Total Isomerisation Package (TIP) met een semi-continue scheidingsstap

,~i

T

U

Delft

Technische Universiteit Delft

FVO Nr.

Fabrieksvoorontwerp

Vakgroep Chemische Procestechnologie

Onderwerp

Bijlagen

Total Isomerisation Package (TIP)

met een semi -continue scheidingsstap

Auteurs

A.A.J. Buysman

U. van Gent

B. Hassan

W.F. Willeman

Keywords

Telefoon

015-143822

078-100626

010-4602370

01859-12197

Isomerisation, separation, adsorption, pentane, hexane,

mordenite, Hysomer, Isosiv and TIP

Datum opdracht

Datum verslag

9 september 1994

2 december 1994

o

o

o

o

o

o

Voorwoord

Voor u ligt het supplement behorende bij het fabrieksvoorontwerp nummer 3114 met als

titel: "Total Isomerisation Package met een semi-continue scheidingsstap. Dit supplement

bestaat uit bijlagen A tot en met J. Deze bijlagen bevatten: het procesflowschema,

fasenevenwichten en rekenvoorbeelden van de apparatuur waaruit het proces bestaat. Het

doel van het apart bijvoegen van de bijlagen is het mogelijk maken gelijktijdig de

reken-voorbeelden, in deze bijlagen, en de toelichting hierop in het eigenlijke verslag naast elkaar

te lezen. De behandelde rekenvoorbeelden zijn voor het overgrote deel uitgevoerd met het

computerprogramma MathCad versie 4.0. De gebruikte symbolen worden voor een deel

verklaard in de rekenvoorbeelden. Voor de in de bijlagen niet verklaarde symbolen wordt

verwezen naar het eigenlijke verslag, hoofdstuk 12.

Delft, december 1994

Voorwoord Al. A2. BI. B2. CIa. Clb. C2. C3. C4a. C4b. C5.

D.

El. E2a. E2b. E3. F. Gl. G2.

H.

11.

u.

J.

Inhoudsopgave bijlagen behorende bij Fabrieksvoorontwerp 3114

Total Isomerisation Package (TIP)

met een semi-continue scheidingsstap

A - Algemeen Procesflowschema Fasenevenwichten B - Isomerisatiereactor

Conversieberekening/reactorschaling Berekening drukval reactor

C - Adsorptie-/desorptie-unit

Viriaalcoëfficiënten an adsorptie-isothermen Schatting van temperatuur en adsorptiecapaciteit als functie van n-pentaanpartiaaldruk

Kern van het adsorptie/desorptieprogramma Optimalisatie adsorptie-unit

Concentratie- en temperatuurprofielen van adsorptie- en desorptiesegmenten Resultaten adsorptie- desorptieberekening

Berekening drukval adsorber- en desorbersegmenten D - Destillatiekolom

Berekening destillatiekolom E - Warmtewisselaars

Heat Exchanger CaIculculation; H5, luchtgekoelde condensor

Heat Exchanger CaIculculation; H8a, gecombineerde verdamper/condensor Heat Exchanger CaIculculation; H8b, adsorbervoorverwarmer

Resultaten overige warmtewisselaars F - Fornuizen

Ontwerp van een fornuis G - Vaten

Berekening horizontale flashdrum Berekening acuumulator

H- Pompen

Berekening van pomp P7 1 - Veiligheid

Dow-formulier

HAZOP-studie Tip-proces

J - Economie

Afschrijving vast kapitaal

2

1 3 4

5

6 8 14 15 17

20

23 28 32 39 44 51 57 63

67

69

70 73 74

76

w .tookolle I I I I I I I L __ .tookolle F9 Make-Up H2

CD

P 1 VOEDINGSPOt.AP H 2 VOEDINGSVOORVERWARt.AER f 3 VOEDINGSfORNUIS R <4 ISOt.AERISA TlEREACTOR H 5 KOELER

V 6 VLOEISTOf -GAS SCHEIDER P 7 POt.AP H 8 WARt.ATEVt1SSELAAR Wt.LCl-l"

bl~v(..

...

oJ..t

:;. , .. 0

.tookolle F 9 fORNUIS C 10 H2 RECYCLE COt.APRESSOR f 11 fORNUIS

T 12 GEINT. ADS./OES. KOl. H 13 KOELER V 14 ACCUt.AULA TOR P 15 POt.AP T 16 STA81L1ZER f:

pt

0

Cll

,.. _____ .J H 17 CONDENSOR V 18 REfLUXACCUt.AULATOR P 19 REfLUXPOt.AP P 20 POt.AP H 21 RE801LER P 22 PROOUKTPOt.AP H 23 PRODUKTKOELER U. van Gent W.f. Willeman

.{

0

.

8'

0.02 I I I I Afgo. ~

_.

______

-d'bl.

I

~

( Ol:

rffl

:

~ : 9

>-~~

I

I::,

~

.,

o

n

~ (-'l ~

-o

~

(-'l

n

:r

~

9

~ I L ______________________ ~ I

TOTAL ISOMERISATION PACKAGE A.A.J. 8uysmon

8. Has.on

fVO Nr. : 3114

december 1994

Bijlage A2. Fasenevenwichten.

CSH12-C;.H16

111 N-PENTANE _C5H1Z

---

_{(ZI N-HEPTANE} C7H1b

---LIT.I Z34

P CUMMINGS,L.W.T., STONES,F.W., _{INO.ENG.CHE~., 25(19331728} VOLANTE,~.4.

---

BINARY PARAMETERS A~O OEVIATIONS OF EXP. ANO EOS. CAlC. VALUES

EXP TMIN PMIN lKIJ. REJ OP/P

_on

_{OK1/K1 OF1/Fl}

EOS

PTS TMAX PI1AX 3KIJ PTS

"

I1JL" %: ~ 2b 403 10.1 1.0052 3 _{.bZ .54 1.43} 1.38 LKP 52b 30.b 0.0000 .0019 12 ₁ 1.02 _{.b1 1.19} 1.73 1.99 2.blo BWRS 2.1,7 2.35 RKS .0071, Z .43 1.07 2.18 1.97 PR EXPERI/1ENTAL VAPOR LIOUIO PHASE EOUILIBRIUM OATA

---

_{T IK P IBAR} Xl Yl _{T /K P / BAR} Xl 1 1,03.75 _{10.132 0.9000 0.9b10} 110 472.05 20.Zb5 0.5000 2 408.75 _{10.132 0.8000 0.9180} 15 1,80.95 20.Zb5 0.4000 3 t,l1o.Z5 _{10.13Z 0.7000 0.8b80} 1b 489.85 ZO.2b5 0.3000 4 420.35 _{10.13Z O.bOOO 0.8130} 17 1,98.75 _{ZO.Zb5 O.ZOOO} 5 _{427. " 10.13Z 0.5000 0.710100} 18 508.75 ZO.Zb5 0.1000 b 435.35 _{10.13Z 0.4000 0.b580} 19 4bZ.05 30. blO 0.9000 7 1,1,3.75 _{10.13Z 0.3000 0.5500} ZO 478.75 _{30.b10 0.8000} 8 453.15 _{10.132 o.ZOOO 0.10170} Zl 487.05 _{30.b10 0.7000} 9 Iob3.75 10.13Z 0.1000 0.Z400 ZZ 1,95.35 30.b10 O.bOOO 10 1044.Z5 ZO.Zb5 _{0.9000 0.95Z0 Z3 503.75} 30.b10 0.5000 11 1050.35 ZO.Zb5 _{0.8000 0.8990 Z4} 51Z.55 30.b10 0.4000 lZ 457.55 _{ZO.Zb5 0.7000 0.83Z0} Z5 5ZZ.05 30.b10 0.3000 13 Iob4.85 _{ZO.Zb5 O.bOOO 0.7550}

Zb 5Zb.45 30.b10 0.Z550 Yl 0.bb30 0.5b20 0.1,470 0.3220 0.1700 0.93Z0 0.8540 0.7b90 0.b770 0.5770 0.4b30 0.3370 0.Z550

CSH12-CsH12

111 ISO-PENTANE C5H1Z ---~;~î;--_{(21 N-PENTANE}

---LIT.I 779 P

MC COR~ICK,R.H., WALSH,W.H., HETRICK,S.S., ZUOKEVITCH,O. J.CHE/1.ENG.OATA, 8(19b311o,504

BINARY PARA/1ETERS ANO OEVIATIONS OF :~~:_~~~:~~:_:~:::_~~~::

---;;/P OY1 OKI/Kl OF1/F1 EQS

EXP T/1IN PMIN lKIJ· REJ 1. ~

PTS T/1AX PMAX 3KIJ PTS ~ /10L'- •

13 3Z8 384 Z.34 7.8b 1.9850 .00b7 -.0300 .0bOO

o

o

o o 1.71 3.02 3.82 4.90 9.03 9.0b 9.b9 8.53 1.97 Z9.17 Z8.79 3.11 38.82 Z4.84 ZO.09 EXPERIMENTAL VAPOR LIOUIO PHASE EQUILIBRIUM DATA

---;-7;----;-7;;;--x; -

---~;---;

/

K 1 2 3

"

5 b 7 328.15 328.71 331.48 335.37 335.93 358.15 3b2.04 2.344 Z.344 Z .344 Z.344 Z.344 5.10Z 5.10Z 0.9345 0.93b5 0.3465 0.OZ30 0.OZ15 0.9315 0.3b85 0.98Z0 0.9830 0.bb30 0.0785 0.0750 0.9755 O. b17 5 8 9 10 11 lZ 13 3bZ.04 3b5.93 37b.48 380.93 384.Zb 384.8Z P / BAR 5.102 5.102 7.8bO 7.8bO 7.8bO 7.8bO LKP BWRS RKS PP Xl 0.3680 0.0?b5 0.9115 0.34Z0 0.0315 0.0295 Yl 0.b300 0.0700 0.9b100 0.5590 0.0685 0.Ob55

Bijlage BI: Conversie berekening/Reactor Sealing

Figuur BI: Conversie n-pentaan/n-hexaan bij 100 ton katalysator.

