Ismerkedés az UniSim-mel Gyakorlatot tartja Kunovszki Péter

Az előadások a következő témára: "Ismerkedés az UniSim-mel Gyakorlatot tartja Kunovszki Péter"— Előadás másolata:

1 Ismerkedés az UniSim-mel Gyakorlatot tartja Kunovszki Péter thekanz@freemail.hu

2 Valami ilyent szeretnénk előállítani ma

3 Alapok (Basis manager) Component list készítése (H2, CO2, víz, MeOH) Fluid package készítése – UNIQUAC Reakció definiálása – Kinetikus reakció – Komponensek kiválasztása (összes) – Sztöchiometria (termék +, reaktáns -) – Beállítani, hogy gázfázisú a reakció! – A rate-et állítsuk át kmol / m3h-ra! Adjuk hozzá a fluid package-hez!

4 A reakció adatai

5 Simulation environment Folyamatos újraszámolás be/ki Új elemek elhelyezése a jobb oldali menüből. Kétfajta áram: – anyagáram – energiaáram Áramok kapcsolása: Attach mode – Nem csak ezt lehet használni!

6 Helyezzünk el egy áramot! Bármilyen elemen duplakatt a tulajdonságokat hozza elő. Lesznek kék, piros, és szürke tulajdonságok (most még szürkét nem látunk) – kék: Itt definiáljuk – szürke: Máshonnan számoltatik (Ez fontos!) Érdemes beszédes neveket adni az áramoknak, mert így fogjuk őket megtalálni.

7 Feed – áram (stream) Temperature: 40 °C Pressure: 4000 kPa Mass flow: 1000 kg/h Összetétel: – CO2:25 mol% – H2:75 mol% Ezzel meg lett határozva.

8 Recycle – áram (stream) Define from other stream Ettől még nem számoltatik a másik áramból (Ez fontos!) Mix – Keverő (mixer) Inlet: Feed, Recycle (kiválasztod) Outlet: Mixed (beírod) Így is lehet új áramot definiálni (Ez fontos!) Nézd meg, ebben minden szürke (nem lepődünk meg)

9 Hol tartunk most? Tudjuk, hogy nem számíthatunk 100%-os konverzióra, tehát a reakátnsok megmaradó részét recirkuláltatnunk kell. A friss reaktáns áramot összekevertük a recirkuláltatott reaktánsokkal.

10 Feed heater – melegítő (heater) Inlet: Mixed Energy: Heater duty Outlet: To reactor oldalt: Parameters: – DeltaP: 50 kPa – A rendszer tudja, hogy ilyenkor csökken a nyomás! Az elem sárga maradt. – Van még szabadsági foka. (Mennyi hőt közlünk, vagy milyen hőmérsékletre emeljük az áramot?)

11 Mi most 200 °C-ra szeretnénk felemelni a hőmérsékletet. Két megoldás: – To reactor áramon belül állítjuk be a hőmérsékletet. (200 °C) – Feed heater-em belül alul (oldalsó feliratok megváltoznak, jó észrevenni!) Worksheet fül: A To reactor oszlopban beírhatjuk a 200 °C-ot Igazából mindkettő megoldással pontosan ugyanazt csináltuk (mindkét helyen kék marad)

12 Reactor – reaktor (CSTR) Inlet: To reactor Vapour outlet: Vapor product Liquid outlet: Dummy liq Energy: Reactor cooling Parameters: – DeltaP: 100 kPa – Single phase – Volume: 100 m3

13 Reakció hozzáadása a reaktorhoz Reactions fül: – Reaction set: Set-1 – Itt könnyen mindenféle problémák léphetnek fel, ha valamit eddig rosszul csináltál, de ne aggódj! – oldalt: Results – akkor jó, ha a konverzió nem 0 (nálam 27,93%) Még egy szabadsági fok maradt, legyen a reakció izoterm – a kilépő áramot állítsuk 200 °C-ra (Jobban jársz, ha a Vapor product-ot és nem a Dummy liq-et állítod be!)

14 Hol tartunk most? A reakciót olyan hőmérsékleten kívánjuk folytatni, ahol a termékek is gőzfázisban vannak, ezért fel kellett melegítenünk a reaktánsokat. A reaktorban végbe megy a reakció, a teljes reakcióelegy a gőzfázisban van.

