Tìm hiểu phần mềm mô phỏng ProII và ứng dụng

Tìm hiểu phần mềm mô phỏng ProII và ứng dụng

Chương 1:

GIỚI THIỆU PRO/II

1.1 Mô phỏng và vai trò của mô phỏng

Mô phỏng, tiếng Anh là Simulation, ngày nay đã trở thành một thuật ngữ quen

thuộc trong nhiều ngành, từ công nghiệp nặng cho đến công nghệ vũ trụ và nền công

nghiệp giải trí

Theo định nghĩa của tự điển thuật ngữ khoa học kỹ thuật của Nhà xuất bản

MacGrawHill thì thuật ngữ mô phỏng được hiểu như sau

Mô phỏng là việc phát triển và sử dụng mô hình máy tính để nghiên cứu hệ

động học thực

Vai trò của mô phỏng càng ngày càng quan trọng Việc sử dụng mô phỏng đã

giúp con người tiết kiệm được khá nhiều tiền của, tiết kiệm được thời gian, giảm bớt

số lần thí nghiệm, và đã giảm thiểu các nguy cơ có thể xảy ra cho tính mạng và tài

sản

Trong ngành công nghiệp dầu khí hiện nay mô phỏng cũng đã chiếm một vị trí

đáng kể Khi mà các quá trình không thể quan sát và cũng khó có thể biết được

phương cách mà chúng xảy ra như thế nào thì mô phỏng đã giúp cho các kỹ sư điều

đó

1.2 Các phần mềm mô phỏng sử dụng trong công nghiệp dầu khí

Nền công nghiệp dầu khí có quy mô to lớn, từ các quá trình khai thác đến chế

biến đều có các phần mềm mô phỏng tương ứng Các phần mềm này rất đa dạng,

nhưng tựu chung có thể phân chia chúng thành các loại sau:

n Các phần mềm dùng cho thiết kế: Điển hình như phần mềm thiết kế đường ống

OLGA 2000, phần mềm thiết kế và mô phỏng đường ống PipeSim của công ty

Schlumberger

n Các phần mềm mô phỏng các quá trình thực để hổ trợ đào tạo: Đây là dạng phổ

biến không chỉ trong công nghiệp dầu khí mà trong phần lớn các ngành hiện nay Như

là việc mô phỏng các phân xưởng, các nhà máy thực để giúp cho quá trình đào tạo…

n Các phần mềm mô phỏng và tính toán các quá trình thực: Pro/II là thuộc dạng

phần mềm này

n Các phần mềm tối ưu hóa: Các phần mềm này chuyên dụng hơn cho mục đích

tối ưu hóa

Hiện nay hai phần mềm mô phỏng tính toán các quá trình phổ biến nhất là

HYSYS và Pro/II Cả hai phần mềm này hiện được các công ty trực thuộc tổng công ty

dầu khí Việt Nam sử dụng rộng rãi

Về cơ bản hai phần mềm Pro/II và HYSYS.Plant tương đối giống nhau về bản

chất Nếu đã có dịp tiếp xúc với cả hai, thì dễ nhận thấy một điều là mô hình nhiệt

động của hai phần mềm đều được xây dựng trên cùng một nền tảng lý thuyết Vì vậy

kết quả sẽ không sai khác bao nhiêu Mặc khác các mô hình thiết bị của hai bên cũng

tương tự nhau Điểm nổi bật của HYSYS là giao diện thân thiện hơn, tương thích với

nhiều hệ điều hành và cách truy xuất kết quả tốt hơn, giúp cho người dùng dễ đọc và

dễ phân tích hơn so với Pro/II Mặc khác nhờ ra đời sau nên HYSYS đã kịp hiệu chỉnh

các thiếu sót của Pro/II, HYSYS có nhiều mô hình thiết bị hơn, khả năng tính toán

thiết kế cao hơn, kèm theo đó là các mô hình thiết bị điều khiển như LIC… Tuy nhiên

theo đánh giá của tôi thì mặc dù kém hơn HYSYS về các mặt trên nhưng Pro/II có

những ưu điểm sau:

+ Công ty sản xuất Pro/II có nhiều kinh nghiệm hơn

+ Pro/II có nhiều môđun phụ trợ, có thể áp dụng cho nhiều quá trình, từ chế thô đến

chế biến sâu, cho cả lĩnh vực hóa dầu, môi trường và dược phẩm

+ Pro/II có kèm theo nhiều nguồn tài liệu, giúp cho người dùng hiểu rõ hơn về bản

chất chương trình, từ đó giúp họ mô hình hóa các phân xưởng lên máy tính dễ dàng

hơn và giúp họ đánh giá kết quả của chính mình

1.3 Giới thiệu về Pro/II

1.3.1 Pro/II và ứng dụng Pro/II

Pro/II là một trong những sản phẩm của tổ hợp SIMSCI, được thành lập từ năm 1957 chuyên về thiết kế các phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học, đặc biệt là về nền công nghiệp lọc hóa dầu Hiện nay sản phẩm của tổ hợp này khá đa dạng, bao gồm các phần mềm về thiết kế các thiết bị, đường ống, tính toán kinh tế…

Phần mềm thiết kế mô phỏng Pro/II là sản phẩm đầu tiên của SIMSCI, là kết quả

của 4 lần nâng cấp từ chương trình đầu tiên năm 1967 đến năm 1988 thì chính thức ra

đời với tên gọi Pro/II Chương trình này không ngừng được nâng cấp và hiện nay đã có

phiên bản mới nhất là 6.0,( Đề tài này đang sử dụng phiên bản 5.1)

Phần mềm này có thể ứng dụng vào nhiều quá trình:

ü Xử lý dầu/ khí

ü Polyme

ü Tư vấn và thiết kế xây dựng

Các ứng dụng mô phỏng gồm:

ü Thiết kế mới các quá trình

ü Ước tính cấu hình thiết bị

ü Hiện đại hóa và nâng cấp các thiết bị cũ

ü Gỡ rối và làm thông suốt các quy trình thiết bị

ü Đánh giá các vấn đề môi trường của nhà máy

ü Kiểm tra, tối ưu hóa, cải tiến hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy

1.3.2 Giao diện của Pro/II

1.3.2.1 Khởi động Pro/II

Để khởi động chương trình kích đôi chuột vào biểu tượng của chương trình từ menu

Star Cửa sổ chào mừng của Pro/II xuất hiện Cửa sổ này có chứa các thông tin về các

mở và các màu khóa được dùng trong chương trình

Hình 1.1: Cửa sổ chính của chương trình Lúc này có thể mở một file mô phỏng mới ( chọn File/New ), mở một file đã có (

chọn File/Open ), hay nhập một file keyword ( chọn File/Import )

1.3.2.2 Các nút công cu

Mở một cửa sổ quan sát

khác cho lưu đồ

Dấu hay hiển thị bảng nổi

PFD

Cung cấp các mô tả cơ bản

cho dự án mô phỏng

Thiết lập hệ đơn vị cho

mỗi dự án mô phỏng

Chọn các cấu tử

Thiết lập dữ liệu cho các

cấu tử

Chọn các phương pháp

nhiệt động học

Bố sung cutpoint cho

đường TBP và các phương

pháp tính chất hóa

Định nghĩa các dữ liệu

phản ứng

Nhập vào các thủ tục tính

động học phản ứng

Định nghĩa quá trình

nghiên cứu mẫu

Thiết lập trình tự tính toán

Định nghĩa các bước lặp

và mức độ hội tụ

Hiển thị cửa sổ thu nhỏ sơ

đồ mô phỏng

Xem kết quả của thiết bị hay dòng được chọn Tạo bản báo cáo cho dự án mô phỏng

Xóa các đối tượng hiện hành trên sơ đồ

Phóng to hay thu nhỏ sơ đồ công nghệ

Hiển thị toàn bộ sơ đồ công nghệ

Phóng to một vùng trên sơ đồ công nghệ

Xóa tất cả các đối tượng lạ trên màn hình

Thể hiện phần giúp đỡ cho đối tượng được chỉ đến

1.3.2.3 Ý nghĩa của các loại màu khóa trên màn hình

Để báo hiệu tình trạng mô phỏng hiện hành, Pro/II sử dụng bộ màu khóa, mỗi màu sẽ tương ứng với mỗi trạng thái mô phỏng Người dùng có thể tuỳ biến các màu