%Concentraties onder voedingscondities m.b

.

v. "gaswet: PV=nRT"

%===============================================

nC5_0=par(740.87);

%n

-

pentaan in recycle

[kmoIJh]

nC6_0=par(87.74);

%n-hexaan in recycle

[kmoIJh]

CH2_0=par(1735.21);

%H

2

in recycle

[kmolfh]

C_tot=3266.17;

%totaal alkanen+H

₂

[kmolfh]

PO= 10;

%totaaldruk systeem

[bar]

P _C5=nC5/C_tot*PO;

%partiaaldruk n-pentaan

[bar]

P _C6=nC6/C_tot*PO;

%partiaaldruk n-hexaan

[bar]

P _H2=CH2_0/C_tot*PO;

%partiaaldruk H

2

[bar]

%KINETIEK PARAMETERS

%=====================

kCa_ C5=par(O.020* le3);

%kinetiekparameter [kmolftonfh]

kCa_C6=par(O.04*le3);

%kinetiekparameter [kmolftonfh]

KIK2_C5=1;

%kinetiekparameter [-]

KIK2_C6=5;

%kinetiekparameter [-]

r_C5 = (kCa_C5*K 1 K2_C5 *P

_C5jP

_H2)/Cl +KIK2_C5*P

_C5jP

_H2); %[kmolftonJh]

r_C6=(kCa_C6*KIK2_C6*P

_C6jP

_H2)/(1 +KIK2_C6*P

_C6jP

_H2); %[kmolftonJh]

y_C5=nC5/(nC5+nC6);

%percentage katalysator benutting pentaan [-]

y_C6=nC6/(nC5+nC6);

%percentage katalysator benutting hexaan [-]

%BALANSVERGELIJKINGEN PLUG-FLOW REAKTOR: dF/dW=r [kmolftonfh]

%============================================================

nC5=int( -r_C5*y_C5 par: nC5_0);

% [kmolfh]

nC6=int( -r_C6*y_C6 par: nC6_0);

% [kmoIJh]

X_C5=1-nC5/nC5_0;

%conversie n-pentaan [-]

X_C6=1-nC6/nC6_0;

%conversie n-hexaan [-]

DX=abs(X_C5-X_C6);

%verschil in conversie

,

.

Bijlage B2: Berekening drukval reactor

volgens methode van Ergun

---_._---Invoergegevens Katalysator gegevens Extrudaat dichtheid Bedporositeit Stortdichtheid katalysator Lengte extrudaat Diameter extrudaat Volume extrudaatdeeltje Oppervlak extrudaatdeeltje Equivalente extrudaatdiameter . Procesgegevens

Dichtheid gas gemiddeld

Viscositeit gas

Massadebiet gemiddeld

Reactorgeometrie

Adsorbens hoeveelheid

Volume

+

10% vrij volume

Diameter (2 .. 6 m) Doorsnede Hoogte '-1200 kg Pcat·- '

-m

3 E :=0.45 P bed := P caf( 1 - E) I cat :=20'mm d cat :=5'mm 1 2 V cat: = -·1t·d cat ·1 cat

4

Scat :=2 . .!..1t.d cat2

+

1t·d cafl _cat 4 V cat de: =4·--Scat P g :=8.8. kg m3 Jl:= 1.2·1O-S·Pa·sec

<l>m := 1165oo·kg·hr-1 M cat: = 100000· kg M

V

:

=~·l.1

Pbed i := 1..16 Dj

:

=(2+~).m

A.

:=.!...1t'(D

.

)2

I 4 I V H . -j '- A. I

Berekening Drukval reactor Massaflux Drukval Uitvoergegevens 60 40 Hj 20 0 2 Diameter Hoogte Drukval massadebiet volumedebiet 4 Dj G. := <l>in I A. I

I

H.

dP. :=

I~.

1 -

E.[

150·( 1 -

E)·1l _

1.75.G] dH

I P ·de _{g E} 3 de 6 D =40m g Hg

=

13.2630m dPg =7.809-105 opa -1 <I>m = 32.3610kgosec <I>m <I>v seg : = -Pg

7

O·m d?j 3°106 2°106 1°106 0 2 4 6 D. I

Bijlage C1A: Viriaal-coefficienten en Adsorptie-isothermen

N-Pentaan

In(p/l.)=l.+LN(K)-p/a+p/a*(1 +l.)"2 Berekingen van kO,k1 en K2 voor adsorptie afhankelijkheid van

temperatuur uit experimetele waarden

pit

7] Temperatuur 423-1 423-2 -1 (2.441 ) 472-1 472- 2 . 3.503 573-1 _{573-2 6.201} ( kO) 36.12032 k1 = -2.53145-104 k2 4.681820106 T := 523.15 1nK

:=kO+

k1

+

k2

T

r

1nK = 4.83828 p/a berekenen als fuctie van de temperatuur

Berekingen van AO,A 1 en A2 voor adsorptiewarmte afhankelijkheid van temperatuur uit experimetele waarden [Iit 7] 1 423-1 423-2 -1 (0.3528) 1 472-1 472- 2 . 0.4831 1 573-1 _{573- 2 0.6407}

(

AO)

0.72655

1

Al = 257.91317 A2 -1.75973 0 lOs Al A2

P:=AO+-+-T

r

P

=0.57658 De viriaal vergelijking voor n-pentaan ziet er nu als volgt uit Gasconstante ws pentaan is 0.169 bezettingsgraad Dampspanning in torr R" 8.314. joule mole·K

i :=

1.. 150 9'-

i

i'-1000 9. À.. : =_1-I 1- 9. I W. := 0.169·9. I I

Àï-p+p·(l+~l

+1nK

P torr. := À..·e ·torr

003 O. 02 W· 1 w2. 1 0.0 1

o

qsa := 1.25 --intercept(PI, wl) Ka:= 0.90 slope(PI, wl )·qsa w2.:= qsa·Ka·Pj 1 (I + Ka.P i) I ~ ...

.~

-V

1/

/ ' /

V

';/"/,0-

·'·

1/

..

.

0 1°10S 2"10~ 3°105 p. 1 4°10S

9

S'I~

o

6 10

0:3"

qsa =0.07097 Ka =9.54576·10-'7

o~

Pa corr(w,w2) =0.99972

Berekening adsorptiewarmte als functie van de temperatuur

ws pentaan is 0.169

0.00169492

...

j := 1..10 T. :=(490+ 1().j)·K J 9 :=0.08 ._ 9

~.--1- 9

w:=0.169·9 w=0.01352 P. := 133.322·P torr. J - J

r-.

...

-Dummy variabelen voor lineaire regressie

Clausius Clapeyron vgl. Dhads=-R*d{ln Psat)/d{11T)

Latent Heat vapour -> liquid fioule/mole adsorbate]

... 1

1j

... ...

---

---,_ 1

x.

,--J

T.

J

y.

:=ln(Pj) J Pa 6Hads :=R·slope(x,y) mads = 5.48762-104 joule mole 0.002

n-hexaan

In(pn.)=,-

+LN(K)-p/cr+p/o*(1 +Ä.)A2

Plo

berekenen als fuctie van de temperatuur

47T

I

47T

2

j-1

(1.712) 533-1 533-2 . 3.441 589-1 _589-2 _5.166

(

kO)

[36.1325

1

kl = -2.59935-104 k2 4.56722-106 T :=523.15 kl k2

1nK:=kO+-+-T 1nK:=kO+-+-T

2 lnK =3.13387 ( AO) 1 47T I 47T 2 -I (0.3501) Al := 1 533-1 533-2 . 0.4358 A2 1 589-1 _589-2 _0.3703 ( AO) [-6.29611

1

Al

=

7.14743-1<f A2 -1.89712.106 Al A2

P

:=AO+-+-T T2

P

=0.43445

11

De viriaal vergelijking voor n-hexaan ziet er nu als volgt uit ws hexaan is 0.169 0.06 0.04

i

:= 1.. 300

.

_ i

e ..

-1 1000

e.

).. :=_1_ 1 1-

e.

1 w. :=0.169·e. 1 1 Aj-p+p'(l+).i +1nK

P torr. := )..·e ·torr - 1 1 P. := 133.322·P torr. 1 - 1 1

WI.

:=-1

w.

1 1

PI.

:=-1

P.

1 qsa:= 1.10 intercept(PI. wl) Ka := _ _ 0_.9_5 _ _ slope(P I. w 1 )- qsa qsa·Ka· P. w2 '- 1 i .-

(I

+

Ka.P i)

~

~

./'"-qsa =0.0711 ; 1 Ka =5.52842·10 .•

-Pa

corr(w. w2) =0.99983 w· ₁ w2. 1

/

V

/

I'

0.02

.

~)

o

o

1 10 Berekening adsorptiewannte n-C6 Als functie van Temperatuur

ws

hexaan is 0.169

.

, ) 210 _{3 10}

.

, ) j := 1..10 T. :=(490+ 10-j)·K J

.

, ) 410 S 10

.

0:=0.0032

._

0

1 .

-1-0 w:=0.169·0 P. := 133.322·P tOlT. J - J

---

---1000 100 0.00169492

Dummy variabelen voor lineaire regressie

Clausius Clapeyron vgl. Dhads=-R*d(ln Psat)/d(1fr) Latent Heat vapour -> Iiquid Doule/mole adsorbate]

13

---._ 1

x.

.--J

T.

J

y.

:=tn(Pj) J

Pa

macis :=R-slope(x,y) macis =3.21942.104 joule rooie 0.002

Bijlage C1 b: Schatting van temperatuur en adsorptiecapaciteit

als functie van n-pentaan partiaaldruk

Algemene gegevens

Gasconstante R:=8.314 [J/mole/K]

Adsorptie activeringsenergie EcS :=-6.S864·104 [J/mole] Adsorptieconstante T->c.o kO cS := 2.S3·1O-13 [1/Pa] Maximale Opnamecapaciteit P->c.o

qsa cS : = 0.07097 [kg_ CS/kg_ads] kg-pentaan/kg_adsorbens

Adsorptiewarmte HeS :=7.62.10

5

warmtecapaciteit adsorbens Cp ads:= 800

Voeding Temperatuur TO:=S23 Berekening Schattingswaarden Tl :=600 w cS :=0.07 given P=2.S·105 Langmuir-vergelijking Q=M*Cp*Dt [ 7.16010-'7 Find(KacS'w cS,Tl)

=

0.011 S33.263 Resultaten (12 berekeningen) -E c5 Ka cS=kO cS.e R·TI qsa cS' Ka cS' P w c S =

-(1

+

KacS'P) w S·H S T1=TO+ c c CPads i := 1.. 12 [J/kg_CS] [J/kg_ads/K] [K] T '= I T =temperatuur [kl _S28 0.04 ....---"T"""----, 560 550 o~---~---~ Ti 540 o 10 20 Pi 530 520 0

Uit de berekening blijkt dat als de adsorptiewarmte wordt meegenomen, de adsorptiecapaciteit sterk

w=capaciteit P=partiaaldruk CS [bar] S37 S39 S41 S42 S43 S4S S46 SSO 10 20 SS3 Pi w '= I O.OOS 0.012 O.OlS 0.017 0.018 0.020 0.021 0.023 0.024 0.029 0.032 P

.

