Computer-simulaties van een deisobutanizer

COMPUTER-SIMULATIES VAN EEN DEISOBUTANIZER

G-opdracht

Technische Universiteit OeHt Lab. Apparatenbouw Procesindustrie Leeghwaterstraat 44

2628 CA Delft

COMPUTER-SIMULATIES VAN

EEN DEISOBUTANIZER

H.A. Buis J.J.W. Sanders M.J. Wuyten

Juni 19139

~.

U.

So.V\Je\,(S IL(

't>30 I

Wl.j

.

U\A~teV'

I

~6è~~

VOORWOORD

Dit verslag is het eindresultaat van de G-opdracht voor de vakgroep Apparatenbouw Procesindustrie. Normaliter wordt deze opdracht vervuld door een gecombineerde groep van ongeveer 11 personen, waaronder werktuigbouwers en technologen. Bij uitzondering bestaat deze groep dit maal uit slechts drie werktuigbouwers.

Op deze plaats willen wij een aantal personen bedanken, die ons in de afgelopen drie maanden hun medewerking hebben

verleend. Bij

ARea

zijn we begeleid door ir. F. Hesselink,

die ons heeft voorzien van de nodige informatie over de deisobutanizer. Vanuit de TUD bestond onze begeleiding uit prof.dr.ir. J. de Graauw en in het bijzonder dr. Z. Olujic, die ons op een plezierige wijze heeft bijgestaan. Ook bedanken we drs. F.A. Meijer voor zijn medewerking.

Het personeel van de vakgroep Proces en Energievoorziening is zo aardig geweest om ons van huisvesting en een zeer prettige medewerking te voorzien.

H.A. Buis J.J.W. Sanders

VOORWOORD

SAMENVATTING

INLEIDING

HOOFDSTUK 1 BESCHRIJVING VAN DE BESTAANDE SITUATIE

1.1 1.2

ARCO Chemical Company

1.3 Butanen 1. 2.1 1. 2.2 1. 2.3 Fysische eigenschappen Toepassingen

Vervoer en economische aspecten De deisobutanizer 1. 3.1 1. 3.2 1. 3.3 1. 3.4 1. 3.5 1. 3.6 1. 3.7 1. 3.8 De invoer

. . .

De zij stroom De kolom De sidereboiler De reboiler De condensor Het warmtepompsysteem De energiebalans

HOOFDSTUK 2 SIMULATIE VAN DE BESTAANDE KOLOM MET CHEMCAD

2.1 Het doel van de simulatie

2 6 9 12 12 12 13 13 13 14 14 15 15 17 18 18 18 20 21 21

2.2 Verschillen tussen werkelijkheid en simulatie 21

2.2.1 Stofgegevens . . . . • . . . . . 21

2.2.2 Thermodynamische modellen 22

2.2.3 Eigen aannames . . • . . . . . 22

2.3 Opzet van de simulatie van de bestaande kolom 23

2.4 Hoofdstap I Simulatie van de destillatiekolom

26

2.4.1 Stap A (3 feeds-topproduct-bottomproduct)

26

2.4.2 Stap B (3 feeds, topproduct, sideproduct en

bottomproduct) 28

2.4.3

2.4.4

stap C (3 feeds, topproduct, sideproduct, sidereboiler, bottomproduct)

stap D (3 feeds, condensor, topproduct, sideproduct, sidereboiler, bottomproduct)

30

32

2.5 Hoofdstap II simulatie van zijcircuit 34

2.6 Hoofdstap III Simulatie van het totale systeem

.

. .

. .

. . . . .

.

2.7 Vergelijking van de simulatieresultaten met de

werkelijke kolom en warmtepompsysteem

2.8 Conclusies

HOOFDSTUK 3 HET PAKKEN VAN DE KOLOM

_{· · ·}

3.1 Inleiding

.

. . . .

_{· ·}

_{· · · ·}

_{· ·}

3.2 Keuze van de pakking

. ·

_{· · · ·}

_{· ·}

3.3 Handberekening

. . .

. · · · · ·

_{· ·}

_·

_·

_·

3.3.1 Algemene werkwijze

_·

_·

_·

_{· ·}

_{· · ·}

3.3.2 De eerste handberekening

_{· · · · ·}

3.3.3 De tweede handberekening

_{· · ·}

_{· ·}

3.4 Ingangsgrootheden voor de simulatie

_{· · · ·}

3.5 Resultaten van Repack 1

_·

_{· ·}

_{· · · ·}

3.6 Resultaten van Repack 2

_{· · ·}

_{· · · · · ·}

_·

HOOFDSTUK 4 FYSISCHE VERGELIJKING TUSSEN DE SCHOTEL- EN

DE GEPAKTE KOLOM 37 41 44 46 46 46 47 47 50 52 54 55 58 61 4.2 Verschillen in de specificaties • . • . 61 4.2.1 Voedingen • . • . . • . . . . . 61

4.2.2 Instelling van de kolom . • . . . 61

4.2.3 Afstelling van het zijcircuit • . . . 62

4.3 Fysische resultaten vergelijking . . . 62

HOOFDSTUK VIJF ECONOMISCHE EVALUATIE

5.1 5.2 Inleiding De investeringsafhankelijke kosten 5.2.1 5.2.2 5.2.3

De kosten van de apparaten • • • . . .

De Lang-factor . . . • • • . . . Fixed capital en werkkapitaal

64 64 64 65 70 71

5.3 5.4 5.5 5.6

5.2.4 Vaste kosten

.

. . .

.

Loon- en-onderhoudskosten Productieafhankelijke kosten Totale kosten . . . opbrengsten • . . . . .

. .

.

.

5.6.1 Kostprijs . . . . 5.7 Economische criteria . • . . . 5.8 Conclusie . . . . CONCLUSIE

. . . .

.

. . .

.

.

.

.

. . .

. .

.

.

.

.

LITERATUUROPGAVE

. . . .

.

. .

.

.

.

.

.

.

.

. .

.

.

5 71 71 72 74 74 75 75 79 80 82

SAMENVATTING

De laatste jaren zij n de simulatie-programma I s voor de

berekening van ingewikkelde processen sterk in opkomst. Een belangrijke vraag die naar voren komt, is de nauwkeurigheid van het simulatie-programma. Om tot een antwoord op deze vraag te komen, moet men bestaande situaties simuleren, zodat men meer te weten komt over het gedrag van het programma.

Een simulatie kan vanwege verschillende oorzaken afwijken van de werkelijke situatie. Ten eerste omdat men uitgaat van meetwaarden die zelf ook een bepaalde afwijking hebben. En ten tweede introduceert men een bepaalde fout, omdat men een ingewikkeld probleem omzet in een vereenvoudigd model. Deze modelomzetting bestaat uit twee delen. Allereerst zet men een

processchema om in een vervangend flowsheet , vervolgens

gebruikt het programma mathematische modellen voor de

berekening van het thermodynamisch gedrag.

In dit verslag wordt een deisobatanizer gesimuleerd met CHEMCAD, een programma waarmee het flowsheet getekend kan worden, waarna het programma om de invoergegevens vraagt voor de specificatie van de apparaten en de ingangsstromen. CHEMCAD berekent dan de massa- en energiebalansen.

Het doel van de simulatie is tweedelig. Ten eerste is het van

belang te weten in hoeverre CHEMCAD in staat is een

werkelijke situatie te simuleren. Als eenmaal bekend is dat de simulatie aanvaardbare resultaten oplevert, kunnen deze worden gebruikt voor de berekening van een andere, gelijk-soortige situatie. Ten tweede wordt in dit verslag een kolom met een gestructureerde pakking bekeken. De laatste jaren is de toepassing van de gepakte kolommen, enorm toegenomen. Deze toepassing blijft, vanwege de lage drukval over de kolom, vooralsnog vrijwel beperkt tot de vacuümkolommen.

uit de resultaten in hoofdstuk 2 blijkt dat de simulatie op

een aantal punten sterk afwijkt van de bestaande situatie.

Wij hebben sterk de indruk dat de gegevens van ARCO niet

kloppen,

omdat uit de energiebalans van het bestaande

situatie blijkt dat er een overschot aan warmte is. Dit

overschot wordt niet bij de luchtkoeler afgestaan. Er zijn

twee oorzaken voor deze afwijking te vinden. Om te beginnen

kan het zijn dat de ingevoerde hoeveelheid energie minder is,

hetgeen neerkomt op het feit dat de voedingen geen damp, maar

vloeistof zijn. Een andere verklaring is, dat het systeem

grote verliezen kent, hetgeen gezien de grote van het

warmteoverschot, zeer onwaarschijnlijk is. Als opmerking kan

hierbij geplaatst worden dat de refluxleiding ongeïsoleerd

langs de kolom naar boven loopt.

In de simulatie zijn twee van de drie voedingen in dampvorm

aangenomen. Omdat een simulatie geen verliezen kent, moet de

luchtkoeler alle overtollige warmte afstaan en heeft deze een

groot vermogen, hetgeen niet overeen komt met de opgegeven

werkelijkheid.

Een ander verschil tussen werkelijkheid en simulatie is de

refluxverhouding die in het geval van de simulatie hoger ligt

dan de werkelijkheid. Hierbij kan worden opgemerkt dat de

topzuiverheid een grote invloed op de re flux heeft.

Het is dus moeilijk om te bepalen in hoeverre de resultaten

van de simulatie overeenkomen met de situatie bij ARCO. Toch

tonen de resultaten aan dat de simulatie op een aantal punten

goed overeenkomt met de werkelijkheid, zoals bijvoorbeeld het

temperatuursverloop

in

de

kolom

en

de

damp-

en

vloeistofstromen.

