Workshop der SGVC, Grenzach,

Transkript

1 Workshop der SGVC, Grenzach, Auslegung von sventilen bei Zweiphasenströmungen 13:30 Begrüssung und Einleitung (Dr. Nagel) 13:40 Gesetzliche Grundlagen zur Auslegung von sventilen 14:00 Ermittlung von Stoffwerten und reaktionsspezifischen Kenngrößen 14:30 Strömungsformen im Reaktor (Auslegung für Ein- oder Zweiphasenströmung) 15:00 Pause 15:15 Auslegung des Entlastungsquerschnitts mit der DIERS-Methode 15:45 Bauarten von sventilen und deren Spezifikation 16:15 Übung / Beispiele zur Auslegung eines sventils 16:45 Ende des Seminars Dr.-Ing. Frank Westphal Siemens A&D SP Telefon +49 (0) Industriepark Höchst, Geb. C 487 Fax +49 (0) D Frankfurt frank.westphal@siemens.com Folie 1

2 Beispiel Styrolreaktor: Grundlagen Auslegung eines sventils für einen Styrol-Polymerisationsreaktor onomer usatzstoffe nitiator Reaktorvolumen : 10 m³ Max. zulässiger Behälterdruck : 4,8 bar abs. Ansprechdruck SV : 4 bar abs. Polymerisation im Lösemittel Ethylbenzol Normalbetrieb : Semi-Batch Verfahren mit Zudosierung von Styrol und Initiator Wärmeabfuhr über Siedekühler Folie 2

3 Fehlermöglichkeiten bei der Polymerisation in Semi-Batch Reaktoren Monomer Zusatzstoffe Initiator Schritte Fehler 1. Zulauf Teil Monomer Falsche Menge 2. Zulauf Teil Zusatzstoffe Falsche Menge 3. Rührer an Rührer nicht an 4. Aufheizen auf Starttemperatur Falsche Temperatur 5. Heizung aus Heizung nicht aus 6. Kühlung an Kühlung nicht an oder Ausfall 7. Polymerisationsstart Falsche Menge durch Initiatorzugabe 8. Zulauf Monomer, Falsche Dosierrate Zusatzstoffe, Initiator Folie 3

4 Beispiel Styrolreaktor: Auslegungsfall Unterstelltes Störungsszenario 1. Fehler : Reaktortemperatur so niedrig eingestellt, daß die Polymerisation einschläft Folge : Styrol sammelt sich im Reaktor an Annahme: Füllgrad 76 % Styrol 80 Gew.-% Ethylbenzol 20 Gew.-% 2. Fehler : Versuch der Korrektur durch nachträgliches Hochheizen auf 130 C Folge : Start einer heftig ablaufenden Polymerisation, nahezu adiabate Bedingungen Druck - und Temperaturanstieg Folie 4

5 Beispiel Styrolreaktor: Experimentelle Untersuchungen Randbedingungen für Versuche aus unterstelltem Störungsszenario Rezeptur : Styrol 80 Gew.-% Ethylbenzol 20 Gew.-% Initiatorkonzentration Starttemperatur : Aufheizen auf 130 C Startdruck : Dampfdruck Lösemittel mit Inertgasüberlagerung Ziel der Versuche Bestimmung Reaktionstyp Maximale Temperatur und Druck bei adiabater Reaktion Wärmeproduktionsrate = f (Temperatur) Gemischdampfdruck = f (Temperatur) Schaumfähigkeit Folie 5

6 Folie 6

7 Ausgangsdaten für die Auslegung des Entlastungsquerschnitts für einen Styrolreaktor Reaktordaten Reaktorvolumen 10 m³ Ansprechdruck SV 4 bar abs. Füllgrad 76 % Max. zulässiger Druck 4,8 bar abs Reaktorinhalt 5840 kg Zusammensetzung 80 Gew.-% Styrol 20 Gew.-% Ethylbenzol Meßdaten Reaktionskalorimeter Klassifizierung: Temperatur beim Ansprechdruck 186 C Siedegekühltes Temperatur beim max. Druck 206 C Dampfdrucksystem dt/dt beim Ansprechdruck 5 K/min (tempered system) dt/dt beim max. Druck 11 K/min Spez. Wärmestrom (c p dt/dt) 293 W/kg Gesamtwärmestrom 1,71 MW Folie 7

8 Schaumbildungsneigung Wasser Iso-Propanol Reaktionsgemisch Polymerisation Folie 8

9 Ausgangsdaten für die Auslegung des Entlastungsquerschnitts für einen Styrolreaktor Reaktordaten Reaktorvolumen 10 m³ Ansprechdruck SV 4 bar abs. Füllgrad 76 % Max. zulässiger Druck 4,8 bar abs Reaktorinhalt 5840 kg Zusammensetzung 80 Gew.-% Styrol 20 Gew.-% Ethylbenzol Meßdaten Reaktionskalorimeter Klassifizierung: Temperatur beim Ansprechdruck 186 C Siedegekühltes Temperatur beim max. Druck 206 C Dampfdrucksystem dt/dt beim Ansprechdruck 5 K/min (tempered system) dt/dt beim max. Druck 11 K/min Spez. Wärmestrom (c p dt/dt) 293 J/kg Schaumfähiges Gesamtwärmestrom 1,71 MW System homogenes Aufwallmodell Folie 9

10 Folie 10

11 Folie 11

12 Folie 12

13 sventil Fläche und Durchmesser A (SV) reine Dampfströmung A (SV) 2-Phasenströmung d (SV) reine Dampfströmung d (SV) 2-Phasenströmung Fläche [mm²] ph d 0 = 107 mm α vapor = 0,81 α liquid = 0,57 α 2phase = 0,66...0, Durchmesser [mm] Dampf Überdruck [%] Ansprechdruck SV 4 bar abs. Max. zulässiger Druck 4,8 bar abs Prozentualer Überdruck: 27 % Folie 13

14 Ergebnis sventil-auslegung für Styrolreaktor 107 mm Auswahl Ventil aus Hersteller-Katalog DN 150 / 250 Folie 14