đề 28-NNT một bậc nhận C3+ có chu trình lạnh bằng C3 tách sơ bộ C2

1 1 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam Đề 28-NNT một bậc nhận C 3+ có chu trình lạnh bằng C 3 tách sơ bộ C 2 Dòng nguyên liệu ban đầu gồm các cấu tử C 1 ÷ C 5 tại 30 o C, 1atm với lưu lượng 100m 3 /h có thành phần dòng như sau: C 1 C 2 C 3 i-C 4 n-C 4 i-C 5 n-C 5 82.00 6.89 8.25 0.78 0.78 0.65 0.65 Hỗn hợp khí được nén đến 3.5 MPa, được làm mát bằng không khí đến 45 o C rồi được chia thành 2 dòng. Một dòng được làm lạnh đến -30 o C nhờ trao đổi nhiệt với dòng khí khô từ đỉnh tháp tách Ethane. Dòng thứ 2 có lưu lượng 515 kgmole/h cũng được làm lạnh đến -30 o C bằng cách trao đổi nhiệt lần lượt với lỏng ngưng tụ từ tháp tách 2 và tháp tách 1. Sau đó, hỗn hợp cùng dòng khí tuần hoàn từ tháp tách thứ 2 qua bộ phận bay hơi propane, làm lạnh đến -50 o C rồi vào tháp tách 1. Khí từ tháp tách 1 được trộn với dòng khí khô từ đỉnh tháp tách Ethane. Lỏng từ đỉnh tháp tách 1 sau khi trao đổi nhiệt được đưa sang tháp tách 2. Lỏng từ đáy tháp tách 2 được nâng nhiệt đến khoảng 20 ÷ 30 o C rồi đưa vào tháp tách etane. Áp suất đỉnh tháp 3.3 MPa, đáy tháp 3.5 MPa. Đỉnh tháp được làm lạnh bằng vòng làm lạnh Propane. Các thiết bị trao đổi nhiệt có DeltaP = 10 kPa. 1. Xác định các đặc tính của hỗn hợp khí ban đầu. 2. Xác định số đĩa nhỏ nhất, số đĩa thực tế của tháp, đĩa nạp liệu tối ưu, chỉ số hồi lưu tối thiểu. Biết phần mole C 1 /đáy là 0.1%; C 3 /đỉnh là 5%. 3. Xây dựng sơ đồ mô phỏng trên. 4. Xác định lượng tác nhân lạnh cần thiết. 5. Xác định tỷ lệ chia dòng của hỗn hợp khí để UA của 3 thiết bị trao đổi nhiệt nhỏ nhất. Yêu cầu: 1. Viết và gửi file word:  Trình tự tiến hành mô phỏng  Biện luận, phân tích quá trình mô phỏng, các lỗi và cách giải quyết  Phân tích các kết quả nhận được  Xuất và in báo cáo (PFD và Workbook) 2. Các case theo yêu cầu của đầu bài. Đặt tên file theo họ tên của sinh viên. Tất cả các file lưu vào một thư mục ghi rõ STT-họ tên (tiếng Việt không dấu) theo danh sách lớp (ví dụ: 1-Nguyen Van A), gửi cho thầy trước ngày 21/12/2014 2 2 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam I. Mô phỏng công nghệ bằng phần mềm HYSYS - Mở new case - Chọn hệ nhiệt động Peng-robinson - Nhập các cấu tử: C 1 , C 2 , C 3 , i-C 4, n-C 4, i-C 5, n-C 5 - Bấm Emter Simulation Environment 1) Thiết lập dòng nguyên liệu  Chọn dòng Material Stream trên Object Palette Trong mục Conditions thiết lập tên, nhiệt độ, áp suất. Trong mục Composition thiết lập lưu lượng các thành phần với Basic là Liquid Volume Flow (m 3 /h) theo thông tin trong bảng sau. Name Feed Temperature 30 o C Pressure 1 atm Liquid Volume Flow (m 3 /h) C 1 82.00 C 2 6.89 C 3 8.25 i-C 4 0.78 n-C 4 0.78 i-C 5 0.65 n-C 5 0.65 2) Thiết lập máy nén dòng vào  Dòng nguyên liệu trước khi vào chế biến được đi qua máy nén Comp tăng áp lên 3.5 MPa. Chọn thiết bị Compresor, thiết lập tên dòng và năng lượng như sau. Name Comp Inlet Feed Outlet Comp Feed Energy Q1 3 3 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Trong tab worksheet thiết lập áp suất yêu cầu của dòng ra: Pressure của dòng Comp Feed là 3.5 MPa. Máy nén có hiệu suất mặc định là 75%. 3) Thiết lập thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí.  Ý nghĩa và yêu cầu: Dòng khí sau khi nén làm cho nhiệt độ tăng cao, được làm mát bằng không khí bằng thiết bị Air Cooler với yêu cầu nhiệt độ dòng Feed Cool đi ra là 45 o C, với độ chênh áp là 10 Kpa. Điều kiện của dòng không khí chọn ở điều kiện tiêu chuẩn: 25 o C và 1 atm.  