Tabell B13.2 - Ntnu fakultet for kjemi og biologi Norges teknisk-naturvitenskapelige Institutt for kjemisk prosessteknologi...

Tabell B13.2: Utregnede verdier for varmevekslerne
|
VV1
|
VV2
|
VV3
|
Cp,midlere varmside(J/mol K)
|
34.46
|
34.62
|
34.34
|
Cp, midlere kaldside (J/mol K)
|
31.79
|
75.47
|
75.70
|
Q varm side (J/s)
|
6,973*107
|
8,239*106
|
5,051*107
|
Flow kjølevann (tonn/h)
|
|
109
|
2886
|
UA (kJ/h K)
|
6,33*106
|
8,76*105
|
3,89*106
|
c) Kjølevann til reaktor
CO + 2 H2 CH3OH Hrx1 = -98,501kJ/mol (B13.22)
CO2 + 3 H2 CH3OH + H2O Hrx1 = -58,827kJ/mol (B13.23)
Kjølemengden beregnes i to trinn:
Oppvarming av føde til reaktor fra 225 oC til 255 oC.
(B13.24)
Reaksjonsvarme dannet i reaktoren:
(B13.25)
Noe av reaksjonsvarmen varmer opp strømmen, resten må fjernes vha kjølevann.
Kjøling i reaktor: 2,300*1011 J/h
Kjølingen foregår ved at varmen fordamper kokende vann ved 245 oC. Fordampningsvarme ved 245 oC er 31 kJ/mol.
Nødvendig kjølevann reaktor: (antar at alt vannet fordamper)
Vedlegg løsningsforslag: VL1
Se arbeidsbok i Excel på diskett.
Tabell VL.1: Massebalanse for alle strømmene:
|
F1
|
|
F2
|
|
F3
|
|
F4
|
|
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
CO2
|
0.082
|
918.4
|
0.082
|
918.4
|
0.067
|
3338.0
|
0.067
|
3338.0
|
CO
|
0.211
|
2363.2
|
0.211
|
2363.2
|
0.068
|
3358.7
|
0.068
|
3358.7
|
H2
|
0.689
|
7716.8
|
0.689
|
7716.8
|
0.690
|
34155.6
|
0.690
|
34155.6
|
CH4
|
0.014
|
156.8
|
0.014
|
156.8
|
0.144
|
7127.3
|
0.144
|
7127.3
|
N2
|
0.002
|
22.4
|
0.002
|
22.4
|
0.021
|
1018.2
|
0.021
|
1018.2
|
Ar
|
0.001
|
11.2
|
0.001
|
11.2
|
0.010
|
509.1
|
0.010
|
509.1
|
H2O
|
0.001
|
11.2
|
0.001
|
11.2
|
0.000
|
11.2
|
0.000
|
11.2
|
CH3OH
|
0.000
|
0.0
|
0
|
0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
|
1.000
|
11200.0
|
1
|
11200
|
1.000
|
49518.0
|
1.000
|
49518.0
|
F5
|
|
F6
|
|
|
|
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon x
|
Flow l (kmol/h)
|
Fraksjon y
|
Flow g (kmol/h)
|
Flow tot (kmol/h)
|
0.058
|
2524.5
|
0.000
|
0.0
|
0.060
|
2524.5
|
2524.5
|
0.024
|
1017.9
|
0.000
|
0.0
|
0.024
|
1017.9
|
1017.9
|
0.626
|
27033.6
|
0.000
|
0.0
|
0.647
|
27033.6
|
27033.6
|
0.165
|
7127.3
|
0.000
|
0.0
|
0.171
|
7127.3
|
7127.3
|
0.024
|
1018.2
|
0.000
|
0.0
|
0.024
|
1018.2
|
1018.2
|
0.012
|
509.1
|
0.000
|
0.0
|
0.012
|
509.1
|
509.1
|
0.019
|
824.7
|
0.347
|
494.8
|
0.008
|
329.9
|
824.7
|
0.073
|
3154.3
|
0.699
|
996.9
|
0.052
|
2157.4
|
3154.3
|
1.000
|
43209.4
|
1.046
|
1491.7
|
0.998
|
41717.8
|
43209.4
|
F7
|
|
|
|
|
Fraksjon x
|
Flow l (kmol/h)
|
Fraksjon y
|
Flow g (kmol/h)
|
Flow tot (kmol/h)
|
0.000
|
0
|
0.061
|
2524.5
|
2524.5
|
0.000
|
0
|
0.025
