ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α. ΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΡΓ. ΣΝΡΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ ΚΑΒΑΛΑ2012

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α. ΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΡΓ. ΣΝΡΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2012

Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ 2012 Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 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 Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος. -------------------------------------------------------------- Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκεειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. 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. Υπογραφή Βασίλειος Α. Αθανασίου

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Εργαστήριο Προσομοιώσεις Χημικών Διεργασιών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος Καβάλας. Αποτελεί μια πρώτη σχεδίαση, ανάπτυξη προσομοίωσης ατμοσφαιρικής απόσταξης και απόπειρα-δοκιμή εφαρμογής της προσομοίωσης σε πρότυπη αποστακτική στήλη έχοντας ως αντικείμενο τη περιγραφή της απόσταξης ενός δείγματος πετρελαίου σε μια στήλη 15 θεωρητικών δίσκων. Σκοπός της μεθόδου είναι η παραγωγή L.P.G κλασμάτων αποστάξεως και υπολείμματος και ο προσδιορισμός τους, καθώς και η χάραξη καμπυλών απόσταξης της θερμοκρασίας σε συνάρτηση με την % απόδοση, γνωστές και ως True Bolt Point. Οι T.B.P-καμπύλες απεικονίζουν τα πραγματικά σημεία βρασμού των αναμενόμενων κλασμάτων του αργού πετρελαίου υπό πραγματικά δεδομένα απόσταξης συναρτήσει των αποδόσεών τους % κ.ο. σύμφωνα με τη μέθοδο ASTM D-2892. Η μέθοδος αυτή, είναι μία από τις πολλές δοκιμές που διεξάγονται σε αργό πετρέλαιο για τον προσδιορισμό της αξίας του. Στη συγκεκριμένη εργασία πήραμε ένα δείγμα δεκαεννιά και πλέον συστατικών συγκεκριμένης πίεσης, θερμοκρασίας, ροής και το αποστάζουμε σε μια κλασματική στήλη με διαχωριστική ικανότητα δεκαπέντε θεωρητικών δίσκων. Έχοντας ρυθμίσει το λόγω επαναρροής και τις πιέσεις της στήλης, θέτουμε σε λειτουργία τη προσομοίωση μας. Τα αποτελέσματα που θα προκύψουν θα μας δώσουν την T.B.P καμπύλη την οποία στη συνέχεια θα τη συγκρίνουμε με την καμπύλη που έχει προκύψει από τις μετρήσεις του εργαστηρίου οι οποίες πραγματοποιήθηκαν σε πραγματικές συνθήκες. ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ:Προσομοιώσεις Χημικών Διεργασιών ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: κλασματική απόσταξη, ατμοσφαιρική απόσταξη, αργό πετρέλαιο, προσομοιωτής Aspen,μοντελοποίηση βιομηχανικής διεργασίας

ABSTRACT The current study work was conducted in collaboration with the Laboratory of Chemical Process Simulations of Petroleum Technology Department of the Kavala Institute of Technology (KIT). It is a initial design, development and simulation of atmosphericattempted test of the simulation model distillation column having as its object the description of a sample of oil distilled in a column of 15 theoretical trays. The aim of the method is the production of LPG and residual distillation fractions and their identification as well the development of distillation curves of the temperature depending on the% yield, also known as True Bolt Point. The TBP-curves depict the actual boiling points of the expected fractions of crude oil distillation under real data versus the yield% vol according to the method ASTM D-2892. This method is one of the many trials performed on crude oil for the determination of its value. In this project we took a sample of nineteen and more components with specific pressure, temperature, flow, and distillate it in a fractional column having an efficiency of fifteen theoretical trays. As we had set up the reflux ratio and the pressure of the column, we switched on our simulation. The results that will obtain, they will give us the TBP curve which we compare it with the curve that has emerged from laboratory measurements which were made in real conditions. SUBJECT AREA: Chemical Process Simulations KEYWORDS: fractional distillation, atmospheric distillation, crude oil, Aspen simulator, industrial process modeling

Σε όσους δεν εγκατέλειψαν τα όνειρά τους

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου κ. Νικόλαο Κόκκινο. Για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και που ήταν πάνα πρόθυμος οποιαδήποτε στιγμή τον χρειαζόμουν για να με καθοδηγήσει τόσο για την υλοποίηση της πτυχιακής, όσο και γενικά για τη μελλοντική μου σταδιοδρομία. Με την ολοκλήρωση της πτυχιακής εργασίας κλείνει και το κεφάλαιο της φοιτητικής μου ζωής. Με την ευκαιρία αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου που ήταν πάντα δίπλα μου όλα αυτά τα χρόνια, για την ηθική αλλά και οικονομική τους βοήθεια όποτε την είχα ανάγκη από τα πρώτο βήματα της φοιτητικής και ζωής μου. Τέλος να ευχαριστήσω τους φίλους μου, για όλα αυτά τα υπέροχα φοιτητικά χρόνια που μου χάρισαν.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 18 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ... 19 1.1 Προσομοιώσεις διεργασιών... 19 1.2 Hyprotech... 20 1.3 HYSYS... 22 1.3.1 Χρήση του HYSYS στις βιομηχανίες... 24 1.3.2 Χρήση του HYSYS στην εκπαίδευση... 28 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΧΗΜΙΚΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ... 30 2.1 Διεργασία απόσταξης... 30 2.2 Είδη αποστάξεων... 31 2.3 Αποστακτικές στήλες... 34 2.3.1 Στήλες Ασυνεχούς Λειτουργίας... 35 2.3.2 Στήλες Συνεχούς Λειτουργίας... 36 2.3.3 Δίσκοι αποστακτικών στηλών... 38 2.3.4 Σχεδιασμό αποστακτικής στήλης... 39 2.4 Κλασματική απόσταξη... 41 2.5 ASTM... 44 2.6 T.B.P (TrueBoltPoint)... 47 2.7 ASTMD2892... 52 2.7.1 Σκοπός... 53 2.7.2 Περίληψη μεθόδου... 53 2.7.3 Σπουδαιότητα μεθόδου... 54 2.7.4 Ορισμοί... 54 2.7.5 Συσκευή... 57 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ3 ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ASPEN HYSYS... 65

3.1 Σχεδιασμός προσομοίωσης... 65 3.2 Εκτέλεση της προσομοίωσης με αποστακτική στήλη... 70 3.3 Σύγχρονεςπροδιαγραφέςτηςαποστακτικήςστήλης... 71 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΜΕ ΣΤΗΛΗ 15 ΘΕΩΡΗΤΙΚΩΝ ΔΙΣΚΩΝ... 75 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ... 75 4.2 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ... 77 4.3 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΠΟΣΤΑΚΤΙΚΗΣ ΣΤΗΛΗΣ... 85 4.4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 90 ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑΣ... 93 Συντμήσεις Αρκτικόλεξα Ακρωνύμια... 94 ΑΝΑΦΟΡΕΣ... 95

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 4.1 Σχέση Πίεσης Θερμοκρασίας σε κάθε Δίσκο... 86 Σχήμα 4.2 TBP καμπύλη απόσταξης (Προσομοίωσης)... 90 Σχήμα 4.3 TBP καμπύλη απόσταξης (Εργαστηρίου)... 91

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 2.1 Συσκευή κλασματικής απόσταξης στο εργαστήριο [52] 1. Θερμόμετρο, 2.Κλασματική στήλη, 3.Υγρό που πρόκειται να ποσταχθεί, 4. Λουτρό πετρελαίου, 5. Έξοδος ατμών, 6 Συμπηκνωτής, 7 Έισοδος νερού, 8 Φιάλη προσαρμογής, 9. Αποσταγμένο νερό... 43 Εικόνα 2.2 Καμπύλες Απόσταξης: Α) Τριαδικού μίγματος, Β) Αρ. Πετρελαίου ή κλάσματός του. [46]... 49 Εικόνα 2.3 Μετατροπή σημείου ASTM σε TBP. [33]... 50 Εικόνα 2.4 TBP καμπύλες απόσταξης μερικών τύπων αργού πετρελαίου. [46]... 51 Εικόνα 2.5: Συσχετισμός TBP-ASTM-EFV Καμπύλων Απόσταξης Αργού Πετρελαίου [46]... 52 Εικόνα 2.6: Συσκευή απόσταξης αργού πετρελαίου 15 θεωρητικών δίσκων (ASTMD 2892) [46]... 57 Εικόνα 3.1: : Τοποθέτηση Ρευμάτων Διεργασίας... 65 Εικόνα 3.2: Μετονομασια Ρευμάτων... 66 Εικόνα 3.3: Τοποθέτηση στήλης απόσταξης... 66 Εικόνα 3.4: Προσδιορισμός Τύπου Ψυκτήρα... 67 Εικόνα 3.5: Πίεση στήλης απόσταξης... 67 Εικόνα 3.6: Θερμοκρασία συμπυκνωτή κ αναβραστήρα... 68 Εικόνα 3.7: Αναλογία Παλινδρομησης... 68 Εικόνα 3.8: Πίνακας Δεδομένων... 69 Εικόνα 3.9: Πίνακας Δεδομένων (αλλαγή θέσης τροφοδοσίας)... 69 Εικόνα 3.10: Μενού προδιαγραφών(ροή τροφοδοσίας)... 70 Εικόνα 3.11: ΕικόναΕπιτυχήςΠροσομοίωσης... 71 Εικόνα 3.12: Προδιαγραφές Στηλών... 72 Εικόνα 3.13: Ανενεργή Παροχή... 72 Εικόνα 3.14: Πρόσθεση νέων προδιαγραφών... 73 Εικόνα 3.15: Πρόσθεση προδιαγραών( νέα χαρακτηριστικά)... 73

Εικόνα 3.16: Παράθυρο προδιαγραφών σύνθεσης... 74 Εικόνα 4.1Προσθήκη συσατικών... 75 Εικόνα 4.2: Επιλογή συστατικών... 76 Εικόνα 4.3: Επιλογή πακέτου ιδιοτήτων PengRobinson... 76 Εικόνα 4.4: Περιβάλλον Προσομοίωσης... 77 Εικόνα 4.5: Εισαγωγή Ρευμάων... 78 Εικόνα 4.6: Μετονομασία Ρευμάτων... 78 Εικόνα 4.7: Εισαγωγή στήλης απόσταξης... 79 Εικόνα 4.8: Συνδεσμολογία Σήλης... 79 Εικόνα 4.9: Εισαγωγή Πιέσεων... 80 Εικόνα 4.10: Εισαγωγή Θερμοκρασιών στη φάση κορυφής... 81 Εικόνα 4.11: Εισαγωγή Αναλογίας Παλινδρόμησης και Ταχύτητας Ροής... 81 Εικόνα 4.12: Εισαγωγή Θεωρητικών δίσκων και Θέσης Τροφοδοσίας... 82 Εικόνα 4.13: Προσδιορισμός Ροής Τροφοδοσίας-Εισαγωγή Αναλογίας Συστατικών... 83 Εικόνα 4.14: Εκκίνηση Προσομοίωσης... 84 Εικόνα 4.15: Εικόνα Επιτυχής Προσομοίωσης... 85 Εικόνα 4.16: Διάγραμμα πιέσεων σε κάθε δίσκο... 85 Εικόνα 4.17: Επιλογή Tools Utilites κ εισαγωγή του BoilingPointCurve... 87 Εικόνα 4.18: Επιλογή Αντικειμένου για το σχεδιασμό της TBP... 88 Εικόνα 4.19: Εισαγωγή Θεωρητικού Δίσκου για το σχεδιασμό της TBP... 88 Εικόνα 4.20: Αποτελέσματα απόδοσης % κ.β σε συνάρτηση με τις Θερμοκρασίες... 88 Εικόνα 4.21: Καμπύλες απόσταξης... 90 Εικόνα 4.22 Στοιχεία ΡευμάτωνΡοής κατά τη λειτουργία της Προσομοίωσης... 91 Εικόνα 4.23: Η Σύσταση των Ρευμάτων Ροής κατά τη λειτουργία της Προσομοίωσης. 92 Εικόνα 4.24 Η Ροή Θερμότητας των Ρευμάτων Ενέργειας κατά τη λειουγία ης Προσομοίωσης... 92

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1.1 2011 PFC Energy 15 21 Πίνακας 4.1: Πιέσεις στήλης 80 Πίνακας 4.2: Τιμές ταχύτητας ροή και αναλογία παλινδρόμισης 81 Πίνακας 4.3: Τιμές Πίεσης Θερμοκρασίας - Ροής μάζας 82 Πίνακας 4.4: Αναλογία Συστατικών [51-53] 83 Πίνακας 4.5: Τιμές Πίεσης και Θερμοκρασίας σε κάθε δίσκο 86 Πίνακας 4.6: Αποτελέσματα απόδοσης % κ.β σε συνάρτηση με τις θερμοκρασίες 89

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα πτυχιακή εργασία εκπονήθηκε για τις απαιτήσεις προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου κάνοντας χρήση του επιστημονικού εξοπλισμού δύο σύγχρονων εργαστηρίων του εν λόγω Τμήματος. Στο Εργασήριο Προσομοιώσεων Χημικών Διεργασιών διεξείχθηκε ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη της προσομοίωσης και στο Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Πετρελαίου πραγματοποιήθηκε η μελέτη της πρότυπης αποστακτικής στήλης. Το μεγαλύτερο μέρος της πτυχιακής εργασίας πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων εξαμήνων των σπουδών. Αίθουσα του Εργαστηρίου Προσομοιώσεων Χημικών Διεργασιών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ 1.1 Προσομοιώσεις διεργασιών Οι προσομοιώσεις διεργασιών χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό, την ανάπτυξη, την ανάλυση και τη βελτιστοποίηση των διεργασιών και εφαρμόζονται κυρίως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Προσομοίωση είναι η αναπαράσταση μιας διεργασίας με τη χρήση ενός μοντέλου που βασίζεται στην εκπροσώπηση των χημικών, φυσικών, βιολογικών ιδιοτήτων μιας διεργασίας σε κάποιο λογισμικό. Βασική προϋπόθεση είναι η πλήρης γνώση των παραπάνω ιδιοτήτων, των καθαρών συστατικών, των μιγμάτων τους, των αντιδράσεων αυτών, των μαθηματικών υπολογισμών που εκρέουν από αυτούς και που επιτρέπουν τον υπολογισμό μιας διεργασίας σε υπολογιστές. Αρχικά η προσομοίωση διεργασιών χρησιμοποιήθηκε για να προσομοιώνει διεργασίες σταθερών καταστάσεων. Με τον όρο σταθερή κατάσταση εννοούμε την απόλυτη αρμονία ενέργειας και μάζας με τη παράμετρο του χρόνου να παραμένει σταθερή. H δυναμική προσομοίωση αποτελεί επέκταση της σταθερής προσομοίωσης, κατά την οποία ο χρόνος εξάρτησης είναι υπολογίσιμος και έχει μοντελοποιηθεί συναρτήσει της συσσώρευσης μάζας και ενέργειας [1]. Από τα πιο δημοφιλή λογισμικά προσομοιώσεων δυναμικών διεργασιών συγκαταλέγονται τα [2] : ASCEND by Carnegie Mellon University Aspen Custom Modeler by Aspen Technology Aspen Dynamics by Aspen Technology CC Dynamics by Chemstations HYSYS Dynamics by Aspen Technology ICAS: Integrated Computer Aided System developed at CAPEC Process Model Constructor by Protomation Βασίλειος Αθανασίου - 19 - Έτος: 2012

SimSuite Pro by GSE Systems Visual Modeler by Omega Simulation WSAT by EnVision Ένας άλλος τομέας είναι οι χημικές διεργασίες. Είναι εκείνες που λαμβάνουν χώρα σε χημικές βιομηχανίες κάθε είδους και είναι αντικείμενο μελέτης της τεχνολογίας χημικών αντιδραστήρων και γενικά της χημικής μηχανικής. Από τα πιο δημοφιλή λογισμικά προσομοιώσεων χημικών διεργασιών συγκαταλέγονται τα [3] : AspenPlus, AspenHysys, AspenCustomModelerbyAspenTechnology ASSET and D-SPICE by Kongsberg Maritime Chemcad by Chemstations Ecosim Pro Environment for Modelling, Simulation and Optimisation (EMSO) Open Modelica Petro-SIM PIPE-FLO Professional by Engineered Software, Inc ProSimulator by Sim Infosystems 1.2 Hyprotech Η Hyprotech είναι ένας από τους πρώτους προμηθευτές λογισμικού μοντελοποίησης χημικών επεξεργασιών φυσικού αερίου, πετροχημικών, φαρμακευτικών διεργασιών και διεργασιών διύλισης καιαποτελεί μία από τις πιο παραγωγικές εταιρείες κατασκευής λογισμικού στον κόσμο [4]. Η Hyprotech αποτελεί μια καινοτόμο, στο τομέα της μοντελοποίησης και των προσομοιώσεων και παρέχει λύσεις για τηβελτίωσητης μηχανικής παραγωγικότητας, της αποτελεσματικότητας και της δημιουργικότητας στο χώρο της βιομηχανίας. Η καινοτόμος μηχανική Hyprotech-to-business (TM), επιτρέπει σε βασικούς Βασίλειος Αθανασίου - 20 - Έτος: 2012

φορείς τη λήψη αποφάσεων για την εφαρμογή της αυστηρότητας τόσο στη μηχανική όσο και στη λήψη επιχειρηματικών αποφάσεων, που οδηγούν σε αύξηση της κερδοφορίας και τη βελτίωση των λειτουργικών επιδόσεων [5]. Χαρακτηριστικό είναι η ανάπτυξη μεγάλων κέντρων στο Ηνωμένο Βασίλειο και την Ισπανία, καθώς και μιας σειράς συνεργατών σε όλο τον κόσμο. Η εταιρεία έχει τη μεγαλύτερη εγκατεστημένη βάση χρηστών λογισμικού προσομοίωσης, και εξυπηρετεί πάνω από 17.000 χρήστες σε 80 χώρες, συμπεριλαμβανομένων τις 15 πρώτες εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου στον κόσμο, έτσι όπως τις κατάταξε η PFCEnergy [6]. Πίνακας 1.12011 PFC Energy 15 2011 Rank Company Name HQ Country 1 ExxonMobil US 2 PetroChina China 3 Petrobras Brazil Royal Dutch 4 Shell Netherlands 5 Chevron US 6 Gazprom Russia 7 BP UK 8 TOTAL France 9 Schlumberger US 10 CNOOC Hong Kong 11 Sinopec China 12 ConocoPhillips US 13 Ecopetrol Colombia 14 Eni Italy 15 GDF Suez France Βασίλειος Αθανασίου - 21 - Έτος: 2012

