GS ECP 103(Process sizing criteria).pdf
196.7 KB
ء📒 spec شرکت TOTAL مربوط به سایزینگ خطوط و تجهیزات
Design Pressure
Design Temperature
Design pump
Vessle sizing
Heat exchangers
Pipe sizing
📲کانال : @processpiping
Design Pressure
Design Temperature
Design pump
Vessle sizing
Heat exchangers
Pipe sizing
📲کانال : @processpiping
👍1
👤 @Lost_but_WON
✍ مبدل های حرارتی:
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله رایج ترین نوع مبدل‌های حرارتی در صنایع شیمیایی می‌باشند. ساده ترین نوع این مبدلها، آرایش 1-1 (یک گذر و یک پوسته) است و از بین تمام انواع مبدل‌های پوسته و لوله، جریان سیال‌ها فقط در 1-1 به حالت ناهمسو نزدیکتر می‌باشد. با آنکه برای بار حرارتی و ضریب کلی انتقال حرارت مشخص، مبدل‌های1-1 کمترین سطح انتقال حرارت را دارا می‌باشند.
اما این نوع مبدلها چند نقطه ضعف اساسی نیز دارند:
1- دسته لوله‌ها را نمی‌توانید به راحتی و جهت شستشوهای فیزیکی یا شیمیایی از داخل پوسته خارج کرد.
2- با توجه به ثابت بودن دسته لوله، انبساط جزئی پوسته و لوله به مبدل آسیب می‌رساند.
3- در اين نوع مبدلها، تقاطع دمايي (Temperature Cross) نباید وجود داشته باشد. (اگر دمای جریان سرد خروجی از دمای جریان گرم خروجی بیشتر باشد در مبدل تقاطع دمایی داریم که این حالت بازیافت انرژی را افزایش می‌دهد و برای رسیدن به‌این شرایط باید تعداد پوسته‌ها را افزایش داد) .
🔰 آرایش‌های دیگری برای لوله در داخل پوسته‌ها وجود دارد که رایج ترین آنها 2-1 (یک پوسته و دو گذر لوله) می‌باشد. در قسمتي از جريان بصورت همسو و در قسمتي ديگر بصورت ناهمسو است. بنابراین افزايش تعداد گذرها باعث انحراف از حالت ناهمسو مي‌شود و برای تعیین سطح مبدل از رابطه Q=UA DTLMTD نمي‌توان استفاده كرد. برای در نظر گرفتن انحراف مبدل از حالت ایده آل، ضريب تصحيح FT (عددی بین 0 و 1) در آن معادله اعمال شده و بصورت Q=FT UA DTLMTD بیان می شود. مبدل‌های حرارتی چند گذر (Multi Pass) معمولا بر مبنای قاعده سرانگشتی FT >= 0.75 طراحی می‌شوند که در‌این حالت، مبدلها نسبت به تغییر شرایط فرآیندی حساس هستند. بعلاوه در‌اینگونه مبدلها تعداد پوسته با سعی و خطا تعیین می‌گردد. اما می‌توان با روش مناسبتری طراحی مبدل و تعیین تعداد پوسته‌ها را انجام داد.این روش با اصول صنعتی مطابقت داشته و برای مقدار مشخصی از بار حرارتی و ضریب کلی انتقال حرارت، بدلیل تقسیم بار حرارتي به FT، مبدل 2-1 سطح بیشتری نسبت به 1-1 دارد.
ولی مبدل 2-1 مزیت‌های صنعتی زیادی دارد. برخی از این مزیت‌ها عبارتند از:
1- قابلیت انبساط حرارتی
2- ضریب انتقال حرارت مناسب برای سیال داخل تیوب بدلیل سرعت بالا
3- ساده بودن شستشوی فیزیکی یا شیمیایی
بنابراین مبدل 2-1 کاربرد بیشتری نسبت به آرایش‌های دیگر دارد و توسعه بیشتری نیز پیدا کرده است. اما در بعضی شرایط فرآیندی، حالاتی به وجود می‌آید که برای مبدل 2-1 مقدار FT بطور غیر قابل قبولی کاهش می‌یابد. در‌این شرایط، طراحان نوع دیگری از پوسته و لوله یا آرایش چند پوسته را بررسی و انتخاب می‌کنند. اگر آرایش چند پوسته لازم باشد، معمولا از روش حدس و خطای افزایش تعداد پوسته‌ها تا رسیدن به FT مناسب برای هر پوسته استفاده می‌گردد.
