Nghiên cứu, mô phỏng công nghệ sản xuất dung dịch phụ gia formaldehyde của phân xưởng UFC85 formaldehyde nhà máy đạm phú mỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DUNG DỊCH PHỤ GIA FORMALDEHYDE CỦA PHÂN XƯỞNG UFC85/FORMALDEHYDE NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Trình độ đào tạo : Đại học quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu Cán hướng dẫn: ThS Hoàng Mạnh Hùng KS Nguyễn Thanh Phương Sinh viên thực hiện: Lý Hoàng Thanh MSSV: 12030205 Lớp: DH12HD Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2016 Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN PHÂN XƯỞNG UFC85/FORMALDEHYDE NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ, NGUYÊN LIỆU MEOH VÀ SẢN PHẨM FORMALDEHYDE, UFC85 1.1 Tổng quan phân xưởng UFC85/Formaldehyde Nhà máy Đạm Phú Mỹ [1] 1.1.1 Tổng quan Nhà máy Đạm Phú Mỹ phân xưởng UFC85/Formaldehyde 1.1.2 Vai trò phân xưởng UFC85/Formaldehyde 1.1.3 Công nghệ phân xưởng UFC85/Formaldehyde 1.2 Tổng quan nguyên liệu sản xuất 1.2.1 Tổng quan nguyên liệu MeOH [2] 1.2.1.1 Tính chất vật lý 1.2.1.2 Tính chất hóa học 1.2.1.3 Ứng dụng MeOH 1.2.1.4 Phương pháp sản xuất MeOH 1.2.2 Tổng quan sản phẩm Formaldehyde [3] 10 1.2.2.1 Giới thiệu 10 1.2.2.2 Tính chất vật lý .10 1.2.2.3 Tính chất hóa học 11 1.2.2.4 Ứng dụng Formaldehye 11 1.2.3 Các phương pháp sản xuất Formaldehyde 14 1.2.4 Công nghệ sản xuất Formaldehyde [3], [4],[5] 15 1.2.4.1 Công nghệ dehydro hóa oxy hóa đồng thời MeOH 15 1.2.4.2 Công nghệ oxy hóa MeOH thành Formaldehyde 17 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ THIẾT KẾ, CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP DUNG DỊCH FORMALDEHYDE TỪ MEOH CỦA PHÂN XƯỞNG FORMALDEHYDE/UFC85 NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 20 2.1 Thông số thiết kế sở 20 2.1.1 Nguyên liệu 20 2.1.1.1 Nguyên liệu MeOH [6] 20 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang i Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP 2.1.1.2 Dung dịch Urê [6] 21 2.1.1.3 Nước nguyên liệu [7] 22 2.1.1.4 Dòng thấp áp [7] .22 2.1.1.5 Dòng HTO 22 2.1.1.6 Xúc tác sử dụng 23 2.1.2 Sản phẩm phân xưởng [6] 23 2.1.2.1 Sản phẩm Formaldehyde 23 2.1.2.2 Sản phẩm UFC85 24 2.1.3 Nghiên cứu chế tổng hợp Formaldehyde 25 2.1.3.1 Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde [8] 25 2.1.3.2 Động học trình tổng hợp Formaldehyde [4],[9] 26 2.1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp Formaldehyde 27 2.1.4 Sơ đồ khối trình sản xuất xưởng Fomaldehyde/UFC85 29 2.1.5 Sơ đồ khối 29 2.1.6 Thuyết minh sơ đồ khối công nghệ 29 2.2 Quy trình công nghệ PFD 30 2.2.1 Sơ đồ công nghệ [10] 30 2.