|
1017.9
|
1017.9
|
0.000
|
0
|
0.655
|
27033.6
|
27033.6
|
0.000
|
0
|
0.173
|
7127.3
|
7127.3
|
0.000
|
0
|
0.025
|
1018.2
|
1018.2
|
0.000
|
0
|
0.012
|
509.1
|
509.1
|
0.309
|
600.4
|
0.005
|
224.2
|
824.7
|
0.721
|
1401.9
|
0.042
|
1752.4
|
3154.3
|
1.030
|
2002.4
|
0.999
|
41207.1
|
43209.4
|
F8
|
|
|
|
|
F9
|
|
Fraksjon x
|
Flow l (kmol/h)
|
Fraksjon y
|
Flow g (kmol/h)
|
Flow tot
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
0.013
|
50.5
|
0.063
|
2474.0
|
2524.5
|
0.063
|
2474.0
|
0.000
|
0.0
|
0.026
|
1017.9
|
1017.9
|
0.026
|
1017.9
|
0.000
|
0.0
|
0.690
|
27033.6
|
27033.6
|
0.690
|
27033.6
|
0.000
|
0.0
|
0.182
|
7127.3
|
7127.3
|
0.182
|
7127.3
|
0.000
|
0.0
|
0.026
|
1018.2
|
1018.2
|
0.026
|
1018.2
|
0.000
|
0.0
|
0.013
|
509.1
|
509.1
|
0.013
|
509.1
|
0.205
|
824.7
|
0.000
|
0.0
|
824.7
|
0.000
|
0.0
|
0.783
|
3154.3
|
0.000
|
0.0
|
3154.3
|
0.000
|
0.0
|
1.000
|
4029.5
|
1.000
|
39180.0
|
43209.4
|
1.000
|
39180.0
|
F10
|
|
F11
|
|
F12
|
|
F13
|
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
0.063
|
54.4
|
0.063
|
2419.6
|
0.063
|
2419.6
|
0.013
|
50.5
|
0.026
|
22.4
|
0.026
|
995.5
|
0.026
|
995.5
|
0.000
|
0.0
|
0.690
|
594.7
|
0.690
|
26438.8
|
0.690
|
26438.8
|
0.000
|
0.0
|
0.182
|
156.8
|
0.182
|
6970.5
|
0.182
|
6970.5
|
0.000
|
0.0
|
0.026
|
22.4
|
0.026
|
995.8
|
0.026
|
995.8
|
0.000
|
0.0
|
0.013
|
11.2
|
0.013
|
497.9
|
0.013
|
497.9
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.205
|
824.7
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.783
|
3154.3
|
1.000
|
861.9596
|
1.000
|
38318.0
|
1.000
|
38318.0
|
1.000
|
4029.5
|
Kondensasjon ved varmeveksling; beregning av sammensetning i strømmene F6-F7
Etter reaktoren strømmer gassen gjennom tre varmevekslere. Disse kjøler strømmen slik at noe gass kondenserer. Andel væske er oppgitt i % (flytskjema 1), henholdsvis 3,3 og 4,5 % i strøm F6 og F7. Dette tilsvarer 1426 kmol/h i F6 og 1944 kmol/h i F7. I strøm F8 antas det at all metanol og vann har kondensert til væske.
Molfraksjon i væskefasen kan bestemmes vha de reelle damptrykk (pA) og damptrykk over ren komponent (poA).
Raoults lov: (VL.1)
Daltons lov: (VL.2)
Komponentbalanse: (VL.3)
Ved å kombinere likningene VL.1, VL.2 og VL.3 får en uttrykk for væskefraksjon x og gassfraksjon y:
(VL.4)
(VL.5)
Damptrykket for rene komponenter kan beregnes fra likning VL.6.
(VL.6)
Tabell VL.2: konstanter for beregning av damptrykk
|
metanol
|
vann
|
A
|
45.617
|
29.8605
|
B
|
-3244.7
|
-3152.2
|
C
|
-13.988
|
-7.3037
|
D
|
0.007
|
2.42E-09
|
E
|
0.000
|
1.81E-06
|
Se i tabell VL.2 for verdiene for A, B, C, D og E. De beregnede damptrykkene er vist i tabell VL.3.
