Thiết kế mô phỏng thiết bị truyền khối

MODULE 5 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị truyến khối như: tháp chưng cất, tháp hấp thụ…  Cách cài đặt các thông số khi mô phỏng tháp.  Tính toán Shorcut tháp  Xác định vị trí đĩa nhạy cảm để kiểm soát nhiệt độ…. MỤC TIÊU  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị truyến khối như: tháp chưng cất, tháp hấp thụ…  Cách cài đặt các thông số khi mô phỏng tháp.  Tính toán Shorcut tháp  Xác định vị trí đĩa nhạy cảm để kiểm soát nhiệt độ…. Phương pháp McCabe – Thiele: L Q c D L R= L/D V Q • Xác định số đĩa thực tế: Số đĩa thực tế = Số đĩa lý thuyết/Hiệu suất đĩa. • Hiệu suất đĩa phụ thuộc vào loại đĩa và nằm trong khoảng từ 0.5 – 0.7 Phương pháp McCabe – Thiele: L Q c D L R= L/D V Q • Xác định số đĩa thực tế: Số đĩa thực tế = Số đĩa lý thuyết/Hiệu suất đĩa. • Hiệu suất đĩa phụ thuộc vào loại đĩa và nằm trong khoảng từ 0.5 – 0.7 TÍNH TOÁN SHORT CUT CHO THÁP 1. Tính toán Shortcut cho tháp là tính toán số lượng đĩa lý thuyết tối thiểu của tháp chưng cất đề đạt được độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh và đáy tháp. 2. Ngoài ra mô hình Short cut trong Hysys còn cho phép tính tỷ số hồi lưu tối thiểu, vị trí đĩa nhập liệu tối ưu…. 3. Để tính toán được Short Cut cần phải có các thông số sau:  Dòng nhập liệu được cho trước.  Độ tinh khiết (nồng độ cấu tử chính của sản phẩm đỉnh và đáy).  Áp suất làm việc của tháp.  Tỷ số hồi lưu đỉnh tháp. 1. Tính toán Shortcut cho tháp là tính toán số lượng đĩa lý thuyết tối thiểu của tháp chưng cất đề đạt được độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh và đáy tháp. 2. Ngoài ra mô hình Short cut trong Hysys còn cho phép tính tỷ số hồi lưu tối thiểu, vị trí đĩa nhập liệu tối ưu…. 3. Để tính toán được Short Cut cần phải có các thông số sau:  Dòng nhập liệu được cho trước.  Độ tinh khiết (nồng độ cấu tử chính của sản phẩm đỉnh và đáy).  Áp suất làm việc của tháp.  Tỷ số hồi lưu đỉnh tháp. CÁCH TÍNH SHORT CUT CHO THÁP 1. Truy cập vào mô hình Short cut Distillation. 2. Chọn Sản phẩm đỉnh là pha lỏng/hơi tại mục Top Product Phase. 3. Đặt tên cho dòng nhập liệu Inlet, dòng sản phẩm đỉnh, dòng sản phẩm đáy, dòng năng lượng của condenser và reboiler. 4. Xác định cấu tử chính của sản phẩm đỉnh và đáy. 1. Truy cập vào mô hình Short cut Distillation. 2. Chọn Sản phẩm đỉnh là pha lỏng/hơi tại mục Top Product Phase. 3. Đặt tên cho dòng nhập liệu Inlet, dòng sản phẩm đỉnh, dòng sản phẩm đáy, dòng năng lượng của condenser và reboiler. 4. Xác định cấu tử chính của sản phẩm đỉnh và đáy. CÁCH TÍNH SHORT CUT CHO THÁP  Nếu hệ chưng cất gồm 02 cấu tử thì:  Cấu tử chính của sản phẩm đỉnh => Cấu tử có nhiệt độ sôi cao nhất trong 02 cấu tử.  Cấu tử chính của sản đáy => Cấu tử có nhiệt độ sội thấp nhất trong 02 cấu tử.  Ví dụ: Khi chưng cất hỗn hợp glycol và nước  => Cấu tử chính của sản phẩm đỉnh và đáy sẽ là???  Nếu hệ chưng cất gồm 02 cấu tử thì:  Cấu tử chính của sản phẩm đỉnh => Cấu tử có nhiệt độ sôi cao nhất trong 02 cấu tử.  Cấu tử chính của sản đáy => Cấu tử có nhiệt độ sội thấp nhất trong 02 cấu tử.  Ví dụ: Khi chưng cất hỗn hợp glycol và nước  => Cấu tử chính của sản phẩm đỉnh và đáy sẽ là??? CÁCH TÍNH SHORT CUT CHO THÁP  Đối với việc chưng cất hệ đa cấu tử (VD: chưng cất dầu thô…) thì qui hệ đa cấu tử về hệ 02 cấu tử chính – Key component.  Heavy Key Component (Top): Cấu tử chính của sản phẩm đỉnh - là cấu tử có độ bay hơi thấp nhất (nhiệt độ sôi cao nhất) trong số các cấu tử đỉnh.  Light Key Component (Bottom): Cấu tử chính của sản phẩm đáy – Là cấu tử có độ bay hơi thấp nhất trong số cấu tử đáy.  