PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu, ĐÁNH GIÁ và PHƯƠNG án vận HÀNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN đoạn

Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung nhựa polyester không no ứng dụng 1.1.1 Tình hình sản xuất khả tiêu thụ nhựa polyeste không no Việt Nam giới .6 1.1.2 Các phương pháp tổng hợp [3] 1.1.2.1 Phương pháp giai đoạn 1.1.2.2 Phương pháp hai giai đoạn 1.1.2.3 Ưu, nhược điểm phương pháp tổng hợp 1.1.3 Ý nghĩa thực tiễn trình tổng nhựa UPE Việt Nam 1.2 Quy trình sản xuất nhựa UPE 1.2.1 Nguyên liệu tổng hợp UPE .9 1.2.1.1 Nguyên liệu .9 1.2.1.2 Các nguyên liệu phụ .11 1.2.2 Phân loại nhựa UPE 12 1.2.2.1 Phân loại theo cấu trúc 12 1.2.2.2 Phân loại theo mục đích sử dụng 12 1.2.3 Quy trình cơng nghệ chung sản xuất UPE 13 1.2.3.1 Gia nhiệt hỗn hợp glycol 14 1.2.3.2 Nạp Anhydric maleic (AM), Anhydric phtalic(AP), Anhydric Adipic(AA) gia nhiệt 14 1.2.3.3 Giai đoạn đa tụ sâu 14 1.2.3.4 Tương hợp với Styren 15 1.2.3.5 Lọc 15 1.2.3.6 Đóng thùng .15 1.3 Tổng quan trình chưng luyện gián đoạn 15 1.3.1 Các cấu hình tháp chưng luyện gián đoạn .16 1.3.2 Các quy trình vận hành tháp chưng luyện gián đoạn 19 1.3.2.1 Quy trình vận hành mở (truyền thống) 19 1.3.2.2 Quy trình vận hành kín 21 1.3.2.3 Quy trình vận hành theo chu kỳ .21 1.3.2.4 Quy trình vận hành bán liên tục .22 1.4 Giới thiệu đối tượng nghiên cứu 22 1.4.1 Vicostone 22 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 24 2.1 Mục tiêu 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu, đánh giá 24 2.3 Các nội dung cần thực 24 2.4 Thành phần nguyên liệu gồm Đánh giá, .24 2.5 Các bước tiến hành mô 25 2.6 Mơ q trình chưng luyện kết hợp gồm hai tháp tách 26 2.6.1 Mô trình chưng luyện làm việc liên tục tháp tách nước .26 2.6.1.1 Khảo sát ảnh hưởng áp suất chân không đến khả tách tháp lượng tiêu hao 27 2.6.1.2 Khảo sát vị trí đĩa tiếp liệu tới nồng độ nước sản phẩm đáy lượng tách 28 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 2.6.1.3 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng hồi lưu (chỉ số hồi lưu) tới nồng độ nước sản phẩm đáy lượng tách 28 2.6.1.4 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng lấy đỉnh tháp đến nồng độ nước sản phẩm đáy 29 2.6.1.5 Ảnh hưởng lưu lượng dòng vào đến nồng độ khối lượng nước sản phẩm đáy 30 2.6.2 Mơ q trình chưng luyện làm việc gián đoạn tháp tách propylene glycol 31 2.6.2.1 Ảnh hưởng số holdup đến nồng độ Dietylen glycol 32 2.6.2.2 Ảnh hưởng áp suất đến nhiệt độ nồng độ diethlene glycol đáy .33 2.6.2.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng đáy tháp (duty) đến nồng độ Dietylen glycol .34 KẾT LUẬN .35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .35 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo Anhydric Maleic .9 Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo Anhydric Phtalic .10 Hình 1.3 Công thức cấu tạo Anhydric Adipic .10 Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo Etylen Glycol 10 Hình 1.5 Cơng thức cấu tạo Propylen glycol 11 Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo Styren .11 Hình 1.7 Cơng thức hóa học UPE maleat 12 Hình 1.8 Cơng thức hóa học gốc halogen 13 Hình 1.9 Tháp chưng luyện gián đoạn truyền thống 16 Hình 1.10 Tháp chưng luyện gián đoạn có bình trung gian .17 Hình 1.11 Tháp chưng luyện gián đoạn có nhiều bình trung gian .18 Hình 1.12 Biến đổi nồng độ cấu tử dễ bay đỉnh đáy trình chưng luyện gián đoạn với số hồi lưu không đổi 20 Hình 1.13 Biểu diễn đồ thị x-y trình chưng luyện gián đoạn với số hồi lưu không đổi 20 Hình 1.14 Biểu diễn đồ thị x-y trình chưng gián đoạn với thành phần đỉnh không