Tabell VL.3: Damptrykk for ren metanol og rent vann ved 118 og 110 grader Celcius.
|
Partialtrykk metanol
|
Partialtrykk vann
|
Temp (K)
|
Log P
|
P mmHg
|
P bar
|
log P
|
P mmHg
|
P bar
|
391
|
3.654
|
4510
|
6.011
|
3.143
|
1389
|
1.851
|
383
|
3.553
|
3575
|
4.766
|
3.029
|
1068
|
1.424
|
De beregnede fraksjonene er vist i tabell VL.4.
Tabell VL.4: Væske-og dampfraksjoner for vann og metanol.
|
Metanol
|
|
Vann
|
|
Strøm
|
X
|
y
|
x
|
Y
|
F6
|
0.699
|
0.0516
|
0.347
|
0.00789
|
F7
|
0.721
|
0.0425
|
0.309
|
0.00543
|
En ser at summen av væskefraksjonene blir større enn 1, hvilket gjør at væskeflowen totalt blir litt høyere enn 3,3%. Dette kan vises:
Total væskestrøm i F6: (495+997) kmol/h = 1492 kmol/h > 1426 kmol/h
For inerter, CO, H2 og CO2 vil strømmene bli de samme som i F5, og sammensetningene for F6 og F7 kan derfor beregnes.
Cp-verdier kan beregnes ut fra:
Tabell BL.5: konstanter for beregning av Cp-verdier
Gass
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A
|
B
|
C
|
D
|
E
|
TMIN
|
TMAX
|
CO2
|
27.437
|
0.042315
|
-2E-05
|
4E-09
|
-3E-13
|
50
|
5000
|
CO
|
29.556
|
-0.00658
|
2.01E-05
|
-1.2E-08
|
2.26E-12
|
60
|
1500
|
H2
|
25.399
|
0.020178
|
-3.9E-05
|
3.19E-08
|
-8.8E-12
|
250
|
1500
|
CH4
|
34.942
|
-0.03996
|
0.000192
|
-1.5E-07
|
3.93E-11
|
50
|
1500
|
N2
|
29.342
|
-0.00354
|
1.01E-05
|
-4.3E-09
|
2.59E-13
|
50
|
1500
|
Ar
|
20.786
|
0
|
0
|
0
|
0
|
100
|
1500
|
H2O
|
33.933
|
-0.00842
|
2.99E-05
|
-1.8E-08
|
3.69E-12
|
100
|
1500
|
CH3OH
|
40.046
|
-0.03829
|
0.000245
|
-2.2E-07
|
5.99E-11
|
100
|
1500
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Væske
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3OH
|
40.152
|
0.31046
|
-0.00103
|
1.46E-06
|
|
176
|
461
|
H2O
|
92.053
|
-0.03995
|
-0.00021
|
5.35E-07
|
|
273
|
615
|
Cp-verdier for hver komponent ved forskjellige temperaturer finnes i tabell V.1, i vedlegg 3 til prosessteknikkoppgaven.
Bilag 14 Korrespondanse
From STAA@statoil.com Fri Apr 6 12:57:56 2001
Date: Sun, 28 Jan 2001 11:48:08 +0100
From: "Ståle Årthun"
To: tangeras@stud.ntnu.no
Cc: Roger Hansen
Subject: Re: Prosjekt
Hei, Elin.
Jeg fikk denne forespørselen fra Roger Hansen. Jeg svarer deg direkte siden det
er en sjanse for at du er på NTNU i dag. Man vet jo heller aldri hvor haren og
Roger hopper....
30-H-1303, Inter changer
30-H-1304, deminvann forvarmer
30-H-1305, slutt kondenser
Alle disse er motstrømsvarmevekslere. I et anlegg der energioptimalisering og
lave kostnader ved design er viktig, er det energi-kostnadsmessig best å bruke
motstrømsvaremvekslere.
- Interchanger er fødevarmer for føden til reaktorene samtidig som den er første
trinn i kjøleprosessen for det ferdige råmetanolproduktet. I denne typen
metanol-loop er dette det en enkel og grei innretning for energieffektivitet.