Η Hyprotech έχει ομαδοποιήσει τα προϊόντα της σε οικογένειες, σχετικά με τον τύπο της βιομηχανικής ή εργασιακής διαδικασίας. Μία από τις σημαντικότερες οικογένειες στο χώρο των διαδικασιών προσομοίωσης είναι η οικογένεια HYSYS [7]. 1.3 HYSYS Όλα ξεκίνησαν το 1981, όταν ένας καθηγητής του MIT (Massachusetts Institute of Technology) ο χημικός μηχανικός DrLarryEvans, συνειδητοποίησε ότι όλες οι πληροφορίες που είχαν συνενωθεί κατά την προσπάθεια του σχεδιασμό της χημικής διεργασίας, ουσιαστικά ποτέ δεν χρησιμοποιήθηκαν για την πραγματική λειτουργία της εγκατάστασης. Παρατήρησε ότι οι πληροφορίες αυτές ήταν πιο αποτελεσματικές όταν αποθηκεύονταν με τη μορφή μοντέλου διαγράμματος ροής, αφού είναι πιο οικίες στο περιβάλλον του μηχανικού. Ιδρύει λοιπόν την Aspentech με σκοπό την εμπορευματοποίηση των πρώτων μοντέλων προσομοίωσης και με τη πάροδο του χρόνου εξελίσσεται σε μεγάλη δύναμη στο τομέα της μοντελοποίησης και των προηγμένων λύσεων αυτοματισμού. Το Μάιο του 2002, η Aspentech αγόρασε τη Hyprotech και πλέον είναι μία από τις λίγες εταιρείες λογισμικού με τριαντάχρονη δυναμική παρουσία όπως η Microsoft, η ΙΒΜ, η Oracle, και η SAP με τις οποίες διατηρεί ενεργή συνεργασία. [8-9] Έχοντας πολλά χρόνια πείρας πλέον στο τομέα των προσομοιώσεων διεργασιών σε βιομηχανίες διύλισης πετρελαίου και φυσικού αερίου, η Aspen έκρινε ότι ήταν χρήσιμο να αναπτυχθεί μια μηχανική ενιαίου πρότυπου διεργασίας που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέσω on-line εφαρμογών για τη βελτίωση των σχεδίων, τη βελτιστοποίηση της παραγωγής και την ενίσχυση του τομέα λήψης αποφάσεων. Το Hysys είναι το μόνο εμπορικά διαθέσιμο ολοκληρωμένο περιβάλλον προσομοίωσης σχεδιασμένο για την πλήρη προσαρμογή του χρήστη. Αυτό επιτρέπει την απρόσκοπτη παραμετροποίηση των ιδιοτήτων μιας μονάδας, των αντιδράσεων και των πακέτων ιδιοτήτων αυτών και παρέχει αλληλεπίδραση με άλλες εφαρμογές για τη δημιουργία ισχυρών υβριδικών προγραμμάτων, που συμβάλουν σημαντικά στο επενδυτικό πλάνο των βιομηχανιών. Το AspenHysys αποτελεί ηγετική μορφή στο σωστό εργασιακό σχεδιασμό, στην επεξεργασία πετρελαίου και φυσικού αερίου και στον τομέα της βελτιστοποίησης καθώς Βασίλειος Αθανασίου - 22 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ είναι η μεγαλύτερη εταιρεία που επικεντρώθηκε στη βελτιστοποίηση της διεργασίας κατασκευής. Είναι μια σημαντική εφαρμογή του πακέτου AspenOne της Aspentech για εφαρμογές ProcessEngineering. [10-11] Μερικά από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του AspenHysys είναι: Η ολοκληρωμένη απεικόνιση της ροής εργασίας, με σωστές εκτιμήσεις για την ερευνητική διαδικασία, τον απαραίτητο εξοπλισμό αλλά και το κόστος. Η online βελτιστοποίηση μοντέλων. Χάρης το πρόγραμμα (SQR) επιτρέπει τον απευθείας έλεγχο των λειτουργικών επιδόσεων. Τα ερευνητικά πρότυπα κ δεδομένα για τις φυσικές μεθόδους και χημικές μεθόδους, καθώς παρέχει ακριβείς μετρήσεις για το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Οι βιβλιοθήκες με μοντέλα μονάδων, όπως αποστάξεις. Η εύκολη σύνδεση των μοντέλων Hysys με το MicrosoftExcel, με σκοπό την αυτοματοποίηση των εργασιών σε ένα ευρύτερο φάσμα χρηστών. Οι συνδέσεις εργαλείων, το AspenHysys περιέχει μεγάλη γκάμα εργαλείων όπως πακέτα αμίνων, πακέτα ηλεκτρολυτών OLI αλλά και πακέτα υδραυλικών συστημάτων που περιέχονται στην Schlumberger, SPT, Neotec. Επιπλέον ένας μεγάλος αριθμός προσανατολισμένων επιλογών είναι διαθέσιμος από το AspenHysys: Aspen Hysys Dynamics Aspen Hysys Αργό Aspen Hysys Αμίνες Aspen HysysPipeline Υδραυλική - Pipesys Aspen Hysys Pipeline Υδραυλική OLGA 2 Phase Aspen Hysys Upstream Aspen Hysys Διύλιση Πετρελαίου Βασίλειος Αθανασίου - 23 - Έτος: 2012

Τέλος η Aspentech χάρης το μεγάλο όνομα που έχει δημιουργήσει και την αξιοπιστία που προσφέρει στους πελάτες της έχει καταφέρει: Κέρδη μέχρι και 1 εκ.$ ετησίως Χάρης την βελτίωση των δειγμάτων και το καλό σχεδιασμό, εξοικονόμησε 10 εκ. $ στο κεφάλαιο Το μειωμένο κόστος εργασίας, εξαιτίας της καλής μηχανικής εργασίας προσφέρει μέχρι και 1 εκ. ετησίως 1.3.1 Χρήση του HYSYS στις βιομηχανίες Όπως αναφέρθηκε, πολλές είναι οι βιομηχανίες που χρησιμοποιούν την τεχνογνωσία και το πρόγραμμα Hysys, καθώς είναι εύκολο στη χρήση και τα οφέλη που κερδίζουν είναι αρκετά. Παρακάτω αναφέρονται μερικά παραδείγματα από βιομηχανίες που χρησιμοποιούν το hysys σε διάφορα project. Η σουηδική εταιρεία πετρελαίου Preem [12] έθεσε ως πρόκληση στον εαυτό της, την εφαρμογή μοντέλου πρόβλεψης ελέγχου για μονάδα προπυλενίου/προπανίου με στοιχεία δοκιμών στη τροφοδοσία τους. Η ομάδα μηχανικών της Preem εκμεταλλεύτηκε τη δύναμη του AspenHysys και ενσωμάτωσε μοντέλο προσομοίωσης του PPsplitter, με τον ελεγκτή AspenDMCplus διαδικασιών. Με την κίνηση αυτή πραγματοποίησαν μείωση του προπυλενίου κατά 50%, κάτι που μεταφράζεται ως εξοικονόμηση και 5,5 εκατομμυρίων $ ετησίως. Επίσης, η FluorCorporation [13] Εταιρεία μηχανολογικών επισκευών στον τομέα ενέργειας και χημείας προσπάθησε να επιτύχει παραγωγή καθαρής ενέργειας με τη μετατροπή του άνθρακα και της βιομάζας σε φυσικό αέριο. Στράφηκε προς την Aspentech και στις μηχανικές λύσεις του AspenOne. Χρησιμοποίησε την AspenRate- Based απόσταξη και τη βελτιστοποίηση των οξύ αερίων κατά τη διαδικασία καθαρισμού. Αξίζει να αναφερθεί ότι σύμφωνα με τον SoumitroNeypal, υπεύθυνο διεργασιών της Fluor: Το AspenOne που αποτελείται από την AspenPlusRadfrat με μοντέλο στήλης απόσταξης AspenRate-Based παρέχει ένα ισχυρό περιβάλλον μοντελοποίησης για αμίνη με βάση τις μονάδες επεξεργασίας φυσικού αερίου. Βασίλειος Αθανασίου - 24 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ Ακόμα η Petrobas [14],που είναι μία από τις μεγάλες εταιρείες της Βραζιλίας στον τομέα της ενέργειας, έχει ως στόχο να βελτιστοποιήσει την επιλογή ζωοτροφών που χρησιμοποιούν RTO για τη βελτίωση των επιχειρήσεων. Χρησιμοποίησε το AspenPlusOptimizer και εκμεταλλεύτηκε την ικανότητα του να βελτιστοποίεί για πολύπλοκα Real-Time μοντέλα. Σύμφωνα με τον FabiodosSantosLiporac, μηχανικό της Petrobas, η χρήσης του AspenPlus μοντέλου διασφαλίζει τη βέλτιστη λειτουργία της Petrobas κ η χρήση της τεχνολογίας RealTimeOptimization συμβάλλει στη διαρκή online βελτιστοποίηση των μονάδων της. Η νορβηγική εταιρεία Μ7 [15], που παρέχει υπηρεσίες μηχανικής στη βιομηχανία πετρελαίου και αερίου με έμφαση στη διεργασία πλωτών εγκαταστάσεων παραγωγής αποθήκευσης και εκφόρτωσης μονάδων, αποτελεί έναν έμπειρο χρήστη του προγράμματος προσομοίωσης διεργασιών Hysys και του Flarenet. Ακόμα, υπάρχει η TwisterBV [16] που προσφέρει καινοτόμες τεχνολογίες και υπηρεσίες για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών επεξεργασίας φυσικού αερίου. Μία από τις υπηρεσίες της TwisterBV είναι και η βιομηχανική διεργασία με Hysys. Σημαντική είναι και η Kanfa [17]. Μια ανεξάρτητη εταιρεία μελέτης και τεχνικής που παρέχει EPC συμβάσεις στις βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου. Χρησιμοποιεί και αυτή το Hysys για την προσομοίωση της διεργασίας ολοκλήρωσης των πλατφορμών. Τέλος αξιοσέβαστη είναι και η παρουσία της MMCOil&GasEngineering [18-19], θυγατρική της MMCCorporationBerhod, ιδρύθηκε για να παρέχει ολοκληρωμένες υπηρεσίες τεχνικού ανεφοδιασμού σε βιομηχανίες πετρελαίου φυσικού αερίου και πετροχημικών προϊόντων. Με λογισμικά όπως το Hysys, το Pipesim με Olga, το Fred και το Flaveret έχουν δημιουργήσει ένα δυνατό όνομα στο τομέα τους, αφήνοντας πελάτες όπως η Shell, η EMEMPI, η NipponOil απόλυτα ικανοποιημένους. Τέλος, αξίζει να γίνει μια αναφορά σε μια συμφωνία μεταξύ Hyprotec και μεγάλης Ιρανικής εταιρείας πετρελαίου [20]. H Hyprotech Europe και η National Iranian Oil Corporation (NIOC), ανακοίνωσαν μια εικοσαετή συμφωνία αδειοδότησης για την χρήση των προϊόντων λογισμικού προσομοίωσης Hysys. Η συμφωνία καλύπτει τη χρήση του Hysys σταθερής κατάστασης και δυναμικής προσομοίωσης ως αποκλειστικό πρότυπο Βασίλειος Αθανασίου - 25 - Έτος: 2012

εργαλείο για την εταιρεία. Περιλαμβάνει επίσης και άλλα εργαλεία από τον πλήρη φάκελο Hyprotech για το σχεδιασμό του εξοπλισμού (HTFS), της ενέργειας, της βελτίωσης της αποτελεσματικότητας και εργαλεία βελτιστοποίησης διεργασιών. Η συμφωνία είναι αποτέλεσμα της σχεδόν δύο έτη εντατικής αξιολόγησης των στοιχείων από NIOC, που βασίζεται σε περισσότερα από 25 χρόνια συσσωρευμένης γνώσης στον τομέα προσομοιώσεων διεργασιώνnioc. Με αυτή τη συμφωνία, η NIOC, ο κρατικός όμιλος πετρελαίου, έχει ανακαινίσει τα εργαλεία του μηχανικού, και τους οδηγεί στο να προχωρήσουνε προς την κατεύθυνση της καλύτερης αξιοποίησης των περιουσιακών της στοιχείων με τη μείωση του κόστους λειτουργίας. Το Hysys αναγνωρίζεται ως το κορυφαίο εμπορικά διαθέσιμο ολοκληρωμένο περιβάλλον προσομοίωσης σχεδιασμένο για την πλήρη προσαρμογή του χρήστη. Αυτό επιτρέπει την απρόσκοπτη ολοκλήρωση των δεδομένων από τις επιχειρήσεις NIOC και άλλες εφαρμογές για να δημιουργήσει ένα ισχυρό υβριδικό πρόγραμμα, που επιτρέπει την πλήρη μόχλευση επενδύσεων από λογισμικού μηχανικής NIOC. Η εφαρμογή της Hyprotech οδηγεί την τεχνολογία της NIOC σε ένα σημαντικό ορόσημο στη διαδικασία της ανακαίνισης του ιρανικού τομέα διύλισης, επεξεργασίας φυσικού αερίου και των πετροχημικών βιομηχανιών. Η σύμβαση αυτή καταδεικνύει τη μακροπρόθεσμη δέσμευση της εταιρείας να βοηθάει στην παροχή λύσεων προσομοίωσης της διεργασίας εκ των προτέρων για την ιρανική βιομηχανία πετρελαίου για να εξασφαλίσουν τα βέλτιστα κέρδη με βάση αυτές τις δυνατότητες προσομοίωσης. Χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά των Hysys, η μοντελοποίηση της διαδικασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διασφαλιστεί η ορθή και βέλτιστη επιλογή εξοπλισμού σύμφωνα με τις προτεινόμενες προδιαγραφές σχεδιασμού. Σχετικά με Hysys και HTFS Hysys είναι ένα ισχυρό, αξιόπιστο εργαλείο που βοηθά τους διαχειριστές και τους μηχανικούς στην επίτευξη κρίσιμων επιχειρηματικών στόχων για το σχεδιασμό των νέων εγκαταστάσεων, ή τον ανασχεδιασμό και την αξιολόγηση των υφιστάμενων εγκαταστάσεων. Με Hysys, οι μηχανικοί το μόνο που χρειάζεται, είναι να αναπτύξουν ένα ενιαίο πρότυπο της διαδικασίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τις αρχές σχεδιασμού μέσω on-line εφαρμογών για τη βελτίωση των σχεδίων, βελτιστοποίηση της παραγωγής και την ενίσχυση της λήψης αποφάσεων.σύμφωνα με τον M.r Talebi, το διευθυντή Βασίλειος Αθανασίου - 26 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, η NIOC, έχει κατά νου, τη μελλοντική επέκταση της πλατφόρμας για τις πιο προηγμένες εφαρμογές προσομοίωσης, όπως την κατάρτιση των χειριστών, την απευθείας σύνδεση βελτιστοποίησης και τη μηχανική διαδικασία εκ νέου. Όλες με βάση την εξαιρετική γραφική διεπαφή της χρήσης του Hyprotech, αξιόπιστη απόδοση προσομοίωση και ανοιχτής αρχιτεκτονικής. Η αγορά αυτού του λογισμικού προσομοίωσης θα μας δώσει τη δυνατότητα εξέλιξης μέχρι και τις τελευταίες τεχνολογίες, ενώ ενσωματώνει στο νέο σύστημα, όλες μας τις εσωτερικές γνώσεις, που έχουν ήδη λάβει άδεια τεχνολογίας και τις βέλτιστες επιχειρηματικές πρακτικές. Σχολιάζοντας σχετικά με τη σύμβαση, ο MrSalvador Clav, γενικός διευθυντής της Hyprotech, δήλωσε: "ότι είμαστε πολύ ευχαριστημένοι που η NIOC, μία από τις σημαντικότερες εταιρείες πετρελαίου, φυσικού αερίου και πετροχημικών στη Μέση Ανατολή, έχει επιλέξει Hyprotech εργαλεία και προϊόντα ως πρότυπες λύσεις". Επίσης μια άλλη σύμβαση που αξίζει να σημειωθεί είναι αυτή μεταξύ της Hyprotec και της ΕΝΙ. Η ΕΝΙ η μεγαλύτερη εταιρεία πετρελαίου, φυσικού αερίου στην Ιταλία είναι μια ολοκληρωμένη ενεργειακή εταιρεία που δραστηριοποιείται στους τομείς του πετρελαίου, του φυσικού αερίου, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και των πετροχημικών βιομηχανιών, καθώς και υπηρεσίες κοιτασμάτων πετρελαίου και τη μηχανική. Έχει ένα ισχυρό ανταγωνιστικό πλεονέκτημα, ηγετικές θέσεις στην αγορά σε αυτές τις επιχειρήσεις και διεξάγει εργασίες σε περισσότερες από 70 χώρες. Η Hyprotech ΕΠΕ και η Eni SpA (Eni), ανακοίνωσαν ένα πενταετές συμβόλαιο στον τομέα της HYSYS μοντελοποίησης Hyprotech και προσομοίωσης της τάξεως των 6 εκατ. ευρό. Αυτή η σύμβαση επιτρέπει την πρόσβαση της Eni στο σύνολο λειτουργιών των προϊόντων HYSYS.Με τη χρήση λύσεων Hyprotech, η ENI πετυχαίνει επίσης, μείωση του χρόνου σχεδιασμού και διευκολύνει την κατασκευή. Ο κ. Raffaele Rauso, Διευθυντής Τεχνολογίας, Ανάπτυξης & Καινοτομίας σε Eni SpA, σχολίασε ότι η HYSYS επιλέχθηκε για την ικανότητά της να σχεδιάζει και να αξιολογεί διεργασίες που οδηγούν στη μεγιστοποίηση των κερδών και τη βελτίωση των υφιστάμενων εγκαταστάσεων. Η προσομοίωση με τη χρήση HYSYS, θα μειώσει το μηχανικό κόστος. Η ολοκληρωμένη μονάδα μοντελοποίησης στο HYSYS, σε σταθερή κατάσταση και δυναμική προσομοίωση, ωφελεί τους διαχειριστές και τους μηχανικούς σε όλη την Eni μέσω της βελτίωσης της αποδοτικότητας. Βασίλειος Αθανασίου - 27 - Έτος: 2012