Het was, omdat de oorzaak van de afwijkingen waarschijnlijk

niet bij CHEMCAD liggen, toch de moeite waard te kijken naar

de situatie van de gepakte kolom. Hierbij kwam duidelijk naar

voren dat de gepakte kolom voordelen heeft, die tot uiting

f

komen in een daling van de energiekosten van ongeveer 9% of

in een capaciteits-vergroting van 22.5% .

De interne rentevoet van Project B, kan niet concureren met

die van A en C. Deze laatste twee lopen niet ver uiteen,

Project A heeft een interne rentevoet van 22.6%, project C

20.5%. Vanwege de hoge investering is het echter af te raden

voor een gepakte kolom te kiezen. Het te lopen risico is bij

een investering in een schotelkolom een stuk lager, hetgeen

in de onstabiele markt van de olieverwerkende industrie een

doorslaggevend argument is.

INLEIDING

De laatste jaren is het simuleren van chemische processen steeds belangrijker geworden. Met de steeds beter wordende simulatie-programma's kunnen ingewikkelde processen worden

ontworpen. Een belangrijke vraag blijft natuurlijk de

nauwkeurigheid van de resultaten.

Deze vraag is moeilijk te beantwoorden, omdat de

nauwkeurigheid van een simulatie van vele factoren afhangt. Om toch tot een antwoord op de bovengestelde vraag te komen, moet men bestaande situaties gaan simuleren, zodat bekend wordt hoe het programma zich gedraagt bij dat specifieke probleem. De gevonden afwijkingen kunnen door verschillende oorzaken ontstaan.

Bij een simulatie van een bestaande situatie gaat men uit van meetgegevens, waarvan lang niet altijd bekend hoe nauwkeurig deze waarden zijn. Daarnaast heeft men voor de simulatie stofgegevens nodig, waarmee de thermodynamische modellen gevoed worden. In het algemeen kan men stellen dat het simuleren van een bestaande situatie het omzetten betekent van werkelijkheid naar model. Eerst moet het bestaande processchema worden omgezet in een simulatieflowsheet . Daarna

moeten wiskundige modellen massa- en energiebalansen

opstellen. Beide omzettingen introduceren een bepaalde fout.

Een nieuw simulatie programma, CHEMCAD, heeft de mogelijkheid tot het tekenen van een flowsheet met chemische apparaten. Aan de apparaten is een spreadsheet gekoppeld, waarin de apparaten en de stromen gedefiniëerd kunnen worden. Hierna

worden de massa- en de energiebalansen van het systeem

doorgerekend aan de hand van ingebouwde thermodynamische opties.

In dit verslag wordt een computer-simulatie van een

deisobutanizer gemaakt. De scheiding van isobutaan en

normaalbutaan wordt 1,1 i tgevoerd in een bestaande

destil-latiekolom, die bij ARCO Chemie in Rotterdam staat. Als blijkt dat de simulatie de werkelijkheid benadert, kan het model gebruikt worden om andere situaties te berekenen. Niet alleen op het gebied van de simulatieprogramma's gaat de ontwikkeling snel, maar ook op het gebied van destillatie is er een snelle vooruitgang. De laatste tien jaar is de zogenaamde gepakte kolom sterk in opkomst. In zo'n kolom zijn de schotels vervangen door een gestructureerde pakking, waardoor er een groter contact-oppervlak is en daardoor een

betere stofuitwisseling. Het toepassingsgebied van de

gestructureerde pakking ligt, vanwege de lage drukval , vooral in het gebied van vacuümdestillatie. De deisobutanizer werkt niet bij vacuümdruk, maar bij een druk van 4 tot 5 bar.

Het is dus interessant te bekijken in hoeverre de simulatie overeenkomt met de bestaande situatie bij ARCO, waarna deze resultaten gebruikt kunnen worden voor de beoordeling van de situatie waarin de kolom gevuld is met een pakking. Om tot deze resultaten te komen is de volgende lijn gevolgd, die in feite voortkomt uit de hierboven gestelde feiten.

In hoofdstuk 1 wordt de bestaande situatie bij ARCO

geïnventariseerd om zodoende tot de uitgangssituatie te komen voor de simulatie. De simulatie zelf wordt in hoofdstuk 2 opgezet. In dat hoofdstuk wordt stap voor stap naar het uiteindelijke simulatieschema toegewerkt. Aan het eind van hoofdstuk 2 worden de verschillen tussen de werkelijke en de berekende situatie besproken en worden oorzaken van de onvermijdelijke afwijkingen behandeld.

In het daarop volgende deel, hoofdstuk 3, worden de

resultaten van de simulatie gebruikt, om te kijken hoe de situatie wordt als de schotelkolom wordt omgebouwd tot een

gepakte kolom. In hoofdstuk 4 worden kort de fysische

verschillen tussen de schotel- en gepaktekolom besproken. Om te kunnen beoordelen wat de voor-en nadelen zijn van de

schotel- en de gepaktekolom moet er een kostenberekening worden gemaakt, hetgeen in hoofdstuk 5 gebeurt.

HOOFDSTUK 1 BESCHRIJVING VAN DE BESTAANDE SITUATIE

1.1 ARCO Chemica1 Company

ARCO Chemical is in 1966 gestart als 'operating division' van de Atlantic Richfield Company (ARCO) . Het is de loop der jaren uitgegroeid tot een internationaal bedrijf, bekend als

ARCO Chemical Company. Het heeft inmiddels in Europa (ARCO

Chemical Europe) meerdere vestigingen o.a. in Engeland

(Europees hoofdkantoor) , Spanje, Italië, Frankrijk,

Duitsland, en Nederland.

Het belangrijkste product is propyleen oxide. Dit wordt verwerkt en gebruikt voor het maken van flexibel en stijf polyuretaan foam, elastomeren, coatings en andere producten. Een waardevol coproduct is TBA dat gemengd met methanol OXINOL produceert. OXINOL kan gebruikt worden als vervanger van lood in benzine om het octaangehalte te verhogen. Andere co-producten zij n propyleenglycol en glycolether voornameI ij k

gebruikt als oplossers, verduurzamingsmiddelen, en

bevochtigers.

De vestiging in Nederland heeft zijn kantoor in Rotterdam en de productie, een PO/TBA plant, vindt plaats in de Botlek.

Een belangrij k onderdeel bij deze productie is de

deisobutanizer, het deel waar dit verslag over gaat.

1.2 Butanen

Butanen zijn in de natuur voorkomende koolwaterstoffen die afgescheiden worden bij gaswinning of raffinageprocessen. Ook kan het een product zijn dat vrijkomt bij het katalytisch kraken. Het begrip butaan omvat twee isomeren, normaalbutaan,

1D jf ₁ =~~afT.e n -Bu tane 2=t101Wt .3=Tct' i t ~=F'ct' i t 5=\'-'-=f' i t 58.1200 ;20=AcFact .2010 ;38=BPM ~25.16 :21=STnA .52660E-01:39= .00 :63=CpLD -.47131 .00 : 64=CpLE .4701_1: 37.47 254.579 6=Tboil 272.70 7= .00 8=SolPar 6.730 Q=VolCon 13.0000 10=Hvap 5352.000 11= .000 l:=Hform -30.150 13=HGibbs -4.100 14=CpA .777660E+01 15=CpB .423170E-01 16=CpC . 688380E-04 17=CpD -.115770E-06 lS=CpE .636200E-10 19=CpF -.123490E-13 :22=STnB : 23={mtA ; 24=AntE: :25=AntC ;26=DenA :27=DenB :28=DenC : 2'7'=DenD :30=VisA : 31 =' .... i sB : 32=D i po lI'1 :33=StielF : 34 = F' 0 1 at' F' ; 35=Eps/f:: : 36=110 1 D i a : 37=l·Ja t.snF . 123~,OE +01 : 40= 15.9986 ; 41=AF'I .00 110.60 2292.440 :42=3G(60/60) .584 -27.862 ;43=Zra .273 .11103E+Ol;44-59 UNIFAC .27881E+00;44/45

.,

"'- ft'om 1 .42518E+03;46/47 2 ft'ofT. 2 .28377E+00;48/49 <) _{ft' afT.} 0 265.8400 160.2000 .00 .000 .000 : 5,)/51 t c:'~ . C 7 I -J":: i -.J.~. :5~/55 ;56/57 :58/59 0 0 (I (> 0 ft'oIT. ft'ofT. fl"o fT. ft'om ft'om o (>

o

o

o

.00 :60=CpLA . 2906E+06 .000 ;61=CpLB -.3004E+04 13.510 ;ó2=CpLC . 1827E+02

JO #; 5 1 =1'J2rrte i -Bu tane

:'2=:1'10 HJ t

:::::=

T C t' i t Lj·=F'ct' i t 5='.Jct' i t 6=Tboil 7= 58. 1200 4t)8.13 3b.OO :55 .. ::'42 261.30 .00 6.730 ;::::O=AcFact : 21 =:3TnA :22=STnB : 2.3=An tA :24=AntB : 25=An tI: ;::::6=DenA . 185t) : 38=BF'r1 .00 .52165E-01;39= .00 . 12723E+01 ; 40= .00 15.8287 ;41=API 119.80 2150.230 :42=5G(60/60) .563 -27.623 :43=Zra .275 .10463E+Ol:44-59 UNIFAC

';i::'v'olCcJn 13.370(; :27=:DenB .27294.[+':>'):44/4·5 3 ft'om 1 10=Hvap 5090.000 ;28=DenC .40814E+03:46/47 1 from