đổi 21 Hình 1.15 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất đá thạch anh Vicostone .22 Hình 2.1 Đồ thị tam giác hỗn hợp cấu tử nướ, propylen glycol, diethylene glycol 25 Hình 2.2 Mơ hình mơ tháp tách nước .26 Hình 2.3 Đồ thị khảo sát thay đổi áp suất chân không với khả tách tháp lượng tiêu hao 27 Hình 2.4 Đồ thị khảo sát thay đổi nồng độ nước lượng tách thay đổi đĩa tiếp liệu 28 Hình 2.5 Đồ thị ảnh hưởng lưu lượng dòng hồi lưu đến nồng độ nước sản phẩm đáy lượng tách 29 Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lưu lượng dịng lấy đỉnh tháp 30 Hình 2.7 Đồ thị biễu diễn thay đổi nồng độ nước sản phẩm đáy thay đổi lưu lượng dòng vào .31 Hình 2.8 Mơ tháp tách propylene glycol 32 Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn thay đổi nồng độ theo thời gian với số holdup khác 33 Hình 2.10 Đồ thị thay đổi nhiệt độ nồng độ sản phẩm đáy áp suất tháp thay đổi 34 Hình 2.11 Đồ thi biểu diễn ảnh hưởng lượng đáy tháp đến nồng độ diethylen glycol 35 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mức độ tiêu thụ nhựa UPE toàn giới [2] Bảng 2.1 Thành phần nước thải sau q trình sản xuất nhựa UPE công ty Vicostone 24 Bảng 2.2: Thành phần nước thải sau trình sản xuất nhựa UPE 26 Bảng 2.3:Ảnh hưởng áp suất chân không 27 Bảng 2.4: Khảo sát thay đổi nồng độ nước thay đổi đĩa tiếp liệu .28 Bảng 2.5: Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng hồi lưu 29 Bảng 2.6: Ảnh hưởng lưu lượng đến nồng độ nước sản phẩm đáy nhiệt độ tháp 29 Bảng 2.7: Ảnh hưởng lưu lượng dòng vào đến nồng độ nước sản phẩm đáy 30 Bảng 2.8: Ảnh hưởng số holdup đến nồng độ Diethlen glycol 32 Bảng 2.9: Bảng thay đổi nhiệt độ nồng độ thay đổi áp suấy 33 Bảng 2.10: Ảnh hưởng lượng đáy tháp đến nồng độ diethylene glycol34 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, với phát triển nhanh vũ bão khoa học - kỹ thuật kinh tế thị trường, ngành công nghiệp hóa học phát triển nhanh chóng chiếm lấy vị trí vơ quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo Đối với ngành công nghiệp chất dẻo phát triển phải kể đến ngành cơng nghiệp nhựa Nhựa ứng dụng lớn nhiều lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội có nhiều tính chất tốt như: độ bền lý cao, độ ổn định hóa học, độ cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt, đàn hồi, dễ gia công nhều so với kim loại vật liệu vơ khác Ngồi ra, nhựa cịn có giá thành rẻ, ngun liệu tổng hợp phong phú nên nhiều nhà khoa học giới ngày quan tâm, đầu tư nghiên cứu lĩnh vực Trong số loại nhựa tổng hợp nhựa Polyester khơng no (unsaturated polyester), gọi tắt UPE loại nhựa ứng dụng rộng rãi Tuy vậy, đến năm 1920 Wollace Carother tạo nhựa UPE từ etylen glycol, propylene glycol axit không no, anhydric như: axit fumaric, anhydric maleic Với tính chất ưu việt trên, UPE ứng dụng rộng rãi kỹ thuật làm vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện kỹ thuật vô tuyến điện, xi măng hữu cơ, màng phủ, công nghiệp chế tạo ô tô, tàu thủy, đặc biệt ứng dụng để tổng hợp vật liệu Composite- loại vật liệu tổng hợp có tính chất lý trung gian cao phát triển rộng rãi Như vậy, để tổng hợp nhựa cần ngun liệu ngun liệu phụ Ngồi q trình sản xuất nhựa sinh lượng nước thải gây ô nhiễm môi trường Do vậy, việc “Nghiên cứu phương án xử lý sản phẩm phụ trình trùng ngưng Polyester không no” nhằm thu hồi nguyên liệu sản phẩm phụ (nguyên liệu) giảm thiểu ô nhiễm môi trường Qua việc tìm hiểu phương pháp phân tách hệ nhiều cấu tử, chọn phương pháp chưng luyện liên tục kết hợp chưng luyện gián đoạn để thu hồi propylene glycol từ nước thải Mô trình chưng luyện cách thay đổi thơng số để biết thay đổi giá trị hàm