Costruzione del modello Costruzione del modello

3.2 Costruzione del modello

3.2 Costruzione del modello

3.2 Costruzione del modello

Di seguito vengono illustrati gli step seguiti all'interno del simulatore necessari per la costruzione di un modello in stato stazionario ed in seguito per il passaggio alla modalità dinamica necessaria per il campionamento delle variabili di interesse.

Scelta Component List e Fluid package Scelta Component List e Fluid package Scelta Component List e Fluid package Scelta Component List e Fluid package

Preliminarmente alla scelta delle apparecchiature,il simulatore richiede che vengano definite le specie chimiche che verranno utilizzate nella simulazione e il modello termodinamico da utilizzare nei calcoli. Nel caso in esame vengono scelti, dalla libreria del simulatore,il propano ed il propilene come componenti e l'equazione di stato di Peng-Robinson, essendo quest'ultima la più accurata per i processi petrolchimici.

Definizione della corrente di alimentazione Definizione della corrente di alimentazione Definizione della corrente di alimentazione Definizione della corrente di alimentazione

Una volta definiti Component List e Fluid Package si entra nell'ambiente di simulazione dove inizia la vera e propria costruzione del modello. Per prima cosa viene definita una corrente materiale che rappresenta l'alimentazione in arrivo al sistema di distillazione.

I parametri scelti ed utilizzati per definire l'alimentazione sono riportati in Tabella 1.

Portata molare 310 kmol/hr

Temperatura 25°C

Pressione 10,88 bar

Frazione molare di propilene 0,719 Frazione molare di propano 0.281

Tabella 1: Caratteristiche dell'alimentazione

Costruzione della colonna di distillazione in modalità stazionaria Costruzione della colonna di distillazione in modalità stazionaria Costruzione della colonna di distillazione in modalità stazionaria Costruzione della colonna di distillazione in modalità stazionaria

colonna (numero di piatti, pressione al condensatore, pressione al reboiler) essa risulta avere ancora due gradi di libertà che devono essere azzerati imponendo ulteriori specifiche voce sulle correnti (energetiche o materiali) del sistema sotto la voce

Design-Spec

. In Tabella 2 si riportano i parametri utilizzati per la costruzione del modello con i quali la colonna risulta completamente definita.

Numero di piatti 170

Numero piatto di alimentazione 97

Tipo di Condensatore Shell&Tube - Condensatore totale

Tipo di Reboiler Kettle

Pressione al condensatore 10.22 bar Perdite di carico al condensatore 0.14 bar

Pressione al reboiler 11.24.00

Perdite di carico al reboiler 0.10 bar Purezza di propilene in testa 0.995 Impurezza di propilene in coda 0.05

Tabella 2: Caratteristiche della colonna

Si riporta nella Figura 1 il modello stazionario costruito sul simulatore UNISIM.

Per lo scopo di questo lavori di tesi risulta necessario, ai fini della simulazione, installare sul modello i seguenti controllori:

Figura Figura Figura

➢ controllo di portata in ingresso alla colonna;

➢ controllo di pressione nel serbatoio di accumulo delle condense; ➢ controllo di livello nel serbatoio di accumulo al condensatore; ➢ controllo di livello nel serbatoio di accumulo del bottom; ➢ controllo di portata sull’uscita del distillato;

➢ controllo di composizione del distillato;

➢ controllo di composizione del prodotto di fondo.

Per installare e gestire in maniera efficace i precedenti elementi nell'ambiente di simulazione risulta necessario apportare delle modifiche alla struttura del modello. Il modello costruito in precedenza infatti, crea due piani di lavoro: uno principale (

simulation environment

) dove il sistema colonna-ausiliarii è rappresentato come un unico blocco e uno secondario (

sub-flowsheet

) dove si può interagire con le correnti interne al sistema. La presenza di due piani di lavoro differenti risulta inopportuna in quanto si avrebbero dei controllori nel foglio di lavoro principale, altri nel

sub-flowsheet

ed altri ancora interconnessi tra i due ambienti. Il modello deve essere quindi modificato in maniera da poter racchiudere nel

simulation environment

tutte le correnti ed i controllori di interesse.

Modifica del modello Modifica del modello Modifica del modello Modifica del modello

Utilizzando la medesima corrente di alimentazione è stato creato un nuovo modello in cui invece del blocco

Distillation coloumn

è stato scelto il modello

Absorber

che ha la caratteristica di avere nel suo schema interno solo la colonna di distillazione senza ausiliarii.

colonna si utilizzando quindi i dati sul Riflusso e sul Boilup calcolati dal simulatore nel

Sub-Flowsheet

del modello precedente.