11= .000 ;29=DenD .273uIE+OO;48/49 (; from

;65=HvA ;66=HvB :67=HvC ;68=HvD ;69=J ; 70=f::: ;71=L : 72=1'1 ;73=N ;74=0 : 75=F' :76=Q ;77=R ;78=S ;79=T :80~U .33431 • )-~ 1 77 -.75(lOI ./l·OOO: .0000001 .000000; .00000t)1 · (l(lt)!)t)O; .OOOI)O()! · ()()(lt)OOi · OO(H)Ot)1 .0(lt)(lt)OI .0000001 • ()(XlI) t) 0 1 · (lOOOOO[ .000(1I)(!1 :63=CpLD -.6633E-; 61J.=CpLE .7461[ -; 65=H'IA . ,3194E-;66=HvB .391ïE ; 67=H'IC .OOOOE-.; 68=HvD . t)t)(It)E· ; 69=,] .00000(lE-; 7t)=:f::: ;71=L ; 72=1'1 · (lt)Ot)(lt)E· .OOOOOOE-.00t)OUOE· .3C:'.51()(i : 50/51 () ft'orrr () : 73=H

13=HGlbbs -ij.990 ;31=Vis8 170.2000 :52/53 0 {rom

o

:74=0

14=CpA .747010E+01 :32::DipolM .10 :54/55 0 from I) ; 75=F'

15=CpB .262910E-Ol ;33=StielF .000 ;56/57 0 from o ;76=0

1. ,S=:C:pC 17=C:pG 1 :3::::Cp::': . 150ï70E-')3 -.252330E-06 . 157S80E-0',' -.355690E-13 Tabel 1.1 ; 34=F'o 1 at'F' ; 35=Eps/l< : 3,::,=t·l0 1 D i a ;37=WatsnF .000 .00 .000 1.3.820 :58/59 :60=C:pLA ;61=CpL8 :62=CpLC o ft'orT. 0 . 2287E+06 -.2851E+04 .2172E+02 : 77=F: ;78=5 ;79=T ;SO=U

Stof eigenschappen van isobutaan en normaal butaan

· (i(lt)t)t)('E~' • OOOO(j()E -.00(1)0(lE· .OOOOOOE-· t)t)t)OOOE,

.OOOOOOE-1.2.1 Fysische eigenschappen

In Tabel 1.1 staan de fysische eigenschappen van normaalbutaan eigenschappen en isobutaan . De butanen zijn specificaties vastgelegd door van de t van de Gas·

Processors Association. De butanen worden meestal met en zuiverheid van 95-99.5 mol% geproduceerd. Door middel van gaschromatografie wordt de aanwezigheid van butanen gemeten. Butanen zijn kleurloze, brandbare en niet giftige gassen die zwaarder zijn dan lucht.

1.2.2 Toepassingen

De belangrijkste industriële toepassingen van normaalbutaan zijn:

-thermisch kraken om ethyleen te produceren. -dehydrogenatie om butadiene te produceren.

-vloeistoffase oxidatie om azijnzuur te produceren. -isomerisatie om isobutaan te produceren.

De belangrij kste industriële toepassingen van isobutaan z 1J n:

-productie van propaan door een katalytische reactie met normaalbutaan.

-toevoeging van producten, gemaakt van isobutaan, aan benzine om zodoende het octaan getal van de brandstof te

verhogen.

1.2.3 Vervoer en economische aspecten

Butanen worden vervoerd door pijpleidingen, per tanker, p~r trein, per vrachtauto en in metalen flessen. Zo'n 65% van de butanen wordt geproduceerd in olieraffinaderijen, de andere 35% komt vrij bij de productie van aardgas. De prijs van de

JO 11 !! I ~Narr,e P"opan", 2aMolWt ~=Tcrit !i=Pcrit 'I !i . IJ9110 369.82 !il.9!i 5=Vcrit 200.830 'b=Tbol !"~':'231 :,0 7= .00 8=SoIPa,' 9=VolCon IC)~Hvap 11= 6.!i00 10.3500 !!!i87.000 .000 12=Hfo'-ffi 2.000 13=HGibbs -5.610 l!i=CpA . 77S2!!OE+OI 15=CpB .8q8810E-Q2 16=CpC .133020E-03 17=CpO -.202170E-06 18=CcE . 121090E-09 19=CpF -.265160E-13 :2(1=AcFact :21=5TnA : 22=STnEc 23·=AntA 24=AntB 25=AntC 26=OenA 27=OenB 28=OenC 29=0'?nO 30=VisA 31=Vis8 :.:;:=OipoIM 3':·=Sti elF :.!i=Pola,·P 35=Eps/l( 36=MoJOia 37=W-atsnF l~=c) :38=DPM t) :6::.=C[JLD :6Q=CpLE :65=HvA : 66=HvE< ;67=HvC .4962QE-Ol:39= 0 . 11920E+Ol:!i0= 0 15.7247 ;41=APJ 147. 0 1872.820 :42=5G(60/60) 08 -25.1(11 :q:=Z,-a . 13937E+Ol:!i!i-59 UNJFAC .277QQE+00;Q!i/!i5 2 from .36982E+03;!i6/!i7 from . 2870üE+OO;!i8/!i9 0 from 222.6700 :50/51 0 f"Offi 13~.ql)ûO :52/53 0 frOffi .276 ;68=H'Iu ;69=J : 71)=1'. 2 ; 71=L (.I : 7::=11 Ij ; 73=tJ o :ï4::0 • Ot) :5~/55 (I f,"olT. t) :7S=F' • OOt) :56/57 IJ fr·om 0 :76=0 .t)I:'t) :58/59 I) fr"om (I :77=R .01:1 :6IJ=CpLA .1:::E+I:.6 :73=5 .000 ;61=CpLB -.99Q:E+03 ;79='

l!i.710 ;62=CpLC .91)8IE+.)1 ;el)=1j

l!l 11 7 I=Name i-P",ntane 2~110 1 ~I t ::=Tc,' i t t;=Pc"i t 5=l .... cr .. i t 6=Tbo i 1

--

, -8=SalPar· 9=VolCon 72.1q60 !i60.39 33.66 30Q.8q6 301.00 .1)0 7.021 15.360c) lO=Hvap 5900.000 l!= .000 12=Hform -36.920 13=HGibbs -3.5l10 1!i=CpA . 79!i!iOOE+Ol 15=CpB .309990E-Ol 16=CpC .231770E-03 ~Z:'EI?D -. !i4901(IE-06 Tabel 1.2 2ü=AcFact 21=5TnA 22=5TnB 23=AntA 2Q=AntB 25=AntC 26=Oe..-.A 27=DenE< 28=De..-.C 29=De..-.0 30=VisA :::H=VisB :32=DipoJM : 3·3=5 tie lF ;3!i=Pola,'P : 35=Eps/t( .::20 ::8=BPM .00 :6:=CpLD .. 509'26E-1)1:-::'9= .1)1) :64=CpL=: . 12(178~ +01 : ql)= . (11) : 65::HvA 15.6:55 :141=AF'I 95.73 :o6=HvB :::A5.090 !~:=SG(ót)/6(1) .6:::-:' :67=HvC -40.21·3 :4:.=Z,'o .:7"2 :68::;;..HvO .96783E+00;4!i-59 UNIFAC ;69=J .28q:5E+O():qq/~5 .q6043E+03:46/~7 .30{)5eE+I)O:~8/q9 367.3=00 :50/51 191.5800 • 1 (> .000 .000 .00 :52/53 :514/55 :56/57 :58/59 ;60=CpLA - from f,"olT. ft·on. o fr"om e) f,"on. I) o (I fr' alT. IJ . o f"on, <) o f"on, 0 • 1 (18:E +(>6 : ie)=.: :71=L : 7~=r'l : 7:.=IJ ;7Q=0 : 75=F' ;76=Q :ï7=R ;76=5

De stofgegevens van propaan, neo-. iso- en normaalbutaan. -.. ::-,S~E· .'17.:.('.E .267:E-.~.855EJ -.861)(IE .6'36('E· • e)(JI)ej(Jt)E· • t)(II)<IC)e)E .. t)e)Üc)(J(lE· · I)(!'::I)I)(JE· • t)OOc)(II)E, · (U)C)(I(II:'E .. I)(H)(II)OE' • (1I)(:t)(u:-E' · I)I)(")(II)E' • e)e)I)(II)I)E' .. (.I (icJ i) (11) E -• I)(,(.(IC)('E· .1'::1':'1 • (",11.1':'1 · :'ï7('1 · .:·'75:' .1)1)(11:.( • (JI)(II:-1 • (11)()'.It)(.( · <")1)(:1)(" • (11)('(11)('( • (11)('(":")1 · t)c)(I(Jt)I)1 _ (11:11:1( .. :11)1 • Ü(lI)(II)(I( • (1(11)1)(11)1 • 1)(1I)c)(H)1 • (1(11)(11)1)( 10 ti 8 l=Narr,e n-Pentane 2=1101Wt 72.11_{161) ;2Ü=AcF~ct .2540: 8=8PM .00 :63=CpLD .1'18} 'IE • (11)1)1)(

3=Tcrit Q69.!i9 ;21=5TnA .52090E-Ol; 9= .00 ;6!i=CpLE !i=Pcrit 33.16 :22=5Tn8 . 121)54E+01: 1)= .Ût) !65=HvA

5=Vcrit 312.!i:8 ;23=AntA 15.9928 ;!il=API 92.8!i ; 66=H'IB

6=Tbo i 1 :.09.21)

7 = ' . Ol)

