Het testen en het verbeteren van het unicorn rekenschemaprogramma

b

o

o

.

,

I·

c

.

.

bt~

r

echnische

H~gescbool

Belft

Laboratorium voor Chemische Technologie

'\ ,

.

..

onderwerp:

... HEl ... TESTE.N .. EN.~HET._VE.B.B.E.'IEBEN .. V.AN._HE.'I_._ .. ___ . ___ .. _._ .. _ ... __ ... _._ ... __ ... ~ ..

J

UNICORN REKENSCHEMAFROGRAMMA

.,

~ naam: ... Erik .. Hobb.el--& .. .Di-ede*'ik-.. Weve ... ópdrachtdatum: N&vembe; .. -I.g,S+ ... .

( .

adres: ..... J~.ç.!y.!.~~:i,~.r.~.n},~~IL9. ... 2.6J.3 .. Hl' ... D.elf.t yerslagdatum: .lL~laart .. .l9.82 ...

& Heyermanshove 145, 2627 AG Zoetermeer

'

..

1" " / !o";o. '-i'. ", c \ , ....

.

, " "

o

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

-o

o

o

o

o

o

" .-" ~ ..

o

o

~, . -''>

0

.,'

,.

0

l ' ( ( "

.

\.,

cc.

( I

,.

,

[

c

-I \. ( j ( r -\

HET TESTEN [N VERBETERfN VAN HET UNICORN REKENSCHEMAPROGRAMMA

eriK hobbel

heyermanshove 14S

2627 ag zoetermeer 079-51288'4

CHEMICAL ENGINEERING DEPARTMENT

DELfT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FEB. 1982

diederik weve

jacoba van beierenlaan 9

2613 ht delft

I

( <. (

e

'

( ( _, ( (

fabrleksvoorontwerp samenvatting pagina 2

I

SAMENVATTING:

In het kader van het fabrieksvoorontwerp is het rekenschemaprogramma

UNICORN onderzocht en aangepast aan een aantal eisen.

Deze

eisen zijn

geformuleerd uitgaande van de gedachte dat het programma steun en

tijdbesparing moet zijn voor toekomstige gebruikers.

Het programma moet op eenvoudige en doelmatige wIJze bij

doorrekenen van massa-en warmtebalansen toegepast kunnen worden

daarbij zo flexibel zijn dat de meeste flowsheets, die

fabrleksvoorontwerpen voorkomen kunnen worden opgelost.

het en bij

De verbeterde versi e van het UrnCORN programma, UNC2 00, voldoet

redelijk aan de gestelde eisen.

Voor een goed geformuleern probleem d.w.z. een volledig rekenschema

met alle parameters en zonodig d€ juiste convergentie versnellende

procedure kan het progra~ma binnen enkele seconden rekentijd de

steady-state waarden benaneren.

Het programma moet vooral gezien worden als een raamwerk waarin op

eenvoudige wijze de afzonderlijke apparaatmodellen kunnen worden

geplaatst en dat dan op juiste wijze de interactie tussen de

modellen, de convergentiecontrole en de uitvoer verzorgt. Als zodanig

zal het programma een grote tijdswinst geven bij veel berekeningen die

vroeger door hun uiterst complexe karakter niet werden aangepakt.Omdat

veranderingen eenVOUdig aon te brengen zijn kunnen variaties in het

stroomschema zeer snel doorgereKend worden.

Een aantal eenvoudige monellen voor de meest voorkomende unit

operations zijn reeds aan het pro~ramma toegevoegd zodat de aandacht

nu geheel aan specialistiscne en zonodig complexere modellen kan

( worden besteed. Ook zlJn reeds twee programma's voor

convergentieversnelling toegevoegd, ZOdat voor de meestp problemen al

vrij snel een benaderde oplossing te vinden is en hierop de verdere

strategie kan worden afgestpmd.

Aanbevelingen voor verdere verbetering en uitbreiding van de

(- . faciliteiten zijn aan het verslag toegevoegd.

-

)

o

(

r----C

Vooral de aanbevelingen van de gebruikers zullen gebruikt moeten

( ,

(

<.

( ( ( -C'·

ei

\ fabrieksvoorontwerp INHOUD: HOOFDSTUK Samenvatting Inhoud I Inleiding inhoud

11 Inventarisatie van het UNICORN programma

111 Eisen

IV Formulering van de dOAlstellln3en

V Analyse en Verbeterin~pn

VI

Vergelijkingen oude/nieuwe progrèmrra nieuwe programm~/p.isen VII Conclusies VIIILiteratuur t;ijl ag en : 1 - Gebruikershandleiding 2 UNIT programmabibliotheeK 3 Systeembeschrijvi~g

4 Testcase: Etnyleenoxide fabriek ETHCX

5 Testprogramma's / .J-t"t~ ,- ; f" :./.- '-,

11},;~<"

...

iS'c,:L, ..

/'1.><v,

t<.<,I..~/

'1 i , : / / I , I " [ , L L . ; . I L - _{.. r} (X<-1O...t..L t "' ... , . J.--~( (~ •. -, .J J ' ) / ' )

.

, , ~ 1.'..._ i ) ' : ' .

'<-., {/"ol i;/;.~~ ·~tJ..-;'l~<·"''''''''''''-<)o:'''

( , ' - , / \ ~L.. .. ~::.. /

o

~~)" .>.. t ,

r-e

(

c'

/ I~ ';~ A. G. Montfoort blz 2 3 ti 7 9 20 21 27 29 31 26 pagina 3

. I I . , ": . FOTO 2: _{• • • een w 3 re~--..!~:.:J~}

_•••

_II.liiii

r---..,'~ , ! ••• I • • • • I • • •• •• • • 0 r - - -. o •• • • • • • • i~ , \. 'l., (

(

(

(

)

,J ) .., j

(. ( ( '-.. , '-, ( . ( (

.

, ( -( '- ,-( / (

-fabrieksvoorontwerp hoofdstUK 11 pagina 4

INLt::IOING:

Het onderzoek van een cornputerrrogramma voor de berekening van de

massa- en warmtebalans van stroomschema's is een onderwerp dat

sterk afwijkt van de gebruikelijke ond~rwerpen voor een

fabrieksvoorontwerp.

Bij de huidige fabrieksvoorontwerpen wordt veelal weinig tijd

besteed aan het vergelijken van meerdere alternatieven voor

stroomschema's. De reden hiervoor is dat het uitrekenen van de

massa- en warmte~alans van een stroomschema al snel 1 week

rekenwerk vergt(foto 1). Omdat het vergelijken -zowel qualitatief

als quantitatief- van meerdere alternatieve procesontwerpen is

een belangri jk deel van de procestechnologie 1s, en het rekenwerk

grotendeels door computers overgenomen kan worden dient het

gebruik van programma's die stroomschema's kunnen doorrekenen

onderzocht te worden. Een dergelijk programma -het

rekenschemaprOglamma UNICOPN- is ons ter beschikking gesteld door

de ETH te ZUllCh.

Aangezien er op de afdeling der Scheikundige Technologie van de

THD nog geen ervaring met dit programma is, werd UNICORN als

fabrieksvoorontwerp onderzocht.

Oe afwijkende opdracht een computerprograama voor

fabrieksvoorontwerpen te on~erzoeken wierp op zich al een aantal

specifieke problemem op.

Allereerst de onbekendheid met rcrtran. De eerstejaars college

informatica zijn toegespitst cr ALGOL, zodat we, voor enig licht

in de duisternis verscheen, op de tast een teeld moesten vormen

van wat later een ware prosrarnma-jungle tleek te zijn (foto 2).

Om onze eventuele opvolgers dit t~ besparen hebben we een (zeer

verkorte) FORIAN beschrijving aan het verslag toegevoegd. Voor

een volledige beschrijving zie bijlage 2. Deze verkorte

beschrijving is natuurlijK ook uitstekend te gebruiken voor

gebruikers van UNC200, die: hun eieen UNITS willen schrijven.

Dankzij de steun van de heer C. van Leeuwen op het gebied van

fORTRAN, JeL en computers in het algemeen zijn deze problemen ons

niet boven het hoofd gegroeid en konden we ook nog aandacht aan

andere aspecten scnenken.