15 Product cooler – hűtő (cooler) Inlet: Vapor product Outlet: Condensed mixture Energy: Prod cooler duty oldalt: Parameters: – DeltaP: 1000 kPa 40 °C-ra hűtjük le (Worksheet vagy a Condensed mixture közvetlen beállítása)

16 Hol tartunk most? A termékeket úgy tudjuk a leghatékonyabban elválasztani az elreagálatlan reaktánsoktól, hogy lehűtjük az áramot a metanol forráspontja alá. (Nagy a rés a reaktánsok és termékek forrpontja között.)

17 Separator – gőz-folyadék szeparátor (separator) Inlet: Condensed mixture Vapour outlet: Vapor Liquid outlet: Liq products Splitter – elosztó (tee) Inlet: Vapor Outlets: Recycled; Purge Parameters: Flow ratios: Recycled: 0,9

18 Hol tartunk most? A lehűtött elegyből a termékeket egyszerű fázisszeparációval könnyedén leválasztottuk. A recirkuláltatott gázáram egy részét mindig le kell fúvatni (purge), hogy a szennyezők ne tudjanak feldúsulni a rendszerben.

19 Recycle compressor – kompresszor (compressor) Inlet: Recycled Outlet: To recycle Energy: Comp energy A To recycle áramot 4000 kPa nyomásra komprimáljuk (Worksheet, vagy közvetlenül) Technikai infó: az elemeket a könnyebb kezelés érdekében el lehet forgatni, tükrözni – jobb gomb - Transform

20 Recirkuláció bekötése – (recycle) Nem igazi berendezés, a programnak kell, hogy ciklusokat tudjon számolni. Ha eddig nem mentettél, akkor most mindenképp ments, mert ettől össze tud omlani a dolog! Inlet: To recycle Outlet: Recycle A kezdeti Recycle áram felülíródott, ezért volt mindegy mit adtunk meg neki.

21 Hol tartunk most? Ahhoz, hogy a recirkuláltatott gázokat visszakeverhessük a betápba, meg kell növelni a nyomást ugyanakkorára. Zártuk a kört, sikeresen bekötöttük a recirkulált gázáramot.

22 És a termék szétválasztás? Azt majd később fogjuk megoldani, de van még mit csinálnunk! Optimálás! – Ez a későbbi önálló feladat megoldásánál is fontos kérdés lesz! – Most csak a reaktor praméterei szerint vizsgáljuk a konverziót.

23 Optimálási eszközök Tools/Databook (NEM Workbook, az a legfölső) Insert – változók hozzáadása (na most jön jól, hogy tudod, hogyan nevezted el az egyes berendezéseket, mert azokat kell most megkeresni) – Reactor / Tank volume – Reactor / Rxn Actual % Conversion / Rxn-1 – Vapor product / Temperature (Ha az Add-ot nyomkodod, nem zárul be az ablak)

24 Case Studies - Kísérlettervezés Alul a Case Studies fül Add – utána álltsd be a független (térfogat és termék hőm.) és a függő (konverzió) változókat View – a faktorszintek beállítása – hőmérséklet: low: 150 high: 200 step: 5 – térfogat: low: 5 high 25 step 5 Start – Várjál! Results – táblázatban (szörnyű), grafikonon

25 Ezt sikerült elérni Előhozhatjuk Excel-lel vagy STATISTICA-val. Megnyugodhatunk, valami hatás van.

26 Milyen értékeket találunk jónak? T = 175 °C V = 16 m3

27 Tekintsük meg, mit kell feldolgozni! Liq Products – Temperature: 40 °C – Pressure: 2850 kPa – Molar flow: 32,91 kmol/h – Composition: Methanol: 49,6 n/n% H2O: 49,8 n/n% CO2; H2 <1n/n% (Ettől még el kell majd bánni velük)

28 Mi jön most? Az áramunk metanolt és vizet tartalmaz, csak desztillációval választhatjuk őket szét. A desztilláló oszlopba nem célszerű jóval a forrpont alatti folyadékot bevezetni, ezért elő kell melegíteni az áramunkat.

29 Dist preheater – melegítő (heater) Inlet: Liq products Outlet: To distill Energy: Preheat duty Az áram hőmérséklete legyen 160 °C, nyomása 1000 kPa! (Worksheet, vagy közvetlenül)

30 A desztilláció tervezése nem egyszerű feladat Hány szabad változónk van? (És így még csak a kimenetekkel foglalkoztunk) Hány egyenlet teremt ezek között kapcsolatot? anyagmérleg: komponensmérleg: Tehát két szabadsági fokunk maradt.