Ví dụ: Cho hỗn hợp gồm Ethane, Propan, Iso –Butane, N- Butane, Iso-Pentane, N-Pentane và Hexane.  Giả sử dùng tháp Demethanizer để tách CH4 ra khỏi hỗn hợp trên thì các cấu tử chính của hệ là???  Nếu tách cả CH4 và C2H6 ra khỏi hỗn hợp bằng tháp Deethanizer => Xác định cấu tử chính của hệ.  Nếu tách C4- ra khỏi C5+ bằng tháp Debutanizer => cấu tử chính của hệ sẽ là.  Đối với việc chưng cất hệ đa cấu tử (VD: chưng cất dầu thô…) thì qui hệ đa cấu tử về hệ 02 cấu tử chính – Key component.  Heavy Key Component (Top): Cấu tử chính của sản phẩm đỉnh - là cấu tử có độ bay hơi thấp nhất (nhiệt độ sôi cao nhất) trong số các cấu tử đỉnh.  Light Key Component (Bottom): Cấu tử chính của sản phẩm đáy – Là cấu tử có độ bay hơi thấp nhất trong số cấu tử đáy.  Ví dụ: Cho hỗn hợp gồm Ethane, Propan, Iso –Butane, N- Butane, Iso-Pentane, N-Pentane và Hexane.  Giả sử dùng tháp Demethanizer để tách CH4 ra khỏi hỗn hợp trên thì các cấu tử chính của hệ là???  Nếu tách cả CH4 và C2H6 ra khỏi hỗn hợp bằng tháp Deethanizer => Xác định cấu tử chính của hệ.  Nếu tách C4- ra khỏi C5+ bằng tháp Debutanizer => cấu tử chính của hệ sẽ là. CÁCH TÍNH SHORT CUT CHO THÁP  Chuyển đến mục Parameter trong Tab Design và nhập các thông tin sau:  Nhập nồng độ của cấu tử chính Light Key in Bottom và Heavy Key in Distilate tại mục Component.  Nhập áp suất của condenser và Reboiler: Nhập bằng cách nào???  Nhập tỷ số hồi lưu cho tháp chưng cất => không được nhập thấp hớn giá trị Minimum Reflux Ratio.  Vào thư mục Performance xem kết quả tính toán.  Chuyển đến mục Parameter trong Tab Design và nhập các thông tin sau:  Nhập nồng độ của cấu tử chính Light Key in Bottom và Heavy Key in Distilate tại mục Component.  Nhập áp suất của condenser và Reboiler: Nhập bằng cách nào???  Nhập tỷ số hồi lưu cho tháp chưng cất => không được nhập thấp hớn giá trị Minimum Reflux Ratio.  Vào thư mục Performance xem kết quả tính toán. BÀI TẬP THỰC HÀNH • Cho thành phần khí như hình bên, biết tháp Debutanizer làm việc ở áp suất đỉnh tháp là 1150 Kpa. • Chênh áp qua Reboiler là 30 Kpa, Chênh áp qua condenser 20 Kpa. • Tỷ số hồi lưu lạnh – 1. • % mole cấu tử chính sản phẩm đỉnh và đáy 2%. • Dòng nhập liệu có P=1150 kpa, T=70 oC, Flow=115 m3/h 1. Tính short cut để tìm số đĩa lý thuyết và vị trí đĩa nạp liệu tối ưu. 2. Khảo sát sự phụ thuộc số đĩa lý thuyết, số đĩa thực tế khi tỷ lệ hồi lưu thay đổi từ 1 lên 2 (dùng công cụ Data book). Có nhận xét gì về sự thay đổi trên. • Cho thành phần khí như hình bên, biết tháp Debutanizer làm việc ở áp suất đỉnh tháp là 1150 Kpa. • Chênh áp qua Reboiler là 30 Kpa, Chênh áp qua condenser 20 Kpa. • Tỷ số hồi lưu lạnh – 1. • % mole cấu tử chính sản phẩm đỉnh và đáy 2%. • Dòng nhập liệu có P=1150 kpa, T=70 oC, Flow=115 m3/h 1. Tính short cut để tìm số đĩa lý thuyết và vị trí đĩa nạp liệu tối ưu. 2. Khảo sát sự phụ thuộc số đĩa lý thuyết, số đĩa thực tế khi tỷ lệ hồi lưu thay đổi từ 1 lên 2 (dùng công cụ Data book). Có nhận xét gì về sự thay đổi trên. . MODULE 5 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị truyến khối như: tháp chưng cất, tháp. Phase Distillation: Tháp chưng cất 3 pha CÁC MÔ HÌNH THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI TRONG HYSYS Hysys cung cấp các mô hình chuẩn sau đây của quá trình truyền khối:  Absorber: Tháp hấp thụ => Nguyên. D. Xd hoặc Xb. MÔ PHỎNG THÁP HẤP THỤ CÓ THIẾT BỊ GIA NHIỆT ĐÁY THÁP Truy cập mô hình Reboiler Absorber. Tại màn hình Column Input Expert khai báo cáo thông tin sau: 1. Đặt tên cho thiết bị 2. Đặt