Thiết kế mô phỏng thiết bị truyền khối

Tính toán Shortcut cho tháp là tính toán số lượng đĩa lý thuyết tối thiểu của tháp chưng cất đề đạt được độ tinhkhiết của sản phẩm đỉnh và đáy tháp.. Ngoài ra mô hình Short cut trong Hys

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

toán mô phỏng các loại thiết

bị truyến khối như: tháp

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 tinhkhiết 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 tinhkhiết 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

1 Truy cập vào mô hình

Short cut Distillation

2 Chọn Sản phẩm đỉnh là

pha lỏng/hơi tại mục

Top Product Phase

CÁCH TÍNH SHORT CUT CHO THÁP

nhiệt độ sôi cao nhất trong 02 cấu tử.

sội thấp nhất trong 02 cấu tử.

là???

nhiệt độ sôi cao nhất trong 02 cấu tử.

sội thấp nhất trong 02 cấu tử.

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 Databook) 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 Databook) Có nhận xét gì về sự thay đổi trên

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.

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

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.

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

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.

BÀI TẬP THỰC HÀNH

1 Tính short cut để tìm số đĩa lý thuyết và vị trí đĩa nạp liệu

tối ưu

 Vào Tab Performance xem kết quả.

1 Tính short cut để tìm số đĩa lý thuyết và vị trí đĩa nạp liệu

tối ưu

BÀI TẬP THỰC HÀNH

1 Khảo sát sự phụ thuộc số đĩa lý thuyết, 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.

 Dung công cụ Databook: Vào Tool => Databook

 Tại mục Variables =>Insert => Object chọn thiết bị short Cut => add

các thông số sau: Tỷ lệ hồi lưu (External reflux), Minimum Trays, Actual Trays.

 Thực hiện khảo sát theo một trong 02 cách:

 Sử dụng Data Recorder.

 Sử dụng Case study:

 Vào Tab Case study nhấn add để tạo ra một case study mới.

 Chọn thông số Independent là External reflux.

 Chọn các thông số còn lại dependent.

 Nhấn chọn view => Khai báo giới hạn trên/dưới và bước nhảy của

thông số Independent.

 Nhấn Start để chạy => Nhấn Tab Results để xem kết quả.

1 Khảo sát sự phụ thuộc số đĩa lý thuyết, 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.

 Dung công cụ Databook: Vào Tool => Databook

 Tại mục Variables =>Insert => Object chọn thiết bị short Cut => add

các thông số sau: Tỷ lệ hồi lưu (External reflux), Minimum Trays, Actual Trays.

 Thực hiện khảo sát theo một trong 02 cách:

 Sử dụng Data Recorder.

 Sử dụng Case study:

 Vào Tab Case study nhấn add để tạo ra một case study mới.

 Chọn thông số Independent là External reflux.

 Chọn các thông số còn lại dependent.

 Nhấn chọn view => Khai báo giới hạn trên/dưới và bước nhảy của

thông số Independent.

 Nhấn Start để chạy => Nhấn Tab Results để xem kết quả.

Hysys cung cấp các mô hình chuẩn sau đây của quá trìnhtruyền khối:

 Absorber: Tháp hấp thụ => Nguyên lý làm việc???

 Reboiler Absorber: Tháp hấp phụ có thiết bị gia nhiệt đáy

tháp

 Refluxed Absorber: Tháp Hấp thụ có hồi lưu đỉnh tháp

 Distillation: Tháp chưng cất

 Liquid – Liquid Extractor: Tháp trích ly

 Three 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 trìnhtruyền khối:

 Absorber: Tháp hấp thụ => Nguyên lý làm việc???

 Reboiler Absorber: Tháp hấp phụ có thiết bị gia nhiệt đáy

tháp

 Refluxed Absorber: Tháp Hấp thụ có hồi lưu đỉnh tháp

 Distillation: Tháp chưng cất

 Liquid – Liquid Extractor: Tháp trích ly

 Three Phase Distillation: Tháp chưng cất 3 pha

MÔ PHỎNG THÁP HẤP THỤTruy cập mô hình Absorber Tại màn hình Column Input Expert khai báo cáo thông tin sau:

1 Đặt tên cho thiết bị

2 Đặt tên cho dòng Top stage Inlet, Botton stage Inlet và dòng OVHD

vapor Outlet, Bottom Liquid Outlet Dòng vào thân tháp (Optional Inlet Stream) có thể có hoặc không có.

3 Nhập số đĩa tháp.

4 Khai báo xong nhấn Next

5 Khai báo Top Pressure và Bottom Pressure với điều kiện chênh áp qua

mỗi đĩa tháp < 5 kpa.

