Laboratorio di Impianti Chimici - Corso di Laurea Magistrale in

Università degli Studi di Torino
Corso di Studi in Chimica Industriale
Laboratorio di Impianti Chimici
Docente: Guido Sassi
1. Simulazione di Processi e Apparecchiature Chimiche in ambiente
ASPENPLUS
Start Up
Analisi dei Modelli
Dispense curate da:
Davide Fissore
Sabrina Ghio
Guido Sassi
Salvatore Velardi
Incominciamo con ASPEN PLUS
ASPEN significa Advanced System for Process Engineering ed è stato sviluppato dal Dr.
L.Evans al M.I.T. Cambridge, Massachussetts. Insieme con Speed-up, Hysim, Chemcad fa parte
dei programmi disponibili per simulare processi chimici. E’ caratterizzato da una interfaccia
utente “amica”, grazie al menu guidato ed all’opportunità di poter riempire gli spazi bianchi che
di volta in volta vengono segnalati dal simulatore.
L’obiettivo di questa prima parte sarà imparare ad introdurre il diagramma di flusso
voluto e specificarne i flussi in ingresso ed i componenti con le rispettive proprietà. Infine
analizzare i risultati della simulazione guadagnando così una certa familiarità con il programma
nonché apprezzandone le capacità.
Help button
Next button
Menu bar
Toolbar
Flowsheet
Workspace
Scroll Bar
Model
Library
Prompt
Area
Esempio 1: Flash
Un’alimentazione liquida (flusso 1) preriscaldata a 150°C ed a 20 atm, contenente acqua
(25 kg/h) e metanolo (25 kg/h) viene espansa ad 1 atm allo scopo di ottenere la separazione dei
componenti leggeri (che si concentrano nel vapore) dai componenti pesanti (che si concentrano
nel liquido). Il liquido ed il vapore vengono estratti continuamente per mantenere le condizioni
di stato stazionario. La riduzione della pressione provoca una parziale vaporizzazione del liquido
e quindi un abbassamento della sua temperatura. Il tempo di permanenza nella camera è
sufficiente a garantire che il liquido ed il vapore prodotti sia in equilibrio fra loro.
1
Disegnare il diagramma di flusso con Aspen e risolvere il sistema considerando il flash
adiabatico. Cambiare in seguito il flusso dei componenti in alimentazione: aumentare il metanolo
a 60 kg/h e ridurre l’acqua a 20 kg/h, e confrontare i risultati.
Avviamento del programma
Per avviare il programma scegliere nella finestra di Avvio in basso a sinistra il menu Programmi
> AspenTech > Aspen Plus 10.0-1 > Aspen Plus User Interface.
Si avvia così Aspen ed appare la prima finestra di dialogo: Create a New Simulation, scegliere
Blank Simulation e dare OK.
A questo punto compare Connect to Engine.
Quando compare Connection Established dare OK e comparirà la finestra principale di Aspen.
In questo spazio di lavoro creerete i diagrammi di flusso, dal momento che non avete introdotto
ancora nessuna specificazione, lo spazio è bianco. Altre finestre di dialogo, per definire i flussi, i
componenti… si sovrapporranno via via su questa finestra principale.
La funzione Next
In alto a sinistra c’è un bottone con una N blu, è la funzione Next. In qualunque momento se
selezionate questa funzione Aspen vi guiderà alla prossima scelta: quando non siete sicuri a
proposito della prossima scelta, usate questa funzione.
Costruire il diagramma di flusso
Il diagramma di flusso da
costruire è riportato in Fig. 1,
è costituito da un flusso in
ingresso (metanolo e acqua),
da una unità operativa (la
camera di espansione) e da
due flussi uscenti (il vapore ed
il liquido).
Inserire l’unità di flash
Per simulare la camera di espansione, selezionate nel riquadro in basso la sezione Separators,
spostatevi con il mouse e leggete in basso la breve descrizione fornita per le diverse
apparecchiature. Per questo esempio selezionate con il mouse sinistro Flash2, ovvero flash con 2
uscite e l’immagine diventerà più chiara.
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Per maggiori notizie a riguardo
richiamate le informazioni
disponibili on-line con il tasto
F1 da tastiera, per chiudere la
finestra di Help usate Esc
sempre da tastiera. Quando
l’icona è selezionata, il mouse
assume la forma di una croce,
spostatelo nel foglio di lavoro
e inserite l’unità con il mouse
sinistro. A questo punto l’unità
viene visualizzata con il nome
assegnato da Aspen (B1).
Inserire i flussi
Tornate nuovamente nel blocco
in basso a sinistra e selezionate
Material
Streams,
come
sposterete il mouse nel foglio
di lavoro, vedrete evidenziarsi
in rosso i flussi in ingresso e
uscita dall’apparecchiatura ed
in blu il flusso di Water
Decanter che al momento non
è di interesse. Se vi avvicinate
con il cursore ai flussi
compariranno le informazioni a
riguardo (Feed, Vapor, Liquid).
Cliccate con il mouse sinistro
da
un
punto
vicino
all’apparecchiatura
fino
a
sovrapporre il cursore alla freccia rossa entrante (flusso Feed) e cliccate nuovamente con il
mouse sinistro, Aspen disegnerà il flusso in ingresso.
Avete così introdotto l’alimentazione, fate la stessa cosa per i flussi in uscita.
Prima di procedere assicuratevi che i flussi siano realmente collegati all’apparecchiatura facendo
la seguente prova: cliccate con il mouse sinistro sulla freccia nera nel menu in basso, il mouse
ritorna una freccia. Selezionate con il mouse sinistro l’apparecchiatura e provate a trascinarla, i
flussi collegati devono seguire l’unità. Se così non fosse selezionate nuovamente in basso a
sinistra Material Streams, le frecce rosse si evidenzieranno e collegate il vostro flusso scollegato
alla freccia rossa interessata a seconda che sia in ingresso o in uscita.
Il diagramma di flusso è ora completo, se così non fosse in basso a destra comparirebbe in rosso
la scritta Flowsheet not complete.
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Rinominare i flussi
Aspen chiama 1, 2 e 3 i flussi in ordine di creazione. Per maggiore comprensione del diagramma
è bene rinominare i flussi. Selezionate con il mouse sinistro il flusso in alimentazione, ora con il
mouse destro comparirà una finestra dove troverete Rename stream, inserite nei flussi
appropriati, Feed, Vapor e Liquid.
Inserire le specifiche
Quando il diagramma di flusso è completo, occorre inserire i dati in ingresso e le condizioni
operative per l’apparecchiatura.
Se ricorrete ora alla funzione Next, comparirà una finestra che vi avvisa che il vostro diagramma
è completo e che vi guida al prossimo input:
Flowsheet connectivity is complete. Provide the remaining problem specifications on input form.
Display next input form? Date OK e comparirà la prossima finestra da completare.
Notate che in basso a destra finché non avrete introdotto tutti gli Inputs comparirà la scritta rossa
Required input incomplete.
