ChE 455Otoo 2006Major 1La formalina ProduccinFondo Usted se ha unido recientemente una empresa qumica. Entre los productos qumicos que esta empresa produce es metanol, principalmente para el consumo interno. Un uso importante de metanol interna es producir formalina, que es una solucin al 37% en peso de formaldehdo en agua. El formaldehdo y urea se utilizan para hacer las resinas de urea-formaldehdo que posteriormente se utilizan como adhesivos y aglutinantes para tableros de partculas y madera contrachapada.

Recientemente hemos recibido un memorndum de un cliente que compra nuestra formalina, que indica que hay problemas peridicos, sobre todo en el verano, con el formol que reciben de nosotros. Afirman que la formalina contiene inaceptablemente altas cantidades de cido frmico con respecto al formaldehdo.

Parece que esto altera las propiedades de la resina de urea-formaldehdo de forma que el tablero de partculas y madera contrachapada fabricado posteriormente no tiene la traccin apropiada y la fuerza de carga. Estn amenazando con acciones legales a menos que este problema sea rectificado inmediatamente.

El formaldehdo Produccin La Unidad 800 produce formalina (37% en peso de formaldehdo en agua) a partir de metanol utilizando catalizador de plata en proceso. La Figura 1 ilustra el proceso actual. Tablas 1 y 2 son las tablas de flujo y el resumen de servicios pblicos, respectivamente. Tabla 3 es un resumen equipos parcial. El aire se comprime y se calienta previamente, metanol fresco y reciclado se bombea y son precalentadas, y estas dos corrientes se mezclan para proporcionar la alimentacin al reactor.

La mezcla de alimentacin es de aproximadamente 39% en moles metanol en el aire, lo cual est por encima del lmite superior de inflamabilidad del metanol. (Para el metanol, UFL = 36% en moles . LFL = 6% en moles) en el reactor, las dos reacciones siguientes ocurren:

El reactor es una configuracin nica, en la que el catalizador de plata es en la forma de una tela metlica, suspendido por encima de un banco de tubos de intercambiador de calor.

Debido a que la reaccin neta es muy exotrmica, el calor generado en la seccin de reactor adiabtico debe ser removido rpidamente, por lo tanto, la estrecha proximidad de los tubos del intercambiador de calor. El intercambiador de calor se asemeja a una caldera de la piscina, con una piscina de agua en el lado de la carcasa. Si la temperatura del efluente es demasiado alta, el punto de consigna en un lquido controlador de nivel se ajusta. El regulador de nivel se alimenta de nuevo a la entrada del agua de alimentacin de calderas que aumenta la velocidad del agua de alimentacin de calderas que entra en el intercambiador de calor para aumentar el agua

Tabla 3Resumen Equipo ParcialIntercambiadores de Calor E-801 A = 405 m2 1-2 intercambiador, cabeza flotante, acero al carbono corriente de proceso con corazaQ = 4.111 MJ / h Rango de presin mxima de 350 kPa E-804 A = 37,3 m2 1-2 intercambiador, hervidor kettle, de acero inoxidable corriente de proceso con coraza. Q = 37.755 MJ / h Rango de presin mxima de 250 kPa E-802 A = 4,62 m2 1-2 intercambiador, la cabeza flotante, acero al carbono corriente de proceso en tubos Q = 76,75 MJ / h Rango de presin mxima de 350 kPa E-805 A = 269 m2 1-2 intercambiador, la cabeza flotante, acero inoxidable Corriente de proceso con cscara Q = 32.456 MJ / h Rango de presin mxima de 250 kPa E-803 A = 28.16 m2 1-2 intercambiador, cabeza flotante, acero al carbono corriente de proceso con coraza Q = 983,23 MJ / h Rango de presin mxima de 350 kPa E-806 A = 41 m2 1-2 intercambiador, la cabeza flotante, acero inoxidable corriente de proceso en tubos Q = 1.169,7 MJ / h Rango de presin mxima de 400 kPa Reactores R-801 - Intercambiador de calor de las porciones A = 140,44 m2 intercambiador en contracorriente, cabeza flotante, acero al carbono corriente de proceso en tubos Q = 8.928 MJ / h Rango de presin mxima de 350 kPa R-801 - Porcin ReactorFinas capas de tela metlica de plata suspendido sobre el calor de tubos del intercambiador.