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ [7] 31 2.3 Các thiết bị phân xưởng 33 2.3.1 Cụm chuẩn bị nguyên liệu [11] 33 2.3.2 Cụm tiền gia nhiệt 33 2.3.2.1 Thiết bị hóa MeOH, 20-E-2101-1,2 [12] 34 2.3.2.2 Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102 [13] 36 2.3.2.3 Thiết bị làm nguội (After Cooler 20-E-2104) [13] 38 2.3.3 Cụm thiết bị phản ứng [14] 40 2.3.4 Cụm thiết bị hấp thụ [15],[16] 43 CHƯƠNG THIẾT LẬP MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT FORMALDEHYDE PHÂN XƯỞNG UFC85/FORMALDEHYDE NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 47 3.1 Phương pháp luận xây dựng sơ đồ mô 47 3.2 Giới thiệu Aspen Hysys [17] 48 3.3 Nghiên cứu, mô phân xưởng UFC85/Formaldehyde nhà máy Đạm Phú Mỹ phần mềm Aspen Hysys 49 3.4 Xây dựng trường hợp mô công nghệ sản xuất phân xưởng UFC85/Formaldehyde 50 3.4.1 Thiết lập hệ nhiệt động (Fluid Package) 50 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang ii Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP 3.4.2 Thông số thiết lập đầu vào ban đầu phân xưởng 52 3.4.3 Thiết lập dòng vật chất cấu tử hệ 53 3.4.4 Thiết lập thiết bị trao đổi nhiệt 55 3.4.4.1 Thiết bị phản ứng 20-E-2101 55 3.4.4.2 Các thiết bị trao đổi nhiệt khác 55 3.4.5 Thiết lập phản ứng thiết bị phản ứng [17], [18] 56 3.4.6 Tháp hấp thụ Formaldehyde [19] 60 3.4.7 Công cụ lô-gic Recycle 61 3.4.8 Kết mô 63 3.4.9 Nhận xét so sánh kết mô thu 64 3.4.9.1 Cân vật chất cụm chuẩn bị nguyên liệu 64 3.4.9.2 Cân vật chất cụm gia nhiệt nguyên liệu 65 3.4.9.3 Cân vật cụm thiết bị phản ứng 66 3.4.9.4 Cân vật chất cụm thiết bị hấp thụ .67 3.4.9.5 Nhận xét kết thu .71 3.4.9.6 Cân lượng 72 3.4.9.7 Thông số thiết kế thiết bị sơ đồ công nghệ .73 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang iii Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lý MeOH Bảng 1.2 Tính chất vật lý Formaldehyde 10 Bảng 1.3 So sánh đặc điểm phương pháp chuyển hóa 19 Bảng 2.1 Tiêu chuẩn MeOH nguyên liệu 20 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn hạt Urê nguyên liệu 21 Bảng 2.3 .Tiêu chuẩn dung dịch Urê 71% dùng phân xưởng 21 Bảng 2.4 Tiêu chuẩn nước khử khoáng 22 Bảng 2.5 Tính chất dòng dầu HTO 22 Bảng 2.6 Xúc tác sử dụng phân xưởng 23 Bảng 2.7 Tiêu chuẩn Formaldehyde sản phẩm 23 Bảng 2.8 Tiêu chuẩn UFC85 sản phẩm 24 Bảng 2.9 Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde 25 Bảng 2.10 Danh mục thiết bị 32 Bảng 2.11 Tiêu chuẩn thiết kế lắp đặt bồn chứa MeOH 33 Bảng 2.12 Thông số thiết bị hóa MeOH 20-E-2101,1 34 Bảng 2.13 Thông số thiết bị hóa MeOH 20-E-2101,2 35 Bảng 2.14 Thông số thiết bị gia nhiệt khí đầu vào 20-E-2102 37 Bảng 2.15 Thông số thiết bị làm nguội 20-E-2104 38 Bảng 2.16 Thông số thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-E-2101 [13] 42 Bảng 2.17 Thông số tháp hấp thụ Formaldehyde 20-T-2101 [14] 45 Bảng 3.1 Các hệ nhiệt động đề xuất cho trình mô 50 Bảng 3.2 Thông số thiết kế đầu vào phân xưởng 52 Bảng 3.3 Thành phần dòng nguyên liệu MeOH 53 Bảng 3.4 Thành phần dòng không khí 54 Bảng 3.5 Thành phần dòng khí hoàn lưu 54 Bảng 3.6 Cân vật chất cụm chuẩn bị nguyên liệu 65 Bảng 3.7 Cân vật chất cụm thiết bị phản ứng Formaldehyde 67 Bảng 3.8 Cân vật chất cụm thiết bị hấp thụ 68 Bảng 3.9 Bảng so sánh dòng sản phẩm Formalin