khóa bằng cách vào cửa sổ Set Colors bằng cách chọn Option/Colors… từ thanh

menu

Đỏ Dữ liệu bắt buộc

Xanh Lục Dữ liệu lựa chọn hay mặc định

Xanh Dữ liệu cung cấp bởi người dùng

Vàng Dữ liệu nghi vấn Cảnh báo rằng dữ liệu mà người dùng

cung cấp nằm ngoài khoảng bình thường

Xám Vùng dữ liệu không có sẵn cho người dùng

Đen Dữ liệu không bắt buộc nhập

Bảng 1-1: Ý nghĩa các loại màu khóa

1.4 Cơ bản về một dự án mô phỏng

Pro/II cho phép người dùng có nhiều phương pháp chọn lựa để nhập dữ liệu Đối với nhiều mục dữ liệu là mặc định Các màu khóa sẽ cho người dùng biết khi nào dữ liệu là bắt buộc, khi nào là mặc định, khi nào nằm ngoài khoảng thông thường…

Mặc dù Pro/II đã có mục cảnh báo khi dữ liệu bắt buộc bị thiếu, nhưng cách tốt nhất khi nhập dữ liệu là theo tính logic Lấy ví dụ : mục thành phần dòng sẽ phụ

thuộc vào các cấu tử được chọn; một số thiết bị, ví dụ như flash drum, có các tính

chất phụ thuộc vào các dữ liệu nhiệt động học… Vì những lý do trên nên khi xây dựng một sơ đồ công nghệ dùng để mô phỏng cần theo các bước sau:

1 Vẽ lưu đồ

2 Lựa chọn hệ đơn vị

3 Xác định các cấu tử cho dự án

4 Chọn các phương pháp nhiệt động học và tính chất vận chuyển

5 Cung cấp các dữ liệu cho dòng

6 Cung cấp các điều kiện làm việc cho quá trình

7 Chạy dự án mô phỏng

Trên đây chỉ là những bước cơ bản để chương trình chạy, thực tế để thực hiện mô phỏng một quá trình thực, hay một phân xưởng… thì bước đầu tiên và vô cùng quan trọng đó chính là lập mô hình mô phỏng Ở bước này người dùng phải đơn giản hoá

sơ đồ công nghệ thực, bỏ đi những thiết bị không cần thiết, chuyển đổi các mô hình thực thành mô hình lý thuyết

Sau khi chương trình chạy và có kết quả (màu khoá của màn hình chuyển sang màu xanh) thì bước cuối cùng đó chính là đọc và phân tích kết quả của chương trình Vì

ngôn ngữ chính của chương trình là tiếng Anh, nên bảng báo cáo sẽ được trình bày bằng ngôn ngữ này Tuy nhiên không quá khó để đọc, điều quan trọng là người dùng sẽ phân tích và xử lý các thông tin có được từ bảng báo cáo Kết quả có phù hợp với các số liệu thực hay không, nếu sai thì mức độ sai số có chấp nhận được không, nguyên nhân nào dẫn tới sai số… tất cả đều phụ thuộc vào trình độ, vào kỹ năng người dùng

2.1 MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ THÁP C-02 CỦA NHÀ MÁY GGP

2.1.1 Vấn đề

Mô hình hóa tháp C-02 từ các dữ liệu thực nghiệm Từ đó thiết kế tháp này và

so sánh giữa kết quả của chương trình với số liệu thực tiễn Bằng mô hình tối ưu hóa của chương trình ra đĩa nạp liệu tối ưu sao cho công suất của nồi tái đun là nhỏ nhất Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ của dòng nguyên liệu lên chế độ vận hành của tháp

2.1.2 Các dữ liệu thực tế

Tháp C-02 có 30 đĩa thực, dạng đĩa van, có một thiết bị ngưng tụ ở đỉnh và một nồi tái đun dạng Kettle ở đáy Dòng nguyên liệu đi vào tháp có thành phần và điều kiện được cho ở bảng 2-1 Các yêu cầu phân tách được cho ở bảng 2-2 Điều kiện làm việc của tháp : áp suất đỉnh 11 bar và áp suất đáy là 11.5 bar