6 Nhấn Next => Khai báo nhiệt độ đỉnh/đáy tháp nếu biết.

7 Nhấn Done để vào màn hình chính của tháp.

8 Tại màn hình chính của tháp có thể thay đổi áp suất, số đĩa,…

9 Vào mục Parameter mục Efficency để khai báo hiệu suất làm việc của đĩa

nếu biết => Efficency là gì, xác định như thế nào???

10 Sau khi thực hiện các mục 8,9nếu nhấn Run để hysys tính toán lại kết

quả.

Truy cập mô hình Absorber Tại màn hình Column Input Expert khai báo cáo thông tin sau:

1 Đặt tên cho thiết bị

2 Đặt tên cho dòng Top stage Inlet, Botton stage Inlet và dòng OVHD

vapor Outlet, Bottom Liquid Outlet Dòng vào thân tháp (Optional Inlet Stream) có thể có hoặc không có.

3 Nhập số đĩa tháp.

4 Khai báo xong nhấn Next

5 Khai báo Top Pressure và Bottom Pressure với điều kiện chênh áp qua

mỗi đĩa tháp < 5 kpa.

6 Nhấn Next => Khai báo nhiệt độ đỉnh/đáy tháp nếu biết.

7 Nhấn Done để vào màn hình chính của tháp.

8 Tại màn hình chính của tháp có thể thay đổi áp suất, số đĩa,…

9 Vào mục Parameter mục Efficency để khai báo hiệu suất làm việc của đĩa

nếu biết => Efficency là gì, xác định như thế nào???

10 Sau khi thực hiện các mục 8,9nếu nhấn Run để hysys tính toán lại kết

quả.

Hiệu suất làm việc của tháp.

COLUMN TYPE TYPICALTRAYS ACTUAL TYPICAL EFFICIENCY, ABSORBER/STRIPPER

BÀI TẬP THỰC HÀNH

Mô phỏng tháp hấp phụ với các

thông tin sau:

Áp suất đỉnh tháp 3350 kpa

Chênh áp qua tháp 50 Kpa.

Số lượng đĩa tháp: 12 đĩa.

Hiệu suất làm việc của tháp

đỉnh/đáy như nhau.

Khảo sát sự thay đổi thành phần

Chênh áp qua tháp 50 Kpa.

Số lượng đĩa tháp: 12 đĩa.

Hiệu suất làm việc của tháp

đỉnh/đáy như nhau.

Khảo sát sự thay đổi thành phần

Propane trong sản phẩm đỉnh

tháp vào nhiệt độ dòng vào đỉnh

tháp trong khoảng từ -70 đến –

35 0C

MÔ PHỎNG THÁP HẤP THỤ CÓ THIẾT BỊ GIA NHIỆT ĐÁY THÁP

MÔ PHỎNG THÁP HẤP THỤ CÓ THIẾT BỊ GIA NHIỆT ĐÁY THÁP

Truy cập mô hình Reboiler Absorber Tại màn hình ColumnInput Expert khai báo cáo thông tin sau:

1 Đặt tên cho thiết bị

2 Đặt tên cho dòng Top stage Inlet, dòng OVHD vapor

Outlet, Bottom Liquid Outlet Dòng vào thân tháp (OptionalInlet Stream) có thể có hoặc không có Nếu có cần chọn vịtrí đĩa nạp liệu Sau đó đặt tên dòng năng lượng

3 Tại mục Top Stag Reflux chọn Liquid Inlet hoặc

Pump-around

4 Nhập số đĩa tháp

5 Khai báo xong nhấn Next

6 Khai báo Top Pressure và Reboiler Pressure với điều kiện

chênh áp qua mỗi đĩa tháp < 5 kpa, chênh áp qua reboiler

< 10 Kpa

Truy cập mô hình Reboiler Absorber Tại màn hình ColumnInput Expert khai báo cáo thông tin sau:

1 Đặt tên cho thiết bị

2 Đặt tên cho dòng Top stage Inlet, dòng OVHD vapor

Outlet, Bottom Liquid Outlet Dòng vào thân tháp (OptionalInlet Stream) có thể có hoặc không có Nếu có cần chọn vịtrí đĩa nạp liệu Sau đó đặt tên dòng năng lượng

