Προσομοίωση στάθμης δίσκου αποστακτικής στήλης

Ανθόπουλος, Θωμάς- Θεολόγος; Anthopoulos, Thomas- Theologos

dc.contributor.author	Ανθόπουλος, Θωμάς- Θεολόγος	el
dc.contributor.author	Anthopoulos, Thomas- Theologos	en
dc.date.accessioned	2020-12-16T17:23:09Z
dc.date.available	2020-12-16T17:23:09Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52571
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20269
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Αποστακτική στήλη	el
dc.subject	Δίσκος	el
dc.subject	Στάθμη	el
dc.subject	Πλημμυρισμός	el
dc.subject	Computational fluid dynamics	en
dc.subject	Distillation column	en
dc.subject	Tray	en
dc.subject	Level	en
dc.subject	Flooding	en
dc.title	Προσομοίωση στάθμης δίσκου αποστακτικής στήλης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-26
heal.abstract	Ο πλημμυρισμός (flooding) είναι η συσσώρευση υγρού σε έναν πύργο απόσταξης. Το flooding είναι μακράν ο πιο κοινός περιορισμός δυναμικότητας στους πύργους απόσταξης. Όταν ένας πύργος «πλημμυρίζει», η απόδοση του δίσκου μειώνεται, ο διαχωρισμός δυσχεραίνεται και τα προϊόντα που λαμβάνονται είναι εκτός προδιαγραφών. Στόχο της παρούσας εργασίας αποτελεί η προσομοίωση της πολυφασικής ροής και κυρίως της στάθμης του δίσκου σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας όταν ο δίσκος είναι σε ισορροπία καθώς και η εύρεση της τροφοδοσίας της αποστακτικής στήλης για την οποία αρχίζουν και παρατηρούνται φαινόμενα flooding. Ειδικότερα, μελετάται η πολυφασική ροή μίγματος προπανίου-βουτανίου σε διάτρητο δίσκο αποστακτικής στήλης με την χρήση του εμπορικού κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ANSYS-FLUENT. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν είναι βιομηχανικά και αφορούν έναν διαχωριστή LPG (Liquified Petroleum Gas – υγραέριο)/ C3-C4 Splitter στο τμήμα ελαφρών ατμοσφαιρικής μονάδας απόσταξης αργού πετρελαίου στον οποίο πραγματοποιείται διαχωρισμός προπανίου -βουτανίου. Χρησιμοποιήθηκαν τα βιομηχανικά μηχανολογικά σχέδια του πύργου προκειμένου να προσδιοριστεί η γεωμετρία του πύργου, οι μέσοι όροι τιμών από τα τοπικά όργανα του πύργου (μανόμετρα, ροόμετρα, θερμοστοιχεία) καθώς και datasheets για τον εξοπλισμό του πύργου (εναλλάκτες, αερόψυκτα) προκειμένου να κατασκευαστεί ολόκληρος ο πύργος στο DWSIM και να επιλυθεί το ισοζύγιο μάζας και ενέργειας. Τα αποτελέσματα του DWSIM (θερμοκρασίες ανά δίσκο, ροές ανά δίσκο, πίεση ανά δίσκο) για τον δίσκο που θα μελετηθεί χρησιμοποιήθηκαν σαν συνοριακές συνθήκες στη ρευστοδυναμική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο ANSYS-FLUENT. Από τη μελέτη αρχικά προέκυψε ότι η προσέγγιση Euler-Euler σε συνδυασμό με το μοντέλο Εξάτμισης-Συμπύκνωσης του Lee και το μοντέλο τύρβης k-ε φαίνεται να είναι ικανή να προσομοιώσει ικανοποιητικά τον δίσκο του C3-C4 Splitter σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας (17.48 m3/h τροφοδοσίας) καθώς και τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας και μάζας που διέπουν τον δίσκο. Στη συνέχεια εξετάστηκαν διάφορες περιπτώσεις τροφοδοσίας και η τιμή για την οποία παρατηρήθηκαν φαινόμενα πλημμυρισμού είναι τα 28 m3/h.	el
heal.abstract	Flooding is the accumulation of liquid in a distillation tower. It is by far the most common capacity bottleneck in distillation towers. When a distillation tower floods, the tray efficiency and the separation efficiency decreases leading to off-spec products. This master thesis aims to simulate a multiphase flow and specifically, to simulate the level of a tray in a distillation column during normal operating conditions, when the tray is in balance. Another objective of this thesis is to determine the feed rate of the distillation column where flooding is first observed. Specifically, the multiphase flow of a propane-butane mixture was analyzed in a sieve tray of a distillation column with the use of ANSYS-FLUENT, a commercial computational fluid dynamics (CFD) software. Industrial data were used from a real C3-C4 Splitter in the Light Ends sector of a crude distillation unit where the separation of propane and butane takes place. This study used the mechanical drawings of the distillation column for the geometry of the column, average values from the local transmitters of the column (pressure, flow and temperature transmitters) as well as datasheets of heat exchangers and air coolers in order to simulate the whole column in DWSIM and solve the heat and material balance. The tray results from the DWSIM simulation (tray temperature, tray vapor/liquid flows, tray pressure) where then used as boundary conditions in the CFD analysis in ANSYS-FLUENT. This study identified that the Euler-Euler approach in combination with the Evaporation- Condensation Lee model and the k-ε turbulence model is well suited to simulate the mass and heat transfer across the tray and the level of the tray in normal operating conditions (17.48 m3/h feed rate). Multiple feed rate cases were then analyzed and flooding was first observed for a feed rate value of 28 m3/h.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Κυρανούδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	77 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false