Specificare un titolo ed il sistema di misura
Compare ora la finestra Setup Specifications Data Browser, dove occorre completare la sessione
Global con il titolo della vostra simulazione nel campo Title, per esempio Methanol flash unit e
date Enter. Sotto trovate Units of measurement, scegliete SI, il Sistema Internazionale.
Introdurre i componenti
Con la funzione Next, comparirà a questo punto la finestra Components Specifications Data
Browser, che vi permetterà di introdurre i
componenti coinvolti nella simulazione. In
questo esempio i componenti sono metanolo
e acqua.
Nel campo Comp ID, scrivete Methanol e
date Enter. Aspen riconosce questo
componente e completa i rimanenti campi
con il nome e la formula. Nel successivo
campo bianco inserite Water. Avete così
specificato i 2 componenti richiesti per
questo processo e la funzione Next vi aiuterà
ancora una volta per inserire i prossimi
input. Notate che quando una pagina è completa è caratterizzata da un segno blu, al contrario è
rosso.
Scegliere il metodo termodinamico
La funzione Next vi porterà alla finestra Properties Specifications dove selezionate il metodo
appropriato per la simulazione con il quale Aspen calcolerà le proprietà quali densità, entalpia,
etc.
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Nel campo Process type è visualizzato ALL, ovvero vengono coinvolti tutti i tipi di processo, nel
campo successivo Base Method selezionate IDEAL per questa simulazione si stimerà l’equilibrio
liquido-vapore come ideale.
In basso potrete leggere alcune sommarie informazioni sui metodi, mentre con la funzione F1
avrete a disposizione maggiori notizie sul calcolo delle proprietà con il metodo scelto.
Le proprietà sono complete e con la funzione Next vi spostate all’input successivo.
Introdurre i flussi
L’input successivo è la finestra Stream FEED
Input, Feed rappresenta proprio il nome che
voi avete scelto quando avete rinominato il
flusso. Dovete ora introdurre le condizioni e il
flusso dell’alimentazione per il metanolo e
per l’acqua. Nel campo State Variables
introduce Temperature 150°C e Pressure 20
atm come è richiesto dal problema. Per
selezionare °C e atm usate le frecce laterali
che aprono i menu a tendina dove selezionate
la voce necessaria. A questo punto a destra
Aspen ha introdotto i componenti coinvolti e
nel campo Composition selezionate Mass flow in kg/h ed introduce di fianco ai componenti 25
dal momento che il metanolo e l’acqua hanno lo stesso flusso di 25 kg/h.
Usate nuovamente la funzione Next per completare l’input successivo.
Introdurre i dati dell’unità del processo
Si apre la finestra relativa a Block B1 Flash 2.
Per definire il Flash introducete in Flash
Specifications
nel campo Pressure 1 (la
pressione di espansione) e Heat duty pari a 0
dal momento che la camera è adiabatica.
Anche in questo caso per selezionare heat
duty, aprite con le frecce laterali il menu a
tendina.
A questo punto sono stati introdotti tutti gli
input e la scritta rossa in basso a destra si è
trasformata in blu con Input completo. La
funzione Next vi confermerà che avete
introdotto tutti i dati necessari alla simulazione e vi chiede se volete lanciare la simulazione.
All required input complete......run the simulation now?
Date OK
Lanciare la simulazione
Quando gli input sono completi la funzione o vi permetterà di lanciare la simulazione. Aspen
visualizzerà ora il Control Panel che vi permetterà di seguire la simulazione che si sviluppa in
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tre passi, dapprima analizza gli input introdotti (Processing input specifications), inizia il
processo di calcolo (calculations begin) ed infine genera i risultati (simulation calculations
completed). Sono ora disponibili i risultati della simulazione.
Esaminare i risultati
Selezionate il flusso vapore con il mouse
sinistro e con il mouse destro aprite la
finestra relativa e scegliete la voce Results.
Verranno visualizzati la composizione del
flusso e il suo stato termodinamico. Per
muovervi trascinate con il mouse la freccia
alla sinistra della finestra. Un esempio lo
trovate allegato.
Per analizzare i risultati del blocco di flash,
selezionate la camera e con il mouse destro
aprite la finestra e come per il flusso
selezionate Results. In questa finestra
vengono visualizzate le condizioni di temperatura del flash e la frazione di vapore.
Come cambiare le unità di misura dei risultati
Se automaticamente la vostra versione non riporta i risultati in massa o in moli, oppure con le
frazioni, secondo le vostre esigenze, Aspen dà la possibilità di modificare le unità di misura dei
risultati.
Dal menu principale Data, selezionate la voce Setup, una delle opzioni sotto questa voce è
Report Options. Vi si apre la finestra corrispondente, passate alla sottofinestre Stream. Qui
potete scegliere di visualizzare i risultati in massa o in moli. Selezionateli tutti: Fraction basis,
sia Mole che Mass (ed avrete i flussi sia in kg/h che in kmol/h) e Flow basis, sia Mole che Mass
ed avrete le frazioni molari ed in massa.
Modificare gli input
Variate ora la composizione del flusso in ingresso e valutate i risultati nelle nuove condizioni.
Selezionate il flusso Feed con il mouse e con il mouse destro aprite la finestra dove ora scegliete
la voce Input. A destra modificate il flusso di metanolo da 25 a 60 ed il flusso di acqua da 25 a
40.
Per lanciare la simulazione con i nuovi dati potete ricorrere alla funzione Next oppure scegliere
dal menu principale in alto la voce Run e dalla tendina nuovamente Run.
Chiudere la sessione di lavoro
Per uscire da Aspen, selezionate File dalla finestra principale e scegliete Exit.
Aspen aprirà una finestra di dialogo dove vi chiederà se volete salvare il lavoro. Scegliete YES e
seguite le istruzioni che vi saranno date in aula per scegliere l’area di lavoro dove salvare i vostri
file.
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Esempio 2: Analisi delle proprietà
Questa funzione Aspen permette di generare diagrammi e tabelle delle proprietà di componenti
puri e di miscele. In questo esempio userete questa funzione per generare un diagramma
temperatura-composizione per il sistema acetone-cloroformio, usando i coefficienti di attività
stimati con il modello NRTL.
Prima di cominciare, è importante capire le proprietà fisiche e il comportamento dell’equilibrio
di fase dei componenti, in modo da confermare che il comportamento predetto dai modelli
utilizzati sia ragionevole.
Dalla letteratura, Properties of gases and liquids, Reid, Sherwood and Prausnitz, Appendice A,
trovate
Temperatura di ebollizione dell’acetone
56°C
Temperatura di ebollizione del cloroformio
61°C
Azeotropo del sistema
64,5°C
Avviamento del programma
Per avviare il programma scegliere nella finestra di Avvio in basso a sinistra il menu Programmi
> AspenTech > Aspen Plus 10.0-1 > Aspen Plus User Interface.
