Nghiên cứu và mô phỏng phân xưởng sản xuất benzene từ toluene bằng công nghệ hydrodealkyl hoá, năng suất 105 kmolh (~8210 kgh)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA - - BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: KHỐNG CHẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE BẰNG CƠNG NGHỆ HYDRODEALKYL HỐ, NĂNG SUẤT 105 kmol/h (~8210 kg/h) XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH CỦA TỪNG THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHO PHÂN XƯỞNG (PFD) Lớp học phần: 18N51 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Ngọc Danh MSSV: 107180201 Nguyễn Viết Sỹ MSSV: 107180232 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm Đà Nẵng, tháng năm 2022 KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH LỜI NĨI ĐẦU Theo dịng chảy phát triển thời đại, lĩnh vực khoa học - kỹ thuật kinh tế thị trường có bước tiến vượt bậc gây tiếng vang lớn Bên cạnh lĩnh vực nêu ngành cơng nghiệp hóa học phát triển nhanh chóng, chiếm lấy vị trí vơ quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt ngành cơng nghiệp hóa chất Đây ngành cơng nghiệp mũi nhọn, đóng vai trò then chốt trong phát triển xã hội Nó khơng mang lại nguồn lợi đáng kể mà thúc đẩy ngành khác phát triển theo Sản phẩm hóa chất kết loạt q trình biến đổi hóa lý để đạt tính chất mong muốn Chính nguồn nguyên liệu ngành không xuất phát từ tự nhiên mà phải kể đến hợp chất trung gian trình tổng hợp Từ chất trung gian này, với điều kiện công nghệ khác lại cho nhiều sản phẩm khác Một số nguồn nguyên liệu trung gian benzene Benzene nhà sản xuất đánh giá sản phẩm quan trọng, mang tính thương mai cơng nghiệp hố dầu Các phương pháp sản xuất benzene công nghiệp không ngừng phát triển để cung cấp nguồn nguyên liệu trung gian cho tổng hợp hữu hóa dầu Benzene thu từ số q trình quan trọng lọc hóa dầu, trình reforming xúc tác, cracking xúc tác, cracking Một phương pháp phổ biến dùng để sản xuất benzene q trình Hydrodealkyl hóa trực tiếp toluene cho sản phẩm benzene với độ chuyển hóa cao Q trình thực dễ dàng nhờ xúc tác hydrodealkyl hóa toluene-HDA hay tác dụng nhiệt độ thermal hydrodealkyl of toluene-THDA Với tập lớn này, chúng em phân tích rõ ràng sơ đồ công nghệ, điều kiện tối ưu q trình sản xuất Mơ phân xưởng sản xuất benzene cơng nghệ hydrodealkyl hóa toluene Pro-II, tính tốn lại dịng cho cơng nghệ khơng đáp ứng u cầu suất, chất lượng benzene mà thỏa mãn điều kiện kinh tế chi phí đầu tư, lượng cung cầu q trình PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CAM ĐOAN Chúng tơi xin cam đoan tồn bơ ‘ nơ ‘i dung tập lớn chúng tơi thực hiện, tìm kiếm tài liê ‘u tham khảo từ nguồn tài liê ‘u trình bày bên thât.‘ Khơng có ch攃Āp từ tập, đồ án khác, tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Tôi xin chịu trách nhiê ‘m với lời cam đoan PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE[1] 1.1 Phương pháp hydrodealkyl hóa toluene: 1.2 Nhiệt động học phản ứng 1.3 Các cơng nghệ hydrodealkyl hóa 1.3.1 Q trình Hydrodealkyl hóa nhiệt: .6 1.3.2 Q trình hydrodealkyl hóa có xúc tác: 1.4 Một số phương pháp sản xuất benzene khác:8 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BENZENE BẰNG CƠNG NGHỆ HYDRODEALKYL HĨA TOLUENE [2] 2.1 Giới thiệu sơ lược trình sản xuất benzene từ toluene cơng nghệ hydrodealkyl hóa (tham khảo từ vẽ sơ đồ khối) 2.1.1 Quá trình sản xuất benzene từ toluene phản ứng hydrodealkyl hóa: .9 2.1.2 Các vẽ nghiên cứu 10 2.2 Xác định kiểu thiết bị sử dụng phân xưởng, số lượng thiết bị, số nhận x攃Āt đặc biệt (nếu có) 11 2.2.1 Bình tách (Vessel): 11 2.2.2 Bơm (Pump): 11 2.