισάγει τα συστατικά Gibbs της ελεύθερης ενέργειας συσχετιζόμενα με τις θερμοκρασίες εκτός του καθορισμένου ορίου θερμοκρασίας. C 0 5 C 0 Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

47 ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΙΝΑΚΑΣ Keq Fixed Κ K vs. T Table Πίνακας 2.8: Επιλογές της Keq sourse Σε αυτήν την περίπτωση, η σταθερά ισορροπίας Κ θεωρείται ότι πρέπει να καθορίζεται και να είναι ανεξάρτητη της θερμοκρασίας. Μπορούμε να καθορίσουμε είτε την σταθερά Keq είτε την ln(keq) στην καρτέλα Keq. Ελέγχουμε το πλαίσιο Log Basis για να καθορίσουμε την σταθερά ισορροπίας στη μορφή ln(κeq). Στην καρτέλα Keq, μπορούμε να παρέχουμε την θερμοκρασία και την σταθερά ισορροπίας από τα δεδομένα. Το Hysys εκτιμά την σταθερά ισορροπίας από τα ζεύγη των δεδομένων, τα οποία παρέχονται και παρεμβάλλονται όταν είναι απαραίτητο. Για κάθε ζεύγος δεδομένων που παρέχετε το Hysys υπολογίζει μια σταθερά στην εξίσωση ln(k). Εάν παρέχονται τουλάχιστον τέσσερα ζεύγη δεδομένων, όλες οι σταθερές A, B, C και D υπολογίζονται. Οι σταθερές πρέπει να αλλάζουν ακόμα και μετά τον υπολογισμό από τα ζεύγη δεδομένων, εισάγοντας μια νέα τιμή στο κατάλληλο κελί. Εάν αργότερα θελήσουμε να επανέλθουμε στην εκτιμώμενη αξία, διαγράφουμε τον αριθμό του κελιού και υπολογίζουμε ξανά. Ο όρος R2 δίνει μια ένδειξη του σφάλματος ή την ακρίβεια της εξίσωσης ln(k). Είναι ίσος με το άθροισμα του τετραγώνου παλινδρόμησης διαιρούμενο με το συνολικό άθροισμα των τετραγώνων, και είναι ίσος με το μηδέν όταν η εξίσωση ταιριάζει με τα δεδομένα. Επίσης, παρέχονται οι ελάχιστες και οι μέγιστες θερμοκρασίες εφαρμοσμένες στη σχέση ln(k). Υπό ορισμένες συνθήκες διεργασιών, η αντίδραση ισορροπίας δεν μπορεί να φτάσει στην πραγματική ισορροπία. Το σύνολο της αντίδρασης ισορροπίας χρησιμοποιεί δυο τύπους προσέγγισης, τον κλασματικό και τον θερμοκρασιακό, για να προσομοιώσουν αυτό το είδος της κατάστασης, επιλέγετε είτε ο ένας ή και οι δυο τύποι προσέγγισης για να χρησιμοποιηθούν στην προσομοίωση. Ο πίνακας προσέγγισης περιέχει δυο ομάδες, την κλασματική προσέγγιση και την θερμοκρασιακή προσέγγιση. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

48 Εικόνα 2.7: Αντίδραση ισορροπίας - Προσέγγιση Η θερμοκρασιακή προσέγγιση δεν έχει σημασία για την σταθερά Keq και έτσι η ομάδα δεν εμφανίζεται όταν η σταθερά Keq επιλέγεται από τον βασικό πίνακα. Τόσο η κλασματική όσο και η θερμοκρασιακή προσέγγιση είναι μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσομοιώσουν μια αντίδραση ισορροπίας, δηλαδή μια απόκλιση από την ισορροπία. Για την μέθοδο της θερμοκρασιακής προσέγγισης, η λύση της αντίδρασης Hysys θα λάβει υπόψη την θερμότητα της αντίδρασης σύμφωνα με τις εξισώσεις που παρατίθεται. Η κατεύθυνση της μη- ισορροπημένης εκκίνησης εξαρτάται από το εάν η αντίδραση είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. Η μέθοδος της κλασματικής προσέγγισης είναι μια εναλλακτική της μεθόδου της θερμοκρασιακής προσέγγισης και ορίζεται σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση : Feed Product Approach %* Feed Product equilibriu m (2.5) Η εξίσωση (2.5) θα μπορούσε να ερμηνευθεί ως ο ορισμός της «πραγματικής» σε έκταση αντίδραση ισορροπίας, καθώς μόνο ένα ποσοστό της αντίδρασης ισορροπίας εκτείνετε από την αντίδραση. Στην επίλυση, η αξία προσέγγισης % είναι περιορισμένη ανάμεσα στο 0 και στο 100%. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

49 Ο πίνακας βιβλιοθήκης επιτρέπει να προστεθούν οι προκαθορισμένες αντιδράσεις από την βιβλιοθήκη του Hysys. Τα συστατικά για την επιλεγμένη αντίδραση της βιβλιοθήκης μεταφέρονται αυτόματα στην ομάδα Rxn Components του διαχειριστή αντίδρασης. Εικόνα 2.8: Αντίδραση ισορροπίας - Βιβλιοθήκη αντιδράσεων Όταν επιλεχθεί μια αντίδραση, όλα τα δεδομένα περιλαμβάνουν την στοιχειομετρία, την βάση και τις παραμέτρους ln(k) και μεταφέρονται στην κατάλληλη θέση της αντίδρασης ισορροπίας. Για την απόκτηση πρόσβασης σε μια Library Reaction, επισημαίνετε από την ομάδα Library Equilibrium Rxns και επιλέγετε το κουμπί Add Library Rxn. Όταν η K Table περιέχει τα δεδομένου εισόδου, η επιλογή της library reaction θα μπλοκαριστεί. Θα πρέπει να επιλεχθεί το κουμπί Erase Table στον πίνακα Keq και πριν γίνει αυτό προστίθεται η library reaction ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ Για να οριστεί μια κινητική αντίδραση, είναι απαραίτητο να διευκρινιστούν οι κανονικοί Arrhenius παράμετροι (οι αντίστροφοι είναι προαιρετικοί), οι στοιχειομετρικοί συντελεστές για κάθε συστατικό, και οι κανονικές (και οι αντίστροφες) αντιδράσεις που διατάσσονται. Ένας επαναληπτικός υπολογισμός συμβαίνει, διότι το απαιτεί η επίλυση που κάνουν οι αρχικές εκτιμήσεις της εξόδου συνθέσεων. Με αυτές τις εκτιμήσεις, το όριο της Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

50 αντίδρασης είναι καθορισμένο. Μια μοριακή ισορροπία εκτελείται ως έλεγχος για το όριο της αντίδρασης. Εάν η σύγκλιση δεν επιτυγχάνεται, δημιουργούνται καινούργιες εκτιμήσεις και η επόμενη επανάληψη εκτελείται. r A k f ( BASIS ) k' f '( BASIS ) (2.6) F Ao F A V dn radv dt A (2.7) Η εξίσωση (2.6) αφορά την ταχύτητα της αντίδρασης r A με την αντίδραση σταθερού ρυθμού και της βάσης (π.χ συγκέντρωση). Η εξίσωση (2.7) είναι μια μοριακή αντίδραση ισορροπίας στην μονάδα λειτουργίας, για σταθερά διαλύματα όπου η δεξιά πλευρά είναι ίση με το μηδέν. Όταν η κινητική αντίδραση επιλεχθεί, εμφανίζεται η παρακάτω εικόνα: Εικόνα 2.9: Κινητική αντίδραση Στοιχειομετρία και Πληροφορίες Ποσοστού Για κάθε αντίδραση, θα πρέπει να ακολουθήσουμε τις παρακάτω πληροφορίες: ΕΙΣΟΔΟΣ Reaction Name ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Παρέχεται η επιλογή του ονόματος, η οποία μπορεί να αλλάξει οποιαδήποτε στιγμή. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

51 ΕΙΣΟΔΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Components Stoichiometric Coefficient Forward and Reverse Orders Πίνακας 2.9: Πληροφορίες για την κινητική αντίδραση Πρέπει να καθοριστεί το ελάχιστο από ένα αντιδραστήριο και ένα προϊόν για κάθε αντίδραση που περιλαμβάνετε. Η πρόσβαση των συστατικών είναι διαθέσιμη χρησιμοποιώντας την λίστα και το μοριακό βάρος κάθε συστατικού εμφανίζεται αυτόματα. Απαραίτητος για κάθε συστατικό στην αντίδραση. Ο στοιχειομετρικός συντελεστής είναι αρνητικός για ένα αντιδραστήριο και θετικός για ένα προϊόν, δεν χρειάζεται να είναι ακέραιος αριθμός, οι κλασματικοί συντελεστές είναι αποδεκτοί. Επιλέγετε ένας συντελεστής για ένα αδρανές συστατικό ως μηδέν, ο οποίος στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ο ίδιος και δεν περιλαμβάνεται στο συστατικό της λίστας. Ωστόσο, θα πρέπει να περιλαμβάνονται συστατικά τα οποία έχουν συνολικό στοιχειομετρικό συντελεστή το μηδέν και μια μη - μηδενική αντίδραση (δηλαδή, ένα συστατικό που θα μπορούσε να παίξει το ρόλο του καταλύτη. Η κινητική αντίδραση, η οποία επιτρέπει να καθοριστεί ένας στοιχειομετρικός συντελεστής και ένα σύστημα αντίδρασης, καθιστά δυνατή την σωστή μοντελοποίηση αυτής της κατάστασης. Αυτές είναι συστήματα αντιδράσεων. Το Hysys καθορίζει αρχικά τα συστήματα της αντίδρασης σύμφωνα με τον αντίστοιχο στοιχειομετρικό συντελεστή. Αυτές μπορούν να τροποποιηθούν με άμεση εισαγωγή σε νέα τιμή στο κατάλληλο κελί. Για παράδειγμα, στην ακόλουθη αντίδραση έχουμε: CO Cl 2 COCl 2 Το όριο του νόμου της κινητικής είναι: CO 3 2`` r CO k Cl 2 Όταν οι στοιχειομετρικοί συντελεστές εισαχθούν για την αντίδραση, το Hysys ορίζει τις κανονικές εντολές της αντίδρασης για CO και Cl 2 στο 1. Εισάγουμε στο 1,5 την κανονική εντολή του κελιού για το για να διαμορφώσει σωστά την εντολή της αντίδρασης. Cl 2 Κρίσιμης σημασίας για την προδιαγραφή της αντίστροφης εξίσωσης της αντίδρασης είναι η διατήρηση της θερμοδυναμικής σταθερότητας ώστε το όριο της ισορροπίας να εκφραστεί με την μορφή της εξίσωσης (2.3). Η αποτυχία μπορεί να παράγει λανθασμένα αποτελέσματα από το Hysys. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

52 Σύμφωνα με την προηγούμενη αντίδραση: CO Cl 2 COCl 2 Με την αντίστροφη αντίδραση της κινητικής ακολουθεί η παρακάτω σχέση: rate forward k f 2 CO Cl 2 3 (2.8) Έπειτα, προστίθεται η αντίστροφη κινητική αντίδραση. Πριν η κανονική αντίδραση γίνει γνωστή, η εντολή της αντίστροφης αντίδρασης πρέπει να προέρχεται προκειμένου να διατηρηθεί η θερμοδυναμική σταθερότητα. Υποθέτουμε ότι μια γενετική κινητική σχέση έχει επιλεχθεί: rate forward k r a CO Cl 2 COCl 2 (2.9) όπου: α, β, γ,= οι άγνωστες τιμές των εντολών των τριών συστατικών Η ισορροπία ορίζεται ως η στιγμή κατά την οποία: rate forward rate Η σταθερά ισορροπίας Κ είναι ίση με : forward 0 K k k f r 2 CO Cl CO 2 Cl COCl (2.10) Για να διατηρηθεί η μορφή της εξίσωσης ισορροπίας φαίνεται στην εξίσωση (2.3), η σταθερά Κ είναι ίση: K COCl 2 CO Cl 2 (2.11) Συνδυάζοντας τις δύο σχέσεις για την σταθερά Κ βρέθηκαν στις εξισώσεις (2.10) και (2.11): CO Cl2 COCl 2 COCl 2 3 CO Cl 2 CO Cl2 2 (2.12) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

53 Για να διατηρηθεί η θερμοδυναμική σταθερότητα: το α πρέπει να είναι 0, το β πρέπει να είναι 0,5 και το γ πρέπει να είναι ίσο με το 1. Ο Basis tab για την κινητική αντίδραση φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 2.10: Κινητική αντίδραση Basis Στο βασικό πίνακα, οι ακόλουθοι παράμετροι πρέπει να είναι καθορισμένοι: ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΙΣΟΔΟΣ Basis Base Component Reaction Phase ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Σκοπός της λίστας στο κελί είναι η επιλογή της βάσης για την αντίδραση. Εάν, για παράδειγμα, το όριο της εξίσωσης είναι μια λειτουργία των μερικών πιέσεων, επιλέγετε η μερική πίεση ως βάση. Μόνο ένα συστατικό το οποίο καταναλώθηκε στην αντίδραση (ένα αντιδραστήριο) πρέπει να καθοριστεί ως το βασικό συστατικό (δηλαδή, ένα προϊόν αντίδρασης ή ένα αδρανές συστατικό δεν είναι έγκυρη επιλογή). Χρησιμοποιείται το ίδιο συστατικό ως βασικό συστατικό για έναν αριθμό αντιδράσεων, και είναι αποδεκτό για το βασικό συστατικό μιας αντίδρασης η οποία είναι προϊόν άλλης αντίδρασης. Η φάση για οποιαδήποτε όρια κινητικών αντιδράσεων καθορίζετε. Διαφορετικά όρια κινητικών εξισώσεων για διαφορετικές φάσεις μπορούν να μοντελοποιηθούν στον ίδιο αντιδραστήρα. Πιθανές επιλογές για την φάση αντίδρασης, είναι διαθέσιμες στην λίστα: Σύνολο, Φάση Ατμών, Υγρή Φάση, Υδάτινη Φάση και Συνδυασμός Υγρού. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

54 ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΙΣΟΔΟΣ Minimum Temperature and Maximum Temperature Basis Unit Rate Unit ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εισάγονται οι ελάχιστες και οι μέγιστες θερμοκρασίες για τις οποίες η κανονική και η αντίστροφη αντίδραση των εξισώσεων Arrhenius είναι έγκυρη. Εάν η θερμοκρασία δεν παραμένει εντός αυτών των ορίων, ένα προειδοποιητικό μήνυμα εμφανίζεται κατά την διάρκεια της προσομοίωσης. Εισάγετε η κατάλληλη μονάδα για την βάση, ή δημιουργείτε μια επιλογή από την λίστα. Εισάγετε η κατάλληλη μονάδα για το όριο της αντίδρασης, ή δημιουργείτε μια επιλογή από την λίστα. Πίνακας 2.10: Καθορισμός παραμέτρων Στον πίνακα παραμέτρων, καθορίζονται οι κανονικές και οι αντίστροφες παράμετροι για τις εξισώσεις Arrhenius. Αυτοί οι παράμετροι χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό των κανονικών και αντίστροφων αντιδράσεων. Εικόνα 2.11: Κινητική αντίδραση Παράμετροι Οι σταθερές του ρυθμού αντίδρασης είναι μια συνάρτηση της θερμοκρασίας σύμφωνα με την ακόλουθη μορφή της εξίσωσης Arrhenius: k A exp (2.13) E RT Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

55 E' k' A' exp RT ' (2.14) όπου: k= η κανονική αντίδραση σταθερού ρυθμού k = η αντίστροφη αντίδραση σταθερού ρυθμού Α= ο παράγοντας συχνότητας κανονικής αντίδρασης Α = ο παράγοντας συχνότητας αντίστροφης αντίδρασης Ε= η ενέργεια ενεργοποίησης κανονικής αντίδρασης Ε = η ενέργεια ενεργοποίησης αντίστροφης αντίδρασης β= η κανονική αντίδραση σταθερού ρυθμού επέκτασης β = η αντίστροφη αντίδραση σταθερού ρυθμού επέκτασης R= η ιδανική σταθερά αερίων (αξίες και μονάδες που εξαρτώνται από τις μονάδες που επιλέγονται για την μοριακή ενθαλπία και για την θερμοκρασία) Τ= η απόλυτη θερμοκρασία Εάν ο συντελεστής Arrhenius, A είναι ίσος με το μηδέν, δεν υπάρχει αντίδραση. Εάν οι συντελεστές Arrhenius Ε και β είναι ίσοι με το μηδέν, το σταθερό όριο θεωρείται ότι είναι καθορισμένο από την αξία του συντελεστή Α για όλες τις θερμοκρασίες ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΤΕΡΟΓΕΝΟΥΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ Το Hysys παρέχει μια αντίδραση ετερογενούς κατάλυσης κινητικού μοντέλου που περιγράφει τα όρια των καταλυτικών αντιδράσεων συμπεριλαμβανομένης την στερεή κατάλυση. Το όριο της εξίσωσης εκφράζεται σε μια γενική μορφή σύμφωνα με το Yang και Hougen (1950): r kineticter m potentialt erm adsorptionterm (2.15) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

56 Εφόσον αυτοί οι τύποι των αντιδράσεων περιλαμβάνουν αντιδράσεις επιφάνειας μαζί με την προσρόφηση (και την εκρόφηση) των αντιδρώντων και των προϊόντων, τα αποτελέσματα των ορίων έκφρασης θα είναι ένας εξαρτώμενος δυνατός μηχανισμός. Σύμφωνα με την ακόλουθη απλή αντίδραση: aa bb cp Εξαρτώμενη από τον μηχανισμό αντίδρασης, η τιμή της αντίδρασης έκφρασης (αγνοώντας την αντίστροφη αντίδραση) θα μπορούσε να είναι: Langmuir-Hinshelwood Model: r k K A K K C K C K C 2 1 A A B B P P B C A C B (2.16) Eley-Rideal Model: r k K 1 K C B B B C ACB C K P P (2.17) Mars- van Krevelen Model: r 1 kc A n a / bk / k * C C A B (2.18) όπου: Κ*= το σταθερό ποσοστό απορρόφησης για το συστατικό * k = κανονική αντίδραση σταθερού ρυθμού k= αντίδραση σταθερού ρυθμού για την οξείδωση υδρογονανθράκων k*= αντίδραση σταθερού ρυθμού για την επιφανειακή επανοξείδωση Το Hysys έχει δώσει μια γενική μορφή, ως εξής, επιτρέπει δηλαδή στο χρήστη να κατασκευάσει στην φόρμα του ρυθμού έκφρασης που θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε. r k Reactan ts ai f Ci i1 1 M K k M k k 1 g1 r Pr oducts C j1 kg g C j j n (2.19) όπου: Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

57 k f και k r = οι σταθερές ρυθμού της κανονικής και του αντίστροφου κινητικού ρυθμού έκφρασης Κ= σταθερά του ρυθμού απορρόφησης Μ= ο αριθμός απορρόφησης των αντιδρώντων και των προϊόντων συν την απορρόφηση αδρανών ειδών Ο ρυθμός των σταθερών k, k, K f r k είναι στην μορφή Arrhenius. Απαιτείται να αποδειχθούν οι παράμετροι Arrhenius (προ εκθετικός συντελεστής Α και ενέργεια ενεργοποίησης Ε) για κάθε μια από αυτές τις σταθερές. Μπορεί να χρειαστεί μια ομάδα συντελεστών, για παράδειγμα στην εξίσωση (2.16), k f kk AK B. Πρέπει να υπάρχει προσοχή στην εισαγωγή σωστών τιμών στην εξίσωση Arrhenius. Επίσης, καμία από τις καθορισμένες τιμές δεν δίνεται για αυτούς τους συντελεστές. Η ετερογενής καταλυτική αντίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις μονάδες λειτουργιών CSTR και PFR του αντιδραστήρα. Ένα τυπικό σύνολο αντίδρασης μπορεί να περιλαμβάνει πολλαπλές παρουσίες της ετερογενούς καταλυτικής αντίδρασης. Όταν η ετερογενής καταλυτική αντίδραση επιλεχθεί, ακολουθεί ο παρακάτω πίνακας: Εικόνα 2.12: Αντίδραση ετερογενούς κατάλυσης Στοιχειομετρία Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

58 Για κάθε καταλυτική αντίδραση, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παρακάτω πληροφορίες: ΕΙΣΟΔΟΣ Reaction Name ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Παρέχεται ένα καθορισμένο όνομα, το οποίο μπορεί να αλλάζει. Components Stoichiometric Coefficient Πρέπει να καθοριστεί το ελάχιστο ενός αντιδραστηρίου και ενός προϊόντος για κάθε αντίδραση που περιλαμβάνετε. Ανοίγουμε την λίστα στο κελί για να αποκτήσουμε πρόσβαση σε όλα τα διαθέσιμα συστατικά. Το μοριακό βάρος κάθε συστατικού εμφανίζεται αυτόματα. Απαραίτητος για κάθε συστατικό στην αντίδραση. Ο στοιχειομετρικός συντελεστής είναι αρνητικός για ένα αντιδραστήριο και θετικός για ένα προϊόν και δεν πρέπει να είναι ακέραιος αριθμός, μόνο οι κλασματικοί συντελεστές είναι αποδεκτοί. Ορίζουμε τον συντελεστή για ένα αδρανές συστατικό ως μηδέν, ο οποίος σε αυτήν την περίπτωση είναι ίδιος καθώς δεν περιλαμβάνετε το συστατικό στην λίστα. Πίνακας 2.11: Πληροφορίες για την καταλυτική αντίδραση Ο Basis tab για μια καταλυτική αντίδραση φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 2.13: Αντίδραση ετερογενούς κατάλυσης Basis Στον Basis tab, προσδιορίζονται οι παρακάτω παράμετροι: ΕΙΣΟΔΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Basis Ανοίγουμε την λίστα επιλέγοντας την Basis για την αντίδραση. Για παράδειγμα, επιλέγουμε την μερική πίεση ή την γραμμομοριακή συμπύκνωση ως βάση. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