Ο κ. Cesc Batlle, Πρόεδρος της Hyprotech EMEA Operations, δήλωσε ότι μέσω της Hyprotech Asset έχουν βρει λύση πολλά από τα προβλήματα πετρελαίου, φυσικού αερίου αλλά και μηχανικής που οι διάφορες εταιρείες έχουν στο παρελθόν αντιμετωπίσει. Για την Eni, η μείωση των εκπομπών ήταν ένας άλλος σημαντικός παράγοντας, διότι η εφαρμογή της θα οδηγήσει σε βελτιστοποιημένο σχεδιασμό ανταλλαγής θερμότητας, μικρότερη κατανάλωση καυσίμων και φυσικού αερίου, καθώς και η βελτίωση του ελέγχου και της παραγωγής. Έτσι διασφαλίζεται, ότι η ENI συμμορφώνεται με τους κανονισμούς και μπορούν να συνεχίσει τη δέσμευσή της για την προστασία του περιβάλλοντος και την εξασφάλιση της υγείας και της ασφάλειας στην εργασία, στις εγκαταστάσεις παραγωγής της, που αποτελεί κορυφαία προτεραιότητα για την Eni. [21] Τέλος αξίζει να γίνει μια αναφορά στο γεγονός ότι, η κυβέρνηση της Βραζιλίας [22] έχει δημιουργήσει έναν κανονισμό που επιβάλλει την εμπορευματοποίηση του ντίζελ που αναμειγνύεται με 3% βιοντίζελ κατ 'όγκο. Το καστορέλαιο έχει θεωρηθεί ως επιλογή για να διασφαλιστεί ο εφοδιασμός του βιοντίζελ που απαιτείται. Για το λόγο αυτό, σε αυτό το έργο, μια συνεχή μονάδα βιοντίζελ σχεδιάστηκε με προσομοιωτή HYSYS, που χρησιμοποιεί το καστορέλαιο ως πρώτη ύλη. Οι αναπτυγμένες διεργασίες ήταν σε θέση να παράγουν βιοντίζελ σε υψηλή καθαρότητα, χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη αλκαλίων. 1.3.2 Χρήση του HYSYS στην εκπαίδευση Εκτός όμως από τον κλάδο της βιομηχανίας(ενότητα 1.3.1), οι προσομοιώσεις διεργασιών έχουν κάνει αισθητή την παρουσία τους και στον τομέα της εκπαίδευσης. Αρκετές είναι οι αναφορές σε ιδρύματα τόσο του εξωτερικού όσο και του εσωτερικού που χρησιμοποιούν γενικά τις προσομοιώσεις, ως πρόγραμμα για την υλοποίηση μιας εργασίας ή ως μάθημα εκπαίδευσης, αλλά και ως αντικείμενο θέματος σε ένα σεμινάριο. Στο Πανεπιστήμιο της Alberta [23], με προηγμένους προσομοιωτές διεργασίας προσπαθούν να εισάγουν το σχεδιασμό και τις διαδικασίες ανάλυσης των επιδόσεων σε ενέργειες διαχωρισμού όπως η απόσταξη, η απορρόφηση και η εξόρυξη. Ακόμα, το τμήμα Μηχανικών και Βιομοριακών του Πανεπιστημίου Clarkson, για τη διαδικασία ταξινόμησης απογυμνωμένων στηλών χρησιμοποιεί το Hysys [24]. Το οποίο Βασίλειος Αθανασίου - 28 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ περιλαμβάνει ένα βοηθητικό πρόγραμμα για τον υπολογισμό της διαμέτρου, της πτώσης πίεσης για στήλες υγρού αερίου. Επίσης συναντάμε τις προσομοιώσεις στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Σλοβακίας στην Bratislava ως μάθημα σχετικά με την αυτοματοποίηση και τα μαθηματικά [25]. Σύμφωνα με τους υπεύθυνους καθηγητές, με τη χρήση προσομοιώσεων η ανάλυση και ο σχεδιασμός των τεχνολογικών διεργασιών γίνεται γρηγορότερα και αποτελεσματικότερα. Τέλος στη Florida [26], οι καθηγητές του ομώνυμου πανεπιστημίου, μέσω ενός σεμιναρίου θέλουν να καθιερώσουν τη χρήση του Hysys ως εργαλείο μοντελοποίησης για στήλη απορρόφησης του φυσικού αερίου στο εργαστήριο διεργασιών μονάδων του προγράμματος μηχανικού χημικού. Το συγκεκριμένο σεμινάριο δείχνει πως το Hysys μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό μιας συνεχούς διεργασίας απορρόφησης του φυσικού αερίου σε μια κατάμεστη στήλη. Αναφορές για τις προσομοιώσεις έχουμε και από ελληνικά ιδρύματα. Στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο [27] και συγκεκριμένα στο μάθημα Μοντελοποίησης και Διεργασίας υπολογιστικών συστημάτων του τμήματος πληροφορικής, οι φοιτητές διδάσκονται τις βασικές αρχές της μοντελοποίησης και της προσομοίωσης. Αλλά και στο τμήμα Χημικών Μηχανικών [28] του ίδιου πανεπιστημίου οι καθηγητές με σκοπό να κάνουν πιο κατανοητή τη λειτουργία του Hysys στους μαθητές τους δημιούργησαν ένα βιβλίο, αντικείμενο του οποίου είναι οι μέθοδοι υπολογισμού που εφαρμόζονται στον προκαταρκτικό σχεδιασμό στηλών απόσταξης, απορρόφησης, εκχύλισης και ψυκτικών πύργων. Οι αναφορές μας συνεχίζονται με το Πανεπιστήμιο Αιγαίου [29] και το τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων, όπου οι φοιτητές έρχονται σε επαφή γενικά με το αντικείμενο της Προσομοίωσης αλλά και με τη σχεδίαση την ανάπτυξη και αξιολόγηση διάφορων συστημάτων προσομοίωσης, συστημάτων ανθρωπίνων δραστηριοτήτων, οργανικών δομών. Τέλος, στο ΤΕΙ Καβάλας και συγκεκριμένα στο τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου, οι φοιτητές διδάσκονται στο Ε εξάμηνο τις βασικές λειτουργίες του Hysys. Ξεκινάνε να εξοικειώνονται με το περιβάλλον της προσομοίωσης μαθαίνοντας να μεταφέρουν τη χημική διεργασία στον υπολογιστή. Βασίλειος Αθανασίου - 29 - Έτος: 2012

2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΧΗΜΙΚΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ 2.1 Διεργασία απόσταξης Παρόλο που αρκετοί άνθρωποι γνωρίζουν τι σημαίνει απόσταξη,φαίνεται να τους διαφεύγουν αρκετές λειτουργικές-κατασκευαστικές πτυχές [30] : Ότι η απόσταξη αποτελεί τη πιο συνηθισμένη τεχνική διαχωρισμού Το γεγονός ότι καταναλώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, τόσο για τις απαιτήσεις της ψύξης όσο και της θέρμανσης Μπορεί να συμβάλει σε περισσότερο από το 50% του κόστους λειτουργίας των εγκαταστάσεων Ως απόσταξη λοιπόν, ορίζεται η μέθοδος διαχωρισμού των συστατικών ενός υγρού μίγματος, που βασίζεται στη διαφορετική πτητικότητα αυτών και η οποία συνίσταται στο διαχωρισμό των ουσιών σε υγρή και αέρια φάση. [31] Με την απόσταξη επιτυγχάνεται διαχωρισμός των συστατικών ενός μίγματος χωρίς να χρειάζεται να εισαχθεί στο υγρό μείγμα νέας ουσίας, όπως γίνεται στην εκχύλιση, με εκχυλισματικό μέσο, ή στην αέρια απορρόφηση. Όταν ένα υγρό μείγμα που περιέχει δύο ή περισσότερα συστατικά, θερμανθεί μέχρι του σημείου ζέσης του, θα αρχίσει να παράγει ατμούς των οποίων όμως η σύσταση θα διαφέρει απ αυτή του υγρού. Όταν λοιπόν οι ατμοί αυτοί αρχίζουν να συμπυκνώνονται, το συμπύκνωμα που θα περιέχει τα περισσότερα πτητικά συστατικά ονομάζεται απόσταγμα. Το υγρό που δεν έχει εξατμιστεί και είναι πλουσιότερο σε μη πτητικά συστατικά λέγεται υπόλειμμα. Το μίγμα εξατμίζεται και οι ατμοί συμπυκνώνονται σε διαφορετικό σημείο της συσκευής ή της εγκατάστασης. Η διαφορά αυτής της σύστασης των δυο φάσεων είναι η βασική αρχή επί της οποίας στηρίζεται η διεργασία της απόσταξης. Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία στο παραγόμενο προϊόν μπορούμε να βελτιώσουμε την καθαρότητα του τελικού προϊόντος. Ο Βασίλειος Αθανασίου - 30 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ παραπάνω διαχωρισμός επιτυγχάνεται είτε με εξάτμιση είτε με συμπύκνωση μέσω κατάλληλων σχεδιασμένων στηλών απόσταξης. Πρόκειται δηλαδή για μια διεργασία φυσικού διαχωρισμού, η οποία χρησιμοποιεί ως κινητήρια δύναμη (ενέργεια) τη διαφορά πτητικότητας σε συνδυασμό με τη θερμότητα. Σε τέτοιες διεργασίες διακρίνουμε τον παράγοντα διαχωρισμού που σχετίζεται με την κινητήρια δύναμη και το μέσον διαχωρισμού. Το τελευταίο μπορεί να είναι διαλύτης (υλικό) οπότε αναφερόμαστε σε έμμεσο διαχωρισμό ή θερμότητα (ενέργεια) όπου μιλάμε για άμεσο διαχωρισμό. Για την απόσταξη συγκεκριμένα λαμβάνουμε ως παράγοντα διαχωρισμού τη διαφορά πτητικότητας και ως μέσον διαχωρισμού την ενέργεια, οπότε αναφερόμαστε σε άμεσο διαχωρισμό. Με την απόσταξη μας δίνεται η δυνατότητα διαχωρισμού μιγμάτων δύο ή και περισσότερων συστατικών γνωστής σύστασης, αλλά και μίγματα πληθώρων συστατικών με άγνωστη ή ακόμη και μεταβαλλόμενη σύσταση. Μια απόσταξη μπορεί να είναι συνεχούς ή ασυνεχούς λειτουργίας με υψηλή ή χαμηλή πίεση. [32] Στη συνέχεια επισημαίνονται διεργασίες απόσταξης που παρατηρούνται σε παραγωγές υποπροϊόντων πετρελαίου (βενζίνη, ναφθαλίνη κ.α), αλκοόλ, στην αφαλάτωση του θαλασσινού νερού και γενικά στην παραγωγή πολλών προϊόντων της χημική βιομηχανίας. 2.2 Είδη αποστάξεων Τα είδη των αποστάξεων διαχωρίζονται ανάλογα με τις ιδιότητες-λειτουργίες που μπορεί να έχει η απόσταξη. [33-34] 1. Έχουμε αποστάξεις ανάλογα τον τρόπο διαχωρισμού: η απλή απόσταξη διαφορική απόσταξη απόσταξη ισορροπίας απόσταξη με υδρατμό Βασίλειος Αθανασίου - 31 - Έτος: 2012

Στην απλή απόσταξη, που χρησιμοποιείται κυρίως για το διαχωρισμό των υγρών, η θερμοκρασία βρασμού των οποίων διαφέρει τουλάχιστον κατά 25 C ή το διαχωρισμό υγρών από μη πτητικά στερεά. Στη συγκεκριμένη διεργασία υπάρχει μία βαθμίδα διαχωρισμού και δεν έχουμε καθόλου αναρροή. Πρόκειται για μια διεργασία ομορροής (ένα μέρος του προϊόντος ανακυκλώνεται), καθώς δυο ρεύματα της υγρής και αέριας φάσης έρχονται σ επαφή κατά την κίνησή τους προς την ίδια κατεύθυνση διαμέσου της συσκευής διαχωρισμού. η κλασματική απόσταξη Στην κλασματική απόσταξη, με την οποία θα ασχοληθούμε αναλυτικότερα πιο κάτω, υπάρχουν πολλές διαδοχικές βαθμίδες καθώς και αναρροή. Το απόσταγμα που βγαίνει από την κορυφή της στήλης με μορφή ατμού, επανασυμπυκνώνεται και επιστρέφει στη στήλη. Για το λόγο ότι τα ρεύματα και των δυο φάσεων (υγρής και αέριας) συγκρούονται καθώς κινούνται αντίθετα, μιλάμε για μια διεργασία αντιρροής. Εδώ, διαχωρίζουμε το μίγμα στις συνιστώσες του και συλλέγουμε τα πτητικά προϊόντα κατά την παραγωγή τους. 2. Αποστάξεις ανάλογα με τον αριθμό των συστατικών του αρχικού μίγματος απόσταξη δυαδικών μιγμάτων απόσταξη πολυσύνθετων μιγμάτων (>2 συστατικά γνωστού αριθμού και ταυτότητας) απόσταξη πολύπλοκων μιγμάτων (άγνωστος αριθμός και ταυτότητα συστατικών) 3. Αποστάξεις ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας απόσταξη συνεχούς λειτουργίας απόσταξη ασυνεχούς λειτουργίας απόσταξη χαμηλής πίεσης Βασίλειος Αθανασίου - 32 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ απόσταξη υψηλής πίεσης Παρακάτω επισημαίνονται λίγο πιο αναλυτικά ορισμένες αποστάξεις η απόσταξη κενού Στη συγκεκριμένη διεργασία μειώνουμε την πίεση του μείγματος που είναι για απόσταξη υπό την πίεση των ατμών του, προκαλώντας την ατμοποίηση των λιγότερων πτητικών συνιστωσών του μίγματος. Χρησιμοποιείται για ενώσεις με υψηλό σημείο βρασμού ή για ενώσεις που θα μπορούσαν να υποβληθούν σε αποσύνθεση ανάλογα με τη θερμοκρασία της ατμοσφαιρικής πίεσης. την αζεοτροπική απόσταξη Εδώ προσθέτουμε ένα επιπλέον συστατικό στο μίγμα για τη δημιουργία ετερογενούς αζεοτροπικού μίγματος με χαμηλότερο σημείο βρασμού. την απόσταξη ατμού Χρησιμοποιείται όταν οι συνιστώσες του μίγματος είναι ευαίσθητες σε μεταβολές της θερμοκρασίας και αποσυντίθεται σε υψηλή θερμοκρασία. Ο ατμός συμβάλει στη μείωση της θερμοκρασίας βρασμού των συνιστωσών αυτών κάτω από τη θερμοκρασία αποσύνθεσης, κάνοντας πιο δυνατή την απόσταξη. την εκχυλιστική απόσταξη Είναι η απόσταξη όπου προσθέτουμε ένα μη πτητικό διαλύτη στο μίγμα για τη μεταβολή της σχετικής πυκνότητας των συνιστωσών του. την απόσταξη αντίδρασης Στην απόσταξη αυτή έχουμε τη συνύπαρξη της διεργασίας με μια χημική αντίδραση. Η τελευταία λαμβάνει χώρα συνήθως στην υγρή φάση του μίγματος ή στην επιφάνεια ενός στερεού καταλύτη που έρχεται σε επαφή με την υγρή φάση. Το χρησιμοποιούμε για το διαχωρισμό αζεοτροπικών μιγμάτων ή μιγμάτων συνιστωσών με κοντινά σημεία βρασμού. Βασίλειος Αθανασίου - 33 - Έτος: 2012

την καταστροφική απόσταξη Το μίγμα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία ώστε να αποσυντεθεί στα παράγωγά του και στη συνέχεια να μπορέσουμε να τα συλλέξουμε. την απόσταξη μικρής διαδρομής Οι ατμοί του μίγματος πριν τη ψύξη τους σε χαμηλές θερμοκρασίες, μετακινούνται σε πολύ μικρές αποστάσεις. Κάτι που αποτελεί μεγάλο πλεονέκτημα για την απόσταξη καθώς το μίγμα βρίσκεται σε αστάθεια για ελάχιστο χρόνο. Η κίνηση από έναν δοκιμαστικό σωλήνα εργαστηρίου σε άλλον χωρίς τη βοήθεια συμπυκνωτή αποτελεί ένα εύκολο παράδειγμα για να το κατανοήσουμε. 2.3 Αποστακτικές στήλες Γενικά υπάρχουν πολλοί μέθοδοι διαχωρισμού αλλά όπως παρατηρήσαμε και παραπάνω την κυρίαρχη θέση την κατέχει η απόσταξη, διότι σε σχέση με τις άλλες μεθόδους είναι ανέξοδη και παράγει προϊόντα πολύ μεγάλης καθαρότητας. Οι πύργοι που υψώνονται στα διυλιστήρια είναι στην πραγματικότητα αποστακτικές στήλες και ο αριθμός τους δηλώνει πόσο συχνά εφαρμόζεται αυτή η μέθοδος. Ανάλογα με τη χρήση της κάθε μίας το ύψος κυμαίνεται από 6m μέχρι και 60m (ή και παραπάνω) και η διάμετρος από τα 65cm μέχρι και τα 6m. Ανά συγκεκριμένα διαστήματα οι στήλες έχουν εξόδους για τη συλλογή των προϊόντων. Τα προϊόντα με το χαμηλότερο σημείο βρασμού συλλέγονται από την κορυφή της στήλης σε σχέση με εκείνα που έχουν υψηλότερο σημείο βρασμού και συλλέγονται από τις εξόδους του πυθμένα. Οι αποστακτικές στήλες αποτελούνται από διάφορα εξαρτήματα που είναι απαραίτητα είτε για τη μεταφορά μάζας είτε για τη μεταφορά της θερμικής ενέργειας. Βασίλειος Αθανασίου - 34 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ Μερικά από αυτά είναι: το κέλυφος, μέσα στο οποίο γίνεται ο διαχωρισμός των συστατικών του μίγματος το περιεχόμενο του κελύφους, που συνεισφέρει στο διαχωρισμό μπορεί να είναι δίσκοι ή πληρωτικό υλικό. Το συμπυκνωτή, απαραίτητο για τη ψύξη και τη συμπύκνωση του ατμού που βγαίνει από την κορυφή της στήλης. Τη δεξαμενή αναρροής, χρησιμοποιείται για την αποθήκευση του συμπυκνωμένου ατμού από τη κορυφή της στήλης, μέρος του οποίου επιστρέφει πίσω στην αποστακτική στήλη. Τον αναβραστήρα, που παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για την ατμοποίηση μέρους του συμπυκνώματος του πυθμένα της στήλης. Τον προθερμαντήρα τροφοδοσίας, ο οποίος χρειάζεται για την τροφοδοσία ποσού θερμότητας στην τροφοδοτική ροή όταν υπάρχουν συγκεκριμένες συνθήκες εισόδου του μίγματος. Οι στήλες γενικότερα χωρίζονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες, σε στήλες ασυνεχούς λειτουργίας σε στήλες συνεχούς λειτουργίας 2.3.1 Στήλες Ασυνεχούς Λειτουργίας Για το διαχωρισμό διμερών μιγμάτων και μιγμάτων πολλών συνιστωσών χρησιμοποιούμε την απόσταξη ασυνεχούς λειτουργίας. Σε σχέση με τις άλλες μεθόδους η συγκεκριμένη είναι πιο οικονομική και έχει μεγαλύτερη ευελιξία Βασίλειος Αθανασίου - 35 - Έτος: 2012

