Treballs Fi de Grau> Enginyeria Química

Unitat de separació d'etilè d'una planta de producció de polipropilè copolímer

  • Dades identificatives

    Identificador: TFG:135
    Handle: http://hdl.handle.net/20.500.11797/TFG135
  • Autors:

    Adrià Casas Mercadé
  • Altres:

    Data d'alta al repositori: 2015-02-27
    Resum: Unitat de separació d’etilè d’una planta de producció de polipropilè copolímer 1-3 RESUM La planta de producció de polipropilè copolímer, a la qual se situa aquesta unitat, segueix el procés Novolen. Aquest és un dels diferents mètodes de síntesi del producte. Té com a matèries primeres etilè i propilè. Després de la zona de reacció i la formació de les cadenes del polímer desitjat, es realitza la separació d’aquest mateix de tots els gasos no reaccionats. L’objectiu del projecte és el tractament de 4340 kg/h de gas, contenint 933 kg/h d’etilè i 3068 kg/h de propilè, essent la resta productes secundaris. Donat que la gran part d’aquest corrent està format per gasos alimentats al reactor, és interessant el reaprofitament d’aquests per augmentar l’eficiència del procés. Es tenen en compte dues alternatives. Una primera, de la qual s’ha realitzat un estudi rigorós, que consisteix en el disseny d’una unitat de recuperació capaç d’extreure d’aquest corrent el 99 % de l’etilè, obtenint una recirculació pel reactor del 94.2 % de puresa. La segona possibilitat és la implantació d’una caldera de generació de vapor alimentada per aquest corrent, però cal tenir en compte que aquesta alternativa s’ha estudiat amb menys profunditat que l’anterior. Per al procés de separació s’opta per la destil·lació dels compostos. Inicialment es realitzen el diagrama de blocs (BFD) i el diagrama de flux (PFD), per tal de definir tots els equips i les canonades que integren la unitat dissenyada. L’estudi d’aquesta unitat implica un alt nivell de detall, el qual suposa la realització dels balanços de matèria i energia mecànica, amb la conseqüent estandardització de les canonades, les llistes de línies i instruments, dissenyar uns bucles de control adequats per a assegurar l’òptim funcionament del procés, disseny dels equips impulsors, les vàlvules de control i la tria de les diferents vàlvules de seguretat i d’elements de mesura, com les plaques d’orifici. Seguidament es realitza el disseny dels plats, el condensador i el reboiler de la columna de destil·lació, el disseny tèrmic i mecànic dels intercanviadors, i el disseny dels recipients a pressió i la seva suportació. Un cop es disposi dels dissenys, cal realitzar el diagrama de canonades i instruments (P&ID), omplint tot seguit les fulles d’especificació de tots els equips presents en la unitat de separació. També cal decidir la disposició física dels equips o layout, la qual es veu reflectida en el plot plant. També es realitza una isomètrica de la línia d’entrada a la unitat. Per tal d’assegurar la integritat tant dels treballadors com de la pròpia instal·lació, es realitzen diferents estudis de seguretat, elaborant el HAZOP i l’Índex Dow d’Incendi i Explosió de tota Unitat de separació d’etilè d’una planta de producció de polipropilè copolímer 2-3 la unitat, es defineixen les zones ATEX i s’estudien possibles incidents com una BLEVE o la dispersió d’una fuita per efecte del vent. Cal comprovar que es compleix la normativa vigent pel que fa als impactes mediambientals que la unitat dissenyada pugui causar. Per això és necessari dur a terme un estudi mediambiental en el qual s’especifiquin els impactes que implica la planta i les possibles mesures a considerar. A més a més, es realitzarà un manual de manteniment i un altre d’operació. Tot i que la unitat dissenyada compleixi totes les especificacions imposades, segueixi la normativa actual i operi amb un alt nivell de seguretat, finalment cal justificar econòmicament la viabilitat d’aquest projecte. Es realitza un pressupost de l’adquisició dels equips de la unitat, els costos que suposa operar amb aquests, i extreure’n el benefici que implica separar l’etilè i reintroduir-lo al reactor de polimerització. Un cop dissenyada la unitat de separació d’etilè de la planta de producció de polipropilè copolímer, es pot afirmar que s’ha dut a terme un disseny rigorós en la majoria dels equips, comparant els mètodes estipulats en la bibliografia amb els resultats dels diferents simuladors disponibles, sense obtenir diferències rellevants en la majoria dels càlculs. Aquest procediment s’ha seguit per a poder entendre realment els diferents paràmetres que s’imposen i resulten d’una simulació. Un cop dissenyat els diferents equips, es pot afirmar que la flexibilitat d’operació de la unitat és molt reduïda, podent treballar entre un 90 i un 100% del cabal de disseny. Si s’excedissin aquests marges, la columna de destil·lació no podrà dur a terme la separació desitjada, ja sigui pel pas del règim d’operació a esprai o pel degoteig que es forma. Per a poder realitzar els intercanvis de calor necessaris, serà