Generalità Impiantistica Premessa E preferibile che ogni apparecchiatura svolga un solo ruolo. 1) Colonne di Distillazione

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1 Generalità Impiantistica Premessa E preferibile che ogni apparecchiatura svolga un solo ruolo. 1) Colonne di Distillazione Per un buon funzionamento di una colonna è necessario mantenere costante la temperatura di alimentazione della colonna ed evitare i disperdimenti termici. La variazione della temperatura di alimentazione e dei disperdimenti termici possono provocare pendolazioni del funzionamento della colonna con difficoltà, ed addirittura impossibilità, di mantenimento delle specifiche del distillato e del prodotto di fondo che si vogliono ottenere, I disperdimenti termici provocano inoltre un aumento dei consumi di calore nel ribollitore di fondo che possono superare il costo della coibentazione. E opportuno sempre esaminare la convenienza di preriscaldare, se possibile sino alla temperatura di ebollizione la miscela entrante, da distillare, con il prodotto di fondo. E anche opportuno portare l alimentazione sino alla temperatura di ebollizione. L arrivo di liquido in alimentazione a temperature inferiori all ebollizione ed a temperature variabili potrebbe compromettere il buon funzionamento della colonna. Si consiglia di preriscaldare l alimentazione sino alla temperatura più prossima possibile a quella di alimentazione. E opportuno esaminare, specie per distillazioni con basse differenze di temperature tra il vapori del distillato in uscita dalla testa della colonna ed il prodotto di fondo che va al ribollitore, la termocompressione dei vapori in uscita dalla testa per condensare il distillato nel ribollitore di fondo. Un esempio realizzato industrialmente si ha nella distillazione a pressione atmosferica di separazioni Metanolo Acqua a pressione atmosferica per ottenere Metanolo distillato a purezza superire a 99,5 % peso. 2) Scambiatori a) - Condensazione più sottoraffreddamento del condensato In due scambiatori separati sia per individuare la causa di disfunzioni che per ottimizzare l operazione complessiva. Sino 3 C di sottoraffreddamento mantenere un solo apparecchio. b) - Protezione mandrinature all entrata dei tubi Nel caso di temperature molto alte del fluido in entrata nei tubi, (ad esempio caldaie di produzione vapore ad alta pressione sul gas in uscita a 800 C dal forno di Steam Reforming), alloggiare coni di protezione delle mandrinature in materiale adeguato per resistere ad alta temperatura, sagomati in modo da raddrizzare i filetti fluidi nell imbocco dei tubi. c) Scambiatori a doppia piastra Nel caso di rischio di non accettabile trafilamento tra lato tubi a lato mantello realizzare Scambiatore a doppia piastra. Per individuare eventuali trafilamenti installare un bocchello ciecato con disco di rottura con Indicatore ed allarme di pressione sotto il disco di rottura. In questi casi è preferibile un fascio tubero con tubi ad U per avere una sola piastra. 1

2 3) - Separatori 1 - Separazione Gas - Liquido - Liquido Realizzare la separazione in due fasi separate. Prima separare il gas e poi smiscelare i due liquidi. Esaminare la convenienza di installare due separatori in parallelo Gas - Liquido e altrettanti separatori successivi in parallelo Liquido-Liquido progettando le due line per il carico massimo di marcia. In questo modo si possono individuare eventuali disfunzioni senza essere costretti a fermare l impianto, avviando il sistema di separazione di riserva prima che le disfunzioni portino alla fermata dell impianto. 2 Scarico del liquido di fondo Verificare sempre che la velocità di scarico del liquido uscente dal fondo del serbatoio non provochi il risucchio di gas nel liquido uscente. Infatti nella tubazione di uscita si genera una vena contratta di sezione pari al 60% della sezione del bocchello di uscita in cui si genera una depressione pari all altezza cinetica della velocità del liquido nella vena contratta. La pressione nella vena contratta si riduce del valore di questa altezza cinetica e delle perdite di carico del liquido per imboccare la tubazione di uscita pari a 0,5 volte l altezza cinetica della velocità di imbocco del liquido nella tubazione di uscita. Per evitare presenza di gas o vapori nel liquido uscente bisognerà verificare due condizioni: a) che la pressione nella vena contratta sia superiore alla tensione di vapore del liquido uscente in modo da non avere vaporizzazione del liquido. b) che la pressione nella vena contratta sia superiore alla pressione Po del gas presente nel serbatoio in modo da evitare trafilamenti di gas dal serbatoio nel liquido uscente. Per ottenere questo calcolare l altezza minima di liquido H con la seguente formula: Bisogna tener anche conto che nei bocchelli di uscita di liquido da un serbatoio possono aversi specie per bassi livelli di liquido nel serbatoio formazione di vortici che favoriscono il risucchio di gas. Per ridurre questo rischi sul fondo di un serbatoio installare sempre un rompivortice. Esempio di Calcolo Altezza liquido sopra il bocchello di scarico (H) Assunto: Liquido da scaricare = Acqua Velocità liquido nel bocchello di scarico di scarico = 2 m/sec Velocità nella Vena Contratta = (2/0,6) Densità liquido scaricato = 1000 Kg/m 3 Si ricava: (assumendo per sicurezza un coefficiente di perdita di carico complessivo pari a 1,5 rispetto alla velocità nella Vena Contratta): Altezza liquido sul Bocchello di scarico = 1,5*(2/0,6) 2 /(2*9,81)*1000 = 850 mm Con velocità di 1 m/sec H = 212,5 mm 2