αλλά μειονεκτεί στην αποστακτική ικανότητα και στη δυσκολία ελέγχου των προϊόντων απόσταξης. Η ασυνεχούς λειτουργίας τροφοδοτείται από μια ποσότητα μίγματος που επεξεργάζεται και πραγματοποιεί την απόσταξη. Για να πραγματοποιηθεί καινούργια απόσταξη με νέα τροφοδοσία, θα πρέπει να τελειώσει η προηγούμενη διεργασία. Η πιο συχνή και απλή υλοποίηση είναι ο ενισχυτής ασυνεχούς λειτουργίας. Τον αποτελούν ένα τροφοδοτικό δοχείο, μια στήλη ενίσχυσης, ένας συμπυκνωτής, τα δοχεία συλλογής αποστάγματος, και η συσκευή διαχωρισμού ενός μέρους του συμπυκνωμένου υγρού για την αναρροή. Το υγρό μίγμα που βρίσκεται μέσα στο τροφοδοτικό δοχείο θερμαίνεται, κάνοντας τον παραγόμενο ατμό να κινείται ανοδικά προς τη στήλη ενίσχυσης. Στην κορυφή της πραγματοποιείται η συμπύκνωση του ατμού και στη συνέχεια ένα μέρος της ξανά εισέρχεται στη στήλη ενώ το υπόλοιπο συγκεντρώνεται στα κατάλληλα δοχεία που είναι υπεύθυνα για τη συλλογή αποστάγματος. Μια δεύτερη υλοποίηση είναι ο εκροφητής ασυνεχούς λειτουργίας. Αποτελείται από ένα δοχείο τροφοδοσίας, τη στήλη εξάντλησης, ένα συμπυκνωτή, τα δοχεία συλλογής του προϊόντος και τη συσκευή για το διαχωρισμό ενός μέρους του συμπυκνωμένου υγρού. Στον εκροφητή το δοχείο τροφοδοσίας βρίσκεται πάνω από τη στήλη εκρόφησης. Κατά τη λειτουργία του διαχωρισμού οι συνιστώσες του μίγματος με υψηλό σημείο βρασμού συγκεντρώνονται στα δοχεία συλλογής ενώ εκείνες με χαμηλό σημείο βρασμού παραμένουν στο δοχείο τροφοδοσίας. Η στήλη ενδιάμεσου δοχείου αποτελεί την τρίτη υλοποίηση και είναι συνδυασμός των δυο προηγούμενων. Η στήλη αυτή περιέχει ένα τμήμα εξάντλησης και ένα τμήμα ενίσχυσης. Η μόνη διαφορά τους με τα προηγούμενα είναι ότι το δοχείο τροφοδοσίας βρίσκεται στο κέντρο της στήλης και είναι κοινό και γα τα δυο τμήματα. [33-35] 2.3.2 Στήλες Συνεχούς Λειτουργίας Οι στήλες συνεχούς λειτουργίας επεξεργάζονται μια συνεχή ροή τροφοδοτικού μίγματος. Έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να σταματούν τη λειτουργίας τους μόνο για συντήρηση ή για την επίλυση κάποιο μηχανικού προβλήματος. Το σύστημα διατηρείται σε μια σταθερή κατάσταση με Βασίλειος Αθανασίου - 36 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ αποτέλεσμα οι σχετικές με τη διεργασία ποσότητες (τροφοδοσία, θερμότητα, πίεση, ρυθμός αναρροής) να μένουν σταθερές με την πάροδο του χρόνου. Επίσης, το πιο σημαντικό είναι ότι η ποιότητα κι η παροχή του τελικού προϊόντος παραμένουν σταθερά, σ αυτό συνεισφέρουν και καινούργια συστήματα ελέγχου. Το μίγμα που πρόκειται να υποστεί επεξεργασία στην αποστακτική στήλη ονομάζεται τροφοδοτική ροή και παραλαμβάνει θερμότητα από το θερμαντήρα τροφοδοσίας, ενώ στη συνέχεια εισέρχεται περίπου στο κέντρο της αποστακτικής στήλης. Το κομμάτι της στήλης από το σημείο εισόδου μέχρι την κορυφή της ονομάζεται τμήμα εμπλουτισμού ενώ το υπόλοιπο μέρος δηλαδή από το σημείο εισόδου μέχρι και τον πυθμένα λέγεται τμήμα απογύμνωσης. Όταν δουλεύει η στήλη υπάρχουν δυο ρεύματα ρευστού που κινούνται αντίθετα. Ο ατμός κινείται προς την κορυφή της στήλης και το υγρό προς τον πυθμένα. Στο τμήμα εμπλουτισμού, ο ανερχόμενος ατμός αλληλεπιδρά με το κατερχόμενο υγρό και γίνεται έτσι πτητικά πλουσιότερος στις συνιστώσες του μίγματος, ενώ στο τμήμα απογύμνωσης, το κατερχόμενο υγρό αποδίδει περσότερη ποσότητα πτητικών συνιστωσών στον ανερχόμενο ατμό, με αποτέλεσμα το ίδιο γίνεται φτωχότερο. Μέρος του συμπυκνώματος που φθάνει στον πυθμένα εισάγεται στον αναβραστήρα, ατμοποιείται και εισέρχεται εκ νέου στη στήλη σε σημείο λίγο πιο πάνω από το πυθμένα. Το υπόλοιπο συμπύκνωμα ονομάζεται προϊόν πυθμένα. Ο ατμός που βγαίνει από την κορυφή της στήλης εισάγεται στο συμπυκνωτή όπου με ψύξη μετατρέπεται σε υγρό. Στη συνέχεια αποθηκεύεται στη δεξαμενή αναρροής ενώ ένα μέρος αυτού επιστρέφει στο πάνω μέρος της στήλης, το υγρό που μένει είναι το απόσταγμα. [33-35] Μερικές από τις ιδιότητες που έχουν οι στήλες συνεχούς λειτουργίας είναι: Μπορούν να επεξεργάζονται τροφοδοτικό μίγμα δύο ή περισσότερων συστατικών Να παράγουν ροή δύο ή περισσότερων προϊόντων Να περιέχουν στο εσωτερικό τους δίσκο Βασίλειος Αθανασίου - 37 - Έτος: 2012

Να παρουσιάζουν διαφορές σχετικά με τη θέση εξόδου της προστιθέμενης ουσίας. Την τελευταία τη χρησιμοποιούμε για τη μεταβολή της σχετικής πτητικότητας του μίγματος ή για να δημιουργήσουν αζεοτροπικό μίγμα. Ανάλογα από το πού λαμβάνεται η ουσία μαζί με το προϊόν, είτε από το πάνω μέρος της στήλης είτε από το κάτω, μιλάμε για αζεοτροπική και για εκχυλιστική στήλη απόσταξης αντίστοιχα. 2.3.3 Δίσκοι αποστακτικών στηλών Όπως έχουμε είδη αναφέρει, οι στήλες απόταξης μπορούν να περιέχουν: I.δίσκους II.πληρωτικό υλικό. Οι δίσκοι πλεονεκτούν στο ότι πετυχαίνουν καλύτερο διαχωρισμό καθώς υπάρχει καλύτερη επαφή μεταξύ υγρού και ατμώδες ρευστού. Τα ρεύματα που εισέρχονται στη βαθμίδα Οι αποστακτικές στήλες με δίσκους χωρίζονται σε: Διάτρητους δίσκους Οι διάτρητοι δίσκοι, αποτελούν την απλούστερη μορφή δίσκων. Διαθέτουν οπές μέσω των οποίων διέρχονται ανερχόμενοι ατμοί που αναμιγνύονται με το κατερχόμενο υγρό που ρέει εγκάρσια του δίσκου και κατέρχεται από τους αγωγούς καθόδου. Το κύριο πλεονέκτημα είναι η ευκολία κατασκευής τους και το χαμηλό τους κόστος. Βασικό τους μειονέκτημα είναι η σχετικά μικρή ταχύτητα των ατμών τους, που έχει ως αντίκτυπο τη μείωση του βαθμού τους απόδοσης. Δίσκους με κάψες Οι δίσκοι με κάψες, περιέχουν ανεστραμμένες κάψες με σχισμές μέσα από τις οποίες διέρχονται οι ανερχόμενοι ατμοί και έρχονται σε επαφή με το υγρό ρεύμα. Βασικό τους πλεονέκτημα είναι η μεγάλη ταχύτητα των ατμών τους ενώ σε σχέση με άλλους δίσκους το κόστος κατασκευής τους είναι πιο υψηλό, Βασίλειος Αθανασίου - 38 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ κάτι που αποτελεί και το μεγάλο τους μειονέκτημα μαζί με τη μεγάλη πτώση πίεσης. Δίσκους με βαλβίδες Οι δίσκοι με βαλβίδες, σε χαμηλές ταχύτητες του αερίου επιτρέπουν τη δίοδο των ατμών και εμποδίζοντας ταυτόχρονα τη διέλευση του υγρού ρεύματος. Όσο πιο μεγάλη η ταχύτητα του αερίου, τόσο περισσότεροι ατμοί εισχωρούν. Γενικά παρουσιάζουν μικρό κόστος και μεγάλες ταχύτητες αερίου ρεύματος. Εκτός όμως από τις στήλες με δίσκους, έχουμε και τις στήλες με πληρωτικό υλικό. Υπάρχουν κυλινδρικές στήλες οι οποίες σε ειδικά στηρίγματα περιέχουν μάζα αδρανών στερεών τεμαχίων, που λέγεται γέμισμα ή πληρωτικό υλικό. Το υγρό ρεύμα εισέρχεται κοντά στην κορυφή της στήλης σε σχέση με το αέριο ρεύμα που εισάγεται κοντά στον πυθμένα. Υπάρχουν φορές που το υγρό ρεύμα ρέει κυρίως κοντά στα τοιχώματα της στήλης ενώ το αέριο κοντά στο κέντρο της στήλης μ αποτέλεσμα τη μείωση της απόδοσης των δύο ρευμάτων. Τα πληρωτικά υλικά μπορεί να είναι πλαστικά, κεραμικά, από πορσελάνη, από γραφίτη, τα οποία είναι σχετικά ελαφριά και φθηνά υλικά και με πολλές καλές αντοχές. Γενικά τα πληρωτικά υλικά μπορούν να πάρουν οποιοδήποτε σχήμα θεωρείται ότι θα τους βοηθήσει στη διεργασία. Η πιο συνηθισμένη μορφή όμως είναι αυτή του δακτυλίου καθώς βοηθάει ώστε τα τεμάχια να σχηματίζουν κατασκευάσματα μεγάλου πορώδες. [33-34] 2.3.4 Σχεδιασμό αποστακτικής στήλης Για την ανάλυση και το σχεδιασμό μιας αποστακτικής στήλης θα χρειαστεί σχεδόν πάντα να υπολογίσουμε ισοζύγια μάζας και ενέργειας. Επειδή δεν έχουμε χημική αντίδραση, σε μόνιμη κατάσταση, αυτά ανάγονται στο απλό σκεπτικό: Άθροισμα Εισερχομένων = Άθροισμα Εξερχόμενων Είτε για ολόκληρη τη στήλη είτε για οποιοδήποτε επιμέρους τμήμα της. Για να καταστρώσουμε τα ισοζύγια μάζας πρέπει να εντοπίσουμε τα διάφορα Βασίλειος Αθανασίου - 39 - Έτος: 2012

εισερχόμενα, διερχόμενα και εξερχόμενα ρεύματα μερικά από τα οποία αναφέρουμε παρακάτω: Ρεύμα εισόδου (πλευρικό) ή τροφοδοσία: μπορεί να είναι υπόψυκτο ή κορεσμένο υγρό, μίγμα υγρού και ατμού, κορεσμένος ή υπέρθερμος ατμός. Ρεύμα βάσης: προϊόν βάσης ή υπόλειμμα (υγρό) που έχει περάσει από ψυγείο νερού Ρεύμα κορυφής: προϊόν κορυφής ή απόσταγμα (υγρό, συμπύκνωμα) που έχει περάσει από συμπυκνωτήρα (από την κορυφή της στήλης βγαίνει ως ατμός) Ρεύμα αναρροής συμπυκνώματος κορυφής για επίτευξη μεγαλύτερης καθαρότητας καθώς και για τροφοδοσία υγρού από την κορυφή προς τα κάτω (επειδή η τροφοδοσία της στήλης ακόμη και αν περιέχει υγρό, βρίσκεται κάπου στη μέση). Ρεύμα αναρροής προϊόντος βάσης που έχει επανατμοποιηθεί, ώστε να υπάρχει ρεύμα ατμού στο εσωτερικό της στήλης. Στο εσωτερικό της στήλης: ανερχόμενο ρεύμα ατμού και κατερχόμενο ρεύμα συμπυκνώματος (υγρού) θεωρούμε ότι έρχονται σε ισορροπία. Αριθμούνται σύμφωνα με τον δίσκο από τον οποίο εξέρχονται. Τα στάδια σχεδιασμού μιας αποστακτικής στήλης μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: 1. Εύρεση δεδομένων ισορροπίας 2. Υπολογισμός θεωρητικών βαθμίδων 3. Υπολογισμός βαθμού απόδοσης και πραγματικών δίσκων Υπολογισμός υδραυλικών στοιχείων (διάμετροι, στοιχείων δίσκου κτλ). [36] Βασίλειος Αθανασίου - 40 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ 2.4 Κλασματική απόσταξη Σίγουρα η κλασματική απόσταξη αποτελεί τη πιο σημαντική διεργασία εξαιτίας της χρήσης της στη πετρελαϊκή βιομηχανία και όχι μόνο. Η απόσταξη είναι η πιο κοινή μορφή τεχνολογίας χωρισμού χρησιμοποιούμενη μέσα εγκαταστάσεις καθαρισμού πετρελαίου, πετροχημικός και χημικές εγκαταστάσεις και φυσική επεξεργασία αερίου εγκαταστάσεις. [37-38] Η νέα τροφοδοσία προστίθεται στη στήλη απόσταξης και τα προϊόντα απομακρύνονται πάντα. Εκτός αν η διαδικασία είναι διαταραγμένη λόγω των αλλαγών στην τροφοδοσία, τη θερμότητα, την περιβαλλοντική θερμοκρασία, ή τη συμπύκνωση, το ποσό τροφοδοσίας που προστίθενται και το ποσό της απομάκρυνσης του προϊόντος είναι κανονικά ίσα. Αυτό είναι γνωστό ως κατάσταση συνεχής κλασματικής απόσταξης. Η βιομηχανική απόσταξη εκτελείται χαρακτηριστικά στις μεγάλες, κάθετες κυλινδρικές στήλες γνωστές ως «πύργοι απόσταξης ή fractionation» ή τις «στήλες απόσταξης» με τις διαμέτρους που κυμαίνονται περίπου από 65 εκατοστόμετρα ως 6 μέτρα και ύψη που κυμαίνονται περίπου από 6 μέτρα ως 60 μέτρα ή και περισσότερο. Οι πύργοι απόσταξης έχουν τις υγρές εξόδους κατά διαστήματα επάνω στη στήλη που επιτρέπουν την απόσυρση σε μέρη ή προϊόντα που έχουν διαφορετικό σημεία βρασμού. Τα «ελαφρύτερα» προϊόντα (εκείνοι με το χαμηλότερο σημείο βρασμού) βγαίνουν από την κορυφή των στηλών και τα «βαρύτερα» προϊόντα (εκείνοι με το υψηλότερο σημείο βρασμού) βγαίνουν από το κατώτατο σημείο της στήλης. [39] Στα μείγματα υγρών των οποίων τα σημεία βρασμού είναι παρόμοια (διαχωρίζονται με θερμοκρασία μικρότερη από 70 C), δεν μπορεί να διαχωριστεί με απλή απόσταξη. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούμε την κλασματική απόσταξη. [40] Επίσης, η κλασματική απόσταξη χρησιμοποιείται μέσα σε εγκαταστάσεις καθαρισμού πετρελαίου για να χωρίσει στο ακατέργαστο πετρέλαιο τις Βασίλειος Αθανασίου - 41 - Έτος: 2012

χρήσιμες ουσίες (ή τα μέρη) που έχουν διαφορετικό αριθμό υδρογονανθράκων από τα διαφορετικά σημεία βρασμού. Τα μέρη ακατέργαστου πετρελαίου με τα υψηλότερα σημεία βρασμού: έχουν περισσότερα άτομα άνθρακα έχουν υψηλότερο μοριακό βάρος είναι σκοτεινότερα στο χρώμα έχουν καλύτερο ιξώδες παρουσιάζουν χαμηλό βαθμό επικινδυνότητας ανάφλεξης Για να επιτύχουν έναν πληρέστερο χωρισμό των προϊόντων, χρησιμοποιείται στη βιομηχανία σε μεγάλη κλίμακα ο πύργος reflux. Το Reflux [40] αναφέρεται στη μερίδα του συμπυκνωμένου υπερυψωμένου υγρού προϊόντος από έναν πύργο απόσταξης ή fractionation που επιστρέφεται στο ανώτερο μέρος του πύργου ενός χαρακτηριστικού μεγάλης κλίμακας βιομηχανικού πύργου απόσταξης. Μέσα στον πύργο, το reflux υγρό που ρέει προς τα κάτω παρέχει την ψύξη που απαιτείται για να συμπυκνώσει τους ατμούς που ρέουν προς τα πάνω, αυξάνοντας με αυτόν τον τρόπο την αποτελεσματικότητα του πύργου απόσταξης. Όσο καλύτερος ο διαχωρισμός στο πύργο των χαμηλότερων βραζόμενων υλικών από τα υψηλότερα βραζόμενα υλικά, τόσο περισσότεροι θεωρητικοί δίσκοι απαιτούνται. Αντίστροφα, όσο περισσότερο reflux παρέχεται για έναν δεδομένο επιθυμητό διαχωρισμό, τόσο λιγότεροι θεωρητικοί δίσκοι απαιτούνται. Η κλασματική απόσταξη χρησιμοποιείται επίσης στο διαχωρισμό αέρα, παράγοντας το υγρό οξυγόνο, το υγρό άζωτο, και την υψηλή καθαρότητα σε αργό. Σε βιομηχανικές χρήσεις, μερικές φορές χρησιμοποιείται ένα πληρωτικό υλικό στη στήλη αντί των δίσκων, ειδικά όταν απαιτούνται οι πτώσεις χαμηλής πίεσης πέρα από τη στήλη, όπως όταν λειτουργών υπό κενό. Τα υγρά τείνουν στην υγρή επιφάνεια της συσκευασίας και οι ατμοί περνούν πέρα από αυτήν την βρεγμένη επιφάνεια, όπου πραγματοποιείται μαζική μεταφορά. Αντίθετα από τη συμβατική απόσταξη δίσκων στην οποία κάθε δίσκος αντιπροσωπεύει Βασίλειος Αθανασίου - 42 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗΣ ένα χωριστό σημείο υγρής ισορροπίας ατμού, η υγρή καμπύλη ισορροπίας ατμού σε μια συσκευασμένη στήλη είναι συνεχής. Σημειώνεται ότι ορισμένα μίγματα υγρών είναι αδύνατο να διαχωριστούν με αυτή τη μέθοδο, καθώς και τα δύο συστατικά ζέουν στην ίδια θερμοκρασία. Ένα τέτοιο μίγμα ονομάζεται αζεοτροπικό. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αζεοτροπικού μίγματος αποτελεί το μίγμα 95% αιθυλικής αλκοόλης και 5% νερού. Εικόνα 2.1Συσκευή κλασματικής απόσταξης στο εργαστήριο [52] 1. Θερμόμετρο, 2.Κλασματική στήλη, 3.Υγρό που πρόκειται να ποσταχθεί, 4. Λουτρό πετρελαίου, 5. Έξοδος ατμών, 6 Συμπηκνωτής, 7 Έισοδος νερού, 8 Φιάλη προσαρμογής, 9. Αποσταγμένο νερό Βασίλειος Αθανασίου - 43 - Έτος: 2012

