Transcript UniSim Design-SS.tutorial.2015

1
UNISIM DESIGN
Stacioner modellezés
Bemutató előadás
Farkasné Szőke-Kis Anita
[email protected]
Folyamatok tervezése és irányítása (BMEVEKFM101) – 2014/15/2
BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
Dr. Mizsey Péter, Farkasné Szőke-Kis Anita
Menetrend
2
1
2
3
09.febr
16.febr
23.febr
4
02.márc
5
6
7
8
9
10
11
12
13
09.márc
16.márc
23.márc
30.márc
06.ápr
13.ápr
20.ápr
27.ápr
04.máj
SS- bemutató
SS- bemutató
Tervezési feladat
kiosztása
Dyn-bemutató
Dyn-bemutató
----------04.27. Tervezés
Dyn beszámoló
Célkitűzés
3


A UniSim Design komplex folyamatszimulátor
program használatának megismerése és
elsajátítása egy konkrét példán keresztül
A program segítségével a kiadott tervezési feladat
sikeres megoldása
Folyamatábra
4
5
6
Units, Thermodynamics: Simulation
Basis Manager
7
Units, Thermodynamics: Simulation Basis
Manager

Komponensek: MeOH, H2O, CO2, H2
Simulation Basis Manager
8

Modell: UNIQUAC
Simulation Basis Manager-Reactions
9
Simulation Basis Manager
10

Reakció megadása
 Kinetikus


reakció
Stoichiometry
Basis
 Molar
concn
 Vapour phase
 Basis units: kmol/m3
 Rate units: kmol/m3h

Parameters: A, E, A’, E’
Stoichiometry
11

 CH 3OH  H 2O
3 H 2  CO2 
k1
k1
ri  ki  c  c
a
1
b
2
 E
ki  A  exp  
 RT
A  1.04 E 22 E
A  2.6 E 28
'



 1.7 E 05 kJ / kmol
E  2.2 E 05 kJ / kmol
'
12
Feed
13





Anyagáram: Kék nyíl az eszköztárban
Stream name: Feed
Temperature: 40°C
Pressure: 4000 kPa
Mass flow: 1000 kg/h
 XCO2=
0.25 n/n
 XH2= 0.75 n/n
Recycle Mixer
14

In: Recycle
 Stream name: Recycle
 Temperature: 40°C
 Pressure: 4000 kPa
 Molar flow: 200 kmol/h
 XCO2=0.1n/n, XH2=0.9
Recycle Mixer
15


In: Feed
 Stream name: Feed
 Temperature: 40°C
 Pressure: 4000 kPa
 Mass flow: 1000kg/h
 XCO2=0.25n/n, XH2=0.75
Out: Mixed
Preheater
16




Name: Feed Heater
Inlet: Mixed
Energy: Heater duty
Outlet: To Reactor
 Pressure drop:
50 kPa
 Output temp.:
200 °C
Reactor
17



CSTR reaktor
Name: Reactor
Design- Connections
 Inlet: To Reactor
 Vapour Outlet: From Reactor
 T= 200°C,
 Liquid outlets: Dummy Liquid
 Energy: Reactor Heating
Reactor
18




Design- Parameters
 Single Phase
 heating
 Nyomásesés:
100 kPa
Reactions
 Reaction set_ methanol_reaction
 Reaction: rxn-1
Rating
 Volume:100 m3
Worksheet
 Vapour outlet T=200°C
Reactor
19

Reactions
 View
reaction…
 Stoichiometry
Product cooler
20





A reaktorban el nem reagált H2 és CO2 recirkulációjához
először le kell választani a metanolt a gőzfázisból, hűtés
40°C-ra
In:
From Reactor
Out: Condensed Mixture
Energy:
Prod Cooler Duty
Nyomásesés: 1000 kPa
Eddig elért folyamatábra
21
Reaktorméretezés
22





Elsőre túl nagy reaktort terveztünk.
Tools/Databook
Insert variables:
 Reactor/Tank Volume
 Reactor/Rxn-Actual % conversion/Rxn-1
 From reactor/Temperature
Case Studies
Add : „Designing reactor”
 Independent: Tank Volume, Temperature
 Dependent: Conversion
Reaktorméretezés
23
Reaktorméretezés
24








,,View”
Variable: Temperature 150 – 200°C; step: 5°C
3D Surf ace Plot of Conv against Temp and Volume
Tank volume 10 – 25 m3; step: 5 m3 Spreadsheet1 10v *44c
Conv = Distance Weighted Least Squares
Start
Results:
V=10 m3
T=170°C
=35%
25
Separator
26




A „condensed mixture” áram kétfázisú, a két fázist
el kell választani
In: Condensed Mixture
Out: Vapour, Liquid
Mentés!
Előmelegítő
27
A „Liquid” áram metanolt és vizet tartalmaz,
desztilláció szükséges
 Előtte elő kell melegíteni forrpontra
Heater:
 In:
Liquid
 Out:
To Distill (140°C, p=1000 kPa)
 Energy:
Heater duty2
Worksheet-en is be lehet állítani!

Termék tisztítása
28
Desztillációs kolonna felvétele
 Tisztasági követelmények:

a
kolonnába lépő MeOH 96%-a kerüljön
bele a termékbe
 a termék víztartalma max. 1 m/m%.
Distillation column
Desztilláló kolonna
29
Desztilláló kolonna
30








In:
Liquid
N:
20 tányár
Betáp helye:
15. tányérra
Kondenzátor típusa: Parciális
Kond. Hőáram: Condenser duty
Out (top):
Dummy, Methanol
Visszaforraló: Reboiler duty
Out (bottom): Water
Desztilláló kolonna
31


Kondenzátor:
Visszaforraló:
1000 kPa
1100 kPa
32
Desztilláló kolonna
33
Állítsuk be a terméktisztasági követelményeket:
MonitorAdd Spec
Column Reflux Ratio
Column Component Fraction
34
35
Tee
36




A recirkulációs körben felhalmozódó nem
kondenzálódó gázok lefuvatásához a „vapour”
áramot meg kell osztani
In:
Vapour
Out:
Purge, Recycled
Split:
Recycled:=0.9
Recycle Compressor
37





A visszavezetendő áram nyomása alacsonyabb,
mint a „Feed” áramé, komprimálás szükséges.
In:
Recycled
Out:
To Recycle (p=4000 kPa)
Energy: Recycl Comp Power
Adiabatic Efficiency: 75%
Recycle
38



A recirkuláció bekötése –modellezés közbengyakran okoz instabilitást: Mentés!
In:
To Recycle
Out:
Recycle
Eddigi folyamatábra
39
Elkészült üzemmodell
40
41
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!