Cấu tử Phần mol

Bảng 2-2: Thành phần và điều kiện của nguyên liệu

2.1.3 Lập mô hình mô phỏng

Hình 2.1 : Mô hình mô phỏng và tối ưu tháp C-02

Hiệu suất tháp được lấy theo kinh nghiệm là 73%, vậy số đĩa lý thuyết của tháp tính cả bình ngưng tụ và nồi tái đun sẽ là : 30x0.73 + 2 = 24 đĩa Nồi tái đun sẽ

được mô phỏng đúng dạng kettle, bình ngưng tụ sẽ là dạng ngưng tụ một phần Đĩa nạp liệu là đĩa số 8

Hệ nhiệt động học được chọn là SRK Hình 2.1 là mô hình mô phỏng tháp chưng cất C-02

Đưa thêm mô hình Optimizer và cung cấp các điều kiện cần thiết

2.1.4 Kết quả mô phỏng và thiết kế

2.1.4.1 Kết quả của các dòng

Lưu lượng, kgmol/h 1473.4706 308.9442 1164.526

Bảng 2-3: Thành phần và điều kiện của các dòng

2.1.4.2Kết quả tổng quan cho tháp C-02

Tỷ số hồi lưu

Bảng 2-4: Tỷ số hồi lưu của tháp C-02

Mol Khối lượng Thể tích Dòng hồi lưu/ nguyên liệu

Dòng hồi lưu/dòng distillal

0.7087 0.8967

0.6698 0.9554

0.6843 0.9265

Lưu lượng Lỏng Hơi Nguyên liệu Sản phẩm Đĩa Nhiệt độ 0 C Áp suất ATM

KG-MOL/HR

Công suất nhiệt M*KJ/HR

1C 58.3 11.00 1041.7 1164.5V -17.9456

2 63.7 11.02 1029.1 2206.3

3 66.3 11.04 1018.1 2193.6

4 67.9 11.07 1006.4 2182.6

5 69.1 11.09 993.9 2170.9

6 70.2 11.11 980.8 2158.5

7 71.4 11.13 966.6 2145.4

8 72.6 11.15 948.7 2131.1

9 74.1 11.17 917.6 2113.2

10 76.5 11.20 1011.7 2082.2 266.4M

11 80.3 11.22 1603.3 1909.8 1207.0M

12 89.2 11.24 1632.2 1294.3

13 95.7 11.26 1650.8 1323.3

14 101.0 11.28 1658.3 1341.8

15 105.9 11.30 1660.4 1349.4

16 110.6 11.33 1662.8 1351.5

17 115.3 11.35 1668.9 1353.9

18 119.6 11.37 1678.6 1360.0

19 123.5 11.39 1688.9 1369.6

20 126.8 11.41 1695.8 1380.0

21 129.8 11.43 1693.4 1386.9

22 133.2 11.46 1671.9 1384.5

23 138.1 11.48 1610.7 1363.0

24R 147.4 11.50 1301.8 308.9L 27.1930

Bảng 2-5: Kết quả tổng quan cho tháp C-02

2.1.4.3 Kết quả thiết kế

Số liệu đưa vào:

-Dạng đĩa: đĩa van, 4 dòng 1 bước

-Khoảng cách các đĩa: 0.6096 m

Kết quả:

- Chương trình sẽ tính đường kính của mỗi đĩa và chọn đường kích tháp là đường kính lớn nhất của các đĩa D = 2.591 m

- Số van trên một đĩa: 470

- Đường kính van: 47.6250 mm

- Kích thước của ống chảy chuyền như sau:

+ ống chảy chuyền bên: 211.498 mm + ống chảy chuyển giữa: 157.233 mm + ống chảy chuyền lệch tâm: 176.044 mm Sau đó chương trình sẽ cập nhật các số liệu đã tính được và sẽ tính lại một số kích thước, cũng như hệ số ngập lụt, độ sụt áp của từng đĩa Kết quả nằm ở bảng báo cáo của chương trình

2.1.4.4 Kết quả tối ưu hóa

Chương trình đã cho kết quả đĩa nạp liệu tối ưu sẽ là đĩa số 10 (giá trị tính được là 10.29) Ngoài ra chương trình sẽ cho kết quả thiết kế ứng với trường hợp tối ưu

