Tính toán cân bằng nhiệt lượng

Tính toán cân bằng thiết bị gia nhiệt cho hỗn hợp nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng thứ nhất Hỗn hợp sản phẩm từ thiết bị phản ứng thứ nhất có nhiệt độ 327,50C được trao đổi nh

Trang 1

Các giá trị nhiệt dung riêng và nhiệt phản ứng sử dụng trong tính toán dưới đây được lấy từ phần mềm mô phỏng HYSYS với hệ nhiệt động Peng – Robinson

1. Tính toán cân bằng thiết bị gia nhiệt cho hỗn hợp nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng thứ nhất

Hỗn hợp sản phẩm từ thiết bị phản ứng thứ nhất có nhiệt độ 327,50C được trao đổi nhiêt với hỗn hợp nguyên liệu ban đầu bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 2 trước khi vào thiết bị phản ứng đầu tiên Hỗn hợp ban đầu sẽ được gia nhiệt lên 1800C

Ta có:

Q1: nhiệt lượng của hỗn hợp nguyên liệu ban đầu, kJ/h;

Q2: nhiệt lượng của hỗn hợp sau khi gia nhiệt, kJ/h;

Q3: nhiệt lượng của hỗn hợp sản phẩm trước trao đổi nhiệt, kJ/h;

Q4: nhiệt lượng của hỗn hợp sản phẩm sau trao đổi nhiệt, kJ/h;

Q5: nhiệt lượng mất mát, kJ/h

Vậy:

Q1 + Q3 = Q2 + Q4 +Q5

1.1. Nhiệt lượng nguyên liệu ban đầu Q1

Hỗn hợp nguyên liệu ban đầu có nhiệt độ 250C vào thiết bị trao đổi nhiệt gồm: benzen, hydro, metan, etan, propan, butan và pentan

Nhiệt lượng của các chất được tính theo công thức:

qi= Gi×Ci ×ti , kJ/h

Trang 2

Trong đó:

Gi : khối lượng của chất i, kg/h;

Ci : nhiệt dung riêng của chất i, kJ/h;

ti : nhiệt độ của chất i, 0C

Thành phần của nguyên liệu ban đầu bao gồm:

Lưu lượng (kg/h) % khối lượng Cp (kJ/kg.0C) qi (kJ/h)

Thiophe

1.2 Nhiệt lượng của hỗn hợp nguyên liệu sau khi được gia nhiệt Q2

Hỗn hợp sau gia nhiệt lên nhiệt độ 1800C sau đo được đưa vào thiết bị phản ứng

Thành phần của hỗn hợp bao gồm:

Trang 3

1.3. Nhiệt lượng của hỗn hợp sản phẩm trước khi trao đổi nhiệt Q3 Hỗn hợp phản ứng đi từ tháp phản ứng 3 có nhiệt độ 327,50C được trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu ban đầu có nhiệt độ 250C

Thành phần của hỗn hợp này bao gồm:

1.4. Nhiệt lượng mất mát Q5

Ta xét lượng nhiệt mất mát trong quá trình trao đổi nhiệt bằng 2% lượng nhiệt đầu vào của thiết bị:

Lưu lượng (kg/h) % khối lượng Cp (kJ/kg.0C) qi (kJ/h)

Lưu lượng (kg/h) % khối lượng Cp

(kJ/kg.0C) qi (kJ/h)

Trang 4

1.5. Nhiệt lượng của hỗn hợp sản phẩm sau khi đã trao đổi nhiệt Q4

Vậy cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị trao đổi nhiệt:

Nhiệt lượng nguyên liệu

ban đầu (kJ/h) 2,088.105

Nhiệt lượng của hỗn hợp nguyên liệu sau khi được gia nhiệt (kJ/h)

1,69.106

Nhiệt lượng của hỗn

hợp sản phẩm trước khi

trao đổi nhiệt (kJ/h)

4,03.106 Nhiệt lượng của hỗn

hợp sản phẩm sau khi

đã trao đổi nhiệt (kJ/h)

2,464.106

Nhiệt lượng mất mát

2. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng thứ nhất

2.1 Nhiệt lượng do hỗn hợp nguyên liệu mang vào Q1,1

Q1,1 = Q2 = 1,69.106 kJ/h

2.2 Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra Q1,2

Nhiệt lượng này do 2 phản ứng hydro hóa benzen và thiophen tỏa ra Ta có

phản ứng:

Nhiệt lượng do cả 2 phản ứng tỏa ra:

2.3. Nhiệt lượng của hỗn hợp sau phản ứng Q1,3

Sau phản ứng hỗn hợp sản phẩm có nhiệt độ 4300C với thành phần

như sau:

Lưu lượng (kg/h) % khối lượng

Cp (kJ/kg.0C) qi (kJ/h)

ΔHpư(benzene) = -208 kJ/mol

3H2

Trang 5

C6H6 142,19 6,61 2,35 143420,62

2.4. Nhiệt lượng mất mát trong tháp Q1,m

Cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng thứ nhất:

Nhiệt lượng nguyên liệu

ban đầu (kJ/h) 1,69.106

Nhiệt lượng của hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng (kJ/h)