Ten tweede was er het probleem van hoe pakken we zo'n probleem

aan en in welke vorm gieten we het verslag. Het verslag wijkt

uiteraard van de normen af die veor een proces of

fabrieksbeschrijving gegev~n zijn. We hebben ons min of meer aan

een indeling gehouden die overeenkomt met het flowscherna van de

methodologische aanpak (zie fig 1). De prcbleemaanpak is goed in

te delen in deze categorieen ofsçhoon ze chronologisch gezien

niet zo scherp gescheiden zijn geweest. De fasen die in fig.l

overeenkomen

met

analyse, verbeteringen en vergelijking zijn in

het werk zo vaak doorgelopen, dat ze in het totaaloverzicht met

elkaar verweven lijken. Ook in het verslag hebben we analyse en

verbeteringen niet gescheiden; vergelijking (toetsing aan de

eisen) is voor de duidelijkheid wel in een apart hoofdstuk

ondergebracht.

(

c

( ei z x z o c:: ~ " ('~ ( (

o

~

I

o

~

I

o

o

L

PROBLEEM OBSERVA1IE FORMULERING EISEN ANALYSE : VERBEtERING lOEtSEN .--'L ... NEE JA .--, _JUISI? OPLOSSING ...

( \

(

I ( \, ( (

-( .

O·

fabrieksvoorontwerp hcofdstuk 11 pagina 5

Een eerste check van het programma leverde direct moeilijkheden

op. De handleiding bleek v@rre van accuraat: vreemde ommissies,

misleidingen en kleine vergissinkjes wisselden elkaar af.

Het bleek noodzakelijk eerst dp hele handleiding en programma op

elkaar te controleren.

In feite leek het er sterk cp dat de

misschien ouder en groter programma

nodig om hierin klaarheid te brengen. vooral veel arbeid in het nalopen van werd.

handleiding voor een ander,

bedoeld was. Veel tijd was

Waarbij in eerste instantie de aanwezige UNITS gestoken

Om het probleem volgens de methodologische categorieen in te

delen: in de observatiefase lichtten we het bestaande UNICORN

programma door op alle aanwezige mogelijkheden. (zie hoofdstuk

11: Inventarisatie van het UNICORN programma) Onze bevindingen

waren dat er erg weinig UNIT-subroutines aanwezig waren, dat

degene die

er

waren vaak technologisch niet veel voorstelden en

dat de beloofde massa- en warrrtebalans er maar slecht afkwam. De

massabalans moet nog door de gebruiker in de molstromen opgezet

worden, voor de warmtpbalans wordt standaard alleen de

temperatuur uitgevoerd, uitvoer van de stroomenthalpie is

mogelijk.

De convergentiesnelheid is sterk afhankelijk van het probleem

omdat uitsluitend met directe substitutie gewerkt kan worden. Wel

bleek het systeem op de juiste wijze de modellen te beheren en

door te r~kenen volgens het rekenschema, waarbij de rekentijd

voor het programma sec la~g was.

Nadat we enig inzicht in de mogelijkheden en de beperkingen van

een rekenschemaprogramma hadden verkregen formulperden we de

eisen waaraan het programma naar onze mening aan moet voldoen.

Hiervoor hebben we een aantal reeds gemaakte

fabrieksvoorontwerpen bekeken en aan de hand van deze gegevens

een gemiddelde capaciteit bepaald. Andere eisen werden vooral

opgesteld naar ons idee van ~en gemakkelijk te gebruiken

programma.

Formulering van de doelstellingen was eenvoudig: eerste doel was

een goed werkend programma te naken dat een hulp kon zijn bij het

berekenden van massa- en wRTmtebalansen.

Verdere uitsplitsing hiervan leverde een aantal kleinere

doelstellingen op waarmee we Konden werken.

Uitwerking van de doelstellingen leverde in de analysefase een

groot aantal te verbeteren onderdelen op, waar we derhalve een

lange tijd mee zoet zijn geweest. Het aanvullen van de bestaande

UNIT-bibliotheek nam' hierbij het leeuwendeel. Hierdoor hebben we

wel veel ervaring gekregen in het zelf schrijven van

UNIT-subroutines en voor de toekomstige gebruikers hebben we dit

zo goed mogelijk vastgeleg in de Gebruikershandleiding (zie

bijlagen). Onze SChatting is dat een nieuwe subroutine, gegeven

de juiste formules, niet meer dan drie dagen zal vergen; dit

uiteraard afhankelijk van de ervaring van de schrijver.

In de verg~lijking van het cude versus het nieuwe systeem en het

, r nieuwe systeem versus de eisen hebben we nogmaals aangegeven in

o

welke opzichten het systeem vooruit is gegaan en in welke

( (

(

( ( ( ( (

o

0-'

é

(

fabrieksvoorontwerp hoofdstuk Ir pagina 6

opzichten het nieuwe systeem nog niet volmaakt is en verbetering

behoeft.

Van de bijlagen is voor de toekomstige gebruiker vooral de

Gebruikershandleiding (zie bijlage 1) van primair belang: hierin

is de invoerwijze van de data voor het systeem beschreven.

Voor meer inzicht in het systeem is de systeembeschrijving (zie

bijlage 3) toegevoegd. Hierin is globaal beschreven hoe het

systeem de data binnen haalt en hoe de subroutine hierarchie in

elkaar zit. Omdat het volledig uitpluizen van het systeem

wellicht nog weer een maand zou eisen hebben we de flcwschema's

niet toegevoegd, wel is het structuurschema opgesteld.

In de verdere bijlagen hebben we testprograrrma's van de nieuwe

UNIT's, de nieuwe UNITts zelf en voorbeeld programmas opgenomen,

voor de gebrui~er zal vooral het laatste van belang zijn om zich

snel een indruk te kunnen vormen van de wijze van datainvoer en

I~

I \

"

( _, (' \ " ( \,

(

(

c"

( ( -(

-o

( .' I

fabrieksvoorontwerp hoofdstuk 111 pagina 7

INVENTARISATIE: onderzoek van het UNICORN-prograrema

1) Herhalen van de voorbeelrlen, beschreven in de handleiding_

In de handleiding was de zgn. SYSCHEM fabriek opgenomen. Een

eenvoudige fabriek. met een recycle CID het Uf'JICORN programma mee

te demonstreren. Na veel var1ati~s in de invoer om de juiste

invoerwijze op te sporen (de handleiding liet op enkele plaatsen

verstek gaan) hadden we het pro3ramma draaiend en bleek dit

voorbeeld van het UNICORN programma zeer snel naar een

steady-state toestand te itereren. Echter,iedere poging om iets

wezenlijks aan de parameters te veranderen ging de mist in. Nader

onderzoek wees uit dat het SYSCHEM ~rograrnma voor een aantal (de

meest belangrijke) ap,nrat~n volstekt is vastgelegd en dat er

geen enkele andere betekenis aan mecht werden gehecht dan als

mooi dummy programma.

2) Het testen van een ei~pn stroemschema,zo eenvoudig mogelijk

van opzet, met een recycle en met ~odellen, die wel

technologische betekenis leken te hebben.

Gaandeweg kregen we meer ervaring met de invoerwijze hoewel deze

met try and error methode langzaam veroverd moest worden. Het

eigen programma (zie bijla~e 5, fabriek 1) liep goed. Er werd een

steady state bereiKt. Format controle van de uitvoer werkt zoals

beschreven. De uitvoer is in kmol/h en in mol% maar niet in

massa-eenheden te krijgen. Van een werkelijKe massabalans is

derhalve nog geen sprake.

Het uitproberen van een warmte balans is op langere termijn

geschoven omdat er nog geen temperatuurafhankelijke apparaten aan

de UNIT-bibliotheeK toegevoegd zijn.

3) Verhogen van het aantal recycles.

In hoeverre het prosrawma, dat gebruik maakt van directe

substitutie, kan convergoren hebben we het voorbeeldprogramma,

testfabriek 1 met meerdere recycles uitsebreid. Zoals te

verwachtten was vermeerderde het aantal recycles maar het viel

nog niet mee een voorbeeld te vinden dat echt instabiel om zijn

steady state waarde bleef heenslingeren. Later hebben we wel

belangrijke rekenschema's gebruikt waarbij directe suhstitutie

onaanvaardbaar lange tijd vergde om tot de stpady-state waarde te komen.