thu 71 Bảng 3.10 So sánh hiệu suất chuyển hóa 71 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang iv Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Bảng 3.11 Bảng so sánh lưu lượng nước sử dụng Tháp hấp thụ 72 Bảng 3.12 Bảng so sánh lưu lượng khí hoàn lưu đỉnh tháp 72 Bảng 3.13 Cân nhiệt sử dụng phân xưởng sản xuất Formaldehyde 72 Bảng 3.14 Thông số thiết bị phản ứng Formaldehyde 73 Bảng 3.15 Thông số tháp hấp thụ Formaldehyde 73 Bảng 3.16 Thông số thiết bị trao đổi nhiệt 74 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang v Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ phân xưởng Nhà máy đạm Phú Mỹ Hình 1.2 Một góc phân xưởng UFC85/Formaldehyde Hình 1.3 Tổng quan công nghệ xưởng Formaldehyde/UFC85 Hình 1.4 Ứng dụng MeOH Hình 1.5 Nhựa polyme Urea-Formaldehyde 12 Hình 1.6 Cấu trúc hạt nhựa tổng hợp Phenol-Formaldehyde 13 Hình 1.7 Cấu trúc polyme Trimetilolmelamin-Formaldehyde 13 Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ tổng hợp Formaldehyde theo trình BASF 16 Hình 1.9 Sơ đồ công nghệ oxy hóa MeOH thành Formaldehyde – Quá trình Formol 18 Hình 2.1 Xúc tác FK-2 28 Hình 2.2 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Formaldehyde 29 Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ phân xưởng UFC85/Formaldehyde 30 Hình 2.4 Sơ đồ PFD tháp hấp thụ 31 Hình 2.5 Thiết bị hóa MeOH 20-E-2101 34 Hình 2.6 Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102 37 Hình 2.7 Thiết bị làm nguội 20-E-2104 39 Hình 2.8 Cấu trúc thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-E-2101 41 Hình 2.9 Tháp hấp thụ Formaldehyde 20-T-2101 44 Hình 3.1 Giao diện mô phần mềm Hysys 49 Hình 3.2 Sơ đồ lựa chọn mô hình nhiệt động 51 Hình 3.3 Tính chất dòng không khí, MeOH (Trích xuất từ Hysys) 54 Hình 3.4 Sơ đồ mô thiết bị 20-E-2101 55 Hình 3.5 Thiết lập mô thiết bị 20-E-2102 56 Hình 3.6 Mô hình hóa phản ứng dạng PFR 57 Hình 3.7 Vận tốc phản ứng mặt cắt dV 57 Hình 3.8 Thiết lập mô hình thiết bị phản ứng 59 Hình 3.9 Thiết lập tiêu chuẩn chạy tháp 60 Hình 3.10 Mô hình mô tháp hấp thụ 61 Hình 3.11 Công cụ Recycle trình mô 61 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang vi Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Hình 3.12 Trường hợp mô công nghệ sản xuất dung dịch Formaldehyde 37% 63 Hình 3.13 Sơ đồ mô cụm chuẩn bị nguyên liệu 64 Hình 3.14 Sơ đồ mô cụm gia nhiệt nguyên liệu 66 Hình 3.15 Kết thu từ mô hình mô PFR 66 Hình 3.16 Kết mô tháp hấp thụ 68 Hình 3.17 Sự thay đổi T, P theo chiều cao tháp 69 Hình 3.18 Dữ liệu thông số biến thiên theo chiều cao tháp 70 Hình 3.19 Biến thiên nồng độ cấu tử theo chiều cao tháp 70 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang vii Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Chú thích STT Số thứ tự kl Khối lượng tt Thể tích BFW (Boiler Feed Water) Nước cấp lò PFR (Plug Flow Reactor) Dạng thiết bị phản ứng đẩy HTO (Heat Transfer Oil) Dòng dầu nóng LPS ( Low Pressure Steam) Dòng