59 ΕΙΣΟΔΟΣ Base Component Reaction Phase Minimum Temperature and Maximum Temperature Basis Unit Rate Unit ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Μόνο ένα συστατικό το οποίο καταναλώνεται στην αντίδραση (ένα αντιδραστήριο) μπορεί να οριστεί ως το βασικό συστατικό (δηλαδή, μια αντίδραση προϊόντος ή ένα αδρανές συστατικό δεν είναι έγκυρη επιλογή). Χρησιμοποιείται το ίδιο συστατικό ως βασικό συστατικό για έναν αριθμό από αντιδράσεις, και αυτό είναι αποδεκτό για το βασικό συστατικό μιας αντίδρασης που είναι προϊόν μιας άλλης αντίδρασης. Η φάση για την οποία ισχύουν οι κινητικές. Διαφορετικές κινητικές για διαφορετικές φάσεις μπορούν να τροποποιηθούν στον ίδιο αντιδραστήρα. Πιθανές επιλογές για την αντίδραση φάσης (διαθέσιμες στην κάτω λίστα) είναι η Συνολική, η Φάση Ατμού, η Υγρή Φάση, η Υδάτινη Φάση και σε Συνδυασμό Υγρού. Εισάγονται οι ελάχιστες και οι μέγιστες θερμοκρασίες για τις οποίες η κανονική και η αντίστροφη αντίδραση των εξισώσεων Arrhenius είναι έγκυρες. Εάν η θερμοκρασία δεν παραμείνει σε αυτά τα όρια, ένα προειδοποιητικό μήνυμα εμφανίζεται κατά την διάρκεια της προσομοίωσης. Εισάγουμε τις κατάλληλες μονάδες για την βάση ή δημιουργούμε μια επιλογή από την λίστα Εισάγουμε τις κατάλληλες μονάδες για τον ρυθμό της αντίδρασης ή δημιουργούμε μια επιλογή από την λίστα. Πίνακας 2.12: Παράμετροι του βασικού πίνακα Ο πίνακας αρίθμησης καθορίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως μια τυπική κινητική αντίδραση στο Hysys. Ο πίνακας αρίθμησης φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 2.14: Αντίδραση ετερογενούς κατάλυση Αρίθμηση Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

60 Πρέπει να παρέχονται οι κανονικοί και οι αντίστροφοι παράμετροι στην έκταση της εξίσωσης Arrhenius. Οι σταθεροί ρυθμοί της κανονικής και αντίστροφης αντίδρασης υπολογίζονται για αυτές τις τιμές. Επιπλέον οι σταθερές ρυθμού, πρέπει να καθοριστούν με την σειρά της αντίδρασης για τα διάφορα συστατικά τόσο για τις κανονικές όσο και για τις αντίστροφες αντιδράσεις. Αυτό γίνεται από την επιλογή του πεδίου συστατικών της κυτταρικής μήτρας, και επιλέγοντας το κατάλληλο συστατικό από την λίστα, εισάγουμε τις τιμές για τις κανονικές και αντίστροφες εντολές. Όταν καθορίζονται οι κανονικές και οι αντίστροφες εντολές είναι σημαντικό να διατηρηθεί η θερμοδυναμική σταθερότητα. Ο Denominator tab για μια καταλυτική αντίδραση φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 2.15: Αντίδραση ετερογενούς κατάλυσης Παρανομαστής Ο πίνακας παρανομαστών περιέχει συστατικά εκθετών στα οποία κάθε γραμμή αντιπροσωπεύει έναν όρο του παρανομαστή. Οι στήλες Α και Ε είναι για τον προ-εκθετικό παράγοντα και της ενέργειας ενεργοποίησης, αντίστοιχα για τον όρο προσρόφησης (Κ). M 1 K M k k1 g1 C g kg n (2.20) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

61 Οι στήλες που παραμένουν χρησιμοποιούνται για να προσδιοριστούν οι εκθέτες kg των συστατικών απορρόφησης C g. Προκειμένου να προστεθεί ένας όρος για τον παρανομαστή της κινητικής έκφρασης, πρέπει να ενεργοποιηθεί η σειρά της μήτρας που περιέχει το μήνυμα «κενό» και να προσθέσουμε τις σχετικές τιμές της εξίσωσης. Το κουμπί διαγραφή όρου παρέχεται για να διαγραφεί η επιλεγμένη γραμμή (ή ο αντίστοιχος όρος) στην μήτρα. Ο εκθέτης n) καθορίζεται στο πεδίο εκθέτης παρανομαστών ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΑΠΛΗΣ ΑΝΑΛΟΓΙΑΣ Η αντίδραση απλής αναλογίας είναι παρόμοια με αυτό της κινητικής αντίδρασης, εκτός του ότι η αντίστροφη αντίδραση του ρυθμού έκφρασης προέρχεται από τα δεδομένα ισορροπίας. Όταν η απλή αναλογία της αντίδρασης επιλεχθεί εμφανίζεται ο παρακάτω πίνακας: Εικόνα 2.16: Αντίδραση Απλής Αναλογίας Στοιχειομετρία Για κάθε αντίδραση παρέχονται οι παρακάτω πληροφορίες: ΠΕΔΙΟ Reaction Name ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Ένα καθορισμένο όνομα παρέχεται, το οποίο μπορεί να αλλάζει. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

62 ΠΕΔΙΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Components Stoichiometric Coefficient Πίνακας 2.13: Πληροφορίες της αντίδρασης απλής αναλογίας Πρέπει να καθορίσουμε το ελάχιστο από ένα αντιδραστήριο και από ένα προϊόν για κάθε αντίδραση που περιλαμβάνεται. Ανοίγουμε την κάτω λίστα ώστε να υπάρχει πρόσβαση σε όλα τα διαθέσιμα συστατικά. Το μοριακό βάρος κάθε συστατικού εμφανίζεται αυτόματα. Απαραίτητο για κάθε συστατικό στην αντίδραση. Ο στοιχειομετρικός συντελεστής είναι αρνητικός για ένα αντιδραστήριο και θετικό για ένα προϊόν και δεν πρέπει να είναι ακέραιος αριθμός, μόνο οι κλασματικοί συντελεστές είναι αποδεκτοί. Πρέπει να καθορίσουμε έναν συντελεστή για ένα αδρανές συστατικό ως 0, ο οποίος σε αυτήν την περίπτωση είναι ο ίδιος καθώς δεν περιλαμβάνεται το συστατικό στην λίστα. Ο Basis tab για το όριο της αντίδρασης φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 2.17: Κινητική αντίδραση Basis Στον βασικό πίνακα, καθορίζονται οι παρακάτω παράμετροι: ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ Basis ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Ανοίγει η λίστα για την επιλογή της βάσης για την αντίδραση. Για παράδειγμα, επιλέγετε η μερική πίεση ή η γραμμομοριακή συμπύκνωση ως βάση. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

63 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ Base Component Reaction Phase Minimum Temperature and Maximum Temperature Basis Unit Rate Unit ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Μόνο ένα συστατικό το οποίο καταναλώνεται στην αντίδραση (ένα αντιδραστήριο) μπορεί να οριστεί ως το βασικό συστατικό (δηλαδή, μια αντίδραση προϊόντος ή ένα αδρανές συστατικό δεν είναι έγκυρη επιλογή). Χρησιμοποιείται το ίδιο συστατικό ως βασικό συστατικό για έναν αριθμό από αντιδράσεις, και αυτό είναι αποδεκτό για το βασικό συστατικό μιας αντίδρασης που είναι προϊόν μιας άλλης αντίδρασης. Η φάση για οποιαδήποτε κινητική εξίσωση εφαρμόζεται. Διαφορετικές κινητικές εξισώσεις για διαφορετικές φάσεις μπορούν να τροποποιηθούν στον ίδιο αντιδραστήρα. Πιθανές επιλογές για την φάση της αντίδρασης, είναι διαθέσιμες στην λίστα: η Ολική, η Φάση Ατμών, η Υγρή Φάση, η Υδάτινη Φάση, και ο Συνδυασμός Υγρού. Εισάγουμε την ελάχιστη και την μέγιστη θερμοκρασία για οποιαδήποτε κανονική και αντίστροφη αντίδραση των εξισώσεων Arrhenius είναι έγκυρη. Εάν η θερμοκρασία δεν παραμείνει εντός αυτών των ορίων, ένα προειδοποιητικό μήνυμα εμφανίζεται κατά την διάρκεια της προσομοίωσης. Εισάγουμε τις κατάλληλες μονάδες για την βάση, ή δημιουργούμε μια επιλογή από την λίστα. Εισάγουμε τις κατάλληλες μονάδες για τον ρυθμό της αντίδρασης, ή δημιουργούμε μια επιλογή από την κάτω λίστα. Πίνακας 2.14: Παράμετροι του βασικού πίνακα Ο πίνακας παραμέτρων για την αναλογία της αντίδρασης φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 2.18: Αντίδραση Απλής Αναλογίας Παράμετροι Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

64 Οι σταθερές ρυθμού της κανονικής αντίδρασης είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας σύμφωνα με την ακόλουθη μορφή της εξίσωσης Arrhenius: k A exp E RT T (2.21) όπου: k= η σταθερά ρυθμού της κανονικής αντίδρασης Α= ο παράγοντας συχνότητας της κανονικής αντίδρασης Ε= η ενέργεια ενεργοποίησης της κανονικής αντίδρασης β= ο σταθερός ρυθμός της εκτεταμένης κανονικής αντίδρασης R= η Ιδανική Σταθερά Αερίων Τ= Απόλυτη Θερμοκρασία Εάν ο συντελεστής Arrhenius A είναι ίσος με το μηδέν, δεν υπάρχει αντίδραση. Εάν οι συντελεστές Arrhenius Ε και β είναι ίσοι με το μηδέν, το σταθερό όριο θεωρείται ότι είναι καθορισμένο από την αξία του συντελεστή Α για όλες τις θερμοκρασίες. Η αντίστροφη σταθερά ισορροπίας K θεωρείται ότι είναι συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας: B' ln K ' A' C'ln T T D' T (2.22) όπου: Α, Β, C, D = οι αντίστροφες σταθερές ισορροπίας Θα πρέπει να παρέχετε τουλάχιστον μια από τις τέσσερις αντίστροφες σταθερές ισορροπίας. 2.4 REACTION SETS Όλες οι αντιδράσεις συνόλων δημιουργήθηκαν εντός του διαχειριστή αντίδρασης και έγιναν διαθέσιμες για την σύνδεση των λειτουργιών του αντιδραστήρα στο διάγραμμα ροής. Μπορεί να υπάρχουν και αντιδράσεις Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

65 ισορροπίας και κινητικές αντιδράσεις εντός μιας ελεύθερης αντίδρασης συνόλου, αλλά θα πρέπει να υπάρχει μια ξεχωριστή αντίδραση συνόλου για τις αντιδράσεις μετατροπής. Το Hysys παρέχει το Global Rxn Set, το οποίο περιέχει όλες τις συμβατές αντιδράσεις που έχουν οριστεί. Εάν προστεθούν μόνο οι κινητικές αντιδράσεις και οι αντιδράσεις ισορροπίας ή αποκλειστικά οι αντιδράσεις μετατροπής, τότε όλες οι αντιδράσεις είναι ενεργές εντός του Global Rxn Set. Ωστόσο, εάν προστεθεί ένα μη συμβατό μείγμα αντιδράσεων (δηλαδή, μετατροπής και κινητικό), μόνο ο τύπος των αντιδράσεων ο οποίος είναι συμβατός με την πρώτη εγκατεστημένη αντίδραση είναι ενεργή στο Global Rxn Set. Η ίδια αντίδραση μπορεί να είναι ενεργή και στην πολλαπλή αντίδραση συνόλων ενώ ένα καινούργιο σύνολο μπορεί να προστεθεί από τον διαχειριστή αντίδρασης επιλέγοντας το κουμπί Add Set ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΣ ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΩΝ Όλοι οι χειρισμοί της αντίδρασης συνόλου διεξάγονται στην ομάδα αντίδρασης συνόλων στον πίνακα αντιδράσεων του βασικού διαχειριστή. Τα ακόλουθα είναι διαθέσιμα στην ομάδα αντίδραση συνόλων της αντίδρασης συνόλων χειρισμού: ΚΟΥΜΠΙ View Set Add Set Delete Set Copy Set Import Set Export Set ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εμφανίζει την προβολή για την επιλεγμένη αντίδραση συνόλου. Προστίθεται μια αντίδραση συνόλου στην λίστα της αντίδρασης συνόλων και ανοίγει το συγκεκριμένο φύλλο. Αφαίρεση της επισυναπτόμενης αντίδρασης συνόλου από τον διαχειριστή αντίδρασης. Πρέπει να επιβεβαιωθεί η ενέργεια της διαγραφής μιας αντίδρασης συνόλου. Αντιγραφή δύο φορές την επισυναπτόμενη αντίδραση συνόλου. Ανοίγετε η αντίδραση συνόλου από τον δίσκο στο τρέχον ζήτημα. Αποθήκευση της αντίδρασης συνόλου στον δίσκο για να χρησιμοποιηθεί σε ένα άλλο ζήτημα. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

66 ΚΟΥΜΠΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Add to FP Πίνακας 2.15: Χειρισμός αντίδρασης συνόλου REACTION SET VIEW Πρόσβαση στην προσθήκη «όνομα αντίδρασης» από την οποία συνδέετε η επισυναπτόμενη αντίδραση συνόλου στο πακέτο υγρού. Αυτό το κουμπί είναι διαθέσιμο μόνο όταν μια αντίδραση συνόλου είναι επισυναπτόμενη στην ομάδα αντίδρασης συνόλων. Όταν προστεθεί ένα καινούργιο σύνολο ή ένα ήδη υπάρχων, η αντίδραση συνόλου φαίνεται παρακάτω. Εικόνα 2.19: Αντίδραση συνόλου Ο ακόλουθος πίνακας περιγράφει τα χαρακτηριστικά που περιέχονται σε αυτήν την προβολή: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Name Set Type ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Παρέχεται ένα προεπιλεγμένο όνομα της αντίδρασης συνόλου, το οποίο μπορεί να αλλάξει. Το Hysys προσδιορίζει τον τύπο συνόλου από τους τύπους της αντίδρασης στην ενεργή λίστα. Αυτό το πεδίο δεν μπορεί να τροποποιηθεί. Οι τύποι της αντίδρασης συνόλου είναι : μετατροπής, κινητικοί, ισορροπίας και ανομοιογενής. Ένας ανομοιογενής τύπος συνόλου αντιστοιχεί σε μια αντίδραση συνόλου που περιέχει και κινητικές και ισορροπημένες αντιδράσεις. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

67 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Solver Method Active List Inactive List Operations Attached Πίνακας 2.16: Χαρακτηριστικά της αντίδρασης συνόλου Η μέθοδος λύσης είναι διαθέσιμη όταν ασχολείται με κινητικά σύνολα αντιδράσεων. Αρκετοί μέθοδοι λύσης είναι διαθέσιμοι από την κάτω λίστα και εξηγούνται παρακάτω: Προκαθορισμένη: H αντίδραση λύσης επιχειρεί να υπολογίσει την επίλυση χρησιμοποιώντας την μέθοδο του Νεύτωνα. Εάν η μέθοδος αυτή δεν επιτύχει, τότε χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι επαναλαμβανόμενο ρυθμού και ενσωματωμένου ρυθμού. Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι καλύτερο να χρησιμοποιηθεί η προκαθορισμένη μέθοδος λύσης. Μέθοδος Νεύτωνα: Αυτή η μέθοδος συγκλίνει συνήθως λαμβάνοντας την παράγωγο της συνάρτησης χρησιμοποιώντας τις τρέχουσες εκτιμήσεις και χρησιμοποιεί αυτά τα αποτελέσματα ώστε να εξασφαλιστούν νέοι υπολογισμοί. Επαναλαμβανόμενο Ποσοστό: Αυτή η μέθοδος είναι μια επιμέρους μέθοδος του Νεύτωνα και υποθέτει ότι τα εκτός διαγώνια στοιχεία της μήτρας Jacobian είναι ίσα με το μηδέν. Η μέθοδος επαναλαμβανόμενου ποσοστού λειτουργεί καλύτερα όταν υπάρχει μια μικρή αλληλεπίδραση μεταξύ των αντιδράσεων. Ολοκληρωμένο Ποσοστό: Αυτή η μέθοδος ενσωματώνει την αντίδραση των εξισώσεων μέχρι την στιγμή που τα παράγωγα της αντίδρασης να είναι μηδέν. Η μέθοδος είναι σταθερή, αλλά αργή. Αυτόματη Επιλογή: Αυτή η μέθοδος λειτουργεί όπως η προκαθορισμένη. Οι αντιδράσεις πρέπει να προστίθενται στην ενεργή λίστα τοποθετώντας τον κέρσορα στην στήλη της ενεργής λίστας και επιλέγοντας την υπάρχουσα αντίδραση από την κάτω λίστα. Επίσης, το όνομα του τύπου της υπάρχουσας αντίδρασης μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας στο κελί το οποίο θα εμφανίζεται ως «κενό». Ανοίγουμε την καρτέλα για οποιαδήποτε αντίδραση στην ενεργή λίστα αναδεικνύοντας και πατώντας το κουμπί View Active. Εναλλακτικά, πληκτρολογούμε δυο φορές πάνω στην αντίδραση για να εμφανιστεί. Μια αντίδραση στην ενεργή λίστα μπορεί να μεταφερθεί στην ανενεργή λίστα επιλέγοντας και πατώντας το κουμπί Make Inactive. Οι υπάρχουσες αντιδράσεις πρέπει να προστεθούν στην ανενεργή λίστα τοποθετώντας τον κέρσορα στην στήλη της ανενεργής λίστας και επιλέγοντας μια αντίδραση από την κάτω λίστα. Μπορούμε να αποκτήσουμε πρόσβαση σε οποιαδήποτε αντίδραση στην ανενεργή λίστα αναδεικνύοντας και πατώντας το κουμπί View Inactive. Μια αντίδραση στην ανενεργή λίστα μπορεί να μεταφερθεί στην ενεργή λίστα επιλέγοντας και πατώντας το κουμπί Make Αctive. Εάν η αντίδραση δεν είναι εξαρτώμενη από άλλες αντιδράσεις στην ενεργή λίστα, ένα προειδοποιητικό μήνυμα εμφανίζεται και η αντίδραση παραμένει στην ανενεργή λίστα. Όλες οι λειτουργίες οι οποίες επισυνάπτονται στο σύνολο αντίδρασης περιλαμβάνονται στην στήλη. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

68 Επιλέγοντας το κουμπί Advanced, μπορούμε να δούμε τις επιλογές της σύνθετης αντίδρασης. Εικόνα 2.20: Αναλυτική Μετατόπιση συνόλου Στο πλαίσιο της ομάδας των παραμέτρων διατήρησης όγκου, είναι διαθέσιμες οι ακόλουθες επιλογές: ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Volume Continuation Initial Volume Fraction Number of Steps ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Για πολλές περιπτώσεις, δεν είναι απαραίτητο να επιλέξουμε αυτή την επιλογή. Σε περιπτώσεις στις οποίες η σύγκλιση δεν είναι εύκολο να επιτύχει (δηλαδή, υψηλοί ρυθμοί αντίδρασης), ελέγχουμε την διατήρηση του όγκου στο πλαίσιο ελέγχου ώστε το Hysys να φτάσει πιο εύκολα στη λύση. Για τους υπολογισμούς του όγκου διατήρησης τα κεκλιμένα επίπεδα του Hysys ο όγκος ξεκινάει από το αρχικό κλάσμα όγκου στο τελικό κλάσμα όγκου στον καθορισμένο αριθμό βημάτων. Για κάθε διαδοχικό βήμα, η προηγούμενη επίλυση χρησιμοποιείται ως αρχική εκτίμηση για το επόμενο βήμα. Η καθορισμένη τιμή είναι e 06. Αυτό είναι ένα κλάσμα όγκου κατά την έναρξη των υπολογισμών. Η καθορισμένη τιμή είναι 10. Εάν η επίλυση δεν συγκλίνει, αυξάνεται αυτή η τιμή και εκτελούμε ξανά την προσομοίωση. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

69 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Current Parm Value ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το πεδίο αυτό εμφανίζει την τρέχουσα τιμή της παραμέτρου. Current Step Number Trace Level Prev Solution as Estimate Use ISO and Adia Temp as Adia Est Πίνακας 2.17: Επιλογές παραμέτρων διατήρησης όγκου Οι παράμετροι εντός της ομάδας Το πεδίο αυτό εμφανίζει τον τρέχον αριθμό του βήματος. Παρέχει ένα ίχνος εξόδου των υπολογισμών στο Trace Window. O εντοπισμός της αξίας του επιπέδου αντιστοιχεί στο επίπεδο λεπτομέρειας το οποίο βλέπουμε στο Trace Window. Τα όρια είναι περιορισμένα 0, 1, 2, ή 3. Είναι απαραίτητο να δημιουργήσουμε μια αρχική πρόβλεψη των συνθέσεων εξόδου για να ληφθεί η σωστή επίλυση. Ελέγχουμε το πλαίσιο εάν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε την προηγούμενη επίλυση ως αρχική. Αυτό δεν ισχύει για την αντίδραση μετατροπής, εφόσον η συγκεκριμένη μετατροπή καθορίζει τις συνθέσεις εξόδου. Εάν υπολογίσουμε μια ροή θερμότητας δίνουμε μια καθορισμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια χρησιμοποιούμε αυτή την ροή ως καθορισμένη (διαγραφή των προδιαγραφών θερμοκρασίας), το Hysys χρησιμοποιεί τον προηγούμενο υπολογισμό θερμοκρασίας ως μια εκτίμηση για έναν αδιαβατικό υπολογισμό εκτίμησης παραμέτρων πρώτης γενιάς χρησιμοποιούνται με αντιδράσεις που έχουν υψηλό βαθμό αλληλεπίδρασης. Επίσης, αυτές οι παράμετροι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώστε να δοθεί κάποια ενίσχυση στην απόκτηση της τελικής επίλυσης όταν η λειτουργία του αντιδραστήρα αποτύχει ή όταν θα υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός συστατικών και αντιδράσεων. Οι παράμετροι περιγράφονται παρακάτω: ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Damping Factor Tolerance Maximum Iterations Πίνακας 2.18: Παράμετροι υψηλού βαθμού αλληλεπίδρασης Η καθορισμένη τιμή είναι 1.0, υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει απόσβεση, η τομή αυτή αλλάζει. Με χαμηλότερο συντελεστή απόσβεσης το Hysys χρησιμοποιεί λιγότερα βήματα (αργά και σταθερά) που συγκλίνουν προς την επίλυση. Αυτό είναι το σύνολο ανεκτικότητας για την εκτίμηση της παραγωγής. Από προεπιλογή, αυτό το σύνολο έχει οριστεί στο και αυτή την τιμή μπορούμε να την αλλάξουμε. Μέγιστο αριθμό επαναλήψεων χρησιμοποιεί το Hysys παρόλα αυτά δεν υπάρχει καθορισμένη τιμή και έτσι μπορούμε να ορίσουμε όποια τιμή είναι επιθυμητή. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