🔰 برای مبدل‌های 2-1 می‌توان 3 حالت مختلف را در نظر گرفت:
1- دماي نهايي جريان گرم از دماي نهايي جريان سرد بيشتر می‌باشد:
در‌این حالت طراحي مبدل ساده است و اين فرآيند را مي توان در يك پوسته نيز انجام داد. به عبارت دیگر مقدار Temperature Approach در کل مبدل وجود دارد.
2- دماي نهايي جريان گرم کمی‌کمتر از دماي نهايي جريان سرد می‌باشد و در مبدل تقاطع دمایی وجود دارد:
در‌این حالت نیز مشابه حالت اول طراحي اين مبدل ساده است و اين فرآيند را مي‌توان در يك پوسته انجام داد.
3- با افزایش تقاطع دمایی، وارونگی موضعی انتقال حرارت (Local reversal of heat flow) در بعضی از قسمت‌های مبدل بوجود می‌آید : که انجام اين فرآيند در يك پوسته را غیر ممکن می‌سازد و باید طراحی 2-1 را تغییر داد.
🔰 از مقایسه حالات 2 و 3 این سوال مطرح می‌شود که تقاطع دمایی قابل قبول در یک پوسته تا چه حد مجاز است که در صورت افزایش آن تعداد پوسته‌ها را نیز باید افزایش داد؟ لازم به یادآوریست قاعده FT >= 0.75 سرانگشتي است و براي طراحي مناسب مبدل، به تنهايي كفايت نمي‌كند.
ضریب تصحیح FT با استفاده از پارامترهای R و P محاسبه می‌شود. اگر برای مقدار مشخص P نتوان مقدار R را تعیین کرد و بالعکس، ضریب تصحیح FT منفی می‌شود. ولی مقدار مثبت آن نیز به تنهایی برای طراحی مبدل کفایت نمی‌کند.
✍ مبدل های حرارتی:
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله رایج ترین نوع مبدل‌های حرارتی در صنایع شیمیایی می‌باشند. ساده ترین نوع این مبدلها، آرایش 1-1 (یک گذر و یک پوسته) است و از بین تمام انواع مبدل‌های پوسته و لوله، جریان سیال‌ها فقط در 1-1 به حالت ناهمسو نزدیکتر می‌باشد. با آنکه برای بار حرارتی و ضریب کلی انتقال حرارت مشخص، مبدل‌های1-1 کمترین سطح انتقال حرارت را دارا می‌باشند.
اما این نوع مبدلها چند نقطه ضعف اساسی نیز دارند:
1- دسته لوله‌ها را نمی‌توانید به راحتی و جهت شستشوهای فیزیکی یا شیمیایی از داخل پوسته خارج کرد.
2- با توجه به ثابت بودن دسته لوله، انبساط جزئی پوسته و لوله به مبدل آسیب می‌رساند.
3- در اين نوع مبدلها، تقاطع دمايي (Temperature Cross) نباید وجود داشته باشد. (اگر دمای جریان سرد خروجی از دمای جریان گرم خروجی بیشتر باشد در مبدل تقاطع دمایی داریم که این حالت بازیافت انرژی را افزایش می‌دهد و برای رسیدن به‌این شرایط باید تعداد پوسته‌ها را افزایش داد) .