thấp áp MeOH Methanol UFC85 Dung dịch Urê-Formaldehyde 10 Formaldehyde Formanđêhyt 11 RON Chỉ số Octane nghiên cứu 12 MTBE Phụ gia tăng số RON, methylter-butyl ether 13 PVFCCo Tổng Công ty hóa chất Phân bón Dầu khí Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang viii Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP LỜI CẢM ƠN  Lời em xin gửi lời cám ơn chân thành đến anh, chị Phòng Công nghệ Lọc dầu thuộc Trung tâm NC&PT Chế biến Dầu khí (PVPro) tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em kiến thức quý báu để thực đề tài Cảm ơn quý thầy, cô khoa Hóa Học Công Nghệ Thực Phẩm, trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu dạy dỗ truyền đạt kiến thức hữu ích để giúp em trang bị kiến thức cần thiết thời gian em học tập trường Xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô hôi đồng chấm đồ án tốt nghiệp dành chút thời gian quý báu để đọc đưa lời nhận xét giúp em hoàn thiện đồ án Cám ơn gia đình bạn bè tiếp thêm niềm tin, nghị lực giúp đỡ suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016 SVTH Lý Hoàng Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang ix Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP 3.4.8 Kết mô Hình 3.12 Trường hợp mô công nghệ sản xuất dung dịch Formaldehyde 37% Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 63 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP 3.4.9 Nhận xét so sánh kết mô thu Trong phần này, tác giả tiến hành tính toán đưa cân vật chất, cân lượng, qua so sánh kết mô thu từ phần mềm Hysys so với kết thực tế vận hành phân xưởng Formaldehyde/UFC85, từ đó, đưa kết luận số hiệu chỉnh để tiến tới tối ưu, xem xét công nghệ sản xuất xưởng 3.4.9.1 Cân vật chất cụm chuẩn bị nguyên liệu Sơ đồ mô cụm trao đổi nhiệt thể Hình 3.13 Hình 3.13 Sơ đồ mô cụm chuẩn bị nguyên liệu Cân vật chất dòng công nghệ cụm chuẩn bị nguyên liệu sau Không khí Khí toàn hoàn MeOH Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 CỤM CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU Hơi nguyên liệu Trang 64 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Cân vật chất thiết bị dòng công nghệ thể chi tiết Bảng 3.6 Bảng 3.6 Cân vật chất cụm chuẩn bị nguyên liệu Dòng Không khí Khí tuần hoàn MeOH Phần pha 1,00 1,00 0,00 Nhiệt độ (°C) 38,00 37,00 30,15 Áp suất (barG) 0,02 0,07 3,2 Lưu lượng mol (kmol/h) 3.440 6.793 41,59 Lưu lượng khối lượng (kg/h) 4.320 8.404 1.331 Lưu lượng thể tích (m3/h) 4,97 10,09 1,672 CH3OH 0,0000 0,0000 0,9973 O2 0,1963 0,0720 0,0000 HCHO 0,0000 0,0001 0,0000 H2O 0,0648 0,0580 0,0027 Axit Fomic 0,0000 0,0000 0,0000 CO 0,0000 0,0000 0,0000 N2 0,7386 0,8696 0,0000 Đimetyl-ete 0,0000 0,0000 0,0000 DTRM-A 0,0000 0,0000 0,0000 CO2 0,0003 0,0004 0,0000 Mô tả Thành phần, phần mol 3.4.9.2 Cân vật chất cụm gia nhiệt nguyên liệu Đối với cụm gia nhiệt nguyên liệu, đại lượng cần quan tâm giá trị công suất nhiệt dòng nóng/dòng lạnh thiết bị trao đổi