3 4 - Pompe 4.1) Tenere in marcia di preferenza una sola pompa per la portata totale necessaria invece di due pompe di portata pari al 50 percento per evitare disturbi reciproci sul funzionamento delle due pompe in parallelo. Esaminare la convenienza di un controllo di portata con inverter rispetto a quello con valvola di regolazione sulla mandata. Prevedere un sistema automatico d avviamento della pompa di riserva nel caso di bassa portata della pompa in marcia. 4.2) Le tubazioni di arrivo alle pompe devono essere efficacemente ancorate affinché nessuna tensione proveniente dalla tubazione si trasmetta alla pompa. 4.3) Se il liquido in arrivo ad una pompa può contenere, o contiene, aria o gas conviene installare a monte della pompa un serbatoio di separazione con sfiato opportuno. Se la tubazione di aspirazione è in depressione, fare attenzione che la tubazione sia a perfetta tenuta per evitare ingressi di aria o di altri gas. 5) Velocità fluidi nelle tubazioni 5.1) Flussi mono fase La velocità massima Vmax da non superatre è data da: Vmax = (9000/densità del fluido) 0,5 ( V in metri/secondo; Densità in Kg/metro cubo). Mantenere il più possibile tubazioni rettilinee con curve ad alto raggio di curvatura e rinforzate (a spessore maggiorato. Tenere presente che in un fluido in fase gas la velocità non può superare la velocità del suono in quel gas. 5.2) Flussi bifase La velocità massima Vmax da non superatre è data da: Vmax = (9000/densità del flusso bifase) 0,5 6) Valvole di Esclusione e di Ritegno Si eviti di installare Valvole di Esclusione e di Ritegno quando queste non sono indispensabili: esse costano e possono essere fonte di guai in esercizio. 3

4 7) - Sicurezza Valvole di Sicurezza Pilotate LA POSV è una valvola di sicurezza la cui apertura e chiusura sono comandate da un pilota mostrato in figura come una valvola a tre vie. Il pilota sente la pressione di processo attraverso una linea presa pressione che lo collega o al sistema processo (linea tratteggiata) o all interno della valvola linea continua). In condizioni di normale esercizio la camera di pressione e collegata al processo attraverso il pilota. Nella camera vi è la stessa pressione che all ingresso e poiché A2 e maggiore di A1 la forza: F = (P1 P2) (A2 A1) Tiene chiusa la valvola almeno finché P1 è maggiore di P2. Quando la pressione aumenta e raggiunge la pressione di apertura del pilota l uscita del pilota viene collegata all atmosfera (linea continua) o al corpo valvola (linea tratteggiata) mentre la connessione con il processo viene chiusa o parzializzata. La pressione nella camera diminuisce e la valvola si apre. Successivamente, quando eliminata la causa dell intervento la pressione di processo discende fino ad arrivare alla pressione normale di esercizio la valvola a tre vie (il pilota) chiude lo scarico viene nuovamente pressurizzata e la valvola si chiude

5 Dischi di Rottura I Dischi di Rottura svolgono la stessa funzione delle Valvole di Sicurezza. In particolare possono convenire al posto delle Valvole di sicurezza quando il salto di pressione tra la pressione di scatto della valvola e la pressione a valle può provocare la solidificazione nella valvola di sicurezza, a motivo del raffreddamento dovuto all espansione, del fluido scaricato. In questi casi è opportuno dotarli di un diametro del Disco di Rottura e del diametro della tubazione a valle tali da non poter essere intasati dall eventuale solido depositato ) - Sistemi di blocco Impianto per evitare lo scatto delle valvole di Sicurezza Prevedere su controlli strumentali che possono provocare la fermata generale di tutti gli impianti un sistema di misura 2 su 3 che segnali contemporaneamente il superamento del valore massimo ammesso. 9) - Energia elettrica preferenziale Prevedere, oltre all alimentazione con energia elettrica da rete, anche un alimentazione d energia elettrica preferenziale di stabilimento per mancanza d energia elettrica da rete, su tutte quelle unità che devono restare in marcia sia per mancanza d energia elettrica totale che locale. 5