Vom Dampfdruck zur Destillationskolonne

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1 Vom Dampfdruck zur Destillationskolonne Teil 2: Prozesssimulation & Apparateauslegung Lunch & Learn Marl André Ohligschläger

2 Cape Tools- EC verfügt über eine Integrierte Softwareumgebung: Effektiv & geringe Fehlerquote Kommerzielle Datenbanken (DDB, Detherm, etc.) Literatur, Patente,... Eigene Stoffdatenbank Messungen Teil 1 Teil 2 EC C Datenbank Stoffdaten, Apparatedaten Werknormen Simulations-Software Aspen Engineering Suite Programme zur Apparateauslegung Mehr als 60 kommerzielle und Eigenentwicklungen PFD Datenblatt Teil 3 Comos Feed/Comos Lunch & Learn Marl Seite 2/18

3 Teil 1: Stoffdaten Kommerzielle Datenbanken (DDB, Detherm, etc.) Literatur, Patente,... EC C Datenbank Stoffdaten, Apparatedaten Werknormen Eigene Stoffdatenbank Messungen Lunch & Learn Marl Seite 3/18

4 Teil 1: Wenn die Stoffdaten vorliegen wissen wir bereits einiges, ohne einen Simulator anzuwerfen (Short Cut Methoden, Prozeßsynthese) Siedereihenfolge im Stoffsystem; Zusammensetzung und Art der Azeotrope Siede- und Taupunktsberechnungen von Gemischen Gegenseitige Löslichkeiten bei zweiphasigen Systemen, Temperatureinfluss Einfluss von Lösungsvermittlern bei zweiphasigen Systemen Einfluss von dritten Komponenten (Entrainern) zur Vereinfachung von schwierigen Trennungen, Auftrennung von Azeotropen (Extraktivdestillation) Notwendige Trennstufenzahlen (Auswertung nach McCabe-Thiele) Lunch & Learn Marl Seite 4/18

5 Teil 1: Short Cut Methode auf der Basis von VLE Daten: McCabe- Thiele 1 1,660 Y [mol/mol] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 XY Trennfaktor 1,650 1,640 1,630 1,620 Trennfaktor 0,2 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,610 1,600 LS: T sied = 61,2 C SS: T sied = 76,7 C X [mol/mol] Lunch & Learn Marl Seite 5/18

6 Teil 1: Auslegung einer neuen Kolonne Vorgaben: Reinheit Destillat < 30 ppm SS, Sumpf < 1 % LS Feedzusammensetzung Gew.% LS Ergebnis McCabe-Thiele Auswertung Auslegungspunkt Ergebnisse: 80 theoretische Trennstufen (141 praktische Böden) Lunch & Learn Marl Seite 6/18

7 Teil 1: Projektbeispiel: Nicht jedes System ist eine ideales Existierender Prozess Modellierung des realen Verhaltens 3 TS 3 TS 3 TS 7 TS Aufgabenstellung: Engpassbeseitigung, Kapazitätserhöhung der vorhandenen Destillation Modellierung von thermodynamischen Daten zeigt, dass die Kolonne nicht richtig ausgelegt wurde Durch Verlegung des Zulaufs (mehr Trennstufen in Abtriebsteil, geringerer Rücklauf notwendig, Kapazitätserhöhung um 15 %) Packungsaustausch erhöht die Kapazität um weitere 20 % Lunch & Learn Marl Seite 7/18

8 Teil 2: Prozeßsimulation EC C Datenbank Stoffdaten, Apparatedaten Werknormen Simulations-Software Aspen Engineering Suite PFD Lunch & Learn Marl Seite 8/18

9 Teil 2: Prozeßsimulation; Modellierung thermischer Trennverfahren Phase 1 Phase 2 Black-Box- Modell Short-Cut Modell reine Mengenbilanz Mengenbilanz mit konstantem Trennfaktor Wirkungsgrad der einzelnen Stufen Gleichgewichtsstufenmodell Stoffaustauschmodell Berücksichtigung der Transportprozesse an der Phasengrenze Exakte oder ultimative Modell Lunch & Learn Marl Seite 9/18