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger): 11 2.2.4 Lò đốt (Fired Heater) .12 2.2.5 Thiết bị phản ứng (Reactor): 12 2.2.6 Máy n攃Ān (Compressor): 12 2.2.7 Tháp chưng cất (tower): 12 2.3 Xác định số lượng dịng cơng nghệ, kiểu dịng phụ trợ có mặt phân xưởng (sử dụng sơ đồ PFD) 12 2.4 Mô tả hoạt động phân xưởng (Trên sở phân tích sơ đồ PFDs) 13 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 2.5 Xây dựng sơ đồ mô phân xưởng sản xuất benzeve công nghệ Hydrodealkyl hóa toluene 14 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BENZENE BẰNG CƠNG NGHỆ HYDRODEALKYL HĨA TOLUENE 15 3.1 Giới thiệu công cụ mô 15 3.1.1 Giới thiệu phần mềm PRO/II 15 3.1.2 Các bước sử dụng phần mềm PROII 15 3.2 Khai báo ban đầu xác định số liệu đầu vào cho q trình mơ 15 3.2.1 Khái báo ban đầu 15 3.2.2 Xác định số liệu đầu vào phân xưởng 16 3.2.3 Các thiết bị có mặt phân xưởng: 17 3.3 Xây dựng sơ đồ mơ tính tốn mơ phần toàn phân xưởng 20 3.4 Đánh giá kết mô xác định độ tin cậy 22 CHƯƠNG 4: KHAI THÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .24 4.1 Xác định thống số vận hành quan trọng cho thiết bị 4.2 Xây dựng sơ đồ PFD có hệ thống điều khiển q trình PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 24 27 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VE PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE[1] 1.1 Phương pháp hydrodealkyl hóa toluene: Hydrodealkyl hóa phản ứng cracking hydrocacbon thơm có mạch nhánh dòng hydro Giống hydrocracking, phản ứng tiêu thụ hydro thuận lợi điều kiện áp suất riêng phần hydro cao Quá trình thiết kế để hydrodealkyl hóa metylbenzen, etylbenzen C9+ thành benzen Nó xuất phát từ nhu cầu benzen cơng nghệ tổng hợp hóa dầu lớn nhiều so với hợp chất với toluen xylen (sản phẩm BTX) Sau phân tách benzen khỏi sản phẩm reforming, hydrocacbon thơm cao đến phân xưởng hydrodealkyl hóa Thiết bị phản ứng có dạng tương tự hydrocracking Tại đây, phân nhánh alkyl bẻ gãy đồng thời hydro hóa Dealkyl hóa hợp chất dạng vòng benzene nhiều làm tăng lượng hydro tiêu thụ đồng thời tạo nhiều sản phẩm khí 1.2 Nhiệt động học phản ứng Nhìn chung, phản ứng liên quan đến q trình tỏa nhiệt mạnh (ví dụ hydrocracking ΔH= -190 ÷ -230 kJ/mol, ngoại trừ phản ứng tạo hydrocacbon thơm khối lượng phân tử lớn thu nhiệt nhẹ phản ứng phân hủy metan thành C H Các phản ứng xảy nhiệt độ cao 650 oC tùy trường hợp, thuận lợi tăng áp suất (phản ứng hydro hóa) không (phản ứng phân hủy, tạo cốc) Áp suất tối ưu cho q trình ÷ MPa 1.3 Các cơng nghệ hydrodealkyl hóa Các q trình hydrodealkyl hóa chia làm loại - Hydrodealkyl hóa nhiệt (Thermal hydrodealkylation – THDA) - Hydrodealkyl hóa có xúc tác (Hydrodealkylation – HDA) 1.3.1 Q trình Hydrodealkyl hóa nhiệt: - Với q trình hydrodealkyl hóa nhiệt, cơng ty phát triển thương mại hóa cơng nghệ Atlantic Richfield Hydrocacbon Researche Inc, Mitsubishi