2.5 ASTM Η ASTM (AmericanSocietyforTestingandMaterials), είναι ένας παγκόσμιος οργανισμός τυποποίησης που έχει αναπτυχθεί καθιερώνοντας πρότυπα γενικής αποδοχής σε ένα ευρύ φάσμα τεχνικών προϊόντων, υλικών καθώς και υπηρεσιών. [41] Η εταιρεία ιδρύθηκε το 1898 από χημικούς μηχανικούς με επικεφαλής τον Charles Benjamin Dudley, στο Railroad της Πενσυλβάνιας όπου και εδρεύει. Κατά τη ίδρυσή της ήταν γνωστή ως το αμερικάνικο τμήμα της Διεθνούς Ένωσης Δοκιμών και Υλικών. Η ASTMinternational, όνομα που καθιερώθηκε το 2001, κατέχει κυρίαρχο ρόλο στον προγραμματισμό αναπτυξιακών προτύπων τόσο στην Αμερική όσο και σε ολόκληρο τον κόσμο. Σήμερα, χρησιμοποιούνται περίπου 12.000 πρότυπα με σκοπό τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, την καλυτέρευση της ασφάλειας, καθώς και την αύξηση εμπιστοσύνης των καταναλωτών. [42] Τα πρότυπα που παράγονται από την ASTMInternational [43] κατηγορίες: κατανέμονται σε έξι Το Πρότυπο Μεθόδου Δοκιμής, που καθορίζει τον τρόπο που εκτελείται μια δοκιμασία και την ακρίβεια του αποτελέσματός. Το Πρότυπο Πρακτικής, το οποίο ορίζει μια σειρά από λειτουργίες που, σε αντίθεση με μια τυποποιημένη μέθοδο δοκιμής, δεν παράγει αποτελέσματα. Το Πρότυπο Οδηγού, ο οποίος παρέχει μια οργανωμένη συλλογή πληροφοριών ή σειρά επιλογών, που δεν συνιστά έναν συγκεκριμένο τρόπο δράσης. Το Πρότυπο Ταξινόμησης, που παρέχει μια ρύθμιση ή μια διάσπαση των υλικών, προϊόντων, συστημάτων, και υπηρεσιών σε ομάδες που βασίζονται σε παρόμοια χαρακτηριστικά, όπως η προέλευση, η σύνθεση, οι ιδιότητες ή η χρήση. Το Πρότυπο Ορολογίας, που παρέχει έγκριτες ορολογίες που χρησιμοποιούνται σε άλλα πρότυπα. Η ποιότητα των προτύπων είναι τέτοια που συχνά χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο. Βασίλειος Αθανασίου - 44 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Μερικές από τις ενότητες [43] που καλύπτει η ASTM είναι: Προϊόντα σιδήρου και χάλυβα Μη σιδηρούχα μεταλλικά προϊόντα Αναλυτικές διαδικασίες και μέθοδοι δοκιμών μετάλλων Κατασκευές Προϊόντα πετρελαίου, λιπαντικά και ορυκτά καύσιμα Κλωστοϋφαντουργία Πλαστικά Καουτσούκ Πυρηνική, Ηλιακή και Γεωθερμική Ενέργεια Ιατροτεχνολογικά προϊόντα και υπηρεσίες Προϊόντα γενικών, ειδικών χημικών και τελικής χρήσης Για να γίνει ακόμα πιο κατανοητός ο ρόλος του προτύπου ASTM, αναφέρονται ορισμένα πρότυπα [44] που χρησιμοποιούνται κατά τη διεργασία απόσταξης πετρελαίου. ASTM D1160 Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των προϊόντων απόσταξης πετρελαίου και των κλασμάτων που μπορεί να αποσυντεθεί, αν αυτό αποστάζετε σε ατμοσφαιρική πίεση. Η μέθοδος καλύπτει τον προσδιορισμό των προϊόντων πετρελαίου με μερική η ολική εξάτμιση, με μειωμένη πίεση καθώς και το εύρος των σημείων βρασμού τους. ASTMD 86 Η βασική μέθοδος προσδιορισμού του βρασμού ενός προϊόντος πετρελαίου από την εκτέλεση μιας απλής απόσταξης ήταν σε χρήση για όσο διάστημα η βιομηχανία πετρελαίου έχει υπάρξει. Πρόκειται για μία από τις παλαιότερες μεθόδους δοκιμών υπό τη δικαιοδοσία της Επιτροπής ASTM D02, που χρονολογείται από την εποχή που αναφέρεται ακόμη ως απόσταξη Engler. Η συγκεκριμένη μέθοδος καλύπτει την απόσταξη προϊόντων πετρελαίου με την χρήση εργαστηριακής συσκευής απόσταξης για τον ποσοτικό προσδιορισμό του εύρους των χαρακτηριστικών βρασμού σε Βασίλειος Αθανασίου - 45 - Έτος: 2012

ελαφριά ή μεσαίου τύπου αποστάγματα όπως είναι τα καύσιμα κίνησης για κινητήρες με σπινθηριστή (βενζίνες), ναυτιλιακά καύσιμα, αεροπορικά καύσιμα, καύσιμα αεροστροβίλων, ντίζελ, καύσιμα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο, ειδικά πετρελαιοειδή προϊόντα, αλκοολούχα διαλύματα, κηροζίνες, καύσιμα καυστήρων 1 ης και 2 ης κατηγορίας. Η συγκεκριμένη μέθοδος είναι σχεδιασμένη για την ανάλυση αποσταγμένων καυσίμων και δεν μπορεί να εφαρμοστεί προϊόντα τα οποία περιέχουν σημαντικές ποσότητες υπολείμματος. ASTM D7169 (η αντικατάσταση της ASTM D5307) Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του σημείου βρασμού διανομή του αργού πετρελαίου. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί τριχοειδείς στήλες με λεπτές ταινίες, που έχει ως αποτέλεσμα τον ατελή διαχωρισμό των C 4 -C 8 με την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων του διθειάνθρακα, και έτσι παράγει ένα σημείο διανομής βρασμού που αντιστοιχεί σε αυτό το διάστημα της έκλυσης. ASTM D4057 Η μέθοδος αυτή καλύπτει τις διαδικασίες για τη χειροκίνητη λήψη αντιπροσωπευτικών δειγμάτων των προϊόντων πετρελαίου από ένα υγρό. Σε ημι-υγρή ή στερεά κατάσταση όπου η πίεση των ατμών σε συνθήκες περιβάλλοντος είναι κάτω από 101 kpa (14,7 psi). ASTM D2008 09 Η απορρόφηση των υγρών και η απορροφητικότητα των υγρών και στερεών σε συγκεκριμένα μήκη κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας είναι χρήσιμα για τον χαρακτηρισμό των προϊόντων πετρελαίου. Αυτή η μέθοδος δοκιμής περιλαμβάνει τη μέτρηση της απορρόφησης στο υπεριώδες φως της ποικιλίας των προϊόντων πετρελαίου. Καλύπτει την απορρόφηση των υγρών ή την απορροφητικότητα των υγρών και στερεών, ή και τα δύο, σε μήκη κύματος στην περιοχή 220-400 nm του φάσματος. ASTM D322-97(2007) Μερική αραίωση καυσίμου του λαδιού του κινητήρα μπορεί να λάβει χώρα κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας. Ωστόσο, η υπερβολική αραίωση των καυσίμων προκαλεί ανησυχία όσον αφορά τα πιθανά προβλήματα απόδοσης που μπορεί να Βασίλειος Αθανασίου - 46 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ προκύψουν. Η μέθοδος αυτή δοκιμής καλύπτει τον προσδιορισμό του ποσού της αραίωσης στον τομέα των λιπαρών στο στροφαλοθάλαμο του κινητήρα βενζίνης, όταν έχει χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. ASTM D4006 11 Αυτή η μέθοδος δοκιμής καλύπτει τον προσδιορισμό των υδάτων του αργού πετρελαίου από την απόσταξη. Η γνώση της περιεκτικότητας σε νερό του αργού πετρελαίου είναι σημαντική στον τομέα της διύλισης, αγορά, πώληση ή μεταφορά του αργού πετρελαίου. Αυτή η μέθοδος δοκιμής δεν μπορεί να είναι κατάλληλη για το αργό πετρέλαιο που περιέχει αλκοόλες οι οποίες είναι διαλυτές στο νερό. ASTM D7344-11a Αυτή η μέθοδος δοκιμής καλύπτει τη διαδικασία για τον προσδιορισμό των χαρακτη ριστικών της απόσταξης των προϊόντων πετρελαίου στην περιοχή των 20 έως 400 C (68-752 F) με μικρογραφία αυτόματη συσκευή απόσταξης. Αυτή η μέθοδος δοκιμής εφαρμόζεται σε προϊόντα όπως: σε ελαφρά και μεσαία κλάσματα, σε καύσιμα κινητήρων αυτοκινήτων με ανάφλεξη σπινθήρα που περιέχουν μέχρι 10% αιθανόλη, σε βενζίνη αεροπορίας, σε καύσιμα ντίζελ με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο, βιοντίζελ μείγματα μέχρι 20% βιοντίζελ, ειδικά αποστάγματα πετρελαίου, νάφθα, λευκά οινοπνευματώδη ποτά, kerosines, καύσιμα καυστήρα και στα καύσιμα πλοίων. 2.6 T.B.P (TrueBoltPoint) Είναι ένα πρότυπο εργαστηριακής μεθόδου που χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη της ποιοτικής διύλισης του αργού πετρελαίου και των προϊόντων του όπως η κηροζίνη, η βενζίνη και τα αποθέματα λιπαντικού αποστάγματος. Για την αξιολόγηση δείγματος φυσικού αερίου είναι ανάγκη να προσδιοριστεί η ποσότητα και η ποιότητα των προϊόντων απόσταξης πριν τη διύλιση του πετρελαίου. Αυτό γίνεται με τον προσδιορισμό της κατ όγκο απόδοσης κλασμάτων πετρελαίου με τα ίδια όρια απόσταξης, όπως τα προϊόντα διυλιστηρίου. Βασίλειος Αθανασίου - 47 - Έτος: 2012

Επειδή όμως αυτή η μέθοδος απαιτεί πολύ χρόνο και η συσκευή της είναι αρκετά πολύπλοκη, η εφαρμογή της γίνεται μόνο για την εκτίμηση της ποιότητας νέων δειγμάτων. [45] Δεδομένου ότι η παραγωγή πετρελαίου μειώνεται σταδιακά, η ζήτηση για βαρέα κλάσματα αυξάνεται. Οι ιδιότητες του φυσικού πετρελαίου και των προϊόντων του χρησιμοποιούν το Πραγματικό Σημείο Βρασμού (T.B.P), για αποστακτικές αναλύσεις, για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των μονάδων διύλισης, καθώς και για την ταξινόμηση του πετρελαίου, αποτελεί γενικά έναν προσδιορισμό που χρησιμοποιείται παγκοσμίως. [46] Με την απόσταξη του Πραγματικού Σημείου Ζέσεως ( TrueBoilingPointDistillation = T.B.P) ένα μίγμα υδρογονανθράκων μπορεί να διαχωριστεί πλήρως στα συστατικά του. Ο διαχωρισμός πραγματοποιείται με τη χρησιμοποίηση κλασματήρα πολλών βαθμίδων ισορροπίας με τη χρησιμοποίηση μεγάλης ποσότητας επαναρροής (π.χ 100 βαθμίδες ισορροπίας και 100 όγκοι επαναρροής για κάθε όγκο αποστάγματος που λαμβάνεται). Επειδή το απόσταγμα αποτελείται ουσιαστικά από καθαρή ουσία, η θερμοκρασία της κορυφής της στήλης παραμένει σταθερή μέχρι να απομακρυνθεί όλο το συστατικό με το χαμηλότερο σημείο ζέσεως. Η Θερμοκρασία στη συνέχεια αυξάνεται μέχρι το σημείο ζέσεως του δεύτερου συστατικού κατακόρυφα και παραμένει σταθερή μέχρι την απόσταξη του δεύτερου συστατικού. Η διεργασία αυτή επαναλαμβάνεται μέχρι το τέλος της απόσταξης. Αρχικά η θερμοκρασία ανεβαίνει κατά βαθμίδες, που παριστάνουν το κάθε συστατικό. Καθώς το σημείο ζέσεως αυξάνεται, αυξάνεται και ο αριθμός των ισομερών με γειτονικά σημεία ζέσεως, έχοντας ως αποτέλεσμα οι βαθμίδες συνεχώς να γίνονται και μικρότερες έτσι ώστε τελικά να παίρνουν τη μορφή ομαλής καμπύλης. [46] Οι πιο συνήθεις διαδικασίες απόσταξης TBP είναι η ASTMD-285 και η Hempel του U.SBureauofMines. Καμία από τις δυο μεθόδους δεν καθορίζει τον αριθμό των θεωρητικών βαθμίδων ή το λόγο αναρροής που πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Ωστόσο όταν χρησιμοποιείται στα βαρέα κλάσματα, συχνά παρατηρούνται ορισμένες δυσκολίες. Μια ακριβή εικόνα γύρω από την απόδοση των αναμενόμενων κλασμάτων του αργού πετυχαίνετε με το προσδιορισμό της καμπύλης αληθούς σημείου βρασμού χάρη στην TBP-απόσταξη. Τέτοιου είδους καμπύλες παρέχουν τη σχέση, η οποία υπάρχει μεταξύ Βασίλειος Αθανασίου - 48 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ θερμοκρασίας βρασμού και αποσταγμάτων. Στο παρακάτω σχήμα παρακολουθούμε την καμπύλη απόσταξης ενός τριαδικού μίγματος (Α) απεικονίζοντας τα επί μέρους αποστάγματα ως προς τη θερμοκρασία απόσταξης. Στην περίπτωση της αντικατάστασης του τριαδικού μίγματος με αργό πετρέλαιο η κλάσμα αυτού (Β), παρατηρούμε ότι η καμπύλη απόσταξης δε διαχωρίζεται σε επιμέρους βαθμίδες σε σχέση με εκείνη του τριαδικού μίγματος, λαμβάνεται όμως μια περισσότερο ή λιγότερο ομοιόμορφη καμπύλη, η οποία μπαίνει ως βάση για το χαρακτηρισμό του κλάσματος αυτού. Εικόνα 2.2Καμπύλες Απόσταξης: Α) Τριαδικού μίγματος, Β) Αρ. Πετρελαίου ή κλάσματός του. [46] Συνήθως, η αξιολόγηση της T.B.P καμπύλης των βαρέων κλασμάτων πετρελαίου σχηματίζεται μέσω των ASTMD2892 και D5236 μεθόδων, αλλά οι τιμές είναι περιορισμένες σε θερμοκρασίες κάτω από τους 565 C. Για υψηλότερες θερμοκρασίες δεν υπάρχει μια συγκεκριμένη μέθοδος, αν και αυτό αποτελεί σημαντική επίτευξη με σκοπό τη βελτίωση της διεργασίας του αργού πετρελαίου. [47] Η καμπύλη απόσταξης του αργού πετρελαίου πρέπει να συσχετιστεί με τις αποστάξεις ASTM των προϊόντων επειδή οι προδιαγραφές των προϊόντων βασίζονται κυρίως στις απλές αποστάξεις ASTMD-86 και D-1160. Το σημείο διαχωρισμού (μετατροπή των σημείων ASTM σε TBP) για τα διάφορα κλάσματα μπορεί να βρεθεί κατά προσέγγιση από το παρακάτω σχήμα. [48] Βασίλειος Αθανασίου - 49 - Έτος: 2012

Εικόνα 2.3Μετατροπή σημείου ASTM σε TBP. [33] Οι TBP-καμπύλες καθορίζουν τις αποδόσεις των αναμενόμενων κλασμάτων του αργού σε πραγματικά δεδομένα απόσταξης και λαμβάνονται από την τυποποιημένη πρότυπη μέθοδο δοκιμής που αναφέραμε και παραπάνω (ASTM 2892). Μερικές από αυτές τις καμπύλες απεικονίζονται παρακάτω. Βασίλειος Αθανασίου - 50 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Εικόνα 2.4 TBP καμπύλες απόσταξης μερικών τύπων αργού πετρελαίου. [46] Στα εργαστηριακά διυλιστήρια, προτιμάται η απόσταξη κατά ASTM καθώς δεν χρησιμοποιείται η κλασματική στήλη έχοντας ως αποτέλεσμα τις ασθενείς κλασματώσεις. Στην ASTM καμπύλη των ελαφριών αποσταγμάτων, η θερμοκρασία τη στιγμή κατά την οποία εξατμίζεται και η τελευταία σταγόνα από τον αποστακτήρα,, βρίσκεται περίπου 12 C πιο χαμηλά από το αντίστοιχο της TBP-καμπύλης. Υπάρχει και η EFV που δείχνει την ισορροπία μεταξύ ατμού και υγρού ενός μείγματος σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Η EFV-καμπύλη προσδιορίζεται πειραματικά σε εργαστηριακές στήλες επαναρροής, κάτι που απαιτεί στιγμιαία εξάτμιση σε διάφορες θερμοκρασίες υπό σταθερή πίεση ενός αριθμού δειγμάτων του μείγματος. Κάτι τέτοιο όμως είναι χρονοβόρο γι αυτό και τις περισσότερες φορές υπολογίζεται από εκείνες της TBP-ή ASTM-καμπύλες. Στην εικόνα που ακολουθεί βλέπουμε τα σημεία βρασμού σε C ως προς το %v/v απόσταγμα το οποίο παίρνεται από το εξατμοποιημένο τμήμα του αργού πετρελαίου. Βασίλειος Αθανασίου - 51 - Έτος: 2012

Εικόνα 2.5:Συσχετισμός TBP-ASTM-EFV Καμπύλων Απόσταξης Αργού Πετρελαίου [46] Παρατηρούμε ότι η αρχή της EFV βρίσκεται πάνω από εκείνη της ASTM, ενώ το πέρας της κάτω από το αντίστοιχο δικό της. 2.7 ASTMD2892 Αυτή η μέθοδος είναι μία από τις πολλές δοκιμές που διεξάγονται σε αργό πετρέλαιο για τον προσδιορισμό της αξίας του. Παρέχει μια εκτίμηση της κύμανσης των αποδόσεων κλασμάτων διαφόρων βρασμού. Τα κλάσματα που παράγονται μπορεί να αναλυθούν ως παράγωγα ή ως συνδυασμός για την παραγωγή δειγμάτων για αναλυτικές μελέτες, για μηχανική και για αξιολογήσεις της ποιότητας των προϊόντων. Η προετοιμασία και η αξιολόγηση αυτών των μειγμάτων δεν είναι μέρος αυτής της μεθόδου δοκιμής. Βασίλειος Αθανασίου - 52 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ 2.7.1 Σκοπός Η μέθοδος περιγράφει την απόσταξη ενός σταθεροποιημένου δείγματος αργού πετρελαίου. Αποστάζει ένα δείγμα 1-10lit σε μια στήλη που έχει διαχωριστική ικανότητα 14-18 θεωρητικών δίσκων μέχρι μια μέγιστη θερμοκρασία 400 C. Η συγκεκριμένη μέθοδος επιτρέπει: a) Την παραγωγή L.P.G. κλασμάτων αποστάξεως και υπολείμματος. Σ αυτά μπορούν να ληφθούν αναλυτικά δεδομένα, αλλά δεν καλύπτει την ανάλυση αυτών των κλασμάτων. b) Την χάραξη καμπύλων αποστάξεως που δίνουν τη θερμοκρασία σε συνάρτηση με την απόδοση είτε σε % κ.β είτε % κ.ο. Οι καμπύλες αυτές χαρακτηρίζουν μια εργαστηριακή τεχνική που καθορίζεται σαν 15/5 (15 θεωρητικές πλάκες 5:1 λόγος επαναρροής) ή σαν T.B.P(πραγματικό σημείο βρασμού). c) Τον προσδιορισμό της απόδοσης των πιο πάνω κλασμάτων % κ.β και % κ.ο. Επίσης μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε μείγμα πετρελαίου εκτός από υγροποιημένα αέρια πετρελαίου, σε πολύ ελαφριά νάφθα και στα κλάσματα με αρχικό σημείο βρασμού πάνω από 400 C. 2.7.2 Περίληψη μεθόδου Δείγμα από 1 έως 10t αφού προηγουμένως έχει ζυγιστεί, αποστάζει μέχρι μια μέγιστη θερμοκρασία 400C, σε μια κλασματική στήλη που έχει διαχωριστική ικανότητα από 14-18 θεωρητικούς δίσκους. Ρυθμίζεται ένα λόγος επαναρροής 5:1 σε όλες τις πιέσεις λειτουργίας εκτός από την περίπτωση που έχουμε την ελάχιστη πίεση των 1mmHg οπότε προαιρετικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί λόγος 2:1. Μετρήσεις θερμοκρασίας λαμβάνονται κατά διαστήματα αλλά και στο τέλος κάθε κλάσματος. Προσδιορίζεται η πυκνότητα και η μάζα κάθε κοψίματος, από την τελευταία αλλά και από της συνολική μάζα βγάζουμε την % κ.β απόδοση. Οι απόψεις κατ όγκο υπολογίζονται από τη μάζα Βασίλειος Αθανασίου - 53 - Έτος: 2012

