Transcript Document
Piping Czyli orurowanie i nie tylko Przepływ = spadek ciśnienia Sieć rurociągów reprezentuje przepływ płynów przez kilka połączonych urządzeń. Jeżeli podana jest wystarczająca ilość natężeń przepływu i ciśnień brakujące parametry mogą zostać wyliczone. Operacje skalujące przepływ jako funkcję ciśnienia Kompresor/ekspander Pompa Rura Zawór regulujący Węzeł ciśnieniowy (pressure node) Pressure node Reprezentuje punkt, w którym następuje zmiana ciśnienia na skutek przepływu przez rurę, zmianę wysokości, przepływu przez zawór, pompę, kompresor itp. Oblicza ciśnienia lub natężenia przepływu zależnie od wprowadzonych danych. Pressure node P1=? F=? P2=? F=f(P1, P2) 3 zmienne, 1 równanie: 2 stopnie swobody Definicje w węzłach są nadrzędne: Ciśnienia i natężenia przepływu w strumieniach przyłączonych do węzłów są zmieniane do wartości zdefiniowanych/obliczonych w węzłach Pressure node Tryby pracy (Mode) 1. Zmienne ciśnienie – Variable pressure 2. Ciśnienie ustalone – Fixed pressure Opcje OpJedn „Node” Flow rate options – Opcje natężeń przepływu Przepływ ustalony – Fixed flow rates – Ustala przepływ przez sąsiedni aparat – Ciśnienie w aparacie od strony węzła jest zmienną Przepływ zmienny – Ustalony przez sąsiedni aparat – Wolny strumień wlotowy/wylotowy – natężenia obliczane przez węzeł Tylko 1 aparat w gałęzi może określać natężenie przepływu. Pozostałe aparaty muszą mieć obliczane spadki ciśnienia. Dopuszczalne ustawienia węzłów Węzeł jako rozdzielacz Ciśnienia wylotowe jak ciśnienie w węźle Tylko jeden strumień wylotowy: free outlet F3=? F1=? P1=? P2=? F1=F3+F4 F1=f(P1, P2) F4=? Zawór regulujący – Control Valve Przeznaczony do regulatorów automatycznych ale można używać do ręcznej regulacji Dostępne tryby pracy: – Ustalone natężenie przepływu dopasuj pozycję zaworu – Ustal położenie zaworu dopasuj natężenie przepływu – Ustal natężenie i położenie dopasuj ciśnienie wylotowe Zawór regulujący – Control Valve Zawór regulujący – Control Valve Cv – współczynnik przepływu zaworu Cvc – obliczony współczynnik przepływu (1,25 do 2 x mniejszy od Cv) Dobór Cv – Menu: Sizing/Control Valve SG Cv Q P Jednostki miar USA, SG gęstość względem wody Control Valve - Wsp. przepływu krytycznego cf Regulator - Controller Urządzenie pozwalające dobrać parametr tak by był spełniony założony warunek Parametr zmieniany i warunek mogą dotyczyć strumienia lub aparatu Tryby pracy – Controller off – Feed-forward – Feed-backward Regulator - Controller Regulator - Controller Regulator w trybie Feed-forward Pozwala przenieść informację o obliczonym parametrze strumienia lub aparatu do miejsca gdzie jeszcze nie były prowadzone obliczenia, np.. przekazać moc uzyskaną w turbinie do kompresora Regulator w trybie Feed-forward Pozwala przenieść informację o obliczonym parametrze strumienia lub aparatu do miejsca gdzie jeszcze nie były prowadzone obliczenia, np.. przekazać moc uzyskaną w turbinie do kompresora Regulator w trybie Feed-forward Aparat złożony: kolumna Kolumna destylacyjna Kolumna absorpcyjna (Kolumna ekstrakcyjna) Częśc. skropl. Produkt górny Zasilanie 1 skraplacz Całk. skropl. Zasilanie Półka zasilana Zasilanie 2 kocioł Produkt dolny Produkt dolny Model półki uniwersalnej j - ta półka Dekompozycja modelu półki Boczny odbiór par z półki Rozdzielacz