🔰 آرایش‌های دیگری برای لوله در داخل پوسته‌ها وجود دارد که رایج ترین آنها 2-1 (یک پوسته و دو گذر لوله) می‌باشد. در قسمتي از جريان بصورت همسو و در قسمتي ديگر بصورت ناهمسو است. بنابراین افزايش تعداد گذرها باعث انحراف از حالت ناهمسو مي‌شود و برای تعیین سطح مبدل از رابطه Q=UA DTLMTD نمي‌توان استفاده كرد. برای در نظر گرفتن انحراف مبدل از حالت ایده آل، ضريب تصحيح FT (عددی بین 0 و 1) در آن معادله اعمال شده و بصورت Q=FT UA DTLMTD بیان می شود. مبدل‌های حرارتی چند گذر (Multi Pass) معمولا بر مبنای قاعده سرانگشتی FT >= 0.75 طراحی می‌شوند که در‌این حالت، مبدلها نسبت به تغییر شرایط فرآیندی حساس هستند. بعلاوه در‌اینگونه مبدلها تعداد پوسته با سعی و خطا تعیین می‌گردد. اما می‌توان با روش مناسبتری طراحی مبدل و تعیین تعداد پوسته‌ها را انجام داد.این روش با اصول صنعتی مطابقت داشته و برای مقدار مشخصی از بار حرارتی و ضریب کلی انتقال حرارت، بدلیل تقسیم بار حرارتي به FT، مبدل 2-1 سطح بیشتری نسبت به 1-1 دارد.
ولی مبدل 2-1 مزیت‌های صنعتی زیادی دارد. برخی از این مزیت‌ها عبارتند از:
1- قابلیت انبساط حرارتی
2- ضریب انتقال حرارت مناسب برای سیال داخل تیوب بدلیل سرعت بالا
3- ساده بودن شستشوی فیزیکی یا شیمیایی
بنابراین مبدل 2-1 کاربرد بیشتری نسبت به آرایش‌های دیگر دارد و توسعه بیشتری نیز پیدا کرده است. اما در بعضی شرایط فرآیندی، حالاتی به وجود می‌آید که برای مبدل 2-1 مقدار FT بطور غیر قابل قبولی کاهش می‌یابد. در‌این شرایط، طراحان نوع دیگری از پوسته و لوله یا آرایش چند پوسته را بررسی و انتخاب می‌کنند. اگر آرایش چند پوسته لازم باشد، معمولا از روش حدس و خطای افزایش تعداد پوسته‌ها تا رسیدن به FT مناسب برای هر پوسته استفاده می‌گردد.
🔰 برای مبدل‌های 2-1 می‌توان 3 حالت مختلف را در نظر گرفت:
1- دماي نهايي جريان گرم از دماي نهايي جريان سرد بيشتر می‌باشد:
در‌این حالت طراحي مبدل ساده است و اين فرآيند را مي توان در يك پوسته نيز انجام داد. به عبارت دیگر مقدار Temperature Approach در کل مبدل وجود دارد.
2- دماي نهايي جريان گرم کمی‌کمتر از دماي نهايي جريان سرد می‌باشد و در مبدل تقاطع دمایی وجود دارد:
در‌این حالت نیز مشابه حالت اول طراحي اين مبدل ساده است و اين فرآيند را مي‌توان در يك پوسته انجام داد.
3- با افزایش تقاطع دمایی، وارونگی موضعی انتقال حرارت (Local reversal of heat flow) در بعضی از قسمت‌های مبدل بوجود می‌آید : که انجام اين فرآيند در يك پوسته را غیر ممکن می‌سازد و باید طراحی 2-1 را تغییر داد.
🔰 از مقایسه حالات 2 و 3 این سوال مطرح می‌شود که تقاطع دمایی قابل قبول در یک پوسته تا چه حد مجاز است که در صورت افزایش آن تعداد پوسته‌ها را نیز باید افزایش داد؟ لازم به یادآوریست قاعده FT >= 0.75 سرانگشتي است و براي طراحي مناسب مبدل، به تنهايي كفايت نمي‌كند.
ضریب تصحیح FT با استفاده از پارامترهای R و P محاسبه می‌شود. اگر برای مقدار مشخص P نتوان مقدار R را تعیین کرد و بالعکس، ضریب تصحیح FT منفی می‌شود. ولی مقدار مثبت آن نیز به تنهایی برای طراحی مبدل کفایت نمی‌کند.