Si avvia così Aspen ed appare la prima finestra di dialogo: Create a New Simulation, scegliere
Blank Simulation e dare OK.
Quando compare Connection Established dare OK e comparirà la finestra principale di Aspen.
In questo spazio di lavoro creerete i diagrammi di flusso, dal momento che non avete introdotto
ancora nessuna specificazione, lo spazio è bianco. Altre finestre di dialogo, per definire i flussi, i
componenti… si sovrapporranno via via su questa finestra principale.
Introdurre i componenti e le proprietà
Questa volta non disegnerete nessuna
apparecchiatura, ma cercherete informazioni
riguardo ai componenti.
Dal menu principale selezionate Data e poi
Setup. Nella finestra che si apre sulla sinistra
scegliete Specifications e nella sessione
Global selezionate nel campo Input data
MET e lo stesso nel campo Output data.
Usate ora la funzione Next ed appare la
finestra per inserire i componenti. Nella
sessione Selection, in Component ID scrivete
Acetone, date Enter, sotto introducete
CHCL3.
Aspen riconosce i componenti, riempie i campi con la formula. Usate la funzione Next per
spostarvi alla sessione riguardante i metodi termodinamici.
Si apre Properties e nella sessione Global, nel campo Property method & models completate il
Base method scegliendo NRTL dal menu a tendina che aprite con le frecce.
Usate Next e vi spostate in Binary Interaction NRTL. Sono qui riportati i parametri di interazione
binaria della banca dati usata da Aspen per il sistema acetone-cloroformio.
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Questi parametri sono determinati fra 15°C e
65.5°C. Muovendovi con la freccia potete
leggere i coefficienti di interazione ed in
fondo il range di temperatura sopra riportato.
Accettate questi parametri selezionando
nuovamente la funzione Next.
Apparirà una finestra di dialogo che vi
chiede se volete introdurre altri dati in
ingresso, questa volta selezionate Cancel e
con la croce in alto a destra chiudete la
finestra.
Generare il diagramma Txy
Anche se in basso a sinistra Aspen vi comunica che i
dati non sono sufficienti, questo tipo di analisi si può
fare comunque.
Dal menu principale selezionate Tools e poi Analysis >
Property > Binary.
Usate la funzione Next e si apre la finestra Binary
Analisys, nel campo Analysis type dal menu a tendina
selezionate Txy. Appariranno i dati che Aspen usa,
accettateli cliccando su Go.
Inizia la fase di calcolo per la generazione del
diagramma. I risultati appariranno sotto forma di
tabella e subito dopo compare il grafico.
Notate come i dati sono in accordo con i dati di
letteratura.
Chiudete il grafico con la x in alto a destra e dalla finestra Binary Analysis Results, cliccate Plot
Wisard, Aspen vi mostrerà i diversi tipi di grafico disponibili.
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Esempio 3: Distillazione del Metilcicloesano
Il metilcicloesano ed il toluene formano un sistema difficile da separare con una semplice
distillazione binaria (le temperature di ebollizione sono molto vicine). Si usa così fenolo in
una colonna di recupero per estrarre il toluene in modo da ottenere come prodotto di testa
metilcicloesano relativamente puro.
Data una colonna già esistente di recupero di metilcicloesano con le seguenti
caratteristiche:
22 stadi di equilibrio, rapporto di riflusso pari a 8, condensatore totale a 16 psi e ribollitore
parziale a 20.2 psi.
Viene alimentata al piatto numero 7 con una corrente di 1200 lbmol/h di fenolo a 220 °F e
20 psi ed al piatto numero 14 con una corrente costituita da 200 lbmol/h di metilcicloesano
e 200 lbmol/h di toluene anch’essa a 220 °F e 20 psi.
In tali condizioni si ottengono 200 lbmol/h di distillato.
Simulare la colonna in queste condizioni per determinare la purezza del metilcicloesano, i
profili di composizione ed il calore da fornire al ribollitore di coda e da sottrarre al
condensatore di testa.
Incrementate poi il flusso di
fenolo a 1800 lbmol/h e
vedrete che il recupero del
metilcicloesano migliora.
Il diagramma di flusso e le
condizioni operative sono
riportate in Figura.
Avviamento del programma
Per avviare il programma scegliere nella finestra di Avvio in basso a sinistra il menu
Programmi > AspenTech > Aspen Plus 10.0-1 > Aspen Plus User Interface. Si
avvia così Aspen ed appare la prima finestra di dialogo: Create a New Simulation,
scegliere Blank Simulation e dare OK. A questo punto compare Connect to Engine.
Quando compare Connection Established dare OK e comparirà la finestra principale di
Aspen. In questo spazio di lavoro creerete i diagrammi di flusso, dal momento che non
avete introdotto ancora nessuna specificazione, lo spazio è bianco. Altre finestre di
dialogo, per definire i flussi, i componenti… si sovrapporranno via via su questa finestra
principale.
La funzione Next
In alto a sinistra c’è un bottone con una N blu, è la funzione Next. In qualunque momento
se selezionate questa funzione Aspen vi guiderà alla prossima scelta: quando non siete
sicuri a proposito della prossima scelta, usate questa funzione.
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Costruire il diagramma di flusso
Il diagramma di flusso da costruire è riportato in Figura. Ci sono due alimentazioni,
(metilcicloesano-toluene e fenolo come solvente, una unità di processo (colonna per
distillazione estrattiva) e due flussi per i prodotti (distillato e prodotto di coda).
Inserire la colonna
Per simulare la colonna, selezionate nel
riquadro in basso la sezione Columns,
spostatevi con il mouse e leggete in
basso la breve descrizione fornita per le
diverse apparecchiature. Per questo
esempio selezionate con il mouse
sinistro RADFRAC e l’immagine
diventerà più chiara.
Per maggiori notizie a riguardo
richiamate le informazioni disponibili
on-line con il tasto F1 da tastiera, per
chiudere la finestra di Help usate Esc
sempre da tastiera.
Quando l’icona è selezionata - il mouse
assume la forma di una croce - spostate
il cursore nel foglio di lavoro e inserite
l’unità con il mouse sinistro. A questo punto l’unità viene visualizzata con il nome
assegnato da Aspen (B1).
Cambiare l’icona della colonna
Il modello RadFrac ha diverse icone disponibili, cliccate con il mouse sinistro sulla freccia
nera in basso a sinistra in modo che il cursore diventi una freccia e spostatevi poi
nuovamente sul foglio di lavoro. Con il mouse sinistro selezionate l’icona e con il mouse
destro si apre una finestra di dialogo, scegliete la voce Exchange Icon. L’icona verrà
sostituita con la nuova immagine.
Inserire i flussi
Tornate nuovamente nel blocco in basso a sinistra e selezionate Material Streams, come
sposterete il mouse nel foglio di lavoro, vedrete evidenziarsi in rosso i flussi in ingresso e
uscita dall’apparecchiatura.