και τη πυκνότητα όλων των κοψιμάτων υπολογιζόμενων του L.P.G και του υπολείμματος. Η πυκνότητα αναφέρεται στους 15 C όπως επίσης και κατ όγκο αναλογία. 2.7.3 Σπουδαιότητα μεθόδου Η μέθοδος είναι μία από τις αναλύσεις του αργού πετρελαίου που καθορίζουν τη τιμή του στην αγορά. Δίνει ένα υπολογισμό των αποδόσεων για τα κλάσματα των διαφόρων περιοχών αποστάξεως. Τα κλάσματα που λαμβάνονται από αυτή την πορεία μπορεί να αναμιχθούν ανάλογα και να γίνουν αναλυτικές μελέτες και εκτίμηση της ποιότητας των προϊόντων, αν και αυτό δεν αποτελεί μέρος αυτής της πορείας. Η μέθοδος είναι επίσης ένα αναλυτικό εργαλείο για την εξέταση διαφόρων μιγμάτων προϊόντων πετρελαίου, εκτός από μίγματα L.P.G, μίγματα ελαφριάς νάφθας και προϊόντων με I.B.P πάνω από 400 C. 2.7.4 Ορισμοί Για να γίνει κατανοητή η όλη διαδικασία τόσο ως προς τον τρόπο διεξαγωγής της όσο και ως προς τα εξαχθέντα αποτελέσματα και το νόημα τους είναι χρήσιμο να δώσουμε τους ορισμούς κάποιων από τους χρησιμοποιούμενους όρους. Έτσι λοιπόν έχουμε: T.B.P(TrueBoltPoint) Είναι ένα πρότυπο εργαστηριακής μεθόδου που χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη της ποιοτικής διύλισης του αργού πετρελαίου και των προϊόντων του όπως η κηροζίνη, η βενζίνη και τα αποθέματα λιπαντικού αποστάγματος. [50] Θεωρητικός δίσκος Είναι το τμήμα της στήλης που απαιτείται για να επιτευχθεί θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ ενός υγρού και του ατμού του. Το ύψος που ισοδυναμεί σε ένα θεωρητικό δίσκο για πακτωμένες στήλες εκφράζεται σε mm. Σε περίπτωση πραγματικών στηλών, η ικανότητα εκφράζεται ως %, της θεωρητικής πλάκας που επιτυγχάνεται στην πραγματική πλάκα. Λόγος επαναρροής R Βασίλειος Αθανασίου - 54 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Ο ατμός που φθάνει στην κορυφή της στήλης συμπυκνώνεται και το υγρό που προκύπτει χωρίζεται σε δυο μέρη. Ένα μέρος L επιστρέφει στην στήλη και ένα άλλο μέρος D λαμβάνεται σαν προϊόν της αποστάξεως. Ο λόγος L/D καλείται λόγος επαναρροής. Μπορεί να παίρνει την τιμή από το O, όταν L=O, μέχρι το άπειρο όταν D=O. Εσωτερική επαναρροή Το υγρό κατεβαίνει στο εσωτερικό της στήλης. Σε περίπτωση διαβατικής στήλης στην οποία αποστάζει ένα καθαρό συστατικό η εσωτερική επαναρροή είναι σταθερή σε όλο το μήκος της στήλης. Στην περίπτωση του αργού πετρελαίου, το φυσικό μίγμα που βρίσκεται σε δυναμική κατακράτηση. Άλλο απομακρύνεται από τη στήλη ενώ άλλο εισάγεται στη στήλη απ το δοχείο του μείγματος και δημιουργεί μια διαβάθμιση της θερμοκρασίας κατά μήκος της στήλης και μια μεγαλύτερη επαναρροή στον πυθμένα της στήλης. Πτώση πίεσης Αντιστοιχεί στην ενέργεια που απαιτείται να οδηγήσει τους ατμούς από τον πυθμένα στην κορυφή της στήλης. Εκφράζεται σε mmhg ανά μέτρο πακτωμένης στήλης. Είναι μεγαλύτερη σε περίπτωση αρωματικών από παραφινικά και μεγαλύτερη για ενώσεις με μεγάλο μοριακό βάρος παρά με μικρότερο, στην δεδομένη κλίμακα βρασμού. Δυναμική παρακράτηση Είναι η ποσότητα του υγρού που κρατιέται στην στήλη στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Η δυναμική κατακράτηση αυξάνει όσο αυξάνεται ο ρυθμός της αποστάξεως και ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο διαχωρισμού. Στατική κατακράτηση Ονομάζεται η ποσότητα του υγρού που παραμένει στην στήλη στο τέλος της απόσταξης και μετά το στράγγισμα. Αποτελεί χαρακτηριστικό του σχεδιασμού του δίσκου, του ιξώδους, του σημείου τήξεως και του μοριακού βάρους του υλικού της στήλης μετά το τελικό κόψιμο. Ρυθμός βρασμού Είναι η ποσότητα του ατμού που εισάγεται στην στήλη ανά μονάδα χρόνου και εκφράζεται σε ml/h για μια δεδομένη στήλη. Ρυθμός απολήψεως Βασίλειος Αθανασίου - 55 - Έτος: 2012

Είναι η ταχύτητα με την οποία λαμβάνουμε το προϊόν της αποστάξεως από την στήλη και εκφράζεται σε ml/h Σημείο υπερχείλισης Λέγεται το σημείο στο οποίο η ταχύτητα των ατμών που ανεβαίνουν παρεμποδίζουν την επαναρροή του υγρού με αποτέλεσμα ξαφνικά να υπερχειλίζει η στήλη. Έτσι οι ατμοί δεν μπορούν να φθάσουν την κεφαλή της στήλης και πρέπει να μειωθεί η θέρμανση για να επανέλθουμε στις συνθήκες λειτουργίας. Αδιαβατικότητα Η στήλη θεωρείται αδιαβατική όταν δεν υπάρχει σημαντικό κέρδος ή απώλεια θερμότητας σε όλο το μήκος της. Όταν αποστάζει αργό πετρέλαιο υπάρχει μια βαθμιαία αύξηση της επαναρροής από πάνω προς τα κάτω, που οφείλεται στην διαβάθμιση της θερμότητας. Θερμοκρασία απόσταξης Η θερμοκρασία των κορεσμένων ατμών στην κεφαλή της στήλης. Πίεση απόσταξης Η πίεση που μετράται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο που μετριέται η θερμοκρασία, συνήθως στην κορυφή του ψυκτήρα. Αποβουτανίωση υγρού Ένα υγρό είναι αποβουτανοποιημένο όταν στην ψυχρή παγία έχει συλλεχθεί αέριο μίγμα που περιέχει min 95% υδρογονάνθρακες από C 3 -C 4 και λιγότερο από 5% C 5. Βασίλειος Αθανασίου - 56 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ 2.7.5 Συσκευή Εικόνα 2.6:Συσκευή απόσταξης αργού πετρελαίου 15 θεωρητικών δίσκων (ASTMD 2892) [46] Η συσκευή περιλαμβάνει: 1. Ανυψωτήρας 2. Φιάλη αποστάξεως με σύστημα θερμάνσεως που παρέχει θερμότητα για τον βρασμό. 3. Θερμοστοιχείο 4. Μανδύας θέρμανσης 5. Στήλη αποστάξεως, με σύστημα επαναρροής και σύστημα θερμάνσεως που περιέχει θέρμανση για να αναπληρώνεται σε περίπτωση απώλειας. 6. Ψυκτήρας με ψυκτικό υγρό που μπορεί να ψύξει μέχρι τους -20 C. 7. Αισθητήρας κενού 8. Έξοδος απαερίων Βασίλειος Αθανασίου - 57 - Έτος: 2012

9. Συλλέκτης των κλασμάτων της απόσταξης από τον οποίο απομακρύνεται το προϊόν. 10. Θερμαντήρας 11. Μαγνητικός αναδευτήρας 12. Ενδεικτικές λυχνίες 13. Όργανα μέτρησης της θερμοκρασίας της στήλης, των ατμών, της πίεσης, της πτώσης πίεσης και 14. Βοηθητικά υλικά όπως σωλήνες, διπλής επιφανείας ψυκτήρες, παγίδες και δοχεία παραλαβής του προϊόντος. Παρακάτω περιγράφονται ορισμένα από τα μέρη που απαρτίζουν τη συσκευή: Σύστημα Θερμάνσεως Η θέρμανση της φιάλης πρέπει να γίνεται με τέτοιον τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται σταθερός ρυθμός σε όλα τα επίπεδα της πιέσεως. Αυτό επιτυγχάνεται με μανδύα που καλύπτει το κάτω μισό της φιάλης. Το ένα τρίτο της ηλεκτρικής ισχύος παρέχεται στον πυθμένα της φιάλης και τα άλλα δύο τρίτα στα πλάγια. Οι αντιστάσεις είναι ρυθμιζόμενες και κοντρολάρεται η θερμοκρασία της φιάλης. Η συνολική ισχύς που χρειάζεται για πλήρη βρασμό είναι περίπου 0,25 W/ml δείγματος. Το άνω μισό μέρος της φιάλης καλύπτεται με μανδύα χωρίς αντιστάσεις για να αποφεύγεται η απώλεια θερμότητας. Στήλη Η κλασματική στήλη μπορεί να περιέχει υλικό πληρώσεως ή πραγματικούς δίσκους. Η στήλη πρέπει να πληρεί τις παρακάτω προδιαγραφές: 1. Εσωτερική διάμετρος 25-50mm 2. Διαχωριστική ικανότητα 14-18 θεωρητικές πλάκες με ολική επαναρροή 3. Πρέπει να χρησιμοποιούνται με τόσο δείγμα ώστε η δυναμική παρακράτηση να είναι 2-4% του δείγματος 4. Πρέπει να είναι όσο περισσότερο αδιαβατικές. Πρέπει να καλύπτεται με διπλό τοίχωμα από καθρέφτη και στον ενδιάμεσο χώρο να υπάρχει σταθερό κενό λιγότερο από torr. Το σύστημα πρέπει να καλύπτεται από μανδύα με θέρμανση ώστε η θερμοκρασία στο εξωτερικό του μανδύα να είναι ίση με αυτή στο εσωτερικό. Η θερμοκρασία στο εσωτερικό μετριέται με θερμοστοιχείο που βρίσκεται στο χώρο μεταξύ των δυο τοιχωμάτων. 5. Πρέπει να περιέχει θερμοστοιχείο στην κορυφή του γεμίσματος κατά την έξοδο του αποστάγματος. 10 6 Βασίλειος Αθανασίου - 58 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ 6. Πρέπει να περιλαμβάνει σύστημα ρυθμίσεως της επαναρροής που να διαχωρίζει το συμπύκνωμα με ακρίβεια καλύτερη από το 90% μεταξύ της στήλης και της γραμμής εξόδου. 7. Χρειάζεται να υπάρχει μια παγίδα που θα ψύχεται με ξηρό πάγο και να παρεμβάλλεται για να προστατεύει το μανόμετρο του κενού από τους ατμούς της κορυφής όταν εφαρμόζεται κενό. 8. Σε περίπτωση που χρειαστεί να μετρηθεί μη συμπυκνωμένο αέριο πρέπει να τοποθετηθεί μετά την έξοδο της ψυχρής παγίδας ένας μετρητής αερίου. Πριν το CaCl 2 για απορρόφηση υγρασίας. Όταν μετρητή πρέπει να τοποθετηθεί παγίδα απαιτείται ανάλυση του δείγματος του αερίου αυτού πρέπει να συλλεχθεί σε άδειο πλαστικό μπαλόνι κατάλληλου μεγέθους. Ένα μικρό μέρος του δείγματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανάλυση. Η ποσότητα του αερίου μπορεί να υπολογισθεί από την αύξηση της πιέσεως του μπαλονιού. Η θερμοκρασία των ατμών πρέπει να μετριέται με ακρίβεια 0,5C με τη βοήθεια του θερμοστοιχείου που βρίσκεται στην κορυφή της στήλης. Η θερμοκρασία είτε καταγράφεται είτε παρατηρείται από καντράν. Ο ρυθμός του βρασμού συνήθως ελέγχεται με την πτώση της πίεσης κατά μήκος της στήλης. Η πτώση της πίεσης μετριέται με το μανόμετρο που συνδέεται μεταξύ της φιάλης και της κεφαλής της συσκευής. Εισάγεται μια μικρή ποσότητα αζώτου μεταξύ της φιάλης και του μανόμετρου για αποφυγή συμπυκνώσεως στον σωλήνα συνδέσεως. Όταν δουλεύουμε με ατμοσφαιρική πίεση το άκρο του σωλήνα του μανόμετρου δεν συνδέεται με τη φιάλη αλλά αφήνεται ανοιχτό στην ατμόσφαιρα. Προχωρώντας τη μέθοδο τοποθετούμε επί πλέον μια αντλία κενού ή περισσότερα μανόμετρα καθώς και ένα ρυθμιστή πιέσεως τα οποία είναι απαραίτητα για την απόσταξη εν κενό που θα ακολουθήσει. Συγκεκριμένα χρειάζονται: 1. Αντλία κενού, η οποία πρέπει να έχει την ικανότητα να ρυθμίζει το κενό από ατμοσφαιρική πίεση μέχρι 2mm Hg σε λιγότερο από 30sec. Πρέπει να λειτουργεί σε όλες τις πιέσεις ομαλά. 2. Μανόμετρα κενού ικανοποιητικής ακρίβειας ή και βαρόμετρα υδραργύρου, για πιέσεις πάνω από 100mm Hg, για μικρότερες πιέσεις χρησιμοποιούνται μανόμετρα McLeod. 3. Ρυθμιστής πίεσης, ο οποίος πρέπει να διατηρεί την πίεση του συστήματος σταθερή σε όλες τις πιέσεις λειτουργίας. Συνήθως χρησιμοποιείται μια σωληνοειδής βάνα μεταξύ της πηγής του κενού και φιάλης των 10lt, όπως και μια bleed value που ρυθμίζεται με το χέρι. Η δειγματοληψία γίνεται σύμφωνα με τη μέθοδο ASTM-270 και τα δείγματα παραλαμβάνονται σφραγισμένα και χωρίς να έχουν ενδείξεις διαρροής. Ψύχουμε το δείγμα στους 0-5C σε ψυγείο για μερικές ώρες πριν ανοιχθεί το δοχείο. Αν στο δείγμα Βασίλειος Αθανασίου - 59 - Έτος: 2012

υπάρχει νερό κάνουμε μια προκαταρκτική απόσταξη με ολική απομάκρυνση του δείγματος μέχρις ότου όλο το νερό αποστάξει και δεν υπάρχουν στην κορυφή της στήλης σταγόνες νερού. Το απόσταγμα μεταφέρεται σε διαχωριστική χοάνη και χωρίζεται το νερό από το απόσταγμα. Αυτό επαναφέρεται στην φιάλη του δείγματος και αρχίζει κανονικά η απόσταξη. Το fuel gas και το L.P.G έχουν ήδη ληφθεί. Αφού έχουμε καθαρίσει και ξηραίνει τη στήλη και όλα τα γυάλινα υλικά πριν από τη χρήση, ελέγχουμε το όλο σύστημα για να μην παρουσιάζει διαρροές στο κενό. Για αναλύσεις των οποίων τα αποτελέσματα αφορούν το διυλιστήριο πρέπει εκ των προτέρων να έχουν καθορισθεί τα κοψίματα και οι πιέσεις λειτουργίας. Υπολογίζουμε την πυκνότητα του δείγματος με τις μεθόδους ASTMD 941 ή ASTMD 1217 ή ASTMD 1292. Προσθέτουμε στην φιάλη του δείγματος μερικές μπίλιες βρασμού. Υπολογίζουμε τη μάζα του αργού πετρελαίου που αντιστοιχεί στον επιθυμητό όγκο. Ζυγίζουμε τη μάζα αυτή στην φιάλη με ακρίβεια 1gr. Η φιάλη και το δείγμα δεν πρέπει να έχουν θερμοκρασία κάτω από 0 C. Αν το δείγμα είναι παραφινούχο η θερμοκρασία που πρέπει να είναι 5 C πάνω από το σημείο ροής. Συνδέουμε τη φιάλη με τη στήλη και συνδέουμε με το μανόμετρο. Βάζουμε μπροστά το ψυκτικό λουτρό που τροφοδοτεί με ψυκτικό υγρό το σύστημα μέχρι να επιτευχθεί θερμοκρασία έως και 20 C. Σημειώνουμε τη βαρομετρική πίεση τουλάχιστον 2 φορές κατά τη διάρκεια της ατμοσφαιρικής αποστάξεως. Αρχίζουμε να θερμαίνουμε τη φιάλη με αργό ρυθμό έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μια πτώση πίεσης λιγότερη από 1mmHg. Αφήνουμε τη στήλη να λειτουργεί με ολική επαναρροή για λιγότερο από 30 min ή μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία στην θερμοκρασία των ατμών. Όταν αυτή φθάσει στους 15 C, αρχίζουμε πάλι την ανακυκλοφορία. Αν η θερμοκρασία των ατμών πέσει κάτω από 15 C συνεχίζουμε με ολική επαναρροή για 15 τουλάχιστον λεπτά. Βγάζουμε και ζυγίζουμε τις παγίδες με τον ξηρό πάγο που περιέχουν υγροποιημένους ελαφρούς υδρογονάνθρακες αφού τις σκουπίσουμε προσεκτικά να στεγνώσουν. Από τις παγίδες λαμβάνεται δείγμα για την ανάλυση του αερίου. Διατηρούμε με το ψυκτικό υγρό στην ψύξη κάτω από -20 C. Αυξάνουμε τη θέρμανση μέχρις ότου η πτώση πίεσης να είναι 1mmHg. Θερμαίνουμε τον μανδύα της στήλης και ρυθμίζουμε ώστε η θερμοκρασία του να είναι από 0 έως 5 C κάτω από τη θερμοκρασία των ατμών. Είναι προτιμότερο να υπάρχει αυτόματη ρύθμιση της θερμοκρασίας. Βασίλειος Αθανασίου - 60 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Θέτουμε ρυθμό επαναρροής 5:1 και συνολικό χρόνο ενός κύκλου από 12-30 δευτερόλεπτα (κύκλος εννοείται ο χρόνος δύο διαδοχικών ανοιγμάτων του στελέχους που ελευθερώνει την έξοδο του δείγματος). Το απομακρυσμένο απόσταγμα συλλέγεται σε κατάλληλα δοχεία. Προτείνεται να γίνεται κόψιμο κάθε 5-10 C. Τα κλάσματα που λαμβάνονται σε θερμοκρασίες κάτω των 65 C αποθηκεύονται σε ψυγείο ώστε να βρίσκονται κάτω από 0 C. Διατηρούμε το βρασμό σε ρυθμό 75% του μέγιστου που μπορεί να επιτευχθεί με τη στήλη. Χρησιμοποιούμε σαν οδηγό του απαιτούμενου DP την πιο κάτω καμπύλη. Επίσης από την καμπύλη που ακολουθεί στο τέλος της μεθόδου μπορούμε να προβλέψουμε την κατά προσέγγιση ταχύτητα της αποστάξεως στις διάφορες πιέσεις. Στο τέλος κάθε κοψίματος παρατηρούμε τα παρακάτω: 1. Την ώρα (ώρα και λεπτά) 2. Τον όγκο στην θερμοκρασία περιβάλλοντος 3. Την θερμοκρασία των ατμών σε C με ακρίβεια 0,5C και την διορθώνουμε ανάλογα με τη βαρομετρική πίεση. 4. Την θερμοκρασία του δείγματος που βράζει στην φιάλη με ακρίβεια 1C. 5. Την πτώση πίεσης (D.P) σε mmhg. Όταν η θερμοκρασία των ατμών φθάσει στους 65 C μπορούμε μα διακόψουμε τη ψύξη με το ψυκτικό υγρό και να τ αντικαταστήσουμε με νερό θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Αν παρατηρηθεί υπερχείλιση μειώνουμε τη θέρμανση ενώ εξακολουθούμε να παίρνουμε απόσταγμα μέχρι να αποκατασταθούν οι κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Αν η υπερχείλιση παρουσιασθεί σε στιγμή που είναι να γίνει το κόψιμο, πρέπει πρώτα να σταματήσει η απόσταξη, να γίνει ψύξη και μετά να αρχίσει έχοντας αφήσει για ένα διάστημα 15 λεπτών την ολική επαναρροή. Δεν θα πρέπει όμως να γίνει κάποιο σημαντικό κόψιμο στους 5 πρώτους βαθμούς μετά το ξεκίνημα. Συνεχίζουμε έτσι μέχρι η θερμοκρασία των ατμών να φθάσει στους 210 C ή μέχρι να παρουσιαστούν ενδείξεις πυρόλυσης. Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να αφήσουμε τη θερμοκρασία στη φιάλη του δείγματος να ξεπεράσει τους 310 C. Κλείνουμε τη βάνα επαναρροής και τη θέρμανση, αφήνοντας τη φιάλη να ψυχθεί. Ζυγίζουμε όλα τα κλάσματα με ακρίβεια 1gr και υπολογίζουμε τις πυκνότητες τους. Η απόσταξη πρέπει να γίνει από δω και πέρα με ελαττωμένη πίεση έτσι ώστε η θερμοκρασία της φιάλης να μείνει πάντα κάτω από 310C. Συνδέουμε την αντλία του κενού και ένα σύστημα ρυθμίσεως του κενού. Ξεκινάμε την αντλία και ρυθμίζουμε Βασίλειος Αθανασίου - 61 - Έτος: 2012