70 Η ομάδα επιλογής της αντίδρασης επίλυσης επιτρέπει να οριστεί ο αριθμός των επαναλήψεων και η ανεκτικότητα του επιπέδου. Η επιλογή εξαρτάται από το όριο της λειτουργίας του αντιδραστήρα ο οποίος χρησιμοποιείται στην αντίδραση συνόλου. Για παράδειγμα, όταν η λειτουργία ενός αντιδραστήρα χρησιμοποιηθεί για τον καθορισμό της θερμοκρασίας εξόδου, ο αριθμός των επαναλήψεων και η ανεκτικότητα του επιπέδου χρησιμοποιούνται στην αντίδραση επίλυσης. ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Max Number of Iteration Tolerance Καθορίζεται ο έλεγχος του μέγιστου αριθμού επαναλήψεων προτού η αντίδραση επίλυσης σταματήσει να ψάχνει για άλλη λύση. Η καθορισμένη τιμή είναι 200. Το καθορισμένο επίπεδο ανεκτικότητας είναι το σχετικό σφάλμα ανάμεσα στην εξίσωση του ενεργειακού ισοζυγίου και στην υπολογισμένη τιμή από την αντίδραση επίλυσης της επανάληψης. Η καθορισμένη τιμή είναι Πίνακας 2.19: Αριθμός επαναλήψεων και η ανεκτικότητα του επιπέδου της αντίδρασης Το κουμπί της ταξινόμησης είναι ορατό μόνο όταν ο τύπος της αντίδρασης συνόλου είναι ο τύπος μετατροπής. Η επιλογή αυτή χειρίζεται αυτόματα τις περισσότερες καταστάσεις όταν οι αντιδράσεις είναι διαδοχικές: Α Β B C C D Rxn 1 Rxn 2 Rxn 3 επιτρέποντας σε τρείς αντιδράσεις να τροποποιηθούν στον ελεύθερο αντιδραστήρα. Ωστόσο, σε καταστάσεις που υπάρχουν ανταγωνιστικές αντιδράσεις: Α + Β C B + D E Rxn 4 Rxn 5 Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας παράγοντας ταξινόμησης για να καθορίσει ποια τιμή θα μετατραπεί πρώτη. Για παράδειγμα, εάν η Rxn 4 ήταν πρώτη στην κατάταξη, η μετατροπή για την Rxn 5 θα ήταν προσαρμοσμένη μόνο Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

71 στο ποσό του συστατικού Β που παραμένει μετά από το τελείωμα της Rxn 4 που καθορίζει η μετατροπή. Το Hysys προσδιορίζει τις ταξινομήσεις σε πολλαπλές αντιδράσεις μετατροπής εξετάζοντας τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα. Για παράδειγμα, μπορούμε να έχουμε ένα σύνολο αντίδρασης το οποίο περιέχει: 1. CH 2. CH 3. CH H O CO 3H 2 2H O CO 2O 2 2 CO H 2H 2 2 O Το Hysys ενημερώνει ότι ένα προϊόν της αντίδρασης 3, H 2 O, χρησιμοποιείται ως ένα αντιδραστήριο στις αντιδράσεις 1 και 2. Δεδομένου ότι το H 2 O μπορεί να μην είναι διαθέσιμο έως ότου η αντίδραση 3 να έχει εμφανιστεί, αποδίδεται μια τάξη από το μηδέν και οι άλλες αντιδράσεις δίνουν την καθορισμένη κατάταξη από το 1. Η σύσταση της τροφοδοσίας δεν λαμβάνεται υπόψη, καθώς η ταξινόμηση της αντίδρασης αποδίδεται πριν την είσοδο της στο περιβάλλον. Εικόνα 2.21: Αντίδραση ταξινόμησης Για να καθοριστεί η ταξινόμηση, θα πρέπει να γίνει από την αντίδραση ταξινόμησης η οποία περιέχει τα ακόλουθα πεδία: ANTIKEIMENO Reaction ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Αυτή η στήλη δείχνει όλες τις αντιδράσεις που θα ταξινομηθούν. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

72 ANTIKEIMENO Rank Rank User Specified Πίνακας 2.20: Ταξινόμηση αντίδρασης ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δείχνει την κατάταξη για κάθε αντίδραση, η οποία είναι μια ακέραια τιμή. Η ελάχιστη τιμή είναι το μηδέν και η μέγιστη είναι ίση με τον αριθμό των αντιδράσεων ταξινόμησης. και οι δυο μέθοδοι δίνουν τα ίδια αποτελέσματα. Όταν ταξινομηθούν τρείς διαδοχικές αντιδράσεις, πρέπει να τις κατατάξουμε στις ή 1-2-3, και οι δυο μέθοδοι δίνουν τα ίδια αποτελέσματα. Επίσης, έχουμε την δυνατότητα να παραμελήσουμε τις καθορισμένες τιμές μέσω των καινούργιων τιμών στα κατάλληλα κελιά Εάν καθοριστεί η κατάταξη της αντίδρασης, αυτό το πλαίσιο ελέγχεται. Τα κουμπιά στο κάτω μέρος της αντίδρασης ταξινόμησης έχουν τις ακόλουθες λειτουργίες: ΚΟΥΜΠΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Cancel Reset Accept Πίνακας 2.21: Λειτουργίες για την ταξινόμηση της αντίδρασης Κλείνει την προβολή χωρίς να αποδεχτεί καμία αλλαγή που ήταν να πραγματοποιηθεί. Επαναφέρει την αντίδραση ταξινόμησης εσωτερικά. Κλείνει τις προβολές και αποδέχεται τις αλλαγές που ήταν να πραγματοποιηθούν ΕΞΑΓΩΓΗ / ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ Όταν μια αντίδραση συνόλου προσαρμοστεί με αντιδράσεις, μπορεί να εξαχθεί σε ένα αρχείο. Η ίδια αντίδραση συνόλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια άλλη προσομοίωση από την εισαγωγή ενός φακέλου και συνδέοντας το με το πακέτο ρευστού. Στη συνέχεια, επιλέγουμε μια αντίδραση συνόλου από την ομάδα αντίδρασης συνόλων του διαχειριστή αντίδρασης και επιλέγουμε το κουμπί Export Set. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

73 Εικόνα 2.22: Φάκελος επιλογής για την εξαγωγή της αντίδρασης συνόλου Επιλέγετε μια διαδρομή του αρχείου (η προεπιλογή είναι συνήθως ικανοποιητική) και εισάγετε ένα όνομα για τον φάκελο με προέκταση *.rst. Πληκτρολογούμε το κουμπί Save για να εξαχτεί η αντίδραση συνόλου από τον φάκελο. Το κουμπί εισαγόμενου συνόλου επιτρέπει να εισάγουμε μια εξαγόμενη αντίδραση συνόλου μέσα σε μια προσομοίωση. Στη συνέχεια, επιλέγετε ο φάκελος της αντίδρασης συνόλου (με προέκταση *.rst) από την λίστα και επιλέγετε το κουμπί Open. Τέλος, αν ο φάκελος δεν είναι στην λίστα μια εναλλακτική πορεία του αρχείου μπορεί να χρειαστεί ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ ΣΤΟ ΠΑΚΕΤΟ ΡΕΥΣΤΟΥ Δημιουργείτε μια αντίδραση συνόλου διαθέσιμη μέσα στο διάγραμμα ροής, η οποία πρέπει να επισυναφθεί στο υγρό πακέτο το οποίο συνδέεται με το διάγραμμα ροής. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

74 Εικόνα 2.23: Προσθήκη συνόλου Έπειτα, επισημαίνετε μια αντίδραση συνόλου από την ομάδα αντίδρασης συνόλων του διαχειριστή αντίδρασης και πληκτρολογούμε το κουμπί Add. H προσθήκη Reaction Set Name εμφανίζεται, εφόσον επισυναφθεί το πακέτο ρευστού και επιλέγοντας το κουμπί Add Set στο πακέτο ρευστού ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΤΟ ΔΟΜΗΜΕΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Όταν βρισκόμαστε στο εσωτερικό της στήλης του περιβάλλοντος υπάρχει πρόσβαση στο πακέτο της αντίδρασης χωρίς να χρειάζεται επιστροφή στο πακέτο ρευστού. Σύμφωνα με το διάγραμμα ροής στο κύριο μενού, επιλέγετε το πακέτο αντίδρασης. Όταν μια αντίδραση συνόλου συνδεθεί με μια μονάδα λειτουργίας, έχουμε πρόσβαση στην προβολή της αντίδρασης συνόλου ή στις προβολές για τις σχετικές αντιδράσεις απευθείας από την προβολή της λειτουργίας. Κάποιες από τις λειτουργίες της μονάδας υποστηρίζουν αντιδράσεις που περιλαμβάνονται στη λειτουργία του αντιδραστήρα (μετατροπή, ισορροπία, ή κινητική) στο διάγραμμα ροής (PFR), στον διαχωριστήρα και στη στήλη. 2.5 ΓΕΝΙΚΕΥΜΕΝΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ Οι ακόλουθες διαδικασίες περιγράφουν τα βασικά βήματα για την δημιουργία μιας αντίδρασης, την δημιουργία μιας αντίδρασης συνόλου, προσθέτοντας την αντίδραση στην αντίδραση συνόλου και καθιστώντας διαθέσιμο το σύνολο στο διάγραμμα ροής. Γίνεται αναφορά στην προβολή του πακέτου αντίδρασης, το Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

75 οποίο παρουσιάζεται στον Πίνακα 2.1, όπως ακολουθείτε παρακάτω: 1. Επιλέγετε το πακέτο αντίδρασης στο πλαίσιο του διαγράμματος ροής στη γραμμή του μενού. 2. Στην προβολή του πακέτου αντίδρασης, πληκτρολογούμε το κουμπί Add Rxn για να δημιουργηθεί μια καινούργια αντίδραση. 3. Οι προβολές των αντιδράσεων εμφανίζονται, από τις οποίες επιλέγουμε τον τύπο της αντίδρασης που θα δημιουργηθεί. Επιλέγετε ο τύπος της αντίδρασης και πληκτρολογούμε το κουμπί Add Reaction. 4. Η ιδιότητα για τον τύπο της αντίδρασης που επιλέχθηκε εμφανίζεται και ολοκληρώνετε η είσοδος για την αντίδραση μέχρι να εμφανιστεί το μήνυμα Ready. Εικόνα 2.24: Αντίδραση μετατροπής Στοιχειομετρία 5. Στην προβολή του πακέτου αντίδρασης, πληκτρολογούμε το κουμπί New Set για να δημιουργηθεί μια αντίδραση συνόλου. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

76 Εικόνα 2.25: Αντίδραση συνόλου 6. Εάν είναι επιθυμητό, αλλάζει το όνομα της αντίδρασης συνόλου για τον καλύτερο προσδιορισμό της. 7. Για να συνδεθεί η νέα αντίδραση στην αντίδραση συνόλου, τοποθετείτε ο κέρσορας στο κελί «empty» της στήλης Active List. Ανοίγει η λίστα και επιλέγετε μια αντίδραση. Η αντίδραση καθίσταται συνδεδεμένη στο σύνολο της αντίδρασης, όπως αναφέρεται από το πλαίσιο ελέγχου στην στήλη ΟΚ. 8. Πληκτρολογούμε το κουμπί Close στο σύνολο της αντίδρασης. 9. Στην ομάδα Available Reaction Set του πακέτου αντίδρασης, επισημαίνετε το όνομα της νέας αντίδρασης συνόλου. Παρατηρείτε ότι η συνημμένη αντίδραση είναι στη λίστα της ομάδας Associated Reactions. 10. Πληκτρολογούμε το κουμπί Add Set για να δημιουργηθεί μια αντίδραση συνόλου, και έτσι η αντίδραση είναι διαθέσιμη στις λειτουργίες της μονάδας στο διάγραμμα ροής. Η νέα αντίδραση συνόλου εμφανίζεται στην ομάδα Current Reaction Sets. 2.6 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Οι ακόλουθες διαδικασίες δείχνουν τα λιγότερα βήματα που απαιτούνται για: Την προσθήκη συστατικών στο διαχειριστή αντίδρασης. Την δημιουργία μιας αντίδρασης. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

77 Την προσθήκη μιας αντίδρασης στην αντίδραση συνόλου. Την προσάρτηση της αντίδρασης στο πακέτου υγρού ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΣΤΟΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Θεωρείται ότι μια New Case δημιουργείται και εγκαθίσταται ένα πακέτο ρευστού. 1. Εντός του πακέτου ρευστού, επιλέγετε πακέτο Peng Robinson. 2. Εντός της λίστας συστατικού, επιλέγεται το ακόλουθο σύνολο συστατικών:, O και 2 CO, CO2, H 2, 2 CH Μεταβαίνουμε στην καρτέλα αντιδράσεων της προσομοίωσης του βασικού διαχειριστή, και τα επιλεγμένα συστατικά είναι παρόντα στην ομάδα Rxn Components ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ 1. Εγκαθίσταται μια αντίδραση και πληκτρολογούμε το κουμπί Add Rxn. 2. Από την προβολή αντιδράσεων επισημαίνετε ο τύπος της αντίδρασης μετατροπής και πληκτρολογούμε το κουμπί Add Reaction. 3. Στον πίνακα στοιχειομετρίας επιλέγετε η πρώτη σειρά του συστατικού της στήλης. 4. Επιλέγουμε το μεθάνιο από την κάτω λίστα, το μοριακό βάρος της στήλης παρέχει το μοριακό βάρος του μεθανίου. 5. Στο πεδίο του στοιχειομετρικού συντελεστή εισάγουμε την τιμή -3 (δηλαδή, καταναλώνονται 3 mol μεθανίου). 6. Καθορίζουμε το υπόλοιπο από τον πίνακα στοιχειομετρίας, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα και επιλέγουμε το κουμπί Balance. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

78 Εικόνα 2.26: Αντίδραση μετατροπής - Στοιχειομετρία 7. Μεταβαίνουμε στην βασική καρτέλα και ορίζετε το μεθάνιο ως βασικό συστατικό και μετατρέπετε στο 60%. Η γραμμή κατάστασης στο κάτω μέρος της προβολής δείχνει μια κατάσταση Ready ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΕ ΜΙΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΥΝΟΛΟΥ Το Global Rxn Set παρουσιάζεται στην ομάδα αντίδρασης συνόλου κατά την πρώτη εμφάνιση του διαχειριστή αντίδρασης. Ωστόσο, για αυτήν την διαδικασία, δημιουργείτε μια νέα αντίδραση συνόλου: 1. Επιλέγουμε το κουμπί Add Set, το Hysys παρέχει το όνομα Set 1 και ανοίγουμε την προβολή της αντίδρασης συνόλου. 2. Συνδέετε η νέα αντίδραση στην αντίδραση συνόλου και τοποθετείτε ο κέρσορας στο κελί «empty» κάτω από την Active List. 3. Ανοίγουμε την λίστα και επιλέγετε το όνομα της αντίδρασης (Rxn -1). Ο τύπος του συνόλου αντιστοιχεί στον τύπο της αντίδρασης ο οποίος έχει προστεθεί στην αντίδραση συνόλου και η κατάσταση είναι έτοιμη. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

79 Εικόνα 2.27: Αντίδραση συνόλου 4. Κλείνουμε την προβολή και επιστρέφουμε στο διαχειριστή αντίδρασης ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΝΟΛΟΥ ΣΤΟ ΠΑΚΕΤΟ ΡΕΥΣΤΟΥ 1. Συνδέετε η αντίδραση συνόλου στο πακέτο ρευστού, επισημαίνετε το Set-1 στην ομάδα της αντίδρασης συνόλων και επιλέγουμε το κουμπί Add to FP. 2. Η προσθήκη της προβολής Set-1 εμφανίζεται, από την οποία επισημαίνουμε ένα πακέτο ρευστού και επιλέγουμε το κουμπί Add Set to Fluid Package. Εικόνα 2.28: Προσθήκη αντίδρασης συνόλου Set-1 3. Κλείνουμε και σημειώνετε ότι το όνομα του υγρού πακέτου εμφανίζεται στην ομάδα Assos. Fluid Packages, όταν η αντίδραση συνόλου έχει επισημανθεί στην ομάδα αντίδρασης συνόλων. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΧΗΜΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ HYSYS 3.1 CSTR / ΓΕΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ Σύμφωνα με τον αντιδραστήρα συνεχής ροής, όλες οι λειτουργίες του μετέχουν στην ίδια προβολή. Οι βασικές διαφορές είναι οι λειτουργίες του τύπου της αντίδρασης (μετατροπής, κινητικής, ισορροπίας, ετερογενής κατάλυση ή απλού ρυθμού) που συνδέονται με τον κάθε αντιδραστήρα. Σε αντίθεση με έναν διαχωριστήρα ή με έναν γενικό αντιδραστήρα οι οποίοι έχουν ένα συνημμένο σύνολο αντίδρασης, οι καθορισμένες λειτουργίες του αντιδραστήρα μπορούν να υποστηρίξουν ένα συγκεκριμένο τύπο αντίδρασης. Για παράδειγμα, ένας αντιδραστήρας μετατροπής λειτουργεί μόνο με αντιδράσεις μετατροπής που επισυνάπτονται. Εάν προσπαθήσουμε να συνδέσουμε μια αντίδραση ισορροπίας ή μια κινητική αντίδραση στον αντιδραστήρα μετατροπής, εμφανίζεται ένα μήνυμα λάθους. Ο αντιδραστήρας GIBBS είναι μοναδικός στο ότι μπορεί να λειτουργήσει με ή χωρίς το σύνολο αντίδρασης. Υπάρχει μια μεγάλη ευελιξία στον καθορισμό και την ομαδοποίηση των αντιδράσεων. Μπορούμε να: Καθορίζουμε τις αντιδράσεις στο εσωτερικό του βασικού διαχειριστή, τις ομαδοποιούμε σε ένα σύνολο και τις συνδέουμε στον αντιδραστήρα. Δημιουργούμε τις αντιδράσεις στο πακέτο αντίδρασης στο κύριο διάγραμμα ροής, τις ομαδοποιούμε στο σύνολο και τις συνδέουμε στον αντιδραστήρα. Δημιουργούμε αντιδράσεις και αντιδράσεις συνόλων στο βασικό περιβάλλον και κάνουμε αλλαγές στο κύριο πακέτο αντίδρασης περιβάλλοντος. Ανεξάρτητα από την προσέγγιση, οι αντιδράσεις καθορίζονται να είναι ορατές σε όλο το διάγραμμα ροής, δηλαδή, μια αντίδραση συνόλου μπορεί να συνδεθεί με περισσότερους από έναν αντιδραστήρα. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες λεπτές διακρίσεις όπου θα πρέπει να έχουμε επίγνωση. Όταν Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

81 δημιουργήσουμε μια αλλαγή σε μια αντίδραση μέσω ενός αντιδραστήρα, η αλλαγή φαίνεται μόνο τοπικά στον συγκεκριμένο αντιδραστήρα. Οι τροποποιήσεις που γίνονται σε μια αντίδραση στο βασικό περιβάλλον ή στο πακέτο αντίδρασης αντικατοπτρίζονται αυτόματα σε κάθε αντιδραστήρα χρησιμοποιώντας το σύνολο αντίδρασης με την προϋπόθεση ότι δεν θα γίνουν αλλαγές. Για να αντικατασταθούν οι τοπικές αλλαγές και επιστρέφοντας στις παγκόσμιες παραμέτρους σε μια αντίδραση, πρέπει να επιλέξουμε το κλειδί Delete όταν ο κέρσορας είναι στο κελί ο οποίος περιέχει τις αλλαγές. Οι τέσσερις αντιδραστήρες οι οποίοι μοιράζονται βασικές απόψεις είναι οι παρακάτω: CSTR (Συνεχής Περιστρεφόμενη Δεξαμενή Αντιδραστήρα) GIBBS Reactor (Αντιδραστήρας GIBBS) Equilibrium Reactor (Αντιδραστήρας Ισορροπίας) Conversion Reactor (Αντιδραστήρας Μετατροπής) Yield Shift Reactor (Αντιδραστήρας Απόδοσης) Ο τελευταίος από τους τέσσερις αντιδραστήρες αναφέρετε στον γενικό αντιδραστήρα. Προκειμένου να αποφευχθούν πλεονασμοί, στις παραπάνω λειτουργίες των αντιδραστήρων εξετάζονται από κοινού. Ο αντιδραστήρας απόδοσης και ο PFR έχουν μια διαφορετική ιδιότητα από τους άλλους αντιδραστήρες ΠΡΟΣΘΗΚΗ CSTR / ΓΕΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ Υπάρχουν δυο τρόποι που μπορούμε να προσθέσουμε στη προσομοίωση μια λειτουργία του αντιδραστήρα: 1. Στον κατάλογο επιλογής του διαγράμματος ροής, επιλέγουμε την εντολή Add Operations και το UnitOps εμφανίζεται. 2. Επιλέγουμε το κουμπί Reactors. 3. Από την λίστα των διαθέσιμων λειτουργιών της μονάδας, επιλέγουμε τον τύπο του αντιδραστήρα που θέλουμε να προσθέσουμε: CSTR (Αντιδραστήρας συνεχούς ανάδευσης), GIBBS αντιδραστήρας, Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