'' = I 1 4 S 6 7 8 9 10 IS 20

Bijlage C2 : Kern van het adsorptie/desorptie programma

{$N+} { Change N+ into N- if you do NOT use double precision reals } program NONSTAT(input,outputli

uses

{$IFOPT N+} RKMath, TRKMath, {$Else} RKNorm, TRKNorm, {$ENDIF}

crti { add any other unit you want to use here } const Comp = Si Tanks = 20 ; AbsErr = le-8; RelErr = le-4i Spc =

,

C5_ads=li CS_gas=2i C6_ads=3i C6_gas=4i Tsysteem=5 i R=8.314i

,

.

_,

{index geadsorbeerd n-pentaan} {index gas fase n-pentaan} {index geadsorbeerd n-hexaan} {index gasfase n-hexaan} {Index temperatuur adsorbens} {gasconstante [J/mole/K]} MolgeWC5=72e-3 ; MolgeWC6=86e-3 ; Cp_ads=800i dHC5=5.48762e4/MolgeWC5; dHC6=3.21942e4/MolgeWC6i

{warmte capaciteit adsorbens [J/kg/K]} {adsorptie warmte

cs

[J/kgCS]} {adsorptie warmte C6 [J/kgC5]} eps=0.35i rhob=800i rho_ads=rhob/(l-epsli n_segment=7i Mads_seg=7000i

{bedporosieteit excl. deeltjesporievolume [m3gas/,3]} {stortdichtheid bed [kg/m3]}

{adsorbensdichtheid [kg/m3ads]} {aantal segmenten}

{+++ langrnuirconstantantes Ka [l/Pa], qsa {+++ maximale beladingsgraad n-pentaan en const KO_C5=2 . 53e-13 i KO_C6=1.252e-13i E_C5=-6.5864e 4 i [kg alkaan/kg adsorbens] n-hexaan [kg/kg_ads] +++} +++} E_C6=-7.6564e4i qsa_C5=O.07097i qsa_C6=O . 0711 i

{maximale beladingsgraad voor n-pentaan [kg_CS/kg_ads]} {maximale beladingsgraad voor n-hexaan [kg_C6/kg_ads]} {============================================================================} {==========================PROCEDURE INIT_PROCESVARIABELEN===================} {============================================================================} Procedure Init-procesvariabeleni const uur=3600i begin

debiet_seg:=gasdebiet/uur/n_segment; {volumedebiet [rn3gas/s]}

Vseg:=Mads_seg/rhob; {Reactor(segmentlvolume [rn3]}

Vtank:= Vseg/Tanksi {Tankvolume [rn3]}

Tau:=Vtank*eps/debiet_seg; {verblijf tijd [rn3gas/(m3*sl=[s]} MCp_tank:=eps*Vtank*rhog*Cp_gas+(l-epsl*Vtank*rho_ads*Cp_ads;

MCp_gas:=rhog*Cp_gas*Vtank*epsi

MCp_ads:=rho_ads*Cp_ads*Vtank*(l-epsl; end;

{=======================================~====================================} {=========================PROCEDURE LANGMUIR=================================} {============================================================================} Procedure Langrnuir(CS,C6,T:real) i begin Ka_CS:=KO_CS*Exp(-E_CS/(R*T»*R*T*l/molgewCSi Ka_C6:=KO_C6*exp(-E_C6/(R*T»*R*T*l/molgewC6i ~c5:=qsa_C5*Ka_C5*C5/(l+Ka_C5*CS+Ka_C6*C6)i ~c6:=qsa_C6*Ka_C6*C6/(l+Ka_C6*C6+Ka_C5*C5)i endi

{Ka in [m3.kg] i.p.v. l.Pa-l} {belading in kg.kg-l}

{============================================================================} {==========================PROCEDURE DERIVATES TANK==========================} {============================================================================} {$F+} { This directive is a MUST for next procedure!

procedure DerivatesTank(var CTankBef,CTank,dCdTimei TankNumb: integer)i

{$F-} { Af ter the heading this directive is not needed anymore } const

Diff-p

Rp =le-l5i =le-7i

var

CBef ConcVector absolute CTankBefi C ConcVector absolute CTanki dCdt ConcVector absolute dCdTimei W_C5,W_C6, evenwicht_CS, evenwicht_C6, T,kOa,inert:reali begin kOa:=lS*Diff-p/power(Rp,2) i T:=C[S]i Langmuir(C5_0_gas,C6_0_gas,T) i W_CS:=C[l]/rho_adsi {kgn-CS.kgads} evenwicht_C5:=W_CS*(l+Ka_C6*C[4])/(Ka_C5*(qsa_C5-W_C5) )i dCdt[l] :=kOa*eps/(l-eps)*(C[2]-evenwicht_C5)i {C5 adsorbate} dCdt[2] :=((CBef[2]-C[2])/Tau-(l-eps)/eps*dCdt[l]) i {C5 gasfase} W_C6:=C[3]*(l-eps)/rhobi evenwicht_C6:=W_C6*(l+Ka_CS*C[2])/(Ka_C6*(qsa_C6-W_C6) )i dCdt[3] :=kOa*eps/(l-eps)*(C[4]-evenwicht_C6) i {C6 adsorbate} dCdt[4] :=((CBef[4]-C[4])/Tau-(l-eps)/eps*dCdt[3])i {C6 gasfase} dCdt[S]:= (MCp_gas*Cbef[S]-MCp_gas*C[S])/Tau*l/MCp_Tank {Temperatuur} +(dCdt[1]*dHC5+dCdt[3]*dHC6)*Vtank*(l-eps)/MCp_Tanki endi

Bijlage C3 Optimalisatie adsorptie unit

i

=aantal segenten

A j = doorbreektijd [sec] van adsoptie segment van j ton Dj = doorbreektijd [sec]desorptie segment van j ton

i := 1..

9

A3.

:=A5.

:=

A7.

:=

A9. := D3.

:

=05.:= D7.

:

=

D9.:=

i I I I I I I I I

13

13.5 24

31

40

35

24

41

54

69.5

39

54

35

57

78

99

54

75

45 75

101

128.5

70

96

56 91

125

158

84.7 116 67 109

149

187.5

Doorbreektijden voor

ad~orptie/desorptie

als functie

van aantal segmenten en massa SA zeoliet.

H/C

= 1

y-as : doorbreektijd [sec]

x-

as : aantal segmenten voor adsorptie/sedorptie

3 ton

ston

100 200

/

V

/V

V

_{. /}

V

_/

'<" 80 160 A3j 60 ~i 120

/

V

/

V

V

/

o

300 240 60

o

<I'

_V

. /

o

2 4 6 8 10 Adsorptie

+

Desorptie

/

~

~

o

2 Adsorptie

+

Desorptie

7

ton

.,)

/

/

/ ' 'f"" ~

~

4 6 8 10

17

" "

/

~

V

o

o

2 4 6 Adsorptie

-+-

Desorptie 9

ton

300 240 A9_i 180 OOj 120

-+-60 0 0 2 4 6 Adsorptie

-+-

Desorptie

V

/"" 8 10 8 10

·

H/C =1.5

2 3 4 5 6 7 8 9 D3. := D5. := D7. := D9. := I I I I 7.33 14 51.3 83 58.7 94.5 66 106 80 64 20.7 36.33 46.2 52 67.7 83.3 99 114.7 130.33 66 85.8 105.7 125.5 145.3 165.2 146 185 3

ton

~

V

AJ_j48

/

/ '

16

o

/

~

V

o

2 Adsorptie

+

Desorptie

/

V

4

7

ton

ISO 120 A7_j 90 D7j 60

+

30 0 0 2 Adsorptie

+

Desorptie

H/C

=

2

D3.:= D5.:= I I 11 11.33 16 20.2 29 37.8 46.7 55.5 64.3 4 D7.:= I 17.33 29.2 41 52.8 64.7

V

6 8 6 8 D9.:= I 96.5 111.7 ISO 120 AS_j 90 30

o

10 200 160 A9j 120 OOj 80

+

40 0 10

ston

/ ,

~

y

o

2 Adsorptie

+

Desorptie

/"

V

4 9

ton

0 2 Adsorptie

+

Desorptie 4

~

~

V 6 8 10 6 8 10

60 48 AJj36 12

o

/"

~

y

v

/

o

2 Adsorptie

-+

Oesorptie

3

ton

/

W

V

4 6

7

ton

ISO 120 30

o

/

~

o

2 Adsorptie

-+

Oesorptie

H/C =1.75

i := 1 .. 10 .