σταδιακά την πίεση στα 100 mmhg ή βγάζουμε το ρυθμιστή σ αυτή την τιμή. Θερμαίνουμε όπως προηγουμένως καιρυθμίζουμε τη θερμοκρασία στο μανδύα της στήλης 0-5C κάτω από τη θερμοκρασία των ατμών. Στο τέλος κάθε κοψίματος σημειώνουμε τα ίδια στοιχεία μαζί με τη πίεση λειτουργίας. Συνεχίζουμε μέχρι τους 210C θερμοκρασία ατμών ή μέχρι το σημείο πυρόλυσης με την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία στη φιάλη είναι κάτω από 310C. Κλείνουμε τη βάνα επαναρροής και τη θέρμανση αφήνοντας τη συσκευή να ψυχθεί. Ζυγίζουμε τα κλάσματα και παίρνουμε τις πυκνότητες τους. Σε περίπτωση που δεν επιτευχθεί το τελικό κόψιμο συνεχίζουμε την απόσταξη σε χαμηλές πιέσεις, αφού όμως έχει προστεθεί στη συσκευή, κατά την είσοδο του αποστάγματος ένα δοχείο πιέσεως. Όταν απαιτείται τελικό σημείο πάνω από 350C συνίσταται κενό 2mmHg. Ρυθμίζουμε την πίεση στο επιθυμητό σημείο και ανακυκλοφορούμε νερό στον ψυκτήρα είτε θερμοκρασίας περιβάλλοντος είτε ψηλότερης ώστε να είμαστε σίγουροι ότι δεν κρυσταλλώνεται κερί στις γραμμές. Η πίεση δεν πρέπει να πέσει κάτω από 2mmHg. Ο λόγος επαναρροής μπορεί να γίνει 2:1 για να αυξήσει την ταχύτητα της αποστάξεως, αλλά δεν συνίσταται όταν τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται από το διυλιστήριο μόνο για αξιολόγηση του αργού πετρελαίου. Όταν η θερμοκρασία του δείγματος στη φιάλη πέσει κάτω από 230 C σταματάμε την αντλία κενού, γίνεται εξαέρωση με άζωτο ή άλλο αδρανές αέριο, αλλά όχι με αέρα που μπορεί να προκαλέσει εκρήξεις. Χρησιμοποιώντας τον ψυκτήρα σταματάμε τη κυκλοφορία του υγρού. Η στατική επικράτηση της στήλης μπορεί να παραληφθεί αφού αποσυνδεθεί η φιάλη με βράσιμο μικρής ποσότητας διαλύτη, όπως τολουόλιο σε μια χωριστή φιάλη. Αυτό ξεπλένει τη στήλη, το ψυκτήρα και το σύστημα παραλαβής του αποστάγματος. Το υπόλειμμα που λαμβάνεται ελευθερώνεται από τον διαλύτη με εξάτμιση περίπου στους 120 C. Για την απομάκρυνση των ατμών του διαλύτη, χρησιμοποιούμε ρεύμα αζώτου πάνω από το ποτήρι όπου γίνεται η εξάτμιση. Για αποστάξεις ρουτίνας που δεν υπάρχει περίπτωση ασυμφωνίας μπορεί να παραληφθεί αυτό το στάδιο και να υπολογιστεί κατά προσέγγιση η στατική κατακράτηση από την καμπύλη. Η οποία στατική κατακράτηση είτε αποτελεί ένα ξεχωριστό μικρό κόψιμο είτε αναμιγνύεται με το υπόλειμμα της αποστάξεως. Ζυγίζουμε το υπόλειμμα και Βασίλειος Αθανασίου - 62 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ προσδιορίζουμε το ειδικό του βάρος στους 15 C με μία από τις μεθόδους ASTMD-70, ASTMD-1298, ASTMD-1480. Υπολογίζουμε την περιεκτικότητα %κ.β. κάθε κλάσματος και του υπολείμματος με ακρίβεια 0,1% με τον ακόλουθο τύπο: % κ.β. m 100 M όπου: m = η μάζα του αποστάγματος ή του υπολείμματος σε gr M = η μάζα του υγρού δείγματος σε gr Υπολογίζουμε τις απώλειες με ακρίβεια 0,1% απώλεια% κ.β. m 100 100 M Η απώλεια δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 0,4%. Διαφορετικά η απόσταση είναι άκυρη και πρέπει να επαναληφθεί. Η απώλεια κατανέμεται κατά 2/3 στο υλικό που δεσμεύεται στις παγίδες και κατά 1/3 στο πρώτο κόψιμο της νάφθας. Υπολογίζουμε τον όγκο V του δείγματος του αργού σε ml στους 15 C ως εξής: όπου: Μ = η μάζα σε gr M V D D = η πυκνότητα του αργού στους 15 C Υπολογίζουμε τον όγκο των κλασμάτων και του υπολείμματος y ως εξής: m y d όπου: m = η μάζα του κλάσματος ή του υπολείμματος σε gr d = η πυκνότητα του κλάσματος ή του υπολείμματος στους 15 C. Υπολογίζουμε την % περιεκτικότητα κάθε κλάσματος και του υπολείμματος ως εξής: Βασίλειος Αθανασίου - 63 - Έτος: 2012

% κ.ο y 100 V Υπολογίζουμε την % κ.ο απώλειας ως εξής: Απώλεια % κ.ο = y 100 V Συνήθως η απώλεια % κ.ο είναι αρνητική λόγω της διαστολής του όγκου Κατασκευάζουμε καμπύλες της θερμοκρασίας σε C σε συνάρτηση με τις απολήψεις % κ.β και % κ.ο. Αυτές είναι οι τελικές 15/5 (15 θεωρητικοί δίσκοι επαναρροή 5:1) καμπύλες της αναλύσεως. Βασίλειος Αθανασίου - 64 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ3 ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ASPEN HYSYS 3.1 Σχεδιασμός προσομοίωσης Θαπεριηγηθούμεμέσωμιαςαπλήςδιαδικασίαςαπόσταξης, HYSYSΈνα υγρό μίγμα δύο ρευμάτων που περιέχει 70 % Βενζόλιο και 30% Τολουόλιο εισέρχεται σε θερμοκρασία 30 ºC με πίεση 1 atm και ρέει με ρυθμό 1 kg-mol/sec θα αποσταχθεί σε υπέρ καθαρό απόσταγμα και βαριά κλάσματα. Αρχική εγκατάσταση: 1. Ξεκινάμε μια νέα υπόθεση στο HYSYS 2. Επιλέγουμε βενζόλιο και τολουόλιο για τα στοιχεία. 3. Επιλέγουμε την Peng-Robinson από το FluidPackage. Ρύθμισητηςαποστακτικήςστήλης: Δεδομένου ότι αυτό είναι μια απλή περίπτωση απόσταξης, απαιτούνται 3 ρεύματα διεργασίαςτοποθετούμε 3 ρεύματα ροής για την τροφοδοσία, το προϊόν απόσταξης και τον πυθμένα. Όπως και 2 ρεύματα ενέργειας για τον αναβραστήρα και τον συμπυκνωτή. Εικόνα 3.1:: Τοποθέτηση Ρευμάτων Διεργασίας Βασίλειος Αθανασίου - 65 - Έτος: 2012

2. Για να γίνει η εύκολη η προσομοίωση στη λειτουργία της, μετονομάζουμε τα ρεύματα ροής σε τροφοδοσία (Feed), απόσταγμα (Distillate), και πυθμένα (Bottoms). Επίσης μετονομάζουμε τα ρεύματα ενέργειας σε συμπυκνωτή (CondenserEnergy), και αναβραστήρα (Re-BoilerEnergy). Εικόνα 3.2: Μετονομασια Ρευμάτων 3. Στησυνέχειατοποθετούμετηστήληαπόσταξης. Κάνουμε κλικ στο κουμπί DistillationColumn που βρίσκεται στη γραμμή εργαλείων της προσομοίωσης και στη συνέχεια την τοποθετούμε στο παράθυρο προσομοίωσης. Εικόνα 3.3: Τοποθέτηση στήλης απόσταξης 4. Τώρα, η στήλη είναι έτοιμη να συνδεθεί με τη διεργασία και τα ρεύματα της ενέργειας. Για να πραγματοποιηθεί αυτό, κάνουμε διπλό κλικ στη στήλη απόσταξης για να εμφανιστεί ο πίνακας " DistillationColumnInputWizard ". Συνδέουμεταρεύματαστιςκατάλληλεςθέσεις. 5. Τώρα, πρέπει να προσδιορίσουμε τον τύπο του ψυκτήραhysys προσομοιώνει τρεις διαφορετικούς τύπους συμπυκνωτών: με μερική(partial), με πλήρη(fullrflx) και με ολική παλινδρόμηση(total).επιλέξτεένανολικόσυμπυκνωτή. Κάνουμε κλικ στο κουμπί " Next " για να συνεχίσουμε στο επόμενο βήμα. Βασίλειος Αθανασίου - 66 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Εικόνα 3.4:Προσδιορισμός Τύπου Ψυκτήρα 6. Το επόμενο βήμα είναι να καθορίσουμε τις πιέσεις της στήλης απόσταξης. Δεν υπάρχουν πτώσεις πίεσης στο συμπυκνωτή (0 kpa) και η όλη διαδικασία εκτελείται σε 101,3 kpa. Πληκτρολογούμε τις παραπάνω τιμές στα αντίστοιχα πεδία και κάνουμε κλικ στο " Next ". Εικόνα 3.5: Πίεση στήλης απόσταξης 7. Στο επόμενο βήμα, το HYSYS ζητά να εκτιμηθεί η θερμοκρασία για την κορυφαία φάση, στο συμπυκνωτή και στον αναβραστήρα. Δεδομένου ότι αυτά είναι προαιρετικά πεδία, μπορούν να αγνοηθούν και να υπολογιστούν από το HYSYS, όταν εκτελείται η προσομοίωση. Κάνουμε κλικ στο κουμπί " Next " για να προχωρήσουμε στο τελευταίο βήμα. Βασίλειος Αθανασίου - 67 - Έτος: 2012

Εικόνα 3.6:Θερμοκρασία συμπυκνωτή κ αναβραστήρα 8. Το τελευταίο βήμα για να ρυθμίσουμε πλήρως τη στήλη, είναι να καθοριστεί η αναλογία της παλινδρόμησης. Το απόσταγμα ροής έχει προσδιοριστεί με τιμή επαναρροής 3 και με ταχύτητας ροής 2700 kgmol/hr.στη συνέχεια κλικάρουμε το " Done " για να ολοκληρωθεί η σύνδεση της στήλης απόσταξης και των προδιαγραφών της. Εικόνα 3.7: Αναλογία Παλινδρομησης 9. Κάνοντας κλικ στο" Done " θα εμφανιστεί ένα παράθυρο που εμφανίζει όλα τα δεδομένα και τις επιλογές της στήλης απόσταξης. Προκειμένου να επιτευχθεί η εξαιρετικά καθαρή ροή του αποστάγματος που απαιτείται, έχει υπολογιστεί ότι η στήλη χρειάζεται 23 δίσκους με την τροφοδοσία που εισέρχεται στο δίσκο 7.HYSYS ορίζει τον προεπιλεγμένο αριθμό δίσκων σε 10 με τις τροφοδοσίες που εισέρχονται στο δίσκο 5, οπότε 13 δίσκοι πρέπει να προστεθούν και η θέση των τροφοδοτών πρέπει να αλλάξει. Σημείωση: Από προεπιλογή του HYSYS, ο αριθμός των δίσκων εμφανίζεται με αύξουσα αριθμητική σειρά, με το δίσκο 1 να είναι στην κορυφή. Βασίλειος Αθανασίου - 68 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ 10. Για να προσθέσουμε τους επιπλέον δίσκους, απλά κάνουμε κλικ στο "n" της καρτέλας "NumofStages" σχετικά με το σχεδιασμό της στήλης και απλά εισάγουμε το 23. Εικόνα 3.8: Πίνακας Δεδομένων 11. Για να αλλάξουμε τη θέση δίσκου, από το δίσκο 5 έως τον 7, κάνουμε "κλικ" στο βέλος που εμφανίζεται από το "5_Main TS" του πλαισίου "Ρεύματα Εισόδου"(InjectStreams) και επιλέγουμε "7_Main TS" για να αλλάξουμε τη θέση εισόδου της τροφοδοσίας. Εικόνα 3.9:Πίνακας Δεδομένων (αλλαγή θέσης τροφοδοσίας) Βασίλειος Αθανασίου - 69 - Έτος: 2012

Προδιαγραφέςτουρεύματοςτροφοδοσίας: Μετά την ολοκλήρωση των παραπάνω βημάτων, η στήλη απόσταξης πρέπει να είναι πλήρως καθορισμένη για πιο απλές περιπτώσεις απόσταξης.για να ολοκληρωθεί και να τρέξει η προσομοίωση, πρέπει να διευκρινιστεί η ροή τροφοδοσίας. 1. Κάνουμε διπλό "κλικ" στη ροή τροφοδοσίας, ανοίγοντας έτσι το μενού προδιαγραφές. Επιλέγουμετηνκατάλληληκαρτέλακαιπληκτρολογούμετιςεπιθυμητέςτιμές. ια το παρακάτω παράδειγμα, έχουμε θέσει ως θερμοκρασία εισόδου τους 30 C, την πίεση στα 101,3 kpa, τη ταχύτητα ροής στο 1 kg-mol/sec, και με τροφοδοσία 70% μάζας βενζολίου. Εικόνα 3.10:Μενού προδιαγραφών(ροή τροφοδοσίας) 3.2 Εκτέλεση της προσομοίωσης με αποστακτική στήλη Αφού ηστήλη απόσταξης και το ρεύμα τροφοδοσίας έχουν προσδιοριστεί, η προσομοίωση είναι έτοιμη να τρέξει. 1. Για να ξεκινήσει το πρόγραμμα HYSYS και να λειτουργεί η προσομοίωση καθώς και η επίλυση των άγνωστων ιδιοτήτων, ο solver πρέπει να είναι ενεργός. Για να ενεργοποιήσουμε το solver, απλά κάνουμε "κλικ" στο πράσινο φως επάνω γραμμή εργαλείων. στην 2. Όταν μια στήλη απόσταξης είναι παρόν σε μια προσομοίωση, θα πρέπει να ξεκινήσει χωριστά. Κάνουμε διπλό "κλικ" στην στήλη για να εμφανιστεί το κύριο παράθυρο.κάνουμε "κλικ" στοκουμπί "Run" Βασίλειος Αθανασίου - 70 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ γιαναπροσομοιώσειτηδιαδικασίατηςαπόσταξης.κλείστε το παράθυρο και θα δείτε ότι το προϊόν της απόσταξης καθώς και τα ρεύματα του πυθμένα έχουν γυρίσει από το τιρκουάζ σε σκούρο μπλε χρώμα, που σημαίνει ότι το HYSYS έχει αντιμετωπίσει με επιτυχία τις άγνωστες ιδιότητες, και η προσομοίωση είναι επιτυχής. Σημείωση: Μετά απ αυτή τη φάση, αν κάποια από τις προδιαγραφές σχετικά με τη στήλη απόσταξης μεταβληθεί, πρέπει να πατηθεί το κουμπί "Reset" και στη συνέχεια να πατηθεί ξανά το κουμπί "Run" για να επαναληφθεί η προσομοίωση απόσταξης με τις νέες προδιαγραφές. Εικόνα 3.11: ΕικόναΕπιτυχήςΠροσομοίωσης 3.3 Σύγχρονεςπροδιαγραφέςτηςαποστακτικήςστήλης ΤοHYSYS έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιεί διαφορετικά κριτήρια για το δείκτη παλινδρόμησης από αυτά για το ρυθμός ροής του αποστάγματος κατά την προσομοίωση της στήλης.για παράδειγμα, η ταχύτητα ροής του πυθμένα ή η σύνθεση του αποστάγματος σε κάθε δεδομένο δίσκο μπορεί να προσδιοριστεί, και το HYSYS μπορεί να προσομοιώσει τη στήλη με βάση αυτές τις νέες προδιαγραφές. 1. Για να αλλάξουμε τα κριτήρια προδιαγραφών της στήλης απόσταξης, κάνουμε διπλό "κλικ" στη στήλη, για να εμφανιστεί το κύριο παράθυρο. Στη συνέχεια, κάνουμε "κλικ" στο " Specs " για να εμφανιστεί το ομώνυμο παράθυρο. Βασίλειος Αθανασίου - 71 - Έτος: 2012