Produktet blir kjølt fra 248 grd C til 120 grd C
- Deminvannforvarmer varmer det demineraliserte (totalavsaltete) vannet før det
går til avlufteren (termisk dearator) i dampanlegget. I øyeblikket forvarmes
vannet fra 47 grd C til 111 grd C ved en mengde på 33 tonn/hr. Dette sparer oss
for en del ekstra damp inn på avlufteren for å holde et ønsket trykk på 1,2 barg
og temp på ca. 120 grd C. I tillegg slipper vi å bruke x tonn ekstra med
kjølevann og sparer dermed strøm på kjølevannspumpene, samt at målene på pumpene
ble mindre (reduserte byggekostnader)
- Sluttkondenseren er kjølt av vannet fra lukket kjølekrets. Her blir bortimot
det meste av metanolen kondensert før syntesegass/metanolblandingen går inn på
en utskiller som kalles høy-trykkseparator. Her er det viktig å ta ned
temperaturen så mye som mulig. Foruten størrelsen på varmeveksleren samt mengden
fra reaktorer (som er konstant (ihvertfall størrelsen, mengden er som regel på
100%)) er tilgjengelig kjølevannsmengde samt temperaturen på denne viktig.
Vannmengden deles med luftgassfabrikken som en veldig stor forbruker av
kjølevann. Temperaturen på vannet er avhengig av bl.a. sjøvannstemperaturen
(øker endel på høsten, aug.- jan.). Temperaturen etter sluttkondenseren er
ganske følsom for endringer i kjølevannet.
Vi har en freksvannskjølekrets som blir kjølt motstrøms med sjøvann i
platevarmevekslere. Sjøvann blir også brukt til kondensering av dampen fra
turbinene pga. den store mengden som trengs til denne kondenseringen. Grunnen
til at kjølekretsen er to-delt er at det blir en reaksjon mellom klor, titan i
rørmaterialene og metanol som fører til korrosjon og tretthetsbrudd (mer svar på
disse spørsmålene kan du få av Kåre Andreas Johansson (kajo@statoil.com)). Det
er også en av grunnene til at det er høyere trykk på kjølevannskretsen enn på
sjøvannet (men også for å nå rundt til de høytliggende kjølerene).
Håper at dette var til litt hjelp. Eventuelle andre spørsmål av enkel karakter
kan jeg kanskje også hjelpe til med. Jeg sitter på 71649395 hele denne uken (men
så er det ut på langfri).
Hilsen
Ståle Årthun
staa@statoil.com
From: Roger Hansen on 28.01.2001 00:22
To: Ståle Årthun@Statoil
cc:
Subject: Re: Prosjekt
Hei Ståle. Kan du svare på dette , motstrøm/medstrøm. ?? Hvis du svarer
direkte sett meg på
kopi.
---------------------- Forwarded by Roger Hansen on 28.01.2001 00:22
---------------------------
From: tangeras@stud.ntnu.no@stud.ntnu.no on 24.01.2001 15:36
Please respond to tangeras@stud.ntnu.no
To: Roger Hansen@Statoil
cc:
Subject: Re: Prosjekt
Hei igjen !
Varmevekslerene jeg mener er 30-H-1303, 30-H-1304 og 30-H-1305.
mvh
Elin Tangerås
Quoting Roger Hansen :
> Hei kjære studenter :
>
> 1. Medstrøm eller motstrøm ? Tja det er mange varmevekslere i
> metanolanlegget
> men la oss forutsette
> at dere mener metanolreaktorene ??
> Syntesegassen strømmer fra topp og nedover i rør fyllt med katalysator,
> syngas
> omsettes til metanol og vann.
> Det er i prinisppet motstrøm ved at skallsiden er fyllt med vann på
> kokepunktet
> ved 38 barg. Det dannes damp-
> bobbler i det kokende vann, og det starter en strøm av vann med noe damp
> som
> stiger opp i en tank hvor damp og
> vann separeres. Fra den samme tank ( damp kjelen) går det et rør ned til
> bunnen av skallsiden i metanolreaktor. Her
> renner kokende vann nedover som i et U-rør. Vannet sirkulerer p.gr.a.
