3 Η ΣΕΙΡΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ - PC-LAB ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΑΣΚΗΣΗ 1 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "3 Η ΣΕΙΡΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ - PC-LAB ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΑΣΚΗΣΗ 1 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ"

ΓαпїЅα Αξιώτης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 3 Η ΣΕΙΡΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ - PC-LAB ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΑΣΚΗΣΗ 1 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Ένα τυπικό φυσικό αέριο έχει την ακόλουθη σύσταση σε % mol: 0.5% Ν 2, 2.5% CΟ 2, 80.5% C 1, 9% C 2, 5% C 3, 0.5% i-c 4, 1% κ-c 4, 0.25% i-c 5, 0.25% κ-c 5, 0.2% κ-c 6, ενώ περιέχει και 0.3% «βαρύ» κλάσμα, το οποίο χαρακτηρίζεται στην πετρελαϊκή βιομηχανία ως κλάσμα C7+, και το οποίο περιέχει τα εξής ψευδοσυστατικά: 0.15% C 7*, 0.1% C 8*, 0.04% C 9* και 0.01% C 10* (οι ιδιότητες των ψευδο-συστατικών του κλάσματος C7+ δίνεται στη συνέχεια), εισέρχεται σε μονάδα επεξεργασίας με σκοπό την παραλαβή τελικών προϊόντων ορισμένων προδιαγραφών. Το ρεύμα τροφοδοσίας (rich gas) εισέρχεται με ροή 100 kmol/h στη μονάδα επεξεργασίας φυσικού αερίου στους 20 ο C και 130 bar. Η μονάδα επεξεργασίας περιέχει δύο εναλλάκτες θερμότητας αερίου/αερίου (gas/gas heat exchanger) τύπου κελύφους/αυλών (shell/tube), αεριοστρόβιλο (turbo-expander) συνδεδεμένο με συμπιεστή (compressor-1), αδιαβατικό διαχωριστήρα διφασικής ισορροπίας ατμού-υγρού (flash vapor-liquid separator). Το προϊόν πυθμένα του διαχωριστήρα οδηγείται μετέπειτα σε αποστακτική στήλη ώστε να γίνει περεταίρω καθαρισμός (παραγωγή NGL). Υπάρχουν επίσης άλλοι δύο συμπιεστές καθώς και ένας αναμίκτης (mixer). Το ρεύμα τροφοδοσίας (feed gas) εισέρχεται αρχικά στον εναλλάκτη θερμότητας αερίου/αερίου στην μεριά των αυλών, όπου υφίσταται πτώση πίεσης 1 bar, και ψύχεται σε μια τελική θερμοκρασία 12 ο C χρησιμοποιώντας το ατμώδες ρεύμα προϊόντος του διαχωριστήρα διφασικής ισορροπίας (sales gas), ενώ στην συνέχεια εισέρχεται στον δεύτερο εναλλάκτη ψυχόμενο από το ρεύμα κορυφής της αποστακτικής στήλης (η πτώση πίεσης στον δεύτερο εναλλάκτη θεωρείται αμελητέα). Τελικά εκτονώνεται στον αεριοστρόβιλο πριν μπει στο διαχωριστήρα διφασικής ισορροπίας. Κατόπιν εισέρχεται στον αδιαβατικό διαχωριστήρα ισορροπίας (flash) με στόχο την παραλαβή στην κορυφή ρεύματος φυσικού αερίου (sales gas) με προδιαγραφή μέγιστης θερμοκρασίας διφασικής ισορροπίας ατμού-υγρού (cricondentherm temperature - cricot) ίση με -10 ο C.Η πίεση εξόδου από τον αεριοστρόβιλο καθορίζεται με βάση την προδιαγραφή αυτή. Το sales gas μετά την έξοδο του από τον εναλλάκτη θερμότητας συμπιέζεται στον compressor, ο οποίος για τη λειτουργία του χρησιμοποιεί το ωφέλιμο έργο του στροβίλου. Το προϊόν πυθμένα του διαχωριστήρα διφασικής ισορροπίας αφού εκτονωθεί οδηγείται σε αποστακτική στήλη. Η στήλη λειτουργεί σε συνθήκες πίεσης 30 bar. Οι στόχοι της είναι 95% ανάκτηση μεθανίου στην κορυφή και 95% ανάκτηση NGL στον πυθμένα. Η αποστακτική στήλη έχει μερικό συμπυκνωτήρα και λειτουργεί σε total reflux μιας και δεν χρειαζόμαστε υγρό ρεύμα κορυφής. Ο αριθμός των δίσκων ορίζεται στις 15 και ο δίσκος εισόδου του ρεύματος τροφοδοσίας αποτελεί μεταβλητή σχεδιασμού. Όπως αναφέραμε και πρίν το ρεύμα κορυφής χρησιμοποιείται σαν ψυκτικό μέσο του δεύτερου εναλλάκτη θερμότητας και στην συνέχεια συμπιέζεται στην ίδια πίεση με το αέριο ρεύμα του διαχωριστήρα ισορροπίας (flash). Τα ρεύματα αυτά αναμιγνύονται και συμπιέζονται στην τελική πίεση (120 bar). Η προσομοίωση της διεργασίας θα γίνει με τον προσομοιωτή ASPEN HYSYS. Το θερμοδυναμικό μοντέλο που θα χρησιμοποιηθεί για όλους τους υπολογισμούς θα είναι η κυβική καταστατική εξίσωση SRK με χρήση των προκαθορισμένων συντελεστών αλληλεπίδρασης του προσομοιωτή. Για τον στρόβιλο και τους συμπιεστές να χρησιμοποιηθεί ισεντροπικός βαθμός απόδοσης 75%.