31 A szabadsági fokok lekötése A termék metanol max. 1 m/m% vizet tartalmazhat A gyártott metanol minimum 96 %-át nyerjük ki a termékben. Ez a két feltétel független egymástól, tehát több megkötéssel nem élhetünk. (Még nem foglalkoztunk a tányérszám- refluxarány kérdéssel)

32 Dist col – desztilláló oszlop (distillation coloumn) Sok mindent kell beállítani, nem kell megijedni Tányérszám beállítása az oszlop rajz közepén: n = 20 Inlet: To distill; 15_Main TS (azaz a 15.tányérra) Condenser: Partial Condenser energy: Cond duty Ovhd outlets: Uncondensed (felső), Methanol (alsó)

33 Reboiler energy: Reboiler duty Bottoms outlet: Water Most tudsz Next-et nyomni Condenser pressure: 1000 kPa Reboiler pressure: 1100 kPa Next, Next, Done Meg lehetne adni közvetlenül az üzemelési körülményeket, de most azt szeretnénk, hogy a megadott kikötéseink szerint számoltassanak ki.

34 Kikötések megadása Oldalt – monitor: Először is az Active-okat kapcsoljuk ki Új kikötést az Add spec gombbal adunk meg – Column component recovery (egy bizonyos komponens mekkora része jöjjön ki a fej vagy fenéktermékben) – Name: MeOH rec (ezekkel egy ideig el fogunk bíbelődni, szóval nem árt, ha jól beazonosítható nevet adsz neki)

35 – Draw: Methanol@COL1 (Fontos! Itt csak név a metanol, a rendszer még nem tudja, hogy tényleg a metanolra gondoltunk) – Spec value 0,96 (ez felel meg a 96%-nak) – Components: Methanol Figyelem! Tényleg följebb adod meg, hogy mennyit, és csak alatta, hogy miből. Erre figyelj nagyon, mert később szerintem nem egy csapatnak lesz ebből gondja. Egyből Active-ra tette a rendszer

36 Második kikötés Column component fraction (egy komponens aránya mekkora legyen egy bizonyos helyen) Alapvetően tányérra van állítva, de mi most a termékben néznénk, így alul állítsuk át Stage- ről Stream-re! Name: Water in prod Draw: Methanol@COL1 Basis: Mass fraction

37 Spec value: 0,01 Components: Water Ezzel ez is Active lett. Ha most megnézzük az ablak jobb alsó sarkát, még mindig maradt 1 szabadsági fokunk. Persze, mert a nem kondenzálódó gázok elvezetése miatt plusz egy kivezetést kötöttünk be. Ezt kell még megoldanunk.

38 Nem kondenzálódó gázok elvezetése Nézzük meg, mennyi ilyen gáz megy be az oszlopba! To distill áram – Composition (oldalt) Basis gomb – átállítjuk, hogy a móltörtek helyett moláramokat mutasson: Mole flows Összesen kb 0,17 kmol/h nem kondenzálódó gázunk van. Lépjünk vissza a desztilláló oszlopba!

39 Column draw rate (mennyi az összes elvétel egy áramban) Name: Uncondensed Draw: Uncondensed@COL1 Flow basis: Molar Spec value: 0,17 Ezzel az értékkel lehet kicsit játszadozni, a cél az, hogy a kondenzátor hőmérséklete ne legyen irreálisan alacsony, és persze a metanol jó része ne jusson az Uncondensed-be.

40 A desztilláció számolása Eddig az oszlop számítása le volt állítva. Ha az összes szabadsági fokot lekötöttük, akkor nyomjuk meg a Run gombot az ablak alján. Remélhetőleg konvergált. Methanol: – 478 kg/h, 97,9 n/n%-os

41 Kitárolási hőmérséklet A (mellék)termékeknek kezelhető nyomáson és hőmérsékleten kell elhagyniuk az üzemet. Legyen ez most légköri nyomás (100 kPa) és 25 °C! Ezekkel majd a projektmunka során is törődni kell annak ellenére, hogy nem ez adja a költség jelentős részét.

42 MeOH cooler – hűtő (cooler) Inlet: Methanol Outlet: To MeOH tank Energy: MeOH cooling Az áram hőmérséklete legyen 25 °C, nyomása 100 kPa! (Worksheet, vagy közvetlenül)

43 WW cooler – hűtő (cooler) Inlet: Water Outlet: WasteW Energy: WW cooling Az áram hőmérséklete legyen 25 °C, nyomása 100 kPa! (Worksheet, vagy közvetlenül)

44 Szeparációs alrendszer

45 Ez pedig a teljes üzemmodell

46 Elkészültünk! Köszönöm az együttműködéseteket!