:214=AntB :55~.6(JI) :~2=SG(60/60) .67.1 :67=H'IC

8=50JPar 7.021 :25=AntC ;:6=DenA ; 27=Oer,E< ;=8=OenC ;29=DenO : 3(I=VisA :31=VisEt -36.253 ! 43=Z,.'a .86:.6(JE+OO;!i'l-59 UrHFAC .269 ;68=H"O ;69=J 9~VcrlCon 15.=7~j 10=Hváp 6160. (.(11) 1 1 = . (1)(. l==Hfot~n. -~5.1)1)() 1::-.=HGibbs -2. (cc)O l!i=CpA • 797680E+01 IS=CpE< . 763:80E-Ol 16=CpC -.7()=76t:IE-I)q 17=CpD . 261:181:II)E-':'6 18=CpE -. ;:·61851)E-·)9 19=CpF . 154:SI:'E-l: ; :·2=0 i po 111 ;33=StielF ; 3!i=Po! d"P ; 35=Eps /f~ ::::ó='·lolDia :37=WatsnF .269::'E+c)ü:l44/Lt5 . 46965E+I):::;:!i6/!i7 .28215E+1)0:!i8/!i9 ::;.13.6600 :5(1/51 182.4801)' : 52/5.: . .1)1) .000 .001) .I~I) • (II:II) 13.1}'41} :54/55 :56/57 ;58/59 ;60=CpLA ;61=CpLB : 62=CpLC 2 fr"om :: fr'onl o ft"oCi'1 I) ft"ofT, o ft·ofT. (I fr·ofT, o fr'om (J f,"on, I) Ij (I c) I) (l . 15i):E+I)6 -.117('E+()~ .IQQ9E+00

Ju rI 9 l=N~nle neo-F'entane

2=MOIWt :.=Tcrit 11=~'CI'l t 5='Jcr i t 6=Tboil ï= E=SolPal" 7:.1460 ;:0=AcFact . 1970 :38=8F~ . (11) .1)1) Q::::.76 ;:1=5TnA .!i7906E-Ol;39= ::·1.5ï 303.(1(;1) :82.61) .1)(1 7. (121 :=:=STn8 ;23=AntA ;:!i=AntB ;2S=AntC :2!:.=DenA

9=VolCon 1~.89(I() :=7=Den8

l':'=Hv~p 5~:'8.1)1)~:1 :=S=DenC

11 = .01)(1 : ='-?=D-:nD

l==Hfor·ffi -39.671) :~O=VisA 1:=~Glbbs -::;.6!i0 ;:I=VisE<

14=:~A .. ï91451)E+('1 ::'::=Oipolf1

15=CpE< .1!i0130E-02 ;33=StielF

Ib=CoC .Q!i9S:0E-03 :3~=PoJarP 17=CpO -.979350E-06 :35=Eps/K

IS=CpE .892140E-09 :36=MoJDia

19=CpF -.~ÜI)5ÛI)E-l~ :37=WatsnF .1=745E+I)1:ql)= .(11:' 15.7776 ;!il=AF'1 11)5_60 2::'04.'460 :~2=SG(6t)/6t) .597 -::-.0.69!i : 'I::;=Zra . :71:> .8'1202E+00;'I!i-59 UNIFAC . =6775E+I)t:,:4q/45 " f t·om .4:~78E+')~:q6/47 1 ft·OR. q .282::8E+OO;t;8/!i9 0 from 0 35S.Sql)O :50/51 196.:501} :5:/5~ '.I)I} :54/55 .000 :56/57 .1)1)1) :58/59 .00 .(JOO 13.390 ;60=CpLA ;61=CpLE< ;62=CpLC I) fr"on. o froffi o fr"on, I) fr-om o fr"om o Cl I) o o . 16.'!·OE +05 .5:::;-4E+03 .OOOOE+ü(J ; 71)=t~ ;71=L ; 72=11 ; i'3=~1 ;7l1=0 :ï5=F' :76=Q 77:;R 78=S 79=T 61)=1j : 6::·=C"LD :6Q=C"LE: ; 65=Hv"; : 66=H· ... 8 ;67=H"C ;68=Hvu ; 69=.) : /1)=.< :71=L : 7::=:'! ; 73=tJ ;7!i=0 :..75=F· ;76=Q :ïï=R :78=8 ;ï9=T : SI)=1j • 398~L .397'7 .0000: • (H)I)!): · (1<)<)001); .O(H)(I(U). • c)1)()(H)I); • (H)OO(U: •. .0C)t)t)c)(I: · (II)I}I)(,,:' .01)0(11)(.: · 1)(11)(11)(,: · (I(J(H)I)Oé · 1)1)(,1)1)(.: · c)1)1)C)1)I)E · (11)1)(11:":' .. • C)I)t)<JE • O(II)(I~ · .:'4ü6é .38: l! • (lt)ljl)E. · (1t)t)I)F. · O')OOO('E · (1I)(II)I)c:'E · ~)(lc)O(JI)S. · (11)(;(11)1:'[ .OOI)t)I)I)E • 1)(11)1)1)1:.[: • c)(JI}I)I)I)E • I)I)I)(H).)I::. · Oc)OljljOE • 0(11)(101)( · OOI)t)I)ÎJE' .1)1)(1I)1)I:'f '

At; UA

DIB

[OLU~lN 36/36

R:D =3.3:;3 3.496 IIC4 = 1.07 OVHD SYSTËEM

ZIE DET 1 COMP: DET ::: RIF =1.738 2.165 STM/F =:l4.e:l 44. 14 KGIT OllTUER f> IIC4

-73. 56 FF 108 -0.3A ;:·]f<'il

...

,

TOTA':'L BALAflS 1. 00 tiC'! EALArlS 0.9:; D-2270 BYPASS FDP 203 ~FF 206 0.21 ,. -1C4_18.3 + 8:5 27.8 JUT --=:I~. 2 +:S3 71.5 47 -MC4-A2.22 83.3 FF 210 3? 27 _ ... (~S :;, llEICJ j12. Y i"l''fC,· ... _: CEX!D ...----1FP 211 15

1

31 201. 3 33 41 42 43 43 31.1 INII~ND. 176.6 REFLUX r-_-,E-2272 69.3 t---FL 202 17.

!:':!

r

U -, • • t ~ 3.92 ~~70J 11 51 r-; i 1FP 210l i 3.71 i i . i I ~-'----<. FF 2b '38.5 ~ FX 20?

fMiM

S8.7 FL 204 F-2272 El:ltAl :>6. C-2272 A B FPD212 t--~I!I - . 07?

14; 1:l; 46 022'0 INL. TEMP OUTPUT FINL ELM OPENED

MTUM: 11122/88 TIJD: 1<1: 18: IS

60.2

NI'IAR

F-3232

f OPEr< .ON AIR ~ FAILURE l' CLOSE 0// AIR ~ FA ILURE FF 205 "3? 4 NAAR F-2270 j

butanen varieert sterk, afhankelijk van de sterk wisselende verschil tussen vraag en aanbod. De prijs van butaan ligt meestal tussen de $10 en $40 per ton, waarbij valt op te merken dat de prijs van isobutaan meestal hoger ligt dan die van normaalbutaan.

1.3 De deisobutanizer

De kolom die bij ARCO staat is een deisobutanizer. Dat wil zeggen dat de voornaamste werking van de kolom het afschei-den van isobutaan is.

De kolom ziet eruit als in Figuur 1.1. Hij bestaat uit drie voedingen, een zij stroom, een sidereboiler, een condensorsys-teem, een reboiler en heeft 96 schotels. De invoer bestaat uit een mengsel van propaan, isobutaan, normaalbutaan, neopentaan, isopentaan en normaalpentaan. De stofgegevens van propaan, neo-, iso- en normaalpentaan zijn weergegeven in Tabel 1.2. De uitvoer bestaat uit een topproduct, met niet meer dan 1% normaalbutaan, een zij stroom en een bodemproduct. De sidereboiler wordt door het condensorsysteem van energie voorzien.

De in het verslag aangenomen schotelnummering vindt, in tegenstelling tot ARCO, van boven naar beneden plaats. Dit in verband met de computersimulatie met CHEMCAD. Schotel 1 is dus de bovenste schotel.

In de volgende paragraven zijn de gegevens, die van ARCO verkregen zijn, verwerkt en wordt de werking van de kolom beschreven.

1.3.1 De invoer

De invoer van de componenten gebeurt via drie voedingen. De eerste voeding, A, bevindt zich op schotel 11, het bevat commercial isobutane. De tweede voeding, B, kan variëren

afhankelijk van het aanbod van componenten tussen de 43e en

e ~ •

49 schotel, de aanvoer komt van de reactor dle wordt gevoed door de zij stroom. De derde voeding, C, varieert tussen de

57e en 67e schotel. De samenstelling en toestand van de drie

voedingen zijn te in vinden Tabel 1.3. De samenstelling van de invoer zal niet altijd goed overeenkomen met de samenstel-ling op de schotel waar de voeding binnenkomt. Dit vanwege het fluctuerende aanbod van de invoer. Ook de vloeistof/damp verhouding is niet ideaal. De tweede en derde feed bestaan bijvoorbeeld alleen uit hete damp.

1.3.2 De zij stroom

De zij stroom gaat op schotel 83 naar buiten en wordt als damp afgetapt. De samenstelling en toestand is weergegeven in Tabel 1.3. De zijstroom verdwijnt naar een reactor.

1.3.3 De kolom

De kolom is op te splitsen in twee delen. Het bovenste deel van de kolom is op te vatten als een aparte kolom die voor de feitelijke scheiding van de isobutaan zorgt. Dit deel bevindt zich in de bovenste 86 schotels. Het onderste deel van de kolom verwij dert een groot deel van de zwaardere componenten, de pentanen. Het bestaat uit 10 schotels.

Het bovenste deel:

In het bovenste deel bevinden zich alle voedingen. De

sidereboiler bevindt zich op schotel 86. Het product van dit deel, het topproduct, mag uit niet meer dan 1% normaalbutaan

bestaan. Verder bevat het topproduct nog wat propaan~ Meer exacte gegevens hi~rover zijn te vinden in Tabel 1.3.

schotel druk(bar) temp(OC) C3 iC4 nC4 iC5 nC5 neoC5 Totaal Tabel 1.3

voeding voeding voeding top- zij-

bodem-A B C produkt produkt produkt

11 43 67 83 4 4.3 4.6

. .

