Διάλεξη 4β

Συστοιχίες διαχωρισμών

Διαχωρισμός σε απλή στήλη

• Απλή τροφοδοσία • Δύο ρεύματα εξόδου • Προσκείμενα κλειδιά διαχωρισμού • Στήλη με απλό αναβραστήρα και συμπυκνωτήρα Φθίνουσα πτητικότητα A B C D E A B (C) Ελαφρύ κλειδί (B) C D E Βαρύ κλειδί

A A B C A B C B C B C Άμεση απόσταξη A B A B B A B C A B C C Έμμεση απόσταξη C A B

ABC Άμεση απόσταξη A/BC B/C A/BC Έμμεση απόσταξη A/B

A/BCD Άμεση B/CD BC/D C/D B/C ABCD AB/CD A/B C/D ABC/D A/BC AB/C B/C A/B Έμμεση Εναλλακτικές επιλογές για μίγμα 4 συστατικών

ABCDE A/BCDE AB/CDE ABC/DE ABCD/E B/CDE BC/DE BCD/E A/B D/E A/BCD AB/CD ABC/D C/DE CD/E B/C B/CD BC/D C/DE CD/E A/BC AB/C B/CD BC/D A/B A/BC AB/C Εναλλακτικές επιλογές για μίγμα 5 συστατικών D/E C/D B/C A/B C/D B/C C/D B/C A/B D/E C/D D/E C/D B/C

Ο αριθμός των επιλογών μεγαλώνει υπερβολικά με τον αριθμό των συστατικών

Αριθμός συστατικών 2 3 4 5 ...

10 Συστοιχίες διαχωρισμών • Πως επιλέγω ανάμεσα στις εναλλακτικές δυνατότητες • Τι κριτήρια χρησιμοποιώ?

1 2 5 14 ...

4862

Πρακτικοί περιορισμοί

 Θέματ ασφάλειας: Διαχώρισε τα επισφαλή συστατικά όσο το δυνατόν νωρίτερα 

Συστατικά που αντριρούν ή διασπώνται.

Απομάκρυνε για θέματα ομαλής λειτουργίας, προδιαγραφών και ενίοτε ασφάλειας 

Διαβρωτικά

κόστος.

συστατικά: Απομάκρυνση για να μειωθεί το πάγιο 

Διάσπαση συστατικών

στους αναβραστηρες μπορεί να έχουν επιπτώσεις στην ποιότητα των προϊόντων: Προϊόντα καλύτερα να ανακτηθούν στην κορυφή  Συστατικά που

πολυμερίζονται

στη διάρκεια της απόσταξης: Πιθανή προσθήκη πρόσθετων-ανασταλτικών στον πολυμερισμό.

 Συστατικά με δυσκολία

συμπύκνωσης

: Μερική συμπύκνωση καθώς, διαφορετικά, θα χρειαστούν πολύ χαμηλές θερμοκρασίες λειτουργίας.

Ευχρηστικές επιλογών

Ευχρηστική 1

Διαχωρισμοί ανάμεσα σε συστατικά με σχετική πτητικότητα κοντά στην μονάδα καθώς και συστατικά που σχηματίζουν αζεότροπα πρέπει να διαχωρίζονται τελευταία (Απλά, άφησε τους δύσκολους διαχωρισμούς για το τέλος)

Ευχρηστική 2

Πρόκρινε διαχωρισμούς που απομακρύνουν τα ελαφριά συστατικά πρώτα για να μειώσεις το μέγεθος της στήλης (Απλά, πρόκρινε άμεση απόσταξη)

Ευχρηστικές επιλογών

Ευχρηστική 3

Απομάκρυνες τα συστατικά που αντιστοιχούν σε μεγάλες ποσότητες καθώς, διαφορετικά, οι ποσότητες αυτές θα περνούν σε επόμενες στήλες αυξάνοντας το κόστος τους.