mục tiêu Từ đó, đưa mơ hình phương án đạt hiệu cao Đề tài chúng em “Mơ q trình chưng cất xử lý sản phẩm phụ trình trưng ngưng tạo polyeste không no” Thành phần nước thải tỉnh sản xuất nhựa có nhiều cấu tử phạm vi đồ án nghiên cứu cấu tử gồm propylen glycol, diethylen glycol, nước tạp chất khác anhidric maleic, anhidric phtalic Căn tính chất thành phần cấu tử lựa chọn mơ hình cân pha phù hợp Chúng sử dụng phần mềm mô Aspen Plus V.10 để khảo sát thông số ảnh hưởng tới qúa tình chưng luyện kết hợp Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung nhựa polyester không no ứng dụng Nhựa polyester loại nhựa nhiệt rắn, sử dụng rộng rãi công nghệ composite, polyester loại thường loại khơng no, có khả đóng rắn dạng lỏng dạng rắn có điều kiện thích hợp Thông thường người ta gọi polyester không no nhựa polyester hay ngắn gọn polyester 1.1.1 Tình hình sản xuất khả tiêu thụ nhựa polyeste không no Việt Nam giới Theo số liệu thống kê, tổng khối lượng nhựa polyester sản xuất năm 2002 21.000.000 tấn, chiếm đến 58% sản lượng nhựa tổng hợp toàn giới [3] Tháng năm 1997, tạp chí Modern Plastic đưa đánh giá tình hình sử dụng tiêu thụ nhựa UPE thị trường Tây Âu, Nhật Bản, toàn giới năm 1995, 1996 Bảng 1 sau (như sau): Bảng 1.1: Mức độ tiêu thụ nhựa UPE toàn giới [2] Sản lượng (triệu Pound/năm) Lĩnh vực sử dụng 1995 1996 880 885 229 231 24 24 71 71 1204 1211 Polyester gia cường gồm: + Đúc phun + Gia công tay Sản phẩm dạng tấm: + Dát mỏng + Sản phẩm gợn sóng Lớp phủ UPE UPE xuất Tổng Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền Ở Việt Nam, thị trường tiêu thụ mạnh quy mô sản xuất nước lại nhỏ đơn lẻ, nhập hoàn toàn từ nước Sự đời hoạt động cụm cơng nghiệp lọc- hóa dầu nước (Dung Quất, Nghi Sơn, ) giải vấn đề này, trình tinh chế biến dầu thô thành sản phẩm dầu mỏ khác – chúng chuyển đổi để tạo hóa chất hữu ích bao gồm “monome” (một phân tử khối cấu tạo polyme), từ có hướng cho việc sản xuất nhựa UPE cung cấp nguyên liệu sản xuất nước 1.1.2 Các phương pháp tổng hợp [3] Phương pháp tổng hợp nhựa định đến khối lượng phân tử trung bình tính chất lý nhựa như: độ bề học, độ bền uốn, độ nhớt, Người ta thường tiến hành tổng hợp nhựa UPE theo hai phương pháp sau: - Phương pháp giai đoạn - Phương pháp hai giai đoạn 1.1.2.1 Phương pháp giai đoạn Cho toàn nguyên liệu vào thiết bị phản ứng gia nhiệt hỗn hợp cách từ từ đạt nhiệt độ phản ứng, mở van sục khí trơ vào đồng thời dùng xylen để lơi kéo nước qua thiết bị ngưng tụ Nhiệt độ phản ứng trì khoảng 195  205 0C số axit (là số miligam KOH cần để trung hịa axit béo tự có 1g chất béo) đạt 30  35 Sau cho chất ức chế hydroquinon với hàm lượng 0,01% so với nhựa 1.1.2.2 Phương pháp hai giai đoạn  Giai đoạn 1: Điều chế monoester Monoester tạo cách trộn diol anhydric nhiệt độ sôi hỗn hợp (180÷190⁰C) Q trình thực sau: Cho nguyên liệu vào thiết bị phản ứng, gia nhiệt nhiệt độ sôi hỗn hợp nhằm cho anhydric tác dụng hết với diol tạo đồng mạch hạn chế thăng hoa, bốc nguyên liệu Nhiệt độ sôi ban đầu khoảng 180  190⁰C tùy thuộc vào độ ẩm nguyên liệu Theo thời gian lượng glycol phản ứng với AP, AM, AA tăng lên đồng nghĩa với hàm lượng Ethylen glycol tự giảm dần, tỷ lệ nước tăng lên, làm nhiệt độ hỗn hợp phản ứng giảm xuống Giữ phản ứng nhiệt độ sôi đến nhiệt độ không thay đổi (khoảng 170⁰C ), tương ứng lúc số axit khơng thay đổi dừng phản ứng  Giai đoạn 2: Nâng nhiệt độ tạo polyester Tiếp tục nâng nhiệt độ để monoester đa tụ tạo thành polyester Các phản ứng xảy trình nhày sau: Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền HOOC CH CH COO CH2 CH2 OH COOH + CO O CH2 CH2 OH HO CH2 CH2 OOC CH CH COO CH2 CH2 OOC HOOC - Phản