2 ΖΗΤΟΥΜΕΝΑ 1) Χρησιμοποιώντας ως ελεύθερη μεταβλητή σχεδιασμού τη θερμοκρασία εισόδου στο στρόβιλο (έξοδος μετά τους δύο εναλλάκτες θερμότητας) να συμπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας: Είσοδος στο στρόβιλο 0 C 5 C 10 C flash-separator P (bar) T ( C) Ποσότητα παραγόμενου υγρού (NGL) (% της τροφοδοσίας) ανάκτηση C2+ (%της τροφοδοσίας) Gas/Gas HX1 Duty (kj/h) Rotating equipment Turboexpander 2 Power (kw) Compressor- 2-2 Power (kw) 2) Να κατασκευαστεί το διάγραμμα ροής της διεργασίας για θερμοκρασία εισόδου στο στρόβιλο 5 ο C, όπου να αναγράφονται σε κάθε ρεύμα οι θερμοκρασία, η πίεση, η ροή μάζας και η ροή ενέργειας. 3) Για θερμοκρασία εισόδου στο στρόβιλο 5 ο C να κατασκευάστε το διάγραμμα φάσεων σε μορφή P-T για τα ρεύματα τροφοδοσίας, sales gas και NGL. Να σχολιάσετε τα αποτελέσματα. 4) Υπολογίστε και συγκρίνετε τα αποτελέσματα ανάκτησης μεθανίου και NGL με βάση την θερμοκρασία εισόδου στον expander (0, 5, 10 ο C ). Σαν inlet ρεύμα χρησιμοποιούμε το ρεύμα rich gas ενώ σαν outlet ρεύμα για το NGL είναι το ρεύμα πυθμένα της αποστακτικής στήλης ενώ για το μεθάνιο είναι το ρεύμα NG to pipeline. Recoveries with LT-separator + De-C1 (inlet T to turbo-expander) Flow Composition Molar flow NGL (in) Methane (in) C2 Methane (out) C3 Methane recovery ic4 (%) nc4 NGL (in) ic5 NGL (out) NGL recovery (%) nc5 C6 C7 C8 C9 C10+ SUM NGL (out)

3 Ιδιότητες των ψευδο-συστατικών του κλάσματος C7+ του feed gas Molar mass (kg/kmol) Density (kg/m 3 ) C7* C8* C9* C10* Σε κάθε ερώτημα να σχολιάστε τα αποτελέσματα που προκύπτουν. Στην επόμενη σελίδα επισυνάπτεται το διάγραμμα ροής της διεργασίας.

5 ΑΣΚΗΣΗ 2 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΕΚΧΥΛΙΣΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ Ένα μίγμα μεθανόλης ακετόνης με ροή 144 kmol/h και σύσταση, σε mol, 25% MeOH και 75% ακετόνη, σε 102 kpa και 25 ο C, πρόκειται να διαχωριστεί σε διάταξη εκχυλιστικής απόσταξης με δύο στήλες όπου η στήλη της εκχύλισης λειτουργεί με διαλύτη (entrainer) νερό. Η καθαρότητα του ρεύματος της ακετόνης δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 94.5%, η καθαρότητα του ρεύματος της μεθανόλης δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 96.5%, ενώ το ρεύμα του νερού είναι σχεδόν καθαρό νερό. Η προσομοίωση της διεργασίας θα γίνει με τον προσομοιωτή ASPEN HYSYS, με θερμοδυναμικό μοντέλο τη UNIQUAC. Η στήλη της εκχύλισης έχει 28 θεωρητικούς δίσκους, λειτουργεί στα 101 kpa και η τροφοδοσία εισέρχεται ως κορεσμένο υγρό. Το νερό εισέρχεται με ροή 216 kmol/h σε θερμοκρασία 50 ο C στον 6 ο δίσκο από την κορυφή. Η στήλη της ανάκτησης του διαλύτη λειτουργεί με 20 δίσκους και λειτουργεί στα 100 kpa. ΖΗΤΟΥΜΕΝΑ 1) Να κατασκευαστεί το διάγραμμα ροής της διεργασίας. 2) Να παρουσιαστούν τα αποτελέσματα ροών μάζας και ενέργειας σε πίνακες για κάθε ρεύμα. 3) Να υπολογιστούν οι ανακτήσεις των συστατικών. 4) Να κατασκευαστεί για την στήλη της εκχύλισης το διάγραμμα των προφίλ θερμοκρασιών και συστάσεων υγρής και ατμώδους φάσης για όλους τους δίσκους. Σε κάθε ερώτημα να σχολιάστε τα αποτελέσματα που προκύπτουν. Στην επόμενη σελίδα επισυνάπτεται το διάγραμμα ροής της διεργασίας..

Σχετικά έγγραφα

Δ' Εξάμηνο ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. Ερωτήσεις Επανάληψης

Δ' Εξάμηνο ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. Ερωτήσεις Επανάληψης Δ' Εξάμηνο ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Ερωτήσεις Επανάληψης 1 0.8 0.6 x D = 0.95 y 0.4 x F = 0.45 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x B = 0.05 Σχήμα 1. Δεδομένα ισορροπίας y-x για δυαδικό μίγμα συστατικών Α και Β και οι