Chioda, Gulf Oil… PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - Điều kiện vận hành công nghệ sau:        Nhiệt độ dòng vào thiết bị phản ứng 620oC Nhiệt độ tối đa 730oC Áp suất 4,3 MPa Thời gian lưu trung bình 25 ÷ 30 giây Tỷ lệ mol H2/hydrocacbon dịng vào thiết bị Độ chuyển hóa 75% Độ tinh khiết tối thiểu dịng hydro 50 ÷60% Sản phẩm benzen có độ tinh khiết cao, hiệu suất q trình đạt tới 98%, độ chuyển hóa đạt tới 80% 1.3.2 Q trình hydrodealkyl hóa có xúc tác: Hiện nay, với q trình hydrodealkyl hóa có xúc tác, nhà máy sử dụng chủ yếu công nghệ Shell, UOP, Houdry BASF 1.3.2.1 Xúc tác: - Xúc tác sử dụng tổng hợp từ dạng tinh thể (hạt) nhiều phương pháp khác phương pháp ngâm tẩm, phương pháp kết tủa… Thường sử dụng chất mang nhôm – silic oxit với tâm xúc tác đơn phân tử có kết hợp phân tử kim loại nhóm B ví dụ Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Ir, Rh, Cu…, ngồi cịn số oxit - Do có mặt xúc tác nên điều kiện phản ứng khơng khó khăn hydrodealkyl nhờ tác dụng nhiệt độ 1.3.2.2 Điều kiện phản ứng: - Các điều kiện phản ứng (tùy công nghệ với chất xúc tác cơng ty mà có khác nhau):     Nhiệt độ: 520 ÷ 620o C Áp suất: ÷ 30 bar Tỉ lệ hydro / toluene = ÷ Vận tốc dịng: ÷ thể tích toluen với thể tích xúc tác/1h 1.3.2.3 Hiệu suất Qua thí nghiệm phản ứng hydrodeakylation với điều kiện: - Thời gian: 24h - Xúc tác: sử dụng chất mang hỗn hợp MgO – Al2O3 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - Nhiệt độ: 600oC - Áp suất: 3MPa Bảng 1: Độ chuyển hóa độ chọn lọc phản ứng có xúc tác Tâm xúc tác Độ chuyển hóa(%) Độ chọn lọc(%) 0.5% Rh 75 98 0.1% Rh 99 0.15% Rh + 0.1% Pd 56 100 4% NiO 35 20 1.4 Một số phương pháp sản xuất benzene khác: - Hiện nay, trước yêu cầu chất lượng giá thành sản phẩm, nhà sản xuất liên tục đưa công nghệ sản xuất nhằm tăng suất, hạ giá thành sản phẩm, tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, phổ biến - Dưới trình bày số phương pháp sản xuất benzene khác áp dụng Với việc phân tích điều kiện cơng nghệ cho nhìn tổng quan để đánh lựa chọn công nghệ tối ưu phù hợp với điều kiện kinh tế Các trình chủ yếu để sản xuất benzene bao gồm:      Reforming xúc tác Hydrodealkyl hố toluene Phân bố lại toluene Xử lí xăng nhiệt phân Sản xuất từ than đá PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BENZENE BẰNG CƠNG NGHỆ HYDRODEALKYL HĨA TOLUENE [2] 2.1 Giới thiệu sơ lược trình sản xuất benzene từ toluene cơng nghệ hydrodealkyl hóa (tham khảo từ vẽ sơ đồ khối) 2.1.1 Quá trình sản xuất benzene từ toluene phản ứng hydrodealkyl hóa: Hiện nay, phần lớn q trình cơng nghiệp quan trọng q trình sane xuất benzene từ Toluene thơng qua phản ứng sau: C6H5CH3 + H2 C6H6 + CH4 ΔH= -126 KJ/Mol ( -30 Kcal/Mol ) Phần trăm sản xuất toluene sử dụng cho trình hydrodealkyl hóa thành benzene thay đổi theo quốc gia (nơi dùng nơi dùng nhiều) Q trình hydrodealkyl hóa túy nhiệt (nghĩa khơng có nhiệt độ thấp 500- 650 0C 30-50 bar) Nếu dùng oxit dạng nguyên khối hiệu khơng cao nên người ta thường phân tán chất mang xúc tác, phát triển gần thực hiên 400-4800C, chất xúc tác hiệu Rh/Al 2O3 Trong q trình xúc tác thương mại hóa, toluene đưa qua lớp xúc tác với khí hồi lưu hỗn hợp H2 CH4 Nhiệt độ làm việc cao kèm với việc hình thành cốc