Thèse Unité de raffinage

POLITECNICO DI MILANO - FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CHIMICA
SIMULAZIONE OFF-LINE DI UN CICLO DI RAFFINAZIONE
PER IL MIGLIORAMENTO DELLE PERFORMANCES:
PROGETTAZIONE, REALIZZAZIONE, GESTIONE E VERIFICA
DEL MODELLO MATEMATICO.
RELATORE : PROF. GIUSEPPE BIARDI
CORRELATORE : ING. CALOGERO FICILI
TESI DI LAUREA DI:
MASSIMILIANO ZANOLETTI
MAT. 627660
ANNO ACCADEMICO
2000/2001

IV
Ai miei genitori,
ai miei amici,
al Canada.

V
SOMMARIO
0. OBIETTIVI 1
1 .INTRODUZIONE 2
2. DESCRIZIONE DEL PROCESSO 5
2.1 NOZIONI FONDAMENTALI 5
2.2 IMPIANTI DI DISTILLAZIONE ATMOSFERICA 6
2.3 CARICHE E PRODOTTI 8
2.3.1 COMPOSIZIONE DEI GREZZI 8
2.3.2 COMPOSIZIONE DEI PRODOTTI PETROLIFERI 8
2.3.3 CARATTERIZZAZIONE DEI PRODOTTI PETROLIFERI 9
2.3.3.1 Densità 10
2.3.3.2 Prove di distillazione 10
2.4 VARIABILI OPERATIVE 11
2.4.1 TEMPERATURA DI USCITA DEL FORNO 12
2.4.2 TEMPERATURA DI TESTA DELLA COLONNA 12
2.4.3 PORTATA E TEMPERATURA DEI RIFLUSSI 12
2.4.4 PORTATA DEI PRELIEVI LATERALI 13
2.4.5 OVERFLASH 13
2.4.6 PORTATA DEL VAPORE DI STRIPPING 13
3. ASPEN PLUS 14
3.1 STORIA ED APPLICAZIONI 14
3.2 STRUTTURA GENERALE DEL PROGRAMMA 15
3.2.1 FLOWSHEET DI SIMULAZIONE 16
3.2.2 SETUP 17
3.2.3 DICHIARAZIONE DEI COMPONENTI 17
3.2.4 PROPRIETÀ ED EQUAZIONI DI STATO 18
3.2.5 CORRENTI 19
3.2.6 UNITÀ O BLOCKS 19
3.3 GESTIONE DEI DATI INIZIALI 21
3.3.1 INTERPOLAZIONE DEI DATI INIZIALI 21
3.3.1.1 Metodi di conversione 23
3.3.2 GENERAZIONE DEGLI PSEUDOCOMPONENTI 26
3.4 CONVERGENZA 27
3.4.1 ALGORITMO INSIDE-OUT 27
3.4.1.1 Inner loop 29

VI
3.4.1.2 Outer loop 33
3.4.2 METODI NUMERICI 35
3.4.2.1 Wegstein method 35
3.4.2.2 Broyden method 36
3.4.2.3 Newton method 36
4. PRIMA SIMULAZIONE 38
4.1 DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO 38
4.2 DATI 41
4.2.1 CARICA 43
4.2.2 PRODOTTI 45
4.2.3 TAG DI IMPIANTO 48
4.2.3.1 Portate 48
4.2.3.2 Pressioni 48
4.2.3.3 Temperature 49
4.3 FLOWSHEET E SCHEMA SEMPLIFICATO 50
4.4 FITTING DEI DATI INIZIALI 53
4.4.1 CALCOLO DELLA CURVA DEL RESIDUO 53
4.4.2 ESTRAPOLAZIONE DEI DATI INIZIALI 56
4.4.3 DISTRIBUZIONE DEGLI PSEUDOCOMPONENTI 58
4.5 TUNING DEL MODELLO 60
4.5.1 METODO DELL’EFFICIENZA GLOBALE 60
4.5.2 CALIBRAZIONE DELLA COLONNA E RISULTATI 61
4.6 VERIFICA DEI RISULTATI 63
4.7 OTTIMIZZAZIONE 65
4.7.1 PRIMA PARTE 66
4.7.1.1 Pressione di esercizio e temperatura del forno 66
4.7.1.2 Vapore di strappamento 69
4.7.1.3.Overflash 70
4.7.2 SECONDA PARTE 72
4.7.2.1 Prima soluzione 73
4.7.2.2 Seconda soluzione 74
4.7.2.3 Terza soluzione 75
4.7.2.4.Quarta soluzione 77
4.7.2.5 Quinta soluzione 78
4.7.3 CONCLUSIONI 79
5. SECONDA SIMULAZIONE 81
5.1 DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO 81
5.2 DATI 83
5.2.1 ANDAMENTO DELLE PORTATE 83
5.2.2 ANDAMENTO DELLE TEMPERATURE 84
5.2.3 ANDAMENTO DELLE PRESSIONI 86
5.2.4 TAG DI IMPIANTO 86

VII
5.2.4.1 Portate 87
5.2.4.2 Pressioni 87
5.2.4.3 Temperature 88
5.2.5 PRODOTTI 88
5.3 FLOWSHEET E SCHEMA SEMPLIFICATO 92
5.4 FITTING DEI DATI INIZIALI 94
5.4.1 ESTRAPOLAZIONE DEI DATI INIZIALI 94
5.4.2 INTERPOLAZIONE DELLA CURVA DEL RESIDUO 95
5.5 TUNING DEL MODELLO 98
5.6 VERIFICA DEI RISULTATI 99
5.7 OTTIMIZZAZIONE 101
5.7.1 TEMPERATURA DI USCITA FORNO 102
5.7.2 VAPORE DI STRAPPAMENTO 103
5.7.3 CONSIDERAZIONI ECONOMICHE 105
6. CONCLUSIONE 108
7. BIBLIOGRAFIA 110
APPENDICE A 112
APPENDICE B 114
APPENDICE C 150