Una volta introdotti anche i dati riguardanti la portata di vapore in uscita dal piatto di testa ed il liquido in uscita da fondo colonna, il sistema risulta completamente definito e la colonna converge.

Parametro Reflux Boilup

Frazione di vapore 0 1

Portata (kmol/hr) 3955 4056

Pressione (kPa) 1022 1128

Frazione molare di Propilene 0.995 0.5957

Tabella Tabella Tabella

Tabella 333: Caratteristiche Reflux&Boilup3: Caratteristiche Reflux&Boilup: Caratteristiche Reflux&Boilup: Caratteristiche Reflux&Boilup

Una volta inserita la colonna

absorber

si passa all'aggiunta del sistema di condensazione. Si decide di rappresentare il sistema con un

Cooler

ed un serbatoio di raccolta delle condense. Specificando per il

Cooler

una frazione di vapore sulla corrente di uscita pari a zero e per il tank una portata di vapore in uscita pari a zero l'intera linea di processo risulta definita e portata a convergenza dal simulatore.

Figura Figura Figura

In uscita dal serbatoio di raccolta (

Overhead Tank

) la corrente deve essere suddivisa in due tramite un operatore

Tee

in modo da creare un corrente di riflusso da rimandare in colonna e un corrente da estrarre come distillato. Imponendo una portata del distillato pari a 222 kmol/hr (nota a priori dai dati del caso preso in esame) il bilancio materiale sul nodo è risolto e le due correnti R e D definite.

A causa delle perdite di carico nel passaggio attraverso il condensatore di testa, la corrente R deve essere ripompata per poter rientrare in colonna ad una pressione uguale o superiore a quella del piatto di immissione.

Figura Figura Figura

Figura 333: Aggiunta sistema di condensazione3: Aggiunta sistema di condensazione: Aggiunta sistema di condensazione: Aggiunta sistema di condensazione

Figura Figura Figura

reintrodotta direttamente in colonna eliminando la precedente corrente

Reflux.

Per poter quindi chiudere l'anello relativo alla corrente di riflusso si sfrutta l'operatore logico

Recycle

presente nel simulatore e avente la funzione di portare a convergenza sistemi che presentino dei ricicli. Questo operatore logico confronta i dati della corrente in ingresso con quelli della corrente in uscita da esso, in caso di discordanza sovrascrive i dati della corrente in uscita con quelli della corrente in ingresso all'operatore e risolve il sistema. Il procedimento è iterativo e termina quando i dati delle due correnti coincidono.

Tale operatore viene introdotto nel processo attraverso un blocco teorico, che è stato necessario interporre tra la corrente in uscita dalla pompa P100 e la corrente entrante in colonna.

Una volta portato a convergenza l'anello inerente al riflusso si passa alla costruzione del modello a valle del fondo colonna. Per la convergenza dell'intero modello è infatti consigliabile risolvere prima la parte superiore (condensazione e riflussaggio) e poi passare a risolvere la parte inferiore. Il reboiler di fondo colonna è stato rappresentato utilizzando l'apparecchiatura

Separator.

L'utilizzo di un tank riscaldato approssima meglio il comportamento di un Kettle di quanto non faccia un semplice

Heater

in quanto viene aggiunto un vero e proprio stadio di equilibrio a valle del fondo colonna. Dal fondo del separatore esce il prodotto di fondo

Figura Figura Figura

allo stato liquido mentre dalla testa si libera il vapore che costituisce il boilup della colonna. Il separatore risulta definito una volta specificata la corrente energetica in ingresso ad esso. Come valore di partenza viene assegnato il dato estratto dal Sub-Flowsheet del modello precedente (4.915e07 kJ/hr).

Nel passaggio attraverso il reboiler, la corrente uscente da fondo colonna subisce delle perdite di carico. Nella realtà un opportuno montaggio del reboiler al di sotto della colonna compensa queste perdite di carico e permette la circolazione. Nel nostro modello si decide per semplicità di utilizzare una pompa (

P-101

) che fornisca alla linea in uscita dal fondo colonna una pressione sufficiente, una volta attraversato il reboiler, da poter rientrare in colonna.

A questo punto si inserisce, come per l'anello di riciclo superiore, l'operatore logico

Recycle

tra la corrente in uscita dalla testa del reboiler e la corrente

Boilup

. L’intero modello risulta ricreato e risolto.

Figura Figura Figura

Nel documento Una strategia di controllo predittivo di superfrazionatori basata sull' holdup (pagine 31-39)