82 Αντιδραστήρας Μετατροπής, Αντιδραστήρας Μετατροπής ή τον Αντιδραστήρα Απόδοσης. 4. Επιλέγουμε το κουμπί Add και εμφανίζονται ο CSTR ή ο γενικός αντιδραστήρας. ή 1. Στον κατάλογο επιλογής του διαγράμματος ροής, επιλέγουμε την εντολή Palette και εμφανίζεται το Object Palette. 2. Εκτελούμε ένα από τα ακόλουθα: Για την συνεχή περιστρεφόμενη δεξαμενή αντιδραστήρα, επιλέγουμε δυο φορές στο εικονίδιο CSTR και αυτό εμφανίζεται. Εικόνα 3.1: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάδευσης Συνδέσεις ή Για τους αντιδραστήρες μετατροπής, ισορροπίας, gibbs, και απόδοσης, επιλέγουμε το εικονίδιο General Reactors ώστε να ανοίξει. Στο αντικείμενο General Reactors επιλέγουμε δυο φορές στο κατάλληλο εικονίδιο λειτουργίας του αντιδραστήρα. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

83 Εικόνα 3.2: Γενικοί Αντιδραστήρες Αντικείμενο Παλέτας: Αντιδραστήρας Gibbs Αντιδραστήρες Ισορροπίας Αντιδραστήρες Μετατροπής Αντιδραστήρες Απόδοσης 3.2 CSTR / ΓΕΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ Ο αντιδραστήρας συνεχούς ανάδευσης (CSTR) και οι γενικοί αντιδραστήρες περιέχουν τους ακόλουθους πίνακες: Design (Σχεδιασμού) Reactions (Αντιδράσεων) Rating (Ταξινόμησης) Worksheet (Φύλλου εργασίας) Dynamics (Δυναμικής προσομοίωσης) Για να αγνοήσουμε τη λειτουργία του αντιδραστήρα κατά την διάρκεια των υπολογισμών, επιλέγουμε στο πλαίσιο ελέγχου το Ignored. To Hysys παραβλέπει την λειτουργία αυτή μέχρι να το επαναφέρουμε σε ενεργή κατάσταση ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Ο πίνακας σχεδιασμού περιέχει πολλαπλές σελίδες οι οποίες περιγράφονται Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

84 σύντομα παρακάτω: ΣΕΛΙΔΑ Connections Parameters User Variables Notes ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Συνδέει την τροφοδοσία, το προϊόν και το ενεργό ρεύμα στον αντιδραστήρα. Ρυθμίζει την μεταφορά θερμότητας και τις παραμέτρους της πτώσης πίεσης για τον αντιδραστήρα. Επιτρέπει να δημιουργήσουμε και να εφαρμόσουμε δικές μας μεταβλητές για την τρέχουσα λειτουργία. Επιτρέπει να προσθέσουμε σχετικά σχόλια τα οποία συνδέονται αποκλειστικά με την λειτουργία της μονάδας. Πίνακας 3.1: Περιγραφή μεθόδων σχεδίασης Η σελίδα συνδέσεων, είναι η ίδια και για το CSTR και για τους γενικούς αντιδραστήρες. Εικόνα 3.3: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάδευσης - Σχεδίαση Η σελίδα συνδέσεων αποτελείται από τα ακόλουθα αντικείμενα που περιγράφονται παρακάτω: Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

85 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Name Inlet / Feet Streams Vapour Outlet Liquid Outlet / Product Stream Energy (Optional) Fluid Package ΕΙΣΟΔΟΣ Περιέχει το όνομα του αντιδραστήρα, το οποίο μπορούμε να επεξεργαστούμε οποιαδήποτε στιγμή πληκτρολογώντας ένα καινούργιο όνομα. Συνδέει ένα ελεύθερο τροφοδοτικό ή πολλαπλά ρεύματα τροφοδοσίας στον αντιδραστήρα. Μπορούμε είτε να τυπώσουμε το όνομα του ρεύματος ή εάν έχουμε ρεύμα το επιλέγουμε από την λίστα. Συνδέει το προϊόν ατμού του ρεύματος στον αντιδραστήρα. Μπορούμε είτε να τυπώσουμε το όνομα του ρεύματος ή εάν έχουμε ρεύμα το επιλέγουμε από την λίστα. Συνδέει το υγρό πακέτο του ρεύματος στον αντιδραστήρα. Μπορούμε είτε να τυπώσουμε το όνομα του ρεύματος ή εάν έχουμε ρεύμα το επιλέγουμε από την λίστα. Συνδέει ή δημιουργεί ένα ενεργειακό ρεύμα εάν το ένα απαιτείται για την λειτουργία. Επιτρέπει να επιλέξουμε ένα πακέτο ρευστού το οποίο θα συνδέετε με τον αντιδραστήρα. Πίνακας 3.2: Αντικείμενα της σελίδας συνδέσεων Η σελίδα παραμέτρων επιτρέπει να καθορίσουμε την πτώση της πίεσης, τον όγκο του δοχείου, το καθήκον και την επίλυση τακτικής. Εικόνα 3.4: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάδευσης - Σχεδίαση - Παράμετροι Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

86 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Delta P / Pressure Drop Duty Heating / Cooling Volume ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Περιέχει την πτώση της πίεσης κατά μήκος του δοχείου η οποία ορίζεται ως εξής: P P P P P v feed P P 1 v feed P όπου : P = η πίεση του δοχείου = η πίεση του ρεύματος προϊόντος ατμού P v P 1 = η πίεση του υγρού ρεύματος προϊόντος ΔP = η πτώση της πίεσης στο δοχείο Η πτώση της πίεσης στο δοχείο είναι μηδέν. 1 (3.1) Εάν έχουμε συνδέσει ένα ρεύμα ενέργειας, μπορούμε να προσδιορίσουμε εάν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση ή για ψύξη επιλέγοντας το κατάλληλο κουμπί ραδιοφώνου. Επίσης έχουμε μια επιλογή να καθορίσουμε την ενθαλπία ή υπολογίζουμε την ενθαλπία μέσω του Hysys. Για την τελευταία αυτή περίπτωση, πρέπει να καθορίσουμε μια θερμοκρασία εξόδου για έναν αντιδραστήρα ρεύματος προϊόντος. Η σταθερή κατάσταση του αντιδραστήρα στο ενεργειακό ισοζύγιο ορίζεται παρακάτω: Duty H H _ H (3.2) vapour liquid όπου: Duty= θερμή ή ψυχρή από το ρεύμα ενέργειας H vapour= θερμή ροή προϊόντος ρεύματος ατμού H liquid= θερμή ροή προϊόντος ρεύματος υγρού H feed = θερμή ροή ρεύματος τροφοδοσίας Εάν μεταβούμε από την θέρμανση στη ψύξη (ή και το αντίστροφο) το μέγεθος του ρεύματος δεν αλλάζει. Ωστόσο, τα σημεία αλλάζουν στο ενεργειακό ισοζύγιο. Για την θέρμανση, η duty προστίθεται και για την ψύξη αφαιρείτε. Ο συνολικός όγκος του δοχείου και ο χρήστης προσδιορίζονται. Αν και δεν είναι απαραίτητος ο καθορισμός για την λύση μετατροπής, το Gibbs ή την ισορροπία των αντιδραστήρων στον σταθερό τρόπο λειτουργίας, η τιμή αυτή πρέπει να ενταχθεί στο CSTR. Ο όγκος του δοχείου μαζί με το υγρό επίπεδο του set point καθορίζουν το ποσό κατακράτησης στο δοχείο. Η ποσότητα του υγρού όγκου ή της κατακράτησης δίνεται από την ακόλουθη σχέση: PV (%Full) Holdup VesselVolume (3.3) 100 όπου: feed PV ( % Full ) = το υγρό επίπεδο στο δοχείο Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

87 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Liquid Level Liquid Volume Act as a Separator When Cannot Solve Single Phase Type ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εμφανίζει το επίπεδο του υγρού του αντιδραστήρα εκφραζόμενο ως το ποσοστό του πλήρους όγκου του δοχείου. Δεν ορίζεται από τον χρήστη, αυτή η τιμή υπολογίζεται από το προϊόν του όγκου (όγκο δοχείου) και από το κλάσμα του υγρού επιπέδου. Είναι η μόνη ενέργεια όταν το πεδίο του όγκου περιέχει μια έγκυρη καταχώρηση. Μόνο τα διαθέσιμα για τους αντιδραστήρες μετατροπής και ισορροπίας, αυτή η επιλογή επιτρέπει να λειτουργεί ο αντιδραστήρας ως ένας απλός διαχωριστήρας της δεύτερης φάσης, οπότε ο αντιδραστήρας δεν μπορεί να λυθεί. Επιτρέπει να καθοριστεί μια μονοφασική αντίδραση, διαφορετικά το Hysys θεωρεί την αντίδραση ατμού υγρού. Μόνο τα διαθέσιμα για τον αντιδραστήρα Gibbs, έχουμε δυο επιλογές για τον τύπο του αντιδραστήρα που θέλουμε: Διαχωριστήρας: Δυο φάσεις στον αντιδραστήρα Gibbs. Τρείς Φάσεις: Τρείς φάσεις στον αντιδραστήρα Gibbs. Πίνακας 3.3: Παράμετροι σχεδίασης ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ / REACTIONS TAB Ο αντιδραστήρας μετατροπής είναι ένα δοχείο στο οποίο εκτελούνται οι αντιδράσεις μετατροπής στον οποίο συνδέουμε μόνο την αντίδραση συνόλων η οποία περιέχει αντιδράσεις μετατροπής και έτσι κάθε αντίδραση στο σύνολο εσόδων μέχρι τον προσδιορισμό μετατροπής επιτυγχάνεται όταν ένα περιορισμένο αντιδραστήριο εξαντληθεί. Ο πίνακας αντιδράσεων αποτελείται από τις ακόλουθες σελίδες: Details (Λεπτομερειών) Results (Αποτελεσμάτων) Η σελίδα λεπτομερειών επιτρέπει να συνδέσουμε την αντίδραση συνόλου στη λειτουργία και προσδιορίζει την μετατροπή για κάθε αντίδραση. Η αντίδραση συνόλου μπορεί να περιέχει μόνο αντιδράσεις μετατροπής. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

88 Εικόνα 3.5: Αντιδράσεις Μετατροπής - Λεπτομέρειες Η σελίδα λεπτομερειών αποτελείται από τέσσερα αντικείμενα τα οποία περιγράφονται παρακάτω. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Reaction Set Reaction ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Επιτρέπει να επιλέξουμε την κατάλληλη αντίδραση μετατροπής. Πρέπει να επιλέξουμε την κατάλληλη αντίδραση μετατροπής από την επιλεγμένη αντίδραση συνόλου. View Reaction button [Radio buttons] Ανοίγει την κυριότητα της αντίδρασης για την αντίδραση που επιλέγουμε από την λίστα και επιτρέπει την επεξεργασία της. Τα τρία κουμπιά ραδιοφώνου στην σελίδα λεπτομερειών είναι: Στοιχειομετρία Βάσης Μετατροπής Τα τρία κουμπιά αυτά επιτρέπουν να τα αλλάξουμε ανάμεσα στην ομάδα στοιχειομετρίας, στην ομάδα βάσης ή στην ομάδα μετατροπής (κάθε ομάδα περιγράφετε στα ακόλουθα τμήματα). Πίνακας 3.4: Περιγραφή των τεσσάρων αντικειμένων της σελίδας λεπτομερειών Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

89 Όταν επιλεχθεί το στοιχειομετρικό κουμπί ραδιοφώνου, εμφανίζεται η λεπτομερής ομάδα στοιχειομετρίας, η οποία επιτρέπει να εξεταστούν τα συστατικά που περιβάλλονται στην επιλεγμένη αντίδραση, τα μοριακά τους βάρη καθώς και οι στοιχειομετρικοί συντελεστές. Εικόνα 3.6: Πληροφορίες Στοιχειομετρίας Όταν επιλεχθεί το Basis radio button εμφανίζεται η ομάδα Basis, στην οποία μπορούμε να δούμε το βασικό συστατικό, την μετατροπή και την φάση της αντίδρασης για κάθε αντίδραση στην αντίδραση συνόλου. Εικόνα 3.7: Basis Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου μετατροπής, εμφανίζεται η ομάδα της κλασματικής εξίσωσης μετατροπής η οποία επιτρέπει να εφαρμόσουμε ένα βασικό μοντέλο μετατροπής στην εξίσωση μετατροπής (%). Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

90 Εικόνα 3.8: Μετατροπή % Οι παράμετροι για την συννημένη αντίδραση μετατροπής μπορεί να είναι ένας κλώνος όπως οι τοπικές μεταβλητές που ανήκουν στον αντιδραστήρα μετατροπής. Επομένως, μπορούμε είτε να χρησιμοποιήσουμε τις καθορισμένες παραμέτρους στην αντίδραση από την συννημένη αντίδραση συνόλου επιλέγοντας το κουμπί Use Default ή καθορίζοντας τις τοπικές τιμές στην ομάδα της κλασματικής εξίσωσης μετατροπής. Όταν επιλεχθεί το κουμπί αντίδρασης, η αντίδραση μετατροπής προβάλλεται από την αντίδραση που είναι επιλεγμένη και εμφανίζεται στη κάτω λίστα της αντίδρασης. Εικόνα 3.9: Αντίδραση Μετατροπής Στοιχειομετρία Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

91 Κάθε αλλαγές που γίνονται στην αντίδραση μετατροπής γίνονται σε παγκόσμιο επίπεδο για την επιλεγμένη αντίδραση και για κάθε αντίδραση συνόλων οι οποίες περιέχονται στην αντίδραση. Για παράδειγμα, εάν κάθε αλλαγή πραγματοποιηθεί προς την αντίδραση η οποία φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, η αλλαγή αυτή διεξάγεται πάνω σε κάθε άλλη περίπτωση στην οποία χρησιμοποιείται αυτή η αντίδραση. Ως εκ τούτου, συνιστάται ότι οι αλλαγές οι οποίες είναι καθορισμένες στον αντιδραστήρα (δηλαδή, αλλαγές οι οποίες έχουν στόχο την επιρροή ενός αντιδραστηρίου) πραγματοποιούνται από την Reaction tab. Η σελίδα αποτελεσμάτων εμφανίζει τα αποτελέσματα ενός συγκλίνον αντιδραστήρα και αποτελείται από την ομάδα σύντομων αποτελεσμάτων του αντιδραστήρα η οποία περιέχει δυο κουμπιά ραδιοφώνου: Reactions Extents (Αντίδραση Επέκτασης) Reaction Balance (Αντίδραση Ισορροπίας). Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου της Reactions Extents εμφανίζεται η σελίδα αποτελεσμάτων, όπως φαίνεται παρακάτω. Εικόνα 3.10: Αποτελέσματα Αντιδραστήρα Αντίδραση Επέκτασης Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

92 Η ομάδα σύντομων αποτελεσμάτων του αντιδραστήρα εμφανίζει τα ακόλουθα αποτελέσματα για τον συγκλίνον αντιδραστήρα: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Rank Actual % Conversion Base Component Rxn Extent Πίνακας 3.5: Αποτελέσματα για τον αντιδραστήρα σύγκλισης ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εμφανίζει την τρέχουσα θέση της αντίδρασης και για πολλαπλές αντιδράσεις, εμφανίζονται πρώτα οι αντιδράσεις μικρότερης θέσης. Όταν υπάρχουν πολλαπλές αντιδράσεις στην αντίδραση συνόλου, το Hysys ταξινομεί αυτόματα τις αντιδράσεις. Κάθε ομάδα αντιδράσεων ίσης κατάταξης μπορούν να έχουν μια συνολική μετατροπή μεταξύ 0% και 100%. Εμφανίζει το ποσοστό του βασικού συστατικού στο ρεύμα τροφοδοσίας το οποίο καταναλώνεται στην αντίδραση. Το αντιδραστήριο του οποίου ο υπολογισμός μετατροπής είναι βασισμένος. Λίστες της μοριακής αναλογίας καταναλώνονται από το βασικό συστατικό στην διαιρούμενη αντίδραση με τον στοιχειομετρικό συντελεστή που εμφανίζεται. Σημειώνεται ότι οι πραγματικές τιμές μετατροπής δεν ταιριάζουν με τις καθορισμένες τιμές μετατροπής. Το προϊόν Rxn 3 πρώτα και διακόπτεται όταν ένα περιορισμένο αντιδρών εξαντληθεί. Το άθροισμα της καθορισμένης μετατροπής για τα προϊόντα Rxn 1 και Rxn-2 είναι 100%, έτσι ώστε τα υπόλοιπα του βασικού συστατικού να μπορούν να καταναλωθούν, παρέχεται σε ένα περιορισμένο αντιδραστήριο που δεν καταναλώνεται πλήρως. Όλα τα βασικά συστατικά καταναλώνονται και αυτό αντικατοπτρίζεται στην πραγματική μετατροπή 100%. Οποιεσδήποτε αλλαγές δημιουργούνται στην παγκόσμια αντίδραση επηρεάζουν την αντίδραση συνόλων, η οποία συνδέεται με την αντίδραση υπό τον όρο ότι οι τοπικές αλλαγές δεν έχουν δημιουργηθεί. Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Reaction Balance, παρέχεται η αντίδραση ισορροπίας στο συνολικό συστατικό για τον αντιδραστήρα μετατροπής. Όλα τα συστατικά τα οποία εμφανίζονται στο πακέτο ρευστού Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

93 φαίνονται παρακάτω. Εικόνα 3.11: Αποτελέσματα Αντιδραστήρα Αντίδραση Ισορροπίας Οι τιμές εμφανίζονται μετά την επίλυση του αντιδραστήρα που έχει συγκληθεί. Το ολικό ποσοστό εισροής, το ολικό αντιδρών ποσοστού και το ολικό ποσοστό εκροής για κάθε συστατικό παρέχονται στη μοριακή βάση. Οι αρνητικές τιμές αποδεικνύουν την κατανάλωση του αντιδραστηρίου, ενώ οι θετικές τιμές αποδεικνύουν την εμφάνιση του προϊόντος CSTR ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ Ο αντιδραστήρας συνεχής ροής είναι ένα δοχείο στο οποίο η κινητική, η ετερογενής κατάλυση και η απλή αναλογία αντιδράσεων μπορούν να εκτελεστούν. Η μετατροπή στον αντιδραστήρα εξαρτάται από τον ρυθμό έκφρασης των αντιδράσεων σχετιζόμενο με τον τύπο της αντίδρασης. Το ρεύμα εισροής θεωρείται ότι είναι απόλυτα αναμιγμένο με τα υλικά του αντιδραστήρα. Δίνει στον αντιδραστήρα τον όγκο, μια συνεπής έκφραση ρυθμού για κάθε αντίδραση και για την αντίδραση στοιχειομετρίας, το CSTR υπολογίζει την μετατροπή κάθε συστατικού εισερχόμενο στον αντιδραστήρα. Στον πίνακα αντιδράσεων, μπορούμε να επιλέξουμε μια αντίδραση συνόλου για την λειτουργία και να δούμε τα αποτελέσματα της επίλυσης του αντιδραστήρα συμπεριλαμβανομένου την πραγματική μετατροπή του βασικού συστατικού. Η πραγματική μετατροπή υπολογίζεται ως το βασικό ποσοστό Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

94 του βασικού συστατικού το οποίο είχε καταναλωθεί στην αντίδραση. x N Ain N N Ain Aout 100% (3.4) όπου: x= πραγματική μετατροπή % N in = το βασικό συστατικό ροής στον αντιδραστήρα N Ain = το βασικό συστατικό ροής (ίδιας βάσης όπως της εισροής ποσοστού) Ο πίνακας αντιδράσεων περιέχει τις ακόλουθες σελίδες: Details (Λεπτομερειών) Results (Αποτελεσμάτων) Η σελίδα λεπτομερειών επιτρέπει να συνδεθεί η κατάλληλη αντίδραση συνόλου στην λειτουργία. Εικόνα 3.12: Αντιδραστήρας Set 1, Λεπτομέρειες Αντιδράσεων Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

95 Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως σε αυτό το τμήμα, η επιλεγμένη αντίδραση συνόλου μπορεί να περιέχετε μόνο στις κινητικές, ετερογενής κατάλυσης και απλού ρυθμού αντιδράσεις. Η σελίδα εδώ αποτελείται από τέσσερα αντικείμενα, τα οποία περιγράφονται παρακάτω. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Reaction Set Reaction View Reaction Specifics ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Επιτρέπει να επιλέξουμε την αντίδραση συνόλου που θα χρησιμοποιήσουμε στον αντιδραστήρα. Επιτρέπει να επιλέξουμε την αντίδραση που θα χρησιμοποιήσουμε στον αντιδραστήρα. Ανοίγει την προβολή αντίδρασης για την επιλεγμένη αντίδραση και επιτρέπει να την επεξεργαστούμε σε παγκόσμιο επίπεδο. Εναλλάσσει την ομάδα στοιχειομετρίας ή την ομάδας βάσης (οι ομάδες περιγράφονται στις ακόλουθες παραγράφους). Πίνακας 3.6: Περιγραφή των τεσσάρων αντικειμένων της αντίδρασης συνόλου Όταν επιλεχθεί το στοιχειομετρικό κουμπί ραδιοφώνου, εμφανίζεται η ομάδα στοιχειομετρίας η οποία επιτρέπει να εξεταστούν τα συστατικά που περιλαμβάνονται στην επιλεγμένη αντίδραση, στα μοριακά βάρη καθώς και στους στοιχειομετρικούς συντελεστές. Εικόνα 3.13: Στοιχειομετρία Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Basis, εμφανίζεται η ομάδα Basis στην οποία μπορούμε να δούμε το βασικό συστατικό, τους παραμέτρους της αντίδρασης ρυθμού (δηλαδή Α, Ε, β, Α, Ε και β ) και την φάση της αντίδρασης για κάθε αντίδραση στο επισυναπτόμενο σύνολο. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