Εικόνα 3.12: Προδιαγραφές Στηλών Σημείωση: Παρατηρούμε ότι υπάρχουν παρούσες 4 προδιαγραφές στηλών, οι 2 είναι ενεργές και οι άλλες 2 όχι.όταν οι προδιαγραφές είναι ενεργές, αυτό σημαίνει ότι το HYSYS τις χρησιμοποιεί για να προσομοιώσουν την απόσταξη. 2. Ας πούμε ότι οι προδιαγραφές έχουν αλλάξει σε ένα ρυθμό ροής πυθμένα των 650 kgmol / hr.για την αποφυγή περιττών ενεργειών κατά τον καθορισμό της στήλης απόσταξης, η παροχή απόσταξης πρέπει να είναι ανενεργή. Για να το κάνουμε αυτό, επιλέγουμε "DistillateRate" και καταργούμε την επιλογή "Active" για να καταστεί ανενεργό. Εικόνα 3.13: Ανενεργή Παροχή 3. Γιανακάνουμετορυθμόροήςπυθμένατων 650 kgmol / hrπροδιαγραφές, επιλέγουμετο "BtmsProdRate" καικλικάρουμετο "Active" γιανατοενεργοποιήσουμε. Πληκτρολογούμετο 650 στηστήλητου "SpecificationValue". Στησυνέχεια, κάνουμεκλικστοκουμπί "Reset" καιμετά "Run" γιαναπροσομοιώσειτηστήλημετιςνέεςπροδιαγραφές. Βασίλειος Αθανασίου - 72 - Έτος: 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Εικόνα 3.14: Πρόσθεση νέων προδιαγραφών 4. Το HYSYS έχει τη δυνατότητα να προσομοιώσει τη στήλη που βασίζονται σε διαφορετικές προδιαγραφές που σήμερα δεν αντιμετωπίζονται. Για παράδειγμα, μια σύνθεση από 80% μάζας βενζολίου που χρειάζεται στο απόσταγμα.για να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις προδιαγραφές, κάνουμε κλικ στην επιλογή "Add" στη Συγγραφή Στήλη ενότητα και επιλέγουμε "Column Component Fraction" από τη λίστα. Στη συνέχεια, κάνουμε κλικ στο "Add Spec (s)..." Εικόνα 3.15: Πρόσθεση προδιαγραών( νέα χαρακτηριστικά) 5. Κάνοντας κλικ στο Προσθήκη Χαρακτηριστικά(Add Spec (s) ) αυτόματα θα εμφανιστεί ένα παράθυρο ζητώντας τις προδιαγραφές σύνθεσης.δεδομένου ότι η σύνθεση ορίζεται στο ρεύμα του αποστάγματος αντί για μια συγκεκριμένη φάση, ελέγχουμε το "Stream". Στησυνέχεια, στο "Draw" επιλέγουμε "Distillate @COL1". Δεδομένου ότι οι προδιαγραφές δόθηκαν στα στο Mass σε επί τοις εκατό, επιλέγουμε "MassFraction" στην κατηγορία "Basis". Στησυνέχεια, πληκτρολογούμε 0,8 γιατοspecvalue. Τέλος επιλέγουμε το Βενζόλιο ως συστατικό για τον υπολογισμό και να κλείσει το παράθυρο. Βασίλειος Αθανασίου - 73 - Έτος: 2012

Εικόνα 3.16: Παράθυροπροδιαγραφώνσύνθεσης Για να αποφεύγονται οι συγκρούσεις κατά τις προδιαγραφές, τις προδιαγραφές της ταχύτητας ροής του πυθμένα πρέπει να τις απενεργοποιούμε, ενώ την προδιαγραφή της μάζας του κλάσματος πρέπει να την ενεργοποιούμε. Κάτι τέτοιο πραγματοποιείται με διαδικασίες που αναφέραμε παραπάνω. Στη συνέχεια, κάνουμε κλικ στο κουμπί "Reset" και "Run" για να προσομοιώσει τη διαδικασία χρησιμοποιώντας τη σύνθεση απόσταγμα ως βάση για τον υπολογισμό. Βασίλειος Αθανασίου - 74 - Έτος: 2012

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΜΕ ΣΤΗΛΗ 15 ΘΕΩΡΗΤΙΚΩΝ ΔΙΣΚΩΝ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ 1. Κάνουμε κλικ στο File της Γραμμής Μενού και ακολουθούμε τη διαδρομή File>New>Case. 2. Στη συνέχεια προσθέσουμε τα συστατικά του μοντέλου Εικόνα 4.1Προσθήκη συσατικών Βασίλειος Αθανασίου - 75 - Έτος: 2012

3. Επιλέγουμε από τη λίστα τα συστατικά που χρειαζόμαστε. Εικόνα 4.2: Επιλογή συστατικών 4. Στη συνέχεια επιλέγουμε την ετικέτα FluidPkgs για να ορίσουμε το πακέτο ιδιοτήτων που θα χρησιμοποιήσουμε. Τα FluidPropertyPackages είναι μοντέλα εξισώσεων με πληροφορίες και δικά τους ενσωματωμένα όρια. Πατάμε Add για να μας ανοίξει το καινούργιο παράθυρο και από τη στήλη που εμφανίζεται επιλέγουμε, για τη συγκεκριμένη υπόθεση, το πακέτο ιδιοτήτων PengRobinson. Εικόνα 4.3:Επιλογή πακέτου ιδιοτήτων PengRobinson Βασίλειος Αθανασίου - 76 - Έτος: 2012

5. Αφού επιλέξουμε και το πακέτο ιδιοτήτων είμαστε έτοιμοι να μπούμε στο Περιβάλλον Προσομοίωσης (SimulationEnvironment) πατώντας το παρακάτω κουμπί. 6. Κατά την είσοδό μας στο περιβάλλον της προσομοίωσης βλέπουμε την παρακάτω εικόνα. Όλη η πράσινη επιφάνεια αποτελεί το χώρο σχεδίασης, εκεί που θα τοποθετήσουμε τα αντικείμενα μας τα οποία βρίσκονται στη δεξιά παλέτα. Εικόνα 4.4: Περιβάλλον Προσομοίωσης 4.2 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ 1. Επόμενο βήμα, είναι η εισαγωγή των Ρευμάτων. Χρειαζόμαστε τρια ρεύματα ροής για την τροφοδοσία, το προϊόν απόσταξης και τον πυθμένα. Καθώς και 2 ρεύματα ενέργειας για τον αναβραστήρα και το συμπυκνωτή. Βασίλειος Αθανασίου - 77 - Έτος: 2012

Εικόνα 4.5: Εισαγωγή Ρευμάων 2. Κάνοντας κλικ δυο φορές πάνω στο ρεύμα εμφανίζεται o πίνακας με τα στοιχεία του ρεύματος. Το συγκεκριμένο πίνακα το χρησιμοποιούμε για να θέσουμε και να τροποποιήσουμε τα εκάστοτε στοιχεία. Για διευκόλυνση της προσομοίωσης αλλάζουμε τα ονόματα των ρευμάτων σε Feed, Distillate, Bottoms, CondQ και RebQ. Εικόνα 4.6: Μετονομασία Ρευμάτων Βασίλειος Αθανασίου - 78 - Έτος: 2012

3. Στη συνέχεια τοποθετούμε τη στήλη απόσταξης κάνοντας κλικ στο αντίστοιχο εικονίδιο της παλέτας εργαλείων. Εικόνα 4.7: Εισαγωγή στήλης απόσταξης 4. Το επόμενο βήμα είναι η συνδεσμολογία της στήλης με τα ρεύματα. Κάνοντας διπλό κλικ πάνω στη στήλη εμφανίζεται ο πίνακας DistillationColumnInputWizard. Ταυτόχρονα επιλέγουμε και το τύπο του συμπυκνωτή μας που είναι με ολική(total) παλινδρόμηση και πατάμε Next. Εικόνα 4.8: Συνδεσμολογία Σήλης Βασίλειος Αθανασίου - 79 - Έτος: 2012

Πίνακας 4.1: Πιέσεις στήλης Condenser Pressure Reboiler Pressure Condenser Pressure Drop 101,3 kpa 13.33 kpa 0 kpa 5. Εμφανίζεται ο πίνακας όπου θέτουμε τις πιέσεις της στήλης. Εισάγουμε τις παρακάτω τιμές και πατάμε Next. Εικόνα 4.9: Εισαγωγή Πιέσεων 6. Η επόμενη καρτέλα αφορά τις θερμοκρασίες του συμπυκνωτή και του αναβραστήρα στη φάση κορυφής. Δεδομένου όμως ότι μπορούν να υπολογιστούν αυτόματα από το Hysys τη προσπερνάμε και πατάμε Next. Βασίλειος Αθανασίου - 80 - Έτος: 2012

Εικόνα 4.10: Εισαγωγή Θερμοκρασιών στη φάση κορυφής 7. Η ρύθμιση της απόσταξης τελειώνει με την εισαγωγή της αναλογίας παλινδρόμησης (Refluxratio) και την ταχύτητα ροής (LiquidRate). Εισάγουμε τις παρακάτω τιμές και πατάμε Done. Πίνακας 4.2:Τιμές ταχύτητας ροή και αναλογία παλινδρόμισης LiquidRate 2000 kgmol/hr Refluxratio 5 Εικόνα 4.11: Εισαγωγή Αναλογίας Παλινδρόμησης και Ταχύτητας Ροής Βασίλειος Αθανασίου - 81 - Έτος: 2012

8. Πατώντας το Done, εμφανίζεται ένα καινούργιο παράθυρο με όλα τα δεδομένα της στήλης απόσταξης. Οι θεωρητικοί δίσκοι της στήλης είναι 15 και η τροφοδοσία εισέρχεται στο δίσκο 10. Εικόνα 4.12: Εισαγωγή Θεωρητικών δίσκων και Θέσης Τροφοδοσίας 9. Τελευταίο απαραίτητο βήμα για να τρέξει η προσομοίωση είναι η εισαγωγή προδιαγραφών στη ροή τροφοδοσίας. Κλικάροντας πάνω στο Feed θα εμφανιστεί η καρτέλα από το βήμα 2. Στην ετικέτα Conditions τοποθετούμε τις παρακάτω τιμές στα αντίστοιχα πεδία. Πίνακας 4.3: Τιμές Πίεσης Θερμοκρασίας-Ροής μάζας Temperature 200 C Pressure Mass Flow 1379 kpa 1800 kgmol/hr Βασίλειος Αθανασίου - 82 - Έτος: 2012

Εικόνα 4.13: Προσδιορισμός Ροής Τροφοδοσίας-Εισαγωγή Αναλογίας Συστατικών 10. Στη συνέχεια πηγαίνοντας στην ετικέτα Composition εμφανίζονται τα συστατικά μας. Πατώντας Edit εμφανίζεται ένας καινούργιος πίνακας όπου εισάγουμε την περιεκτικότητα του κάθε συστατικού που παίρνουμε από τον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 4.4:Αναλογία Συστατικών [51-53] Component Mole % Methane 0,239 Ehane 0,2938 Propane 1,0957 IsoButane 1,0421 n-butane 1,6354 Neopenane 0,1743 IsoPenane 2,1034 n-penane 1,9377 2,2-Dimethylbutane 0,1945 2,3-DimethylButane 0,5789 2-Methylpentane 1,7079 3-Methylpentane 1,0428 n-hexane 2,5077 Heptanes 23,0747 Ocanes 16,3885 Nonanes 21,7218 Decanes plus 24,2353 Nitrogean 0,0274 Carbon Dioxide 0 Βασίλειος Αθανασίου - 83 - Έτος: 2012

11. Αφού έχουν πραγματοποιηθεί όλα τα παραπάνω βήματα, η προσομοίωση είναι έτοιμη να τρέξει. Πρώτα από όλα ενεργοποιούμε το solver, στη συνέχεια αφού κάνουμε διπλό κλικ στη στήλη μας κ εμφανιστεί ο ανάλογος πίνακας κάνουμε κλικ στο κουμπί Run. Εικόνα 4.14: Εκκίνηση Προσομοίωσης Σημείωση: Από τη στιγμή που πατήσουμε το Run, η προσομοίωση αρχίζει να δουλεύει και να υπολογίζει τα δεδομένα που έχουμε εισάγει. Η ένδειξη της στήλης από γίνεται. Όταν λοιπόν το HYSYS έχει αντιμετωπίσει με επιτυχία τις ιδιότητες που του έχουμε εισάγει η προσομοίωση είναι επιτυχής. Τότε το προϊόν της απόσταξης καθώς και τα ρεύματα του πυθμένα αλλάζουν χρώμα και από τιρκουάζ μετατρέπονται σε σκούρο μπλε καθώς και η ένδειξη της στήλης σε. Βασίλειος Αθανασίου - 84 - Έτος: 2012

Εικόνα 4.15: Εικόνα Επιτυχής Προσομοίωσης 4.3 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΠΟΣΤΑΚΤΙΚΗΣ ΣΤΗΛΗΣ 1. Καθώς βρισκόμαστε στο πίνακα της στήλης επιλέγουμε το Parameters και στη συνέχεια το Profiles από τη αριστερή στήλη. Εδώ εμφανίζονται οι πιέσεις και οι θερμοκρασίες που επικρατούν σε κάθε θεωρητικό δίσκο, μαζί με το σχετικό διάγραμμα πίεσης. Εικόνα 4.16: Διάγραμμα πιέσεων σε κάθε δίσκο Βασίλειος Αθανασίου - 85 - Έτος: 2012

Πίνακας 4.5: Τιμές Πίεσης και Θερμοκρασίας σε κάθε δίσκο Stage Pressure [kpa] Temp [C ] Condenser 0 101,3-10 1_Main TS 1 101,30 41,17 2_Main TS 2 95,01 50,77 3_Main TS 3 88,73 52,70 4_Main TS 4 82,44 52,38 5_Main TS 5 76,16 51,16 6_Main TS 6 69,87 49,43 7_Main TS 7 63,59 47,32 8_Main TS 8 57,30 44,89 9_Main TS 9 51,01 42,14 10_Main TS 10 44,73 39,30 11_Main TS 11 38,44 37,48 12_Main TS 12 32,16 33,72 13_Main TS 13 25,87 28,91 14_Main TS 14 19,59 22,97 15_Main TS 15 13,30 16,18 Reboiler 16 13,3 90 Σχήμα 4.1 Σχέση Πίεσης Θερμοκρασίας σε κάθε Δίσκο 2. Το επόμενο μας βήμα αφορά τη χάραξη της T.B.P (πραγματικό σημείο βρασμού) καμπύλης. Ξεκινώντας επιλέγουμε από τη Γραμμή Μενού την εντολή Βασίλειος Αθανασίου - 86 - Έτος: 2012

Tools και στη συνέχεια την εντολή Utilites. Αμέσως εμφανίζεται ο πίνακας AvailableUtilities, όπου επιλέγουμε το BoilingPointCurves και πατάμε AddUtility για να γίνει η εισαγωγή του. Εικόνα 4.17: Επιλογή Tools Utilites κ εισαγωγή του BoilingPointCurve 3. Στο παράθυρο που θα ανοίξει θα μας ζητηθεί να επιλέξουμε το αντικείμενο στο οποίο θα δουλέψουμε. Από τη λίστα που θα βγάλει επιλέγουμε το TraySection (Τμήμα Δίσκου) και ακριβώς από κάτω κάνουμε κλικ στο SelectObject. Στο νέο παράθυρο που θα ανοίξει κάνουμε κλικ από τη στήλη του Flowsheet, το ReactiveDistill(την αποστακτική μας στήλη) και από τη στήλη Object τη μοναδική μας επιλογή το MainTS και πατάμε OK. Βασίλειος Αθανασίου - 87 - Έτος: 2012

Εικόνα 4.18: Επιλογή Αντικειμένου για το σχεδιασμό της TBP Για την ολοκλήρωση της διαδικασίας προσθέτουμε και τον αριθμό δίσκου που θέλουμε να ελέγξουμε όπως βλέπουμε και στην εικόνα. Εικόνα 4.19: Εισαγωγή Θεωρητικού Δίσκου για το σχεδιασμό της TBP Το επόμενο βήμα αφορά τα αποτελέσματα που μας έβγαλε η τελευταία εντολή που δώσαμε. Από τη στιγμή που η ένδειξη έγινε πράσινη και λειτουργεί επιλέγουμε από το παράθυρο που μας άνοιξε την καρτέλα Performance και από την αριστερή στήλη το Results. Εμφανίζονται λοιπόν μπροστά μας τα αποτελέσματα που αφορούν την απόδοση % κ.ο σε συνάρτηση με τις θερμοκρασίες της TBP, της ASTMD86, κάτι που θα δούμε και παρακάτω αναλυτικότερα. Εικόνα 4.20: Αποτελέσματα απόδοσης % κ.ο σε συνάρτηση με τις Θερμοκρασίες Βασίλειος Αθανασίου - 88 - Έτος: 2012

Οι τιμές αναγράφονται πιο λεπτομερώς στον παρακάτω πίνακα Πίνακας 4.6: Αποτελέσματα απόδοσης % κ.ο σε συνάρτηση με τις θερμοκρασίες Cut Point [%] TBP[C ] ASTM D86 [C ] D 86 Crack Reduced [C ] ASTM D 1160 (Vac) [C ] ASTM D 1160 (Atm) [C ] ASTM D 2887 [C ] 0-50,44-8,77-8,77-99,68-29,42-47,08 1-11,93 16,00 16,00-75,86 2,53-29,95 2-2,67 26,42 26,42-69,24 11,35-14,24 3,5 5,86 34,48 34,48-65,19 16,74 6,66 5 22,55 47,28 47,28-55,16 30,02 24,36 7,5 35,54 54,15 54,15-47,30 40,39 38,02 10 39,78 56,04 56,04-44,69 43,83 40,27 12,5 46,17 58,73 58,73-40,79 48,95 44,33 15 48,75 59,99 59,99-39,18 51,07 49,33 17,5 51,25 61,27 61,27-37,60 53,14 53,17 20 54,07 62,73 62,73-35,83 55,46 55,24 25 58,08 64,91 64,91-33,30 58,78 59,51 30 59,33 65,62 65,62-32,50 59,82 64,09 35 60,39 66,22 66,22-31,83 60,71 66,72 40 60,87 66,52 66,52-31,50 61,14 68,11 45 61,36 67,07 67,07-30,88 61,94 69,72 50 62,29 67,33 67,33-30,59 62,32 71,32 55 62,64 67,56 67,56-30,35 62,64 72,31 60 62,96 67,77 67,77-30,11 62,95 73,14 65 63,35 68,03 68,03-29,81 63,35 74,58 70 64,28 68,63 68,63-29,09 64,28 76,29 75 65,21 69,23 69,23-28,38 65,21 77,93 80 66,14 69,83 69,83-27,67 66,14 79,36 85 67,07 70,43 70,43-26,95 67,07 80,35 90 68,00 71,03 71,03-26,24 68,00 80,94 92,5 68,47 71,33 71,33-25,88 68,47 81,05 95 69,52 72,09 72,09-25,08 69,52 81,14 96,5 70,71 72,98 72,98-24,16 70,71 81,29 98 72,03 73,98 73,98-23,15 72,03 81,48 99 72,97 74,69 74,69-22,43 72,97 81,63 100 73,98 75,46 75,46-21,65 73,98 81,80 4. Στην ίδια στήλη που βρίσκεται τoresults είναι και τoplots. Το τελευταίο όταν το επιλέξεις σου εμφανίζει στα δεξιά τις καμπύλες των παραπάνω αποτελεσμάτων. Βασίλειος Αθανασίου - 89 - Έτος: 2012

Εικόνα 4.21: Καμπύλες απόσταξης 4.4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συγκρίνοντας λοιπόν τις παρακάτω TBPκαμπύλες απόσταξης που προέκυψαν από τις τιμές της Προσομοίωσης και του Εργαστηρίου αντίστοιχα. Σχήμα 4.2TBP καμπύλη απόσταξης (Προσομοίωσης) Βασίλειος Αθανασίου - 90 - Έτος: 2012

Σχήμα 4.3TBP καμπύλη απόσταξης (Εργαστηρίου) Διαπιστώνεται ότι δεν είναι δυνατόν να υπολογιστεί τυχόν % απώλεια καθώς οι τιμές της Προσομοίωσης είναι πιο μικρές απο εκείνες του Εργαστηρίου, συνεπώς απέχουν πάρα πολύ μεταξύ τους. Παρατηρείται όμως μια ανοδική πορεία και στις δύο καμπύλες κατα την αύξηση της Τάσης ατμών. Μπορεί να ειπωθεί λοιπόν ότι απο τις τιμές της Προσομοίωσης, υπάρχει η περίπτωση να προκύψει η καμπύλη του Εργαστηρίου. Εικόνα 4.22 Στοιχεία ΡευμάτωνΡοής κατά τη λειτουργία της Προσομοίωσης Βασίλειος Αθανασίου - 91 - Έτος: 2012