hai thiết bị phản ứng song song thường sử dụng để phản ứng tiến hành thiết bị xúc tác hồn ngun thiết bị cịn lại Do lượng lớn CH hình thành khoảng 250 Sm3/ toluene (trong đó: S standuct tiêu chuẩn nhiệt độ áp suất để điều chỉnh lưu lượng thể tích đó); Sm m3 đo 15 0C atm) Các biện pháp đặc biệt cần thiết để loại bỏ CH khỏi khí hồi lưu Hỗn hợp CH4/ H2 tách nhiệt độ thấp Ngoài người ta thực cracking nước để chuyển hóa CH4 thành H2 để đáp ứng yêu cầu q trình hydrodealkyl hóa Sau dealkyl hóa, benzene tách cách chưng cất khỏi toluene chưa phản ứng toluene chưa phản ứng hồi lưu nguyên liệu ban đầu Các sản phẩm phụ có nhiệt độ sơi cao biphenyl aromatics (ví dụ, fluorine) tách quay trở lại thiết bị phản ứng PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Tiêu chuẩn Áp suất dịng (Bar) 25.8 3.3 26.2 Hiệu suất thiết bị (%) 75 75 75 Tiêu chuẩn khác Ghi (nếu có) Thiết bị phản ứng Bảng 6: Thông tin thiết bị phản ứng Tên thiết bị R101 Tiêu chuẩn Kiểu thiết bị phản ứng (Chuyển hóa, cân bằng, khác ) Chuyển hóa Trở lực P (Bar) Độ chuyển hóa - Conversion (%) 75 Tiêu chuẩn khác Ghi (nếu có) Tháp chưng cất Bảng 7: Các thông tin tháp chưng cất Tên thiết bị Tiêu chuẩn T101 Áp suất đỉnh (Bar) 2.7 Trở lức toàn tháp P (Bar) P/đĩa (Bar/đĩa) 0.007 (Bar/đĩa) PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 19 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Vị trí đĩa nạp liệu Đĩa số 21 Kiểu ngưng tụ đỉnh: phần hay hoàn toàn Ngưng tụ hoàn toàn Trở lực đỉnh tháp P (Bar) 0.1 Các tiêu chuẩn sản phẩm (Speci昀椀cations – Specs) Tiêu chuẩn sản phẩm Tiêu chuẩn sản phẩm Tên thiết bị Tiêu chuẩn sản phẩm Tiêu chuẩn Ghi (nếu có) Trở lực qua van (Bar) Các Lưu lượng cấu tử dòng số 19 0.9 kmol/h Thành phần cấu tử Toluene dòng S8 0.0038 ( phần mol) Lưu lượng lỏng cấu tử dòng S8 VA101 105.6 kmol/h van Cần phải bổ sung thơng tin Áp suất dịng (Bar) 2.9 van vào sơ đồ có nhiều van, mà dịng qua van bị tổn thất áp suất trở lực van Các van đóng vai trị quan trọng hệ thống điều khiển người điều khiển điều khiển thơng số dịng dựa vào van điều khiển Bảng 8: Các thông tin van PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 20 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH 3.3 Xây dựng sơ đồ mơ tính tốn mơ phần tồn phân xưởng Ban đầu ta khai báo thông số đầu vào dịng cơng nghệ số 1, số 3, số 5, số 7, số 11 bảng Dòng tolene nguyên liệu (dòng 1) dòng toluene hồi lưu (dịng 11) dẫn vào bình V101, sau qua bơm P101 để bơm vào thiết bị trộn hỗn hợp Mixer M2, bơm P101 có hiệu suất làm việc 75% áp suất dòng khỏi bơm 25.8 bar Trong thiết bị Mixer M2 cịn có thành phần dịng Hydro Dịng Hydro gồm có dòng Hydro nguyên liệu (dòng 3) dòng hydro hồi lưu (dòng 5) trộn lại với dẫn vào Mixer M2 để trộn với dòng toluene Hỗn hợp sau gia nhiệt qua thiết bị trao đổi nhiệt E101 dòng phụ trợ dòng nước áp suất cao, thiết bị E101 có trở lực 0.3 bar gia nhiệt cho hỗn hợp lên 225 0C Dòng số sau khỏi thiết bị E101 dẫn vào lị H101, lị gia nhiệt có trở lực 0.2 bar gia nhiệt cho dòng số lên đến nhiệt độ 600 0C để đạt nhiệt độ phản ứng hỗn hợp trước cho vào thiết bị phản ứng Bình phản ứng R101 phản ứng với hiệu suất 75% tính theo toluene trở lực bình bar, ngồi dòng dòng từ lò gia nhiệt vào cịn có dịng hydro (dịng 7) vào Sản phẩm khỏi thiết bị phản ứng (dòng 9) dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt E102 thiết bị làm lạnh để hạ nhiệt độ hỗn hợp xuống 38 0C tổn thất áp suất dòng qua E102 0.1 bar Sau đó, dịng lỏng dẫn vào bình tách V102 để tách thành hai pha lỏng-hơi, bình tách khơng có trở lực Hỗn hợp lỏng sau dẫn qua van V1 có trở lực 0.7 bar điều chỉnh áp suất dòng đạt 2.9 bar cho vào bình tách V103 Hỗn hợp khí sau tách V102 dẫn vào thiết bị tách khí Splitter để tách hỗn hợp khí dịng khí khí fuel gas khí hydro, dịng khí hydro sau qua máy n攃Ān C101 với hiệu suất n攃Ān 75% áp suất 26.2 bar, sau khỏi máy n攃Ān, dong khí lại qua van V3 với trở lực 0.7 bar, sau lại vào thiết bị Splitter để tách thành dòng dòng dòng Hỗn hợp lỏng vào bình tách V103 tách thành pha lỏng hơi, dòng dòng sản phẩm fuel gas dòng lỏng thu (dòng 18) dẫn vào thiết bị gia nhiệt E103 để gia nhiệt cho dòng 18 lên nhiệt độ 90 0C để đạt trạng thái sôi trước vào tháp chưng cất, tổn thất áp suất qua E103 0.3 bar Sau mô xong Pro II, chúng em có sơ đồ mơ sau: PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 21 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH Hình 3: Sơ đồ mơ q trình hydrodealkyl hóa toluene sau mơ hồn tồn Kết số liệu dịng thu từ mơ phỏng: Tên dòng 5.2 Trạng Hơi thái Hơi Nhiệt độ (oC) 225 Áp suất (Bar) 25.2 10 11.2 Hơi Hơi Hơi Hơi Hỗn hợp Lỏng Lỏng Hơi Lỏng 44.5 294 600 44.5 294 38 655 9801 90 147 5284 38 35.5 833 38.5 709 25.5 25 25.5 23.9 24 2.6 2.69 40 2.2 2.9 120 4.3 42.6 1101 1246 609 860 142 065 35.7 105 304 160 142 065 Lưu 120 758 lượng 4.03 (kmo l/h) 7.2 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 22 15 16 18 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Thành phần lưu lượng (kmol/h) Hydr ogen 735 449 1313 735 25.2 652 148 0387 652 57 0.01 73 0.00 17 178 2223 0.01 73 Meth ane 317 302 3561 31 7.2 16.9 438 747 9538 442 18 0.77 30 0.31 92 122 5300 0.77 30 Benz ene 7.7 6.61 87 7.7 0.37 16 9.60 89 116 106 2923 1.11 95 104 8778 3.11 24 106 2923 Tolue ne 144 0.69 39 14 4.0 0.03 90 1.00 73 36.0 34.9 822 34.5 805 0.40 13 0.29 54 34.9 822 Nước 0 0 0 0 0 3.4 Đánh giá kết mô xác định độ tin cậy Xác định dịng cơng nghệ, tính chất dịng cơng nghệ để so sánh với số liệu công nghệ tham khảo, so sánh xác định sai số tương đối: Chúng em lựa chọn thơng số nhiệt độ, áp suất, lưu lượng dịng công nghệ số 5, số 7, số 11 lưu lượng cấu tử C 6H6; C7H8 dòng số 15 để so sánh dịng số 5, số 7, số 11 dòng hồi lưu làm nguyên liệu ban đầu nhập sẵn vào để mô phỏng, dòng 5A, 7A, 11A dòng tính tốn nhờ mơ phỏng, từ ta so sánh dịng cho biết mơ ta có chấp nhận khơng Lưu lượng cấu tử dòng 15 cho biết sản phẩm ta tính tốn từ q trình mơ có phù hợp khơng Nếu sai số b攃Ā 5% kết mơ chấp nhận đáng tin cậy Bảng 9: So sánh số liệu mô với số liệu tham khảo sai số tương đối Tên dịng cơng nghệ Số liệu mơ Số liệu tham khảo Sai số (%) 758.8 758.8 Nhiệt độ ( C) 44.5294 41 8.6 Áp suất (Bar) 25.5 25.5 42.6 Dòng số Lưu lượng mol (kmol/h) Dòng số Lưu lượng mol (kmol/h) PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 23 42.6 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Nhiệt độ (0C) 44.5294 41 8.6 Áp suất (Bar) 25.5 25.5 Dòng số 11 Lưu lượng mol (kmol/h) 35.7 35.7 