Bombas y compresores C-801 acero carbono Potencia = 658 MJ / h 70% de eficiencia P-801 A / B Acero carbono Potencia = 1 MJ / h 80% de eficiencia P-803 A / B Acero inoxidable Potencia = 1,52 MJ / h 75% de eficiencia

Towers T-801 Acero carbono 10 m de empaque (packing)2 pulgadas sillas cermica Berl 20 etapas tericas 1,00 kPa /m cada de presin Dimetro = 0,86 m Factor de empaque = 45 Rango de presin mxima de 300 kPa T-802 Acero carbono 31 platos perforados ms rehervidor y condensador parcial 70% bandejas (trays) eficientes Alimentar en la bandeja (feed on tray) 18 Relacin de reflujo (reflux ratio) = 37.34 Espaciamiento bandeja de 0,6096 m, 0,091 m vertederos (weirs) Altura de la columna 19 m Dimetro = 2,5 m Rango de presin mxima de 200 kPa Velocidad de vaporizacin para eliminar ms calor. El efluente del reactor entra en un absorbedor en el que la mayor parte de el metanol y el formaldehdo se absorben en agua, con la mayor parte de los gases ligeros restantes purgado en la corriente de gas de escape.

El metanol, el formaldehdo, y el agua entran en una destilacin columna, en el que se recicla la sobrecarga de metanol, y el producto de fondo es un mezcla de formaldehdo / agua que contiene 1% en peso de metanol como un inhibidor.

Esta mezcla es enfriado y se enva a un tanque de almacenamiento, que est dimensionado a los cuatro das de abastecimiento. Este tanque de almacenamiento est esencial, ya que algunos de los procesos posteriores son lotes. La composicin en el almacenamiento tanque excede 37% en peso de formaldehdo, por lo que se aade la cantidad apropiada de agua cuando el proceso de aguas abajo se basa en el tanque de almacenamiento. Esto no se muestra en el PFD.

El almacenamiento de mezclas de formaldehdo / agua es difcil. A altas temperaturas, la indeseable polimerizacin de formaldehdo se inhibe, pero la formacin de cido frmico se ve favorecida. A baja temperaturas, la formacin de cido se inhibe, pero la polimerizacin se ve favorecida.

Hay estabilizadores que inhiben la polimerizacin, pero que son incompatibles con la formacin de resina.

El metanol, a concentraciones entre 5 y 15% en peso, tambin puede inhibir la polimerizacin, pero ningn equipo de separacin para el metanol existe actualmente en el lugar, y metanol por encima del 1% en peso tambin causa la produccin de resina defectuosa.

Con 1% en peso de metanol, el contenido del tanque de almacenamiento debe ser mantenido entre 35 C y 45 C

Observaciones Ha realizado giras por la planta, comprobar los libros de registro, que se habla a los ingenieros y operarios, hemos reunido la siguiente informacin:

El catalizador se reemplaza una vez por ao, y durante unos cinco das despus de la puesta en marcha, se libera un alivio de la vlvula de presin en el reactor (R-801).

Durante el mismo perodo de tiempo, el consumo bfw en I-801 no se ha visto aumentar ms all, las fluctuaciones normales del da a da de 1%, y la temperatura de salida del reactor no se ha visto aumentar significativamente.

El exceso de acidez se produce principalmente en el verano. Todo el equipo existente est hecho de acero al carbono. Hace un ao, un imprevisto, emergencia apagar estaba obligada a sustituir un control sistema entre la torre (T-802) y la bomba posterior (P-803 A / B). Debido a sobre la disponibilidad y las limitaciones de tiempo, "se utiliz tubera cdula 40, en lugar de 1,5" 1 Clase 40 tubera. Durante los perodos de clima caliente, la temperatura de entrada del agua de refrigeracin se ha observado que aumentar hasta en un 5 C. Durante estos perodos de clima caliente, la presin en la columna de destilacin se ha observado que aumenta ligeramente, pero la operacin durante un largo perodo de tiempo muestra ninguna fuga o la seguridad problemas asociados con este cambio en la presin. Bomba 803 A / B se encuentra una altura de 5 m por debajo de la torre (T-802) de salida. Hay un total de 30 metros equivalentes de tubera, codos y vlvulas en la lnea. Una inspeccin de la vlvula de alivio de presin en el reactor (R-801) indica que tiene una potencia de 1115 kPa manomtricos, es decir, se abrir en o por encima de que la presin. Durante largos perodos de tiempo despus de la sustitucin del catalizador, la presin de vapor de media presin dejando R-801 es 1110 kPa. Durante el clima caliente, el volumen de gas dejando los absorbedores se incrementa en 1%. Sin embargo, el aumento de formaldehdo es de aproximadamente 22%, y el incremento en agua es de aproximadamente 3%. Bomba (P-803 A / B) constantemente hace ruido, y cada bomba ha sido sustituido en el ltimo ao.