nhiệt Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 65 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Hình 3.14 Sơ đồ mô cụm gia nhiệt nguyên liệu Các thông số dòng công nghệ thể phần cân lượng phân xưởng trình bày mục 3.4.9.3 Cân vật cụm thiết bị phản ứng Kết thu từ mô hình mô PFR thiết bị phản ứng 20-R-2101 thể sau Hình 3.15 Kết thu từ mô hình mô PFR Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 66 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Dòng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng hỗn hợp ba dòng MeOH, không khí dòng khí hồi lưu Sản phẩm từ thiết bị gồm phần MeOH chuyển hóa thành sản phẩm Formaldehyde, nguyên liệu chưa phản ứng sản phẩm phụ trình Bảng 3.7 Cân vật chất cụm thiết bị phản ứng Formaldehyde Dòng Nguyên liệu vào Hỗn hợp sản phẩm Phần pha 1,00 1,00 Nhiệt độ (°C) 209,00 293,87 Áp suất (barG) 0,43 0,27 Lưu lượng mol (kmol/h) 11.166 11.631 Lưu lượng khối lượng (kg/h) 14.056 14.056 Lưu lượng thể tích (m3/h) 16,73 16,83 -2.906.018 -4.096.235 CH3OH 0,083 0,000 O2 0,104 0,060 HCHO 0,000 0,080 H2O 0,055 0,133 Axit Fomic 0,000 0,000 CO 0,000 0,000 N2 0,757 0,726 Đimetyl-ete 0,000 0,000 DTRM-A 0,000 0,000 CO2 0,000 0,000 Mô tả Dòng nhiệt (kcal/h) Thành phần, phần mol 3.4.9.4 Cân vật chất cụm thiết bị hấp thụ Mô hình tháp hấp thụ kết hoạt động tháp thể Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 67 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Hình 3.16 Kết mô tháp hấp thụ Cân vật chất tháp sau: Bảng 3.8 Cân vật chất cụm thiết bị hấp thụ Dòng 13 Nước Vapor Liq_Prod Phần pha 1,00 0,00 1,00 0,00 Nhiệt độ (°C) 130,03 45,00 37,09 68,55 Áp suất (barG) 0,22 8,20 0,07 0,22 11.631 1.448 9.718 3.361 (kg/h) 14.056 1.164 12.020 3.199 Lưu lượng thể tích (m3/h) 405.226 27.992 346.510 86.708 -4.743.866 -4.375.963 -1.432.054 -8.616.813 Mô tả Lưu lượng mol (kmol/h) Lưu lượng khối lượng Dòng nhiệt (kcal/h) Phần mol Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 68 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Dòng Khoa Hóa Học CNTP 13 Nước Vapor Liq_Prod CH3OH 0,000 0,000 0,000 0,000 O2 0,060 0,000 0,072 0,000 HCHO 0,080 0,000 0,000 0,389 H2O 0,133 1,000 0,058 0,611 Axit Fomic 0,000 0,000 0,000 0,000 CO 0,000 0,000 0,000 0,000 N2 0,726 0,000 0,869 0,000 Đimetyl-ete 0,000 0,000 0,000 0,000 DTRM-A 0,000 0,000 0,000 0,000 CO2 0,000 0,000 0,000 0,000 Ngoài ra, để hiểu rõ biến thiên thông số hoạt động tháp, tác giả tiến hành trích xuất liệu về:  Sự biến thiên liệu áp suất, nhiệt độ vận hành tháp theo chiều cao tháp (thể qua vị trí đĩa) Hình 3.17 Sự thay đổi T, P theo chiều cao tháp Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 69 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP  Đường cong thể biến thiên nhiệt độ áp suất vận hành tháp theo thay đổi số đĩa tháp Hình 3.18 Dữ liệu thông số biến thiên theo chiều cao tháp  Dữ liệu biến thiên thành phần cấu tử theo vị trí đĩa tính từ đáy tháp hấp thụ Hình 3.19 Biến thiên nồng độ cấu tử