96 Εικόνα 3.14: Basis Αλλαγές μπορούν να γίνουν στην αντίδραση ρυθμού παραμέτρων (παράγοντας συχνότητας, Α, ενέργεια ενεργοποίησης, Ε και β), αλλά οι αλλαγές αυτές ανταποκρίνονται μόνο στην δράση του αντιδραστήρα και δεν επηρεάζουν το παγκόσμιο επίπεδο της αντίδρασης. Για να επιστρέψουμε στις παγκόσμιες τιμές επιλέγουμε το κατάλληλο κουτί Use Default, όπως για παράδειγμα, εάν έχουμε κάνει μια αλλαγή στην κανονική αντίδραση της ενέργειας ενεργοποίησης (Ε), το κουτί Use Default Ε είναι ανενεργό, ενεργοποιείται όμως επιστρέφοντας στην παγκόσμια τιμή Ε. Η σελίδα αποτελεσμάτων εμφανίζει τα αποτελέσματα του αντιδραστήρα συγκέντρωσης η οποία απαρτίζεται από την ομάδα Reaction Results Summary και περιέχει δυο κουμπιά ραδιοφώνου: Reactions Extents (Αντίδραση Επέκτασης) Reactions Balance (Αντίδραση Ισορροπίας) Όταν επιλεχθεί το κουμπί αντίδρασης επέκτασης εμφανίζονται τα παρακάτω αποτελέσματα για τον αντιδραστήρα συγκέντρωσης: Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

97 Εικόνα 3.15 : Αποτελέσματα Αντίδρασης Αντίδραση Επέκτασης ΠΕΔΙΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Actual % Conversion Base Component Rxn Extent Πίνακας 3.7: Πεδίο αποτελεσμάτων της αντίδρασης επέκτασης ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εμφανίζει το ποσοστό του βασικού συστατικού στο ρεύμα τροφοδοσίας το οποίο έχει καταναλωθεί στην αντίδραση. Το αντιδραστήριο στο οποίο η μετατροπή εφαρμόζεται. Οι λίστες του μοριακού ρυθμού κατανάλωσης του βασικού συστατικού στην αντίδραση που διαιρούνται από τους στοιχειομετρικούς συντελεστές εμφανίζονται στην αντίδραση. Όταν επιλέξουμε το κουμπί ραδιοφώνου της αντίδρασης ισορροπίας, παρέχετε ένα συνολικό συστατικό για τον αντιδραστήρα συνεχής ροής. Όλα τα συστατικά τα οποία εμφανίζονται στο υγρό πακέτο φαίνονται παρακάτω. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

98 Εικόνα 3.16: Αποτελέσματα Αντίδρασης Αντίδραση Ισορροπίας Οι τιμές εμφανίζονται μετά την επίλυση του αντιδραστήρα που έχει συγκληθεί. Το ολικό ποσοστό εισροής, το ολικό αντιδρών ποσοστού και το ολικό ποσοστό εκροής για κάθε συστατικό παρέχονται στη μοριακή βάση. Οι αρνητικές τιμές αποδεικνύουν την κατανάλωση του αντιδραστηρίου, ενώ οι θετικές τιμές αποδεικνύουν την εμφάνιση του προϊόντος ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ / REACTIONS TAB Ο αντιδραστήρας ισορροπίας είναι ένα δοχείο το οποίο μοντελοποιεί τις αντιδράσεις ισορροπίας. Τα εξωτερικά ρεύματα του αντιδραστήρα βρίσκονται σε κατάσταση χημικής και φυσικής ισορροπίας. Η αντίδραση ισορροπίας την οποία συνδέουμε στον αντιδραστήρα ισορροπίας μπορεί να περιέχει ένα απεριόριστο αριθμό αντιδράσεων ισορροπίας, ο οποίος ταυτόχρονα ή διαδοχικά έχει λυθεί. Τα συστατικά και η διαδικασία ανάμιξης δεν χρειάζονται να είναι ιδανικά, δεδομένου ότι το Hysys μπορεί να υπολογίσει τη χημική δραστηριότητα κάθε συστατικού στο βασικό μείγμα και την πτητικότητα του καθαρού συστατικού. Μπορούμε επίσης να εξετάσουμε την πραγματική μετατροπή, το βασικό συστατικό, την σταθερά ισορροπίας και την αντίδραση επέκτασης για κάθε αντίδραση στην επιλεγμένη αντίδραση συνόλου. Η μετατροπή, η σταθερά ισορροπίας και η επέκταση είναι όλες υπολογισμένες με βάση τις πληροφορίες της αντίδρασης ισορροπίας η οποία παρέχετε όταν δημιουργείτε η αντίδραση συνόλου. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

99 Κάθε αλλαγές που δημιουργούνται στην παγκόσμια αντίδραση επηρεάζουν όλες τις αντιδράσεις συνόλων στις οποίες η αντίδραση συνδέεται και παρέχει τις τοπικές αντιδράσεις που δεν έχουν δημιουργηθεί. Ο πίνακας αντιδράσεων περιέχει τις ακόλουθες σελίδες: Details (Λεπτομερειών) Results (Αποτελεσμάτων) Η σελίδα λεπτομερειών αποτελείται από τέσσερα κουμπιά ραδιοφώνου: Stoichiometry (Στοιχειομετρίας) Basis (Βάσης) ln(k) (Σταθερά K) Table (Πίνακας) Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου της στοιχειομετρίας εμφανίζεται η ομάδα πληροφοριών στοιχειομετρίας, η οποία επιτρέπει να δούμε τον τύπο στοιχειομετρίας της επιλεγμένης αντίδρασης στην λίστα. Εικόνα 3.17: Στοιχειομετρία Το σφάλμα ισορροπίας (για την αντίδραση στοιχειομετρίας) και η αντίδραση θερμότητας (η θερμότητα της αντίδρασης στους 25 ( για την αντίδραση. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014 o C ) εμφανίζονται επίσης

100 Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Basis, εμφανίζεται η ομάδα Basis. Εικόνα 3.18: Basis Η ομάδα Basis επιτρέπει την προβολή ή την επεξεργασία (τοπικά) ποικίλων πληροφοριών για κάθε αντίδραση στην αντίδραση συνόλου τα οποία περιλαμβάνουν τα παρακάτω: Βάση για τους υπολογισμούς της ισορροπίας. Την φάση στην οποία συμβαίνει η αντίδραση. Την προσέγγιση θερμοκρασίας της σύνθεσης της ισορροπίας. Η περιοχή θερμοκρασιών για την σταθερά ισορροπίας και η προέλευση για τον υπολογισμό της ενδείκνυται. Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου της σταθεράς Keq, η ομάδα ln(keq) και ο Table Κ εμφανίζονται. Η ομάδα ln(keq) εμφανίζει την σχέση της ln(keq) η οποία μπορεί να ποικίλει ανάλογα με την προέλευση της τιμής ln(keq) που έχει επιλεγεί για την αντίδραση. Εικόνα 3.19: Σταθερά Keq Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

101 Όταν επιλέξουμε το κουμπί ραδιοφώνου της εξίσωσης ln(keq) στην ομάδα ln(keq) Sourse, εμφανίζονται οι παράμετροι της εξίσωσης σταθεράς ισορροπίας. Αυτές οι τιμές είτε καθορίζονται όταν δημιουργείτε η αντίδραση ή υπολογίζονται από το Hysys. Κάθε από τους παραμέτρους στην ομάδα της εξίσωσης ln(keq) μπορούν να τροποποιηθούν σε αυτή την σελίδα. Μπορούν να γίνουν αλλαγές στις παραμέτρους μόνο στην περίπτωση που επηρεάσουμε την επιλεγμένη αντίδραση στον αντιδραστήρα και μετά από αυτό το Hysys βοηθά να επιστρέψουμε στην πρωτότυπη υπολογιζόμενη αξία από την ενεργοποίηση του κατάλληλου κουμπιού Use Default. Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου προσέγγισης, εμφανίζονται οι ομάδες Fractional Approach και Temperature Approach. Εικόνα 3.20: Κλασματική Προσέγγιση Για κάθε αντίδραση στην αντίδραση συνόλου, παρέχεται μια εξίσωση κλασματικής προσέγγισης ως μια συνάρτηση της θερμοκρασίας. Κάθε μια από τις παραμέτρους στην εξίσωση προσέγγισης % μπορεί να τροποποιηθεί, ενώ αλλαγές στις παραμέτρους γίνονται μόνο από την επιρροή της επιλεγμένης αντίδρασης στον αντιδραστήρα. Στη συνέχεια, μετά την αλλαγή που έχει δημιουργηθεί, το Hysys μπορεί να επιστρέψει στην πρωτότυπη υπολογιζόμενη τιμή ενεργοποιώντας το κατάλληλο πλαίσιο Use Default. Τέλος, μπορούμε να επεξεργαστούμε μια αντίδραση επιλέγοντας το κουμπί View Reaction και εμφανίζεται η προεπιλεγμένη αντίδραση. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

102 Μπορεί να αλλαχθεί η καθορισμένη μετατροπή για μια αντίδραση απευθείας σε αυτήν την σελίδα. Η σελίδα αποτελεσμάτων καθορίζει τα αποτελέσματα ενός αντιδραστήρα σύγκλισης η οποία αποτελείται από την ομάδα συνολικών αποτελεσμάτων η οποία περιέχει δύο κουμπιά ραδιοφώνου: Reaction Extents (Αντίδραση Επέκτασης) Reaction Balance (Αντίδραση Ισορροπίας) Όταν επιλέξουμε το κουμπί ραδιοφώνου Reactions Extents, η επιλογή εμφανίζεται στα ακόλουθα αποτελέσματα για τον αντιδραστήρα σύγκλισης: Εικόνα 3.21: Αντίδραση Επέκτασης Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

103 ΠΕΔΙΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Actual % Conversion Base Component Eqm Const. Rxn Extent Καθορίζει το ποσοστό του βασικού συστατικού στο ρεύμα τροφοδοσίας το οποίο έχει καταναλωθεί στην αντίδραση. Η πραγματική μετατροπή είναι υπολογισμένη ως το ποσοστό του βασικού συστατικού το οποίο καταναλώθηκε στην αντίδραση. N A N in Aout X 100% (3.5) N N Ain Πίνακας 3.8: Πεδίο αποτελεσμάτων του αντιδραστήρα σύγκλισης Ain όπου: Χ = η πραγματική μετατροπή % = το βασικό συστατικό του ρυθμού ροής μέσα στον αντιδραστήρα Το αντιδραστήριο το οποίο μετατρέπεται εφαρμόζεται. Η σταθερά ισορροπίας υπολογίζεται με την θερμοκρασία του αντιδραστήρα από την ακόλουθη εξίσωση : B ln K A C ln T DT T (3.6) όπου: Τ= η θερμοκρασία του αντιδραστήρα, Κ A, B, C, D= οι παράμετροι της εξίσωσης Οι τέσσερις παράμετροι της εξίσωσης (3.6) υπολογίζονται από το Hysys εάν δεν είναι καθορισμένοι κατά την διάρκεια της εγκατάστασης της αντίδρασης ισορροπίας. Οι λίστες του μοριακού ρυθμού κατανάλωσης του βασικού συστατικού στην αντίδραση που διαιρούνται από τους στοιχειομετρικούς συντελεστές εμφανίζονται στην αντίδραση. Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Reaction Balance, παρέχετε ένα συνολικό συστατικό για τον αντιδραστήρα ισορροπίας. Όλα τα συστατικά τα οποία εμφανίζονται στη λίστα συστατικού που σχετίζονται με το υγρό πακέτο παρουσιάζονται εδώ. Οι τιμές εμφανίζονται μετά την λύση του αντιδραστήρα που έχει συγκεντρωθεί. Το συνολικό ποσοστό εισροών, το σύνολο ποσοστού αντιδρώντος και το συνολικό ποσοστό εκροών για κάθε συστατικό παρέχονται σε μοριακή βάση. Οι αρνητικές τιμές αποδεικνύουν την κατανάλωση του αντιδραστηρίου ενώ οι θετικές τιμές αποδεικνύουν την εμφάνιση του προϊόντος. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

104 Εικόνα 3.22: Αντίδραση Ισορροπίας ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ GIBBS / REACTIONS TAB Ο αντιδραστήρας Gibbs υπολογίζει τις υπάρχουσες συνθέσεις έτσι ώστε η ισορροπία φάσης και η χημική ισορροπία των ρευμάτων εξόδου να επιτυγχάνονται. Ωστόσο, ο αντιδραστήρας Gibbs δεν χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί σε μια καθορισμένη αντίδραση στοιχειομετρίας για να υπολογιστεί η σύσταση του ρεύματος εξόδου. Η συνθήκη ότι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs του συστήματος αντίδρασης είναι στο ελάχιστο στην κατάσταση ισορροπίας χρησιμοποιείται για να υπολογίσει την σύνθεση του προϊόντος. Όπως και με τον αντιδραστήρα ισορροπίας, ούτε τα καθαρά συστατικά ούτε η αντίδραση του μείγματος θεωρούνται ότι συμπεριφέρονται ιδανικά. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

105 Εικόνα 3.23: Αντιδραστήρας Gibbs Αντιδράσεις ισορροπίας Η μεταβλητότητα του αντιδραστήρα Gibbs του επιτρέπει να λειτουργεί αποκλειστικά ως ένας διαχωριστήρας και ως ένας αντιδραστήρας οι οποίοι ελαχιστοποιούν την ελεύθερη ενέργεια Gibbs χωρίς κάποιο προκαθορισμένο σύνολο αντίδρασης ή ως ένας αντιδραστήρας ο οποίος δέχεται τις αντιδράσεις ισορροπίας. Όταν επισυνάπτεται ένα σύνολο αντίδρασης η στοιχειομετρία συμμετέχει στις αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς του αντιδραστήρα Gibbs. Ο πίνακας αντιδράσεων περιέχει τις ακόλουθες σελίδες: Overall (Σύνολο) Details (Λεπτομέρειες) Στη σελίδα συνόλου αρχικά επιλέγετε ο τύπος του αντιδραστήρα έτσι τα αντικείμενα που εμφανίζονται εξαρτώνται από το κουμπί που έχουμε επιλέξει στην ομάδα του αντιδραστήρα. Εάν είναι απαραίτητο μπορούμε να επισυνάψουμε μια αντίδραση συνόλου και να καθοριστούν οι παράμετροι του Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

106 δοχείου στον πίνακα αξιολόγησης. Στην ομάδα Reaction Type, επιλέγουμε το κουμπί ραδιοφώνου για να ορίσουμε την μέθοδο την οποία χρησιμοποιεί το Hysys για την λύση του αντιδραστήρα Gibbs. Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τα ακόλουθα κουμπιά ραδιοφώνου: ΚΟΥΜΠΙ ΡΑΔΙΟΦΩΝΟΥ Gibbs Reaction Only ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δεν απαιτείται καμία αντίδραση συνόλου καθώς το Hysys επιλύει το σύστημα ελαχιστοποιώντας την ελεύθερη ενέργεια Gibbs κατά την επίτευξη της φάσης και της χημικής ισορροπίας. Επίσης, μπορεί να προσαρμοστεί ένας μέγιστος αριθμός επαναλήψεων και μια ανοχή της ισορροπίας του σφάλματος στην ομάδα επίλυσης. Specify Equilibrium Reactions Εμφανίζει την ομάδα αντίδραση ισορροπίας συνόλων. Όταν μια αντίδραση συνόλου επισυναφθεί ο αντιδραστήρας Gibbs επιλύεται χρησιμοποιώντας την στοιχειομετρία των εμπλεκόμενων αντιδράσεων. Η συνάρτηση ελαχιστοποίησης Gibbs χρησιμοποιεί τις εκτάσεις των συννημένων αντιδράσεων καθώς ρυθμίζει τους άγνωστους στο μηδέν. NO Reactions (=Separator) Ο αντιδραστήρας Gibbs επιλύεται ως μια λειτουργία ενός διαχωριστήρα και ασχολείται μόνο με την ισορροπία φάσεων στα ρεύματα εξόδου. Πίνακας 3.9: Περιγραφή επιλογής κατάλληλου κουμπιού ραδιοφώνου Η σελίδα λεπτομερειών αποτελείται από την ομάδα Gibbs Reaction Details και από δυο κουμπιά ραδιοφώνου: Flow Specs (Χαρακτηριστικά ροής) Atom Matrix [Ατομική Μορφή ( Μήτρα )] Όταν επιλέξουμε το κουμπί Flow Specs Option, εμφανίζεται μια παρόμοια όψη στην παρακάτω εικόνα. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

107 Εικόνα 3.24: Λεπτομέρειες Αντίδρασης Gibbs - Χαρακτηριστικά ροής Η παραπάνω εικόνα μας επιτρέπει να δούμε το συστατικό τροφοδοσίας και το προϊόν παροχής στην μοριακή βάση. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα να σχεδιαστεί οποιοδήποτε από τα συστατικά που υπάρχουν ως αδρανή ή καθορισμένα με ρυθμό παραγωγής για ένα συστατικό. Τα αδρανή είδη εξαιρούνται από τους υπολογισμούς της ελεύθερης ενέργειας ελαχιστοποίησης Gibbs. Όταν το αδρανές πλαίσιο είναι ενεργοποιημένο για ένα συστατικό, οι τιμές που εμφανίζονται κυμαίνονται από 1 και 0 αντίστοιχα στην σύνδεση Frac Spec και στην Fixed Spec cells, το οποίο δείχνει ότι η παροχή τροφοδοσίας ισούται με την ταχύτητα ροής του προϊόντος. Εάν επιθυμούμε μπορούμε να καθορίσουμε το ποσοστό παραγωγής οποιουδήποτε συστατικού στον αντιδραστήρα ως ένα εμπόδιο για την ισορροπία σύνθεσης. Η παροχή του προϊόντος με βάση τα στοιχεία εισόδου Frac Spec και στην Fixed Spec υπολογίζεται ως εξής: Total Prod FracSpec TotalFeed FixedSpec (3.7) Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Atom Matrix μπορεί να καθοριστεί η ατομική σύσταση οποιουδήποτε είδους για το οποίο η φόρμουλα είναι γνωστή ή μη αναγνωρίσιμη. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

108 Εικόνα 3.25: Λεπτομέρειες Αντίδρασης Gibbs Ατομική μορφή (μήτρα) Η ατομική μήτρα εισόδου εμφανίζει όλα τα συστατικά στην περίπτωση που η ατομική τους σύνθεση είναι κατανοητή από το Hysys. Μέσω της επιλογής έχουμε την δυνατότητα να εισάγουμε την σύνθεση μιας αναγνωρισμένης ένωσης ή να διορθώσουμε την ατομική σύνθεση κάθε χημικής ένωσης RATING TAB Ο πίνακας αξιολόγησης περιλαμβάνει τις σελίδες ταξινόμησης, κατά μέγεθος, τα ακροφύσια και την απώλεια θερμότητας. Παρόλο που πολλές από τις πληροφορίες και για τις τρεις σελίδες δεν είναι σχετικές όταν εργάζονται στην σταθερή λειτουργία, το μέγεθος του αντιδραστήρα παίζει σημαντικό ρόλο στον υπολογισμό του χρόνου κατακράτησης. Οι πληροφορίες καθορίζονται μόνο όταν εργαζόμαστε σε μια δυναμική προσομοίωση. Στην σελίδα ταξινόμησης ορίζετε η γεωμετρία από την λειτουργία της μονάδας καθώς, επίσης, μπορεί να γίνει αναφορά στο κατά πόσον ή όχι η λειτουργία της μονάδας έχει μια εκκίνηση που συνδέεται με αυτή. Εάν αυτό γίνει, τότε μπορούν να καθοριστούν οι διαστάσεις της εκκίνησης. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

109 Εικόνα 3.26: Βαθμός Ταξινόμηση Η σελίδα ταξινόμησης αποτελείται από τρία κύρια αντικείμενα τα οποία περιγράφονται στην παρακάτω καρτέλα. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Geometry This Reactor has a Boot Boot Dimensions ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Επιτρέπει να καθοριστεί η γεωμετρία του δοχείου. Όταν ενεργοποιείται, εμφανίζονται οι διαστάσεις της εκκίνησης. Επιτρέπει να καθοριστούν οι διαστάσεις του δοχείου. Πίνακας 3.10: Περιγραφή των αντικειμένων ταξινόμησης Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

110 Η σελίδα κατά μέγεθος περιέχει πέντε αντικείμενα τα οποία περιγράφονται στον παρακάτω πίνακα: ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Cylinder / Sphere Orientation Volume Diameter Height / Lenght Εναλλάσσει το σχήμα του δοχείου μεταξύ της σφαίρας και του κυλίνδρου, αυτό όμως επηρεάζει τον αριθμό των απαραίτητων προδιαγραφών καθώς και την μέθοδο υπολογισμού του όγκου. Εάν επιλεχθεί ο κύλινδρος και έχει καθοριστεί η διάμετρος και το βάρος του, ο όγκος του δοχείου υπολογίζεται ως εξής: V 2 Diameter Height 4 reactor V boot (3.8) Εάν επιλεχθεί η σφαίρα και έχει καθοριστεί το βάρος ή η διάμετρος της, ο όγκος του δοχείου υπολογίζεται ως εξής: όπου: Πίνακας 3.11: Αντικείμενα κατά μέγεθος V HeightorDiameter 3 reactor V boot V reactor= ο όγκος του αντιδραστήρα V boot= ο όγκος της εκκίνησης 6 (3.9) Height, Diameter = οι τιμές που λαμβάνονται από τα αντίστοιχα πεδία Επιτρέπει να επιλέξουμε την κατεύθυνση του δοχείου και υπάρχουν δύο επιλογές για να συμβεί αυτό: Οριζόντια: Τα άκρα του δοχείου έχουν κατεύθυνση προς τον οριζόντια. Κάθετα: Τα άκρα του δοχείου έχουν κατεύθυνση κατακόρυφα. Περιέχει τον πλήρης όγκο του δοχείου. Υπάρχουν τρείς πιθανότητες για τις τιμές σε αυτό το πεδίο: Εάν το βάρος και η διάμετρος έχουν εισαχθεί, η τιμή υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση (3.8) ή την εξίσωση (3.9). Εάν εισάγουμε μια τιμή και εάν το ύψος (μήκος) ή η διάμετρος είναι καθορισμένα, το Hysys υπολογίζει την άλλη παράμετρο χρησιμοποιώντας την εξίσωση (3.8) ή την εξίσωση (3.9). Αυτό είναι δυνατό μόνο με τα κυλινδρικά δοχεία ως σφαιρικά δοχεία έχουν το ύψος ίσο με την διάμετρο. Εάν εισάγουμε μια τιμή σε αυτό το πεδίο (και μόνο σε αυτό) και το ύψος και η διάμετρος είναι υπολογισμένα σε αναλογία 3/2 (δηλαδή ύψος / διάμετρο). Κρατά την διάμετρο του δοχείου και εάν το δοχείο είναι σφαιρικό τότε η τιμή είναι η ίδια όπως του ύψους (μήκος). Κρατά το ύψος ή και το μήκος του δοχείου, ανάλογα με την κατεύθυνση του δοχείου (κάθετα ή οριζόντια) και εάν το δοχείο είναι σφαιρικό, τότε η τιμή είναι η ίδια όπως της διαμέτρου. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