Se vi avvicinate con il cursore ai flussi compariranno le informazioni a riguardo (Feed,
Liquid D required, Bottom required). Cliccate con il mouse sinistro da un punto vicino
all’apparecchiatura fino a sovrapporre il cursore alla freccia rossa entrante (flusso Feed) e
cliccate nuovamente con il mouse sinistro, Aspen disegnerà il flusso in ingresso.
Avete così introdotto la prima alimentazione, fate la stessa cosa per l’altra alimentazione e
per i flussi in uscita. Prima di procedere assicuratevi che i flussi siano realmente collegati
all’apparecchiatura facendo la seguente prova: cliccate con il mouse sinistro sulla freccia
nera nel menu in basso, il mouse ritorna una freccia. Selezionate con il mouse sinistro
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l’apparecchiatura
e
provate
a
trascinarla, i flussi collegati devono
seguire l’unità. Se così non fosse
selezionate nuovamente in basso a
sinistra Material Streams, le frecce
rosse si evidenzieranno e collegate il
vostro flusso scollegato alla freccia
rossa interessata a seconda che sia in
ingresso o in uscita.
Il diagramma di flusso è ora completo,
se così non fosse in basso a destra
comparirebbe in rosso la scritta
Flowsheet not complete.
Rinominare i flussi
Aspen chiama 1, 2, 3 e 4 i flussi in ordine di creazione. Per maggiore comprensione del
diagramma è bene rinominare i flussi. Selezionate con il mouse sinistro il flusso in
alimentazione, ora con il mouse destro comparirà una finestra dove troverete Rename
stream, inserite nei flussi appropriati, Feed, Solvent, Distil e Bottom.
Inserire le specifiche
Quando il diagramma di flusso è completo, occorre inserire i dati in ingresso e le
condizioni operative per l’apparecchiatura.
Se ricorrete ora alla funzione Next, comparirà una finestra che vi avvisa che il vostro
diagramma è completo e che vi guida al prossimo input:
Flowsheet connectivity is complete. Provide the remaining problem specifications on input
form. Display next input form? Date OK e comparirà la prossima finestra da completare.
Notate che in basso a destra finché non avrete introdotto tutti gli comparirà la scritta rossa
Required input incomplete.
Specificare un titolo ed il sistema di misura
Compare ora la finestra Setup Specifications Data Browser, dove occorre completare la
sessione Global con il titolo della vostra simulazione nel campo Title, per esempio
Methylcyclohexane Recovery Process e date Enter. Sotto trovate Units of measurement,
scegliete SI, il Sistema Internazionale.
Introdurre i componenti
Con la funzione Next, comparirà a questo punto la finestra Components Specifications
Data Browser, che vi permetterà di introdurre i componenti coinvolti nella simulazione. In
questo esempio i componenti sono toluene, fenolo e metilcicloesano.
Nel campo Comp ID, scrivete Toluene e date Enter. Aspen riconosce questo componente e
completa i rimanenti campi con il nome e la formula. Nel successivo campo bianco inserite
Phenol. Aspen completerà nuovamente i campi nome e formula. Se per il metilcicloesano,
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inserite l’abbreviazione MCH nel campo Comp ID, Aspen non riconosce il componente e
non riempie i campi, ma apre una nuova finestra di dialogo Find dove scrivete una parte
del nome, Methylcyc e date Enter. In basso comparirà una lista di tutti i componenti che
iniziano con le lettere scritte, cercate Methylcyclohexane e quando selezionate Close,
Aspen chiude la finestra e riempie i campi.
Avete specificato i tre
componenti richiesti per la
simulazione e la funzione
Next vi aiuterà ancora una
volta per inserire i prossimi
input.
Notate che quando una
pagina
è
completa
è
caratterizzata da un segno
blu, al contrario è rosso.
Scegliere il metodo termodinamico
La funzione Next vi porterà alla
finestra Properties Specifications dove
selezionate il metodo appropriato per la
simulazione con il quale Aspen
calcolerà le proprietà quali densità,
entalpia, etc.
Nel campo Process type è visualizzato
ALL, ovvero vengono coinvolti tutti i
tipi di processo, nel campo successivo
Base Method selezionate UNIFAC per
questa
simulazione
si
stimerà
l’equilibrio liquido-vapore come nonideale.
In basso potrete leggere alcune sommarie informazioni sui metodi, mentre con la funzione
F1 avrete a disposizione maggiori notizie sul calcolo delle proprietà con il metodo scelto.
Le proprietà sono complete e con la funzione Next vi spostate all’input successivo.
Introdurre i flussi
L’input successivo è la finestra Stream FEED Input, Feed rappresenta proprio il nome che
voi avete scelto quando avete rinominato il flusso. Dovete ora introdurre le condizioni e il
flusso dell’alimentazione per la corrente metilcicloesano e toluene. Nel campo State
Variables introduce Temperature 220°F e Pressure 20 psi come è richiesto dal problema.
Per selezionare °F e psi usate le frecce laterali che aprono i menu a tendina dove
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selezionate
la
voce
necessaria. A questo punto a
destra Aspen ha introdotto i
componenti coinvolti e nel
campo
Composition
selezionate Mole flow in
lbmol/h ed introducete di
fianco
ai
componenti
methylcycl e toluene i
rispettivi flussi di 200
lbmol/h
per
entrambi.
Ricordate che in questa
alimentazione non c’è fenolo,
quindi non introducete in
questa pagina il flusso.
Usate nuovamente la funzione Next per completare l’input successivo con le condizioni
della seconda corrente alimentata, solvent di fenolo. Inserite nel campo Composition, Mole
flow in lbmol/h e di fianco al fenolo 1200. In questa corrente c’è solo fenolo quindi non
introducete altri componenti.
Ancora una volta Next per spostarvi alla finestra successiva
Introdurre i dati dell’unità del processo
Si apre la finestra relativa a Block B1 Radfrac. Per definire la colonna occorre introdurre il
numero di stadi teorico, il
tipo di condensatore, il flusso
di distillato, i piatti di
alimentazione delle correnti
in ingresso ed il profilo di
pressione in colonna.
Nella
prima
sessione,
Configuration, nel campo
Number of stages, inserite 22
e nel campo Condenser
scegliete Total, nella sessione
Operating
specifications,
inserite nel campo Distillate
rate, 200 lbmol/h (fate
attenzione ad introdurre le
appropriate unità di misura) ed in Reflux ratio 8.
Nella sessione Streams, completate con i piatti in cui introducete l’alimentazione: nel
campo Name Feed, Stage 14 e per il solvente Solvent inserite 7.
Usate la funzione Next per completare la sessione Pressure dove si inserisce il profilo di
pressione in colonna. Per l’esempio considerato, la pressione al condensatore è di 16 psi e
la pressione al ribollitore di coda di 20 psi. Nella sessione potete introdurre la pressione di
testa e la perdita di carico in colonna pari a 20-16=4.
Nella sessione Pressure, nel campo View scegliete Top/Bottom, sotto nel campo Top Stage
Condenser inserire 16 psi. Ed in basso nel campo Pressure drop Column inserite 4 psi.