Nhiệt độ (ºC) 147.5284 147 0.36 Áp suất (Bar) 2.6940 2.8 3.78 Dòng số 15 Lưu lượng C6H6 (kmol/h) 104.8778 105.2 0.31 Lưu lượng C7H8 (kmol/h) 0.4013 0.4 0.325 (Sai số chấp nhận < 5%) CHƯƠNG 4: KHAI THÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 Xác định thống số vận hành quan trọng cho thiết bị Bảng 10: Bảng thông số hệ thống điều khiển phân xưởng Biến cần điều khiển Biến điều khiển Mức chất lỏng V-101 (Để bảo vệ áp suất đầu vào bơm) Lưu lượng dòng số (Bảo đảm công suất phân xưởng) Lưu lượng dòng hydrogen sau nhập dòng Lưu lượng dòng toluene nguyên liệu Lưu lượng dòng hồi lưu V-101 Lưu lượng dòng hydrogen nguyên liệu (makeup) Nhiệt độ dòng số Lưu lượng HPS vào E-101 Nhiệt độ dòng số Lưu lượng fuel gas vào H-101 Nhiệt độ dòng sau khỏi E102 Lưu lượng CW vào E-102 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 24 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Mức chất lỏng V-102 Lưu lượng lỏng lấy khỏi V102 Áp suất V-102 Trở lực valve Mức chất lỏng V-103 Lưu lượng lỏng lấy khỏi V103 Nhiệt độ dòng số 10 Lưu lượng LSP vào E-103 Áp suất đỉnh tháp Công suất thiết bị ngưng tụ E104 Lưu lượng hồi lưu vào lại tháp Độ mở valve hồi lưu Mức chất lỏng bình hồi lưu V-104 Lưu lượng sản phẩm benzene lấy Mức chất lỏng đáy tháp Lưu lượng sản phẩm đáy lấy Nhiệt độ đĩa nhạy cảm Lưu lượng MPS vào E106 (công suất Reboiler) Áp suất bình hồi lưu V-104 Lưu lượng fuel gas Nhiệt độ dòng số 15 Lưu lượng CW vào E-105 Áp suất máy n攃Ān Lưu lượng dòng số Lưu lượng fuel gas vào máy n攃Ān Công suất máy n攃Ān Độ mở valve dịng khí vào thiết bị phản ứng Độ mở valve Từ q trình mơ xác định đĩa nhạy cảm bên dưới, khống chế cân vật chất ổn định Sốố đĩa Thiếốt kếố D+5%D D-5%D 111.0428 113.4093 110.9496 111.3767 115.005 111.2303 111.6601 116.4337 111.4487 111.9743 117.6831 111.6903 112.322 118.715 111.9592 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 25 sốố đĩa thiếốt kếố D+5%D D-5%D 23 119.2225 130.0184 119.1406 24 119.3363 134.2978 119.2531 25 119.4511 138.2149 119.3655 141.3248 119.4779 26 119.5679 143.5458 119.5906 27 119.6886 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 112.7046 113.1217 113.5708 114.0471 114.5437 115.0519 115.5619 116.0638 116.5484 117.0085 117.4385 117.8354 118.1978 118.5265 118.8231 119.1079 119.5329 120.1651 120.6491 121.0211 121.3116 121.5443 121.7366 121.901 122.0464 122.1788 122.3022 122.4194 122.5321 122.6415 122.7484 126.0501 112.2593 112.5943 112.9665 113.3771 113.8251 114.307 114.8168 115.3457 115.8833 116.4185 116.9404 117.4396 117.9086 118.3427 118.7395 119.0268 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 26 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 119.8167 119.9586 120.1263 120.3416 120.6435 121.1004 121.8264 122.9941 124.8218 127.4922 130.9888 134.9668 138.8523 142.147 144.6406 146.3845 145.0297 145.9905 146.6121 147.0250 147.3133 147.5285 147.7011 147.8490 147.9826 148.1079 148.2283 148.3458 148.4616 148.5762 148.6901 148.8035 119.7039 119.8187 119.9367 120.0607 120.1966 120.355 120.5558 120.836 121.2619 121.9479 123.0749 124.8857 127.6067 131.2629 135.503 139.6837 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 27 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH sốố đĩa xác định