4) ~en poging om data m.b.v. CHEMCO uit de EURECHA-databank op te

roepen faalde eerst op de handleiding en vervolgens op het

systeem.

In deze fase van het onderzoek was het echter nog volledig

onduidelijk waar de fout kom zitten, zodat het probleem moest

wachten tot de programmastappen beter bekeken waren.

5) Het doorlezen van de UNI1-bibliotheek en het systeemprogramma.

Omdat we geen van beiden Fortran kenden nam het enige tijd in

beslag voordat we de programma's echt konden lezen. Na enige tijd

ging dit goed en leerden we ook de verschillen in stijl van de

verschillende programmeurs herkennen. Het systeem wordt

gekenmerkt door zijn onoverziehtelij~heid en het zoveel mogelijk

vermijden van verklarenne tekst. Telkens nieuwe reviseringen

-,

••• no g al irriponf'eLr:.Ee~pudLlLeQ.QQ~k,., •

...,r---'"

. , , , , "

.

, _, c, , " ,; - ,

./

. \/ I~ j ,

-

,,, ) ,~ 'i

,

. I . 1 ' FOTO 4: J \ 1 f \ )

fabrieksvoorontwerp hoofdstul\ 111 pagina 6

van commentaar hebben het tet een ~luwen g~maakt, met hier en

( daar nog resten van vroegere probeersels. Het systeem, dat

aanvankelijk nogal imponerend leek, kan slechts door een wonder

datgene gepresteerd hebben, wat de handleiding belooft (foto 3).

Het de UNIT-bibliotheek is het in veel gevallen niet veel beter

gesteld. Naast de niet te gebruiken SYSCHF.M-subroutines zijn er

nog tal van routines die aanpassing of revisering behoeven.

( ,

6) Testen van de capaciteit. UNICORN kan 50 stromen, 30 apparaten

en 10 componenten aan. Dit in tegenstelling tot de handleiding

die van resp. 100, 60 en 15 spreekt.

Later -toen we de CHEMCO en ~OMPAD subroutines konden

aanroepen-hebben we ook hiervan de ~ataopslag-capaciteit getest: deze was

49 component/methode combinaties.

(

, ( J I

( ( ( ( " ( ( , ,

r

fabrieksvoorontwerp hoofdstuk 111 pagina 9

FORMULERING VAN DE OPDRACHT NA DE INVENTARISATIE:

UNICORN kan zoals ze nu is niet gebruikt worden voor massa- en

warmtebalansberekeningen. Daarvoor loopt het systeem nog te

stroef, de capaciteit is te laag en de handleiding is onvolledig,

misleidend en kost te veel tijd. Het UNICORN-programma heeft ook

een aantal goede kanten: de rekentijd is ~crt, de systeemopzet is

zodanig dat op eenvoudige wijze nieuwe modellen aan het programma

kunnen worden toegevoegd, de invoer van gegevens en de

mogelijkheden tot het veranderen v~n gegevens is plezierig en er

zijn veel mogelijKheden O~ d~ programma uitvoer op een mooie

manier te regelen.

Onze doelstelling moet derhalve zijn: ~aak een goed werkend

programma dat gebruikt kan worden bij een massa- ~n warmtebalans,

uitgaande van het UNICORN programma en dat voldoet aan de

volgende eisen: EISEN:

Uitgangspositie:

1. een correct reKenschema (zie Iit 1)

2. alle parameters voor de apparaten

3. beglnschattingen veer de input- en recyclestromen.

randvoorwaarden: resultaten: 4. 5. 6. 1. 8. 9.

een job moet binnen een dag uitvoer geven. (d.w.z.

reele rekentijd minder dan 20 s, anders komt de

job overdag niet aan bod en wordt ze pas ts nachts gerund. )

Een doorsnee gebruiker moet niet meer dan een a

twee dagen nodig hebben om te begrijpen hoe hij

het prograrrm~ Kan gebruiken voor zijn rekenschema.

de meest voerKomende unit eperations mopten door

een adequaat model !Jeschreven zijn.

de capaciteit van h~t programma moet zodanig ZIJn

dat qO% van de gan3bare fabrieksvoorontwerpen er

zonder ~unst9reren van gebruik kunnen maken.

de invoer van data meet overzichtelijk en

eenvoudig ZIJn.

data moet eenvoudig te veranderen zijn, wanneer in

de zelfde job meerdere runs worden gedraaid met

afwijkende apparaatparameters of

stroomschattingen.

lO.een sluitende massabalans, gebaseerd op een

stabiele situatie.

ll.uitvoer moet aan de gebruiker voldoenèe informatie

geven om zonder veel gereken de massa- en

warmtebalans op te kunnen zetten.

I

I \ ( ( ( ( /

-\

\ ( , ( ( ( ( ( 0'

fabrieksvoorontwerp hcofc'lstult 111 pagina 10

beperKte~ everzichteli ke uitvoer als

eindresultaat~ als een u tgebreide uitvoer voor

het bestud~ren van het proces, of het opsporen van

fouten.

UNICORN

voldoet aan alle bovengenoemde eisen, behalve aan de

( ( ( ( '-( \

fabrieksvoorontwerp hoofdstuk. 111 pagina 11

ANALYSE EN VERBETEHINGEN

Verreweg de meeste tijd werd oeste~d aan het opsporen van fouten of tekortkomingen (= analyse) en het corrigeren of aanvullen ervan. Aanvankelijk nam het analys~ren verreweg de meest~ tijd in beslag, later werd het verbeteren belangrijker.

Teneinde een overzicht te geven van de het soort problemen en het daaruit voortvloeiende werK waar we ons de afgelopen maanden mee hebben beziggehouden, worden de belangrijkste problemen (veelal chronologisch) behandeld. De relevante uitvoer is gebundeld in de bijlagemap, welke vooral bedoeld is voer hen die later nog wijzigingen in het systeem willen aanbrengen.

In het nu volgende stuk text zal een nummering worden aangehouden die overeenkomt met de numm~rin9 van de computeruitdraai in bijlage 5. De nummering voer de figuren is hier ook aan ontleend.

1.1 SYSCHf~M

Dit is het voorbeeldprogramrna van UNICORN (zie figuurl.1). De berekening van dit stroomschema gaf dezelfde resultaten als in de handleiding. Oe convergentie met 1 recycle was zeer snel: in ij

iteraties was de steady-state ~ot op 0.001 (kmol/hour) benaderd. Het varieren van de relatieve vluchtigheid van de componenten in

( de destillatiekolom was i . t . t . de beschrijving van de handleiding - niet mogelijk.

2.1 - 2.3 SYSCHEM met 2 recycles (zie figuur 2.1).

Om de convergentie met meerdere recyclestromen te onderzoeken

( . werd het topproduct van

ne

destillatie teruggevoerd naar de inlaat. Tevens zou de benutting van de grcndstof AD2 vollediger moeten worden.

Ondanks de abusievelijk h0ge st~rtwaarde voor de 2e recycle convergeert dit stroomschema in 4 iteraties.

Verschillende parameters werden gewijzigd:

( - de beginschattingen voor de recyclestromen, - de verhouding tussen de twee grondstoffen,

0" ) I

)

0" r-,

,..-- de verhouding tussen de Tank,..-- en Buisvoeding.

De convergentie blijkt steeds binnen 11 iteraties bereikt te worden, hetgeen wel bijzonder snel is voor een methode die enkel directie substitutie gebrui~t.

Het wijzig~n van de relatieve vluchtigheid van de componenten in

de destillatiekolom -een mogelijkheid volgens de handleiding-blijkt geen verschillen in de samenstelling van top- en bodemproduct op te leveren!

Genoeg redenen dus om de handleiding niet meer te vertrouwen: De apparaat-subroutines in de UNIT-bibliotheek worden onderzocht. Het blijkt dat he~ fysisch gebeuren in SYSCHEM grotendeels is vastgelegd; vele parameters van de SYSCHEM apparaten blijken dummy's te zijn. SYSCHE~ is dus een bijzonder schools schoolvoorbeeld.

~

r

( r -( -( f'

,.

r

( (

r

-r ('

r

r

f ( (" ( ( (

FIG

o

1 . 1

3

15

o

1'"'\ '-./ (') '!

18

8

UNICORN REPRESENTAIE VAN SYSCHEM

'""I i""I

[16

IABSORB I I I

1

15

1'"'\ (",

17

13

14

1'"'\ ""'

,

,

-,

.-. ,

( ( 18 16 (

17

15 (

3

8

5

12

13

('

14

o

FIG 2.1 SYSCHEM MET 2 RECYCLESTROMEN

o

\

fabrieKsvoorontwerp hoofdstuk 111 pagina 12

testen wordt een van het product buisreactor. Ook bereiKt.

3e recycle toegevoegd: de verontreiniging ABD wordt afgescheiden en teruggevoerd naar de nu wordt de convergentie weer in 11 iteraties

Dat SYSCHEM zo snel convergeert, ondanks de verschillende startwaatden en alle recycles, wordt veroorzaaKt door de werking

'. van de voedingsregelaars. Deze zorgen ervoor dat de totaalstroom (of een ander opgegeven criterium voor de stroom) constant

( blijft. blijft. Het "bewaken" van een recyclestroom met een

. ~ voedingsregelaar levert een snellere convergentie op.

De fysische voorstelling van deze regelwijze is weinig reeel:

r voor elKe component is een oneindig groot reservoir beschiKbaar,

~ dat naar gelang de situatie aangesloten wordt (zie figuur 3.1) 4.1 UNCCHEM

UNCCH~M is een eigen fabriek die ontworpen is om te testen of de

andere apparaten in de UNIT-bibliotheeK goed werKen.

~ De belangrijkste onderdelen van UNCCHEM zijn de evenwichtsreactor en de gestuurde stroomregelaar (zie figuur 4.1 en 4.2). Oe stroomregelaar regelt de voeding A zodanig dat de concentratie A

in het product 10% bedraagt. Het meetsignaal wordt teruggestuurd naar de regelaar, zodat van 1 recycle sprake is. Convergentie bleeK in 3 iteraties.

4.3 - 4.6 UNCCHEM met 2 recycles (figuur «.3)

Een afvalstroom, welke wat

e

bevat, wordt teruggeleid naar de voedingsregelaar, waar met zuivere vceding B wordt aangevuld. Oe

onzuiverheden in deze recycle beinvloeden de evenwichtsreactie en daardoor de productsaroenstelling.

Component 8 Kan de fabriek enkel dcor reactie verlaten,

B zal'

derhalve langzamer veranderen dan A. Zoals verwacht werkten de 2 recycles elkaar tegen, en oscilleerde de roassabalans om een steady-state waarde heen. In 30 iteraties werd totaal geen convergentie berei~t.

r Hierna werd de invloed van de gevoeligheid G van de regelKlep

onderzocht. Voor instabiele systemen gaf de handleiding : O<G<1 Hiermee kon echter geen convergentie binnen 100 iteraties bereiKt worden, indien als conversentiecriterium een stroomverandering van minder dan 0.1 werd aangenomen. Met G= 2.0 werd convergentie bereiKt.

r

(

Tijdens het testen van UNCCHEM werden vele fouten ontdekt in de handleiding en in net UNICORN-rrogramma:

- Bij het herhaald gebruik van EQUIPMENT om apparaat-parameters te wijzigen werd weliswaar een juiste echo (=afdruK van de invoergegevens) gegeven, maar de wijziging zelf werd op de verkeerde plaats oPgeslag~n, zodat de verandering niet gebruikt werd (zie 4.5). Vit werd opgelost door de pointer-formule, die de plaats van de parameters in het array met apparaatgegevens aanwijst (zie systeembeschrijving), te wijzigen.

- Het herhaald gebruik van SIREAMS cm stroomwaarden te wijzigen gaf een onverwacnte foutmplding: "stream no. IS is not input or

( (

18

16

(

17

20

(

r

·

_

·

·

_

·

·

··-

-1

... _----.:1 MAKEUP I :

=-

~

15

3

8

( (

5

12

13

c

14

21

22

c

FIG 3.1 SYSCHEM MET 3 RECYCLESTROMEN

o

( ( (

SP1

1

(

A

. . ," - - - 1

MAKE1

B

__

- - - 1 ( (

o

VALV1

·

12

r - - - -

-I

3

REAK1

7

1

4

1 1

5

1

0

MEAS1

FLASH

FIG 4.1 UNCCHEM STROOMSCHEMA

o

o

o

( ( ( ( ( (

c

o

o

o

12 RECYCLE 3 1 1

FIG 4.2 UNC200 REKENSCHEMA VAN UNCCHEM

1 RECYCLESTROOM

l ( ( ( ( ( (

c

o

o

o

12 RECYCLE 3 6 RECYCLE

FIG 4

.

3 UNC200 REKENSCHEMA VAN UNCCHEM

( (

,

\ ( '. ( ( (

)

(

fabrieksvoorontwerp hoofdstuk 111 pagina 13

recycle". De W1)Zlging werd daarbij niet opgeslagen.

De oorzaaK van deze combinatie van 2 fouten bleek te zijn dat het algoritme voor het analyseren van de stromen geen

tussentijdse veranderingen kon verwerken. Dit werd ondervangen door de gehele stroomanalyse steeds na elke wijziging te laten herhalen.

- Indien voor elke iteratie de afdruk van meer dan 1 stromen gevraagd werd, brak het hoofdprogramma de rrogrammaloop af. De handleiding eenter, beloofde de rrogelijkheid van 10 tussentijdse stromen. De fout werd veroorzaakt doordat in MAIN voor twee verschillende variabelen dezelfde naam werd gebruikt. Door aan een van de variabelen een andere naam te geven werd dit probleem opgelost.

- De beginschattingen voor de recyclestrornen worden niet bewaard. Voor de meeste processtrornen zal dit geen bezwaar zijn omdat aan het einde van de berekeningen veelal betere waarden voor de recyclestromen bekend zijn. Het is echter wel lastig dat de regel-stroom van een meetapparaat bij een nieuwe massabalans de eindwaarde van de vorige berekening heeft. Om deze te resetten dient men deze stroom de startwaarde 0.0 te geven.

Indien het meetsignaal wordt het signaal om factor 10.

M groter dan 2. cf kleiner dan 0.5 is, stabiliteits redenen afgevlakt met een

- De voedingsregelaar Kan zelfs negatieve stromen een gesteld criterium te breiken. Sommise andere de UNIT-bibliotheek zijn daar niet op berekend.

berekenen om apparaten uit

Besloten werd om alle apparaat-SUbroutines te controleren. De kleine foutjes in de beschrijving van de UNIT-bibliotheek zijn daarbij gecorrigeerd. Aan de subroutines van UNIT 6,7,9

&

11 zijn extra berekeningen toegevceg~, om aan alle eisen van de beschrijving te voldoen.

5.1 en 5.2 CHEMCO

&

COMPAD

De aansluiting van de CHEMCO fysische-databank en de COMPAD fysische-datainvoer op het UNICORN rekenschemaprograrnma werd onderzocht. Het UNICORN programma bleek niet aansluitbaar op CHEMCO

&

COMPAD! (in schril contrast met de beloftes van de

handleidingen)

- Het commando BANK, dat voor aanroep van CHEMCO dient, bleek niet als zodanig herkend te worden maar werd als componentnaam ingelezen. Dit werd verhol~en door de array IBANK, waarin het woord BANK wordt oPgesla~en, als een real array te declareren.

UNICORN en CH~MCO gebruikten gezamelijk 2 verschillende variabelen (respectievelijk het aantal componenten en het aantal component-methode combinaties) onder een en dezelfde naam: NTOT. Voor CHEMCO werd de variabele in NALL veranderd. - De handleiding gaf onvoldoende informatie over de invoer van de

; , > , . \ f. '. " 'r

.

" ... ! ' I ( \

\

(

"

( _, " ~ ,

.

₍ ~ , I .' .,', r,

\

r

,~

r

r

\ , (

'--fabrieKsvoorontwerp hoofdstUK 111 pagina 14

6.1 - 12.3 Het schrijven van extra apparaat subroutines.

Oe UNICORN UNIT-bibliotheek bevat voor enkele apparaten alleen

zeer vereenvoudigde modellen. Dit was het geval voor

warmtewisselaars, pompen, compressoren, turbines, absorptie,

stripping en extractie.

Voor deze apparaten zijn sutroutincs geschreven en getest, welke

een massa- en warmtebalans kunnen berekenen op grond van reeele

(zij het soms geidealiseerde) modellen.