ứng trùng hợp nối đôi AM: CH + CH CH CH CH CO O CH CO 180OC CH CO CH CO O Hoặc trùng hợp với nối đôi mạch phân tử với CH CH + CH CH CH CH CH CH + Các phản ứng gây tượng gel hóa nhựa, đặc biệt có mặt oxy nguyên tử + Phản ứng đóng vịng nội phân tử ngoại phân tử: HOOC R OH HOOC R OH + O HOOC R' OH C R O O + H 2O C R O + H 2O O R' C O + Các phản ứng phụ xảy làm đứt mạch phân tử, làm khối lượng phân tử trung bình giảm, tính chất lý giảm theo Phương pháp tiến hành: Thay hệ thống sinh hàn ngược sinh hàn chưng cất để tách loại nước glycol dư Nâng nhiệt độ lên 200÷250⁰C, cho chất ổn định vào để nhựa khơng bị gel hóa Sục khí CO2 vào thiết bị phản ứng để tạo môi trường khí trơ, tách loại sản phẩm phụ, q trình trộn hợp tốt Để nước lôi cuối tách nhanh hơn, người ta cho xylen vào nồi phản ứng tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, nhựa tạo có khối lượng phân tử trung bình lớn Đồ án - - - GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 1.1.2.3 Ưu, nhược điểm phương pháp tổng hợp Đối với phương pháp giai đoạn thời gian phản ứng ngắn hơn, chi phí đầu tư thấp Tuy nhiên, thất chất nhiệt độ cao nhiều làm thay đổi tỷ lệ cấu tử ban đầu, dẫn đến thay đổi cấu trúc mạch phân tử, khối lượng phân tử giảm độ nhớt cao Đối với phương pháp hai giai đoạn nhiệt độ khống chế tốt nên hạn chế thất thoát chất điều chỉnh cấu trúc mạch hơn, tính chất nhựa cải thiện tốt Để khống chế phản ứng số axit đạt yêu cầu khoảng 30÷35, người ta thêm chất hãm trùng hợp Hydrroquinon vào với hàm lượng 0,01% so với nhựa 1.1.3 Ý nghĩa thực tiễn trình tổng nhựa UPE Việt Nam Việc tự tổng hợp nhựa UPE với chất lượng phù hợp giải toán tự chủ nguyên liệu sản xuất nước, hạ giá thành sản phẩm, mang đến tính cạnh tranh cao cho sản phẩm liên quan đến nhựa UPE Việt Nam ( gạch ốp lát công ty VICOSTONE, công nghiệp hàng hải…) 1.2 Quy trình sản xuất nhựa UPE 1.2.1 Nguyên liệu tổng hợp UPE Nguyên liệu để sản xuất UPE polyol polyaxit, thông thường người ta dùng diol diaxit khơng no Diol diaxit có nhiều loại, đặc tính chúng khác nên UPE tổng hợp có tính chất khác 1.2.1.1 Ngun liệu Poliaxit (diaxit): thường poliaxit dạng ankydric để tổng hợp nhựa anhydric có hoạt tính cao không tạo sản phẩm phụ - Polyaxit không no a Anhydric maleic (AM): C2H2(CO)2O + Công thức cấu tạo: CH CO CH CO O Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo Anhydric Maleic + Tính chất vật lí đặc trưng: khối lượng phân tử: M=98 đvC, nhiệt độ nóng chảy: tnc= 35oC, khối lượng riêng: ρ= 1480 kg/m3, nhiệt độ sôi: ts=199,9⁰C + AM chất dạng tinh thể màu trắng hút ẩm mạnh, tan dung môi như: nước, rượu, cloroform, benzen AM tổng hợp từ butadien oxy hóa từ Furfurol có khả đồng trùng hợp cao khả tương hợp tốt với styren Khi dạng kết tinh AM tinh thể hình thoi, dễ thăng hoa AM nguyên liệu dễ tìm, tương đối rẻ tổng hợp UPE có tính chất lý tốt - Polyaxit no a Anhydric phtalic (AP) (C8H4O3) Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền + Công thức cấu tạo: O C O C O Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo Anhydric Phtalic + Tính chất vật lí đặc trưng: khối lượng phân tử: M=148 đvC, nhiệt độ nóng chảy: tnc= 130C, khối lượng riêng: ρ= 1530 kg/m3, nhiệt độ sôi: ts=281⁰C + AP loại nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền Nhựa UPE sản xuất từ tương đối rẻ tiền, bền nhiệt, có độ bay thấp, tính chất điện mơi tốt, tương đối bền xăng, dầu chất dẻo nhiệt độ thường UPE từ AP làm chất hóa dẻo cho PVC AP tinh thể màu trắng, tan nước, rượu, ete, dễ hút ẩm thăng hoa b Anhydric Adipic (AA) (C6H8O3) O H2C CH2 C H2C CH2 C O O Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo Anhydric Adipic + Polyol (diol) a Etylen glycol (EG) (C2H6O2) Cơng thức cấu tạo: Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo Etylen Glycol Etylen glycol có tính chất giống ancol thông thường ảnh hưởng hai nhóm –OH nên có tính axit mạnh Etylen glycol chất lỏng không màu, dễ hút ẩm, rẻ tiền, tan tốt nước, rượu UPE tổng hợp từ EG cho nhựa giòn, độ kết tinh cao, cấu trúc chặt chẽ b Propylen glycol (PG)(C3H8O2) + Cơng thức cấu tạo: CH3 CH2 CH2 OH OH Hình 1.5 Công thức cấu tạo Propylen glycol 10 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền đến tháng, VCS tiến hành kí hợp đồng nguyên tắc vào đầu năm chốt giá khối lượng từ đến tháng trước xuất hàng Chi phí nhựa chiếm tỉ trọng từ 30 ~ 40% cấu chi phí nguyên vật liệu VCS Ước tính với 10% thay đổi giá mua nhựa đầu vào, giá vốn hàng bán VCS tăng giảm chiều từ ~ 4% Như việc tự chủ nguồn cung polyester góp phần quan trọng để Vicostone giảm giá thành sản phẩm, đưa với mức giá cạnh tranh hơn, tự chủ nguồn nguyên liệu đầu vào sản xuất Và vào năm 2020, nhà máy sản xuất hóa chất Phenikaa thuộc tập đoàn Phenikaa bắt đầu vào hoạt động với nhiệm vụ trọng tâm chủ động cung cấp nguyên liệu polyester resin-nguyên liệu sản xuất đá thạch anh nhân tạo, thúc đẩy nhanh mục tiêu nội địa hóa tự chủ hồn tồn 100% loại ngun liệu Và với việc tự sản xuất tự chủ nguồn cung polyester resin vấn đề tối ưu trình sản xuất, thu hồi để tái sửa dụng phần nguyên liệu nằm chất thải, sản phẩm phụ trình để tiết kiệm chi phí sản xuất vấn đề quan trọng nhà máy 22 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Xuất phát từ nhu cầu kinh tế sau trình sản xuất nhựa Polyeste không no UPE thải lượng nước thải lớn có lượng nhỏ nguyên liệu sản xuất nhựa nên mục tiêu thực tiễn đồ án “Nghiên cứu phương án xử lý sản phẩm phụ q trình trùng ngưng Polyester khơng no” sử dụng phương án chưng luyện thu hồi cấu tử trộn vào dòng nguyên liệu trình sản xuất nhựa Đối tượng nghiên cứu sản phẩm phụ trình sản xuất nhựa polyeste không no UPE cụ thể propylene glycol Sản phẩm lấy sau giai đoạn mục 1.2.3.2 hồi lưu lượng glycol thiết bị phản ứng 2.2 Phương pháp nghiên cứu, đánh giá Trong khuôn khổ đồ án này, chúng em sử dụng phần Aspen Plus phần mềm AspenONE vào việc mơ phỏng, tính tốn tháp chưng cất từ đánh giá yếu tố ảnh hưởng tìm phương án vận hành tối ưu cho tháp 2.3 Các nội dung cần thực - - Đánh giá chọn số thơng số đầu vào cho q trình mơ Xây dựng hệ thống chưng luyện liên tục để tách nước Mô khảo sát thay đổi nồng độ nước sản phẩm đáy nhiệt lượng đun bay đáy tháp thay đổi thông số như: áp suất làm việc, số đĩa lí thuyết, vị trí đĩa tiếp liệu, số hồi lưu, lưu lượng dòng vào, lưu lượng dòng lấy đỉnh tháp phần mềm Aspen Plus v10 Mô hệ thống chưng luyện gián đoạn để tách Propylene Glycol Mô khảo sát thay đổi nồng độ etylen glycol sản phẩm đỉnh (có thể đạt 99,5%), nhiệt lượng đun bay đáy tháp thay đổi thơng số như: áp suất làm việc, số đĩa lí thuyết, vị trí đĩa tiếp liệu, số hồi lưu, lượng đáy tháp phần mềm Aspen Plus v10 2.4 Thành phần nguyên liệu Thành phần nước thải sau q trình sản xuất nhựa polyeste khơng no UPE từ nhà máy sản xuất Vicostone gồm cấu tử sau: propylen glycol, diethylen glycol, nước tạp chất khác anhidric maleic, anhidric phtalic với thành phần Bảng 2 Bảng 2.2 Thành phần nước thải sau trình sản xuất nhựa UPE cơng ty Vicostone STT Cấu tử Phần mol Nhiệt độ sôi (oC) Nước 0,89 100 Propylen glycol  0,06886 188 23 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền Diethylen glycol 0,04 Anhidric maleic 0,00057 Anhidric phtalic  0,00057 245 Từ Bảng 2 ta nhận thấy hỗn hợp Hình 2.16 Đồ thị tam giác hỗn hợp cấu tử nướ, propylen glycol, diethylene