Otra Informacin Otra informacin pertinente se adjunta, que incluye una nota de catalizador de I + D, una Lista de equipamiento y de servicios pblicos y de equipos.

Asignacin Su misin es proporcionar recomendaciones en cuanto a las causas del cido peridico problema de formacin y formas de remediar la situacin. Tambin debe recomendar cualquier otra se deben hacer los cambios que usted cree para mejorar el rendimiento en la Unidad 800. Desde nuestra planta es prevista para el apagado anual en unos pocos meses, queremos recomendaciones especficas en cuanto a lo que debe hacerse en ese momento, y el costo de estas alteraciones y / o modificaciones.

Especficamente, usted es para preparar el siguiente a las 9:00 am del lunes 6 de noviembre de 2006: 1. Un informe escrito detallando su diagnstico, las acciones recomendadas y los costos asociados con fijacin en la unidad 800. Esto debe incluir:

a. Un diagnstico de todos los problemas observados en la Unidad 800. b. Una metodologa para mantener la temperatura de entrar en el tanque y en el depsito entre 35 C y 45 C todo el ao. c. Una evaluacin econmica incrementales (EAOC antes de impuestos a una tasa de inters del 15%, 10 curso de la vida el ao) de los cambios necesarios requeridos. d. Sugerencias para las modificaciones adicionales a largo plazo para el proceso que hara proporcionar un antes de impuestos, DCFROR incremental del 15% (vida til 5 aos). e. Un PFD que ilustre cualquier / todas las modificaciones recomendadas para el proceso.

2. Una lista de los nuevos equipos para comprar, incluyendo el tamao, el costo y los materiales de construccin Entregables Especficamente, usted es para preparar el siguiente a las 9:00 am del lunes 6 de noviembre de 2006: 1. Preparar un informe escrito, conforme a las directrices, que detalla la informacin de los puntos 1, 2, y 3, ms arriba. 2. Incluir un conjunto legible, organizada de clculos que justifican sus recomendaciones, incluidas las hiptesis formuladas. 3. Adjunte una copia firmada de la declaracin de confidencialidad adjunto.

Formato de informe Este informe debe ser breve y debe ajustarse a las directrices. Debera obligarse en un carpeta que no es de gran tamao en relacin con el nmero de pginas del informe. Figuras y tablas debera incluir, segn proceda. Un apndice deber adjuntarse que incluye elementos tales como los clculos solicitados. Estos clculos deben ser fciles de seguir. La confidencialidad declaracin debe ser la ltima pgina del informe. El informe escrito es una parte muy importante de la asignacin. Los informes que no se ajustan a las directrices recibirn deducciones severos y tendrn que ser reescritos para recibir crdito. Informes escritos pobremente escritas y / u organizados tambin pueden requerir volver a escribir. Asegrese de seguir el modelo establecido en las directrices para los informes escritos. Presentacin Oral Se espera presentar y defender sus resultados en algn momento entre el 6 de noviembre 2006 y el 9 de noviembre de 2006. Su presentacin debe ser de 15-20 minutos, seguido por alrededor de una Cuestin de 30 minutos y el perodo de respuesta. Asegrese de que usted se prepara para esta presentacin desde que es una parte importante de su misin. Usted debe traer por lo menos una copia impresa de las diapositivas a la presentacin y entregarlo antes de comenzar la presentacin. Otras Reglas Usted no puede discutir este importante con nadie ms que a los instructores. Discusin, colaboracin, o cualquier otro tipo de interaccin con nadie ms que los instructores est prohibido. Los infractores estarn sujetos a las sanciones y los procedimientos descritos en los Procedimientos de la Universidad para la tramitacin de casos de deshonestidad acadmica (comienza en la p. 47 de 2005-07 Pregrado Catlogo).