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Radfrac è ora completo, usate
Next per muoverti alla
prossima finestra. I vostri
input sono completi e Aspen
vi chiede se volete lanciare la
simulazione. Date OK
Lanciare la simulazione
Quando gli input sono completi la funzione Next vi permetterà di lanciare la simulazione.
Aspen visualizzerà ora il Control Panel che vi permetterà di seguire la simulazione che si
sviluppa in tre passi, dapprima analizza gli input introdotti (Processing input
specifications), inizia il processo di calcolo (calculations begin) ed infine genera i risultati
(simulation calculations completed).
Sono ora disponibili i risultati della simulazione. Chiudete le finestre con la croce in alto a
destra.
Esaminare i risultati
Per esaminare i risultati della colonna, selezionatela, spostando il mouse vicino alla
colonna e poi cliccando con il mouse sinistro. Il blocco si circonda di quadratini neri.
Cliccate con il mouse destro e si apre una finestra, scegliete la voce Results. Appariranno i
risultati della colonna. Nella
sessione Summary, sono riportati la
temperatura della colonna, il calore
ed il flusso di liquido e vapore.
Muovetevi nella sessione Split
fraction e il metilcicloesano nel
distillato è pari al 97%.
Selezionate il flusso del distillato
con il mouse sinistro e con il mouse
destro aprite la finestra relativa e
scegliete la voce Results. Verranno
visualizzati la composizione del
flusso e il suo stato termodinamico.
Per muovervi trascinate con il
mouse la freccia alla sinistra della
finestra
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Modificare gli input
Variate ora il flusso di solvente(fenolo), aumentatelo a 1800 lbmol/h e valutate l’effetto
sulla purezza del metilcicloesano nel flusso del distillato in testa alla colonna..
Selezionate il flusso solvent con il mouse e con il mouse destro aprite la finestra dove ora
scegliete la voce Input. A destra modificate il flusso di metilcicloesano da 1200 a 1800
lbmol/h.
Per lanciare la simulazione con i nuovi dati potete ricorrere alla funzione Next oppure
scegliere dal menu principale in alto la voce Run e dalla tendina nuovamente Run.
Chiudere la sessione di lavoro
Per uscire da Aspen, selezionate File dalla finestra principale e scegliete Exit.
Aspen aprirà una finestra di dialogo dove vi chiederà se volete salvare il lavoro. Scegliete
YES e seguite le istruzioni che vi saranno date in aula per scegliere l’area di lavoro dove
salvare i vostri file.
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Esempio 4: Analisi di sensitività
Uno dei vantaggi di utilizzare un simulatore di processo consiste nel poter velocemente
esaminare la sensitività del processo ai cambiamenti di una variabile di processo.
Avviamento del programma
Per avviare il programma scegliere nella finestra di Avvio in basso a sinistra il menu Programmi
> AspenTech > Aspen Plus 10.0-1 > Aspen Plus User Interface.
Aprire un file già esistente
Si avvia così Aspen ed appare la prima finestra di dialogo: Create a New Simulation, scegliere
Open an existing simulation e dare OK.
Caricate il file in cui avete salvato la colonna di recupero del metilcicloesano. Selezionate
l’appropriata directory ed il nome del file .....apw e date OK.
A questo punto compare Connect to Engine. Quando compare Connection Established dare OK e
comparirà la finestra principale di Aspen.
Salvare un file con un altro nome
Prima di creare l’analisi di sensitività è più sicuro salvare il vostro file con un altro nome. Dal
menu File del menu principale, selezionate Save as e quando appare la finestra di dialogo
inserite un nome diverso nel campo File name e date OK.
Aspen crea una nuova simulazione che è una copia della simulazione precedente.
Analisi di sensibilità
Nell’esempio della colonna di recupero del metilcicloesano si è vista la variazione del grado di
purezza del distillato per 2 diverse portate del solvente. Ora, con l’analisi di sensitività, si vedrà
la variazione della purezza del distillato prodotto (frazione molare) e del calore al ribollitore ed
al condensatore, in funzione della portata di fenolo.
Introdurre i dati per l’analisi di sensitività
Per introdurre i dati dell’analisi di sensitività, selezionate dal menu principale Data, Model
Analysis Tools , si apre una finestra laterale, selezionate Sensitivity.
Aspen vi mostrerà la prima finestra con la quale potete creare una nuova analisi, e poi in seguito
potrete cambiare gli input di un’analisi già esistente o vederne i risultati.
Per crearne una nuova selezionate New, appare una finestra di dialogo dove automaticamente
viene generato un nome associato all’analisi: S-1. Per maggior chiarezza cambiate questo nome
in Purity. Date OK.
Apparirà così il prossimo menu dove dovete nominare le variabili che volete campionare e quelle
che volete variare. Le variabili che volete campionare sono la purezza del distillato in testa, il
calore sottratto al condensatore e quello fornito al ribollitore. La variabile da variare è la portata
del fenolo in ingresso.
Dalla sezione Define selezionate New e nel campo Variable Name inserite PURDIS, date OK
Ovvero la frazione molare del metilcicloesano nel distillato di testa che ora definirete nella
sessione Variable definition. In sequenza riempite i campi che Aspen vi mostrerà.
16
Category
Type
Stream
Substream
Component
Streams
Mole frac
(che selezionate nel menu a tendina)
Distill
accettate mixed
MCH
Questa prima variabile è completata, date Next e introducete le rimanenti.
Selezionate New di nuovo e nel campo Variable Name inserite CONDHE, date OK Ovvero il
calore sottratto al condensatore di testa che ora definirete nella sessione Variable definition. In
sequenza riempite i campi che Aspen mi mostrerà.
Category
Type
Block
Variable
Blocks
Block var (che selezionate nel menu a tendina)
B1
COND-DUTY
Date Next e introducete l’ultima.
Selezionate New di nuovo e nel campo Variable Name inserite BOLLHE, date OK Ovvero il
calore fornito al ribollitore di coda che ora definirete nella sessione Variable definition. In
sequenza riempite i campi che Aspen mi mostrerà.
Category
Type
Block
Variable
Blocks
Block var (che selezionate nel menu a tendina)
B1
REB-DUTY
Date Next e completate la sessione Vary. Nel campo Variable number dal menu a tendina
selezionate New e Aspen riempirà il bianco con il numero 1. Compilate ora i rimanenti campi.
17
Type
Stream
Substream
Component
Mole-flow
Solvent
accettate mixed
Phenol
Scegliete ora di completare il campo di
destra Overall range. Come Lower
inserite 1200, Upper 2000 e Incr 100.
Infine completate la sessione Tabulate.
Column No 1 e Tabulated PURDIS
Column No 2 e Tabulated CONDHE
Column No 3 e Tabulated BOLLHE.
Avete così terminato di introdurre i dati
relativi a questo esempio.