Ευχρηστική 4

Προτίμησε διαχωρισμό σε ισομοριακά προϊόντα, ουσιαστικά κατανέμοντας καλύτερα το φορτία στις στήλες που ακολουθούν

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ευχρηστικών

  Πλεονεκτήματα - Αντανακλούν λογική μηχανικού - Είναι πάντα κατανοητά τα κίνητρα των επιλογών Μειονεκτήματα - Οι ευχρηστικές είναι αντικρουόμενες - Δίνουν μόνο ποιοτική όχι ποσοτική οδηγία

Απλά ποσοτικά κριτήρια Όγκος ατμών

Εσωτερική ροή ατμών

 Φορτίο σχετίζεται με - φορτία αναβραστήρα και συμπυκνωτήρα (άμεση επιβάρυνση λειτουργικού κόστους)  - μέγεθος εναλλακτών - διάμετρος στήλης Απλές μέθοδοι υπολογισμού (Underwood Equation) - οι πιο δεσμευτικές υποθέσεις είναι η σταθερή σχετική πτητικότητα και η σταθερή, ισομοριακή ροή

Υπολογισμός με Underwood



n

 

i i x i ,F



q V min



D



n

 

i i x i ,D

  D: n: q: μοριακή ροή αποστάγματος αριθμός συστατικών κατάσταση τροφοδοσίας (  % υγρού) V min : ατμός σε ελάχιστη αναρροή x i,F : σύσταση

i

στην τροφοδοσία x i,D : α I : σύσταση

i

στην κορυφή σχετική πτητικότητα θ: ( λύση της πρώτης εξίσωσης για α HK < θ < α LK )

Αναρροή και ατμός συνδέονται άμεσα

R = L/D D L V (molar flows) V min = (R min + 1)D V = (R + 1)D = D + R/R min (V min - D) Χρησιμοποίησε κάποιο R/R min (typically 1.1).

A B C

Σύγκρινε διαφορετικές στήλες

A A B A B C  V Direct C Επιλογή του χαμηλώτερου C  V Indirect B

Ενεργειακή ολοκλήρωση

A B C A B C A Αξίζει?

B C B A B C C A A B C A B A B C Αξίζει?

B

Απλές στήλες Cost X X X X X X X X X X Μη ολοκληρωμένες επιλογές Ολοκληρωμένες επιλογές Solutions Οι καλύτερες στήλες ΧΩΡΙΣ ολοκλήρωση είναι συνήθως και οι καλύτερες μετά την ολοκλήρωση

Συμπέρασμα Εκτός και αν συντρέχουν ειδικοί λόγοι: Βήμα 1 Επιλογή στηλών αγνοώντας δυνατότητες ολοκληρωσης.

Βήμα 2 Ολοκλήρωση επιλογών σε επόμενο στάδιο.

Ποσοτικές ευχρηστικές για κατανομή τροφοδοσίας

Δύο εναλλακτικοί διαχωρισμοί σε μίγμα τεσσάρων συστατικών: A B A A B C D A B C D B C A B C B B C D C A B C D A B C D B C D  m = m A + 2 (m B + m C ) + m D keys D C  m = m A + 2 (m B + m C ) + m D keys Η ροή των συστατικών που είναι κλειδιά παραμένουν οι ίδιες

Αλλά A B A A B C D A B C D B C A B C B B C D C A B C D A B C D B C D  (m) = m B + m C + m D non-keys D  (m) = m A + m B + m C non-keys Οι ροές των συστατικών που ΔΕΝ είναι κλειδιά αλλάζουν με τις επιλογές C

 (m) X X Non Keys X X X X X X Keys Solutions Υπολόγισε όλες τις ροές των συστατικών που δεν είναι κλειδιά και επέλεξε εκείνη την εναλλακτική που δίνει μικρότερη συνολική ροή.

Συστατικά που δεν είναι κλειδιά στο πλαίσιο της ενεργειακής ανάλυσης (διάγραμμα T-Q)

T Reboilers low  (m) non-keys Condensers high  (m) non-keys Q

Η παρουσία συστατικών που δεν είναι κλειδιά έχει δύο αποτελέσματα.

Προκαλούν: (a) Αχρείαστο φορτίο διαχωρισμού οδηγώντας σε υψηλότερες ροές ατμών (b) Διευρύνουν το θερμοκρασιακό εύρος λειτουργία καθως ελαφρά συστατικά που δεν είναι κλειδιά προκαλούν αύξηση στη θερμοκρασία λειτουργίας του αναβραστήρα

Σύνοψη

• Είναι δυνατό να γίνει προ-επιλογή με βάση απλά κριτήρια και κανόνες •   Ποσοτικά κριτήρια μπορούν να σχετίζονται με Τον όγκο των ατμών που εξυπηρετείται στις στήλες Την συνολική ροή που διοχετεύεται στις στήλες • Τα κριτήρια μπορούν να συνδυαστούν με απλούς υπολογισμούς Underwood, Gilliland κλπ • Η ολοκλήρωση των στηλών μεταξύ τους δεν επηρρεάζει την επιλογή τους και μπορεί να γίνει ΑΦΟΥ επιλεγούν οι στήλες