Ook was er geen subroutine aanwezig voor versnelde convergentie,

hiervoor zijn 2 modellen ingevoerd.

6.1 - 6.11 UNIT 21, warmtewisselaar

Voor het verwarmen en afkcplen van processtrcmen was alleen een

temperatuur insteller beschikbaar. Fysisch gezien maakt deze

gebruik van een onbeperkt e~tern energiereservoir.

Voor warrnteuitwisseling tussen twee processtromen, echter, kan

soms een echte warmtewisselaar (w.w.) nodig zijn; daarom is een

warmtewisselaar subroutine geschreven. (zie

gebruikershandleiding). Het model verondersteld een constante

warmteoverdrachtscoefficient voor de gehele w.w. en is ontleend

aan literatuur 7. Van de volsend~ parameters is er 1 vast te

kiezen: uitgangs temperatuur van stroom 1 of 2, w.w.-oppervlak of minimaal temperatuursverschil tussen de stromen

Het apparaat is beveiligd veor een aantal veelvoorkomende fouten

en werd getest a.h.v. een vocrbeeld uit bovenstaande literatuur.

Na een latere toevoeging 7ijn enkele modellen (5

&

7, zie bijlage

lS.5) niet meer betrouwb;:wr. Deze mcdellpn dienen nog verbeterd

te worden.

7.1 - 7.3 UNIT 13 compressor en expansieturbine

Hiervoor was enkel een isotherme drukinsteller aanwezig. De

energie die bij de drukverandering hoort wordt hierbij niet

\ bere~end. A.h.v. literatuur 6 werd een isentrope/isotherme

compressor/turbine geschreven welke tevens het

( benodigde/geleverde vermogen berekent.

(

C '

, )

( r

-

'-UNIT 13 is getest met voorbeelden uit literatuur 6 en is

beveiligd tegen de meeste fouten.

8.1 - 8.2 UNIT 14 pomp en vloeistof turbine

Zie UNIT 13. Oe bron was literatuur 4.

9.1 - 9.q UNIT 12 Absorptie- stripper- en extractiekolom

Hiervoor was enkel een component splitser aanwezig, welKe alle

componenten volgens een vaste, opgegeven verhouding splitst over

twee uitlaatstromen.

Dit model is te eenvoudig indien de processtromen varieren

tijdens de berekeningen, aangezien de splitsingsfactoren van de

processtromen afhankelijk ZIJn. Bovendien moeten de

splitsingsfactoren zelf uitgerekend worden: in het gunstigste

geval dient dit twee keer te gebeuren.

Een subroutine werd geschreven welke het splitsen van de

(

'.

_'. ( (

'-(

( ( ( ( (

c )

fabrieksvoorontwerp hoofnstlJl\ 111 pagina 15

abs/strip./extr. De verhouding van de stromen van de twee fasen wordt hierbij constant verondersteld (literatuur 5). De unit is getest a.h.v. de absorptie -en stripperkolorn van de ethyleenoxide fabriek(zie verder). Hij IS beveiligd tegen slechts enKele fouten en derhalvp niet geheel stunent-proof.

Oe extractiekolom is getest met een literatuurvoorbeeld. Zie bijlage 9.4.

10.1 UNIT 15 eenvoudig reactormodel

In de UNIT-bibliotheek was reeds een evenwichtsreactor aanwezig. Deze berekent op omslachti9€ wijze de evenwichtsconcentratie. De door ons geschreven reactor wordt beschreven door een overall reactievergelijking:

aA+bB+cC+ •••• ==)dD+eE+fF+ •••• Alle coefficienten worden hierbij oPgegeven.

Dit is een bijzonder algemene vorm die gemakkelijk te gebruiken is en meestal voldoet. Inrlien een reactor model meer op fysische gronden gebaseerd moet zijn zal door de gebruiker zelf een apparaat-subroutine geschreven moeten worden. Speciaal voor hem 15 een hoofdstuk aan de UNIT-bibliotheek-beschrijving toegevoegd. Daar in worden alle eisen aan vorm en inhoud vermeld en een raamwerk voor en programma uitgele~d.

11.1-11.2 UNIT 19 Convergentieversneller I

UNICOHN is een rekenschemaprogramrea dat gebruik maakt van directe substitutie: Oe uitkomst van een vorige berekening wordt gebruikt als beginschatting voor een volgende berekening. De convergentiesnelheid van rlpze methode is nogal langzaam; men denke bijvoorbeeld aan de OpbOUW van inerte componenten in een recyclestroom met spui.

De langzame convergentie kan ook het gevolg zijn van het oscilleren van een systp~rn: het regelmatig schommelen van stroomwaarden rond de evenwjchtswaarèe (zie bijlage 4.3). UNIT 19 gebruikt de verandering van cen stroom(component) om de convergentie te beinvloeden. Oe verandering na elke iteratiestap wordt versterkt of ,verzwaKt -met een constante grootheid-doorgegeven. Oscillaties zijn te dempen door een constante verzwakking van de stroomverandering; trage systemen zijn te versnellen door het versterken van een verandering.

Het principe is simpel (en daardoor waarschijnlijk niet altijd toepasbaar)

12.1-12.2 UNIT 20 Convergentieversneller 11 Dit is een 3e generatie convergentieversneller, hij is gebaseerd op literatuur 2 en gebaseerd op de theorie van de Dominante Eigenwaarde. Deze methode maakt gebruik van het feit dat de convergentie van de meeste iteratieprogramma's een e-curve volgt.

Deze unit werkt bijzonder goed voor bijv. het spui-voorbeeld, maar is niet werkzaam in s~stemen oscilleren.

13.1 CAPACITEIT VAN UNICORN

De capaciteit van UNICORN is getest a.h.v.

~i-J\P-'(,

\

-"

(

(

(

(

(

fabrieksvoorontwerp hcofdstuk 111 pagina 16

fabrieksvoorontwerp: een ethyleenoxidefabriek met een c2pac~

van 75.000 ton/jaar. Voor deze relatief eenvoudige fa~f~bl~ek

hij net voldoende te zijn. Een inventarisatie van een aantal

fabrieksvoorontwerpen leert dat meer dan 90% van de

fabrieksvoorontwerpen in UNICORN ~astte indien de capaciteit op

60 apparaten, 200 stromen en 99 component-methodes werd gebracht.

De capaciteit is uitgebreid tot bovenstaande getallen, bovendien

zijn nu 15 componenten zonder 3ebruik van CHEMCO mogelijk.

De capaciteit van UNICORN wordt bepaalt door de grootte van de

tientallen array's welke in de berekeningen gebruikt worden. Het

wijzigen van al deze ar~ay's is ~en omslachtig werk omdat zij

allen stuk voor stuk met de hand moeten worden gewijzigd.

Bovendien staan ze her ~n der over het programma en zijn

subroutines verspreid.

Oe volgende variabelen hebben invloed op de arraygrootte:

1. aantal componenten van UNICORN

2. aantal componenten van CHEMCO

3. aantal apparaat typen en sebTuikte apparaten

4. aantal stromen van en na~r de apparaten

5. aantal combinaties van CHEMCOmethode en component

6. aantal malen dat eenzelfde apparaattype gebruikt mag worden.

7. aantal inlaatstromen van de fabriek

8. aantal recyclestromen

9. aantal integer- en real paramet€rs van een apparaat.

Met het oog op de toekomst is een overzicht çemaakt

wijzigen array's en pTogr~rnmare~els, en de plaats

vinaen zijn (zie systeembeschrijving).

van alle te

waar ze te

( Een betere oplossing voor het dimensioneringsprobleem zou ZIJn

een variabele arraygroott~. Hierbij worden de parameters voor de

arraygrootte ~oegevoegà bij de invoer van het UNICORN programma,

bijv. onder het keyword DIMENSION. Deze parameters moeten dan via

een extra COMMON block doorgegeven worden naar alle subroutines.

Voor deze oplossing, die een aanzienlij~e ingreep in het

( programma betekent, was helaas geen tijd.

c

r · r\ , ,r--( 1q. l -14.4 UNIT 6

UNIT 6 is een voeàlngsregelaar welke een uitgangsstroom constant

houdt. Dit constant houden kan 1clden voor de totaalstroom, de

verhouding tussen twee componenten, of de concentratie van een

enkele component. Deze laatste mogelijkheid werd wel in de

handleiding beschreven maar bleek nog niet opgenomen in het

(

,

'-fabrieksvoorontwerp hootdstuK 111 pagina 17

( 15.1-15.5 Ethox proef fabriek.

