Salinan Terjemahan Styrene-c.docx

Mekanika Fluida, Perpindahan Panas,Termodinamika Proyek Desain Produksi Styrene Kami sedang menyelidiki kelayakan pembangunan pabrik baru, akar rumput, 100.000 metrik ton / tahun, styrene. Sebagai bagian dari studi kelayakan, kami ingin Anda menyelidiki beberapa rincian bagian umpan dan reaksi dari tanaman yang diusulkan.

Reaksi Styrene Production Kami telah mengembangkan katalis baru yang menekan semua reaksi samping. Oleh karena itu, satu-satunya reaksi diberikan di bawah ini. CHCHHC 3256 → CHHC 56 = CH 2 + H 2 ehylbenzen e styrene (1) Untuk keperluan evaluasi pendahuluan ini, diasumsikan bahwa reaksi terjadi dalam adiabatic packed bed dari partikel katalis. Keterbatasan peralatan praktis memungkinkan konversi maksimum 80% dari konversi kesetimbangan.

Bagian Pakan dan Reaksi PFD untuk umpan dan bagian reaksi diberikan pada Gambar 1. Umpan ke proses yang terdiri dari etilbenzena cair, dicampur dengan etilbenzena cair daur ulang. Reaksinya endotermik dan reaktornya adiabatik. Satu-satunya kendala adalah suhu maksimum 1000 K. Jika pada titik kemudian, jika Anda ingin membuat reaksi isotermal, panas dapat ditambahkan ke reaktor oleh garam cair yang dipanaskan dalam tungku. Garam cair akan diedarkan dalam satu lingkaran dari tungku melalui reaktor. (Sifat garam Molten: C p

= 0,373 BTU / lb ° F, k = 0,35 BTU / hr ft2 ° F, _ = 1,7 cp, dan d = 123 lb / ft3) Setelah reaktor, produk reaksi didinginkan sampai tiga - kondisi flash fase. Dalam flash tiga fase, hidrogen dan air limbah dipisahkan dari organik. Etilbenzena dan stirena dipisahkan dalam kolom distilasi, yang Anda anggap sebagai pemisah sempurna untuk proyek semester ini saja. Setiap sisa hidrogen dan air yang masuk ke kolom distilasi dapat dengan mudah dipisahkan dalam drum refluks (tidak diperlihatkan) dan ditambahkan ke Stream 9 atau Steram 11 (dengan pemompaan atau kompresi yang sesuai). Aliran hidrogen dan air limbah harus berada di 2 bar untuk perawatan lebih lanjut.

H-501 pemanas uap E-501 pakan pemanas R-501 E-502 V-501 T-501styrene produk tiga fase distilasi reaktor pendingin pemisah kolom rasio C-501 kompresor P-501A / B limbah pompa air P-502 A / Pompa styrene P-503 A / B pompa daur ulang

17 14 hps poc air ng

15 16 cw

P-503 A / B P-502 A / B P-501 A / B 1 21 23 5 4 7 hidrogen stirrene air limbah

C -501 ethylbenzene ethylbenzene recycle lps 6 E-501 H-501 8 9 R-501 V-501 T-501 11 E-502 13

Gambar 1: Unit 500: Produksi Styrene dari Ethylbenzene

3

Detail Proses Aliran Feed Aliran 1: cairan etilbenzena pada 210 kPa, 136 ° C Aliran 17: mendaur ulang etilbenzena, pada 210 kPa, suhu adalah cairan jenuh pada tekanan kolom distilasi, yaitu 60 kPa Aliran Aliran Limbah 12: Produk sampingan Hidrogen, harus pada 200 kPa, tidak dipertimbangkan pemurnian dan penjualan dalam proyek ini Aliran 13: Aliran air limbah untuk perawatan, harus pada 200 kPa Stream 16: Styrene produk, harus pada200 kPa

Ringkasan Peralatan H-501: Dipecat Heater - tungku yang dapat memanaskan o suhu di atas steam bertekanan tinggi menggunakan api terbuka E-501: Heat Exchanger - untuk memanaskan pakan ethylbenzene R-501: Reactor - adiabatic E-502: Pendingin produk V-501: Pemisah tiga fase - menghasilkan minyak-air- campuran tiga fase gas yang diasumsikan terpisah dengan mudah menjadi tiga aliran yang berbeda - dapat disimulasikan pada Chemcad menggunakan flash - tentukan outlet T dan P (outlet T harus inlet T), outlet P dapat disesuaikan jika katup ditambahkan sebelum flash C- 501: Kompresor - untuk mengompresi hidrogen ke tekanan yang disyaratkan P-501: Pompa - untuk memompa air limbah ke tekanan yang dibutuhkan - A / B berarti dua secara paralel dengan hanya satu operasi P-502: Pompa - untuk memompa produk styrene ke tekanan yang dibutuhkan - A / B berarti dua secara paralel dengan hanya satu operasi P-503: Pompa - untuk memompa daur ulang ethylbenzene ke tekanan yang dibutuhkan - A / B berarti dua secara paralel dengan hanya satu operasi