> oppdrift. Damp/Vann blandingen har lavere
> tetthet en vann i røret nedover. Stikkord er naturlig sirkulasjon.
>
> 2. Kompressor virkningsgrad = 75%
>
> 3. Vi benytter katalysator fra firma Haldor Topsøe AS i Danmark.
>
> Håper dette er svarene dere søker.
>
> Mvh
> Roger Hansen
>
>
>
>
> From: tangeras@stud.ntnu.no@stud.ntnu.no on 24.01.2001 13:43
>
> Please respond to tangeras@stud.ntnu.no
>
> To: Roger Hansen@Statoil
> cc:
>
> Subject: Prosjekt
>
>
>
> Hei !
> Vi er tre studenter som tar faget prosjektering i kjemiteknikk. Vår gruppe
> ser
> på metanolfremstilligen på Tjeldbergodden.
> Vi har ikke kommet så godt i gang enda og lurer på en del ting. Håper du
> kan
> svare på noen spørsmål.
> - Er det medstøm eller motstrøm i varmevekslerene dere bruker ?.
> - Hva er virkningsgraden på kompressorene ?.
> - Hvilken katalysator blir benyttet i reaktoren ?.
>
> Vennlig hilsen
>
> Elin Tangerås
> Kristin Vennes
> Trond Haldorsen
>
>
>
>
>
>
>
> -------------------------------------------------------------------
> Statoil: The information contained in this message may be CONFIDENTIAL and
> is
> intended for the addressee only. Any unauthorised use, dissemination of the
> information or copying of this message is prohibited. If you are not the
> addressee, please notify the sender immediately by return e-mail and delete
> this
> message.
> Thank you.
>
>
Elin Tangerås
Oslovein 44b
7018 Trondheim
Tlf. 73920063
-------------------------------------------------------------------
Statoil: The information contained in this message may be CONFIDENTIAL and is
intended for the addressee only. Any unauthorised use, dissemination of the
information or copying of this message is prohibited. If you are not the
addressee, please notify the sender immediately by return e-mail and delete this
message.
Thank you.
From ROG@statoil.com Fri Apr 6 12:58:41 2001
Date: Mon, 19 Mar 2001 10:20:35 +0100
From: Roger Hansen
To: tangeras@stud.ntnu.no
Subject: Re: Metanolprosjekt
Gass-sammensetning har dere her ( lotus 123) : (See attached file:
NG_COMP_tbo.WK4)
Pris på naturgass i Norge er "hemmelig" . Den forhandles frem for hvert prosjekt
og ofte i all
hemmelighet.
På TBO kan dere bruke 30 øre/Sm^3 for dette formålet.
Prisen på metanol er nå ca 240 $/Tonn
Oxygen = 35 $/Tonn
Anlegget bruker ca 32 MW kraft totalt. Anlegget produserer selv 25 MW dvs ca 7
MW kjøpes fra
el.nettet i Norge.
Mvh
Roger Hansen
From: tangeras@stud.ntnu.no@stud.ntnu.no on 16.03.2001 13:46
Please respond to tangeras@stud.ntnu.no
To: Roger Hansen@Statoil
cc:
Subject: Metanolprosjekt
Hei Roger!
Vi har nå kommet til lønnsomhetsanalyse av metanolanlegget i prosjekteringen.
Lurte på om du kunne fortelle oss sammensetningen av naturgass som kommer inn
til metanolanlegget på Tjeldbergodden?
Har du priser på naturgass, metanol og oksygen?
Hvor mange MW energi forbrukes i metanolprosessen, og hvor mye produseres på
anlegget?
Er denne energiproduksjonen nok til å dekke hele behovet til prosessen, eller må
energi kjøpes?
God helg!
Mvh
Elin
-------------------------------------------------------------------
Statoil: The information contained in this message may be CONFIDENTIAL and is
intended for the addressee only. Any unauthorised use, dissemination of the
information or copying of this message is prohibited. If you are not the
addressee, please notify the sender immediately by return e-mail and delete this
message.
Thank you.
[ Part 2, "Lotus 1-2-3 4.x / 5.x" Application/VND.LOTUS-1-2-3 ]
[ 6.7KB. ]
[ Unable to print this part. ]
|