Lanciare la simulazione
Quando gli input sono completi la funzione Next vi permetterà di lanciare la simulazione. Aspen
visualizzerà ora il Control Panel che vi permetterà di seguire la simulazione che si sviluppa in
tre passi, dapprima analizza gli input introdotti (Processing input specifications), inizia il
processo di calcolo (calculations begin) ed infine genera i risultati (simulation calculations
completed).
Sono ora disponibili i risultati della simulazione. Chiudete le finestre con la croce in alto a
destra.
Visualizzare i risultati dell’analisi
Dal menu principale selezionare Data, quindi la voce Model Analysis Tools, si apre una finestra
laterale, scegliete Sensitivity, con il mouse sinistro selezionate cliccando 2 volte nella finestra
che compare a destra Purity. Compare Results, selezionatelo. Comparirà la tabella composta di 4
colonne, la prima con la variabile manipolata ovvero il flusso di solvente e le altre con le
variabili campionate.
18
Diagrammare i risultati
Per una maggior comprensione dei
risultati, è possibile visualizzarli sotto
forma di grafico. Con il mouse sinistro
selezionate la colonna Vary 1 (ovvero la
prima quella della variabile manipolata) e
poi dal menu principale Plot e più sotto X
Axis Variable, selezionate ora la colonna di
PURDIS, riselezionate Plot e questa volta
scegliete Y Axis Variable. A questo punto
una terza volta Plot e selezionate la voce
Plot. Aspen creerà il grafico della purezza
del distillato in funzione della portata di
solvente. In allegato trovate il grafico,
controllate così i risultati.
Nascondere l’analisi di sensitività
Affinchè Aspen non esegua l’analisi di sensitività tutte le volte che eseguirà i calcoli, potete
nasconderla. Dal menu principale Data, selezionate Model Analysis Tools, Sensitivity, vi si apre
una finestra dove con il mouse potete selezionare Purity nel campo Object Manager, in basso
selezionate il pulsante Hide.
Chiudere la sessione di lavoro
Chiudete tutte le finestre di lavoro aperte con la croce in alto a sinistra.
Per uscire da Aspen, selezionate File dalla finestra principale e scegliete Exit.
Aspen aprirà una finestra di dialogo dove vi chiederà se volete salvare il lavoro. Scegliete YES e
seguite le istruzioni che vi saranno date in aula per scegliere l’area di lavoro dove salvare i vostri
file.
19
Esempio 5: Funzione target
Se avete svolto con successo gli esempi precedenti, potete ora procedere con questa ulteriore
analisi del sistema. Questa funzione Aspen permette di manipolare una variabile al fine di
ottenere un determinato risultato.
Avviamento del programma
Per avviare il programma scegliere nella finestra di Avvio in basso a sinistra il menu Programmi
> AspenTech > Aspen Plus 10.0-1 > Aspen Plus User Interface.
Aprire un file già esistente
Si avvia così Aspen ed appare la prima finestra di dialogo: Create a New Simulation, scegliere
Open an existing simulation e dare OK.
Caricate il file in cui avete salvato la colonna di recupero del metilcicloesano. Selezionate
l’appropriata directory ed il nome del file .....apw e date OK.
A questo punto compare Connect to Engine. Quando compare Connection Established dare OK e
comparirà la finestra principale di Aspen.
Salvare un file con un altro nome
Prima di creare l’analisi di sensitività è più sicuro salvare il vostro file con un altro nome. Dal
menu File del menu principale, selezionate Save as e quando appare la finestra di dialogo
inserite un nome diverso nel campo File name e date OK.
Aspen crea una nuova simulazione che è una copia della simulazione precedente.
Design Specification
Nell’esempio 3 avete simulato una colonna per il recupero del metilcicloesano per 2 valori della
portata del flusso di solvente, nell’esempio 3 avete diagrammato la purezza del distillato, il
calore al condensatore ed al ribollitore in funzione della portata del flusso di solvente.
In questo esempio determinerete la portata di solvente richiesta per avere una purezza del
distillato di testa pari al 98%.
Introdurre i dati
Per introdurre i dati di questa analisi, dal menu principale selezionate Data, e poi Flowsheeting
Options e dalla finestra Design Spec.
Dalla finestra che appare selezionate New, Aspen genera automaticamente il nome della nuova
analisi, DS-1, per accettarlo date OK.
Appare la finestra Define dove definirete la variabile obiettivo, ovvero la purezza del distillato.
Selezionate New e nel campo Name inserite XMCH e date OK. E via via completate i campi
relativi alle proprietà del flusso di distillato:
Category
Type
Stream
Substream
Component
Streams
Mole-frac
Distill
Accettate
MCH
Mixed
20
Usate ora la funzione Next affinché
Aspen vi mostri la successiva sessione
da completare.
Nella sessione Spec definite l’obiettivo
dell’analisi. Nel campo Spec inserite
XMCH*100, in modo che Aspen
converta la frazione molare del distillato
in percentuale.
Nel campo Target inserite 98 e in
Tolerance 0.01, ovvero l’analisi verrà
soddisfatta per un valore pari al 98% +/0.01%.
Con la funzione Next spostatevi
all’ultima sessione da completare dove
inserite la variabile da manipolare per
ottenere il vostro obiettivo, ovvero la
portata di solvente. Nella sessione Vary
inserite:
Type
Stream Name
Variable
Stream-Var
Solvent
Mole-flow
Completate ancora il campo Manipulated variable limits, come Lower inserite 1200, Upper
2000. Aspen cercherà per quale valore della portata di solvente, compresa fra 1200 e 2000
kmol/h, la purezza del distillato sia pari a 98%.
Lanciare la simulazione
QQuando gli input sono completi la funzione Next vi permetterà di lanciare la simulazione. Aspen
visualizzerà ora il Control Panel che vi permetterà di seguire la simulazione che si sviluppa in
tre passi, dapprima analizza gli input introdotti (Processing input specifications), inizia il
processo di calcolo (calculations begin) ed infine genera i risultati (simulation calculations
completed).
Sono ora disponibili i risultati della simulazione. Chiudete le finestre con la croce in alto a
destra.
Visualizzare i risultati dell’analisi
Dal menu principale selezionare Data, poi Results Summary e dalla finestra Convergence. Aspen
aprirà una finestra dove potrete vedere il valore della portata di fenolo che soddisfa la purezza
richiesta, essa è pari a 1516 kmol/h.
21
22
Esempi di introduzione ad ASPEN
Esercizio 1
Una corrente liquida di n-esano e n-eptano al 40% molare in n-esano si trova alla temperatura di
125°C ed alla pressione di 5 atm. Subisce una laminazione adiabatica a 2 atm in un barilotto nel
quale la fase vapore si trova in equilibrio con la fase liquida. Calcolare la frazione di vapore
generata.
Diagrammare la composizione della miscela in funzione della pressione alla temperatura di
35°C. (Generare un diagramma Pxy)
22
Generare inoltre un diagramma Txy a 0,6 atm.