Kết quả chưa tối ưu Kết quả tối ưu

Công suất nồi tái đun (106 kcal/h) 6.8282 6.5070

Công suất thiết bị ngưng tụ (106 kcal/h) -4.6183 -4.2965

Kết quả thiết kế:

• Đường kính (mm)

• Số van trên một đĩa

• Bề rộng ống chảy chuyền (mm)

- ống chảy chuyền bên

- ống chảy chuyển giữa

- ống chảy chuyền lệch tâm

2591

470

211.498 157.233 176.044

2438

401

210.391 160.582 179.604 Bảng 2-6: Kết quả tối ưu hóa

* Nhận xét: Với đĩa nạp liệu là đĩa số 10 thì

- Nồi tái đun sẽ tiết kiệm được mỗi giờ 321200 kcal Đây là một con số tương đối lớn

- Tỷ số hồi lưu cũng giảm xuống còn 0.8967

- Các kết quả thiết kế cũng cho thấy sẽ tiết kiệm hơn trong việc thiết kế

2.1.4.5 Kết quả nghiên cứu mô hình

Dựa trên sự thay đổi một số thông số để nghiên cứu ảnh hưởng đến quá trình làm việc của tháp bằng chức năng Case Study của chương trình Kết quả như sau:

1 Aûnh hưởng của việc thay đổi đặc tính làm việc thứ hai (%C5 ở đáy) lên tỷ lệ hồi lưu và công suất của nồi tái đun như sau:

%mol C5 trong sản

phẩm đáy 0.57950 0.52950 0.47950 0.42950 0.37950 0.32950 Tỷ số hồi lưu 0.96376 0.64541 0.48349 0.35249 0.22124 0.03154 Công suất nồi tái đun

(106 kcal/h) 6.82860 5.35250 4.59090 3.95790 3.33010 2.44750 Bảng 2-7: Aûnh hưởng của việc thay đổi % C5 lên tỷ số hồi lưu và công suất reboiler

Qua bảng 2-7 ta thấy để hạn chế C5+ đi vào dòng distillat thì công suất nhiệt và tỷ lệ hồi lưu phải tăng lên rất nhiều Lấy ví dụ để tăng %C5 từ 0.5295 lên 0.5795 thì phải mất 1.4761 triệu kcal/h và tỷ số hồi lưu cũng tăng lên từ 0.64541 đến 0.96376

2 Aûnh hưởng của việc thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu lên công suất của thiết bị ngưng tụ và tỷ số hồi lưu

Nhiệt độ dòng

Tỷ số hồi lưu 0.96377 1.41310 1.62190 1.84070 2.08450 2.35280 Công suất thiết bị

ngưng tụ 106xkcal/h -4.6185 -6.7691 -7.7689 -8.8155 -9.9825 -11.267 Công suất nồi tái đun

(106 kcal/h) 6.82860 4.72370 4.25100 3.90720 3.61890 3.38950 Bảng 2-8: Aûnh hưởng lên tỷ số hồi lưu và công suất thiết bị ngưng tụ

Qua bảng 2-8 ta thấy khi nhiệt độ dòng nguyên liệu tăng thì lượng nhiệt cần cung cấp cho nồi tái đun sẽ giảm, nhưng bù lại sẽ cần phải tăng công suất của các thiết bị làm mát cho thiết bị ngưng tụ (có thể tận dụng nguồn nhiệt này) Và tỷ lệ hồi lưu cũng tăng khi nhiệt độ dòng nguyên liệu tăng

2.2 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN ADU

2.2.1 Vấn đề

Do yêu cầu và tình hình nhập khẩu dầu thô, nguyên liệu cho phân xưởng chưng cất dầu thô thay đổi Nguyên liệu cho phân xưởng trong thời gian tới sẽ là một loại dầu thô của Indonesia Vì vậy cần phải mô phỏng tháp chưng cất dầu thô nhằm tìm

ra các điều kiện vận hành chính xác, để đảm bảo công suất 120000 thùng/ngày ( Khoảng 19078.5 m3/ngày) Sản phẩm phải thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng thông qua các điểm xác định trên đường TBP và đường ASTM D-86

