Folyamatok tervezése és irányítása - BME VEFK M /19/02 Oktatók: Dr. Mizsey Péter, Dr. Havasi Dávid, Stelén Gábor, Dr. Tóth András József

Átírás

1 Tervezési feladat A feladat a vegyipari folyamatszintézis egyes lépéseinek és feladatainak tanulmányozása egy kumol előállító üzem részletes megtervezése, modellezése és optimalizálása során. A kumolt benzol és propilén reakciója során állítjuk elő folyamatos üzemben. A számítások elvégzésére a UniSim Design programcsomag áll rendelkezésre, de más szoftver is használható. A kumol üzem optimális paramétereinek megállapítására célfüggvényként az egységnyi termékre vetített éves összköltséget használjátok, és állapítsátok meg a minimális eladási árat, amikor is a profit nulla. Adatok termelési kapacitás kg kumol/h (a 6. oldalon) éves üzemórák száma 8000 amortizáció 10 Év terméktisztaság mol% (a 6. oldalon) A feladat megoldása során meg kell állapítani a folyamat technológiai ábráját, a berendezések főbb méreteit, felírni a hőmérleget az üzemre és az egyes készülékekre, meg kell becsülni a várható költségeket és bevételeket, valamint az optimális működési körülményeket, ahol a kumol előállítási költsége minimális. Ezen kívül összesen 6 választható extra feladat van, melyekből legalább kettőt kell kiválasztani egyet a modellezési feladatok közül és egyet az irodalmazási feladatok közül. Természetesen az előírtnál több feladat is elvégezhető. Legyetek szívesek március végéig jelezni ben (stelen.gabor@mail.bme.hu), hogy melyeket választottátok. A választható feladatok: Irodalmi áttekintés: i. Alternatív szeparációs technológiák keresése ii. iii. Alternatív kumol előállítási lehetőségek bemutatása Cél és melléktermékek felhasználási lehetőségeinek bemutatása Modellezés: 1. 99,5 %-os kumol tisztaság elérése miképpen befolyásolja a költségeket? BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Dr. Mizsey Péter mizsey@mail.bme.hu Tel: Fax:

2 2. Energiaintegráció megvalósítása (nem fontos szimulálni). 3. Diizopropil-benzolból kumol előállítása (elég reaktort modellezni) A feladat elvégzéséhez szükséges hiányzó adatokat önálló irodalmazással kell megállapítani. (Segédlet mellékelve.) A munka leírását tartalmazó dokumentáció javasolt vázlata: 1.) A folyamat leírása. Folyamatábra. (2 oldal) 2.) A választott és megtervezett reaktor paramétereinek leírása indoklással, optimalizálással. (maximum 2 oldal) 3.) A szeparációs alrendszer leírása optimalizálással. (maximum 2 oldal) 4.) Az üzem energiamérlege és az egyes berendezések energiamérlege. (maximum 2 oldal) 5.) A költségek tételes összefoglalása. (maximum 1,5 oldal) 6.) A gazdaságosság diszkussziója. (maximum 0,5 oldal) 7.) Választott irodalmazási feladat. (maximum 2 oldal) 8.) A választott modellezési feladat rövid leírása. (maximum 2 oldal) Egyéb melléklet ne legyen a dolgozatban! A dolgozatot szövegszerkesztővel kell elkészíteni. Formai követelmények: 12-es betűméret; Arial betűtípus; 1,25-ös sorköz; szabvány margó; a táblázatok és grafikonok címmel és sorszámmal szerepeljenek. A dolgozat beadási formátuma: pdf. A dolgozattal együtt be kell adni a kész modellt tartalmazó programot (usc fájlt-t, vagy más szoftver esetén a megfelelő típust). Excel és egyéb fájlokat nem kérünk! Beadási határidő: május :00, ben: mizsey@mail.bme.hu; stelen.gabor@mail.bme.hu A beadás után május 6-án az az előadás helyén és idejében a csoportoknak be kell mutatni a munkájukat egy maximum 5 perces ppt prezentációban. BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Dr. Mizsey Péter mizsey@mail.bme.hu Tel: Fax:

3 Tanácsok: - Mérlegeljétek, hogy a kapott eredmények (pl. reaktorméret, kondenzátor hőmérséklete) reálisak-e. - Ne bonyolítsátok túl a megoldást! - Az optimalizáláshoz használjátok a case study funkciót! Legyen indoklás, hogy egy berendezés paramétere (pl. reaktortérfogat) miért annyi, amennyi. - Ábrával szemléltessétek az optimalizálást - A reakció működési tartományán kívül nem használhatók a megadott paraméterek. - Ne felejtsétek lehivatkozni az irodalmi adatokat! - Mindenképpen legyen folyadékszeparációs lépés, valamint recirkuláció. - A tárgy honlapján, valamint ebben a dokumentumban találtok segédletet a költségszámításokhoz. - Figyeljetek a mérföldkövekre (lásd tárgyhonlap)! A mérföldkövek teljesítését az adott hét gyakorlatainak végén ellenőrizzük, amennyiben nem sikerül elérni, egy jegyet levonunk a tervezési feladat részjegyéből! BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Dr. Mizsey Péter mizsey@mail.bme.hu Tel: Fax:

4 Mellékletek a.) Költséginformációk Javasoljuk az US $-ban történő számolást. Minimális eladási ár (MSP): A teljes beruházási költség (Total Annual Cost - TAC) becslése: TPC (Total Purchase Cost): berendezések beruházási költsége/ára [US$] Éves üzemeltetési költség (Total Utility Cost TUC) becslése: óra TUC 1, 2 PE PM 8000 év P E : P M : energiaköltség/h nyersanyag költség/h A költségszámításhoz a beruházási költségek és az energia költség adatait a mai árakon kell számolni. A tervezési feladat során, azt az optimális üzemállapotot keressük (konverzió, berendezések mérete, működési paraméteri stb.), amelynél az eladási ár (MSP) minimális. 4

5 Kumol előállítás egyszerűsített kinetikai modellje Az alábbi kinetikai paramétereket ipari adatok alapján, katalizátorral töltött folyamatos ADIABATIKUS csőreaktorban mérték ki, és a mért adatok alapján állapították meg. A tervezési feladat megoldása során a katalizátor ágy modellezésétől eltekinthettek. Javasolt termodinamikai modell: SRK. A megadott reakció kinetikai modell használata a feladat megoldása során nem kötelező. Más modell használata esetén azonban fel kell tüntetni annak pontos eredetét (szakirodalmi hivatkozás). Az egyszerűsített modellben a következő folyadékfázisú reakció játszódik le. A reakciósebességi állandó az Arrhenius-összefüggéssel számítandó. A kívánt termék, a kumol, benzol és propilén addíciójának terméke. A benzolból di-, illetve triizopropil-benzol is keletkezhet, egyszerűsítésképpen csak p-diizopropil-benzol keletkezésével számolunk mellékreakcióként. A benzol feleslegben van jelen. A reakciók egyenlete: Reakció Pre-exponenciális tényező [kmol/m 3 *s] Aktiválási energia [kj/kmol] Kiindulási anyagok részrendje Főreakció Mellékreakció A reakció kinetikai adatok érvényességi tartománya: Hőmérséklet intervallum Nyomás intervallum C bar 5

6 Az egyes csoportok célértékeit tartalmazza az alábbi táblázat. Csoport Előállított kumol (kg/h) Terméktisztaság (mol %) A B C ,5 D ,5 E F ,5 G H I J K L ,5 M ,5 N O P Q ,5 R S T