R

~ 4 A7. := 13.8·i 07. := 12.8·i 1 1 A7. 07. 1 1 1 13.8 12.8 2 27.6 25.6 3 41.4 38.4 4 55.2 51.2 5 69 64 6 82.8 76.8 7 96.6 89.6 8 110.4 102.4 9 124.2 115.2 10 138 128

b

V

6

~

8

/

y

8 10 10 A7. ₁ 07. 1

-tE-19

ston

100 ~j6O

~

~

-/

/~

80

/

~

20

o

o

2 4 6 8 Adsorptie

-+

Oesorptie 200 160 40

o

/

~

o

2 Adsorptie

-+

Desorptie

9

ton

/ '

/,

./

~

V

V

4 6 8 10 10 ISO , . . . - - - , . . . - - - , - - - - r - - - - r - - - - , 100 SO O~--~--~--~--~--~

o

2 7 ton/seg. -tE- 7 ton/seg 4 6 8 10

BIJLAGE C4a Concentratie

eu temperatuur

profielen van

adsorptie/desorptie segmenten

Concentratie Profiel Adsorptie

!n opeenvolgende segmenten ... 4.5

_Ë

;

j

4 J.... __

II!::-!-

lC ~~~-.. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

l3.5

i--~~~~-~--

--

~~~---

l

.., 3

t---

---..

~--~--~--

---~~---­

~ 2.5

r----

---"ç--~---~---

---..

~---2 ~--- ---->----~---~---

...

----'X;::_----~

1.5

t---

---:'4,..,-..::.~~~~-

--~-~~~

c 1 - - -

---..:.---s-::--~~-

I

.,

I

...

- e l - s ""-11:

g

0.5

r---

~

8

o. i i i i i i i

I

o

0.1 0.2 0.3 004 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 SegmenHengte [-]

r---,

I - . - 1 e segment - - 28 segment - G -3e segment I

I

1-* 4e segment - - Se segmeni L _____________________________ -*-6e segment ~ :

Figuur Cl. Concentratieprofielen n-C, in gasfase in opeenvolgende segmenten van de adsorptie.

Concentratie Profiel Desorptie

!n opeenvolgende segmenten ~

4.---__

--~=-=---~~----, ~ 3.5 Cl _

.=.

ol

l:l

2.5 ~ 2 ~ 1.5 c

..

ê gO.5}-~~~~~~~~~~~ o u O+---,---~--_r--~--~--~----r_--~--~~

o

0.1 0.2 0.3 004 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 SegmenHengte [-] 1-~~ï~S~~~;~~2;S~;;~~~3;S~;~ïi

i

-ik 4e Segment -or- 5e Segment -*-6e Segment

!

L _____________________________ ~

Figuur C2. Concentratieprofielen n-C, ingasfase in opeenvolgende segmenten van de desorptie.

- - - -

-Profiel AdsorptiejOesorptie

Concentratie in EindSegmentj7

I--*-

Adsorptie - Desorplie

Figuur C3. Concentratieprofiel n-C$ in gasfase van laatste (7") segment aan het einde van adsorptie/desorptiestap.

Profiel AdsorptiejOesorptie

Concentratie in EindSegmentj7 14 .-. _-'" I'l

, -

~

E 12 ~.

---"-_Cl ~ '--' 10 _~---

--lil U I ₈ ~---c: .5! ê

_...

6

~---~---~

ë Cl 0 ₄ c: 0 u 2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Segmenl-tengle [-]

I

*

Adsorptie - Desorplie

I

Figuur C4. Concentratieprofiel n-C$ in adsorbensfase van laatste (7") segment aan het einde van adsorptie/desorptiestap.

ProfIel

Adsorptie/Oesorptie

Te

mperatu

u

r

Segmentelnde

n 535 1 ~530--- ---~---~ J 2525r~-~~==~~~~--~---­_tg '" Ili a. ~ 520 I-515+---~----~----~r---~----~----~ o 20 10 60 BO 100 120 Tl Jd (s]

I

*

AdsorptIe - Desorptle

Figuur

CS.

Temperatuur aan het segmenteinde en tevens temperatuur van effluent van adsorptie en desorptie.

Temperatuur Uerloop op

x/L=O.5

als

functle

van

tlJd

535,---,

iO 20 30 10 50 60 70 EO 90 100

Tl J:l (s]

1-'1--

Adsorpt :e - Oesorp: le

Figuur C6. Temperatuur aan het segmenteinde en tevens temperatuur van effluent van adsorptie en desorptie.

Bijlage C4b: Resultaten Adsorptie/Desorptie berekeningen

Opmerking: concentraties in kg/m3

Temperatuur in Kelvin

Adsorptie (volgt op desorptie-purge)

Massa adsorbens Totaal Volume Totaal Volumedebiet aantal segmenten: 7 [-] 49.00 [ton] 61. 25 [m3] 1. 34 [m3/s]

theore~ ische doorbreektijd pentaanadsorptie: 107.92 [s] theoret ische doorbreektijd hexaanadsorptie: 524.70 [s]

=======================~============~==~============== =================

Time ads_pentaan n-pentaan ads hexaan n-hexaan Temperatuur

1.000 3.225 0.699 0.392 0.018 526.481 13.000 2.832 0.601 0.394 0.019 526.171 26.000 2.572 0.553 0.399 0.019 525.967 39.000 2.476 0.547 0.407 0.020 525.892 52.000 2.601 0.605 0.418 0.021 525.992 65.000 3.119 0.781 0.433 0.022 526.403 78.000 4.301 1.164 0.457 0.025 527.337 79.000 4.427 1.204 0.459 0.026 527.436 92.000 6.489 1.871 0.495 0.031 529.065 97.000 7.439 2.184 0.512 0.033 529.814

Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd t=0:15.866 [kg] Hoeveelheid pentaan holdup t=o: 1. 864 [kg] Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd t=O: 8.445 [kg] Hoeveelheid pentaan ho I dup t=O: 0.180 [kg] Totaal energie hold_up t=0:11.369 [MJ]

Hoeveelheid pentaan aangevoerd :77.790 [kg] Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd :68.049 [kg] Hoeveelheid pentaan holdup :11.720 [kg] Hoeveelheid pentaan naar destilatie :15.887 [kg] Hoeveelheid hexaan aangevoerd :10.117 [kg] Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd :17.623 [kg] Hoeveelheid hexaan holdup 0.712 [kg] Hoeveelheid hexaan naar destilatie 0.409 [Kg] Totaal energie gegenereerd 43.2082 [MJ] Totaal energie afgevoerd 0.2612 [MJ]

Totaal energie hold_up 14.0738 [MJ]

Tank C5 adsorbed C5 gasfase C6 adsorbed C6 gasfase Temperatuur

1 14.192 4.204 8.422 0.533 526.788 2 13.554 4.207 7.478 0.509 529.431 3 13.019 4.212 6.565 0.478 531.810 4 12.699 4.218 5.781 0.442 533.439 5 12.591 4.227 5.116 0.402 534.266 6 12.614 4.235 4.519 0.361 534.585 7 12.693 4.242 3.967 0.320 534.655 8 12.786 4.246 3.451 0.280 534.620 9 12.865 4.242 2.975 0.242 534.538 10 12.910 4.228 2.542 0.207 534.423 11 12.902 4.197 2.154 0.176 534.275 12 12.816 4.140 1.811 0.147 534.083 l3 12.626 4.048 1. 515 0.123 533.833 14 12.304 3.913 1. 263 0.102 533.507 15 11.827 3.726 1. 053 0.083 533.091 16 11.183 3.485 0.883 0.068 532.577 17 10.379 3.195 0.749 0.056 531. 972 18 9.449 2.868 0.646 0.046 531.296 19 8.444 2.524 0.569 0.039 530.581 20 7.439 2.184 0.512 0.033 529.814

23

Adsorptie-purge met H1/n-pentaan Time 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.000 12.000 13.000 ads pentaan - 8.882 9.114 9.343 9.567 9.786 9.998 10.204 10.402 10.593 10.776 10.951 11.118 11.276 n-pentaan 2.668 2.756 2.837 2.916 2.994 3.069 3.142 3.214 3.282 3.348 3.412 3.472 3.530 ads hexaan 0.337 0.339 0.341 0.344 0.346 0.349 0.352 0.355 0.358 0.361 0.364 0.367 0.371 Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd

Hoeveelheid pentaan holdup

Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd Hoeveelheid pentaan holdup

Totaal energie hold_up

t-0:69.418 t-0:12.071 t-0:15.680 t-O: 0.667 t-0:62.446 [kg) [kg) [kg) [kg) [MJ)

Hoeveelheid pentaan aangevoerd : 7.044 [kg) Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd : 67.875 [kg)

Hoeveelheid pentaan holdup :11.198 [kg)

Hoeveelheid pentaan naar destilatie : 9.574 [kg)

Hoeveelheid hexaan aangevoerd : 0.796 [kg)

Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd :16.461 [kg)

Hoeveelheid hexaan holdup 0.606 [kg)

Hoeveelheid hexaan naar destilatie 0.077 [Kg)

Totaal energie gegenereerd -0.8838 [MJ)

Totaal energie afgevoerd 3.5961 [MJ)

Totaal energie hold_up 58.0106 [MJ)

n-hexaan 0.022 0.023 0.023 0.024 0.024 0.025 0.025 0.026 0.026 0.027 0.027 0.028 0.028 Temperatuur 530.233 530.486 530.734 530.977 531. 211 531. 438 531.656 531. 866 532.066 532.257 532.438 532.610 532.772

Tank C5 adsorbed C5 gas fase C6 adsorbed C6 gas fase Temperatuur