Nghiên cứu sự thay đổi công suất nhiệt khi tăng lượng sản phẩm Kerosen

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số lên mô hình

2.2.2 Nguyên liệu và sản phẩm

Dòng Lưu lượng Nước loại ra

Naptha Kerosen Diesel AGO Cặn khí quyển

Thiết bị ngưng tụ

Đĩa trên cùng (đĩa 2)

Vùng Flash (đĩa 18)

Đáy tháp

Tháp stripping kerosen

Tháp stripping diesel

Tháp stripping gasoil

1.379 bara 1.600 bara 1.875 bara 1.910 bara 1.826 bara 1.875 bara 1.930 bara

Dầu thô nguyên liệu có tính chất được phân tích thông qua đường TBP và các hợp phần nhẹ cho ở bảng 2-11 Dầu thô có độ API là 29.2

Đường TBP (760 mm Hg) Hợp phần nhẹ

C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5

0.1 0.2 0.3 0.7 0.5 1.2

Tổng : 3%

Tỷ trọng trung bình: 29.2 0API

Lưu lượng 5000 thùng/h

Nhiệt độ 233 0C

Aùp suất 14 psig (1.9785 bara)

Bảng 2-11: Dữ liệu về dầu thô đi vào lò ống

Overflash (thể tích) 0.03

Nhiệt độ thiết bị ngưng tụ 43.4 0C

Điểm 95% D86 của Naphtha 1710C

Điểm 95% D86 của Kerosen 271 0C

Điểm 95% D86 của Diesel 352 0C

Điểm 95% D86 của Gasoil 475 0C

Bảng 2-12: Các yêu cầu làm việc của tháp

2.2.3 Các điều kiện làm việc

Sơ đồ công nghệ và các điều kiện làm việc của tháp chưng cất thực được trình bày ở hình 2.2 Trên sơ đồ gồm có một tháp chính và ba tháp stripping Các tháp stripping sử dụng hơi nước để stripping Tháp chính bao gồm thiết bị ngưng tụ, không có reboiler mà thay vào đó là dòng hơi có công suất 10000 lb/h Tất cả các dòng hơi được dùng đều có điều kiện làm việc như nhau : 60 psig, 600 F (5.08 atm, 333.3 0C) Điều này là hợp lý với các phân xưởng thực, vì thường các dòng hơi đều được lấy từ một nguồn Tháp chính bao gồm 42 đĩa thực, có 3 dòng hồi lưu vòng Vị trí và các điều kiện của các dòng hồi lưu vòng được cho trên hình vẽ Vị trí các dòng lấy sản phẩm sườn cũng được cho trên hình vẽ

Hình 2.2 : Sơ đồ công nghệ và các điều kiện làm việc của phân xưởng thực

2.2.4 Dữ liệu và hệ nhiệt động học

Hệ nhiệt động được dùng là hệ Grayson-Streed, đây là tập hợp của nhiều phương pháp tính Hệ này phù hợp cho việc tính hệ số cân bằng K và entanpi cho các dự án mô phỏng chưng cất chân không và khí quyển Cũng có thể dùng hệ Braun K-10, nhưng hệ này tỏ ra phù hợp với các hệ chưng cất chân không hơn

Để có được kết quả mô phỏng chính xác đòi hỏi việc thiết lập các tính chất của dầu thô càng chính xác càng tốt Lỗi lớn nhất thường xuất hiện ở dòng cặn khí quyển, và có thể dẫn tới các kết quả tồi khi mô phỏng tháp chân không với dòng nguyên liệu là cặn khí quyển vừa tính được Các tính chất của dầu thô sẽ càng chính xác nếu có các dữ liệu về khối lượng phân tử và trọng lượng

Sau khi nhập các dữ liệu vào, chương trình sẽ tự động tạo ra một số lượng các cấu tử giả và cũng tự động tính điểm sôi, trọng lượng, khối lượng phân tử của chúng Các tính chất này sau đó sẽ được dùng để tính các tính chất cần thiết khác

Để bổ sung tính chính xác của đường TBP, nói cách khác là làm cho đường TBP có vẻ trơn tru hơn, tại điểm 3%V nhập giá trị điểm sôi 97 F của n-Pentan