In seguito eseguite un’analisi di sensitività per determinare come varia la frazione molare di nesano nella corrente di vapore uscente dal flash al variare della pressione di esercizio.
Esercizio 2
In una colonna di distillazione operante in continuo con due alimentazioni si esegue la
separazione tra benzene e toluene.
Correnti di alimentazione:
1) 100 kmol/h vaporizzate al 30% con una frazione molare di benzene pari a 0,3.
2) 50 kmol/h vaporizzate all’80 % con una frazione molare di benzene pari a 0,6.
Dapprima generare il grafico xy per la miscela binaria benzene toluene alla pressione di 1 atm.
23
Alimentate l’alimentazione 1 all’8 stadio e la 2 al 5. La colonna ha 15 piatti ed un rapporto di
riflusso pari a 3. Il flusso del distillato è pari a 60 kmol/h. Il condensatore è totale.
La colonna lavora ad 1 atm, trascurate le perdite di carico in colonna.
Determinare la frazione di benzene nel distillato e nel prodotto di coda, il calore fornito al
ribollitore ed il calore sottratto al condensatore.
24
25
Modellazione di apparecchiature con ASPEN
Mixer e Splitters
Si tratta di modelli per separatori che possono essere utilizzati al posto di modelli più rigorosi
(distillazione, assorbimento) per diminuire l’onere computazionale o quando i dettagli della
separazione non sono noti o non sono importanti.
MIXER combina flussi di materia (o di calore, o di lavoro) in un
unico flusso. Viene richiesto di specificare la pressione di equilibrio,
mentre la portata, la composizione e la temperatura della corrente
risultante vengono calcolate mediante le equazioni di bilancio di
materia e di energia. Risulta possibile indicare una approssimazione
della temperatura. L’utente può anche modificare la tolleranza
richiesta per avere convergenza ed il numero massimo di iterazioni
consentite.
FSPLIT combina flussi di materia (o di calore, o di
lavoro) e divide il flusso risultante in due o più flussi;
tutti i flussi uscenti hanno evidentemente la medesima
composizione e le medesime proprietà.
La ripartizione dei flussi in uscita può essere indicata
come split fraction, ma anche come portata. Anche in
questo caso si deve indicare la pressione dei flussi in
uscita ed, opzionalmente, la temperatura di equilibrio
(una sua approssimazione).
26
14
B10
15
13
17
16
B11
18
Analogo è il modo
funzionate di SSPLIT.
SEP combina flussi e separa il flusso risultante in due o
più flussi sulla base di split fraction specificate per
singoli componenti. SEP2 opera in maniera analoga ma
il numero di flussi in uscita è limitato a 2.
In entrambi i casi possono essere indicate stime della
temperatura di miscela, tolleranze e numero massimo di
iterazioni come nei casi precedenti.
B7
11
10
12
27
di
Pompe e compressori
PUMP simula una pompa o una turbina idraulica; può
calcolare sia la potenza richiesta (per una pompa), sia la
potenza ottenuta (nel caso di una turbina) per una certa
pressione di mandata, oppure calcola la pressione di
mandata una volta fissata la potenza (fornita od ottenuta).
Si può anche fissare il rendimento della macchina e quello
del motore.
COMPR simula un compressore politropico, un
compressore
alternativo
politropico,
o
un
compressore/turbina isentropico. Viene calcolata la
pressione di mandata data la potenza fornita o la potenza
richiesta dato il rapporto di compressione. Si possono
specificare le efficienze del compressore (isentropica o
politropica) e del motore.
20
19
B12
21
B13
22
MCOMPR
simula
il
medesimo sistema, con la
differenza
che
si
può
modellare una compressione
inter-refrigerata. Tra i diversi
stadi si possono introdurre
alimentazioni, estrarre liquidi
condensati…. Per ogni stadio
si può specificare il rapporto
di compressione, il tipo di
compressione,
il
suo
rendimento….
28
Scambiatori di calore
B1
HEATER calcola scambiatori di calore in cui sia nota la
temperatura a cui si vuole portare il fluido di processo e
la pressione di esercizio; viene calcolato il carico termico
dell’apparecchiatura.
1
2
HEATER può essere anche
impiegato per fare calcoli di
equilibrio in fase vapore,
liquida, liquido-vapore e
liquido-liquido-vapore con un
unico flusso uscente.
HEATER può essere anche
impiegato
per
modellare
pompe e compressori qualora
non
siano
richieste
informazioni circa le potenze
necessarie.
HEATX viene impiegato per modellare lo scambio
termico tra due flussi all’interno di uno scambiatore di
calore.
5
B2
4
Viene richiesto di specificare il tipo di scambiatore (in
controcorrente o equicorrente), il modo con cui il
coefficiente di scambio termico è calcolato (short cut o
mediante correlazioni specificate) ed un ulteriore
parametro da scegliersi tra:
- temperatura in uscita di uno dei due flussi (quella
dell’altro flusso è calcolata in conseguenza del bilancio
termico)
- area di scambio
- portata termica scambiata
- geometria dello scambiatore (in
questo caso occorre definire in
dettaglio le dimensioni e la
tipologia dei tubi, il loro
numero, l’eventuale presenza di
alette di raffreddamento, di
setti…)
29
3
6
Risulta anche possibile specificare
le perdite di carico (o farle
calcolare dalla geometria del
sistema) e indicare i fattori di
sporcamento.
30
Separatori
FLASH2 viene utilizzato per eseguire calcoli relativi ad
equilibri liquido-vapore e/o vapore-liquido-liquido per
ottenere portate e composizioni di un flusso vapore e di un
flusso liquido (si può specificare opzionalmente un flusso di
acqua di decantazione). FLASH2 può essere impiegato per
modellare flash, evaporatori, knock-out drums ed altri
separatori a singolo stadio di equilibrio.
2
B1
1
3
Si possono specificare due tra
temperatura, pressione, carico
termico e frazione di vapore;
si può anche indicare
un’approssimazione
della
temperatura/pressione
di
equilibrio e la tolleranza ed il
massimo
numero
di
iterazioni.
Al termine della simulazione si possono esaminare le proprietà delle correnti liquida e vapore
uscenti dal flash selezionandole con il mouse e cliccando poi con il bottone destro, andando a
selezionare Results. In maniera analoga si può cliccare sull’icona dell’apparecchiatura per vedere
un quadro riassuntivo dei risultati relativi all’apparecchiatura stessa.
FLASH3 viene utilizzato per eseguire calcoli relativi ad equilibri liquido-vapore e/o vaporeliquido-liquido per ottenere portate e composizioni di un flusso vapore e di due flussi liquidi.
FLASH3 può essere impiegato per modellare decantatori od altri separatori a singolo stadio di
equilibrio in cui si producano due flussi liquidi. Gli input richiesti sono analoghi a quelli di
FLASH2, così come il modo di leggere i risultati.
RADFRAC è un modello rigoroso per
modellare tutti i tipi di separatori liquidovapore realizzai in più stadi, includendo tra
questi l’assorbimento, lo stripping, la
2
distillazione azeotropica ed estrattiva, in
aggiunta alla distillazione ordinaria.