1 10.002 2.392 6.969 0.309 523.793 2 9.818 2.513 6.419 0.335 526.637 3 9.897 2.699 6.052 0.353 529.693 4 10.262 2.936 5.681 0.363 531. 821 5 10.772 3.193 5.237 0.360 533.014 6 11.300 3.439 4.722 0.343 533.633 7 11.781 3.655 4.165 0.317 533.956 8 12.192 3.834 3.599 0.285 534.125 9 12.530 3.974 3.051 0.249 534.207 10 12.799 4.080 2.542 0.214 534.233 11 13.004 4.154 2.084 0.179 534.223 12 13 .149 4.201 1.684 0.148 534.190 13 13.233 4.225 1. 344 0.120 534.140 14 13.252 4.224 1. 065 0.096 534.075 15 13.197 4.199 0.841 0.077 533.990 16 13.054 4.145 0.669 0.061 533.876 17 12.805 4.057 0.541 0.049 533.717 18 12.433 3.928 0.453 0.039 533.496 19 11. 925 3.753 0.398 0.032 -533.189 20 11.276 3.530 0.371 0.028 532.772

Desorptie met Hl Massa Adsorbens Totaal Volume Totaal Volumedebiet Aantal Segmenten 49.00 [ton] 61. 25 [m3] 2.37 [m3/s] 7 [-]

---_._._---Time adsyentaan n-pentaan ads hexaan 1.000 10.047 2.682 13.000 12.266 3.494 26.000 13.040 3.544 39.000 11.896 2.942 52.000 10.025 2.241 65.000 8.169 1.673 78.000 6.588 1.259 90.000 5.419 0.989

Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd Hoeveelheid pentaan holdup

Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd Hoeveelheid pentaan holdup

Totaal energie hold_up

t-0:67.875 t-0:11.198 t-0:16.462 t-o: 0.606 t-0:53.982

Hoeveelheid pentaan aangevoerd : 13.554 Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd :16.180 Hoeveelheid pentaan holdup : 1.802 Hoeveelheid pentaan naar reactor :74.395

Hoeveelheid hexaan aangevoerd 0.584 Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd 8.926 Hoeveelheid hexaan holdup 0.185 Hoeveelheid hexaan naar reactor 8.514

6.955 6.853 6.585 6.221 5.846 5.493 5.169 4.893 [kg] [kg] [kg] [kg] [MJ] [kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [Kg]

Totaal energie gedissipeerd 39.4000 [MJ] Totaal energie afgevoerd 0.0191 [MJ] Totaal energie hold_up 11. 7596 [MJ]

n-hexaan 0.359 0.371 0.347 0.301 0.256 0.221 0.193 0.173 Temperatuur 523.823 525.508 526.010 524.992 523.406 521. 840 520.497 519.493

Tank C5 adsorbed C5 gas fase C6 adsorbed C6 gas fase Temperatuur

1 2.041 0.445 0.412 0.019 525.591 2 2.046 0.446 0.408 0.019 525.542 3 2.056 0.446 0.410 0.019 525.444 4 2.070 0.447 0.422 0.019 525.359 5 2.091 0.450 0.448 0.019 525.302 6 2.120 0.454 0.491 0.020 525.279 7 2.162 0.460 0.555 0.022 525.293 8 2.219 0.470 0.644 0.025 525.344 9 2.294 0.483 0.761 0.029 525.432 10 2.387 0.501 0.909 0.034 525.553 11 2.500 0.523 1. 090 0.041 525.704 12 2.634 0.551 1.305 0.049 525.878 13 2.787 0.584 1.554 0.059 526.063 14 2.961 0.622 1.837 0.071 526.240 15 3.159 0.666 2.155 0.084 526.354 16 3.394 0.716 2.515 0.099 526.269 17 3.698 0.772 2.940 0.116 525.706 18 4.128 0.836 3.478 0.135 524.271 19 4.732 0.908 4.160 0.154 521.877 20 5.419 0.989 4.893 0.173 519.493

25

Desorptie Purge (met iso-alkanen) Time 1. 000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11. 000 12.000 13.000 ads pentaan - 5.346 5.283 5.223 5.164 5.106 5.049 4.993 4.938 4.883 4.830 4.777 4.725 4.674 n-pentaan 0.998 0.989 0.976 0.963 0.950 0.938 0.926 0.914 0.902 0.890 0.879 0.868 0.857 ads hexaan 4.874 4.858 4.842 4.827 4.811 4.796 4.781 4.765 4.750 4.735 4.720 4.705 4.690 Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd

Hoeveelheid pentaan holdup

Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd Hoeveelheid pentaan holdup

Totaal energie hOld_up

t-0:16.180 t-o: 1. 802 t-o: 8.926 t-O: 0.185 t-O: 11. 762 [kg] [kg] [kg] [kg]

[MJ]

Hoeveelheid pentaan aangevoerd : 2.603 [kg] Hoeveelheid pentaan geadsorbeerd :15.866 [kg]

Hoeveelheid pentaan holdup 1.864 [kg]

Hoeveelheid pentaan naar destilatie 2.839 [kg]

Hoeveelheid hexaan aangevoerd 0.046 [kg]

Hoeveelheid hexaan geadsorbeerd 8.444 [kg]

Hoeveelheid hexaan holdup 0.180 [kg]

Hoeveelheid hexaan naar destilatie 0.532 [Kg]

n-hexaan 0.178 0.179 0.178 0.177 0.176 0.175 0.174 0.173 0.172 0.171 0.170 0.169 0.168 Temperatuur 519.430 519.377 519.325 519.275 519.225 519.176 519.128 519.081 519.034 518.988 518.942 518.898 518.854

Totaal energie gegenereerd -0.4197

[MJ]

Totaal energie afgevoerd -0.0064

[MJ]

Totaal energie hOld_Up 14.0738

[MJ]

Tank C5 adsorbed C5 gas fase C6 adsorbed C6 gas fase Temperatuur

1 3.224 0.789 0.392 0.017 526.481 2 2.902 0.717 0.399 0.018 526.203 3 2.646 0.649 0.406 0.018 525.900 4 2.457 0.592 0.418 0.019 525.658 5 2.328 0.548 0.440 0.019 525.483 6 2.248 0.516 0.478 0.021 525.374 7 2.208 0.497 0.534 0.022 525.321 8 2.200 0.486 0.613 0.025 525.317 9 2.218 0.484 0.718 0.029 525.356 10 2.259 0.489 0.852 0.034 525.432 11 2.321 0.500 1. 018 0.040 525.537 12 2.404 0.516 1.216 0.048 525.665 13 2.506 0.538 1.447 0.058 525.804 14 2.629 0.565 1.711 0.069 525.934 15 2.775 0.598 2.010 0.082 526.001 16 2.957 0.636 2.352 0.097 525.869 17 3.201 0.679 2.760 0.113 525.257 18 3.560 0.730 3.284 0.131 523.766 19 4.075 0.789 3.958 0.149 521. 307 20 4.674 0.857 4.690 0.168 518.854

Invoerdata voor adsorptie en desorptie afkomstig van Chemcad

Adsorptie Desorptie

Temp K 523.0000 523.0000

Pres bar 10.0000 11. 0000

Enth MJ/h -1.5351E+005 -22347.

Vapor mole fraction 1. 0000 1. 0000

Total kmol/h 1301. 6182 2040.6793 Total kg/h 96111. 4676 24406.9886 Total std L m3/h 152.2355 83.9461 Total std V m3/h 29174.01 45739.07 Flowrates in kmol/h Hydrogen 9.3289 1750.3807 I-Butane 31.3896 27.0879 I-Pentane 697.5263 177.9947 N-Pentane 293.6155 57.8672 2,2-DiMth-Butane 58.6944 7.4307 2,3-DiMth-Butane 26.0412 2.4684 2-Methylpentane 134.1638 11.7503 N-Hexane 20.3396 1. 3280 Cyclopentane 30.5189 4.3712

Molar flow kmol/h 1301.6182 2040.6793

Mass flow kg/h 96111. 4747 24406.9904 Average mol wt 73.8400 11. 9602 Actual dens kg/m3 18.2928 3.0145 Actual vol m3/h 5254.0604 8096.6501 Std liq m3/h 152.2355 83.9461 Std vap 0 C m3/h 29174.0099 45739.0661 Cp J/kmol-K 197635.1968 51958.6791 Z factor 0.9284 1. 0038

Visc Pa-sec 1.233e-005 1. 470e- 005

Th cond W/m-K 0.0419 0.1648

Bijlage CS Berekening drukval adsorber en desorber seg menten

volgens methode van Ergun

Adsorber

Invoergegevens Katalysator gegevens Extrudaat dichtheid Bedporositeit Stortdichtheid katalysator Lengte extrudaat Diameter extrudaat Volume extrudaatdeeltje Oppervlak extrudaatdeelije Equivalente extrudaatdiameter P t:= 1200· kg ca 3 m E :=0.45 Pbed :=pcar{l-E) I cat :=2Q.mm dcat :=5'mm ._ 1 2 V cat .-

4·

n.d cat ·1 cat

._ 1 2

Scat .-2·-·_{n·d cat}

+

n·dcarl cat 4

V cat de:=4·

-Scat

Procesgegevens (adsorptiesegment) op basis van gemiddelde in- en uitgaande stroom aantal segmenten

Dichtheid gas gemiddeld

Viscositeit gas

Massadebiet gemiddeld Flow per adsorptiesegment ( totaal 7 adsorptie segmenten)

Segmentgeometrie

Adsorbens hoeveelheid(20% binder) per segment

Segment volume

Totaal diameter (4 .. 8 m)

Totaal doorsnede

Oppervlak van een segment 20e deel van totaal

Hoogte n :=20 Pg :=19.kg

m

3 J1 := 1.3·

10-'· Pa· sec

~:= 93657.7

+

74996.3 .kg.hr-1 2 ._~ ~

.

-seg 7 7000 Mcat:=-·kg 0.8 ._ Mcat V . -Pbed i := 1.. 16

Dj:=

(4+~)

.

m

A

:=

.!..n

.

(D

.

)2

I 4 I A A '- I ses: .--I n H

. - - -

.- V

Berekening Drukval Adsorber op basis gemiddelde massadebiet Massaflux ~­

O.

:

=~

I Ase& I

Drukval dP.

:=11-\

~

.

1

-

&

.

[

150·( 1 -

&)')1 _

1.75.0] dH 1 P ·de _{g &} 3 de

O'm

Uitvoergegevens 20~---~---~ O~---~---~ 4 Diameter Hoogte Drukval massadebiet volumedebiet 8 D IO =6.5-m H 10 =7.991-m dP 10 = 1.14-10S -Pa 3-IOS 2-10S dP_j I-lOS 0 4 6 8 D. I

29

Desorber

Invoergegevens

Procesgegevens (desorptiesegment) op basis van gemiddelde in- en uitgaande stroom