" ( (

.-"

( ( ( ( (' Î

ETHOX: een ethyleenoxide plant beschreven in fabrieksvcorontwerp

no. 2513.

Met een aan de praktijK ontl~end rekenschema hebben we willen

nagaan in hoeverre UNC200 geschikt is om tee te passen veor een

fabrieksvoorontwerp. Hiertce hebben we een bestaand ontwerp

genomen en dit omgezet naar een rekenschema en dit aan het

programma aangeboden. Zoals we in de handleiding aanraden hebben

we ons in eerste instantie beziggehcuden met alleen de

massabalans. Nadat deze redelijk in orde was hebben we meer

modellen toegevoegd om co~ zoveel mogelijk gegevens voor de

warmte balans te verkrijgen.

1)

De

omzetting van het flowschema naar een rekenschema.

Zoals boven vermeld hebben we het flowsche~a in eerste instantie

vereenvoudigd. Alle apparaten die niet nocdzakelijk zijn voor de

massabalans worden voorlorig w~9gelaten. Stroomnummpring en

apparaatnamen hebben we zov~el mogelijk

overeenkomstig genomen om de vergelijking tussen beiden balansen

te vergern~kkelijken. Waar nieuwe strorren geintroduceerd of

bestaande stromen ongenummerd voorkwamen hebben we nog vrije

stroomnummers gekozen.

2) Keuze v~n de moaeltypes cm de apparaten te simuleren.

We starten bij stroom 1, fig 15.1. Het knooppunt van de

ethyleenvopding (stroom 1 ) en de recycle die opgebouwd is uit

stroom 10 en 17 is te beschrijven met type 1 (voor de type

nummers en de beschrijving van de modellen: zie

UNlT-beschrijving. bijlage 2). Stroom 1 krijgt hierbij een vaste

waarde. Aan de uitlaatstroow van dit knooppunt, stroom Q2, wordt

zuurstof en argon toegevoegd. In het stroomschema werdt deze

voedingsstroom op een flowcriterium geregeld, voor ons doel, nl.

het constant houden van de concentratieverhouding van de zuurstof

en ethyleen zoals beschreven in de verhandeling over de

voedingssamenstelling voor de reactor, is het beter te regelen op

deze concentratieverhcudin9. Hierveor nemen we model 2 van type

6. Vervolgens wordt aan de uitlaatstroom van deze unit CH4

toegevoegd om de concentratie ethyleen beneden een bepaalde grans

te houden. Ook hier is èe regeling aangepast, we kiezen voor

model 3 van type 6. Dit is de eenvoudigste wijze om aan de

specificaties te voldoen.

Voor de reactor nemen we tYre 15. Dit is een temperatuur en

samenstellingsongevoelig medel, maar de specificaties 1n het

ontwerp zijn dusdanig dat deze goed gebruikt kan worden. Alle

torens 1n het schema worden gesimuleerd door

componentenverdelers: type 9. Consequent hebben we de eerste

uitlaatstroom voor de topstroom genomen. De regeling tussen de

torens T 15 en T 20 die de hoeve~lheid vlceistof binnen zekere

grensen moet houden wordt gesimuleerd door een stroomregelaar

type 4. Ook de spui in de topstroom van T 15 en de spitsing van

stromen naar de C02-sectie en naar het knooppunt wordt rtoor zo'n

'J ':J 00 H H H _ETHYLEEN ~

~él

;> Cl H FC ~ ~ ::r: Cf) ~ 0 H r.:« 0

~

LI"\ ~I :;J' :;J 0 H r.:« I C 1 COMPRESSOR C 2 COMPRESSOR C 3 COMPRESSOR R 4 BUIlENREACTOR C 5 COMPRESSOR H 6 WARMTEWISSELAAR 3~ P 7 POMP

o

a

..,

... ,

..,

I ) l70l

&~

/

T' ,

G5->""----,

r

~ ', I /'I ~

~~

H6 )H14 koelwat~,. 10}-fÄcl TC H12 _po

1,~

.

1

~

_ T

~ . Fr<. J T15 P 8 POMP P 9 POMP Hl0 STOOMKETEL PIl POMP H 12 OVERVERHITTER V13 STOOMDRUM H14 KOELER ~upplet.e water T 15 ETHOXIDE ABSORPTIE C 16 COMPRESSOR H 17 VOORVERWARMER P 18 POMP T 19 C02 ABSORPTIEKOLOM T 20 E TH OXIDE STRIPPER P21 POMP r - - -1-*, LC C 22 COMPRESSOR H 23 CON DENSOR T 24 C02 STRIPPER

T 25 ETH OXIDE DESTILLATIE

H 26 CONDENSOR P27 POMP H 28 REBOILER r'I

"""

~

G

,... ';:;:LDIO>,ICE ~ r3?l ~ r-:-

-e

OXICC::

-~ f - - - 1 ( T C --, S~oom r'la ar- RIOOl

DE BEREIDI NG VAN ETHYLEENOXIDE

DOOR DIRECTE OXIDATIE VAN ETHEEN MET ZUURSTOF A Clobu!. J,M,Wlgm~n . Q s troomnr ~Temp,n·C FVO No 2513 Oktober 1981

8

ab~ drUk"n b~r r "

~ ::) 0 0 C r"\ _'"""' 1""'\ r \ r \ ,,... r- I r" 1 (- ' \ ' \ ' \

17

.,

,

10

14

~24

28

39

, - - 4 - - - "

2 1

RECYCLE .----1-+'--. RECYCLE T 24

40

[:>- I UNIT 12

30

RECYCLE

50

23

36

19

33

15 RECYCLE 13

( ( ( -( ( ( ( ( ( \. r I I

fabrieksvoorontwerp hoofdstuk 111 pagina 18

uit de torens komen verzadigd zouden zIJn met water hebben we een

luchtbevochtiger opgenomen. In het meest eenvoudige schema hebben

we alleen toren

T

15 hiervan voorzien, later ook

T 19

en

T

24. PARAMETERS VOOR ETHOX

De parameters voor alle apparaten rabrieksVoorOntwerp (F.V.O) van de

(literatuur 8).

werden gehaald ethyleenoxide

uit net fabriek

JUNCTl: voegt een constante ethyleenvoeding van 262.3 krool/hr en

de recyclestroom bij elKaar. MAKUPl:regelt zuurstof bij met gelijk aan 0.25.

de verhouding (zuurstof/ethyleen)

MAKUP2: regelt methaan bij zodat de ethyleenfractle 5 % wordt. R 4 : simulatie van de reactor; de overall reactie is:

0.45 C2H4 + .562 02

===>

.21 02 + .315 C2H40 + .27 H20

T 15 : componentsplitser (~et vaste splitsingsverhouding) • 95%

van de ethyleenoxide en 100 % van het water wordt geabsorbeerd.

De rest wordt niet geabsorbeerd.

T 20 componentsplitser. Ethyleenoxide wordt gestript, water voor 15.2 % (komt overeen met waterdamp), de overige co~ponenten (weliswaar niet worden voor 100 % gestript.

voor 95 ~~

vp.rzadigde aanwezig)

RIOOL : begrenst de totaalstroom absorptievloeistof welke naar de

absorptietoren T 15 terugstroomt o~ 2300 krool/hr.

T 25 destillatietoren. Ethyleenoxide-fractie die naar de

topstroom gaat benadert de specificaties. Alle verontreinigingen

worden in water ui t<:ed ruk t. ( 200 ppm) • Omdat deze componentsplitser afhankelijk is van de verhoudingen tussen de

ingangsstromen is een eerste schatting van de splitsingsverhouding noonzaKelijk; deze werd op 0.08 % water gesteld.

VOCHT1: voegt waterdamp tee aan het uitlaatgas van T 15 totdat de

partiaalspanning 0.1 atmosfeer is (verzadigde waterdamp bij 313

K) •

SPUI : loost 0.4 % van de totaalstroom

C02SPL: splitst de gasstroorn in twee stromen zodat 8.7 % van de

totaalstroom naar de C02 ahsorptie-unit gaat.