111 Η σελίδα κατά μέγεθος περιέχει τρία πεδία: Volume (Όγκος) Diameter (Διάμετρος) Height (Ύψος ή μήκος εξαρτημένο από τον προσανατολισμό) Εάν ο αντιδραστήρας στην αξιολόγηση έχει μια εκκίνηση, μπορούμε να συμπεριλάβουμε τον όγκο του στο συνολικό όγκο ενεργοποιώντας τον αντιδραστήρα που έχει το πλαίσιο εκκίνησης. Η ομάδα διαστάσεων εκκίνησης αποτελείται από δύο πεδία τα οποία περιγράφονται παρακάτω. ΠΕΔΙΟ Διάμετρος Εκκίνησης Ύψος Εκκίνησης Πίνακας 3.12: Περιγραφή των πεδίων διαστάσεων εκκίνησης ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Η διάμετρος της εκκίνησης στην οποία η καθορισμένη τιμή είναι συνήθως το 1/3 της διαμέτρου του αντιδραστήρα. Το ύψος της εκκίνησης το οποίο είναι καθορισμένο στο 1/3 της διαμέτρου του αντιδραστήρα (σφαίρας) ή στο 1/3 του ύψους ή του μήκους του αντιδραστήρα (κύλινδρος). Ο όγκος της εκκίνησης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας έναν απλό κυλινδρικό όγκο: V boot BootDiameter 2 2 BootHeightorBootLenght (3.10) και ο καθορισμένος όγκος της εκκίνησης είναι: V boot Diameter 6 2 Diameter 3 Diameter 72 3 (3.11) Ο πλήρης όγκος του αντιδραστήρα μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας την διάμετρο εκκίνησης, το ύψος εκκίνησης ή τον καθορισμένο όγκο εκκίνησης. Η σελίδα Nozzles περιέχει πληροφορίες σχετικά με την αύξηση και την Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

112 διάμετρο των ακροφυσίων. Σε αντίθεση με τις λειτουργίες του δοχείου σε σταθερή κατάσταση, η τοποθέτηση της τροφοδοσίας και του προϊόντος των ακροφυσίων σε μια δυναμική λειτουργία του αντιδραστήρα έχει φυσική σημασία. Η σύσταση του ρεύματος εξόδου εξαρτάται από την έξοδο του ρεύματος της τοποθεσίας και της διαμέτρου των ακροφυσιών σε σχέση με το φυσικό επίπεδο του δοχείου. Εάν το προϊόν του ακροφυσίου βρίσκεται κάτω από το επίπεδο του υγρού στο δοχείο, το εξωτερικό ρεύμα αντλεί το υλικό από το υγρό κατακράτησης. Εάν το προϊόν του ακροφυσίου βρίσκεται πάνω από το επίπεδο του υγρού στο δοχείο, το εξωτερικό ρεύμα αντλεί το υλικό από την κατακράτηση του ατμού. Εάν το επίπεδο του υγρού έγκειται σε ένα ακροφύσιο το κλάσμα της φάσης του υγρού στο ρεύμα προϊόντος μεταβάλλεται γραμμικά με το πόσο μακριά είναι το υγρό στο ακροφύσιο. Τέλος, όλες οι λειτουργίες του δοχείου στο Hysys αντιμετωπίζονται παρόμοια. Ένα ακροφύσιο προϊόν ατμού δεν παράγει αναγκαστικά καθαρό ατμό και ένας τριφασικός διαχωριστήρας δεν μπορεί να παράγει ξεχωριστά δύο προϊόντα της υγρής φάσης από τα ακροφύσια του προϊόντος. Η σελίδα απώλειας θερμότητας επιτρέπει να καθοριστεί πιο μοντέλο απώλειας θερμότητας θέλουμε να εφαρμόσουμε και να καθορίσουμε τις παραμέτρους που συνδέονται με κάθε μοντέλο ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Εάν εργαζόμαστε σε μια σταθερή κατάσταση, δεν απαιτείται να αλλάξουμε καμία πληροφορία στις προσβάσιμες σελίδες μέσω αυτής της καρτέλας. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

113 Εικόνα 3.27: Αντιδραστήρας Συνεχούς Ανάμειξης - Δυναμική Προσομοίωση Η σελίδα προδιαγραφών περιέχει πληροφορίες σχετικά με την προετοιμασία των τρόπων, της γεωμετρίας του δοχείου και τα δυναμικά χαρακτηριστικά του δοχείου. Εικόνα 3.28: Δυναμική Προσομοίωση Χαρακτηριστικά Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

114 Στην περίπτωση αυτή μπορούμε να καθορίσουμε την σύσταση και την ποσότητα σε κάθε φάση στο δοχείο κατακράτησης ορίζοντας διαφορετικούς τρόπους αρχικοποίησης. Το Hysys ωθεί την προσομοίωση στην περίπτωση για εκ νέου προετοιμασία κάθε φορά που αλλάζει ο τρόπος αρχικοποίησης. Τα κουμπιά ραδιοφώνου στην ομάδα Model Default περιγράφονται στον παρακάτω πίνακα. ΤΡΟΠΟΣ ΑΡΧΙΚΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Initialize from Product Dry Startup Initialize from User Η σύσταση της κατακράτησης υπολογίζεται από το σταθμισμένο μέσο όρο όλων των προϊόντων εξερχόμενα από την κατακράτηση. Μια PT ανάφλεξη εκτελείται για να καθορίσει άλλες συνθήκες κατακράτησης. Η στάθμη του υγρού ορίζεται στην τιμή που αναγράφεται στο πεδίο Liq Volume Percent. Η σύσταση της κατακράτησης υπολογίζεται από το σταθμισμένο μέσο όρο όλων των τροφοδοσιών εισερχόμενα από την κατακράτηση. Μια PT ανάφλεξη εκτελείται για να καθορίσει άλλες συνθήκες κατακράτησης. Η στάθμη του υγρού στο πεδίο Liq Volume Percent ορίζεται ίσο με το μηδέν. Η σύσταση από το υγρό κατακράτησης στο δοχείο είναι καθορισμένου χρήστη. Η μοριακή σύσταση από το υγρό κατακράτησης μπορεί να καθοριστεί επιλέγοντας το κουμπί Init Holdup. Η στάθμη του υγρού ορίζεται στην τιμή που αναγράφεται στο πεδίο Liq Volume Percent. Πίνακας 3.13: Περιγραφή της σύστασης και της ποσότητας στο δοχείο κατακράτησης Η ενεργοποίηση των υπολογισμών αντίδρασης είναι προεπιλεγμένη να χρησιμοποιείται για την δυναμική πορεία της επίλυσης. Η Lag Rxn Temperature είναι σχεδιασμένη να επιταχύνει τη δυναμική πορεία για την αντίδραση επίλυσης όταν η επιχείρηση έχει επικαλεστεί την αντίδραση σταθερής κατάστασης επίλυσης. Από μαθηματικής άποψης, όταν ενεργοποιείται το πλαίσιο ελέγχου Lag Rxn Temperature, αναβοσβήνει η επίλυση της αντίδρασης με την μέθοδο Euler, διαφορετικά για μια δυναμική πορεία η σταθερή κατάσταση της αντίδρασης επίλυσης αναβοσβήνει πάντα με την μέθοδο Euler η οποία μπορούσε να είναι αργή με πολλές επαναλήψεις. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

115 Η Lag Rxn Temperature μπορεί να προκαλέσει κάποια αστάθεια λόγω της μεθόδου Euler. Τέλος, στην ομάδα Model Details μπορούμε να καθορίσουμε τις παραμέτρους του γεωμετρικού δοχείου. Vessel Volume (Όγκος Δοχείου) Vessel Diameter (Διάμετρος Δοχείου) Vessel Height [Ύψος Δοχείου ( Μήκος )] Vessel Geometry [Γεωμετρικό Δοχείο ( Επίπεδο Υπολογισμού )] Οι γεωμετρικοί παράμετροι του δοχείου μπορεί να προσδιορίζονται με τον ίδιο τρόπο όπως εκείνες που ορίζονται στην ομάδα γεωμετρίας για την σελίδα ταξινόμησης και τον πίνακα αξιολόγησης. Η απώλεια πιέσεως τριβής στο ακροφύσιο τροφοδοσίας είναι μια δυναμική προδιαγραφή στο Hysys και μπορεί να καθοριστεί στο πεδίο Feed Delta P. Οι απώλειες πιέσεων τριβής σε κάθε προϊόν ακροφυσίου ορίζονται αυτόματα στο μηδέν από το Hysys. Προτείνεται να εισάγουμε μια τιμή από το μηδέν στο πεδίο Feed Delta P επειδή μια σταθερή πτώση της πίεσης στο δοχείο δεν είναι πραγματική για όλες τις ροές. Εάν επιθυμούμε υπάρχει η δυνατότητα μοντελοποίησης της απώλειας τριβής στην είσοδο και στην έξοδο του ρεύματος, συνιστάται να προστεθεί μια βαλβίδα λειτουργίας. Σε αυτήν την περίπτωση, η ροή εσωτερικά και εξωτερικά του δοχείου τροποποιείται πραγματικά. Επίσης, μπορεί να καθοριστεί και η πίεση του δοχείου η οποία γίνεται ενεργή ενεργοποιώντας το πλαίσιο ελέγχου δίπλα στο πεδίο Vessel Pressure. Αυτή η προδιαγραφή τυπικά δεν ορίζεται δεδομένου ότι η πίεση του δοχείου συνήθως μεταβάλλεται και καθορίζεται από τα υπόλοιπα τμήματα του εξοπλισμού. Στη σελίδα κατακράτησης περιέχονται πληροφορίες όσον αφορά τις Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

116 ιδιότητες, την σύσταση και το ποσοστό της κατακράτησης. Εικόνα 3.29: Αντιδραστήρας Set-1, Δυναμική Προσομοίωση Κατακράτηση Για κάθε πιθανή φάση στο δοχείο (ατμού, υδάτινη και υγρή) η ομάδα επιπέδων δοχείου εμφανίζει τα παρακάτω: ΕΠΙΠΕΔΑ ΔΟΧΕΙΟΥ Level Percentage Level Volume ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το συσσωρευτικό ύψος από το δοχείο. Το συσσωρευτικό ύψος από το δοχείο ως το ποσοστό του ύψους του δοχείου. Ο συσσωρευτικός όγκος από την φάση. Πίνακας 3.14: Περιγραφή των επιπέδων του δοχείου για τις διάφορες φάσεις Στην ομάδα λεπτομερειών για κάθε φάση που περιέχεται εντός του όγκου λειτουργίας της μονάδας, καθορίζονται τα ακόλουθα: ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ Phase ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Η φάση από τον όγκο κατακράτησης. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

117 ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ Accumulation Moles Volume ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Η συσσώρευση αναφέρεται στον ρυθμό μεταβολής του υλικού στην κατακράτηση για κάθε φάση. Η ποσότητα του υλικού στην κατακράτηση για κάθε φάση. Ο όγκος κατακράτησης για κάθε φάση. Πίνακας 3.15: Περιγραφή λεπτομερειών για κάθε φάση εντός του όγκου λειτουργίας της μονάδας Ο εναλλάκτης θερμότητας επιτρέπει να επιλέξουμε αν ο αντιδραστήρας θερμαίνεται, ψύχεται, ή αφήνεται μόνος του. Ωστόσο, μπορεί να επιλεχθεί η μέθοδος που χρησιμοποιείται για την θέρμανση ή την ψύξη του αντιδραστήρα. Εικόνα 3.30: Δυναμική Προσομοίωση Εναλλάκτης Θερμότητας Οι επιλογές αυτές είναι διαθέσιμες και εξαρτώνται από πιο κουμπί θα επιλέξουμε: Εάν επιλέξουμε το κουμπί None, η σελίδα αυτή είναι κενή και δεν χρειάζεται να καθορίσουμε ένα ενεργειακό ρεύμα στην σελίδα Connections (από τον πίνακα σχεδιασμού) για την λειτουργία επίλυσης του αντιδραστήρα. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

118 Εάν επιλέξουμε το κουμπί Duty, αυτή η σελίδα περιέχει τις σταθερές παραμέτρους θέρμανσης ή ψύξης και θα πρέπει να καθορίσουμε ένα ενεργειακό ρεύμα στην σελίδα Connections (από τον πίνακα σχεδιασμού) για την λειτουργία επίλυσης του αντιδραστήρα. Το κουμπί Tube Bundle δεν είναι διαθέσιμο για τις λειτουργίες του αντιδραστήρα. Εάν μεταβούμε από την επιλογή Duty στην επιλογή None, το Hysys αυτομάτως αποσυνδέει το ρεύμα ενέργειας που συνδέεται με τις επιλογές Duty. 3.3 ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ Η μονάδα λειτουργίας του αντιδραστήρα μετατόπισης υποστηρίζει την αποδοτική διαμόρφωση των αντιδραστήρων χρησιμοποιώντας τους πίνακες δεδομένων για την εκτέλεση των υπολογισμών. Η λειτουργία χρησιμοποιείται για πολύπλοκους αντιδραστήρες, όπου δεν υπάρχει διαθέσιμο μοντέλο ή τα μοντέλα είναι πολύ ακριβά. Υπάρχουν δύο μέθοδοι για να διαμορφώσουμε την αντίδραση στον αντιδραστήρα μετατόπισης: Yield Only ή Percent Conversion. Οι ακόλουθες εξισώσεις χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του κλάσματος μάζας: Για την μέθοδο Component Percent Conversion: y k x k 1 conv k cur _ yield k conv total (3.12) όπου: y k = το κλάσμα μάζας του συστατικού k στο ρεύμα προϊόντος Το άθροισμα του συστατικού πρέπει να ισούται με το 1. x k = κλάσμα μάζας του συστατικού k στο ρεύμα τροφοδοσίας conv k = ο τύπος του συστατικού (αντιδρώντας ή όχι) για το συστατικό k Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

119 conv total NC k0 x k conv k (3.13) cur _ yield k base _ yield k total _ shift k (3.14) NC= o αριθμός των συστατικών base_ yield k = η απόδοση του βασικού συστατικού k total _ shift k cur _ adj i NV NR j j j cur _ adj base _ adj base _ shift eff i i i i k i0 j0 j i base _ adj Max p j i j,min i Max p, Min j,min i p, Min j,max i p, cur _ value j,max i i, base _ value i (3.15) (3.16) (3.17) NV= ο αριθμός των μεταβλητών εισόδου j NR = ο αριθμός του φάσματος για κάθε μεταβλητή εισόδου i base_ shift i j k = η τιμή της μετατόπισης για το συστατικό k Το άθροισμα των τιμών μετατόπισης για όλα τα συστατικά πρέπει να ισούται με το 0. eff i = η αποδοτικότητα για τη μεταβλητή σχεδιασμού i, οι τιμές που ορίζει ο χρήστης στην σελίδα Efficiencies j,min p i = η ελάχιστη τιμή φάσματος του συνόλου δεδομένων j της μεταβλητής σχεδιασμού i j,max p i = η μέγιστη τιμή φάσματος του συνόλου δεδομένων j της μεταβλητής σχεδιασμού i cur _ value i = η τρέχουσα τιμή για το σχεδιασμό της μεταβλητής i base_ value i = η βασική τιμή για την μεταβλητή σχεδιασμού i Για την μέθοδο Yield Only Conversion: y k x k cur _ yield k conversion total (3.18) όπου: Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

120 y k = το κλάσμα μάζας του συστατικού κ στο ρεύμα προϊόντος Το άθροισμα του κλάσματος μάζας του συστατικού πρέπει να ισούται με το 1. x k = το κλάσμα μάζας του συστατικού κ στο ρεύμα τροφοδοσίας conversion total = η πλήρης μετατόπιση της τιμής για την αντίδραση cur _ yield k base _ yield k total _ shift k (3.19) NC= ο αριθμός των συστατικών base_ yield k = η απόδοση της βάσης του συστατικού k total _ shift k = η πλήρης τιμή της μετατόπισης, (εξίσωση 3.15) ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ PROPERTY VIEW Ο αντιδραστήρας απόδοσης περιέχει τους ακόλουθους πίνακες: Design (Σχεδίασης) Model Config (Μοντέλου Διαμόρφωσης) Composition Shift (Σύσταση Μετατόπισης) Property Shift (Ολίσθηση Ιδιοτήτων) Worksheet (Φύλλου Εργασίας) Dynamics (Δυναμική προσομοίωση) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

121 Εικόνα 3.31: Αντιδραστήρας Απόδοσης - Σχεδίαση Για να αγνοήσουμε την λειτουργία του αντιδραστήρα εξ ολοκλήρου κατά τους υπολογισμούς, επιλέγουμε το πλαίσιο ελέγχου Ignored. To Hysys παραβλέπει την λειτουργία μέχρι να το επαναφέρουμε στην ενεργή κατάσταση ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Ο πίνακας σχεδίασης περιέχει τις επιλογές που μας επιτρέπουν να ρυθμίσουμε τον αντιδραστήρα απόδοσης οι οποίες ομαδοποιούνται στις ακόλουθες σελίδες: Connections (Συνδέσεις) Parameters (Παραμέτρους) User Variables (Χρήσιμες Μεταβλητές) Οι μεταβλητές επιτρέπουν να δημιουργήσουμε και να εφαρμόσουμε δικές μας μεταβλητές για την τρέχουσα λειτουργία. Notes (Σημειώσεις) Οι σημειώσεις επιτρέπουν να προσθέσουμε σχετικές παρατηρήσεις οι οποίες είναι συνδεδεμένες με την λειτουργία της μονάδας. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

122 Η σελίδα συνδέσεων δίνει την δυνατότητα να διαμορφώσουμε τα ρεύματα των υλικών και των ρευμάτων που ρέουν εντός και εκτός του αντιδραστήρα. Εικόνα 3.32: Σχεδίαση Συνδέσεις ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Name field Fluid Pkg field Feed Streams Table Product Stream field Make up Energy Stream (Optional) Energy (Optional) Πίνακας 3.16: Περιγραφή διαμόρφωσης αντικειμένων Δίνει την δυνατότητα να αλλαχθεί το όνομα του αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να επιλεχθεί το πακέτο ρευστού που συνδέεται με τον αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστούν ή να επιλεχθούν τα ρεύματα εισόδου που ρέουν μέσα στον αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί ή να επιλεχθεί ένα ρεύμα εξόδου που ρέει έξω από τον αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα της σύνδεσης ή την δημιουργία μιας σύνθεσης του ενεργειακού ρεύματος εάν απαιτείται για την λειτουργία. Δίνει την δυνατότητα της σύνδεσης ή την δημιουργία του ενεργειακού ρεύματος εάν απαιτείται για την λειτουργία. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

123 Η σελίδα παραμέτρων επιτρέπει να καθοριστεί η πτώση της πίεσης του αντιδραστήρα. Εικόνα 3.33: Σχεδίαση Παράμετροι Το πεδίο πτώση της πίεσης δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η πτώση της πίεσης στο δοχείο του αντιδραστήρα, η οποία ορίζεται ως εξής: P P feed P product (3.20) όπου: ΔP= η πτώση πίεσης του δοχείου P feed = η πίεση του ρεύματος τροφοδοσίας, υποτίθεται ότι είναι η μικρότερη πίεση όλων των ρευμάτων τροφοδοσίας P product= η πίεση του ρεύματος προϊόντος Η πτώση της πίεσης σε όλο το δοχείο είναι μηδέν ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Ο πίνακας διαμόρφωσης περιέχει τις επιλογές για την διαμόρφωση του αντιδραστήρα οι οποίες χωρίζονται ως εξής: Design Parameters (Παράμετροι Σχεδίασης) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

124 Design Variables (Μεταβλητές Σχεδίασης) Heat of Reaction (Θερμότητα της Αντίδρασης) Οι παράμετροι σχεδίασης δίνουν την δυνατότητα να καθοριστούν άλλοι σχεδιαστικοί παράμετροι που επηρεάζουν την αντίδραση στον αντιδραστήρα. Εικόνα 3.34: Μοντέλο Διαμόρφωσης Σχεδίαση Παραμέτρων ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Name column Value column Unit Type column When a new Parameter... checkbox Insert New Parameter button Remove Selected Parameter button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να αλλάξουμε το όνομα της επιλεγμένης παραμέτρου σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η τιμή της παραμέτρου σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα να επιλεχθεί ο τύπος της μονάδας για την παράμετρο σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ της προσθήκης ή όχι μιας καινούργιας μεταβλητής σχεδίασης κάθε φορά που προστίθεται μια καινούργια παράμετρος σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα να προστεθεί μια καινούργια παράμετρος. Δίνει την δυνατότητα να αφαιρεθεί η επιλεγμένη παράμετρος λειτουργίας στον πίνακα Operating Parameters. Μπορούμε να επιλέξουμε πολλαπλές παραμέτρους πιέζοντας και κρατώντας το κουμπί CTRL ή SHIFT ενώ επιλέγουμε τις παραμέτρους. Πίνακας 3.17: Παράμετροι σχεδίασης Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