10 Teil 2: Prozeßsimulation; EC nutzt die Aspen Engineering Suite Marktbeherrschende Programm im Bereich Basis-, Spezialchemie und Pharma Durch Zukäufe auch in anderen Gebieten unterwegs (z. B. Öl & Gas; Kraftwerke) Nutzer 1500 Kunden Im Einsatz seit bald 30 Jahren Einer der ersten Kunden war die Hoechst AG, Abteilung TKR Lunch & Learn Marl Seite 10/18

11 Teil 2: Beispiel Mengenbilanz (Aspen Plus) Fliessbildsimulator Modell entsteht durch Verknüpfung von Unit Operations User Modelle sind möglich (z. B. Kinetiken) Eindeutige Zuordnung von Mengenströmen durch Stromnummern Catalyst D201-O FI421 OFFGas T402-OFF T402-V E407 T301-F OFFGas T301-OFF E301-F E301-O T301-V E301 FI321 T301 T301-D FI329 E711-O E711 E711-F OFFGas T704-OFF FI322 T704-V E710-O E710 FI783 FI786 T704 D302 FI785 Propane D302-F FI010 Fresh PPY E201 E201-O R200-FFP R200 E203 D202-F D202 FI422 D301-D T402 T402-F E403 E403-F Pk301 Pk421 FI235 D202-O E406 FI428 T414-D H2 FI012 FI204 FI203 FI201 FI202 FI221 R200-Out R201-F R201-FFP FI231 FI241 R201 R202-FFP R201-Out FI251 R202 R202-Out D301 D301-B E401-F R401-V E401 E401-O C401 C401-O R401 FI325 T302-D E404-F R404-V T302 E404 E404-O FI312 C404 F404-D R404 C404-O T414 FI462 F301-D FI331 FI404 R401-Out F404-F F404-O FI4xx F301-F F301-O COPO R401-F F404 F301 P301-O EE FI403 P301 EE FI413 H2 FI Lunch & Learn Marl Seite 11/18 H2 FI412 FI411

12 Teil 2: Einsatz von Aspen Plus Konzeptberechnung, Variantenberechnung, Feasibilities Aufarbeitungskonzepte, Verschaltung von Trennoperationen; geänderte Reinheitsanforderungen; Erste Verfahrensschemata Umweltvorschriften; Einhalten von Emissionen Rückführungen und deren Einfluss auf Reaktionen, Aufpegelungen Optimierung von Verschaltungen (Energieeinsparung, Senkungen spez. Herstellkosten; Pinch Untersuchungen; Einführungen von KPI s) Überprüfung von Apparaten; Kapazitätserweiterungen; Debottlenecking Neudesign von Apparaten Überprüfung von Regelungen; Modellgestützte Regelung Training von Anlagenpersonal (OTS) Lunch & Learn Marl Seite 12/18

13 Teil 2: Grenzen von Simulation: Wann sind Versuche erforderlich Validierung von Simulations- und Auslegungsrechnungen Untersuchung von komplexen Systemen Elektrolyte reaktive Systeme Produktkonzentrationen im oder unterhalb ppm-bereich Untersuchungen zum Produktverhalten Schäumen Geruch Farbe Temperaturstabilität; Standzeiten Werkstofftests (Materialprüfung) Miniplantbetrieb (Kreisläufe, Akkumulation, Hybrid-Prozesse) Lunch & Learn Marl Seite 13/18

14 Teil 3: Apparateauslegung & sonstige Tools EC C Datenbank Stoffdaten, Apparatedaten Werknormen Simulations-Software Aspen Engineering Suite Programme zur Apparateauslegung Mehr als 60 kommerzielle und Eigenentwicklungen Datenblatt Lunch & Learn Marl Seite 14/18