T 19 : componentsplitser: absorbeert 91.1 % van alle ingevoerde C02 en 100 % van al net ingevoerde water.

T

24

componentsplitser; stript 100 % van de ingevoerde C02 , het C02

gas is zuiver.

DRUM! : componentsplitser; splitst CC2 en H20 volledig.

H20SPL: voert de helft van het water in de striptoren terug en loost de andere helft.

ETHOX2: WIJZIGING~N

Hier zijn enkele parameters van de C02 absorptie-en strippingunit gewijzigd zodat de gasfase steeds verzadigd is met waterdamp.

T

19

T 24

absorbeert 98.4 % van het water.

: stri pt 3 % van het wa ter.

EIHOX3: WIJZIGINGEN

Hier wordt een betere simulatie van het verzadigen van gas met

waterdamp verkregen door het toevoegen van aparte "VOCHT-units"

t')

o

o

o

o

iJ

'"

.... .--,-.. .~ .. ,., -',.,~. ", .. --" i""'i

."""

r-( '

.,

(-. """\ """\

,

98

95

17

î ''''\

10

484

20

.----L-.

21

RECYCLE 30 613

49

50

23

36

19

33

15 RECYCLE

13

<-\ _,

(

( ."

fabrieksvoorontwerp Iîootrts tUK 111 pagina 19

VOCHT2: waterdamp bijvoegen tot 3.7 % (komt overeen met 1 ata waterdamp partieelspanning).

VOCHT3: waterdamp bijvoegen tot 67 mol% ( = 0.8 ata waterdamp partieelspanning). \, BESPREKING RESULTATEN: ( ( ( \, " l

De EIHOXl convergeert langzaam. Door echter de ers. maar voldoende groot t~ kiezen (hi~r is eps.=l.) krijgen we er toch snel een aardige beginschatting uit. De waarden zoals die in het verslag voorkomen worden redelijk benadert en erkunnen Onze reactor voldoet beter aan d~ opgegeven specificaties waardoor de waarden van de recyclestromen iets anders zijn.

Ook voor ETHOX3 geldt dat de convergentie snelheid laag is. Met een eps.= 0.01 is dit voorbeeld in 100 iteraties nog niet bij de geconvergeerde waarde. Ond~nks d~t kunnen we de uitvoer goed gebruiken. Oeze uitvoer ~ebben we uitvoeriger met de voorbeeldwaarden vergeleken. Zie oek tabellen 1,2 en 3. Deze bevatten de massanalans van 11t.9 (kgIs) en ETHOX3 (krnol/hr en kg/s respectievelijk).

Het eerst~ verschil zit in de reactor. In het ontwerp wordt

aangenomen dat er een 70% sPlective omzetting naar ethyleeenoxide zal plaats vinden. In onze reactor gebeurt dat ook. Dit betekent dat wij meer zuurstof gebruiken en meer kooldioxide en water produceren. Ue opbouw v~n deze laatste stoffen is hierdoor aanzienlijk groter. Omdat r.~ argonconcentratie bij ons hoger ligt (deze is gekoppeld aan de ~uurstofvecding) gebruiken wij minder

( methaan.

(

Doordat onze absortie- en strippingtorens water verdampen is onze waterhuishouding reeeler.

De eerste schatting voor de componenten verdeling van de destillatietoren moet nog aangepast worden; het opgegeven percentage verontreiniging ligt nu iets te hoog.

ETHOX4 is een voorbeeld om te laten zien hoe snel een andere bedrijfsvoering gesimuleerd en vergeleken kan worden. Het verschil m~t

ETHOX3

is de plaatsin~ van de spui.

Deze is nu opgenom~n in de recyclestroom 11 van de

( kOOldioxide-sectie.

De

spuiverhouding is verhoogd tot 5% om de Argonconcentratie ongeveer gelijk te houden aan ETHOX3.

'.

Doordat er nu minder C02 gespuid wordt neemt de calorische waarde van het spuigas toe. Ook de argonconcentratie neemt toe waardoor de toe te voeren hoeveelheid methaan af kan nemen.

15.5 VOLLEDIGE ETHOX-FABRIEK HEl WARMTEEALANS

Voor deze test hebben ~e een groot aantal apparaten toegevoegd en bestaande apparaten gewijzigd. De toevoegingen zijn warmtewisselaars, pompen en compressoren. Zie tig 15.5. Omdat door de tegenstroom warmtewisselaar HEATXl een nieuwe recyclestroom introduceert verandert het rekenschema nogal.

u

'p' ! " • j:~,'j:: -u f : '~J .. j ' 21 r

i.\

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

.

.

.!:": f:~. : , . ( ., ,'" , . ' ;, i

I

),'

r

',

..

J ... i " ;~t hf 'ii ~!

u

"~' '-I....,.

u

(; G I....,. I....,. ~ I....,. \... L ,. '-.: L I....,. l,.. , ~:. \"... ~ J I'

.:

e

,:,.! ~ " .: ~ ~ u \...-.. " ',' ₎₃ \...-> \."

u

STRlAM DAH· STREMl 1 TEMP (K) PRESSURE PHA SE CONTRCl TOT Al E TH YlE t~E OXYGEN METHA'IE ARGON ( DIOXID~ ETHYl-OXID WATER. 293.ll·O 27.8tûl' I.Ouet:\; .ll 262.3UC 262 .3~!~' .0 .0 .0 .0

.

~ ", STREM'. 17 TEMP (K) PRE S SURE PHA SE (ONTROL TOT Al ETHYlENE OXYGEN METHANE ARGON ( DIOXIDE ETHYl-OXID WATER 313.((J( ;n. 8(' (iC; 1.0()(,(lll .0 764.217 2'i.4211 158.2P2 4;)8.2['5 128.624 14 .5((+~ • (l., 1527 28. 2Sb ,: STREfI, j j TEMP (K) PRE SSURE PHASE CONTROL TOTAl ETHYlEr·IE OXYGE'I HETHA'IE ARGON C DIOXID~ ETHYl-OX 10 WATER 323.00(; n.üc(jCI .0 ,e ,,64.622 .e .0 .0 .r; .0 .145257 464.477 STREf.M SC TEMP (r.) PRE S SURE PHhSE CONTROL TOTAl ETHYLENE OXYGEN HETHA'IE ARGON ( DIOXIDE ETHYl-OXID WATER 313.C()0 ~ 7. 8«)Q 1.0ÜC(·0 .0 39.tiC9ó .0 .0 .0 .0 .0 .0 39.0C96

u

IN Kf1fJl/IICUR '2 29 -".1 UI.' 27.fl i(j(;

!

~ ')QijCfl) )ft ! .297 .0 331, . . D O ,') 7. ')M73

.

?

.u .0 18 113.:)\)(1 27.:J:J')1) .1

·

~) 271)3.34 .r, .:J .D

·

:) .,) 191.1;>4 2512.22 35 313. 'JO,) 27.IJ.IO(; 1. I JIJ .'1 )(,

.

.

)

1411.462-.

.) .t} • c) .V 11, 'J. ',68 .J .') 60 37 'I. ';no 't.7.IlV;(I .G .') 671_,3.12 .r) .1) .e; .0 .0 • r) 671_.3.12 n 3 2<; :.\ • Ion è7 .flrOO 1. ·)(,,(1 i".7900

·

(. .r 1').7900 .(, .r.,

·

( . .C' 19 3i~ j .1~·0.C 27.Gl_iDO

·

~; ,(I 26 '2.92 .r' • C' .(, ,i\ .{. 9.~jSG(?(~ 2593.37 36 313. cc·() 27.f],-,{;(] 1. ,/(,00 .i· lel.794 .(; .!' .;? .r. • r lil 1 .422 .371879 95 3J:~ • eGo '(7. n(I(':(J 1. :.;ç'jO .!' Z')(, .fJ46 .0 .(\ .l' • Cl .0 .C' 29', .1)46

STRLAM COI'f 051 TIOII If~ PU,CENT

'/ STRElH 1 ETHYlE/jE OXYGION HETHANE ARGON COl 0)( WE ETHYl-OXID WATER 100.00(' .0 .0 .0 .0 .0 .0 S TRfY1 17 ETHYLENE OXYGEN HETHANE ARGON ( DIOXIDE ETHYl-OXlO WATER 3.32302 2fJ.7739 53.3EJI, 16.8177 1.89647 .104P.OO 3. 7(1('(11) .IJ n.n95 •• J 2. r17055

·

:) .') .0 18 .0 .() .0 .1) .IJ 7.1)6991 Cl? .91111 ,r.,

·

~ ) 3 11',; .000 .I! .r: .r, , (~ 19 .0 .0 .f) .n .C .3',7133 90. '. ??O Î '

,....