🔹 به عنوان مثال دو طراحي A و B را درنظر بگیرید. در هر دو طراحي FT = 0.75 مي‌باشد. برای بررسی این طراحی‌ها، تغییر دماهای ورودی یا شدت جریان‌ها مطالعه می‌شوند. اگر دماي جريان سرد ورودي به مبدل در طراحي A به اندازه 8 تا 14- درجه سانتی گراد تغییر کند مقدار FT بين 0.7 و 0.8 نوسان مي‌كند. اما برای طراحي B فقط تغييرات دمايي منفی مثبت 2 درجه انتی گراد در جريان سرد ورودي مجاز مي‌باشد تا FT بين 0.7 تا 0.8 نوسان كند و افزايش 4 درجه سانتی گرادی در دماي جريان سرد ورودي یا تغییر 5%± شدت جریان باعث منفي شدن FT مي‌گردد. بنابراین حساسیت طراحی B نسبت به تغییرات شرایط فرآیندی بیشتر از طراحی A می‌باشد.
این مثال نشان می‌دهد که مقدار عددي FT به تنهايي معيار مناسبي براي طراحي مبدلها نيست. بطوركلي، اگر مبدلي تغييرات دمايي منفی مثبت 10 درصد دماي جریان سرد ورودي را تحمل كند، مبدل قابل اطمينان Resilient ناميده مي‌شود، به عبارت ديگر نسبت به تغييرات دمايي حساس نيست. اگر FT خيلي كم يا تقاطع دمايي خيلي زياد باشد، مبدل 2-1 نسبت به تغييرات دما حساس بوده و طراح بايد تعداد پوسته‌ها را افزايش دهد یا از نوع دیگر پوسته مانند پوسته نوع F استاندارد TEMA استفاده کند. با اين روش مي‌توان تقاطع دمايي را در هر پوسته كاهش داد.
🔰 براي طراحی مبدل و تعيين پوسته‌ها، روشهاي مختلفي وجود دارند:
به عنوان مثال، جريان گرمي بايد از 410 تا 110 درجه سانتی گراد سرد شود و جريان سرد نيز از 0 بايد تا 360 درجه سانتی گراد گرم شود. بر مبنای این اطلاعات مقادير R=1.2 و P=0.73 بدست مي‌آيند. فرض يك و دو پوسته نادرست است زيرا در اين حالات به ازاء سه پوسته FT=0.65 و به ازاء چهار پوسته FT=0.8 بدست مي‌آيند. به این روش حدس و خطا می‌گویند. در روش نردبانی، مشابه روش تعيين تعداد سيني‌هاي تئوري برجهاي تقطير و جذب، عمل مي‌كنيم. جريانهاي گرم و سرد را رسم مي‌كنيم و خطوط افقي نشان‌دهندة تعداد پوسته‌ها مي‌باشد. در اين روش هيچ تقاطع دمايي مجاز نيست. به همين دليل معمولاً تعداد پوسته‌هاي محاسبه شده، از تعداد پوسته‌هاي مورد نياز بيشتر مي‌باشد. خطوط عمودی نشان دهنده حالت Equal Enthalpy و خطوط افقی حالت Equal Temperature را نشان می دهند. در حقیقت در این روش، مبدل به زیر مجموعه های ایده آلی تقسیم می شود که مقدار FT هر قسمت تقریبا با یک برابر است، تقاطع دمایی (Temperature Cross) در هیچ کدام از قسمت ها وجود ندارد و بار حرارتی کل مبدل با مجموع بار حرارتی قسمت ها برابر است.
بنابراین، اگر FT خيلي كم يا تقاطع دمايي خيلي زياد باشد، مبدل 2-1 نسبت به تغييرات دما حساس بوده و طراح بايد تعداد پوسته‌ها را افزايش دهد یا از نوع دیگر پوسته مانند پوسته نوع F استاندارد TEMA استفاده کند.
با اين روش مي‌توان تقاطع دمايي را در هر پوسته كاهش داد. هر چند به شدت توصیه می شود در زمان انتخاب پوسته نوع F محدودیتهای طراحی و عملیاتی آن مورد توجه قرار گیرد.