glycol Trong Bảng 2 đồ thị tam giác Hình 16 ta thấy nồng độ cấu tử nước có nguyên liệu 0,89 phần mol nhiệt độ sôi thấp 100 oC nên nước cấu tử dễ bay thu đỉnh tháp Còn Glycol thu đáy tháp Sau đó, cho dịng nguyên liệu đáy tháp vào tháp tách làm việc gián đoạn ban đầu thu tạp chất giai đoạn sau thu propylene glycol đỉnh có nhiệt độ sơi thấp diethylen glycol Dưới đáy tháp thu điethylen glycol có nhiệt độ sơi 245oC 2.5 Các bước tiến hành mô Sử dụng mơ hình tháp DSTWU Aspen Plus với hàm mục tiêu nồng độ cấu tử nặng, nồng độ cấu tử nhẹ, áp suất làm việc thiết bị đun bay đáy tháp thiết bị ngưng tụ, số hồi lưu mong muốn để từ xác định số đĩa lý thuyết, đĩa tiếp liệu tháp tách nước Với số liệu thu từ tháp DSTWU, sử dụng mơ hình tháp RacFrac để tiến hành mơ tháp tách nước Sau tiến hành mô chạy tháp tách thứ để tách propylene glycol lựa chọn mơ hình NRTL 24 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 2.6 Mơ q trình chưng luyện kết hợp gồm hai tháp tách 2.6.1 Mơ q trình chưng luyện làm việc liên tục tháp tách nước Các thông số đầu vào điều kiện chọn để khảo sát: Dòng nguyên liệu vào điều kiện thường (25oC, áp suất 1at) Lưu lượng 8000 kg/ngày (333,34 kg/h) qua thiết bị gia nhiệt đến 101oC Chỉ số hồi lưu: 0,5 Tháp đĩa: gồm có đĩa, liệu nạp vào đĩa thứ 5, đường kính (4m) Điều kiện chưng cất áp suất chân không (sao cho nhiệt độ sôi đáy tháp không vượt 120oC) Hàm mục tiêu nồng độ nước sản phẩm đáy nhiệt lượng đun bay đáy tháp Mơ hình cân pha: NRTL WA TER1 FEED1 HE1 WDC1 FEED21 GLYCOL1 Hình 2.17 Mơ hình mơ tháp tách nước Propylen glycol (7%), Diethylen glycol (4%), Nước (89%) 0,1% tạp chất khác anhidric maleic, anhidric phtalic điều kiện thường với lưu lượng 8000 kg/ngày qua thiết bị gia nhiệt đến 101 oC sau vào tháp chưng luyện thứ để tách nước khỏi hỗn hợp Dựa vào đồ thị tam giác để xác định cấu tử lên đỉnh, xuống đáy tháp Nhiệt độ sôi nước 100oC, propylene glycol 188 oC, cặn diethylene glycol 245 oC nên nước lên đỉnh tháp, glycol xuống đáy tháp 2.6.1.1 Khảo sát ảnh hưởng áp suất chân không đến khả tách tháp lượng tiêu hao Ta có bảng số liệu từ q trình mơ Bảng 2.3:Ảnh hưởng áp suất chân không Áp suất (mmHg) Nồng độ nước Năng lượng (kW) sản phẩm đáy(khối lượng) Thiết bị đun Thiết bị bay đáy ngưng tụ tháp 25 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 10 0.043 820.359 916.595 180 0.043 828.437 867.128 150 0.043 827.499 870.775 250 0.043 830.242 860.242 400 0.043 833.043 849.574 2000 1800 916.595 867.128 870.775 860.242 849.574 1600 1400 1200 1000 820.359 828.437 827.499 830.242 833.043 800 condenser reboiler Nồng độ nước sản phẩm đáy(khối lượng) 600 400 200 0.043 0.043 0.043 0.043 0.043 10 180 150 250 400 Hình 2.18 Đồ thị khảo sát thay đổi áp suất chân không với khả tách tháp lượng tiêu hao Từ hình 3.3 ta nhận thấy thay đổi áp suất chân không tháp khơng làm thay đổi nồng độ nước sản phẩm đáy cụ thể áp suất 10, 180, 150, 250, 400 nồng độ nước sản phẩm đáy không đổi Khi tăng áp suất chân khơng tháp lượng tiêu tốn thiết bị đun bay đáy tháp tăng lên đổi nồng độ nước sản phẩm đáy thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp không đổi 2.6.1.2 Khảo sát vị trí đĩa tiếp liệu tới nồng độ nước sản phẩm đáy lượng tách Các thông số đầu vào chọn để khảo sát sử dụng mơ vị trí nạp liệu đĩa số 1, 2, 4, 5, Bảng 2.4: Khảo sát thay đổi nồng độ nước thay đổi đĩa tiếp liệu N Nồng độ nước sản Năng lượng tách (kW) phẩm đáy 0.683 214.494 0.051 827.908 0.043 828.434 0.043 828.439 0.043 830.538 26 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 900 827.908 828.434 828.439 830.538 828.439 800 700 600 500 Nồng độ nước sản phẩm đáy Năng