Dichtheid gas gemiddeld

Viscositeit gas Massadebiet

Flow per desorptiesegment ( totaal 7 desorptie segmenten)

P g :=3.6. kg

m

3 J.1 :=

1.45·IQ-s·Pa·sec

cIlm:=

23151

+

41723 .kg.br-

1 2 ._ cIlm cIlm . -seg 7

Berekening Drukval Desorber op basis gemiddelde massa debiet

Massaflux ~seg

G.:=

-I Ase& I

Drukval _elP.

:=J~

~.1

_-

_&.[

_{150·( 1-}

_{&).J.1 -}

_{1.75.G] dH}

I P ·de _g 3 de & O·m Uitvoergegevens ~r---r---' 0 0 4 6 8 4 6 8 Dj Dj Diameter 010 =6.S om Hoogte

H

10

=7.991 0

m Drukval elP 10

= 8.069010

4

opa

massadebiet ~ seg

= 1.2870kgosec

-1

volumedebiet <Ilv _seg : = cIlm seg

Pg

Schatting van optimale Overall Warmte-Overdrachts-Coefficient U=3S(} watt

m2·K

Warmte overdrachtcoefficient bij gekozen tube-Iengte en baffle-spacing Gekozen tube-Iengte Aantal tubes Drukval tube-side Drukval shell-side Einde Programma

31

-2 -I Uo 12•20 =3S0.284-m -K -watt L I2 =S-m 3 tubes 12 = 1.15-10 4 APt 12=2.263-10 -Pa &>SI2.20 =7.296-1<t -Pa

Bijlage D. Berekening destillatiekolom

Volgens literatuur:

[1J Olujic,

Z.,

Dr., Scheidingsprocessen 11, Deel

1:

DIstillation, Principles and Design, TU Delft,

Laboratorium Apparatenbouw Procesindustrie, februari 1994, p. 138-172.

[2J

Coulson, J.M., Richardson, J.F., Sinnott, R.K, Chemica/ Engineering, Volume

6

(SI Units) Design, Hoofdstuk

11,

Pergamon Press, 1991.

Invoergegevens Equipmentnaam: T16, Stabilizer Algemeen:

Aantal theoretische schotels Schotelafstand

Drukval per schotel Weir hoogte [mm]

Dikte van een schotel [mm] Lengte calming zones [mm]

Hoogte van de downcorner apron [mm]

Topsectie: Diameter zeefgat

Maximale massastroom vloeistof Maximale massastroom damp Dichtheid vloeistof

Dichtheid damp

Bodemsectie: Diameter zeefgat

Maximale massastroom vloeistof Maximale massastroom damp Dichtheid vloeistof

Dichtheid damp Voedingschotel:

Relatieve vluchtigheid LK component Molair gemiddelde viscositeit van de voeding

N :=13 Ts :=00600m dPtray := 80 10-30 lOso Pa hw:=50

Ss

:=5 cz :=50 hapr :=25 dot :=5·mm Mlt := 79870kg·hr-1 Mgt:= 88620kg.hr-1 pIt := 51Sokgom-3 pgt :=230kgo

m-

3 dob :=50mm Mlb := 1395260kgohr-1 Mgb := 65434· kgo hr-1 plb :=5120kgom-3 pgb :=260kgom-3 alk:= 20098 1.012 lÛ:= 1.211620 10-4•

Iet

bij gemiddelde top- en bodem temperatuur [mPa.s]

Berekeningen

Kolomhoogte

Kolom efficiency

Aantal praktische schotels

Ecol

:=OoS

o

(alkoJrl)-Oo23

N

Hoogte tussen top en bodem kolom Hoogte van een kolom

Drukval kolom

Topsectie Vloeistof flow

Flow parameter

Capacity (gas load) coefficient

htb := (Neol- I)· Ts heol :=htb+ 1.5·m+ 2.5·m+ 2'm .tWool : = NeoHPtray MIt cI>lt : = -plt Flgt := MIt.

r;

Mgt

~-;ili

Ctrt :=0.0129·m·sec-1 + 0.1674·sec-1·Ts+ {0.0063.m.sec-1- 0.26S2.sec-1.Ts).Flgt ...

+ (-

0.OOS·m·sec-1 + 0.144S.sec-1. Ts).Flgt2

Flooding gas snelheid

Kolomdiameter

Doorsnede kolom

Waarden voor Ad/Acol p. 174 [1J

Weir lengte

Controle

Actief schotel oppervlak Totaal oppervlak zeefgaten

Gassnelheid door een zeefgat

Totaal aantal gaten in zeefplaat

Bodemsectie Vloeistof flow

Flow parameter

Capacity (gas load) coefficient

ugmaxt

'=Ctrt.JpI'~pgt

dcolt

,=

1.1284-)

Mgt

pgt·O.S·ugmaxt Aoolt : = ~·deolt2 4 Adt :=O.l·Aeolt [ ( Adt

)o.S]

lwt := doolt· 0.35 + 1.169· Aeolt lwt çt:=-dcolt çt =0.72 Aat :=Aoolt-2·Adt Aht :=O.OS·Aeolt . Mgt ugt:=--pgt·Aht Aht aantal gatent : = -- dot2 Mlb <1>lb:=-plb 7 1 · -4 Flgb

:= Mlb -)

pgb Mgb plb lwt = O.46S·m

Ctrb :=0.0129·m·sec-1 + 0.1674·sec-1·Ts+ (0.0063.m.sec-1- 0.26S2.sec-1.Ts).Flgb ...

+ (-

0.00S·m·sec-1

+

0.144S·sec-1. Ts).Flgb2

Flooding gas snelheid

Kolomdiameter

Doorsnede kolom

Waarden voor Ad/Acol p. 174

[1J

Weir lengte

Controle

Actief schotel oppervlak Totaal oppervlak zeefgaten Gassnelheid door een zeefgat

Totaal aantal gaten in zeefplaat

Uitvoergegevens

Kolomhoogte Kolom efficiency

Aantal praktische schotels

Hoogte tussen top en bodem kolom Hoogte van de kolom

Drukval kolom Topsectie Vloeistof flow Flow parameter

Capacity (gas load) coefficient Flooding gas snelheid

Kolomdiameter Doorsnede kolom Downcomer oppervlak Weir lengte

Actief schotel oppervlak Totaal oppervlak zeefgaten Gassnelheid door een zeefgat Totaal aantal gaten in zeefplaat

jPlb- pgb ugmaxb := Ctrb-pgb dcolb : = 1.1284· Mgb pgb-0.8·ugmaxb Acolb :=~·dcolb2 4 Adb :=O.I·Acolb lwb : = dcolb· [ 0.35 + 1.169·

(:~~b

)

o.s

1

Çb:= lwb dcolb Çb =0.72 Aab :=Acolb - 2·Adb Ahb :=0.05·Acolb ugb := Mgb pgb·Ahb Ahb aantalsatenb : =

-dob

2

"

.

_-4 Ecol =0.687 Ncol = 19 htb = 10.80m hcol = 16.80m APcol = 1.520104 opa «lilt = 0.0040m3 ° sec -1 Flgt=0.19 -1 Ctrt =0.0870mosec -1 ugmaxt =0.4030mosec dcolt = 0.650m Acolt = 0.3320m2 Adt = 0.033 0m2 lwt = 0.4680m Aat = 0.2660m2 Aht =0.0270m2 -1 ugt =4.0280mosec aantal_gatent = 1.3530103

Bodemsectie Vloeistof flow Flow parameter

Capacity (gas load) coefficient Flooding gas snelheid

Kolomdiameter Doorsnede kolom Downcomer oppervlak Weir lengte

Actief schotel oppervlak Totaal oppervlak zeefgaten Gassnelheid door een zeefgat Totaal aantal gaten in zeefplaat

IIllb =0.076-m3 _sec-I Flgb.=0.481 -I Ctrb = 0.057-m-sec ugmaxb =0.248-m-sec-1 doolb = 2.l2-m Aoolb = 3.53-m2 Adb = 0.353-m2 lwb = 1.526-m Aab = 2.824-m2 Ahb = 0.177-m2 -I ugb =3.961-m-sec aantal-Batenb = 8.99-103

Dimensieloos maken variabelen i_v.m. empirische formules

MIt :=Mlt.kg-I·sec Adt :=Adt·m-2

Aat :=Aat'm-2 pIt :=plt·kg-l·m3 Mgt :=Mgt·kg-I.sec Aht := Aht'm-2 lwt :=lwt·m-I Aoolt :=Aoolt·m-2 Ts := Ts·103·m-1 3 k -I _{axt·- axt-}I

pgt := pgt·m· g ugm .-ugm ·m·sec _{gt._ gt -I}

U .-u ·m ·sec

dot :=dot·mm-I doolt :=doolt'm-I

Mlb :=Mlb.kg-I·sec Adb :=Adb·m-2 Aab :=Aab'm-2

plb := plb.kg-1·m3 Mgb :=Mgb.kg-I.sec Ahb :=Ahb·m-2

lwb := lwb·m-I Aoolb :=Aoolb·m-2 dob :=dob·mm-I

pgb :=pgb·m3.kg-1 ugmaxb :=ugmaxb.m-I.sec ugb := ugb'm-1 . sec doolb := doolb·m-1

Controle berekeningen destilatiekolom

TOPSECTIE Controle weeping

2

Hoogte van de Iiquid crest [mm vloeistoij

(

MIt

)3

howt := 750·

-plt·lwt

howt =32.813

Minimale ontwerp gassnelheid [mis] Ctrmt:= 1.66·ln(hw + howt) + 23.48 uht:= Ctrmt- 0.9·(25.4- dot)

~

Aktuele minimale gassnelheid [mIs] ugmint : = 0.8·ugt ugt =4.028

Bij minimum operatie: boven weeping point ugmint = 3.222

>

uht = 2.596

35

Schotel drukval F-factor

Aeration factor

Discharge coefficient

Droge schotel drukval [mm vloeistof]

Totale drukval schotel [mm vloeistof]

Totale drukval [Pa] Aanname oke

Hole pitch Triangular pitch [2.5 - 4.0 • do]

Downcorner liquid back-up

Flow area under the down corner apron [m4

Head loss in the downcomer [mm vloeistof]

Downcorner pressure loss [mm vloeistof] Expected height of aerated liquid in the down corner

Downcorner backup [mm] De schotelafstand is oke Entrainment

Aktuele percentage f100ding voor ontwerp oppervlak %Flooding

Fot

:

=ugt.~

Pt-:=O.l9.IOg( Mgt ) _ 0.62.log(Fot) + 1.679 pgt·lwt dot (dot)2 Cot : = 0.85 - 0.0423.&," + 0.00 18·

"'&

hdryt :=51.(Ugt)2.pgt Cot pIt htt:= hdryt + Pt-{hw + howt) APtray := 9.81.1O-3.htt'plt APtray = 604.677 Ipt.

.

-

-

dot

~

~t:;;ü.9

lpt = 3 -dot

Aprt : = Iwt· hapr.1O-3 hdut := 0.56. (_Ml_t _)2

499·Aprt

hdct := hdryt + hw + howt

+

hdut hdct hdcat:= -0.5 Singel-Pass hdcat =277.901 < 0.5·(Ts+ hw) =325 uvt := _ _ _ M....:::gt _ _ (Aoolt- Adt)·pgt

Flt:=~