Các dữ liệu về độ nhớt và độ dẫn nhiệt được tạo ra các dòng để sử dụng cho các phép tính khác Các phương pháp tính các tính chất vận chuyển được dùng là phương pháp theo sách API

2.2.5 Lập mô hình mô phỏng

Hình 2.3: Sơ đồ mô phỏng phân xưởng ADU Để lập được mô hình mô phỏng trên máy tính điều bắt buộc là phải có được số liệu về số đĩa lý thuyết tương ứng với số đĩa thực của tháp Để tìm được số đĩa lý thuyết có các phương pháp sau:

• Sử dụng hiệu suất tháp

• Sử dụng số đĩa lý thuyết đã được dùng trong các lần mô phỏng trước đó

• Thừa nhận số đĩa lý thuyết gấp đôi số đĩa cần thiết tối thiểu tìm được bằng mô hình shortcut

Trong phần mô phỏng này đã sử dụng kinh nghiệm sẵn có về hiệu suất của tháp Tuy nhiên hiệu suất tháp trong trường hợp này không đóng vai trò quan trọng bởi vì tháp chân không có thể được mô phỏng từ 18 đến 24 đĩa lý thuyết Hiệu suất tháp đã cho là 46.5% Từ đó có thể kết luận là số đĩa lý thuyết của tháp sẽ là: 42x43% ≅ 18 đĩa Các tháp stripping được thừa nhận là có số đĩa lý thuyết bằng 2, đây cũng là con số phù hợp với hầu hết các quá trình tính toán và mô phỏng cho tháp chưng cất

Thông thường nguyên liệu trước khi đưa vào tháp sẽ được đưa qua thiết bị gia nhiệt (thường là các lò đốt) Trong mô hình mô phỏng cũng có thể đưa vào để tính thiết bị gia nhiệt này Mặc dù Pro/II không có mô hình lò đốt, nhưng có thể mô phỏng lò đốt như là một đĩa lý thuyết đóng vai trò thiết bị gia nhiệt Nguyên liệu được xem là ở trạng thái lỏng ở áp suất thiết lập của Flash Zones, để đảm bảo không có quá trình bay hơi xảy ra và toàn bộ nguyên liệu sẽ nằm trên đĩa nạp liệu Công suất của lò đốt sẽ được tính để thỏa mãn lượng lỏng xác định quay trở lại Flash Zones

Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ được xem như một đĩa lý thuyết thì tháp sẽ có 18+2=20 đĩa lý thuyết

Các đặc tính làm việc ở đây bao gồm: 1 đặc tính làm việc của tháp chính, và 3 đặc tính làm việc cho các tháp stripping Các đặc tính đó (SPEC) sẽ thể hiện qua chất lượng sản phẩm đã nêu ở bảng 2-12, thường thì thiết lập bằng điểm 95% sẽ cho kết quả hội tụ tốt Nếu ở phần đầu của đường cong có sự khác biệt lớn thì nên nhập các điểm 5% vào Các biến (VARY) để thỏa mãn các đặc tính là: công suất của thiết bị ngưng tụ và lưu lượng các dòng sản phẩm sườn của tháp chính

Lưu lượng của các dòng hồi lưu vòng được tính để thỏa mãn công suất làm lạnh mong muốn và nhiệt độ trả về

Khi thiết lập công suất nhiệt của các thiết bị làm lạnh sườn, cần phải lưu ý đến giá trị công suất dựa trên lưu lượng của dòng hồi lưu vòng đo được Có nhiều lỗi không chính xác gây ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng, và nếu quá trình làm lạnh quá nhiều sẽ dẫn tới việc làm khô dòng lỏng đang chảy từ đĩa phía trên xuống thiết

bị làm lạnh Khi có quá trình làm khô xảy ra sẽ dẫn tới lỗi trong trình tự tính toán, điều này phản ánh các lỗi xảy ra trong quá trình vận hành tháp thực Nếu công suất của dòng hồi lưu vòng không có sẵn, chúng sẽ được tính để thỏa mãn lượng lỏng quay lại đã định Mô hình ước tính (IEG) được dùng ở đây là REFINERY