Chọn thiết bị Air cooler và thiết lập tên thiết bị và các dòng như sau Name Air Cooler Process Stream Inlet Comp Feed Process Stream Outlet Cool Feed  Thiết lập yêu cầu nhiệt độ dòng ra và đặc tính không khí đầu vào theo bảng sau Các đặc tính Thông số Nhiệt độ không khí vào Temperature 25 o C Áp suất không khí vào Pressure 1 atm Độ chênh áp Process Stream Delta P 10 KPa 4 4 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Trong tab worksheet thiết lập nhiệt độ yêu cầu dòng ra của Cool Feed: Temperature là 45 o C 4) Thiết lập thiết bị chia dòng: TEE 100  Thiết bị này chia dòng Feed đã làm mát thành 2 dòng là Feed 1 và Feed 2 với yêu cầu lưu lượng dòng Feed 2 là 515 kgmole/h. Nhiệt độ và áp suất khi qua thiết bị này được giữ nguyên.  Chọn thiết bị Tee trên bảng Object Palette và thiết lập tên thiết bị, tên dòng vào, tại Outlets nhập tên 2 dòng ra như bảng sau. Tên thiết bị Name TEE-100 Chọn dòng vào Inlet Cool Feed Chọn dòng ra Outlet 1 Feed 1 Outlet 2 Feed 2  Thiết lập lưu lượng dòng ra của Feed 2 trong tab worksheet, tại mục Molar Flow (kgmole/h) của dòng Feed 2, thiết lập thông số là 515 kgmole/h. 5 5 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam 5) Thiết lập các thiết bị trao đổi nhiệt  Dòng Feed 1 đi qua 1 thiết bị trao đổi nhiệt E-100 với dòng Khí 2 được trộn từ dòng khí đỉnh tháp tách 1 Vapour 1 và dòng khí ra từ tháp tách ethane Vap out như hình trên, sau khi ra khỏi thiết bị dòng là dòng 1a đã được hạ nhiệt xuống đến -30 o C rồi đi vào thiết bị trộn dòng MIX-101.  Dòng Feed 2 lần lượt đi qua 2 thiết bị trao đổi nhiệt E-101 và E-102. Tại E-101 trao đổi nhiệt với dòng lỏng từ đáy tháp tách 2, dòng 2a đi ra bị giảm nhiệt lần một đến khoảng từ 10 đến -10 o C. Tại E-102 trao đổi nhiệt với dòng lỏng từ đáy tháp tách 1, dòng 2b đi ra tiếp tục giảm nhiệt lần hai xuống đến - 30 o C và sau đó cũng đi vào thiết bị trộn dòng MIX-101.  Các thiết bị trao đổi nhiệt này có độ chênh áp của cả dòng gia nhiệt và dòng nhận nhiệt là: Delta P = 10 Kpa.  Chọn thiết bị có tên Heat Exchanger và thiết lập tên các dòng ra và vào các thiết bị trao đổi nhiệt như bảng sau. Tên thiết bị E-100 E-101 E-102 inlet outlet inlet outlet inlet outlet Tube Side Feed 1 1a Feed 2 2a 2a 2b Shell Side Khi 2 Dry Gas Liquid 2-1 Liquid 2-2 Liquid 1-1 Liquid 1-2 Lưu ý: Ở bước này chúng ta chỉ thiết lập lên cho các dòng của Tube Side còn các dòng Shell Side sau khi tạo các dòng đó tại các thiết bị sau mình sẽ thêm nó vào thiết bị gia nhiệt sau. 6 6 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Thiết lập Delta P Sau khi thiết lập tên các dòng Tube side, chúng ra thêm thông số độ chênh áp khi đi qua thiết bị trao đổi nhiệt của cả Tube Side và Shell Side là Delta P và Delta P là 10 Kpa trong mục Parameters cho cả 3 thiết bị trao đổi nhiệt.  Thiết lập nhiệt độ yêu cầu dòng ra: Dòng ra các thiết bị gia nhiệt 1a và 2b theo yêu cầu đều được hạ xuống -30 o C. Trong mục worksheet của các thiết bị trao đổi nhiệt E-100 và E-102 thiết lập nhiệt độ tại mục Temperature của dòng 1a và 2b là -30 o C. 6) Thiết lập thiết bị trộn dòng  Sau khi ra thiết bị trao đổi nhiệt, dòng 1a và 2b cùng với dòng khí hồi lưu từ đỉnh tháp tách 2 là Vapour 2 đi vào thiết bị trộn dòng MIX 101, ở bước này chúng ta chỉ trộn 2 dòng 1a và 1b còn dòng Vapour 2 sau khi thiết lập xong tháp tách 2 sẽ thêm vào sau. Vì ban đầu dòng này chưa có số liệu.  