15 Teil 3: Übersicht Tools zur Apparateauslegung Kombination aus kommerziellen Tools (z. B. HTFS Wärmetauscherauslegung; Herstellerprogrammen (z. B. KGTower) und Inhouse Programmen Etwa 60 Programme bei Process Design im Einsatz Programme sind dokumentiert (Anwenderdoku; Programmdoku) & getestet und validiert Dokumentation von Änderung in eigenen Programmen Von Programmieren erstellt und gepflegt Weiterentwicklung, Erweiterungen werden durchgeführt (entsprechend Marktentwicklungen) Integriert an Simulationssoftware & Stoffdatenbank Ergebnisse von einigen Programmen können über Routinen auf EC Datenblätter übertragen werden (Comos) Lunch & Learn Marl Seite 15/18

16 Teil 3: Auslegung von Kolonneneinbauten KOBO4 Eigenentwicklung KOPA4 Eigenentwicklung TrayHeart Fa. Welchem Hydraulische Auslegung und Nachrechnung von Bodenkolonnen (Siebböden, Glockenböden, Tunnelböden, Ventilböden), im Programm sind Normreihen für die verschiedenen Böden hinterlegt Hydraulische Auslegung und Nachrechnung von Füllkörper und Packungskolonnen mit Auslegung von Flüssigkeitsverteilern (im Programm sind derzeit ca. 40 verschiedene Füllkörpertypen mit den entsprechenden Größen und Materialien, sowie ca. 60 verschiedene Strukturpackungen hinterlegt) Auslegung von Boden-, Packungs- und Füllköperkolonnen; Verteilerberechnung; Erstellung von Bodenaufrissen Montz-Pak Firmensoftware von Fa. Montz Auslegung von Packungskolonnen mit Montz Packungen Lunch & Learn Marl Seite 16/18

17 Teil 3: Auslegung von Kolonneneinbauten Sulcol Firmensoftware von Sulzer Chemtech FRI DRP Auslegung von Packungs- und Füllkörperkolonnen mit Sulzer Produkten (Modelle und Quellcode sind im KOPA4 vollständig hinterlegt). Des weiteren dient das Programm zur Auslegung von Sulzerböden. Gängige Böden (Ventil, Glocken, Tunnel...), sowie Packungen und Füllkörper WINSORP Firmensoftware von Raschig- Jäger KG-Tower Firmensoftware von Koch- Glitsch Auslegung von Packungen, Füllkörper und Böden von Raschig-Jäger Auslegung von Packungs-, Füllkörper- und Bodenkolonnen mit Koch-Glitsch Produkten. Lunch & Learn Marl Seite 17/18

18 Teil 3: Apparateauslegung Beispiele Energielisten Utilities Pinchstudien Mehrphasige Ströme Abscheiderdesign Mengen- und Energiebilanz Stromdaten Rohrleitungen Druckverluste Netze Blenden Isolierung Energiebedarf Verdampfungs-/ Kondensationsverlauf Wärmetauscherdesign Energiebedarf Reaktordesign Hydraulikdaten Kolonnendesign Lunch & Learn Marl Seite 18/18

19 Zusammenfassung: Cape Tools- EC verfügt über eine Integrierte Softwareumgebung... Kommerzielle Datenbanken (DDB, Detherm, etc.) Literatur, Patente,... Eigene Stoffdatenbank Messungen EC C Datenbank Stoffdaten, Apparatedaten Werknormen Simulations-Software Aspen Engineering Suite Programme zur Apparateauslegung Mehr als 60 kommerzielle und Eigenentwicklungen PFD Datenblatt Lunch & Learn Marl Seite 19/18

20 Vom Vielen Dampfdruck Dank für Ihre zur Destillationskolonne Aufmerksamkeit! Name: André Ohligschläger Abteilung: I IA AS PA EC Process Design Telefon: Mail: Andre.Ohligschlaeger@siemens.com