4 T-501: kolom Distilasi - untuk menghasilkan produk styrene dan ethylbenzene untuk mendaur ulang - gunakan pemisah komponen pada C hemcad - menganggap tidak ada hidrogen dalam umpan meskipun flash akan menunjukkan jumlah kecil yang tersisa - Anda dapat mengasumsikan pemisah sempurna (yang secara fisik tidak mungkin) untuk semester ini saja, yaitu, semua ethylbenzene ke daur ulang dan semua styrene keproduk

PenugasanTugas pertama adalah untuk mendapatkan aliran arus base-case untuk proses menggunakan kondisi yang direkomendasikan grup Anda dalam desain Spring 2000. Jika grup Anda saat ini adalah kombinasi dari beberapa grup, cukup pilih satu set hasil sebagai titik awal. Anda dapat menggunakan Chemcad untuk perhitungan ini, atau Anda dapat menggunakan spreadsheet. Itu adalah pilihan Anda. Sisa tugas Anda terdiri dari tiga "desain mini." 1. Pengoptimalan Bagian Pakan dan Pompa Air Limbah. (ChE 110) Lihat Gambar 1. Anda harus mengukur P-501 A / B. Tentukan ukuran pipa yang optimal untuk Streaming 11 dan 13. Fungsi obyektif untuk optimasi adalah Biaya Operasi Tahunan Ekuivalen (EAOC) dari pipa pada Streaming 11 dan 13 dan P-501 A / B ($ / y). EAOC didefinisikan sebagai: EAOC = CAP PA ,, ni + biaya operasi tahunan untuk 501-PA / B (2) di mana CAP = biaya terpasang P-501 A / B dan pipa di Aliran 11

() () PA , i, n

= [1 i + 1 i + ni -n

1] (3) di mana i = 0,15 (tingkat pengembalian 15%) dan n = 10 (sepuluh hidup tanaman-tahun). Jangan termasuk biaya bahan baku, sehingga CAP hanya mencakup biaya pemasangan pipa dan pompa, dan biaya pengoperasian termasuk listrik untuk menjalankan pompa. Tentukan level cairan yang akan dipertahankan dalam V-501 untuk menghindari kavitasi P-501 A / B. Pompa P501 A / B berjarak 5 m secara horizontal jauh dari hasil imbang V-501. Ada dua siku 90 °. Kami memiliki persediaan pompa sentrifugal yang digunakan di pabrik lain. Kurva pompa mereka dan kurva NPSH mereka terpasang (Gambar 2 dan 3). Kami ingin fleksibilitas untuk peningkatan 30% di masa depan. Anda juga harus melakukan analisis tekanan dari Streaming 1 hingga 8 untuk memastikan semua tekanan seimbang. Katup, pompa, kompresor, dan pemisah harus ditambahkan sesuai kebutuhan. Dapat diasumsikan bahwa setiap aliran memiliki penurunan tekanan 5 kPa. Penukar panas yang

5 tidak dirancang dapat diasumsikan memiliki penurunan tekanan 30 kPa, dan penurunan tekanan reaktor dapat diasumsikan 25 kPa. (Catatan: Kami bisa membuat Anda menghitung ini dengan

6 250 200

) a P k (dae H laitn 150

ereffi D 100 50 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1,2 Air Laju Aliran (m 3

/ s)

Gambar 2: Kurva Pompa untuk P- 501 A / B 5 4

) diuqil 3

m (HSPN 2 1 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1,2 Water Flowrate (m 3

/ s)