ugmaxt uvt =0.358 Fit =0.889

Ijlt :=

exp[-

7.92 + 1.089·Flt- (0.0705 + 2. 192.FIt).ln(Flgt) ... ]

+

(0.046 - 0.605· FIt + 1.267· Flt2 - 0.09563· FIt3 ).ln(FIgt)2 Fractional entrainment, < 0.1 Ijlt =0.093

Plate layout

Iwt =0.72

Fig 11.32 [2J doolt eet :=90

Mean length, unperforated edge strips [m] lmt := (doolt _ cz.1O-

3)'1l'

eet 180 Area of unperforated edge strips [m2]

lmt =0.943

Plate specification Plate No. Plate 1.0 [m] Hole size [mm] Hole pitch [mm] 2 -11 dealt =0.65 dot =5 lpt = 15 Active holes

[#]

Turn-down aantal_gatent = 1.353-103 80% max rate Plate materiaal Downcomer material Plate spacing [mm] Plate thickness [mm] Plate pressure drop [Pa]

BODEMSECTIE Controle weeping Carbon steel Carbon steel Ts =600 ()s=5 dPtray = 604.677

Hoogte van de vloeistof crest [mm vloeistof]

Minimale ontwerp gassnelheid [mis]

Aktuele minimale gassnelheid [mIs]

Bij minimum operatie: boven wee ping point

Schotel drukval F-factor

Aeration factor

Discharge coefficient

Droge schotel drukval [mm vloeistof]

Totale drukval [mm vloeistof] Totale drukval [Pa]

Aanname oke Hole pitch Triangular pitch [2.5 - 4.0 • do]

Downcomer liquid back-up

Flow area under the downcomer apron [m4 Head loss in the downcomer [mm]

37

2 ( Mlb

)3

howb :=750· -plb·lwb howb = 101.264 Ctrmb:= 1.66·ln(hw+ howb) + 23.48 uhb := Ctrmb- 0.9·(25.4- dob)

~

ugminb :=0.8·ugb ugb =3.961

ugminb =3.168 > uhb =2.638

Fob

:

=ugb.~

pb := 0.19.10g( Mgb ) - 0.62.1og(Fob) + 1.679 pgb·lwb dob (dOb)2 Cob :=0.85- 0.0423·- + 0.0018· -()s

as

hdryb := 51. (ugb )2. pgb Cob plb htb :=hdryb+ Pb·(hw+howb) dPtray := 9.81.1O-3.htb·plb dPtray = 923.25 lpb:=

~

~~

lpb = 3.795 -dob

Aprb := Iwb.hapr.1O-3

hdub :=0.56. (_Ml_b_)2 499· Aprb

Downcomer pressure loss [mm vloeistof] Expected height of aerated Iiquid in the downcomer

hdcb : = hdryb + hw + howb + hdub hdcab := hdcb _Double-Pass - 0.5·2 Downcomer backup [mm] De schotelafstand is oke hdcab =215.581

<

0.5·(Ts+ hw) =325 Entrainment

Aktuele percentage f100ding voor ontwerp oppervlak %Flooding uvb := _ _ _ M-=g~b _ _ (Acolb - Adb)·pgb uvb Flb: -ugmaxb Flb = 0.889 IjIb :=exp[-7.92+ 1.089·Flb- (0.0705 + 2. 192·Flb)·ln(Flgb) ... ] + (0.046 - 0.605·Flb+ 1.267.Flb2 _ 0.09563.Flb3).ln(Flgb)2 Fractional entrainment, < 0.1 Plate layout Fig 11.32

[2J

_dcolb lwb =0.72 IjIb =0.005 Ocb :=90

Mean length, unperforated edgestrips [m] ' Imb := (dcolb _ cz.IO-3),", Ocb 180

Area of unperforated edge strips [m4 Area of calming zones [m4

Aub :=cz·IO-3·lmb

Acb := 2,cz·IO-3. (Iwb - 2.50.10-3) Total area available for perforations [m4 Apb := Aab - (Aub + Acb)

Plate specification Plate No. Plate 1.0 [m] Hole size [mm] Hole pitch [mm] Active holes [#] Turn-down Plate materiaal Downcomer mate rial Plate spacing [mm) Plate thickness [mm] Plate pressure drop [P]

Einde programma

12 -19

dcolb =2.12 dob =5 lpb = 18.974 aantal_gatenb = 8.99<103 80% maxrate Carbon steel Carbon steel Ts =600 8s=S APtray = 923.25 1mb =3.252 Aub=0.163 Acb =0.143 Apb =2.519

Bijlage E1 Heat Exchanger Calculation

Volgens methode boek Coulson & Richardson Chapter

12

Heat-fransfer Equipment

Invoergegevens Equipmentnaam: H5, Lucht gekoelde Condenser

Algemeen

Aantal paraIIele heat exchangers

Heat Duty Inlaattemperatuur shell-side Uitlaattemperatuur shell-side Inlaattemperatuur tube-side Uitlaattemperatuur tube-side n:= 1 4 Q '- 4.7·10 106 • uI 1.._-1 .- - - ' 'JO e·w n Tl :=370·K T2 :=3IO·K

t1

:=298·K t2 :=315·K

Tubes Geometrie: Perry's Handbook of Chemical Engineering

11-25/11-26: Heat-tranfer equipment

Aantal passes Wanddikte tube Inside diameter tube Fin pitch

Fin height Fin thikness

Finned-tube diameter Finned tube-pitch

Thermal conductivity tube wall materiaal

Stream propertieslflow Tube-side

Massastroom

Dichtheid vloeistof ingang Dichtheid damp ingang massa fractie damp ingang Massa fractie damp uitgang Dichtheid vloeistof uitgang Dichtheid damp uitgang

Volumestroom gasfase

Volumestroom vloeistoffase

Viscositeit gastase

Viscositeit vloeistoffase

Soortelijke warmte vloeistof

39

passes

:=2

a

:= 2.0·1O-3·m di :=do-2·3 f

1.

P :=-'m 11 lf:= 0.625· in tf:=O.3·mm df:=do+ 2·lf pt (= 1.25·df kw :=36-watt·m- 1.l('1 Wt:- 116500.kg._hr-l n pIl :=57I.kg.m-3 pI v:= I1.8·kg.m-3 Xl := 1 X2 :=0.05 p2l :=6IO.24.kg.m-3 p2 v:= 4.kg.m-3 ._ Wt ~. --pI v Wt Clllt:= -pIl

~t

v:= l·lO-s·Pa·sec

~tl

:=2·1O-4·Pa·sec Cpt:= 173.jouIe.mole-1.l(' 1

Molmassa

Thennalconducmmy Tube-side fouling coefficient

Stream propertieslflow Shell-side Dichtheid

Viscositeit

Soortelijke warmte Thennalconducmmy Shell-side fouling coefficient Gassnelheid

Berekeningen

Temperatuur correctiefactor Figuren 12.19 tlm 12.22 p. 531-532

Type warmtewisselaar:

Split flow shell,

2

tube

pass

LMTD

Werkelijke teperatuursverschil

Verwannend oppervlak

Finned-tube geometrie berekeningen

Kies tube/engte

Lengte varierd van

1

tot

6

m

Oppervlak 1 tube

Tube oppervlak excl. fin's

Fin oppervlak excl tube

Benodigd aantal tubes

Mt := 74.24.1O-3·kg·mole- 1 kft :=0.014.watt.m-1.IÇ 1 bid := 5()()().watt.m-2.IÇ 1

ps

:= 1.165.kg.m-3 J1S := 1.87.1O-S·Pa·sec Cps:= lOOO-joule.kg-1.IÇl kfs :=0.0265·watt·m-1·K-1 hfd:= 5000.watt·m-2·K-1

us

:= 3·m·sec- 1 R:= Tl- T2 t2-tI S =0.236 R =3.529

Ft

:=0.85 (Tl - t2) - (T2 - tI)

ATlm:=

(Tl _ t2) In T2-tI

ATm

:=Ft·ATlm

A:= Q

-U·ATm

i := 1,2 .. 10 L. :=(1

+

O.s·i)·m I Atube. : = 1... ·do·ll I I Atube. :=1...·do·ll I I L.

1

(,.2

2)

Af. :=~·2·-·1l· Ol - do I pf

4

tubes. : A I Atube. + Af. I I ._ t2-tl S . -Tl-tI

Heat transfer (Turbulent flow) Tube-side: annular flow condensation Methode van Boyko and Kruzhilin, par 12.10.3 blz 571 •• 573

Doorsnede tube

Horizontale tube-Ioading

Reynolds-getal

Prandtl getal

Inside heattransfer coefficient vg112.53 Hulpvariabelen ingangsconditie uitgangsconditie Gecorrigeerde heatransfercoefficient vg112.52

Af

:=.!·di2 .4

r

h. .-

.

Wt I tubes.' 11' di I 4·rh.

Ret:=--'

I pt 1 Cpt'J1t 1 Prt:= -Mt·kft bi. :

=

0.021.

kft.

(Ret.)

0.8. prt

o.

43 I di I pII- pI v Jl := I

+

·XI pI v p2 1-p2v J2:= I

+

.X2 p2v . Jl O.S

+

J20'

s

hc. : =bi.·----I I 2

Heat transfer coefficient air-cooled fin-side

Aanstroom oppervlak ventilatoren

Reynolds getal tube-side

Prandtle getal shell-side

Nusselt getal voor finned-tubes volgens Briggs en Young vg112.81 blz 612

Overall heat transfer coefficient

tubes. Face area. :=2· _ _ ' ·df.L. - I passes I PS· us· do Res : = -'---J1S CpS·II" Prs:=--'--kfs ( f

!!Î

0.2 ( f)0.1l34 Nus :=O.l34·CRes)0.681.prsO.333. p ~ -) . ~

kfs hf: =Nus·-do Ef:=O.5 hs. : -I

..!...

(~

+

_1_). Atubej Ef hf hfd Af. I Uo. : =---..,.----,---I I

ln( : )

do I do I - + d o · - - + - · _ + _· -hs. 2·kw di bid di hc. I I

41

Drukval tube-side

Gemiddelde massadebiet gasfase

Gemiddelde gasdichtheid Gemiddelde gassnelheid Reynolds-getal gasfase Frictie-factor tube-side fig 12.24, blz.541 Drukval-tube-side gasfase ~v:=XI.Wt+X2.Wt 2 pI v+ p2 v Pv: -2 ~v·passes ut

: =

-vi p v·

A+.

tubes_i pI ·ut ·di

_{v v.}

Ret v.:= I I

JU

_v

jf

vi :=0.04507· (RetvJO.241

~

:= passes. (Sjf . Li +

2.5).

pI . (ut vY vi vi di v 2

Gemiddelde massadebiet vloeistoffase - . ._ (I 'VlUl . .... XI)·Wt+ (1- X2)·Wt