5TRH.M f~ATf<.lX 4 313.'iu\'! 27 .,Ij '.\{"I'J 1.'::)(08 • f~\ 116')1.3 SU I~. (',64 232') .26 51,?3.'J13 1614.24 leUS.bQ 1<). r,l '1 1 64.f14'ti; · 2,; 373.nCJ(; 26.tli_jUiJ .r) • (1 65)Q.üc) .0 .0 .0 .0 .0 .1) 65J:) • (:'] 38 373.1..1(.'/) 27. e ,)1,,0 .1.' .0 140. ')2 3 .0 .0 .0 .CI .0 .0 14!l .<iZJ 96 313.':00 27.tL·OG I.·)'J:;'OO .0 14H .468 .0 iC .0 .0 14 il. 46/3 .0 .0 4 5. ·,()::UO 2:) .1):,0') ',4.1674 13 .9143 16. ?'f!I,'O .C6jbliJf - >l .5520't2 2') () ::113. 'JIJf, 27.il h.I ; 1." ~ .. ~ 'l'" ..1 ti5'J.,.9 J 19 • '~I.J~ 1'193.,7 ~ 123. ,tJ 1~14.<4 ? '"J 4 c.I. jJ) 112.7~<J ne.bbl n 313 • ,jc.J ?l.'3'j·v!) 1. l.i') 1)-.... t: • J 4 'I .4':,:;: 1 1.271--7 7.944U, 2" • ~ 1·,4 /,;.431,,7 I'. I ~Ó(; 7 .~Cé.7d,I-'.,1 .1554113 j') 373.i)(,J 27.8-),,'.' .')

·

) 29ó .'J~(, .:j • J .:.J ( ' • ,J .J

·

, 2 '16 .'J~(, 7 313.0 ~) 27 .B) I, 1. C (,0 '.1 .J 736. 'j IC: l'5.4nl 1,1: .',H.:~'. 4...J~.2(),) lZE.6,,4 1 tw .? ')'t I) .S01?i7 .Q Ij 2. 771oJ 11.323') 44 • ') 1 iJ'''' ·14 • '.: 2'> 7 17.76~9 1.674';') I • '1 1 114 f"'\ ('"'.

JOl: CIII,E - f:Tllül."(IAASSI

1· I 31 J • . di' 27 .;,.~ ~I'l' 1 .: )~, I I ( ! .:.J 1;213.1 292. ],,:' ló':7.14 46'.':' •. ~I' 14 l .' • 11' 1 ':l7" • 11· 9. 2175~l 35.7 "'IH ,~:i 41 J. ,,'i' .7;.\) ;11i l 1 .' ! ~ I;{'

·

.) 546. )I:j' .') •. J

·

.) 0') .'J .v 546. -,"0 I", 37 j . j";~1 27.0 II:~'

·

_.iJ ) 14::'. )2) .')

.

,

)

·

.) .1) .''>

·

) 14~~. };~J 91; 31 J. )'.'11 27 I ~~ :1\' 1. ' .. : ")i!(1 .'0 Ztl. 2 Î"" .J .i) .0 .U .IJ • J 28 • .è liJ.: 1" 2.~:6,~i,J 17. [' .. ;':;C 45.77],. 14 • ~ ru, IfJ.]:';·;h ,9 .\~').~c.E. -J i .3'.' .J .~,;: I I~~\ ll. 31:> ,; :U\.· .:' 7. Co" J< 1,' ,(I! 11;\. iild6.,:, J~ Y .i..: 3:.' 199:'>.9ï ~~ij.9j? 1(,1

t,

.

24 ~~14~.3\.' 1 ~t • u::·tj2 2 .. J~j .dJI:' ,~7 • C"'" '

ut-·

_.,.' _' G():'" J .• 57 H'

·

.' .\..: .v 14li .4b(' .,' o~ \ ,3 • 1 ~. 4i. :"'l.3.11U·,' ~7 .F .. I·.h: 1.' ,""J.)"

H

2t..~. ... ,\.). ·b 1') fJ ç ",1 5: t~':". ~ H,·, 7. e .. , 1~-~;;r1. 6(~ 1.' • dl ':I) ü4 • ,)ti (i':' 1 ](. J7 J .,! Ji~: ,:,,~, .b\~'JL' " I .(1

,,',cl

.121 .v

·

~ , .l' .V • ,I ,,' ~4",.ln , 11 ~ ,I' 7 I.t Cl 1,.9 j l: It C, • J 'i '7 14 I:: 'tl. 1('. • 4 'J,i .')' .. 5 9::r-(j! .l' 2" 13 32~. IJI.."I0 ~6.8 .H'';· • 'l .') . 3J2.9L4 .v .,J • J Ir) • J 1.ll.!!'; JJ1.b1è LO 3;' 3 .,jtl'~ 27.tlu\.'ü 1. i),I()~10 • J ~G b.'tl 7 .v ,'l ,~ .v "J lGl.~()8 464

.

b

"

9 cd J13.I,ilV 2.7.HUlt'; 1. tl\.iull (. .v 11501.5 id ".ut> 4 5??l·.ic J..Ir. ,14.2\ .. 1614 .. ~'> 1I.ibt'.6ö 1·,).\)191 64.0't't" ,,1 .,,' .J .) 13 :567133 -19 ,b~LI.j 26 r"I PI, GE 9 h 31 J • ' j,) ) ~7.b"JJ.) 1 • ~(,IJ,).)

·

ft ij ... :9:; ;. ~ 4~ ~ 1 1 ".1:",2 4 n.Ld5 1 I~ .624 1 z.n,:. • Jl??7 3 1 ~,,33 28 J13.~.JJ 27.ö:.'J·) ! • ; J:j J0 .'1 t. 4 ft .51 '. .'.l .U .t) .Ii 14:J.460

·

;.) 291" .'J46 48 31 J.I,I .'<.1 27.ilO;») 1 •. ;l,.(I,I,) ,:.1 111.1.2 317.76 .. 19!Jb. )3 J 1 ,;J.:J7 16,,1.dJ 2,)J7-015 lJ.lil~1 38.b5't1 h 2 .n6;:~3 17.tl9JZ 45.'17.'>2 14.4832 1.'3. ';5.'-'8 .9:;i5LH-Cl • 3~\ . .'(JJ() 28 r-1: ~L ~! • \,. J.; :& • f.\. '!J

·

~, ~j:",(I.vl; .v .V • t, .

\-·

" e·. 4 ~ ~ ,: 7 ~.,:91 • ~(, j~ 'tc3. \. J'~ 1., l,,,~ . .lJ 1. ; ... {Il. .. I.J .0 92. IlCu·J • U .v .v .i..' ,:.,j .t..: ("Ji.. , lJ~ ,I'; Ij" 13.~'.'J 7. Ö., ,I~ • ,.IIL J!... .. 114_5.6 19.~ j ' j 9'i'3. ~ 7 12:;.9c 614.24 04~ •. L C' • ('?':l2 C;. \1(96 .1,

.

,'

.l' n ' 1 ':i :567Ll~ ')9. t,Ji9 3e .0 .~i .~ .() .0 • r) • \ I • IJ • 0 • Ij .0 .~, .J .0 .0 .~ • .J .Q .0 ,v .0 .è.23~u7 .,) 33.40jl) .() .0 .0 .0 .0 .0 .0 2.e62 17 .1)',

4

,

.

')1 14 .4 B 18.3'.i .9025 I -'.I 1 • \) • ;,; 2 iJ • f\ B 8 3 • I) • (, 1 (1/ ] , n(),~

·

~ ~ ""') 1 ·". ~1'· °7.7L..;'{ i l . t l l 1 7 (,f-../..·"'\·~·t 1.,I·,.\.·t~ t-3

r;

1:':1 t"" ~

6

t"" Oj ~ ~ CIl .e::: ~ 1:':1 ~ o :x: w ( ' ;,l I ! ! J '~ .... '-' ..; .J .J .J j .J .J .J .) J ..)

u