Consulting est disponible en los instructores. Consultora CHEMCAD, es decir., Preguntas sobre cmo utilizar CHEMCAD, no la forma de interpretar los resultados, que es ilimitada y gratuita, pero slo a partir de los instructores. Cada persona puede recibir cinco minutos gratuitos de asesora de los instructores. Despus de cinco minutos de la consultora, la tasa es 2,5 puntos deducidos por 15 minutos o cualquier fraccin de 15 minutos, sobre una base acumulativa. El perodo inicial de 15 minutos incluye los 5 minutos de conexin consultora. Los informes finales de los aos Informes tardos son inaceptables. Se aplicarn las siguientes sanciones graves: Tarde informe sobre la fecha de vencimiento antes del medioda: una letra de calificacin (10 puntos) Tarda informe despus del medioda fecha de vencimiento: dos calificaciones con letras (20 puntos) Tarde reportar un da tarde: tres grados de la letra (30 puntos) Cada da adicional finales: 10 puntos adicionales por da

Apndice 1Consejos CHEMCAD Las soluciones de formaldehdo y agua son muy no-ideal. Individualmente, las volatilidades son, desde ms voltil a menos voltiles, formaldehdo, metanol, agua. Sin embargo, el formaldehdo asociados con el agua de modo que cuando esta mezcla de tres componentes se destila, el metanol es la luz llave y el agua es la clave pesado. El formaldehdo se "seguir" al agua. El ESDK valor K paquete en CHEMCAD simula este apropiadamente. El calor latente se debe utilizar para entalpa clculos. El sistema experto recomendar estas opciones. Al simular todo un proceso, se recomienda el uso de la columna de destilacin de acceso directo, dentro del proceso para la destilacin metanol-agua/formaldehido. SCDS Entonces deberan usarse como punto separado para simular la columna en funcin de los resultados obtenidos a partir de la columna de acceso directo. Sin embargo, debido a la no idealidad de la termodinmica, la simulacin real de la columna utilizando SCDS probablemente requerirn muchas ms etapas que las predichas por la simulacin de acceso directo, posiblemente el doble.

Apndice 2Los clculos y otra informacin pertinente

Shell=carcasadesubcooling= subenfriamientoboiling=ebullicinsuperheating= sobrecalentamiento

T-801 Uso lecho de empaque desde CHEMCAD: L = 3000 kg / h, G = 5750 kg / h L = 925 kg / m3 G = 1,15 kg / m3 (L/G) ( G/ L )0.5 = 0,018 Cermica sillas Berl de 2 pulgadasFactor de empaque es de 45 Cada de presin de empaque es 1 kPa / m De las inundaciones (P. Wankat, Equilibrium Staged Separaciones, Prentice Hall, 1988, p. 421.) Parmetro en inundaciones = 0,2 Parmetro en un 75% las inundaciones = 0.1125

G = 0,555 libras / pie2-s A = (5750 kg/3600 s) / (0,555 libras / pie2-s) (2,2 lb / kg) = 6.32 m2 D = 2,84 m = 0,86 m

T-802 De CHEMCAD, 22 bandejas ideales, ms rehervidor parcial y condensador parcial 71,6% de eficiencia general en columna (O'Connell correlacin) 22 bandejas (la columna es de 19 m de altura con 18 pulgadas = 0,6096 m de espaciamiento de la bandeja) P = ghN 20000 Pa = (725 kg/m3) (9.8 m/s2) (Hazud )(31) hazud = 0,091 m 3,6 pulgadas

Por encima de la alimentacin: L = 21.000 kg/h, G = 21.000 kg /h L= 750 kg / m3 G = 1 kg/m3 (L /G) (G/ L)0.5 = 0.0.0365 Inunde grfica para el 18 en el espaciamiento de la bandeja (P. Wankat, Equilibrium Staged Separaciones, Prentice Hall, 1988, p. 387.) Csb = 0.29 ufl = 7.93 ft / s uact = 1.81 m / s (75% de las inundaciones) Si el 75% de rea activa A = (V / 3600) / [(0.75) (G ) (Uact)] = 4,29 m2 D = 2.34 m Debajo alimento: L = 27.000 kg / h, G = 23.000 kg / h L = 690 kg / m3 G= 1 kg / m3 (L / G) (G/ L)0.5 = 0.0447 Inunde grfica para el 18 en el espaciamiento de la bandeja (P. Wankat, Equilibrium Staged Separaciones, Prentice Hall, 1988, p. 387.) Csb = 0.28 ufl= 7.35 ft / s uact = 1.68 m / s (75% de las inundaciones) Si el 75% de rea activa A = (V / 3600) / [(0.75) (T ) (Uacto )] = 5,07 m2 D = 2.54 mUsaremos con 2,5 m de dimetro

No hay informacin disponible para: P-801 A / B, P-802 A / B, C-801, V-801

Precios: metanol $ 0.29/lb, formalina $ 0.40/lb