125 Οι μεταβλητές σχεδίασης δίνουν την δυνατότητα της εισαγωγής, της επεξεργασίας και της αφαίρεσης των μεταβλητών που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς της αντίδρασης για τον αντιδραστήρα. Εικόνα 3.35: Μοντέλο Διαμόρφωσης Σχεδίαση Μεταβλητών ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Name column Assoc Object column Variable column Dataset No column On/Off checkbox Insert Design Var button Edit Design Var button Remove Design Var button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να τροποποιήσουμε το όνομα της μεταβλητής σχεδίασης. Εμφανίζει το όνομα του αντικειμένου που συνδέεται με την μεταβλητή σχεδίασης. Εμφανίζει τον τύπο της μεταβλητής σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί ο αριθμός του συνόλου δεδομένων της τιμής που είναι διαθέσιμος για την μεταβλητή σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ της αναγνώρισης ή της αγνόησης της μεταβλητής σχεδιασμού κατά την διάρκεια του υπολογισμού. Ένα σαφές πλαίσιο ελέγχου υποδεικνύει ότι αγνοούμε την μεταβλητή σχεδιασμού. Δίνει την δυνατότητα της προσθήκης μιας μεταβλητής σχεδίασης χρησιμοποιώντας την προβολή παρόμοια με την προβολή Variable Navigator. Δίνει την δυνατότητα να αλλάξουμε την επιλεγμένη μεταβλητή σχεδίασης σε μια διαφορετική μεταβλητή. Δίνει την δυνατότητα να αφαιρέσουμε την επιλεγμένη μεταβλητή σχεδίασης από τον αντιδραστήρα. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

126 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Set Password button Change Password button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να ορίσουμε τον κωδικό πρόσβασης για τον αντιδραστήρα. Αυτό το κουμπί είναι διαθέσιμο εάν δεν έχουμε ορίσει κωδικό πρόσβασης για τον αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να αλλάξουμε τον κωδικό πρόσβασης για τον αντιδραστήρα. Αυτό το κουμπί είναι διαθέσιμο μόνο εάν ο αντιδραστήρας περιέχει ήδη έναν κωδικό πρόσβασης. Πίνακας 3.18: Περιγραφή των μεταβλητών σχεδίασης Η θερμότητα της αντίδρασης δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η μεταφορά θερμότητας που εμφανίζεται κατά την διάρκεια της αντίδρασης. Εικόνα 3.36: Μοντέλο Διαμόρφωσης Θέρμανση Αντίδρασης ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Adjusting Factor column Amount of Reaction column Adjusted Duty ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να καθορίσουμε την μεταφορά θερμότητας που εμφανίζεται για την σύνδεση του συστατικού στον αντιδραστήρα. Εμφανίζει το ποσοστό του συστατικού που καταναλώθηκε ή δημιουργήθηκε κατά την διάρκεια της αντίδρασης. Εμφανίζει την ποσότητα της ενθαλπίας για την σύνδεση του συστατικού. Πίνακας 3.19: Καθορισμός της μεταφοράς θερμότητας Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

127 3.3.4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ Ο πίνακας σύστασης μετατόπισης περιέχει τις επιλογές για να καθοριστεί η επηρεασμένη σύσταση μετατόπισης από τις μεταβλητές σχεδιασμού, οι οποίες χωρίζονται ως εξής: Design Data: Base and Data (Σχεδίαση Δεδομένων: Βάση και Δεδομένα) Base Yields (Βάση Απόδοσης) Base Shifts (Βάση Μετατόπισης) Efficiencies (Αποτελεσματικότητα) Results: Yields, Shift Extents, and Total Extents (Αποτελέσματα: Απόδοσης, Επέκταση Μετατόπισης και Πλήρης Επέκταση) Η σχεδίαση δεδομένων δίνει την δυνατότητα να ρυθμίσουμε την απόδοση του αντιδραστήρα και για να συμβεί αυτό ακολουθούν οι παρακάτω επιλογές: Base (Βάση) Data (Δεδομένα) Εικόνα 3.37: Μετατόπιση Σύστασης Σχεδίαση Δεδομένων Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

128 Η σελίδα Basis δίνει την δυνατότητα να καθοριστούν οι βασικές τιμές σχεδιασμού για τις μεταβλητές σχεδίασης, το ρεύμα τροφοδοσίας και το ρεύμα προϊόντος. Αυτές οι τιμές χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό των βασικών τιμών απόδοσης των συστατικών. Εικόνα 3.38: Μετατόπιση Σύστασης - Βάση ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Design Base Value column Use percent conversion radio button Use yield only radio button Feed column Product column Base Conversion column ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να καθορίσουμε τις βασικές τιμές σχεδιασμού για την σύνδεση των μεταβλητών σχεδίασης. Δίνει την δυνατότητα να τροποποιήσουμε τον αντιδραστήρα με βάση το ποσοστό των προδιαγραφών μετατροπής. Δίνει την δυνατότητα να τροποποιήσουμε τον αντιδραστήρα με βάση τις προδιαγραφές απόδοσης. Εμφανίζει την σύσταση του ρεύματος τροφοδοσίας και μπορούμε να επεξεργαστούμε την σύσταση του ρεύματος εισάγοντας μια καινούργια τιμή σε οποιοδήποτε από τα κελιά. Εμφανίζει την σύσταση του ρεύματος προϊόντος και μπορούμε να επεξεργαστούμε την σύσταση του ρεύματος εισάγοντας μια καινούργια τιμή σε οποιοδήποτε από τα κελιά. Δίνει την δυνατότητα να καθορίσουμε την βασική τιμή μετατροπής για κάθε συστατικό στην τιμή του ποσοστού. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

129 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Edit Composition button Change Comp Basis button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να επεξεργαστούμε την σύσταση του επιλεγμένου ρεύματος. Δίνει τη δυνατότητα να αλλάξουμε την βασική σύσταση του επιλεγμένου ρεύματος. Πίνακας 3.20: Βασικές τιμές σχεδιασμού για τις μεταβλητές σχεδίασης, το ρεύμα τροφοδοσίας και το ρεύμα προϊόντος Η αλλαγή της σύστασης του ρεύματος επιτυγχάνεται σύμφωνα με τα παρακάτω: 1. Στην ομάδα Component Base Compositions of Feed και Product, επιλέγουμε το ρεύμα που θέλουμε να επεξεργαστούμε πατώντας στο κελί σύνδεσης του ρεύματος. 2. Επιλέγουμε το κουμπί Edit Compositions. Εικόνα 3.39: Αντίδραση Απόδοσης - Γραμμομοριακό Κλάσμα 3. Στο κατάλληλο κελί, εισάγετε η τιμή της σύστασης για κάθε συστατικό. Τροποποίηση της βασικής σύστασης του ρεύματος, επιλέγοντας το κατάλληλο κουμπί στην ομάδα Composition Basis. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

130 Επιλέγουμε το κουμπί Erase για να αφαιρέσουμε όλες τις τιμές της σύστασης. Επιλέγουμε το κουμπί Normalize για να μετατοπιστούν όλες οι τιμές της σύστασης έτσι ώστε η πλήρης τιμή να ισούται με 1. Επιλέγουμε το κουμπί Cancel για να βγούμε από την προβολή σύστασης του συστατικού χωρίς να δεχτούμε τις αλλαγές που έγιναν. 4. Επιλέγουμε το κουμπί ΟΚ για να αποδεχτούμε τις τροποποιημένες τιμές της σύστασης. Η αλλαγή της βασικής σύστασης του ρεύματος επιτυγχάνεται σύμφωνα με τα παρακάτω: 1. Στην ομάδα Component Base Compositions of Feed και Product, επιλέγουμε το ρεύμα που θέλουμε να επεξεργαστούμε πατώντας στο κελί σύνδεσης του ρεύματος. 2. Επιλέγουμε το κουμπί Change Comp Basis. Η προβολή της βασικής σύστασης εμφανίζεται. Εικόνα 3.40: Αντίδραση Απόδοσης - Γραμμομοριακό Κλάσμα 3. Επιλέγουμε την βασική σύσταση πατώντας το κατάλληλο κουμπί ραδιοφώνου. Μπορούμε να επιλέξουμε το κουμπί Cancel για να βγούμε από την προβολή σύστασης του συστατικού χωρίς να δεχτούμε τις αλλαγές που έγιναν. 4. Επιλέγουμε το κουμπί Accept για να αποδεχτούμε μια καινούργια επιλογή. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

131 Υπολογίζονται οι βασικές τιμές απόδοσης χρησιμοποιώντας το ποσοστό μετατροπής: όπου: j base_ yield k δεδομένων j base _ yield j k y x j j k k NC j xk k0 1 conv conv base k base k (3.21) = η βασική τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου j y k = το προϊόν ρεύματος κλάσμα μάζας για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j j x k = το ρεύμα τροφοδοσίας κλάσμα μάζας για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j base conv k δεδομένων j = η βασική τιμή ποσοστού μετατροπής για το συστατικό k του συνόλου NC= οι αριθμοί των συστατικών Υπολογίζονται οι βασικές τιμές απόδοσης χρησιμοποιώντας μόνο την απόδοση: base _ yield j k y j k x j k (3.22) όπου: j base_ yield k δεδομένων j = η βασική τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου j y k = το προϊόν ρεύματος κλάσμα μάζας για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j j x k = το ρεύμα τροφοδοσίας κλάσμα μάζας για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

132 Το σύνολο δεδομένων δίνει την δυνατότητα να καθοριστούν οι τιμές του συνόλου δεδομένων για τις μεταβλητές σχεδίασης, το ρεύμα τροφοδοσίας και το ρεύμα προϊόντος. Οι τιμές αυτές χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της μετατόπισης για κάθε σύνολο δεδομένων κάθε μεταβλητής σχεδίασης. Εικόνα 3.41: Σύνολο Δεδομένων της Σχεδίασης Δεδομένων ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Feed radio button Product radio button Design Variables list Dataset columns Feed Dataset column Product Dataset column ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα της πρόσβασης και της τροποποίησης της σύσταση του ρεύματος τροφοδοσίας. Δίνει την δυνατότητα της πρόσβασης και της τροποποίησης της σύστασης του ρεύματος προϊόντος. Δίνει την δυνατότητα της πρόσβασης και της τροποποίησης των τιμών του συνόλου δεδομένων της επιλεγμένης μεταβλητής. Δίνει την δυνατότητα να καθορίσουμε την επιλεγμένη τιμή της μεταβλητής σχεδίασης για την σύνδεση του συνόλου δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να έχουμε πρόσβαση και να τροποποιήσουμε την σύσταση του ρεύματος τροφοδοσίας για την σύνδεση του συνόλου δεδομένων. Η στήλη αυτή είναι διαθέσιμη μόνο εάν το κουμπί Feed είναι επιλεγμένο Δίνει την δυνατότητα της πρόσβασης και της τροποποίησης της σύστασης του ρεύματος προϊόντος. Η στήλη αυτή είναι διαθέσιμη μόνο εάν το κουμπί Product είναι επιλεγμένο. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

133 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Edit Selected Dataset button Erase All Datasets button Change Comp Base button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα της επεξεργασίας της σύστασης του ρεύματος του επιλεγμένου συνόλου δεδομένων. Διαγράφει όλες τις τιμές του ρεύματος της σύστασης για όλα τα σύνολα δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να αλλάξουμε την βασική σύσταση του επιλεγμένου συνόλου δεδομένων. Πίνακας 3.21: Καθορισμός των τιμών του συνόλου δεδομένων για τις μεταβλητές σχεδίασης, το ρεύμα τροφοδοσίας και το ρεύμα προϊόντος Για να αλλάξουμε το ρεύμα σύστασης του συνόλου δεδομένων ακολουθούμε τα εξής βήματα: 1. Στην ομάδα Data Sets of Design Variables, επιλέγουμε το κατάλληλο κουμπί για να τροποποιήσουμε το ρεύμα τροφοδοσίας ή το ρεύμα προϊόντος. 2. Στην λίστα Design Variables, επιλέγουμε την μεταβλητή σχεδίασης που συνδέεται με το ρεύμα που θέλουμε να επεξεργαστούμε. 3. Στον πίνακα ρεύματος, επιλέγουμε το σύνολο δεδομένων που θέλουμε να τροποποιήσουμε. 4. Επιλέγουμε το κουμπί Edit Selected Dataset και εμφανίζεται η σύσταση του συστατικού. Εικόνα 3.42: Αντίδραση Απόδοσης - Γραμμομοριακό Κλάσμα Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

134 5. Στο κατάλληλο κέλυφος, εισάγουμε την τιμή της σύστασης για κάθε συστατικό. Τροποποιήσουμε την βασική σύσταση του ρεύματος, επιλέγοντας το κατάλληλο κουμπί ραδιοφώνου στην ομάδα Composition Basis. Επιλέγουμε το κουμπί Erase για να αφαιρέσουμε όλες τις τιμές της σύστασης. Επιλέγουμε το κουμπί Normalize για να μετατοπιστούν όλες οι τιμές της σύστασης έτσι ώστε η πλήρης τιμή να ισούται με το 1. Επιλέγουμε το κουμπί Cancel για να βγούμε από την προβολή σύστασης του συστατικού χωρίς να δεχτούμε τις αλλαγές που έγιναν. 6. Επιλέγουμε το κουμπί ΟΚ για να αποδεχτούμε τις τροποποιημένες τιμές της σύστασης. Για να αλλάξουμε την βασική σύσταση του συνόλου δεδομένων ακολουθούμε τα εξής βήματα: 1. Στην ομάδα Data Sets of Design Variables, επιλέγουμε το κατάλληλο κουμπί ραδιοφώνου για να τροποποιήσουμε το ρεύμα τροφοδοσίας ή το ρεύμα προϊόντος. 2. Στην λίστα Design Variables, επιλέγουμε την μεταβλητή σχεδίασης που συνδέεται με το ρεύμα που θέλουμε να επεξεργαστούμε. 3. Στο πίνακα ρεύματος, επιλέγουμε το σύνολο δεδομένων που θέλουμε να τροποποιήσουμε. 4. Επιλέγουμε το κουμπί Change Comp Basis και εμφανίζεται η σύσταση του συστατικού. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

135 Εικόνα 3.43: Γραμμομοριακό Κλάσμα 5. Επιλέγουμε την βασική σύσταση πατώντας το κατάλληλο κουμπί ραδιοφώνου. Μπορούμε να επιλέξουμε το κουμπί Cancel για να βγούμε από την προβολή σύστασης του συστατικού χωρίς να δεχτούμε τις αλλαγές που έγιναν. 6. Επιλέγουμε το κουμπί Accept για να αποδεχτούμε μια καινούργια επιλογή. Η ακόλουθη εξίσωση χρησιμοποιείται για να υπολογιστεί η τιμή του συστατικού απόδοσης για το σύνολο δεδομένων της κάθε μεταβλητής. comp yield j1 j k _ shift k j1 input _ var yield j k input _ var j (3.23) όπου: j comp _ shift k = το συστατικό απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j j1 yield k j yield k input _ var = η τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j+1 = η τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j j1 δεδομένων j+1 input _ var j = η μέγιστη τιμή της μεταβλητής σχεδίασης για το σύνολο = η ελάχιστη τιμή της μεταβλητής σχεδίασης για το σύνολο Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

136 δεδομένων j Οι βασικές αποδόσεις δίνουν την δυνατότητα να καθοριστεί η βασική τιμή απόδοσης για κάθε συστατικό στον αντιδραστήρα. Εικόνα 3.44: Βασική Απόδοση Μετατόπιση Σύστασης ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Use percent conversion radio button Use yield only radio button Base Yield column Conversion [%] column Total Conversion [%] Edit Base Yield button Πίνακας 3.22: Καθορισμός της βασικής τιμής της απόδοσης Δίνει την δυνατότητα να επιλέξουμε τον τύπο του ποσοστού μετατροπής της απόδοσης για τον υπολογισμό του αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα για να επιλέξουμε τον συγκεκριμένο τύπο της τιμής της απόδοσης για τον υπολογισμό του αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστούν οι βασικές τιμές απόδοσης για τα συστατικά στον αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η τιμή του ποσοστού μετατροπής για τον αντιδραστήρα. Η στήλη αυτή είναι διαθέσιμη μόνο όταν είναι επιλεγμένο το κουμπί ραδιοφώνου Use percent conversion. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί σε ποσοστό η ποσότητα των συστατικών στο ρεύμα τροφοδοσίας το οποίο μετατράπηκε στον αντιδραστήρα. Δίνει την δυνατότητα να επεξεργαστούμε την τιμή της απόδοσης του βασικού συστατικού για τον αντιδραστήρα. Το κουμπί αυτό είναι ενεργό μόνο εάν δεν έχουμε καθορίσει καμία τιμή απόδοση στον πίνακα Design Data. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

137 Οι βασικές μετατοπίσεις δίνουν την δυνατότητα να καθοριστούν οι τιμές μετατόπισης για τις παραμέτρους σχεδίασης. Εικόνα 3.45: Βασική Απόδοση Μετατόπιση Σύστασης ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Min row Max row Current row Base row Cur_adj row Base_adj row Component rows Edit Selected Base Shift button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η ελάχιστη τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η μέγιστη τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Εμφανίζει την τρέχουσα τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η βασική τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Εμφανίζει την προσαρμοσμένη τιμή της μεταβλητής, βλέπουμε εξίσωση (3.16). Εμφανίζει την προσαρμοσμένη τιμή της βασικής μεταβλητής, βλέπουμε εξίσωση (3.17). Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η τιμή της σύστασης του συστατικού για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να επεξεργαστούμε την σύσταση της επιλεγμένης παραμέτρου σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

138 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Normalize All Base Shifts button Erase All Base Shifts button ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να ομαλοποιήσει την βάση μετατόπισης στο άθροισμα 0. Δίνει την δυνατότητα να διαγράψουμε την τιμή της σύστασης για όλες τις παραμέτρους σχεδίασης στο σύνολο δεδομένων. Πίνακας 3.23: Καθορισμός των τιμών μετατόπισης για τις παραμέτρους σχεδίασης Η σελίδα της αποδοτικότητας δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί το ποσοστό της αποδοτικότητας των τιμών από τις επιλεγμένες παραμέτρους σχεδίασης. Εικόνα 3.46: Ολίσθηση Σύστασης Αποδοτικότητα των μεταβλητών σχεδίασης Η τιμή της αποδοτικότητας καθορίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση (3.15) για να υπολογιστούν οι συνολικές τιμές μετατόπισης. Η σελίδα αποτελεσμάτων περιέχει τις υπολογισμένες τιμές από τις καθορισμένες παραμέτρους. Οι πληροφορίες είναι χωρισμένες στις ακόλουθες σελίδες: Yield (Απόδοσης) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

139 Shift Extent (Έκταση Μετατόπισης) Total Extents (Πλήρης Έκταση) Εικόνα 3.47: Ολίσθηση Σύστασης - Αποτελέσματα Η σελίδα αποδόσεων εμφανίζει την βασική απόδοση, την συνολική μετατόπιση και την τρέχουσα απόδοση όλων των συστατικών στον αντιδραστήρα. Εικόνα 3.48: Ολίσθηση Σύστασης Απόδοση Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

140 Η σελίδα Yields εμφανίζει τις τιμές μετατόπισης της σύστασης του συστατικού για κάθε σύνολο δεδομένων. Εικόνα 3.49: Ολίσθηση Σύστασης Η σελίδα πλήρης έκταση εμφανίζει την τιμή επεκταμένου συστατικού για την βάση, τις παραμέτρους σχεδίασης και τις τιμές πλήρης έκτασης. Εικόνα 3.50: Ολίσθηση Σύστασης ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

141 Ο πίνακας μετατόπισης περιέχει επιλογές για να καθοριστεί η απόδοση των μεταβλητών σχεδίασης, οι οποίες χωρίζονται στις ακόλουθες σελίδες: Properties (Ιδιότητες) Design Data: Base and Data (Σχεδιασμός Δεδομένων: Βάση και Δεδομένα) Base Shift (Βάση Μετατόπισης) Efficiencies (Αποδοτικότητα) Results: Shift Extents and Total Extents (Αποτελέσματα: Έκταση Μετατόπισης και Πλήρης Έκταση) Η ακόλουθη εξίσωση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μετατόπισης: cur _ prop base _ prop total _ shift (3.24) όπου: cur_prop= η τρέχουσα τιμή της μετατόπισης base_prop= η βασική τιμή total _ shift i NV NR j j cur _ adj base _ adj eff i i i i0 j0 (3.25) cur _ adj j i Max p j,min i, Min p j,max i, cur _ value i (3.26) base _ adj j i j,min i Max p, Min p, base _ value (3.27) j,max i i NV= οι αριθμοί μεταβλητών εισόδου i NR = οι αριθμοί του φάσματος για κάθε μεταβλητή εισόδου i eff i = η τιμή της αποδοτικότητας για την μεταβλητή i, οι τιμές καθορίζονται από τον χρήστη στην σελίδα Βελτίωση Αποτελεσματικότητας Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

142 j.min p i = η ελάχιστη τιμή του φάσματος για κάθε σύνολο δεδομένων j από την μεταβλητή σχεδίασης i j,max p i = η μέγιστη τιμή του φάσματος για κάθε σύνολο δεδομένων j από την μεταβλητή σχεδίασης i cur _ value i = η τρέχουσα τιμή για την μεταβλητή σχεδίασης i base_ value i = η βασική τιμή για την μεταβλητή σχεδίασης i Η σελίδα Properties δίνει την δυνατότητα να τοποθετηθούν ή να αφαιρεθούν οι ιδιότητες απόδοσης. Εικόνα 3.51: Ολίσθηση Ιδιοτήτων ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Name column Value column ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Unit Type column ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να αλλάξουμε το επιλεγμένο όνομα. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η τιμή. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να επιλέξουμε τον τύπο της μονάδας. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

143 Insert New Property button Remove Selected Property button Δίνει την δυνατότητα της προσθήκης μιας καινούργιας ιδιότητας. Δίνει την δυνατότητα να αφαιρέσουμε την επιλεγμένη ιδιότητα στον πίνακα και μπορούμε να επιλέξουμε πολλαπλές ιδιότητες πιέζοντας και κρατώντας το κουμπί CTRL ή SHIFT ενώ επιλέγουμε τις ιδιότητες. Πίνακας 3.24: Περιγραφή τοποθέτησης ή αφαίρεσης των ιδιοτήτων απόδοσης Η σελίδα Design Data δίνει την δυνατότητα να διαμορφωθεί η επιλεγμένη παράμετρος σχεδίασης και το σύνολο δεδομένων, οι επιλογές χωρίζονται στις ακόλουθες σελίδες: Base (Βάση) Datasets (Σύνολο Δεδομένων) Εικόνα 3.52: Ολίσθηση Ιδιοτήτων - Σχεδίαση Δεδομένων Στη σχεδίαση δεδομένων η σελίδα Base δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η βασική τιμή για τις μεταβλητές σχεδίασης. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