strumieni Uniwersalny rozdzielacz faz Równowaga Mieszalnik Rozdzielacz strumieni Boczny odbiór cieczy z półki Stopnie swobody półki Model Mieszalnik, n s Rozdzielacz, Stopnie swobody 4 ns 3 Parametry n s 1 n c 2 3 n c 2 brak parametrów aparatu n c n s n c 3 a, stosunek strumieni lub Natężenie przepływu jednego ze strumieni Wilofunk. rozdz. faz n c 4 T, temperatura lub zapotrzebowanie ciepła P, ciśnienie 6 n c 16 Suma stopni swobody (mieszalnik, rozdz. faz oraz dwa rozdz. strumieni) Liczba strumieni wewnętrznych 3 Stopnie swobody półki 3nc+10 (mieszalnik – rozdz. faz, rozdz. faz – rozdz. strumieni dwukrotnie), n 2 c Dla modułowych obliczeń sekwencyjnych zdefiniować należy strumienie wlotowe (zasilanie, zasilanie fazą ciekłą, zasilanie fazą gazową ) oraz parametry aparatu, zazwyczaj parametry rozdziału w rozdzielaczach (2), ciśnienie w układzie (1) oraz zapotrzebowanie ciepła (1). Stopnie swobody kolumny Zdefiniujmy dla kolumny – całkowita ilość półek: nt – całkowita ilość strumieni zasilających: nf – całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy ciekłej: nsl – całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy gazowej: nsv – całkowita ilość stopni ogrzewania: nq Stopnie swobody kolumny – Suma stopni swobody półek: nt 3 nc 10 – Liczba strumieni wewnętrznych 2 nt 1 – Liczba stopni swobody kolumny nt 3 nc 10 2nt 1nc 2 nt nc 2 4nt 2nc 2 Stopnie swobody kolumny nt nc 2 4nt 2nc 2 Parametry strumieni zasilających liczba parametrów opisujących obiekty – półki: 1. upustowe strumienie boczne ciekłe 2. upustowe strumienie parowe, 3. strumienie ciepła, 4. Ciśnienia panujące na półce Opisuje półki skrajne: na pierwszej półce nie ma strumienia dolotowego cieczy – skład destylatu na ostatniej półce nie ma strumienia dolotowego par – skład wywaru Stopnie swobody kolumny Jako, że faktyczna liczba półek zasilanych nf jest zwykle mniejsza niż suma półek, definiuje się n f nc 2 Pozostałe (nt-nf) są definiowane automatycznie Stopnie swobody kolumny Definiować należy tylko istniejące strumienie boczne: nsl i nsv pozostałe (2nt-(nsl + nsv)) zostaną wprowadzone automatycznie Zakładamy, że zdefiniować musimy tylko istniejące zapotrzebowania ciepła, nq, pozostałe nt-nq zostaną wprowadzone automatycznie. Ostatnim parametrem półek jest ciśnienie i jego wartości należy wstępnie oszacować. Rodzaje kolumn w ChemCADzie Shortcut Column (SHOR) Tower Column (TOWR) Tower Plus Column (TPLS) SCDS Column (SCDS) Prosta kolumna: SHOR 1 strumień wlotowy i 2 wylotowe Metody obliczeń: – Sprawdzające (rating): • Fenske-Underwood-Gilliland (FUG) – Projektowe: • FUG + lokalizacja zasilania metodą Fenskego • FUG + lokalizacja zasilania metodą Kirkbride’a Prosta kolumna: SHOR Kolumna TOWR Tylko do symulacji Do 5 strumieni wlotowych, destylat i wywar + 4 strumienie wylotowe boczne Obliczenia stanu półek z modelu półki Uwzględnia sprawność półki Uwzględnia występowanie niemieszających się składników i dekantację Kolumna TOWR Tower Plus Column TPLS Szczegółowa symulacja kolumny rektyfikacyjnej. Uwzględnia w obliczeniach – Wymianę ciepła, – zapotrzebowanie na parę w kotle – Pompy Kolumna SCDS Szczegółowy wielostopniowy moduł równowag parowo-ciekłych dedykowany głównie dla układów tworzących niedoskonałe mieszaniny Uwzględnia układy 3 fazowe (z dekantacją) Maksymalnie 10 w arkuszu