4,26.106

Nhiệt lượng do phản

Sai số

3. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng thứ 2

3.1 Nhiệt lượng của hỗn hợp nguyên liệu đầu vào Q2,1

Sản phẩm từ thiết bị phản ứng thứ nhất được đưa qua thiết bị tạo hơi sau

đó được trộn với dòng benzen ban đầu có lưu lượng G2 = 950 kg/h để đưa về nhiệt độ 1800C Sau đó dòng này được đưa vào thiết bị phản ứng 2

Hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn với dòng benzen G2 có nhiệt độ 1800C

và thành phần:

Lưu lượng (kg/h)

% khối lượng

Trang 6

C2H6 271,55 8,76 2,53 123663,87

Trong tháp phản ứng cũng xảy ra 2 phản ứng hydro hóa benzen và thiophene tương tự như ở thiết bị thứ nhất

Ta có nhiệt lượng do phản ứng tỏa rả sẽ là

3.3. Nhiệt lượng của hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng Q2,3

Sau phản ứng, hỗn hợp sản phẩm có nhiệt độ 4300C với thành phần bao gồm:

% khối lượng

Thiophe

3.4. Nhiệt lượng mất mát Q2,m

Lượng nhiệt mất mát có giá trị 2% so với lượng nhiệt vào thiết bị

Trang 7

Có cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị này là như sau:

Nhiệt lượng nguyên

liệu ban đầu (kJ/h) 2,01.106

5,18.106

Sai số

4. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng thứ 3

4.1 Nhiệt lượng của nguyên liệu Q3,1

Tương tự ở tháp phản ứng thứ 2, sản phẩm sau khi qua thiết bị tạo hơi nước được trộn với dòng benzen G3 = 500 kg/h để đưa về nhiệt độ 1800C

Thành phần của dòng nguyên liệu bao gồm:

% khối lượng

Thiophe

Tương tự như ở 2 thiết bị phản ứng trên, trong thiết bị 3 xảy ra 2 phản ứng hydro Nhiệt lượng do 2 phản ứng sẽ là:

4.3. Nhiệt lượng hỗn hợp sản phẩm Q3,3

Trang 8

Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng có nhiệt độ 327,50C có thành phần và nhiệt lượng đã tính ở thiết bị trao đổi nhiệt

4.4. Nhiệt lượng mất mát Q3,m

Lượng nhiệt mất mát tính bằng 2% lượng nhiệt đầu vào thiết bị

Vậy cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị phản ứng thứ 3:

Nhiệt lượng nguyên

liệu ban đầu (kJ/h) 2,12.106

4,03.106

Sai số

5. Tính toán cho thiết bị tạo hơi

5.1 Thiết bị tạo hơi với dòng sản phẩm từ thiết bị phản ứng 1

Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị thứ nhất có nhiệt độ 4300C được đưa vào thiết bị tạo hơi trao đổi nhiệt với dòng nước được bơm từ bể 11 lên Nước nhận nhiệt tạo thành hơi đốt đem sử dụng ở các quá trình khác

Nhiệt lượng của sản phẩm từ tháp thứ nhất: Qvào = 4,26.106 kJ/h

Hỗn hợp sau khi trao đổi nhiệt cần hạ xuống nhiệt độ 2490C để có thể trộn với dòng benzen G2 thu được hỗn hợp có nhiệt độ 1800C Thành phần hỗn hợp bao gồm:

% khối lượng

Trang 9

C3H8 240,59 11,19 3,29 164487,16

Nhiệt lượng do nước mang vào: lượng nước làm mát Gnc có nhiệt độ 250C được bơm dưới áp suất 3 at, Cp = 4,313 kJ/kg.0C

Nước sau khi trao đổi nhiệt có hóa hơi tại 3 at, nên có nhiệt độ của hơi là

1340C, Cp = 1,947 kJ/kg.0C

Ngoài ra để hóa hơi nước, cần tính đến ẩn nhiệt hóa hơi của nước r =

2164 kJ/kg (Sổ tay QTTB)

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị:

5.2 Thiết bị tạo hơi với dòng sản phẩm từ thiết bị phản ứng 1

Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị thứ hai có nhiệt độ 4300C được đưa vào thiết bị tạo hơi trao đổi nhiệt với dòng nước được bơm từ bể 11 lên Nước nhận nhiệt tạo thành hơi đốt đem sử dụng ở các quá trình khác

Nhiệt lượng của sản phẩm từ tháp thứ hai: Qvào = 5,18.106 kJ/h

Trang 10

Hỗn hợp sau khi trao đổi nhiệt cần hạ xuống nhiệt độ 2120C để có thể trộn với dòng benzen G2 thu được hỗn hợp có nhiệt độ 1800C Thành phần hỗn hợp bao gồm:

% khối lượng

Thiophe

Nhiệt lượng do nước mang vào: lượng nước làm mát Gnc,1 có nhiệt độ

250C được bơm dưới áp suất 3 at, Cp = 4,313 kJ/kg.0C

Nước sau khi trao đổi nhiệt có hóa hơi tại 3 at, nên có nhiệt độ của hơi là

1340C, Cp = 1,947 kJ/kg.0C

Ngoài ra để hóa hơi nước, cần tính đến ẩn nhiệt hóa hơi của nước r =

2164 kJ/kg (Sổ tay QTTB)

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị:

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	48,72 KB