. .

..

28.8 71.7 83.6

. .

..

. .

massastromen in Kmol/hr 0.432 2.091 0.95 3.473 0 0 342.706 551.337 272.36 983.788 182.615 0 6.862 366.086 381.69 7.33 746.708 0.6 0 9.028 0 0 6.264 2.764 0 9.222 0 0 2.595 6.627 0 2.236 0 0 1. 818 0.418 350 940 655 994.591 940.000 10.4

De bekende en de geschatte gegevens van de massabalans.

De reflux die boven wordt teruggevoerd bestaat voor circa 15% uit damp. Dit deel verdwijnt dus boven in de kolom meteen weer het warmtepomp systeem in. Dit om de hoeveelheid damp in

het warmtepompsysteem te vergroten zodat er bij de

sidereboiler genoeg warmte kan worden afgestaan. De

refluxverhouding bedraagt circa 3,5.

De dimensionering is als volgt:

- Diameter

=

4,50 m

- Totaal aantal schotels

=

96

- Schotelafstand

=

0,61 m

- Double pass

Het onderste deel:

Het belangrijkste effect van het onderste deel van de kolom is de afscheiding van de pentanen. Deze worden namelijk voor een groot deel als bodemproduct afgevoerd. De afmetingen

verschillen van het bovenste gedeelte en de door ons

geschatte waarden zijn hieronder weergegeven.

- Diameter

=

3,40 m

- Totaal aantal schotels = 10

- Schotelafstand

=

0.61 m

- Single pass

De gegevens over het temperatuurverloop in de kolom zijn weergegeven in Figuur 1.2.

1.3.4 De sidereboiler

De sidereboiler maakt deel uit van een warmtepompsysteem, wat later nog besproken wordt. Het vermogen van deze reboiler bedraagt zo een 20 MW.

KNOP 4/2

_{D I B}

PAG 1 UAN 4

COLUMN OUH

MASK 51 DFE 51 C-2270 LOOP:DET 2 <4/3) COMP RATIO 2.352 Ol/HJ 2.21 IJAII D-2270 FT 301 32.7 9F~ 8 ~1.4r 77.4 . 8989 RPM C-2270 E-2272 ~----~~---+---16-9:51 FF :205' FL 202 FP 302 8.33

~

2.8

1-

U

_"1

_{FLOW BY} ! lDIFF : 33. 8 :FH303 FP 304i~

1""5· .. 9;':

jEJI

U3 DATUM: 11>22/88 TIJD: 14: 23: 44 44. 1 ACTUELE 42.6 ZUIGDRUK 2.500 ACTUELE ZUIGFLOW M3/SEC. 8.36 ·0 17. 1 FF 307 ACTUELE DELTA P C-2270 F-2278 Figuur 1.3 I

:

....

_

.. _l

106.9? H E 31.2 F-2270 ~~r--J AFLOOP-TEI1P 40. 1 F-2274 Het warmtepompsysteem. 5.82 F-2274 FF 30:5 59.9 ~

···l

_'( ~

.... :

_!. FL 304 i ! 49.5 i !

~!r-L

0-;2273 A B ...

1.3.5 De reboiler

Deze heeft een capaciteit van circa 3.5 MW. Hij maakt gebruik

van lage drukstoom. Gegevens hierover zijn te vinden in

Bijlage

1.

1.3.6 De condensor

De condensor maakt deel uit van een groot warmtepompsysteem

en wordt dan ook daarin verder besproken.

1.3.7 Het warmtepompsysteem

De opbouw van het warmtepompsysteem is te zien in Figuur 1.3.

Het bestaat uit de volgende onderdelen:

- 3 flashes

- 1 luchtkoeler

- 1 sidereboiler

- 1 compressor

- 1 voorraadvat

- meerdere kleppen en verdelers

Beschrijving van de werking van het systeem:

Het warmtepompsysteem is een uitgebalanceerd geheel wat

voornamelijk met de onderste reboiler en de luchtkoeler

geregeld kan worden. Het werkt als volgt:

Als de damp de kolom uitkomt en het warmtepompsysteem ingaat

wordt er in een flash voor gezorgd dat het gas wat de flash

verlaat wat oververhit is en er zodoende geen druppels in de

compressor komen. De afgegeven arbeid van de compressor

bedraagt circa 3,5 HW, zie Bijlage 2. De compressor verhoogt de druk van de damp tot iets meer dan 9 bar. Hierdoor wordt de temperatuur van de damp verhoogt tot circa 69

oe.

Waardoor het drijvend temperatuurverschil bij de sidereboiler groot genoeg is.

Als echter alleen de hoeveelheid reflux die als vloeistof de kolom ingaat hiervoor gebruikt zou worden zou er een tekort aan warmte zijn bij de sidereboiler. Door ervoor te zorgen dat de reflux groter wordt en dat er tegelijkertijd een evenredig deel van de reflux meer flasht in de kolom, blijft de refluxvloeistof die de kolom ingaat even groot terwijl de damp die de kolom boven verlaat en het warmtepomp systeem ingaat groter wordt. Hierdoor neemt de hoeveelheid damp in het warmtepompsysteem toe en komt er een aanzienlijke hoeveelheid (circa 15%) extra warmte vrij bij de sidereboiler. Dit houdt overigens ook in dat de compressor wat harder moet werken omdat hij meer damp te verwerken krijgt. Dit verlies weegt niet op tegen de winst die je hiermee maakt. Ook de oververhitte voedingen zorgen voor extra warmte in de kolom. In de sidereboiler condenseert dan de damp uit het warmtepompsysteem en verdampt de vloeistof van de kolom. Na de sidereboiler wordt de inmiddels vloeistof geworden stroom in een flash geleid. Deze zorgt er tevens voor dat de druk verlaagt wordt naar ca. 6 bar. Een deel zal dan flashen en via de luchtkoeler weer als vloeistof terug in het flashvat komen. Hiermee wordt er voor gezorgd dat de uiteindelijke reflux de goede hoeveelheid damp krijgt. De vloeistof die onder uit de flash komt wordt verdeeld in de reflux en het uiteindelijke topproduct.

De hoeveelheid warmte die nodig is voor de sidereboiler kan dus geregeld worden door de afstelling van de verdeler na de compressor. Door bijvoorbeeld een grotere of kleinere hoeveelheid naar de luchtkoeler te sturen. Of door de onderste reboiler aan te passen.

1.3.8 De energiebalans

De energiebalans is uitgewerkt in de volgende Tabel. Hierbij dient echter wel te worden opgemerkt dat de energie van de voedingen eigenlijk de enthalpieën van de desbetreffende stromen zijn. In de energiebalans waar het uiteindelijk om de verschillen gaat is het handhaven van deze relatieve waarden geoorloofd.

ingevoerde energie uitgebrachte energie

MW MW

compressor 3.5 topproduct 3.4

reboiler 3.5 bodemproduct 0.05

voeding zij stroom 8.35

A 1 luchtkoeler

+ verliezen 11.7

B 9

C 6.5

HOOFDSTUK 2 SIMULATIE VAN DE BESTAANDE KOLOM MET CHEMCAD

2.1 Het doel van de simulatie

Het doel van de simulatie van de bestaande kolom is

tweeledig. Ten eerste is het interessant te weten in hoeverre CHEMCAD in staat is een ingewikkelde destillatiekolom voor normaalbutaan en isobutaan met warmtekoppeling te simuleren. Bij het kiezen van de juiste thermodynamische opties wordt de kolom zo nauwkeurig mogelijk gesimuleerd.

Ten tweede, als blijkt dat de simulatie redelijk klopt, dan is deze te gebruiken om veranderingen aan het systeem te bekijken. Het is dan bijvoorbeeld mogelijk om voor een gepakte kolom verschillende situaties door te rekenen en deze aan de hand van de resultaten te beoordelen.

2.2 Verschillen tussen werkelijkheid en simulatie

CHEMCAD berekent massa- en energiebalansen volgens een

bepaald model. De oorzaak van de verschillen tussen

werkelijkheid en simulatie zijn te verdelen in drie groepen.

2.2.1 groep 1 groep 2 groep 3 stofgegevens thermodynamische modellen eigen aannames stofgegevens

CHEMCAD bezit een uitgebreidde databank, waarin stofgegevens staan opgeslagen. De gegevens, die in deze lij st staan opgeslagen voorzien de thermodynamische modellen van de nOdige constanten.

De stofconstanten zijn afkomstig van vele verschillende metingen, maar het is in te zien dat de constanten een

beperkte nauwkeurigheid hebben. In dezelfde databank heeft

CHEMCAD ook relatie-coèfficienten opgeslagen, om de invloed van verschillende verschillende stoffen op elkaar aan te geven. Aangezien er zeer veel combinaties van mengsels zijn, is het te verwachten dat ook hier een kleine fout ontstaat.

2.2.2 Thermodynamische modellen

Het berekenen van evenwichten, op een schotel in een

destillatiekolom of in een flashvat , gebeurt volgens een

model, waarin evenwichtsconstanten een belangrijke rol

spelen. Het berekenen van deze constanten geschiedt volgens

een thermodynamisch model dat uitgaat van bepaalde

constantes. Ieder thermodynamisch model heeft zijn

afwijkingen ten opzichte van de werkelijkheid, die in zijn werkgebied het kleinst zijn. Als het evenwicht evenwicht berekend is, is er een massabalans op te stellen en is, volgens een ander thermodynamisch model de enthalpie van het mengsel te berekenen.

uit het bovenstaande blijkt het belang van een keuze van een

geschikt thermodynamisch model. Volgens Literatuur (1)

voldoen de thermodynamische opties van Soave-Redlich-Kwong (S.R.K.) en Peng-Robinson (P.R.) voor koolwaterstofmengsels het best. Deze twee opties worden vergeleken voor een losse kolom.