theo chiều cao tháp Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 70 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP 3.4.9.5 Nhận xét kết thu Quá trình mô tiến hành theo số liệu vẽ PFD phân xưởng, nên số liệu kết mô so với thực tế tương đối xác, nhiên có sai số định trình mô Nguyên nhân chọn số thiết bị mô chưa sát với thực tế thiết bị phản ứng, chưa thể khai báo hết phản ứng phụ khác Cách tính toán sai số kết mô sau : ε sai số kết mô kết thực tế KQmp kết thu từ mô hình mô KQtt thông số, điều kiện thực tế  KQ mp  KQtt KQtt  100% Bảng 3.9 Bảng so sánh dòng sản phẩm Formalin thu So sánh KQtt KQmp ε C 40,00 40,00 0,00% barG 5,00 5,00 0,00% kg/h 3.158 3.199 +1,30% %kl 37,00 62,86 38,92 61,08 +4,90% -2,80% Đơn vị o Trạng thái Lưu lượng Formalin Thành phần HCHO H2O Ghi Dấu âm (-): Kết mô thấp kết PFD; Dấu dướng (+): Kết mô lớn kết PFD Bên cạnh việc đánh giá kết chuyển hóa thiết bị phản ứng 20-R-2101 quan trọng, thiết bị rút hiệu suất chuyển hóa dòng lưu chất Bảng 3.10 So sánh hiệu suất chuyển hóa So sánh Đơn vị KQtt KQ mp ε C 130 131 1,00% barG 0.22 0.22 0,00% kg/h 11651 11630 -0,18% 100 +0,40% o Trạng thái Lưu lượng Hiệu suất chuyển hóa Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 71 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP % MeOH 99,6 O2 44,1 -3,30% 45,6 Ngoài ra, yếu tố định tính chất dòng sản phẩm Formaldehyde dòng nước nguyên liệu thêm vào đỉnh tháp hiệu suất tháp hấp thụ xem qua lưu lượng dòng khí off-gas hoàn lưu Bảng 3.11 Bảng so sánh lưu lượng nước sử dụng Tháp hấp thụ So sánh KQtt KQmp ε C 45 45 0,00% barG 8,20 8,20 0,00% kg/h 1164 1164 0,00% Đơn vị o Trạng thái Lưu lượng Bảng 3.12 Bảng so sánh lưu lượng khí hoàn lưu đỉnh tháp So sánh KQtt KQmp ε C 37 37,10 +0,26% barG 0,07 0,07 0,00% kg/h 9754 9718 -0,36% Đơn vị o Trạng thái Lưu lượng 3.4.9.6 Cân lượng Các thiết bị sử dụng lượng (nhiệt năng, điện năng) phân xưởng sản xuất Formaldehyde từ MeOH bao gồm:  Các thiết bị trao đổi nhiệt : Thiết bị gia nhiệt, thiết bị làm mát;  Máy nén khí;  Các máy bơm Cân lượng phân xưởng sau: Bảng 3.13 Cân nhiệt sử dụng phân xưởng sản xuất Formaldehyde Thông số Thiết bị gia nhiệt 20-E-2101A 20-E-2101B 20-E-2102 0,21 0,189 1,92 Dòng nhiệt (Gcal/h) Thiết bị làm mát 20-E-2104 20-E-2204 0,647 0,082 Dòng nhiệt (Gcal/h) Máy nén 20-K-2101 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 72 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Dòng nhiệt (Gcal/h) Khoa Hóa Học CNTP 0,16 3.4.9.7 Thông số thiết kế thiết bị sơ đồ công nghệ 3.4.9.7.1 Thiết bị phản ứng Formaldehyde Thiết bị phản ứng Formaldehyde có nhiệm vụ chuyển hóa lượng nguyên liệu thô MeOH ban đầu với có mặt oxy không khí xúc tác thành sản phẩm mong muốn Formaldehyde Các thông số cấu tạo thiết bị phản ứng Formaldehyde trình bày Bảng 3.14 Bảng 3.14 Thông số thiết bị phản ứng Formaldehyde STT Thông số Giá trị Thể tích chứa, (m3) 5.850 Chiều dài, (m) 1,903 Đường kính, (m) 2,670 Số ống 5.490 