Gambar 3: NPSH Curve untuk P-501 A / B

7 memberi Anda rincian pengepakan dan ukuran reaktor, namun, kami pikir Anda sudah memiliki cukup untuk melakukan.) Akhirnya, tentukan ukuran pipa yang optimal untuk Stream 9. Penurunan tekanan dari V-501 ke saluran masuk kompresor adalah 10 kPa. Pastikan Anda melakukan analisis ini dengan benar. 2. Desain E-501. (ChE 111) Penukar panas, E-501, harus dirancang secara detail untuk casing dasar. Tekanan outlet harus seperti yang ditentukan, sehingga penurunan tekanan dalam E-501 harus konsisten dengan analisis tekanan bagian-bagian yang dibahas di atas. 3. Penentuan Harga Break-even (BEP) untuk Crude Styrene. (semua kelas, tetapi kebanyakan termodinamika) Simulasi Chemcad untuk kasus dasar Anda harus disajikan. Casing dasar mencakup reaktor yang Anda pilih dan kondisi fase tiga fase. Anda harus menentukan BEP untuk styrene mentah untuk casing dasar. Kemudian, Anda harus mempertimbangkan modifikasi proses apa pun yang meningkatkan BEP. Optimasi penuh tidak diperlukan, tetapi tidak membuat modifikasi harus dianggap tidak biasa. Modifikasi ini mungkin dalam peralatan dan / atau kondisi proses seperti temperatur reaktor, tekanan, rasio steam / ethylbenzene, konversi, atau suhu dan tekanan flash. Harga impas untuk produk styrene mentah dihitung sebagai berikut: BEP = CAP A kg stirena dalam produk mentah (4) di mana CAP sekarang adalah biaya modal terpasang untuk seluruh bagian umpan dan reaksi, termasuk tangki umpan . Untuk kasus ini, abaikan biaya kolom distilasi. Produk styrene mentah sebenarnya adalah isi dari Stream 10. Diskusi Anda untuk bagian ini harus menekankan perbedaan apa pun dalam kondisi pengoperasian yang disarankan berdasarkan pada pemasukan biaya peralatan dan hal-hal praktis lainnya. P ,, ni + ofcost reaktan + operasi-biaya hasil sampingan pendapatan

8

Data Biaya Bahan Baku Etilbenzena lihat Pasar Kimia Reporter

Produk Styrene lihat Pasar Kimia Reporter

Biaya Utilitas Tekanan Rendah Uap (618 kPa jenuh) $ 6.62 / 1000 kg Tekanan Sedang Uap (1135 kPa jenuh) $ 7,31 / 1000 kg Tekanan Tinggi Uap (4237 kPa jenuh) $ 8,65 / 1000 kg Gas Alam (446 kPa, 25 ° C) $ 3,00 / GJ Bahan Bakar Gas $ 2,75 / GJ menggunakan harga ini untuk kredit bahan bakar gas Listrik $ 0,06 / kW h Boiler Air Pakan (pada 549 kPa, 90 ° C) $ 2,54 / 1000 kg Air Pendingin $ 0,16 / GJ tersedia pada 516 kPa dan 30 ° C tekanan balik ≥ 308 kPa suhu kembali tidak lebih dari 15 ° C di atas suhu masuk Air Didinginkan $ 1,60 / GJ tersedia pada 516 kPa dan 10 ° C tekanan balik ≥ 308 kPa suhu kembali tidak lebih tinggi dari 20 °C Air Deionisasi $ 1,00 / 1000 kg tersedia pada 5 bar dan 30 ° C Pengolahan Air Limbah $ 50/1000 m3

9

Biaya Peralatan (Dibeli) Perpipaan $ / m = 5.0 (diameter, dalam) Katup $ 100 (diameter aliran, dalam) 0,8

untuk katup kontrol dengan pelat orifice, dua kali lipat harga Pompa $ 630 (daya, kW) 0,4

Heat Exchanger $ 1030 (luas, m2) 0,6 menambahkan 25% tambahan untuk boiler atau evaporator Kompresor $ 770 (daya, kW) 0,96 + $ 400 (daya, kW) 0,6 mengasumsikan efisiensi 70% Turbin $ 2,18 105 (output daya, MW) 0,6 mengasumsikan efisiensi 65% Dipecat Pemanas $ 635 (tugas, kW) 0,8 mengasumsikan 80% efisiensi termal berasumsi dapat dirancang untuk menggunakan senyawa organik sebagai bahan bakar Kapal $ [1,67 ( 0,959 + 0,041P - 8,3 10-6P2)] 10z z = (3,17 + 0,2DD = diameter, m + 0,3 0,5 m log <10

DL <+ 4,0 0,21 m log 10 L2)

L = tinggi, m 3
10

Faktor Biaya Peralatan Faktor Tekanan Tekanan <10 atm, 0,0 tidak berlaku untuk turbin, kompresor, kapal, (absolut) 10 - 20 atm, 0,6 pengepakan, nampan, atau katalis, karena harganya 20 - 40 atm, 3,0 persamaan termasuk efek tekanan 40 - 50 atm, 5,0 50 - 100 atm, 10 Faktor Material Mobil Baja Bon 0,0 Stainless Steel 4.0 Total Biaya Terpasang = Biaya yang Dibeli (4 + faktor material + faktor tekanan)

