Czyli orurowanie i nie tylko Piping Czyli orurowanie i nie tylko

Przepływ = spadek ciśnienia Sieć rurociągów reprezentuje przepływ płynów przez kilka połączonych urządzeń. Jeżeli podana jest wystarczająca ilość natężeń przepływu i ciśnień brakujące parametry mogą zostać wyliczone.

Operacje skalujące przepływ jako funkcję ciśnienia Kompresor/ekspander Pompa Rura Zawór regulujący Węzeł ciśnieniowy (pressure node)

Pressure node Reprezentuje punkt, w którym następuje zmiana ciśnienia na skutek przepływu przez rurę, zmianę wysokości, przepływu przez zawór, pompę, kompresor itp. Oblicza ciśnienia lub natężenia przepływu zależnie od wprowadzonych danych.

Pressure node 3 zmienne, 1 równanie: 2 stopnie swobody F=? P2=? F=f(P1, P2) 3 zmienne, 1 równanie: 2 stopnie swobody Definicje w węzłach są nadrzędne: Ciśnienia i natężenia przepływu w strumieniach przyłączonych do węzłów są zmieniane do wartości zdefiniowanych/obliczonych w węzłach

Pressure node Tryby pracy (Mode) Zmienne ciśnienie – Variable pressure Ciśnienie ustalone – Fixed pressure

Opcje OpJedn „Node”

Flow rate options – Opcje natężeń przepływu Przepływ ustalony – Fixed flow rates Ustala przepływ przez sąsiedni aparat Ciśnienie w aparacie od strony węzła jest zmienną Przepływ zmienny Ustalony przez sąsiedni aparat Wolny strumień wlotowy/wylotowy – natężenia obliczane przez węzeł Tylko 1 aparat w gałęzi może określać natężenie przepływu. Pozostałe aparaty muszą mieć obliczane spadki ciśnienia.

Dopuszczalne ustawienia węzłów

Węzeł jako rozdzielacz Ciśnienia wylotowe jak ciśnienie w węźle Tylko jeden strumień wylotowy: free outlet F3=? F1=? P1=? P2=? F1=F3+F4 F1=f(P1, P2) F4=?

Zawór regulujący – Control Valve Przeznaczony do regulatorów automatycznych ale można używać do ręcznej regulacji Dostępne tryby pracy: Ustalone natężenie przepływu dopasuj pozycję zaworu Ustal położenie zaworu dopasuj natężenie przepływu Ustal natężenie i położenie dopasuj ciśnienie wylotowe

Zawór regulujący – Control Valve

Zawór regulujący – Control Valve Cv – współczynnik przepływu zaworu Cvc – obliczony współczynnik przepływu (1,25 do 2 x mniejszy od Cv) Dobór Cv – Menu: Sizing/Control Valve Jednostki miar USA, SG gęstość względem wody

Control Valve - Wsp. przepływu krytycznego cf

Regulator - Controller Urządzenie pozwalające dobrać parametr tak by był spełniony założony warunek Parametr zmieniany i warunek mogą dotyczyć strumienia lub aparatu Tryby pracy Controller off Feed-forward Feed-backward

Regulator - Controller

Regulator - Controller

Regulator w trybie Feed-forward Pozwala przenieść informację o obliczonym parametrze strumienia lub aparatu do miejsca gdzie jeszcze nie były prowadzone obliczenia, np.. przekazać moc uzyskaną w turbinie do kompresora

Regulator w trybie Feed-forward Pozwala przenieść informację o obliczonym parametrze strumienia lub aparatu do miejsca gdzie jeszcze nie były prowadzone obliczenia, np.. przekazać moc uzyskaną w turbinie do kompresora

Regulator w trybie Feed-forward

Aparat złożony: kolumna

skraplacz Półka zasilana kocioł Kolumna destylacyjna Częśc. skropl. Całk. skropl. Zasilanie Produkt dolny Zasilanie 2 Zasilanie 1 Produkt górny Kolumna absorpcyjna (Kolumna ekstrakcyjna) skraplacz Półka zasilana kocioł

Model półki uniwersalnej j - ta półka

Dekompozycja modelu półki Mieszalnik Rozdzielacz strumieni Równowaga Uniwersalny rozdzielacz faz Boczny odbiór par z półki Boczny odbiór cieczy z półki

Stopnie swobody półki Dla modułowych obliczeń sekwencyjnych zdefiniować należy strumienie wlotowe (zasilanie, zasilanie fazą ciekłą, zasilanie fazą gazową ) oraz parametry aparatu, zazwyczaj parametry rozdziału w rozdzielaczach (2), ciśnienie w układzie (1) oraz zapotrzebowanie ciepła (1).

Stopnie swobody kolumny Zdefiniujmy dla kolumny całkowita ilość półek: nt całkowita ilość strumieni zasilających: nf całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy ciekłej: nsl całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy gazowej: nsv całkowita ilość stopni ogrzewania: nq

Stopnie swobody kolumny Suma stopni swobody półek: Liczba strumieni wewnętrznych Liczba stopni swobody kolumny

Stopnie swobody kolumny Parametry strumieni zasilających liczba parametrów opisujących obiekty – półki: upustowe strumienie boczne ciekłe upustowe strumienie parowe, strumienie ciepła, Ciśnienia panujące na półce Opisuje półki skrajne: na pierwszej półce nie ma strumienia dolotowego cieczy – skład destylatu na ostatniej półce nie ma strumienia dolotowego par – skład wywaru

Stopnie swobody kolumny Jako, że faktyczna liczba półek zasilanych nf jest zwykle mniejsza niż suma półek, definiuje się Pozostałe (nt-nf) są definiowane automatycznie

Stopnie swobody kolumny Definiować należy tylko istniejące strumienie boczne: nsl i nsv pozostałe (2nt-(nsl + nsv)) zostaną wprowadzone automatycznie Zakładamy, że zdefiniować musimy tylko istniejące zapotrzebowania ciepła, nq, pozostałe nt-nq zostaną wprowadzone automatycznie. Ostatnim parametrem półek jest ciśnienie i jego wartości należy wstępnie oszacować.

Rodzaje kolumn w ChemCADzie Shortcut Column (SHOR) Tower Column (TOWR) Tower Plus Column (TPLS) SCDS Column (SCDS)

Prosta kolumna: SHOR 1 strumień wlotowy i 2 wylotowe Metody obliczeń: Sprawdzające (rating): Fenske-Underwood-Gilliland (FUG) Projektowe: FUG + lokalizacja zasilania metodą Fenskego FUG + lokalizacja zasilania metodą Kirkbride’a

Prosta kolumna: SHOR

Kolumna TOWR Tylko do symulacji Do 5 strumieni wlotowych, destylat i wywar + 4 strumienie wylotowe boczne Obliczenia stanu półek z modelu półki Uwzględnia sprawność półki Uwzględnia występowanie niemieszających się składników i dekantację

Kolumna TOWR

Tower Plus Column TPLS Szczegółowa symulacja kolumny rektyfikacyjnej. Uwzględnia w obliczeniach Wymianę ciepła, zapotrzebowanie na parę w kotle Pompy

Kolumna SCDS Szczegółowy wielostopniowy moduł równowag parowo-ciekłych dedykowany głównie dla układów tworzących niedoskonałe mieszaniny Uwzględnia układy 3 fazowe (z dekantacją) Maksymalnie 10 w arkuszu