📲کانال @processpiping
این مثال نشان می‌دهد که مقدار عددي FT به تنهايي معيار مناسبي براي طراحي مبدلها نيست. بطوركلي، اگر مبدلي تغييرات دمايي منفی مثبت 10 درصد دماي جریان سرد ورودي را تحمل كند، مبدل قابل اطمينان Resilient ناميده مي‌شود، به عبارت ديگر نسبت به تغييرات دمايي حساس نيست. اگر FT خيلي كم يا تقاطع دمايي خيلي زياد باشد، مبدل 2-1 نسبت به تغييرات دما حساس بوده و طراح بايد تعداد پوسته‌ها را افزايش دهد یا از نوع دیگر پوسته مانند پوسته نوع F استاندارد TEMA استفاده کند. با اين روش مي‌توان تقاطع دمايي را در هر پوسته كاهش داد.
🔰 براي طراحی مبدل و تعيين پوسته‌ها، روشهاي مختلفي وجود دارند:
به عنوان مثال، جريان گرمي بايد از 410 تا 110 درجه سانتی گراد سرد شود و جريان سرد نيز از 0 بايد تا 360 درجه سانتی گراد گرم شود. بر مبنای این اطلاعات مقادير R=1.2 و P=0.73 بدست مي‌آيند. فرض يك و دو پوسته نادرست است زيرا در اين حالات به ازاء سه پوسته FT=0.65 و به ازاء چهار پوسته FT=0.8 بدست مي‌آيند. به این روش حدس و خطا می‌گویند. در روش نردبانی، مشابه روش تعيين تعداد سيني‌هاي تئوري برجهاي تقطير و جذب، عمل مي‌كنيم. جريانهاي گرم و سرد را رسم مي‌كنيم و خطوط افقي نشان‌دهندة تعداد پوسته‌ها مي‌باشد. در اين روش هيچ تقاطع دمايي مجاز نيست. به همين دليل معمولاً تعداد پوسته‌هاي محاسبه شده، از تعداد پوسته‌هاي مورد نياز بيشتر مي‌باشد. خطوط عمودی نشان دهنده حالت Equal Enthalpy و خطوط افقی حالت Equal Temperature را نشان می دهند. در حقیقت در این روش، مبدل به زیر مجموعه های ایده آلی تقسیم می شود که مقدار FT هر قسمت تقریبا با یک برابر است، تقاطع دمایی (Temperature Cross) در هیچ کدام از قسمت ها وجود ندارد و بار حرارتی کل مبدل با مجموع بار حرارتی قسمت ها برابر است.
بنابراین، اگر FT خيلي كم يا تقاطع دمايي خيلي زياد باشد، مبدل 2-1 نسبت به تغييرات دما حساس بوده و طراح بايد تعداد پوسته‌ها را افزايش دهد یا از نوع دیگر پوسته مانند پوسته نوع F استاندارد TEMA استفاده کند.
با اين روش مي‌توان تقاطع دمايي را در هر پوسته كاهش داد. هر چند به شدت توصیه می شود در زمان انتخاب پوسته نوع F محدودیتهای طراحی و عملیاتی آن مورد توجه قرار گیرد.
📲کانال @processpiping
🔹 مفهوم heavy key و light key در روش shortcut در برج های تقطیر:
فرض کنیم هدف جداسازی دو جزء A و B در یک خوراک چند جزئی در یک برج تقطیر است به طوری که فراریت جزء A از B بیشتر است.
در این صورت light key مقدار جزء فرارتر (A) در پایین برج و heavy key مقدار جزء سنگین تر( B ) در بالای برج می باشد.
📲کانال: @processpiping
فرض کنیم هدف جداسازی دو جزء A و B در یک خوراک چند جزئی در یک برج تقطیر است به طوری که فراریت جزء A از B بیشتر است.
در این صورت light key مقدار جزء فرارتر (A) در پایین برج و heavy key مقدار جزء سنگین تر( B ) در بالای برج می باشد.
📲کانال: @processpiping