144 Εικόνα 3.53: Ολίσθηση Ιδιοτήτων - Βασικές τιμές των μεταβλητών σχεδίασης Στη σχεδίαση δεδομένων η σελίδα Datasets δίνει την δυνατότητα να καθοριστούν οι πρώτες τιμές του συνόλου δεδομένων για τις μεταβλητές σχεδίασης και τις ιδιότητες, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της βασικής τιμής απόδοσης. Εικόνα 3.54: Σύνολο Δεδομένων Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

145 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Design Variable list Datasets columns ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα της απόκτησης πρόσβασης και της τροποποίησης των τιμών του συνόλου δεδομένων της επιλεγμένης μεταβλητής. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η επιλεγμένη τιμή της μεταβλητής σχεδίασης και των επιλεγμένων τιμών για την σύνδεση του συνόλου δεδομένων. Πίνακας 3.25: Καθορισμός των τιμών του συνόλου δεδομένων για τις μεταβλητές σχεδίασης και για τις ιδιότητες Η ακόλουθη εξίσωση χρησιμοποιείται για να υπολογίσει την βασική τιμή του συνόλου δεδομένων j της κάθε μεταβλητής για την απόδοση: base prop design _ var j1 j k _ shift k j1 j prop k design _ var j (3.28) Η παραπάνω εξίσωση χρησιμοποιείται μόνο όταν παρέχονται τα πρωτογενή δεδομένα. όπου: j base_ shift k = η βασική τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j j1 prop k = η τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j + 1 j prop k = η τιμή απόδοσης για το συστατικό k του συνόλου δεδομένων j design _ var j1 δεδομένων j + 1 design _ var δεδομένων j j = η μέγιστη τιμή της μεταβλητής σχεδίασης για το σύνολο = η ελάχιστη τιμή της μεταβλητής σχεδίασης για το σύνολο Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

146 Η σελίδα Base Shifts δίνει την δυνατότητα της διαμόρφωσης του εύρους μετατόπισης και την τιμή της μετατόπισης για τον αντιδραστήρα. Εικόνα 3.55: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Ολίσθηση Βάσης ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Min row Max row Current row Base row Cur_adj row Base_adj row Properties rows ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η ελάχιστη τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδιασμού του συνόλου δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η μέγιστη τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδιασμού του συνόλου δεδομένων. Εμφανίζει την τρέχουσα τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδιασμού του συνόλου δεδομένων. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η βασική τιμή για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδιασμού του συνόλου δεδομένων. Εμφανίζει την προσαρμοσμένη τρέχουσα τιμή της μεταβλητής. Εμφανίζει την προσαρμοσμένη βασική τιμή της μεταβλητής. Δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί η τιμή της μετατόπισης για την σύνδεση της παραμέτρου σχεδιασμού του συνόλου δεδομένων. Πίνακας 3.26: Διαμόρφωση του εύρους μετατόπισης και της τιμής της μετατόπισης για τον αντιδραστήρα Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

147 Η βελτίωση της αποδοτικότητας δίνει την δυνατότητα να καθοριστεί το ποσοστό των τιμών απόδοσης των επιλεγμένων παραμέτρων σχεδίασης. Εικόνα 3.56: Αποδοτικότητα των μεταβλητών σχεδίασης Η τιμή της αποδοτικότητας καθορίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση (3.25) για τον υπολογισμό των συνολικών τιμών απόδοσης. Η σελίδα αποτελεσμάτων περιέχει τις υπολογισμένες τιμές για τον αντιδραστήρα. Οι πληροφορίες χωρίζονται στις παρακάτω σελίδες: Shift Extents (Έκταση Μετατόπισης) Total Extents (Πλήρης Έκταση) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

148 Εικόνα 3.57: Ολίσθηση Ιδιοτήτων- Αποτελέσματα ιδιοτήτων Στην σελίδα Shift Extents εμφανίζονται οι τιμές απόδοσης που συνδέονται με τις παραμέτρους σχεδίασης. Εικόνα 3.58: Ολίσθηση Ιδιοτήτων Επέκταση Μετατόπισης Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

149 Η σελίδα Total Extent εμφανίζει τις τιμές για την βάση, την παράμετρο σχεδίασης και την τρέχουσα τιμή. Εικόνα 3.59: Ολίσθηση Ιδιοτήτων - Πλήρης Επέκταση ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Εάν εργαζόμαστε σε μια σταθερή κατάσταση δεν απαιτείται να αλλαχθεί κανένα στοιχείο στις σελίδες που είναι προσβάσιμες στον πίνακα αυτόν και για την λειτουργία του αντιδραστήρα Yield Shift περιέχετε μόνο η σελίδα Specs η οποία περιέχει μια επιλογή συνόλου που ορίζει τον όγκο του δοχείου στον αντιδραστήρα. Εικόνα 3.60: Πίνακας δυναμικής προσομοίωσης Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

150 3.4 ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΡΟΗΣ Ο αντιδραστήρας ροής ή ο σωληνοειδής αντιδραστήρας αποτελείται από μια τράπεζα κυλινδρικών αγωγών ή σωλήνων. Το πεδίο ροής διαμορφώνεται ως ένα στόμιο ροής, υπονοώντας ότι το ρεύμα είναι ακτινικά ισοτροπικό (χωρίς μάζα ή βαθμίδες ενέργειας), αυτό προϋποθέτει ότι η αξονική ανάμιξη είναι αμελητέα. Σχήμα 1.2: Διάγραμμα ροής Καθώς τα αντιδρώντα ρέουν στο μήκος του αντιδραστήρα, αυτά συνεχώς καταναλώνονται, συνεπώς, υπάρχει μια αξονική μεταβολή στην συγκέντρωση. Δεδομένου ότι ο ρυθμός αντίδρασης είναι μια συνάρτηση της συγκέντρωσης, μεταβάλλεται αξονικά (εκτός από τις μηδενικές αντιδράσεις). Για να ληφθεί το διάλυμα για το στόμιο του αντιδραστήρα ροής (αξονικά χαρακτηριστικά των συνθέσεων, θερμοκρασία κ.τ.λ.) ο αντιδραστήρας διαιρείται σε αρκετούς υπό όγκους. Σε κάθε υπό όγκο ο ρυθμός αντίδρασης θεωρείται ότι είναι ομοιόμορφος. Η γραμμομοριακή ισορροπία γίνεται σε κάθε υπό όγκο j: Fj 0 F j r dv V j dn dt j (3.29) Επειδή ο ρυθμός της αντίδρασης θεωρείται ομοιόμορφος σε κάθε υπό όγκο, ο τρίτος όρος μειώνεται σε r j V. Σε σταθερή κατάσταση, η δεξιά πλευρά αυτής της ισορροπίας ισούται με το μηδέν και η εξίσωση μειώνεται ως εξής: Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

151 F j Fj0 r V j (3.30) ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΕΝΟΣ ΣΤΟΜΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΡΟΗΣ Υπάρχουν δύο τρόποι που μπορεί να προστεθεί ένα στόμιο του αντιδραστήρα ροής στην προσομοίωση: 1. Στο μενού Flow sheet, επιλέγουμε την εντολή Add Operation. 2. Επιλέγουμε το κουμπί ραδιοφώνου Reactions. 3. Από την λίστα διαθέσιμης μονάδας λειτουργίας, επιλέγουμε το Plug Flow Reactor. ή 1. Στο μενού Flow sheet, επιλέγουμε την εντολή Palette. 2. Διπλό κλικ στο εικονίδιο Plug Flow Reactor. Εικόνα 3.61: Αντιδραστήρας Ροής Σχεδίαση Για την αγνόηση του PFR κατά την διάρκεια των υπολογισμών, επιλέγουμε το πλαίσιο ελέγχου Ignored, έτσι το Hysys αγνοεί την λειτουργία μέχρι να Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

152 επαναφέρουμε την λειτουργία σε ενεργή κατάσταση απενεργοποιώντας το πλαίσιο ελέγχου. 3.5 ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΡΟΗΣ (PFR) / ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Το στόμιο του αντιδραστήρα ροής περιέχει τους ακόλουθους πίνακες: Design (Σχεδίασης) Reactions (Αντιδράσεις) Rating (Ταξινόμησης) Worksheet (Φύλλου Εργασίας) Performance (Απόδοσης) Dynamics (Δυναμική Προσομοίωση) ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Ο πίνακας σχεδίασης περιέχει πολλές σελίδες, οι οποίες περιγράφονται συνοπτικά στον παρακάτω: ΣΕΛΙΔΑ Connections Parameters Heat Transfer User Variables Notes ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Συνδέει τα ρεύματα τροφοδοσίας και προϊόντος στον αντιδραστήρα. Επιτρέπει να καθοριστούν οι παράμετροι για τις πτώσεις πιέσεων και τα ρεύματα ενέργειας. Επιτρέπει να καθοριστούν οι παράμετροι της μεταφοράς θερμότητας. Επιτρέπει την δημιουργία και την εφαρμογή User Variables. Επιτρέπει την προσθήκη σχετικών σχολίων τα οποία συνδέονται με την λειτουργία της μονάδας. Πίνακας 3.27: Σύνοψη διαφόρων σελίδων για τον πίνακα σχεδίασης Στη σελίδα συνδέσεων καθορίζετε το όνομα του αντιδραστήρα, το ρεύμα τροφοδοσίας, το ρεύμα προϊόντος και το ρεύμα ενέργειας. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

153 Εικόνα 3.62: Σχεδίαση Συνδέσεις του αντιδραστήρα Εάν δεν παρέχετε ένα ρεύμα ενέργειας, η λειτουργία θεωρείται ότι είναι αδιαβατική. Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τα αντικείμενα στην σελίδα συνδέσεων: ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Inlets ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το ρεύμα τροφοδοσίας του αντιδραστήρα. Outlet Energy (Optional) Το ρεύμα προϊόντος του αντιδραστήρα. Δεν απαιτείται να παρέχετε ένα ρεύμα ενέργειας, ωστόσο κάτω από αυτές τις συνθήκες το Hysys υποθέτει ότι η λειτουργία είναι αδιαβατική. Πίνακας 3.28: Περιγραφή των αντικειμένων της σελίδας συνδέσεων Στη σελίδα παραμέτρων μπορεί να ανατεθεί στο Hysys οι υπολογισμοί για την πτώση της πίεσης και της μεταφορά θερμότητας καθώς επίσης μπορεί και να αποφασίσει εάν η λειτουργία θα περιλαμβάνεται στον υπολογισμό της. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

154 Εικόνα 3.63: Αντιδραστήρας Ροής Παράμετροι, Σχεδίαση Στην ομάδα Pressure Drop Parameters επιλέγουμε ένα από τα διαθέσιμα κουμπιά ραδιοφώνου για τον προσδιορισμό της ολικής πτώσης της πίεσης κατά μήκος του αντιδραστήρα. Τα κουμπιά ραδιοφώνου περιγράφονται παρακάτω: ΚΟΥΜΠΙ ΡΑΔΙΟΦΩΝΟΥ User Specified Ergun Equation ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Επιλέγετε για να καθοριστεί η πτώση της πίεσης στο πεδίο Delta P. Το Hysys χρησιμοποιεί την εξίσωση Ergun για να υπολογίσει την πτώση της πίεσης κατά μήκος του PFR. Η εξίσωση παραμέτρων περιλαμβάνει τιμές οι οποίες καθορίζονται για τις διαστάσεις του PFR και τα ρεύματα τροφοδοσίας. Pg L c D s V D V p 2 1 s p / 1.75 (3.31) Πίνακας 3.29: Προσδιορισμός της ολικής πτώσης της πίεσης κατά μήκος του αντιδραστήρα Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

155 Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου της Ergun Equation το πεδίο Delta P αλλάζει χρώμα από μπλε σε μαύρο, υποδεικνύοντας μια τιμή που υπολογίζετε από το Hysys. Στην ομάδα παραμέτρων καθήκοντος για τους υπολογισμούς της μεταφοράς θερμότητας του PFR επιλέγουμε ένα από τα κουμπιά ραδιοφώνου που περιγράφονται στον παρακάτω πίνακα: ΚΟΥΜΠΙ ΡΑΔΙΟΦΩΝΟΥ Formula Direct Q Value ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το Hysys υπολογίζει το ρεύμα ενέργειας καθήκον αφού καθοριστούν οι πληροφορίες για την μεταφορά θερμότητας στην σελίδα Heat Transfer. Τα δυο παρακάτω πεδία δείχνουν το ρεύμα ενέργειας, το οποίο συνδέετε στην σελίδα Connections και στην υπολογισμένη τιμή ενθαλπίας. Καθορίζετε άμεσα την τιμή καθήκον για το ρεύμα ενέργειας. Πίνακας 3.30: Επιλογές για τον υπολογισμό της μεταφοράς θερμότητας του PFR Η μορφή της σελίδας μεταφοράς θερμότητας εξαρτάται από την επιλογή μας στην ομάδα SS Duty Calculation Option. Υπάρχουν δυο κουμπιά ραδιοφώνου τα οποία είναι τα εξής: Formula (Φόρμουλα) Direct Q Value Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Direct Q Value Option εμφανίζεται η ομάδα Heat Transfer η οποία αποτελείται από τρία αντικείμενα, τα οποία περιγράφονται στον παρακάτω: Εικόνα 3.64: Υπολογισμός SS Duty Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

156 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Energy Stream ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το όνομα του ρεύματος καθήκον. Duty Heating / Cooling Η τιμή της ενθαλπίας καθορίζεται στο ρεύμα ενέργειας. Επιλέγοντας ένα από αυτά τα δυο κουμπιά δεν επηρεάζεται το σήμα του ρεύματος duty. Αντιθέτως, εάν το ρεύμα ενέργειας είναι θερμό τότε η duty προστίθεται στην τροφοδοσία και εάν επιλεχθεί η ψύξη η duty αφαιρείται. Πίνακας 3.31: Περιγραφή των αντικειμένων της ομάδας μεταφοράς θερμότητας Όταν επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου της Formula, αναθέτουμε στο Hysys να υπολογίσει την ενθαλπία σε κάθε PFR υπό όγκου χρησιμοποιώντας τους τοπικούς συντελεστές μεταφοράς θερμότητας για το εσωτερικό και εξωτερικό των κάθε σωλήνων PFR χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις (3.32) και (3.33). Εικόνα 3.65: Υπολογισμός SS Duty Για την επιλογή της Formula πρέπει να έχουμε ένα ρεύμα ενέργειας που συνδέεται με την PFR και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτή η επιλογή: όπου: Q j j bulkj Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014 outj U A T T (3.32)

157 Q j = η μεταφορά θερμότητας για τον υπό όγκο j Η αντίσταση του τοιχώματος του σωλήνα μεταφοράς θερμότητας παραμελείται. U j = ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας για τον υπό όγκο j A= το εμβαδόν της επιφάνειας του σωλήνα PFR T bulkj = ο όγκος της θερμοκρασίας ρευστού T outj= η εξωτερική θερμοκρασία του σωλήνα PFR (ωφέλιμο ρευστό) 1 U 1 h out 1 h w x k w m (3.33) όπου: U: ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας h out= ο τοπικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας για το εξωτερικό (ωφέλιμο ρευστό) h w = ο τοπικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας εσωτερικά του σωλήνα PFR x k w m = ο όρος μεταφοράς θερμότητας του τοιχώματος του σωλήνα (αγνοούνται οι υπολογισμοί) Ο τελικός όρος της εξίσωσης (3.33) ο οποίος αντιπροσωπεύει το πάχος του σωλήνα διαιρείται από την θερμική αγωγιμότητα του σωλήνα υλικού, θεωρείται αμελητέος και δεν λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς PFR. Σε κάθε υπό όγκο, η θερμότητα μεταφέρετε ακτινικά μεταξύ του ρευστού PFR και του ρευστού χρησιμότητας. Οι δυο ομάδες που είναι διαθέσιμες στην σελίδα Heat Transfer επιτρέπει να καθοριστούν οι παράμετροι οι οποίοι χρησιμοποιούνται στον προσδιορισμό της ενθαλπίας. Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

158 Στην ομάδα Heat Medium Side Heat Transfer Infos τροποποιούνται οι παράμετροι οι οποίοι χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό της ενθαλπίας ( για το εξωτερικό του κάθε υπό όγκου PFR. Q j ) Εικόνα 3.66: Heat Medium Side Heat Transfer Infos Εάν καθοριστεί η ροή θερμότητας στο ρεύμα ενέργειας και επιλεχθεί το κουμπί ραδιοφώνου Formula στην σελίδα Heat Medium Side Heat Transfer Infos εμφανίζονται στο διάλυμα ασυνέπειες. Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τις παραμέτρους: ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ Wall Heat Transfer Coefficient Mole Flow Heat Capacity Inlet Temperature Calculated Duty ΜΕΤΑΒΛΗΤΗ FORMULA h out m c p Τ Q j ΕΙΣΟΔΟΣ Καθορίζει μια τιμή για τον συντελεστή θερμότητας. Επειδή η τιμή UA, σε αυτή την περίπτωση το U είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, είναι σταθερή, οι αλλαγές έγιναν για να καθοριστεί το μήκος, η διάμετρος ή ο αριθμός των σωλήνων (στη σελίδα Dimensions) επηρεάζει το h out. Η γραμμομοριακή ροή του ρεύματος ενέργειας του βοηθητικού ρευστού. Η θερμοχωρητικότητα του ενεργειακού ρεύματος του βοηθητικού ρευστού. Η θερμοκρασία του βοηθητικού ρευστού εισερχόμενη στο PFR. Υπολογίζεται η ενθαλπία για κάθε υπό όγκο PFR. Πίνακας 3.32: Περιγραφή παραμέτρων Η εξίσωση που χρησιμοποιείτε για τον καθορισμό της θερμοκρασίας του Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

159 βοηθητικού ρευστού εισερχόμενο στον υπο όγκο j είναι: Q j mc p ( T T 1) j j (3.34) Στην ομάδα Tube Side Heat Transfer Info επιλέγετε η μέθοδος για τον καθορισμό του εσωτερικού συντελεστή μεταφοράς θερμότητας ( επιλέγοντας ένα από τα κουμπιά και καθορίζοντας τις απαιτούμενες παραμέτρους. Τα κουμπιά αυτά περιγράφονται παρακάτω: h w ) ΚΟΥΜΠΙ ΡΑΔΙΟΦΩΝΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΙΚΟΝΑ User Καθορίζει μια τιμή για τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας στο πεδίο εισόδου User Specified. Empirical Standard Καθορίζει τους συντελεστές για την εμπειρική εξίσωση η οποία αφορά τον συντελεστή μεταφορά θερμότητας προς την ταχύτητα ροής του ρευστού PFR μέσω της ακόλουθης εξίσωσης: (3.35) Επίσης μπορεί να επιλεχθεί η βάση για την εξίσωση ως μοριακή, μάζας ή h w A Flow όγκου. Καθορίζονται οι συντελεστές για τον υπολογισμό του αριθμού Nusselt, ο οποίος στην συνέχεια χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας: N h w u A N B B Re u D k p g Pr C (3.36) (3.37) Πίνακας 3.33: Καθορισμός του εσωτερικού συντελεστή μεταφοράς θερμότητας Το Hysys χρησιμοποιεί τις ακόλουθες προεπιλογές: A= 1.6 B= 0.51 C= 0.33 Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

160 3.5.2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ Προστίθεται μια αντίδραση συνόλου στο PFR στην Reactions tab, σημειώνετε ότι μόνο οι κινητικές, η ετερογενής κατάλυση και η Simple Rate αντιδράσεις επιτρέπονται στο PFR. Η καρτέλα περιέχει τις ακόλουθες σελίδες: Overall Details (Λεπτομερειών) Results (Αποτελεσμάτων) Μπορεί να καθοριστεί η αντίδραση συνόλου και οι πληροφορίες υπολογισμού σχετικά με την σελίδα Overall. Εικόνα 3.67: Αντιδράσεις Η σελίδα Overall αποτελείται από τρείς ομάδες: Reaction Info (Πληροφορίες Αντίδρασης) Integration Information (Πληροφορίες Ολοκλήρωσης) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014

161 Catalyst Data (Δεδομένα Καταλύτη) Στην ομάδα Reaction Info καθορίζονται οι ακόλουθες πληροφορίες: Η αντίδραση συνόλου που θα χρησιμοποιηθεί. Η μέθοδος προετοιμασίας. Εικόνα 3.68: Πληροφορίες αντίδρασης Η αντίδραση συνόλου που θέλουμε να χρησιμοποιηθεί πρέπει να συνδεθεί στο πακέτο υγρού που χρησιμοποιείται σε αυτό το περιβάλλον. Όπως περιγράφτηκε προηγουμένως, το PFR είναι χωρισμένο σε τμήματα με βάση τον αλγόριθμο επίλυσης του αντιδραστήρα, το Hysys αποκτά μια λύση σε κάθε τμήμα του αντιδραστήρα. Οι αντιδράσεις των τμημάτων μπορούν να αρχικοποιηθούν χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες μεθόδους: ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΡΧΙΚΟΠΟΙΗΣΗΣ Current Previous Re-init ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Αρχικοποιεί από την πιο πρόσφατη λύση του τρέχοντος τμήματος. Αρχικοποιεί από την πιο πρόσφατη λύση του προηγούμενου τμήματος. Μη αρχικοποίηση του τρέχοντος τμήματος αντίδρασης υπολογισμών. Πίνακας 3.34: Μέθοδοι της αρχικοποίησης των αντιδράσεων Η ομάδα Integration Information αποτελείται από τρία πεδία: Number of Segments (Αριθμός Τομέων) Minimum Step Fraction (Ελάχιστος Αριθμός Βημάτων) Minimum Step Length (Ελάχιστος Αριθμός Μεγέθους) Ελένη Ειρήνη Γαλατσάνου Έτος: 2014