2.2.3 Eigen aannames

Bij het omzetten van een bestaand processchema naar een simulatie-flowsheet, worden een aantal zaken verwaarloosd. Zo worden de warmteverliezen in de kolom, warmtewisselaars en de leidingennet niet meegenomen in de simulatie. Hoe groot deze warmteverliezen zijn is

bekend dat de refluxleiding, loopt, niet geïsoleerd is.

moeilijk te zeggen, wel is die langs de kolom om hoog

Specif ica tie Uitgangssituatie kolom Kolom: aantal schotels 97 schotel voeding A 11 schotel voeding B 43 schotel voeding C 67 condensor druk 3.90 p over de kolom 0.90 schotelefficiency 0.80 Topproduct: Temperatuur (0 C) -Druk (bar) -Enthalpie (NJ/h) -Dampfractie -kmol/h kg/h mol% propaan 3.473 - 0.4 i-butaan 983.788 - 98.8 n-butaan 7.33

-

0.8 totaal 994.591 57841 100 Reflux: op schotel 1 massastroom kmol/h -}:g /h 195257 dampfractie 0.15 refluxverhouding 3.5 Zijproduct: van schotel 83 Temperatuur (0 C) -Dru}; (bar)

-Enthalpie (HJ/hl -Dampfractie 1 kmol/h kg/h mol% i-butaan 182.615 - 19.4 n-butaan 746.708

-

79.4 i-pentaan 6.264

-

0.7 n-pentaan 2.595

-

0.3 neo-pentaan 1. 818 - 0.2 totaal 940.0

-

100

Aftap zijreboiler kolom uit 85 kolom in. 85

Temperatuur (0 C) -

-Druk (bar) - .

-Enthalpie (HJ/h) - -Dampfractie 0 1 massastroom kmol/h - -};g /h

-

2.3 opzet van de simulatie van de bestaande kolom

In hoofdstuk 1 is het bestaande systeem, de destillatiekolom en het warrntekoppelingsysteem behandeld. Deze situatie, die als gemiddelde voor de periode januari 1988 tót~oktober 1989 geldt, wordt als uitgangspunt voor de simulatie gekozen. In Tabel 2.1 staan de uitgangsgegevens voor de simulatie overzichtelijk bij elkaar. Aan het eind van deze paragraaf zal een zelfde soort tabel voor de resulten van de simulatie gemaakt worden. Bij de bespreking van de resultaten kunnen dan de twee tabellen, die van de bestaande en die van de gesimuleerde situatie, naast elkaar worden gelegd.

Bodemproduct: Temperatuur (0 C) 80.0 Druk (bar) 4.80 Enthalpie (j.!J/h) 115 Dampfractie 0 kmol/h kg/h rnol% i-butaan - - -n-butaan 0.6

-

5.8 i-pentaan 2.764

-

26.6 n-pentaan 6.627

-

63.6 neo-pentaan 0.418

-

4.0 totaal 10.409

-

100 Condensorvermogen Inl

-Zijreboilerver~ogen 1'11,.1 20.4 Reboilerverrnogen M1,.I 3.5

Specificatie Voeding A Voeding B Voeding C I I Temperatuur (0 C) 28.3 71.7 83.6 I Druk (bar) 4.0 4.3 4.6 Enthalpie (HJ/h) 3516 32379 23537 Dampfractie 0 1 1

Jonol/h kg/h mol% l:mol/h kg/tl ITlol% kmol/h kg/h mol%

propaan 0.432 19.0 0.1 2.091 92.2 0.2 0.95 41.9 0.1 i-butaan 342.706 19918.1 97.9 551.337 32043.7 58.7 272.36 15829.6 41.6 n-butaan 6.862 398.8 2.0 366.086 21276.8 38.9 381.69 22183.8 58.3 I i-pentaan

-

-

-

9.222 665.3 1.0 -

-

-n-pentaan

-

- - 9.028 651.3 1.0 - - -neo-pentaan - - - 2.236 161.3 0.2 - - -~. totaal 350.0 20335.9 100 940.0 54890.8 100 655.0 38055.3 100 - - - - _._ - -

-Tabel 2.1 _{Specificatie van het bestaande circuit}

Specificatie Uitgangssituatie zij circui t Apparaten

~

Flashvat A druk = 3.4 bar

Compressor p=9.3 bar

I

Ptl\=

-

MW Pwer= 3.5 MW

Verdeler A 13-)14= - 113 -)15=

-

13-)16=

-WarmteYTisselaar wordt niet gebruikt

Zijreboiler Tult=51°C

I

TdrlJv.= 6 °C

1

Q= 20.4 !1W

Kleppen A-) p= - _{IB-) p=} - _{IC-) p= -} D-) p=

-Luchtkoeler Tult= - 0 C 1 Tct,olJv.= - 0 C 1

Q= 0 MW Flashva t B temperatuur: = A5.67 °C

Verdeler B 25 - ) 26 ₌

-1 25 - ) 27 =

-Flashvat C druk = - bar

Stromen T 0 C p bar H MJ/h df kmol/h

stroom 6 29.8 3.90 - ₁ -stroom 11

-

3.4

-

1

-stroom 13

-

9.3 - 1

-stroom 14

-

9.3

-

1 4057.5 stroom 15

-

- - 1 0 stroom 16 - 9.3 - ₁

-stroom 18 57.4 9.3 - - 4057.5 stroom 22

-

-

-

0 -stroom 24 45.7 6.2

-

1

-stroom 25 45.7 6.2 - 0 4363.8 stroom 1 30.4 3.9 - 0.15 3367 stroom 29 -

-

- 1

-stroom 30 - -

-

-

997.3

kolA tpro fd A fd 8 fd C }----~L--__'I b pro kolB _tpra

~

_{fd B} fd C spro ~--~~~--,bpro kole _tpro fd A J] ~ étlllJ ~-,-I _ _ , f d C ttl..!) :ol fd A fd 8 fd C:>

&

"F---{---= sreb r----~~--_.bpro te on <I }---:5~--____. b pro

tpro

Het simuleren van een ingewikkeld flowsheet met CHEMCAD is

. niet:- eenvoudig. CHEMCAD rekent, zoals vrijwel ieder simulatie

programma, volgens een iteratief proces en gaat hierbij uit van bepaalde startwaarden. Als deze startwaarden niet bekend zijn, kiest CHEMCAD zelf zijn uitgangswaarden. Voor een

eenvo~dig probleem is dit niet zo erg, omdat na de eerste berekening de gemaakte fout gemakkelijk gecorrigeerd kan worden. Na een aantal iteratiestappen is de juiste uitkomst berekend. Het wordt anders als de eerste aanname te ver van de oplossing ligt. CHEMCAD probeert dan de oplossing aan te passen, maar weet in feite niet welke kant hij opmoet, zodat de berekening vrijwel altijd divergeert. De berekening van het systeem dat bij ARCO staat vraagt om startwaarden die erg dichtbij de oplossing liggen. Om tot die beginwaarden te komen is het nodig het proces schema stap voor stap op te bouwen.

De simulatie-opbouw van het bestaande flowsheet is verlopen in drie hoofdstappen. Iedere hoofdstap is weer onderverdeeld

in een aantal stappen. Al deze stappen zullen worden

besproken en in overzichtelijke tabel worden gepresenteerd. Ook is er van iedere stap een tekening gemaakt, waarin voor ieder stroom de druk en de temperatuur is afgedrukt.

Hoofdstappen in de simulatie

I simulatie van de losse destillatiekolom

II simulatie van het zijcircuit

III simulatie van het totale systeem

Deze hoofdstappen zijn weer onderverdeeld in kleinere

o

L-D..

-W

<!

TI

4-en

u

TI TI 4-

4-o

L-0.. .0 rex: E 0 r-f 0 t:<:: N N H ::l ::l cr. ·rl tI..

2.4 Hoofdstap I simulatie van de destillatiekolom

De simulatie van de losse destillatiekolom is in vier stappen verlopen:

A Een kolom met drie voedingen, een topproduct

en een bodemproduct.

B Een kolom met drie voedingen, een topproduct,

een zijproduct en een bodemproduct.

C Een kolom met drie voedingen, een topproduct,

een zijproduct, een zijreboiler en een

bodemproduct.

D Een kolom met drie voedingen, een losse

condensor, een topproduct, een zijproduct, een zijreboiler en een bodemproduct.

In Figuur 2.1 staan deze vier simulatiestappen in een tekening. De uitgebreidde resultaten van de hieropvolgende simulaties staan in Bijlage 3.

2.4.1 stap A (3 feeds-topproduct-bottomproduct)

In Figuur 2.2 staat het proces schema van stap A, in Tabel 2.2 de belangrij kste gegevens. In hoofdstuk 1 is naar voren gekomen dat de kolom in feite is opgebouwd uit een iso- en normaalbutaan scheiding en nog een kleine kolom om de pentanen af te scheiden. stap A is genomen om een indruk te krijgen van de heersende waarden bij zo' n scheiding. De schotel efficiency is bij deze simulatie 1 genomen, iets wat in stap C veranderd wordt. In deze versie is duidelijk te zien dat er een groot verschil bestaat tussen het vermogen van de reboiler en de condensor. Dit komt omdat de twee van de drie voedingen als damp de kolom binnen komen en het

top-en bodemproduct de kolom als vloeistof verlaten. De

belangrijkste eis voor de kolom is in feite de zuiverheid van

het topproduct, deze moet 98.8 % isobutaan bevatten, waarbij

de concentratie normaalbutaan kleiner blijft dan 1%. uit de tabel is af te lezen dat de reflux tussen de 3 en 4 ligt.