Vì nhiệt độ của dòng dầu đi ra từ lò đốt thì không bằng với nhiệt độ của Flash Zones Để tính nhiệt độ của lò đốt ta đưa thêm vào thiết bị Flash, và thiết lập công suất của thiết bị này như là công suất đã tính được của lò đốt Và sơ đồ công nghệ mô phỏng sẽ giống như hình 2.3

2.2.6 Kết quả và phân tích kết quả

Ở đây chỉ trình bày các kết quả tóm tắt, kết quả cụ thể xin xem trong bản báo cáo của chương trình kèm theo đĩa Kết quả cụ thể bao gồm rất nhiều thông tin như: Thành phần và tính chất của các dòng , cân bằng vật chất của tháp, số liệu về đường TBP và ASTM của các dòng, cân bằng lỏng hơi tại mỗi đĩa… và các kết quả cụ thể khác tùy vào định dạng của người dùng

Nguyên liệu trước khi vào lò đốt

Nguyên liệu sau khi vào lò đốt

Naptha Kerosen Diesel AGO Cặn

Lưu lượng,

kgmol/h 2968.2594 2968.3 1302.207 461.8209 302.859 335.5965 581.2605

Nhiệt độ, oC 232.22 379.64 43.33 194.01 267.26 342.08 373.37 Aùp suất, atm 1.95 1.85 1.36 1.8 1.85 1.91 1.88 Khối lượng

Bảng 2-13 : Lưu lượng và tính chất của dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm

Chương trình tạo ra 39 cấu tử giả, từ cấu tử NBP 44 đến cấu tử NBP 842 (NBPXXX: chỉ điểm sôi thường) Thành phần các cấu tử này trong từng dòng đều được tính nhưng do quá dài nên không được trình bày ở đây Chi tiết xin xem bảng báo cáo

1 Kết quả của thiết bị flash drum dòng nguyên liệu

Số liệu đầu vào Giá trị tính

Nhiệt độ, C 379.73

Aùp suất, ATM Định nghĩa 1.85

Độ sụt áp, ATM 1.0207E-01

Công suất, M*KCAL/HR Định nghĩa 78.1485

Bảng 2-14 : Kết quả của thiết bị bay hơi dòng nguyên liệu

2 Kết quả của tháp chưng cất

Lưu lượng Lỏng Hơi Nguyên

liệu

Sản phẩm Đĩa Nhiệt độ 0 C Aùp suất ATM

Bảng 2-15 :Kết quả tổng quan cho tháp chưng cất

Kết quả tính cho dòng hồi lưu vòng

Đĩa Nhiệt độ 0 C Phần lỏng Lưu lượng

Từ Đến Từ Đến Từ Đến KG-MOL/HR K*KG/HR STD M3/HR

14 13 318.6 232.2 1.0000 1.0000 652.09 179.012 203.70

10 9 248.0 154.4 1.0000 1.0000 1116.24 224.228 267.38

3 2 155.9 79.4 1.0000 1.0000 2334.91 304.105 388.75

Bảng 2-16: Kết quả các dòng hồi lưu vòng

4 Số liệu về đường TBP của nguyên liệu và sản phẩm

%LV AGO DIESEL FEED KEROSEN NAPHTHA 1A

Hình 2.4 : Đường TBP cho nguyên liệu và sản phẩm

2.2.7 Kết quả khi tăng lượng Kerosen

Sau khi đã thành lập được mô hình mô phỏng và đã so sánh với số liệu thực tiễn, kết luận cho thấy là mô hình tỏ ra phù hợp với các điều kiện thực Từ đó ta có thể thực hiện việc thay đổi các thông số mô hình để áp dụng vào thực tiễn hay để nghiên cứu tính kinh tế của việc thay đổi đó

Dưới đây sẽ thực hiện việc thay đổi thông số nhằm gia tăng lượng sản phẩm kerosen Vấn đề đặt ra ở đây đó là do yêu cầu và giá cả của gasoil và nhiên liệu phản lực thay đổi, giám đốc nhà máy quyết định gia tăng sản lượng kerosen và giảm lượng naptha Trước khi thực hiện thay đổi ở phân xưởng, bộ phận kinh tế cần các số

Nguyên liệu

AGO Diesel Kerosen Naphtha