Thiết bị có tên là Mix-101 Tên dòng ra được đặt tên là Mix và các dòng vào được chọn ở bước này là 1a và 1b Tên thiết bị Name MIX 101 Tên dòng vào Inlet 1 1a Inlet 2 2b Inlet 3 Vapour 2 Tên dòng ra Outlet Mix 7 7 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Trong mục Parameters để theo chế độ trộn mặc định của thiết bị là Set Outlet to Lowest Inlet. 7) Thiết bị bay hơi propan  Tại thiết bị này được liên kết với vòng làm lạnh propan, dùng năng lượng từ Heater của vòng propan để làm lạnh dòng Mix, dòng năng lượng được đặt tên là Q lạnh 1. Yêu cầu nhiệt độ sau khi làm lạnh là -50 o C. Độ chênh áp trong thiệt bị này là 0 Kpa. Dòng ra được đặt tên là vào tháp 1 như hình trên.  Thiết lập nhiệt độ dòng ra yêu cầu là -50 o C tại tab worksheet 8 8 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam 8) Thiết lập tháp tách 1  Dòng khí vào tháp 1 vào tháp tách cần có nhiệt độ thấp để dễ dàng tách thành 2 pha lỏng ở đáy tháp và khí ở đỉnh tháp vì thế nên nó được làm lạnh đến -50 o C. Dòng lỏng tách được là Liquid 1-1 sẽ đi vào bộ phận trao đổi nhiệt E-102 để làm lạnh dòng 2a đầu vào. Còn pha khí đi ra của tháp là Vapour 1 được trộn với pha khí của tháp tách Ethane và đưa ra ngoài. Chế độ của tháp là chế độ tách 2 pha lỏng và khí: chế độ Separator.  Thông số của tháp tách 1 gồm có tên các dòng như sau: Dòng vào tháp Inlet Vao thap 1 Dòng ra tháp Vapour outlet Vapour 1 Liquid outlet Liquid 1-1 Độ chênh áp Delta P 0 Kpa Chế độ tách Type Separator 9) Thiết lập tháp tách 2 Dòng lỏng tháp tách 1 Liquid 1-1 sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt E-101 được gia nhiệt thành dòng Liquid 1-2 và đi vào tháp tách 2 để tách thành 2 pha, pha lỏng là Liquid 2-1 đi qua thiết bị trao đổi nhiệt E-101 được gia nhiệt thành dòng Liquid 2-2 có nhiệt độ từ 20-30 o C và tiếp tục đi vào tháp tách ethane. Pha khí của tháp tách 2 là Vapour 2 được đi qua thiết bị Recycle để tính toán dòng và hồi lưu trở lại vào thiết bị MIX-101 trộn với dòng 1a và 2b ban đầu. Các thông số tháp tách 2 được thiết lập như tháp tách 1. 9 9 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam 10) Thiết lập thiết bị làm mát bằng không khí: Air cooler 2 Vì nhiệt độ của dòng lỏng vào tháp chưng cất yêu càu từ 20 đến 30 nên dòng lỏng đi qua thiết bị Air cooler 2 để giảm nhiệt xuống 25 o C. Cách thiết lập thiết bị giống như Air cooler ở đầu vào dòng Feed dòng đi ra có tên là Inlet là dòng sẽ đi vào tháp chưng cất. 11) Thiết lập tháp chưng cất  Dùng shortcut collumn tìm thông số cơ bản cho tháp tách. Lấy thông số từ dòng vào của tháp tách ethane Inlet.  Chọn biểu tượng Balance trên thanh case tạo một dòng Test tương tự dòng Inlet (dòng vào tháp tách ethane). 10 10 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Dùng shortcut collum thiết lập thông số cơ bản của tháp tách. Connections Name BAL-1 Inlet Inlet Top product phase Vapor Overhead vapor 1 Condenser duty 2 Reboiler duty 3 Bottoms 4 Parameters Light key in bottoms methane 0.001 Heavy key in distillate propane 0.05 Condenser pressure 3300 kPa Reboiler pressure 3500 kPa External reflux ratios 2.5 [...]... E-102 để làm lạnh dòng khí nguyên liệu II a) Thiết lập một chu trình làm lạnh bằng propan Tạo một template tên lanh propan: Tạo new case, thiết lập một dòng với thông tin Components Property package Propane Peng- Robinson 12 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam 13  Tạo một vòng lạnh Propane như sau:  Một chu trình lạnh cần:  Expander  Thiết bị bay hơi propane ... 