Gemiddelde vloeistofdichtheid Gemiddelde Gassnelheid Reynolds-getal vloeistoffase Frictie-factor tube-side fig 12.24, blz.541 Drukval-tube-side vloeistoffase Uitvoergegevens Temperatuur

LMTD

Werkelijk temperatuursverschil Benodigd oppervlak Duty Tube-Side Massastroom

Outside diameter (vrij te kiezen) Inside diameter

Doorsnede tube Aantal tube pases

pil

+

p21

PI

:=

2

~rpasses utl

: =

-i p

r

A+.

tubes_i pI rutl:di Ret

1.

:= I I Jlt 1 A

T1m

=

2S.244" K AIm

=

24.00S"K 2 A

=

3.296"1

ct

"m2 Q = 1.306" 10' "watt Wt

=

32.361

"~

do=3S·mm di

=

34"mm sec

A+

=

907.92 0mr02 passes =2

Figuren ter bepaling van de uiteindelijke afmetingen 1000 , . . - - - r - - - r - - - - , 3°10 •

...._----...----r---__.

~ SOO O~--~--~--~ O~-~~---~--~

o

2 L.·m I Aantal Tubes 4 6 200 r - - - - r - - - . , . - - - , 100 '--_ _ ..L.-_ _ - ' - _ _ - - '

o

2 4 6

o

2 L.·m I Drukval Tube 4 6

Schatting van optimale Overall Warmte-Overdrachts-Coefficient U

=

165. watt m2·K

Warmte overdrachtcoefficient bij gekozen tube-Iengte en baffle-spacing

Gekozen tube-lengte

Aantal tubes

Drukval tube-side gasfase Drukval tube-side vloeistoffase Benodigd Fan-oppervlak Einde programma

43

"""'2 -I Uo lO = 182.484 0m

oK

°watt L =60m 10 tubeslO =224.514 M' =2.560104

opa

vlO M' 1 = 299.893

opa

10 Face_area lo = 93.959 0_m2

Bijlage E2a Heat Exchanger Calculation

Volgens methode boek Coulson & Richardson Chapter

12

Heat-transfer Equipment

Invoergegevens Equipmentnaam: H8a, Gecombineerde Verdamper/condensor

Algemeen

Aantal paraIIele heat exchangers Heat Duty Inlaattemperatuur shell-side Uitlaattemperatuur shell-side Inlaattemperatuur tube-side Uitlaattemperatuur tube-side Tubes Wanddikte tube Inside diameter tube

Thermal conductivity tube wall materiaal

Bundelgeometrie

Tabel 12.4 p. 523 Triangular pitch Tabel 12.4 p.523

Aantal passes Shell inside diameter

-Bundie diameter, fig 12.10 P 522

Stream propertieslflow Tube-side

Massastroom

Dichtheid damp gemiddeld Dichtheid vloeistof gemiddeld Viscositeit gasfase gemiddeld Viscositeit vloeistoffase gemiddeld Soortelijke warmte vloeistof gemiddeld Molmassa

Thermal conductivity gasfase gemiddeld Thermal conductivity vloeistof gemiddeld

Tube-side fouling coefficient

n:= 1 4 Q

. - - _ . ·Jo e·w

'-2.4·10 106 • ul \._-1 n Tl :=415·K T2 :=385·K tI :=31Q·K t2 :=395·K

6

:= 2.0·10-3·m di :=do- 2·6 kw :=36·watt·m-I

·K

1 nl :=2.285 Kl :=0.175 passes:=4 DC := 80·1Q-3· m Wt:= 93600. kg.hr-l n ptv:=27.5.kg.m-3 ptl :=550.s·kg.m-3

JU v:= l·lQ-s·Pa·sec

JU 1

:= 1.5·1Q-4·Pa·sec Cpt := 200.joule.mole-I

.K

1 Mt :=74.24·10-3·kg·mole-1 kft v :=0.03.watt·m-I.1(" 1 kft 1 := 0.09·watt'm-I.1(" 1 bid := 5000·watt·m-2. 1(" 1

Stream propertiesJf1ow Shell-side

Massastroom

Gemiddelde dampdichtheid Gemiddelde vJoeistofdichtheid Viscositeit gasfase gemiddeld Viscositeit vloeistoffase gemiddeld Soortelijke warmte gasfase gemiddeld

Ws := 75000 .kg.br-I .n psy:=-24-kg.m-3

PSI

:=510·kg·m-3 J1S y:= 1·10-'.Pa·sec J1S I := 1·1O-4·Pa·sec Cps y : = 160.joule· mole - I. l(" I

Soortelijke warmte vloeistoffase gemiddeld Cps 1:= 200.joule.mole- I.l(" I

Molmassa

Thermal conductivity gasfase gemiddeld Thermal conductivity vloeistof gemiddeld Tube-side fouling coefficient

Berekeningen

Temperatuur correctiefactor

Figuren 12.19t1m

12

.

22

p.

531-532

Type warmtewisselaar:

Split flow she//,

2

tube pass

tig

12.22

blz 532

LMTD

Werkelijke teperatuursverschil

Verwarmend oppervlak

Kies tube/engte

Lengte varierd van

4

tot 9

m

Oppervlak 1 tube Doorsnede tube Aantal tubes Ms := 73.7.1O-3.kg.mole-1 kfs_{y :=0.03}.watt.m-I.l(" 1 kfs l :=0.09.watt.m-I.l("I bid := SOOO.watt.m-2.l(" 1 Tl- T2 R: -t2-tl S =0.81 R =0.353 Ft :=0.9 Hlm:= (Tl - t2) - (T2 - tl) (Tl-

t2)

In T2 _ ti ÓTm :=Ft·óTIm A:=-Q-U·óTm i :=0,1.. 20 Lj

:=(4+~).m

Atube. :=L·do·n I I

At

:

=~·dP

4

tubes.

:

=~

I Atube. I

45

S:=

t2 -

tl Tl-tl

Heat transfer Tube-side : vloeistoffase Vloeistofsnelheid

Reynolds getal tube-side PrandtJ getal tube-side Heat-transfer-factor· fig. 12.23

P

539 Nusselt-getal Heat-transfer coefficient ut:= Wt·passes 1 pt

rAt

tubes_j pt rut.· di Ret := 1 1 Jlt 1 ._ Cpt'J11 I P r t . -kftrMt jb\ :=0.OO921.(Re~tO.09OS Nut. :=jbt· (Ret.).Prt°.33 1 1 1 Nut.·kft I bi . _ _

~I-Ij .-

di

Heat transfer coefficient (Turbulent flow) Tube-side op basis van film boiling volgens Bromley blz. 592

Gemiddelde wandtemperatuur tijdens verdampen

Gemiddeld bubble point Verdampingswarmte Massa verdampt=0.25

Tube-side filmcoefficient vgl 12.66 blz 592 Gemiddelde effectieve

heat-transfer coefficient volgens Gilmore vg112.60 blz. 581

Heat transfer Shell-side : gasfase Kem's method

Bundeldiameter Shell-diameter Tube-pitch

Choose baffle spacing

Aantal baffles per meter

Baffle-pitch Doorsnede shell Tw:=410·K Ts :=400·K Q ._ 1.887.1Q4.joule.mole-1 latent·- Mt Qllatent :=Q latenfO.25·Wt 1 bib :=0.62.[kft / .

(pt

1-pt v)·pt v·g·Q latent] 4 J11 v·di-(Tw- Ts)

bi. : - - - -

₁

I

Q - Q

I

latent

1

- +

'

-bib Q bil. 1 I ( tubes.) DI Db. :=do- _ _ I 1 Kl Ds. :=Db.

+

De 1 1 pt:= 1.25·do j :=0,1.. 50 bafiles. := 0.1

+

-L

J 25 Db. l b ' - 1 j,j . - baffies. J (pt- do)·Ds.·lb .. As .. := 1 I.J

Gemiddelde massa snelheid

Gemiddelde snelheid shell-side

Equivalente diameter

Reynolds getal shell-side

Prandtle getal shell-side

Heat-tranfer -factor fig 12.29 blz 546 Nusseltgetal shell-side ._ Ws

Gs. .

.

-I,J As . I,J Os. . us _j,j. :=~

P;v

1.10

[2

2]

des := -' (pt) - O.917·do do us .. ·des·p;v Res .. : ~I~,J~ __ _ I,J JLS v Cpsv·JLSv Prs := -kfsv'Ms jh. . := 0.41678· (Res .. )-0.4613 I,J I,J 1 Nus .. := jh. .. Res .. ·Prs3

I,J I,J I,J

Nus .. ·kfs v

~ := I,J

v._I,J . d _es Heat transfer (Turbulent flow) Shell-side: condensation Methode van Kern par 12.10.2 blz 570 •• 571

Horizontale tube-belading

Aantal tubes op middellijn

Heat-transfer coefficient gebasserd op condensatie op horizontale tubes vg112.50 blz 570

Verdampingswarmte

massafractie gecondenseerd=0.98

Gemiddelde effectieve

heat-transfer coefficient volgens Gilmore vg112.60 blz. 581

Overall heat transfer coefficient

Ws fh.

:

=---1 L.·tubes. 1 1 Db. Nr.- 1

j·-Irt

Q

.

_

1.887'I04.joule.mole-1

latent·- Mt Q2 latent := Q latenfO.98· Ws ~

..

:

---I,J 1 Q - Q2 latent

-+---hej Q ~v . . I,J UOj,j :

=

---ln-:(,-dO-:")---1 di do 1 do 1

-

+

do·----

+ - ' - - + -

'

-hs. . 2·kw di hid di hl. I,J 1

47

Drukval tube-side Gemiddelde gassnelheid Reynolds-getal gasfase Frictie-factor tube-side fig 12.24, blz.541 Drukval-tube-side gasfase Gemiddelde Gassnelheid Reynolds-getal vloeistoffase Frictie-factor tube-side fig 12.24, blz.541 Drukval-tube-side vloeistoffase Drukval Shell-side Gemiddelde gassnelheid Reynolds-getal gasfase Frictie-factor shell-side fig 12.30, blz.547 Drukval shell-side ut '- (0 + 0.2S)·Wt·passes gem V.·-- 1 2·pt v·Af·tubes. 1 pt v·ut gem v:di Ret gem v. :

=

-

1 - I

J11

v jft := 0.04507· (Ret )-0.241 v. gem v. 1 - 1 ( ( ) 2 . . Lj ut gem v. &>tv .. _{=passes· 8'Jft v '-+2.5)'pt} . - 1 1

jdi

v

2

ut _{gem L'-}'- (1 + 0.7S)-(Wt·passes) - I 2·pt rAf·tubes. 1 us _{gem v .. '-}. Ws - I.J 2·ps·As.. v I.J ps v. us gem v. :di Res gem v .. := - I.J

- I.J JlS_v jfs v := 0.2249· (Res )-0.165 I • _, J' gem v _- ._1,J . D ₍

us)2

. ' Sj Li gem v .. &Ps_v . . =8'Jfs_v ' _ ' _ _ 'ps . - I.J

I.j i.j des (lb).. v 2 I.J