3 Tại mục Top Stag Reflux chọn Liquid Inlet hoặc

Pump-around

4 Nhập số đĩa tháp

5 Khai báo xong nhấn Next

6 Khai báo Top Pressure và Reboiler Pressure với điều kiện

chênh áp qua mỗi đĩa tháp < 5 kpa, chênh áp qua reboiler

< 10 Kpa

MÔ PHỎNG THÁP HẤP THỤ CÓ THIẾT BỊ GIA NHIỆT ĐÁY THÁP

8 Nhấn Next => Khai báo tỷ số hồi lưu nóng Boilup Ratio nếu

biết

9 Nhấn Done để vào màn hình chính của tháp

10.Tại màn hình chính của tháp có thể thay đổi áp suất, số

đĩa,…

11.Vào mục Parameter mục Efficency để khai báo hiệu suất

làm việc của đĩa nếu biết

12.Vào Tab Spec mục Design để cài đặt một trong 04 thông

9 Nhấn Done để vào màn hình chính của tháp

10.Tại màn hình chính của tháp có thể thay đổi áp suất, số

đĩa,…

11.Vào mục Parameter mục Efficency để khai báo hiệu suất

làm việc của đĩa nếu biết

12.Vào Tab Spec mục Design để cài đặt một trong 04 thông

số vừa nêu

13.Sau khi thực hiện xong nhấn Run để hysys tính toán lại kết

quả

BÀI TẬP THỰC HÀNH

1.Mô phỏng tháp hấp phụ có reboiler với các

thông số sau:

Áp suất đỉnh tháp 2750 kpa

Chênh áp qua tháp 20 Kpa.

Chênh áp qua reboiler 20 Kpa

Số lượng đĩa tháp: 32 đĩa.

Nhiệt độ đáy tháp: 85 oC.

Hiệu suất làm việc của tháp 75%.

Dòng vào đỉnh: P=2800 kpa, T=-15oC, Flow =

Chênh áp qua tháp 20 Kpa.

Chênh áp qua reboiler 20 Kpa

Số lượng đĩa tháp: 32 đĩa.

Nhiệt độ đáy tháp: 85 oC.

Hiệu suất làm việc của tháp 75%.

Dòng vào đỉnh: P=2800 kpa, T=-15oC, Flow =

MÔ PHỎNG THÁP HẬP THỤ CÓ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ĐỈNH THÁP

Refluxed Absorber: Tháp hấp

thụ có có hồi lưu đỉnh tháp

Nếu thiết bị ngưng tụ đỉnh

tháp là loại ngưng tụ hoàn

toàn – Total condenser =>

số bậc tự do = 1 Các thông

số cài đặt:

 Qc

 Reflux ratio L/D hoặc lưu

lượng dòng hồi lưu

 Rates of B or D

 Xd hoặc Xb…

Refluxed Absorber: Tháp hấp

thụ có có hồi lưu đỉnh tháp

Nếu thiết bị ngưng tụ đỉnh

tháp là loại ngưng tụ hoàn

toàn – Total condenser =>

số bậc tự do = 1 Các thông

số cài đặt:

 Qc

 Reflux ratio L/D hoặc lưu

lượng dòng hồi lưu

 Rates of B or D

 Xd hoặc Xb…

MÔ PHỎNG THÁP HẬP THỤ CÓ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ĐỈNH THÁP

Nếu thiết bị ngưng tụ đỉnh

vưa nêu cần thêm 01 thông

số khác: Lưu lượng qua

hơi/lỏng đỉnh tháp

Nế thiết bị ngưng tụ là dàng

Full reflux => Số bặc tự do là

01 thông số cài đặt như

trường hợp Total condenser

vưa nêu cần thêm 01 thông

số khác: Lưu lượng qua

hơi/lỏng đỉnh tháp

Nế thiết bị ngưng tụ là dàng

Full reflux => Số bặc tự do là

01 thông số cài đặt như

trường hợp Total condenser

nhưng sản phẩm đỉnh là pha

khí

BÀI TẬP THỰC HÀNH

1.Mô phỏng tháp hấp phụ có Reflux với các

thông số sau với các thông số sau:

Áp suất tại condenser 2750 kpa

Chênh áp qua tháp 20 Kpa.

Chênh áp qua condenser 20 Kpa

Số lượng đĩa tháp: 30 đĩa.

Thành phần C3 trong sản phẩm khí đỉnh tháp

là 1%.

Hiệu suất làm việc của tháp 75%.

Dòng vào đỉnh: P=2800 kpa, T=-15oC, Flow =

2 Khảo sát sự phụ thuộc của thành phần C3

trong sản phẩm khí đỉnh tháp khi tỷ số hồi lưu

thay đổi từ 1+2.

1.Mô phỏng tháp hấp phụ có Reflux với các

thông số sau với các thông số sau:

Áp suất tại condenser 2750 kpa

Chênh áp qua tháp 20 Kpa.

Chênh áp qua condenser 20 Kpa

Số lượng đĩa tháp: 30 đĩa.

Thành phần C3 trong sản phẩm khí đỉnh tháp

là 1%.

Hiệu suất làm việc của tháp 75%.

Dòng vào đỉnh: P=2800 kpa, T=-15oC, Flow =

2 Khảo sát sự phụ thuộc của thành phần C3

trong sản phẩm khí đỉnh tháp khi tỷ số hồi lưu

thay đổi từ 1+2.