lượng tách 400 300 214.494 200 100 0.683 0.051 0.043 0.043 0.043 0.043 Hình 2.19 Đồ thị khảo sát thay đổi nồng độ nước lượng tách thay đổi đĩa tiếp liệu Từ bảng 3.4 ta nhận thấy ta tăng vị trí đĩa tiếp liệu nồng độ nước sản phẩm đáy không thay đổi lượng cần để tách tháp có xu hướng tăng dần sau giảm Cụ thể đĩa tiếp liệu số lượng tách tháp đạt cực đại 830,538 kW Nếu nạp liệu vào đĩa số số lượng tách đạt 828,439 kW 2.6.1.3 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng hồi lưu (chỉ số hồi lưu) tới nồng độ nước sản phẩm đáy lượng tách Các thông số đầu vào chọn để khảo sát sử dụng mô số hồi lưu thay đổi 0.5, 1, 2, 4, Bảng 2.5: Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng hồi lưu Chỉ số hồi lưu Nồng độ nước sản Năng lượng tách (Mass) phẩm đáy (% khối (kW) lượng) 0.5 0.043 830.538 0.043 1117.48 0.043 1695.57 0.043 2851.74 0.043 5164.08 27 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 6000 5164.08 Năng lượng tách 5000 4000 2851.74 3000 1695.57 2000 1000 Nồng độ nước sản phẩm đáy Năng lượng tách 830.538 1117.48 0.043 0.043 0.043 0.043 0.043 0.5 % khối lượng Hình 2.20 Đồ thị ảnh hưởng lưu lượng dòng hồi lưu đến nồng độ nước sản phẩm đáy lượng tách Từ hình 3.5 ta thấy tăng lưu lượng dịng hồi lưu nồng độ nước sản phẩm đáy không đổi lượng tách tháp tăng dần đạt cực đại 5164,08 kW 2.6.1.4 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng lấy đỉnh tháp đến nồng độ nước sản phẩm đáy Bảng 2.6: Ảnh hưởng lưu lượng đến nồng độ nước sản phẩm đáy nhiệt độ tháp Lưu lượng (kg/h) Nồng độ nước (khối lượng) Nhiệt độ(oC) Đỉnh Đáy 500 0.78 64.06 70.11 600 0.725 64.06 70.5445 700 0.633 64.06 71.011 850 0.0833 64.06 98.1742 885 0.043 64.06 111.878 28 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 120 100 80 Nồng độ Đỉnh Đáy 60 40 20 500 600 700 850 885 Hình 2.21 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lưu lượng dòng lấy đỉnh tháp Từ đồ thị ta nhận thấy ta tăng lưu lượng dòng lấy đỉnh tháp nồng độ nước sản phẩm đáy giảm dần Nhiệt độ đỉnh tháp không đổi nhiệt độ đáy tháp tăng dần 2.6.1.5 Ảnh hưởng lưu lượng dòng vào đến nồng độ khối lượng nước sản phẩm đáy Bảng 2.7: Ảnh hưởng lưu lượng dòng vào đến nồng độ nước sản phẩm đáy Lưu lượng (kg/giờ) Nồng độ khối lượng nước 1000 0.043 2000 0.802 3000 0.84 7000 0.874 8000 0.876 29 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền Nồng độ 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 1000 2000 3000 7000 8000 Hình 2.22 Đồ thị biễu diễn thay đổi nồng độ nước sản phẩm đáy thay đổi lưu lượng dòng vào Từ đồ thị ta nhận thấy ta tăng lưu lượng dòng nguyên liệu vào nồng độ nước sản phẩm đáy có xu hướng tang dần 2.6.2 Mơ q trình chưng luyện làm việc gián đoạn tháp tách propylene glycol Dòng nguyên liệu đầu vào tháp tách thứ dịng sản phẩm thu đáy tháp gồm propylene glycol, diethylene glycol tạp chất anhidric maleic, anhidric phtalic Các thông số đầu vào điều kiện chọn để khảo sát: Điều kiện chưng cất áp suất chân không (sao cho nhiệt độ đáy tháp  175 C) Nguyên liệu glycol điều kiện thường (25oC, áp suất at) đưa vào chưng cất gián đoạn tháp chưng cất gián đoạn loại đệm (đệm cấu trúc) Hàm mục tiêu nồng độ etylen glycol sản phẩm đỉnh (có thể đạt 99,5%); nhiệt lượng đun bay đáy tháp nhỏ Mô hình cân pha: NRTL Ta cho tháp làm việc điều kiện gián đoạn, tức sản phẩm đáy tháp tách nước làm nguội trước đưa vào tháp tách theo mẻ 30 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền PRO1 GDC1 GLYFEED1 DIE1 Hình 2.23 Mơ tháp tách propylene glycol 2.6.2.1 Ảnh hưởng số holdup đến nồng độ Dietylen glycol Bảng 2.8: Ảnh hưởng số holdup đến nồng độ Diethlen glycol Thời gian(h) Chỉ số holdup (l) 2.5 3.5 Nồng độ Diethylen glycol 0.1 0.249 0.25 0.251 0.252 0.253 0.7 0.299 0.3 0.301 0.301 0.303 1.3 0.327 0.327 0.361 0.328 0.33 1.9 0.359 0.36 0.361 0.362 0.363 2.5 0.399 0.401 0.402 0.402 0.404 3.1 0.449 0.451 0.453 0.453 0.456 3.7 0.513 0.516 0.517 0.519 0.522 4.3 0.598 0.602 0.604 0.606 0.61 5.3 0.82 0.831 0.835 0.838 0.846 31 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 0.9 0.8 0.7 0.6 2.5 3.5 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 0.7 1.3 1.9 2.5 3.1 3.7 4.3 5.3 Hình 2.24 Đồ thị biểu diễn thay đổi nồng độ theo thời gian với số holdup khác Từ đồ thị ta thấy số holdup tháp tăng nồng độ diethylene glycol tăng dần sản phẩm đáy 2.6.2.2 Ảnh hưởng áp suất đến nhiệt độ nồng độ diethlene glycol đáy Bảng 2.9: Bảng thay đổi nhiệt độ nồng độ thay đổi áp suấy Áp suất(mmHg) Nhiệt độ sản phẩm đáy (oC) Nồng độ (khối lượng) 50 168.054 0.95 70 177.776 0.95 100 181.33 0.95 120 185.331 0.95 140 189.096 0.95 32 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền Chart Title 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 50 70 100 Nhiệt độ sản phẩm đáy 120 140 Nồng độ(khối lượng) Hình 2.25 Đồ thị thay đổi nhiệt độ nồng độ sản phẩm đáy áp suất tháp thay đổi Từ đồ thị ta nhận thấy nồng độ diethylene glycol không đổi thay đổi áp suất nhiệt độ diẹthylen glycol tăng dần 2.6.2.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng đáy tháp (duty) đến nồng độ Dietylen glycol Bảng 2.10: Ảnh hưởng lượng đáy tháp đến nồng độ diethylene glycol Năng lượng( kW) Nồng độ 120 0.95 100 0.95 80 0.95 60 0.95 40 0.95 Nồng độ 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 120 100 80 60 40 Nồng độ Hình 2.26 Đồ thi biểu diễn ảnh hưởng lượng đáy tháp đến nồng độ diethylen glycol 33 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình Nguyễn Thị Thu Huyền, em hoàn thành nhiệm vụ đồ án Qua trình chúng em rút số kết nhận xét sau: - Việc xác định lựa chọn thông số tháp (mơ hình cân pha, số hồi lưu, điều kiện nhiệt độ, lưu lượng,… ảnh hưởng đến lượng sản phẩm thu sau tháp tách thời gian chưng cất tháp - Tìm hiểu tình hình sản xuất, vài trị ứng dụng nhựa polyester không no nhà máy Việt Nam giới - Tận dụng phần mềm công cụ mô để mô trình liên tục gián đoạn tháp tách để thu hồi lượng nguyên liệu (propylene glycol) để sử dụng cho trình sản xuất - Khơng có vậy, việc nghiên cứu đồ án giúp em củng cố thêm kiến thức trình chưng luyện liên tục, gián đoạn nói riêng q trình khác nói chung; nâng cao kĩ tra cứu, xử lí số liệu, biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách hệ thống Bản thân chúng em sinh viên nên hạn chế tài liệu kinh nghiệm thực tế Vì vậy, đồ án khơng tránh thiếu xót Chúng em mong thầy xem xét, dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! 34 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin, Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 4, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội, 2011 [2] Sysney H.Goodman, Handbook of Thermoset Plastic (2 nd Edition), Raytheon System Co., EL SEgundo, California [3] Mai Thị Phương Chi, Đồ án công nghệ polymer – Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa UPE – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [5] Đỗ Xuân Trưởng, Mô trình chưng luyện gián đoạn, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2010 [6] Nguyễn Bin tác giả (2006), “ Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 1”, Nxb Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [7] Nguyễn Bin tác giả (2006), “ Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2”, Nxb Khoa học kỹ thuật Hà Nội 35 Đồ án GVHD: TS Nguyễn Thị Thu Huyền 36