necessari disposar d’un equip de fred capaç de condensar i refredar propilè a -40 ºC per liquar el fluid de procés i introduir-lo a la columna de destil·lació, la qual està formada per 31 plats perforats. Un cop finalitzat el disseny dels equips, s’ha realitzat un complert estudi de seguretat, realitzant un HAZOP, analitzant possibles riscos de seguretat i modificant així el sistema de control plantejat inicialment, l’Índex Dow, el qual estipula que el risc d’operació es moderat, s’ha estudiat si l’atmosfera de la unitat és explosiva, classificant-la com a Zona ATEX de nivell 2, és a dir, poc provable, i els casos hipotètics d’una fuga i la producció una BLEVE en el recipient pulmó, la qual afectaria a més de 250 metres de distància. També s’han estudiat les emissions que afectarien al medi local, i els residus que es poden generar. S’han classificat els impactes que es durien a terme tant en la construcció com durant Unitat de separació d’etilè d’una planta de producció de polipropilè copolímer 3-3 la fase d’explotació. També s’ha tingut en compte l’estalvi energètic de la planta amb les condicions actuals. Gairebé la totalitat d’equips, canonades i accessoris estan recoberts de material aïllant, ja sigui per alta o per baixa temperatura. Finalment s’ha realitzat l’estudi econòmic per verificar la viabilitat d’aquest projecte, obtenint un VAN(10%) 15,692,174.75 € i una TIR del 81%, recuperant la inversió abans de finalitzar el segon any. Per altra banda s’ha comparat amb la possibilitat de generar vapor a partir d’aquest corrent, però queda totalment descartada pels resultats obtinguts, essent el VAN(10%) de 425,250.72 € i la TIR 21%. Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 1-3 ABSTRACT The copolymer polypropylene production plant, where the unit is located, use the process Novolen . This is one of several methods of synthesis of polypropylene. Ethylene and propylene are the raw materials. After the reaction zone and the formation of the desired polymer chains, is separated from gas unreacted. The project's goal is the treatment 4340 kg/h of gas , containing 933 kg/h of ethylene and 3068 kg/h of propylene, the rest being secondary products. As the major part of the stream is the fed gas to the reactor, it is interesting reuse of these to increase the efficiency of the process. Two alternative are considered. One of this, which has been a rigorous studied, involves the design of a recovery unit capable of extracting 99 % ethylene of this stream, obtaining a recirculation reactor for 94.2 % of purity. The second possibility is the introduction of a steam generation boiler fed by this stream, but keep in mind that this alternative has been studied as not rigorous as the first alternative. For the separation the process chosen was the distillation of compounds . Initially make the block diagram (BFD) and flowchart (PFD) to define all equipment and pipes that comprise the unit designed. The study of this unit carries a high level of detail, which is the realization of mechanical energy and material balances, with the consequent standardization of pipes, lines and lists of tools, design a suitable control loops for ensure the optimal operation of the process equipment design drivers, control valves and the choice of different safety valves and measuring elements such as orifice plates. Then the design is made of plates , condenser and reboiler of the distillation column, the thermal and mechanical design of heat exchangers and pressure vessels design and its support. Once you have the design, you must make the piping and instrument diagram (P&ID) then completing the specification sheets for all equipment present in the unit. You also need to decide the physical layout of the equipment or layout, which is reflected in the plot plant. The author also isometric input line to the unit. To ensure the integrity of both workers and the installation itself, we make several safety studies, HAZOP and developing the Dow Fire and Explosion of the entire unit, explosion atmosphere areas, study as a possible BLEVE incidents or an escape dispersal by the wind . You need to check that complies with current regulations regarding environmental impact unit designed may cause. It is therefore necessary to conduct a study on the environmental impacts Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 2-3 involves specifying the plant and the possible measures to be considered. In addition , there will be a maintenance and operation manual. Although the unit designed to meet all the specifications imposed, follow the current regulations and operate with a high level of security, must ultimately justify economically the feasibility of this project. It carries an estimate of the acquisition of equipment unit , the costs of these operations, and extract profit involves separating ethylene and reintroduce it to the polymerization reactor . Once the unit designed for separation of ethylene production