0.0606 0.0040 n-pentane 0.0033 0.0001 0.0621 0.0033 C3+ Thành mole Thành phần hơi Nhiệt độ (oC) Thông số Product Bottom Top liquid liquid 0.0701 0.9086 0.3541 phần Methane 1 Tính toán hiệu suất tách C3+ của cả quá trình: Lượng C3+ của dòng feed: 1733*0.0701 = 121.483 kgmole/h Lượng C3+ của dòng lỏng: 88.69*0.9086+9.024*0.3543= 83.745 kgmole/h Hiệu suất tách C3+ : H% = = 68.94 % 21 ... propane  Trong sơ đồ công nghệ có 2 quá trình làm lạnh bằng tác nhân lạnh propane Làm lạnh ở thiết bị chiller E-103 : Q lanh 1 Ngưng tụ hồi lưu ở đỉnh tháp tách ethane : Q lanh 2  Tạo spreadsheet lanh 2 tên nhiet luong, add import của 2 object: Q lanh 1, Q 14 15 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Tạo thêm 1 object là dòng A trong chu trình lạnh propane để... Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam  Nguyên nhân có thể là do toàn bộ quy trình với số liệu yêu cầu không tương thích để recycle hồi lưu từ tháp tách 2 Nếu thay đổi một thông số bất kì sẽ ảnh hưởng đến cả quá trình vì các thiết bị liên kết với nhau qua các yếu tố rất chặt chẽ như sơ đồ dưới có thể thấy một số ảnh hưởng các yếu tố Thay đổi yếu tố đầu vào thì ảnh hưởng tháp chưng,... dòng khí C C3 comp -15oC 1 Adiabatic efficiency 75  Thiết bị ngưng tụ: là thiết bị làm lạnh, ngưng tụ lượng khí còn lại của dòng sau khi nén C3 Condenser Delta P 0.25 13 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam 14  Kéo chu t chọn cả dòng, chu t phải → cut/paste objects→ combine into sub- flowsheet được:  Copy sub-flowsheet qua sơ đồ chính, đổi tên thành chu trinh... 0.001 Methane C3 đỉnh Name Stage Flow basis Phase Spec value Component C3 Condenser Mole fraction Vapour 0.05 Propane  Bỏ kích hoạt các tham số khác, kích hoạt 3 tham số : reflux ratio, C 1 ,C2 vừa lập, để số bậc tự do bằng 0 Run  Dòng sản phẩm ra khỏi đình tháp được trộn với dòng hơi từ tháp tách thứ nhất V-100 tại thiết bị MIX-101 rồi cho qua thiết bị trao đổi nhiệt E-102 để làm lạnh dòng khí nguyên... để tính toán lượng tác nhân lạnh propane của dòng A này  Xác định lượng propane: - Tổng nhiệt lượng trong ô B3 tính bằng hàm “+B1+B2” - Click chu t phải vào ô B3 chọn export fomular result, xuất hiện 1 bảng, chọn Spreadsheet cho biết lưu lượng tác nhân lạnh propane 15 16 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ Chế Biến Khí - Đại Học Dầu Khí Việt Nam Vậy lượng lưu lương tác nhân lạnh cần thiết cho 2 thiết... tháp chưng cất ngừng làm việc vi thông số không phù hợp như hình dưới (có file hsc kèm theo)  Lúc này thì shortcut Column khai báo số đĩa tối thiểu và tầng đĩa nhập liệu mới  Nếu thay đổi số đĩa nhập liệu trong tháp chưng cất tính theo thông số của shortcut column với số đĩa làm việc là 7 và đĩa nhập liệu là đĩa 2 thì toàn bộ sơ đồ lại hoạt động bình thường 18 19 Bài Tập Mô Phỏng HYSYS – Công Nghệ... bị trao đổi nhiệt hoạt động không thích hợp  Sau khi thiết lập quy trình theo yêu cầu đề ra thì 3 thiết bị trao đổi nhiệt vẫn còn hiện màu vàng Nguyên nhân là do lưu lượng và nhiệt độ dòng vào không phù hợp với yêu cầu của lưu lượng và nhiệt độ của dòng ra, hệ thống báo lỗi Ft Correction Factor is Low như hình trên Để khắc phục vấn đề này cần thay đổi yêu cầu của nhiệt độ dòng ra từ -30oC lên 0 đến... lạnh cần:  Expander  Thiết bị bay hơi propane  Máy nén  Thiết bị ngưng tụ  Nhập thông số  Dòng A: dòng lỏng sau khi ra khỏi C3 condenser A Temperature 50 oC Vapour fraction 0 Comp mole fraction (propane) 1  Thiết bị bay hơi propan: tại đây dòng chất lưu lạnh sẽ làm lạnh dòng feed chính và lấy nhiệt của dòng feed bay hơi propane Dòng C ra khỏi thiết bị bay hơi ở nhiệt độ điểm sương, cho Delta