đĩa nhạy cảm 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 nhiệt độ thiếốt kếố D+5%D D-5%D Hình 4: Xác định đĩa nhạy cảm Đĩa nhạy cảm đĩa số 40 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 28 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 4.2 Xây dựng sơ đồ PFD có hệ thống điều khiển q trình Trên sở bảng số liệu mục 4.1 (Bảng 10) tham khảo sơ đồ PFD [ 3] từ chúng em đề xuất sơ đồ PFD có hệ thống điều khiển phân xưởng sản xuất benzene từ toluene cơng nghệ hydrodealkyl hóa hình bên dưới: Hình 5: Sơ đồ PFD có hệ thống điều khiển phân xưởng hydealkyl hóa toluene Bảng 9: Giá trị cần điều khiển thiết bị Tên thiết bị Biến cần điều khiển Giá trị Biến điều khiển V101 Mức chất lỏng V-101 (Để bảo vệ áp suất đầu vào ơm) 50%H Lưu lượng dòng toluene nguyên liệu P101 Lưu lượng dòng số (Bảo đảm cơng suất phân xưởng) 144.4 kmol/h Lưu lượng dịng hồi lưu V-101 Mixer Lưu lượng dòng hydrogen sau nhập dòng 1059.9 kmol/h Lưu lượng dòng hydrogen nguyên liệu (makeup) PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 29 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH E-101 Nhiệt độ dịng số 225 ºC Lưu lượng HPS vào E-101 H-101 Nhiệt độ dòng số 600 ºC Lưu lượng fuel gas vào H101 E-102 Nhiệt độ dòng sau khỏi E-102 38 ºC Lưu lượng CW vào E-102 V-102 Mức chất lỏng V-102 50%H Lưu lượng lỏng lấy khỏi V-102 V-102 Áp suất dòng lỏng vào V-103 2.9 bar Trở lực valve V-103 Mức chất lỏng V-103 50%H Lưu lượng lỏng lấy khỏi V-103 E-103 Nhiệt độ dòng số 10 90 ºC Lưu lượng LSP vào E-103 T-101 Áp suất đỉnh tháp 2.4 bar Công suất thiết bị ngưng tụ E-104 T-101 Lưu lượng hồi lưu vào lại tháp 121.43 kmol/h Độ mở valve hồi lưu V-104 Mức chất lỏng bình hồi lưu V-104 50%H Lưu lượng sản phẩm benzene lấy T-101 Mức chất lỏng đáy tháp 50%H Lưu lượng sản phẩm đáy lấy E-106 Nhiệt độ đĩa nhạy cảm (Đĩa 40) 138.72 ºC Lưu lượng MPS vào E-106 (công suất Reboiler) V-104 Áp suất bình hồi lưu V104 2.2 bar Lưu lượng fuel gas E-105 Nhiệt độ dòng số 15 38 ºC Lưu lượng CW vào E-105 C-101 Áp suất dòng khỏi máy n攃Ān R-101 Lưu lượng dòng số 42.560 kmol/h C-101 Lưu lượng fuel gas vào máy n攃Ān 801.4 kmol/h PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 30 25.5 bar Công suất máy n攃Ān Độ mở valve dịng khí vào thiết bị phản ứng Độ mở valve Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KẾT LUẬN Thơng qua tập lớn này, nhóm em hiểu tiếp thu nhiều kĩ kiến thức cần thiết hoạt động sản xuất benzene từ q trình dealkyl hóa toluene khả đọc PFDs mơ phỏng, trích xuất liệu xử lý số liệu PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 31 Page KHỐNG CHẾ & ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM 32 Page 1[] : https://www.academia.edu/33205249/%C4%90%E1%BB%92_%C3%81N_Thi %E1%BA%BFt_k%E1%BA%BF_ph%C3%A2n_x%C6%B0%E1%BB%9Fng_s%E1%BA %A3n_xu%E1%BA%A5t_benzen_b%E1%BA%B1ng_ph%C6%B0%C6%A1ng_ph %C3%A1p_hydrodealkyl_toluen, truy cập ngày 20/2/2022 2[]:R Turton, R C Bailie, W B Whiting, J A Shaeiwitz, and D Bhattacharyya, Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, 4th edition Upper Saddle River, NJ: Pearson College Div, 2012 3[] : R Turton, Ed., Analysis, synthesis, and design of chemical processes, 4th ed Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2012