Specificatie Arcoka Kolom: aantal schotels 98 schotel voeding A 12 schotel voeding B 44 schotel voeding C 68 condensor druk 3.90 pover de kolom 0.90 schotelefficiency 1 Topproduct: Temperatuur (0 Cl 28.6 Druk (bar) 3.90 Enthalpie (HJ/h) 11208 Dampfractie 0 kmol/h kg/h molt propaan 3.47 153.1 0.3 i-butaan 1104.14 64172.6 98.8 n-butaan 9.94 577.6 0.9 totaal 1117.55 64903.3 100 Reflux: op schotel 2 massastroom }:mol/h 4272.0 kg/h 248102 dampfractie 0 refluxverhouding 3.82 Zijproduct: van schotel

-Temperatuur (0 Cl -Druk (bar l -Enthalpie (HJ/h) -Dampfractie -kmol/h kg/h molt i-butaan - - -n-butaan - -

-i-pentaan

-

- -n-pentaan

-

-

-neo-pentaan -

-

-totaal -

-

-Aftap zijreboiler kolom uit - kolom in

-Temperatuur (0 C) - -Druk (bar)

-

-Enthalpie (MJ/h) - -Dampfractie - -massastroom kmol/h - -kg/h

-

Bodemproduct: Temperatuur (0 C) t 48.0 Druk (bar) 4.80 Enthalpie (HJ /h) 10350 Dampfractie 0 kmol/h kg/h mol% i-butaan 62.26 3618.5 7.5 n-butaan 744.70 43282.0 90.0 i-pentaan 9.22 655.3 1.1 n-pentaan 9.03 651. 3 1.1 neo-pentaan 2.24 161. 3 0.3 totaal 827.45 48378.4 100 Condensorvermogen 11'i -28.83 Zijreboilervermogen l1U -Reboilervermogen HW 18.31

en

r l

o

:::L. <I: "'0

4-en

TI

4-o

c....

0. U) U TI

4-o

c....

0. ..0 a:l ~ 0 r-l 0 ::.:: rï

.

.

hl H ;:l ;:l Ol • r-i tx.

2.4.2 stap B (3 feeds, topproduct, sideproduct en bottomproduct)

stap B (Figuur 2.3 en Tabel 2.3) is genomen om te bekijken

t

wat de aftap aan de zijkant van de kolom moest zijn om het gewenste bodemproduct te krijgen. uit de massabalans was op te maken hoe groot deze aftap moest zijn, waarbij er op gelet moest worden dat de zij stroom als voeding voor het isomerisatie proces dient. Het product hiervan wordt teruggevoerd als voeding B. Om echter het programma te laten convergeren was het nodig hier enkele tussen stappen te maken. Bijna alle normaalbutaan wordt aan de zijkant afgetapt. Deze kolom werkt, net zo als die in stap A bij een condensordruk van 3.9 bar en een drukverschil over de kolom van 0.9 bar.

Specificatie Kolom: aantal schotels schotel voeding A schotel voeding B schotel voeding

e

condensor druk p over de kolom schotelefficiency Topproduct: Temperatuur Druk Enthalpie Dampfractie propaan i-butaan n-butaan totaal Reflux: (0 e) (bar) (MJ/h) op schotel massastroom kmol/h kg/h dampfractie refluzverhouding Zijproduct: van schotel Temperatuur (oe) Druk (bar) Enthalpie (MJ/h) Dampfractie i-butaan n-butaan i-pentaan n-pentaan neo-pentaan totaal Aftap zijreboiler Temperatuur (oe) Druk (bar) Enthalpie (I1J/h) Dampfractie massastroom kmol/h kg/h Arcokb 98 12 44 68 3.90 ~ _0.90 1 28.6 3.90 9866 0 kmol/h kg/h mol% 3.47 153.1 0.4 972.28 56508.6 98.8 8.34 484.5 0.8 984.09 57146.2 100 2 3408.0 197903 0 3.46 84 45.4 4.67 29989 1 kmol/h kg/h mol% 194.11 11281.6 20.6 741.38 43088.9 78.9 1. 69 122.1 0.2 1.15 82.7 0.1 1. 67 120.9 0.2 940.0 54696.2 100

kolom uit - kolom in

--

--

-- -" . -

--

--

Bodemproduct: Temperatuur (0 C) _73.5 Druk (bar) 4.80 Enthalpie (J1J fh) 340 Dampfractie 0 kmolfh kg/h mol% i-butaan -

-

-n-butaan 4.92 286.2 23.6 i-pentaan 7.53 543.2 36.0 n-pentaan 7.88 568.7 37.7 neo-pentaan 0.56 40.4 2.7 totaal 20.89 1438.6 100 Condensorvermogen HW -23.49 Zijreboilervermogen 11',.1

-Reboilervermogen !-!W 18.15

o

L-a.

~ U r l

o

.:Y.

«

TI '+-DJ TI

4-o

L-D. UJ .0 Q)

L-U) U TI

4-o

L-a.

.0 U E 0 r-i 0 , _... ... c::l' C\l i-l ::1 ::1 Ol ·rl ~

2.4.3 stap C (3 feeds, topproduct, sideproduct, sidereboiler, bottomproduct)

In deze stap wordt de losse kolom, zoals die bij Arco staat geprobeerd te simuleren. In Figuur 2.4 en Tabel 2.4 zijn de resultaten af te lezen. Hierbij valt op dat de schotel eff iciency op 0.8 is gesteld. Deze efficiency heeft de opgegeven waarde van Arco. Hierbij moet er op gelet worden dat dit een totale efficiency is die in dit geval de zelfde waarde heeft als de schotelefficiency. Bij het simuleren van deze stap was het moeilijk de sidereboiler de functie van de reboiler over te laten nemen. Om tot de, in de simulatie maximale waarde voor de aftap naar de sidereboiler te komen was het nodig de simulatie langzaam op te bouwen door steeds ~aar 50 tot 100 krool. meer af te tappen. CHEMCAD heeft voor de berekening van "aen ingewikkelde kolom goede startwaarden nodig. Deze startwaarden kwamen voort uit de stappen A en B. Echter als een te grote hoeveelheid naar de sidereboiler werd afgetapt, was CHEMCAD niet in staat de berekening uit te voeren. De aftap is uiteindelijk op 3350 Kmol gekomen. Het overgedragen vermogen in de sidereboiler is op ongeveer 19 MW uitgekomen.

Omdat stap C in feite de bestaande kolom is, is nu het

mogelijk een aantal zaken te gaan vergelijken. Bij de

simulatie moet men een keuze maken tussen een aantal

thermodynamische opties. uit de literatuur bleek dat de Soave-Redlich-Kwong en de Peng-Robinson opties de beste resultaten zouden geven. De versies A tlm C zijn berekend met

de SRK optie. In Bijlage 3 is te zien dat de PR optie kleine

verschillen heeft ten opzichte van de SRK optie. Omdat tijdens de simulatie van het zij circuit bleek dat de SRK optie beter voldeed, zijn de berekeningen verder uitgevoerd met de SRK optie.

De voedingen van de destillatiekolom komen op een opgegeven schotel binnen. Uitgaande van stap C is nu na te gaan wat de

Specificatie Kolom: aantal schotels schotel voeding A schotel voeding B schotel voeding C condensor druk p over de kolom schotelefficiency Topproduct: Temperatuur Druk Enthalpie Dampfractie propaan i-butaan n-butaan totaal Reflux: (0 C) (bar) ntJ/h) op schotel massastroom kmol/h kg/h dampfractie refluxverhouding Zijproduct: van schotel Temperatuur (oC) Druk (bar) Enthalpie (liJ /h) D~mpfractie i-butaan n-butaan i-pentaan n-pentaan neo-pentaan totaal Aftap zijreboiler Temperatuur (oC) Druk (bar) Entha~pie (HJ/h) Dampfractie massastroom kmol/h kg/h Arcokc 98 12 44 68 3.90 0.90 0.80 28.6 3.90 10005 0 kmol/h }~g/h mol% 3.47 153.1 0.3 985.95 57304.2 98.8 8.50 494.2 0.9 997.94 57951. 5 100 2 3703.6 215072 0 3.71 84 45.8 4.67 30066 1 kmol/h kg/h mol% 181. 00 10519.6 19.3 747.04 43417.7 79.5 5.83 420.7 0.6 3.95 284.7 0.4 2.18 157.8 0.2 940.0 54800.5 100 kolom uit 86 kolom in 86

48.4 4.69 41895

o

3350 198749 52.0 4.69 110579 1 3350 198749

Bodemproduct: Temperatuur (0 C) 80.8 Druk (bar) 4.80 Enthalpie (l1J/h) 124 Dampfractie 0 kmol/h kg/h mol% i-butaan

-

- -n-butaan 0.73 42.5 10.3 i-pentaan 2.54 183.3 36.0 n-pentaa!1 3.74 269.5 53.0 neo-pentaan 0.05 3.3 0.7 totaal 7.06 498.6 100 Condensorvermogen ~!W -25.15 Zijreboilervermogen

:-nl

19.08 Reboilervermogen }!W 0.72

fd A

fd

·

B

fd C

Figuur 2.5 Kolom D

tcon

11

tpro

dvdr

sprq

I 1 l=

b==p==r ==0

~

heeft de mogelijkheid de twee onderste voedingen te verplaatsen. In Bijlage 3 is te zien dat de uitgangssituatie de beste resultaten geeft, hetgeen te zien is door de refluxverhoudingen te vergelijken. De berekende situatie in stap C zal dus als uitgangssituatie worden genomen voor de berekening van het totale circuit.