Heat Exchangers Untuk penukar panas yang tidak harus dirancang secara rinci, gunakan pendekatan berikut untuk koefisien perpindahan panas untuk memungkinkan Anda menentukan area transfer panas dan biaya penukar panas. situasi h (W / m2 ° C) kondensasi uap 6000 kondensasi organik 1000 air mendidih 7500 organik mendidih 1000 mengalir cair 600 mengalir gas 60

11

Informasi Lain Anda harus mengasumsikan bahwa setahun sama dengan 8000 jam. Ini adalah sekitar 330 hari, yang memungkinkan untuk shutdown dan pemeliharaan berkala. Kecuali dinyatakan secara khusus di kelas, informasi dalam dokumen ini hanya berlaku untuk proyek ini saja. Informasi apa pun dalam proyek-proyek tahun kedua yang tidak secara khusus disebutkan dalam dokumen ini tidak berlaku untuk proyek ini.

Hasil Kerja Setiap kelompok harus menyampaikan laporan yang ditulis menggunakan pengolah kata. Tiga salinan identik harus diserahkan, satu untuk setiap instruktur. Laporan proyek tertulis jatuh tempo pada jam 11:00 Kamis, 30 November 2000. Proyek yang terlambat akan menerima pengurangan minimal satu huruf. Laporan harus jelas dan ringkas. Untuk informasi format yang benar, lihat dokumen yang berjudul Laporan Desain Tertulis. Setiap laporan yang tidak mengandung PFD berlabel dan tabel aliran, masing-masing dalam format yang sesuai, akan dianggap tidak dapat diterima. PFD dari CHEMCAD umumnya tidak cocok kecuali Anda mengubahnya secara signifikan. Saat menyajikan hasil untuk berbagai kasus, grafik lebih unggul daripada tabel. Untuk kasus yang optimal, lampiran laporan harus memuat rincian perhitungan yang mudah diikuti. Harus ada lampiran terpisah untuk masing-masing “desain mini.” Ini mungkin ditulis tangan jika dilakukan dengan rapi. Perhitungan yang tidak dapat diikuti dengan mudah akan kehilangan kredit. Karena proyek ini melibatkan "desain mini," disarankan agar laporan diatur sebagai berikut. Harus ada abstrak dan pengenalan umum. Kemudian, harus ada bagian hasil diikuti oleh bagian diskusi untuk setiap "desain mini." Kesimpulan umum dan bagian rekomendasi harus mengikuti. Minimal, harus ada appendiks untuk masing-masing “desain mini.” Dengan organisasi ini, tidak diperlukan bagian terpisah dari laporan untuk setiap kelas, seperti yang disarankan dalam dokumen yang berjudul Laporan Desain Tertulis. Setiap kelompok akan memberikan laporan lisan di mana hasil proyek ini akan disajikan secara ringkas. Laporan lisan harus antara 15-20 menit, dan setiap anggota kelompok harus berbicara. Setiap anggota kelompok harus berbicara hanya satu kali. Sesi tanya-dan-jawab 5-10 menit akan mengikuti, dan semua anggota harus berpartisipasi. Lihat dokumen berjudul Laporan Lisan untuk instruksi. Presentasi lisan akan dilakukan pada 30 November 2000, mulai pukul 11:00 hingga 3:00 sore. Kehadiran diperlukan untuk semua siswa selama presentasi teman sekelas mereka (ini berarti di ruangan, bukan di aula atau ruang komputer). Kegagalan untuk menghadiri salah satu sesi yang dibutuhkan di atas akan menghasilkan penurunan nilai satu huruf (per kejadian) dari nilai proyek Anda di ChE 110, ChE 111, dan ChE 142.

12

Grup Anda dapat melakukan proyek ini dalam kelompok tiga atau empat. Anda harus memilih anggota grup Anda sendiri. Karena ada 25 siswa yang melakukan proyek, akan ada 7 kelompok. Akan ada 4 grup dari 4 dan 3 grup dari 3.

Revisi Seperti halnya masalah terbuka (yaitu, masalah tanpa satu jawaban yang benar), pernyataan masalah di atas sengaja tidak jelas. Ada kemungkinan bahwa, saat Anda mengerjakan masalah ini, pertanyaan Anda akan memerlukan revisi dan / atau klarifikasi pernyataan masalah. Anda harus sadar bahwa revisi / klarifikasi ini mungkin akan datang.