1
RADFRAC può essere impiegato sia in
sistemi con componenti aventi temperatura
B1
di ebollizione prossima, sia quando le
temperature di ebollizioni sono distribuite in
3
un range più ampio. Sistemi con tre fasi
possono essere anche considerati, così come
la presenza di reazioni chimiche: in
quest’ultimo caso sia reazioni di equilibrio che reazioni a controllo cinetico possono avere luogo
sia in fase vapore, sia in fase liquida.
31
Si possono specificare diversi
tipi di ribollitore (totale,
parziale…), diverse specifiche
operative (portata di distillato,
rapporto di riflusso, carichi
termici al ribollitore ed al
condensatore, portata del
prodotto di coda, rapporto
distillato/alimentazione….). Si
devono poi indicare i flussi ed
il piatto di alimentazione e poi
un’indicazione sulla pressione
(pressione in testa e/o in coda,
oppure il profilo di pressioni
nella colonna…).
Analogamente si possono
specificare le caratteristiche
del piatto o del riempimento
che si impiega oppure
direttamente le efficienze,
scegliendo tra efficienze di
vaporizzazione ed efficienze di
Murphree,
efficienze
per
singoli componenti, per singoli
piatti oppure per la colonna
intera.
MULTIFRAC è un modello rigoroso per il calcolo di colonne in cui si abbiamo bypass,
scambiatori di calore esterni, ricircoli, estrazioni laterali. Il sistema può essere costituito da
colonne interconnesse a qualsiasi livello, senza limitazioni al numero di flussi connessi, e può
includere split e mixing di flussi. Sistemi di questo tipo possono essere combinazioni di
assorbitori/stripper, colonne di frazionamento dell’aria o del petrolio, colonne con integrazione
energetica….
RADFRAC e MULTIFRAC possono essere impiegati sia per il progetto di apparecchiature, sia
per valutare le prestazioni di un’apparecchiatura le cui specifiche sono note. In questo secondo
caso i profili di temperatura, portate e frazioni molari vengono calcolati sulla base dei parametri
definenti la colonna (rapporto di riflusso, portata di prodotto, carichi termici); in aggiunta a ciò si
possono specificare efficienze di separazione relative ai singoli componenti e agli stadi della
colonna (RADFRAC accetta sia efficienze di vaporizzazione che le efficienze di Murphree,
mentre MULTIFRAC richiede che siano specificate unicamente le efficienze di vaporizzazione).
In fase di progetto invece alcuni parametri della colonna possono essere fatti variare in modo da
conseguire i valori specificati di purezza, portata, recupero…..
32
In ASPEN sono disponibili anche metodi short
cut per il calcolo delle colonne di separazione.
DSTWU calcola una colonna di distillazione a
due componenti con condensatore totale o
parziale impiegando il metodo semplificato di
Winn-Underwood-Gilliland. Fissati i recuperi del
componente
altobollente
e
di
quello
bassobollente, DSTWU stima il minimo valore
del rapporto di riflusso e il minimo numero di
stadi necessari. DSTWU calcola anche il rapporto
di riflusso richiesto, dato il numero di stadi, o il
numero di stadi necessari, fissato il rapporto di
2
1
B2
3
riflusso. DSTWU calcola
anche i carichi termini al
condensatore ed al ribollitore
e lo stadio ottimale per
l’alimentazione.
DISTL è un modello per il
calcolo di distillazioni multicomponente utilizzando il metodo
di Edmister, fissati il numero di
stadi, il rapporto di riflusso e la
portata di distillato. DISTL
calcola anche i carichi termici al
condensatore ed al bollitore.
SCFRAC è un metodo short cut per il calcolo di colonne di distillazione complesse con una
singola alimentazione e più flussi di prodotto.
33
Reattori
In ASPEN sono disponibili diversi modelli per reattori chimici; con l’eccezione del reattore
batch e di quello con flusso a pistone (plug flow), tutti gli altri possono avere più alimentazioni
che vengono internamente miscelate.
RSTOIC viene impiegato per simulare un
reattore in cui la cinetica di reazione sia
sconosciuta o non importante, ma la
stechiometria sia nota e il grado di
avanzamento della reazione possa essere
specificato.
La reazione chimica può essere scritta nella
finestra Edit Stoichiometry indicando
reagenti e prodotti e i loro coefficienti
stechiometrici; si richiede poi l’indicazione
della conversione di un componente o del
grado di avanzamento della reazione.
RYIELD viene impiegato per
simulare un reattore in cui si
specifichi la resa di ciascun
componente; anche in questo caso
i dati sulla cinetica di reazione non
sono importanti.
Sia REQUIL che RGIBBS
possono essere impiegati per
simulare reattori monobasici in
cui si raggiungano le condizioni di
equilibrio. REQUIL calcola la
composizione
di
equilibrio
risolvendo le equazioni di
equilibrio
per
i
singoli
componenti, mentre RGIBBS
minimizza l’energia libera di
Gibbs del sistema.
REQUIL è conveniente quando la
stechiometria di reazione è
conosciuta e solamente alcune
reazioni raggiungono l’equilibrio;
34
RGIBBS non richiede la conoscenza della stechiometria di reazione ed è preferito per calcoli di
equilibrio più in generale; temperatura e pressione devono comunque essere specificate.
RCSTR è un modello rigoroso
per il calcolo di reattori continui a
perfetta miscelazione (CSTR) e
può essere impiegato quando la
cinetica di reazione è conosciuta.
Fissato il carico termico, RCSTR
calcola la temperatura di uscita
dei prodotti e viceversa.
Le reazioni chimiche che hanno
luogo possono essere specificate
partendo dal menu principale del
programma e selezionando: Data/
Reactions / Reactions.
Selezionando New il programma
richiede di indicare il tipo di
cinetica (legge della potenza,
Langmuir-Hinshelwood…) e di
introdurre
poi,
oltre
alla
stechiometria di reazione, i
parametri cinetici conformemente
al modello che si è scelto.
RPLUG è un modello rigoroso per la simulazione di reattori con flusso a pistone; si possono
simulare:
1) reattori
con
temperatura
specificata;
2) reattori adiabatici;
3) reattori con refrigerante a
temperatura costante;
4) reattori con refrigerante in
controcorrente o in equicorrente.
Vengono
poi
richieste
le
dimensioni del reattore e le
reazioni che hanno luogo.
35
RBATCH è un modello rigoroso
per la simulazione di reattori
monofasici o bifasici discontinui;
la presenza di un flusso continuo
o di uno spurgo continuo può
essere anche simulata.
Differenti condizioni operative
possono
essere
simulate
(temperatura o carico termico
costante, presenza di refrigerante
a temperatura costante….), così
come diverse condizioni di
pressione. Si richiede anche di
introdurre il tempo di operazione
e gli Stop Criteria, ovvero criteri per la terminazione del ciclo batch.
36