plant polypropylene copolymer, it can be said that has been carried out in the most rigorous design teams, comparing the methods stipulated in the literature with the results of the different simulators available, without obtaining significant differences in most calculations. This procedure has been followed in order to really understand the different parameters that prevail and are a simulation. Once designed the different teams , we can say that the flexibility of operation of the unit is very small and can work between 90 and 100 % of design flow. If it exceeds these margins, column distillation cannot perform the desired separation, either by way of scheme operation or spray is formed by drip. To carry out exchanges of heat needed will be necessary to have a team capable of cooling and condensing propylene cooled at -40 °C to liquefy the fluid process and introduce it to the distillation column , which is consisting of 31 perforated plates. Once the design of the equipment , there has been a comprehensive study of security, conducting a HAZOP, analyzing potential security risks and thus modifying the control system proposed initially, the Dow, which stipulates that the risk of operation is moderate, we studied whether the atmosphere is explosive unit, classifying it as ATEX Zone 2 level, little probable and hypothetical case of a leak and production in a BLEVE container lung, which affects more than 250 meters away. We have also studied the issues that affect the local environment , and waste that can be generated. Classified the impacts would be carried out both during the construction and operational phase . Also taken into account the energy savings of the plant with the current conditions. Almost all equipment, pipes and fittings are covered with insulating material, either high or low temperature. Finally the study has been performed to verify the economic viability of the project, obtaining an NPV (10%) € 15,692,174.75 and an IRR of 81 %, recovering the investment before the end Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 3-3 of the second year. On the other side was compared with the ability to generate steam from this stream, but is completely discarded the results obtained , being the NPV (10%) of € 425,250.72 and IRR 21 %. Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 1-3 RESUMEN La planta de producción de polipropileno copolímero , en la que se sitúa la unidad a diseñar, sigue el proceso Novolen . Éste es uno de los diferentes métodos de síntesis del producto. Tiene como materias primas etileno y propileno. Después de la zona de reacción y la formación de las cadenas del polímero deseado, se realiza la separación de este mismo de todos los gases no reaccionados . El objetivo del proyecto es el tratamiento de 4340 kg/h de gas, conteniendo 933 kg/h de etileno y 3068 kg/h de propileno, siendo el resto productos secundarios. Dado que la gran parte de este corriente está formado por gases alimentados al reactor, es interesante el reaprovechamiento de estos para aumentar la eficiencia del proceso. Se tienen en cuenta dos alternativas. Una primera, de la que se ha realizado un estudio riguroso, que consiste en el diseño de una unidad de recuperación capaz de extraer de esta corriente el 99% del etileno, obteniendo una recirculación por el reactor del 94.2 % de pureza. La segunda posibilidad es la implantación de una caldera de generación de vapor alimentada por esta corriente, pero hay que tener en cuenta que esta alternativa se ha estudiado con menos profundidad que la anterior. Para realizar la separación se opta por la destilación de los compuestos. Inicialmente se realizan el diagrama de bloques (BFD) y el diagrama de flujo (PFD), para definir todos los equipos y las tuberías que integran la unidad diseñada. El estudio de esta unidad implica un alto nivel de detalle, que supone la realización de los balances de materia y energía mecánica, con la consecuente estandarización de las tuberías, las listas de líneas e instrumentos, diseñar unos bucles de control adecuados para asegurar el óptimo funcionamiento del proceso, diseño de los equipos impulsores, las válvulas de control y la elección de las diferentes válvulas de seguridad y de elementos de medida, como las placas de orificio. Seguidamente se realiza el diseño de los platos, el condensador y el reboiler de la columna de destilación, el diseño térmico y mecánico de los intercambiadores, y el diseño de los recipientes a presión y su suportación. Una vez se disponga de los diseños, hay que realizar el diagrama de tuberías e instrumentos (P&ID), llenando a continuación las hojas de especificación de todos los equipos presentes en la unidad de separación. También hay que decidir la disposición física de los equipos o layout, la cual se ve reflejada en el plot plant. También se realiza una isométrica de la línea de entrada a la unidad. Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 2-3 Para asegurar la integridad tanto de los trabajadores como de la propia instalación , se realizan diferentes estudios de seguridad, elaborando el HAZOP y el Índice Dow de Incendio y Explosión de toda la unidad, se definen las zonas ATEX y se estudian posibles incidentes como una BLEVE o la dispersión de una fuga por efecto del viento . Hay que comprobar que se cumple la normativa vigente respecto a los impactos medioambientales que la unidad diseñada pueda causar. Por ello es necesario llevar a cabo un estudio medioambiental en el que se especifiquen los impactos que implica la planta y las posibles medidas a considerar. Además , se realizará un manual de mantenimiento y otro de operación. Aunque la unidad diseñada cumpla todas las especificaciones impuestas, siga la normativa actual y opere con un alto nivel de seguridad, finalmente es necesario justificar económicamente la viabilidad de este proyecto. Se realiza un presupuesto de la adquisición de los equipos de la unidad , los costes que supone operar con estos, y extraer el beneficio que implica separar el etileno y reintroducirlo en el reactor de polimerización. Una vez diseñada la unidad de separación de etileno de la planta de producción de polipropileno copolímero, se puede afirmar que se ha llevado a cabo un diseño riguroso en la mayoría de los equipos, comparando los métodos estipulados en la bibliografía con los resultados de los diferentes simuladores disponibles, sin obtener diferencias relevantes en la mayoría de los cálculos. Este procedimiento se ha seguido para poder entender realmente los distintos parámetros que se imponen y resultan de una simulación. Una vez diseñado los diferentes equipos , se puede afirmar que la flexibilidad de operación de la unidad es muy reducida , pudiendo trabajar entre un 90 y un 100 % del caudal de diseño. Si se excedieran estos márgenes, la columna de destilación no podrá llevar a cabo la separación deseada , ya sea por el paso del régimen de operación a spray o por goteo que se forma. Para poder realizar los intercambios de calor necesarios , será necesario disponer de un equipo de frío capaz de condensar y enfriar propileno a -40 º C para licuar el fluido de proceso e introducirlo en la columna de destilación, la cual está formada por 31 platos perforados. Una vez finalizado el diseño de los equipos, se ha realizado un estudio completo de seguridad, realizando un HAZOP, analizando posibles riesgos de seguridad y modificando así el sistema de control planteado inicialmente, el Índice Dow, el cual estipula que el riesgo de operación se moderado, se ha estudiado si la atmósfera de la unidad es explosiva, clasificándola como Zona ATEX de nivel 2, es decir, poco probable, y los casos hipotéticos de una fuga y la Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 3-3 producción una BLEVE en el recipiente pulmón, lo afectaría a más de 250 metros de distancia. También se han estudiado las emisiones que afectarían al medio local, y los residuos que se pueden generar. Se han clasificado los impactos que se llevarían a cabo tanto en la construcción como durante la fase de explotación. También se ha tenido en cuenta el ahorro energético de la planta con las condiciones actuales. Casi la totalidad de equipos , tuberías y accesorios están recubiertos de material aislante, ya sea por alta o baja temperatura. Finalmente se ha realizado el estudio económico para verificar la viabilidad de este proyecto, obteniendo un VAN ( 10% ) 15,692,174.75 € y una TIR del 81%, recuperando la inversión antes de finalizar el segundo año. Por otra parte se ha comparado con la posibilidad de generar vapor a partir de esta corriente , pero queda totalmente descartada por los resultados obtenidos, siendo el VAN ( 10% ) de 425,250.72 € y la TIR 21%.
    Matèria: Enginyeria
    Idioma: cat
    Àrees temàtiques: Enginyeria química Chemical engineering Ingeniería química
    Departament: Enginyeria Química
    Estudiant: Adrià Casas Mercadé
    Curs acadèmic: 2013-2014
    Títol en diferents idiomes: Unitat de separació d'etilè d'una planta de producció de polipropilè copolímer Design of an ethylene separation unit on a production plant of polypropylene copolymer Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero
    Data de la defensa del treball: 2014-05-28
    Drets d'accés: info:eu-repo/semantics/openAccess
    Paraules clau: Separació etilè, destil·lació, disseny Ethylene separation, distillation, design Separación etileno, destilación, diseño
    Confidencialitat: No
    Tipus de treball: Industrial
    Crèdits del TFG: 12
    Títol en la llengua original: Unitat de separació d'etilè d'una planta de producció de polipropilè copolímer
    Director del projecte: Josep Basco Montia
    Ensenyament(s): Enginyeria Química
    Entitat: Universitat Rovira i Virgili (URV)
  • Paraules clau:

    Enginyeria química
    Chemical engineering
    Ingeniería química
    Enginyeria
  • Documents:

  • Cerca a google

    Search to google scholar