sszetett vizsglati mdszer energiaintegrlt desztillci tanulmnyozsra Elad Kencse

Összetett vizsgálati módszer energiaintegrált desztilláció tanulmányozására Előadó: Kencse Hajnalka Témavezető: Dr. Mizsey Péter Budapeti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Doktoráns Konferencia 2007

Előadásvázlat • Tanulmányozott desztillációs struktúrák bemutatása • A vizsgált ideális szénhidrogén elegyek és tulajdonságaik • A desztillációs rendszerek összetett vizsgálata: Ø Gazdaságossági vizsgálat Ø Szabályozhatóság és dinamikus viselkedés Ø Környezeti hatások felmérése • Következtetések

Tanulmányozott desztillációs struktúrák bemutatása 1. Hagyományosan csatolt kolonna - egyenes sorrend 2. Visszacsatolt hőintegrált desztillációs rendszer (DQB) 3. Termikusan csatolt kolonna, Petlyuk kolonna (FTCDC) 4. Előpárlásos hőintegrált desztillációs rendszer (SQF)

Tanulmányozott elegyek Elegy 1. pentán hexán heptán 2. izopentán hexán 3. bután izopentán Eset Betáp. összetétel Termék tiszt. (%) 1. 33 -34 -33 99 2. 33 -34 -33 95 3. 33 -34 -33 90 Betáplálás: 100 kmol/h

Az elegyek tulajdonságai αA αB αAB β* SI 7, 38 2, 67 2, 76 0, 26 1, 03 Izopentán – pentán 2. hexán 3, 62 2, 78 1, 3 0, 68 0, 47 Bután – izopentán – pentán 2, 95 1, 3 2, 26 0, 154 1, 74 1. 3. Elegy Pentán - hexán heptán -előpárlók és belső recirkulációs áramok becslésére, nem-éles elválasztás esetén használt tervezési paraméter: - Szeparációs index:

Gazdaságossági vizsgálat Éves összköltség = Beruházási költségek + Üzemeltetési költségek Beruházási költség számítás: Douglas, J. M. , Conceptual design of chemical processes, Mc. Graw-Hill Book Company - Marshall & Swift index: 1164, 3 (Chemical Engineering, vol. 111) - 10 éves amortizáció - kolonnák paramétereinek becslése: ASPEN folyamatszimulátor segítségével Üzemeltetési költség: - hűtővíz és fűtőgőz

Éves összköltség ábrázolása a Szeparációs Index (SI) függvényében:

Szabályozhatósági vizsgálat • célja, hogy megtaláljuk a legmegfelelőbb szabályozási struktúrát a különböző desztillációs rendszerekre Átviteli mátrix (G) számítása: x’(t) = A x(t) + B u(t) y(t) = C x(t) + D u(t) G(s) = C (s I - A)-1 B + D Szinguláris értékek szerinti felbontás: G = UΣVH Alkalmazott szabályozhatósági mutatók: - Kondíciós szám (CN) - Morari féle belső szabályozhatósági index (MRI) - RGA-szám

A desztillációs rendszerek szabályozott és módosított jellemzői • Szabályozott jellemzők: Ø XA Ø XB Ø XC • Módosított jellemzők: Ø Ø Ø D – Desztillátum tömegáram L – Reflux tömegáram R – Reflux arány B – Fenéktermék tömegáram Q – Üstfűtés S – Oldaltermék tömegáram

Szabályozhatósági mutatók, frekvencia függvényében, 1. elegyre: Visszacsatolt Hőintegrált DLB Petlyuk Kolonna: LSQ Előpárlásos Hőintegrált LSB

Dinamikus viselkedés, időtartományban Hagyományos Betáp D-L-B összetétel Módosított jellemz. zavarás Visszacsat. Hőint. Petlyuk Előpárl. Hőint. D-L-B Módosított jellemz. L-S-Q L-S-B Módosított jellemz. IAE 10 -4 TSz [óra] XA 3, 6 1 1, 3 0, 5 9 1, 6 6, 3 1, 5 XB 15 2, 6 2, 7 0, 8 3 2, 7 4, 3 1, 4 XC 4, 8 1, 6 0, 2 0, 4 5 1, 5 12 1, 5

Környezeti hatások felmérése • a desztillációs rendszerek környezetre gyakorolt hatása arányos az energiaigényükkel • Az energiaigénynek megfelelő CO 2 emissziót számoltuk, különböző fosszilis tüzelőanyagok esetében, mint: Ø Ø Földgáz Fűtőolaj Kőszén Barnaszén

Következtetések: • Gazdaságossági vizsgálat alapján a visszacsatolt hőintegrált desztillációs struktúra bizonyult a legkedvezőbbnek; • Terméktisztaságok növekedésével az előpárlásos struktúra költségei közelítik a visszacsatolt hőintegrált struktúráét; • Szabályozhatósági mutatók alapján kiválasztható a megfelelő szabályozási struktúra a vizsgált desztillációs rendszerekre; • Dinamikus viselkedés vizsgálata azt mutatja, hogy a legjobban szabályozható desztillációs struktúra a visszacsatolt hőintegrált struktúra • A visszacsatolt hőintegrált desztillációs rendszernek legkisebb a környezetre gyakorolt hatása • Az energiaintegrált desztillációs rendszerek közül a visszacsatolt hőintegrált struktúra adta a legjobb eredményeket minden vizsgált szempontból

Köszönetnyilvánítás: • Oláh György Doktori Iskola támogatásáért • OTKA T 046218 és OTKA T 042600 projektek támogatásáért

Állandó paraméterű lineáris szabályozott szakasz egyenletei: x’(t) = A x(t) + B u(t) y(t) = C x(t) + D u(t) x(nx 1), u(rx 1), y(qx 1) - oszlopvektor A(nxn), B(nxr), C(qxn), D(qxr) – állandó mátrix Átviteli mátrix (G): G(s) = C (s I - A)-1 B + D MRI - a rendszer szabályozhatóságának mutatója; MRI = minimális szinguláris érték (σmin); CN - Kondíciós szám : RGAno = || RGA(G) – I ||sum