2.4.4 stap 0 (3 feeds, condensor, topproduct, sideproduct,

sidereboiler, bottomproduct)

In Figuur 2.5 en Tabel 2.5 is te zien wat er bij stap D gebeurt. Om het kolomschema en het zijcircuit aan elkaar te koppelen is het nOdig de kolom te laten draaien met een losse condensor. CHEMCAD heeft in zijn programma voor de berekening van een destillatiekolom een condensor zitten die zelf zijn reflux instelt. Op het moment dat de condensor wordt uitgeschakeld moet de refluxverhouding dus al bekend zijn, zodat een vast ingestelde verdeler en een losse condensor de functie van die ingebouwde condensor over kunnen nemen. stap D is genomen om deze situatie te simuleren. Een ander feit is dat in de reflux, die in de bestaande situatie uit het zijcircuit komt, een hoeveelheid damp van ongeveer 15% voorkomt. Ook deze gegevens zijn verwerkt in stap D.

In Tabel 2.5 valt op dat alle voedingsingangen één schotel naar boven zijn opgeschoven, dit komt vanwege het wegvallen van de condensor, die werd meegeteld als schotel. De reflux wordt logischer wijze op schotel 1 ingevoerd, waarbij te zien is dat de dampfractie 13 % is. Die hoeveelheid damp komt direct weer in het zij circuit terecht.

Samenvattend kan gesteld worden dat stap D alleen gemaakt moest worden om tot een directe koppeling tussen kolom en

Specificatie Kolom: aantal schotels schotel voeding A schotel voeding B schotel voeding

e

condensor druk p over de kolom schotelefficiency Topproduc.t: Temperatuur Druk Enthalpie Dampfractie propaan i-butaan n-butaan totaal Reflux: (0 e) (bar) (NJ/h) op schotel massastroom kmol/h kg/h darr.pfractie refluxverhouding Zijproduct: van schotel Temperatuur Druk Enthalpie Dampfractie i-butaan n-butaan i-pentaan n-pentaan neo-pentaan totaal (0 e) (bar) (HJ/h) Aftap zijreboiler Temperatuur (oe) Druk (bar) Enthalpie (HJ/h) Dampfractie massastroom kmol/h kg/h kmol/h 3.47 986.76 8.58 998.81 Arcokd 97 11 43 67 3.90 0.90 0.80 28.6 3.90 12240 0.12 kg/h 153.1 57350.2 499.0 58002.3 1 4188.8 243246 0.12 4.19 kmol/h 180.20 747.36 6.12 4.11 2.21 940.0 83 45.9 4.67 30072 1 kg/h 10473.0 43436.6 441. 8 296.4 159.5 54807.3 molt 0.3 98.8 0.9 100 mol% 19.2 79.5 0.7 0.4 0.2 100

kolom uit 85 kolom in 85

48.5 4.69 41928

o

3350 198879 52.0 4.69 110613 1 3350 198879

Bodemproduct: Temperatuur (0 C) _84.0 Druk (bar) 4.80 Enthalpie (!1J/h) 115 Dampfractie 0 kmol/h kg/h mol% i-butaan

-

- -n-butaan 0.31 17.8 4.8 i-pentaan 2.29 165.0 36.1 n-pentaan 3.74 269.5 58.8 neo-pentaan 0.02 1.6 0.3 totaal 6.35 453.9 100 Condensorvermogen 11W -24.53 Zijreboilervermogen

Ww

19.08 Reboilervermogen HW 0.73

rr:n

_:> .:CD ===:;> 01 f2l [iJl ~ tt5 .:CD ====;)

,.

> >

2.5 Hoofdstap II simulatie van

zij circuit

Het berekenen van het zijcircuit, de warrntekoppeling, is net zoals de kolom verlopen in een aantal stappen:

A Flashvat en compressor

B Flashvat, compressor en warmtewisselaar

C

Flashv~t, compressor, warmtewisselaar,

flashvat, luchtkoeler en verdeler

o

Flashvat, compressor, warmtewisselaar,

kleppen, flashvat, verdeler en flashvat

E Flashvat, compressor, zijreboiler,

kleppen, flashvat, verdeler,en flashvat

In Figuur 2.6 is te zien hoe de opbouw van de schema's is verlópen. De behandeling van de schema's zal vrijwel beperkt blijven tot de E versie. In Figuur 2.7 en Tabel 2.6 is te zien wat de resultaten van de E versie zijn.

Bij het draaien van de A versie bleek de compressor een kritiek punt. Bij een ingangsdruk hoger dan 3 bar ontstonden er druppeltjes in de compressor, waar hij niet tegen kan. Het flashvat A werd dus op 3 bar ingesteld. Bij het gebruik van de Peng-Robinson therrno-optie ontstond er bij deze druk nog

steeds vloeistof in de compressor. Dit feit is de

belangrijkste reden voor de keuze van de Soave-Redlich-Kwong thermo-optie.

In de tabel is te zien op welke manier geprobeerd het

zijc~rcuit zo goed mogelijk te laten lijken op het werkelijke circuit. De geplaatste apparaten hebben een aanduiding, die voor de duidelijkheid alleen in het uiteindelijke schema zijn benoemd, omdat anders de apparaten nummers steeds zouden wij zigen. CHEMCAD benoemd zelf de stromen en drukt deze stroomnummers af in de plot. Let dus bij het bekijken van de tabellen en van de figuren op de stroomnummers. Deze zijn voor de drie schema's, de losse kolom, het zijcircuit en het totale systeem verschillend. De apparaat benummering is in het totaal schema te vinden die hierna wordt behandeld.

Specificatie Arcoze

Apparaten

,

Flashvat A druk = 3 bar

Compressor p=8.3 bar I Ptb=3.57 HW Pwer=4.47 HW

Verdeler A 5-)6 = 0.70 I 5-)7 = 0.25 5-)8 = 0.05

Warmtewisselaar 1070rd t niet gebruikt

Zijreboiler Tult=53 oe

I Tdrljv.= 4 °C I Q= 19.2 HW Kleppen A-) p=-o.OlIB-) P=6.2Ie-> p=3.9 D-) p=6.1

Luchtkoeler Tu 1 t =44 oe

1

Tdrljv.=28 oei Q=-9.44 HW

Flashvat B temperatuur = 45.67 oe

Verdeler B 17 -) 18 = 0.806 _{I 17 -) 19 = 0.194} Flashvat e druk = 6 bar

Stromen Toe p bar H MJ/h df kmol/h stroom 1 28.8 3.90 151893 1 5187.4 stroom 3 28.6 3.0 161080 1 5471.4 stroom 5 65.3 8.3 177390 1 5471.4 stroom 6 65.3 8.3 124173 1 3830.0 stroom 7 65.3 8.3 44347 1 1367.9 stroom 8 65.3 8.3 8870 1 273.6 stroom 10 57.0 8.3 55101 0 3830 stroom 14 44.0 6.2 21271 0 1724.2 stroom 16 45.7 6.2 10905 1 356.4 stroom 17 45.7 6.2 65467 0 5198 stroom 20 28.6 3.9 52766 0.13 4189 stroom 22 44.4 6.0 318 1 10 stroom 23 44.5 6.0 12383 0 998

Er zijn drie gebieden aan te geven, waar verschillende drukken heersen. Deze drukgebieden zijn gescheiden door kleppen en natuurlijk de compressor. Het eerste gebied ligt bij de in- en uitgang van het zij circuit, de druk ligt daar tussen de 3 en 3.9 bar. Na de compressor is de druk 8.3 bar, zodat er een drijvend-temperatuursverschil tussen afgevend en opnemend medium ontstaat. De druk rondom de luchtkoeler ligt op 6.2 bar. Na verdeler B, waarmee de refluxverhouding wordt ingesteld wordt de druk van de reflux teruggebracht naar 3.9 bar. In werkelijkheid gebeurt dit ook, omdat de re flux door middel van de aanwezige damp 60 m. naar boven wordt getransporteerd, zodat er geen pomp aan te pas hoeft te komen.

De warmtewisselaar voor de zijreboiler heeft in het schema geen functie, deze is gebruikt bij de afstelling van het zijcircuit op de losse kolom, zodat die twee gekoppeld konden worden. De klep na de zijreboiler heeft in het simulatie-schema geen functie, maar is geplaatst omdat er in werke-lijkheid ook een regelklep is.

Bij het draaien van het zijcircuit kwam naar voren dat de hoeveelheid damp in de reflux zo'n 13 % was, zodat de kolom hierop is afgesteld. Het zij circuit is daarna afgesteld op de losse kolom, waarbij is uitgegaan van stroom 6 uit stap D van de lo~se kolom, als voeding. Bij het afstellen van het zij circuit moest op twee punten worden gelet:

- de hoeveelheid overgedragen warmte in de zijreboiler

- de hoeveelheid, de dampfractie van de reflux

Deze afstelling moest erg nauwkeurig gebeuren, om te zorgen dat bij het koppel~n er geen grote veranderingen zouden plaatsvinden. CHEMCAD zou bij deze veranderingen de stromen te veel moeten aanpassen, waardoor bijvoorbeeld de re flux zou moeten veranderen, hetgeen door de vaste verdeler instelling niet zou kunnen. De berekening was in dat geval gedivergeerd

#1 #2 fd A fd 8 fd C bpro Lijst Vd.n c3ppêlrêlten #1 tr} .t~ tl3 /14 #5 ijS 1/7 Destillatiekolom Mixer A Flash A Compressor Verdeler A

vla rm tel·} i sse I a a r

Zijreboiler #10 #11 #12 #13 #14 tll'::· 8 r··li;-:er 8 Luchtkoeler l-l i):

""r

C: Flê.sh B Verdeler 8 Vlep C #9 #8 #17 #16 #15