Chiều dày, (m) 0,02 3.4.9.7.2 Thiết bị hấp thụ Formaldehyde Thiết bị hấp thụ Formaldehye có nhiệm vụ hấp thụ phần Formaldehyde từ đáy tháp Quá trình sử dụng nước làm dung môi hấp thụ, dòng lỏng nhập liệu từ đỉnh tháp, tiếp xúc với dòng khí Formaldehyde từ đáy tháp lên qua đĩa hấp thụ Các thông số cấu tạo tháp hấp thụ Formaldehyde trình bày Bảng 3.15 Bảng 3.15 Thông số tháp hấp thụ Formaldehyde STT Thông số Kiểu đĩa Số đĩa Giá trị Van 21,0 3 Thể tích đĩa, (m ) 0,88 Khoảng cách đĩa (m) 0,5 Đường kính (m) 1,5 Số path 1,0 Chiều cao gờ chảy tràn (m) 0,5 Sự giữ chất lỏng tháp, (m3) Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 0,008 Trang 73 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP Hệ số chảy qua đĩa 1,2 3.4.9.7.3 Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt phân xưởng có nhiều chức khác nhau, bao gồm gia nhiệt dòng nguyên liệu ban đầu, nâng cao nhiệt độ lên nhiệt độ phản ứng sau làm lạnh nhanh sản phẩm nhằm tránh tượng phân hủy sản phẩm nhiệt độ cao Các thông số cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt phân xưởng trình bày Bảng 3.16 Bảng 3.16 Thông số thiết bị trao đổi nhiệt STT Thông số Hình dạng Số path vỏ Số path ống vỏ Đường kính vỏ, m Số ống vỏ Đường kính ống, m Đường kính ống, m Chiều dày ống, m Chiều dài ống, m Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Giá trị Nằm ngang 0,739 160,0 0,020 0,016 0,002 6,000 Trang 74 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP KẾT LUẬN Trong phạm vi Đề tài tác giả dùng phần mềm chuyên dụng Hysys để thiết kế mô công nghệ sản xuất Formaldehyde từ MeOH, thông số trình sau: - Công suất xưởng sản xuất: 25.000 tấn/năm Formalin 37%; - Dạng thiết bị phản ứng: tầng xúc tác cố định; - Thông số thiết bị phản ứng: Nhiệt độ 285oC; Áp suất 0,43 barG; - Hấp thụ sản phẩm dung môi nước Tác giả tiến hành thiết kế, xây dựng phân xưởng công nghệ sản xuất Formaldehyde thiết lập trường hợp mô phần mềm Hysys để mô trình sản xuất Formaldehyde từ MeOH sử dụng số liệu phân xưởng UFC85/Formaldehyde Nhà máy Đạm Phú Mỹ, số liệu mô thu từ trường hợp mô đáp ứng mục tiêu nghiên cứu, thiết kế xem xét thông số ảnh hưởng đến trình oxy hóa MeOH tạo sản phẩm Formaldehyde trình hấp thụ tháp hấp thụ Formaldehyde Từ số liệu phân tích trên, nhóm tác giả rút số kết luận sau: - Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ sản xuất, thông số thiết kế, vận hành thiết bị phân xưởng tổng hợp Formaldehyde từ MeOH; - Tính toán cân vật chất lượng thiết bị trình ; - Mô hình hóa xây dựng trường hợp mô thiết lập từ việc tìm hiểu tài liệu, tạp chí khoa học công bố, công nghệ liên quan đến tổng hợp Formaldehyde sửa đổi để phù hợp với thông số thiết bị Nhà máy; - Mô hình hóa trình cho phép đánh giá hiệu suất, tính chất sản phẩm Đây sở quan trọng nhằm kiểm tra lại lý thuyết trình oxy hóa MeOH tạo Formaldehyde có sử dụng xúc tác xem xét, tối ưu công nghệ khả áp dụng cho thực tế sản xuất công nghiệp; - Về bản, việc xây dựng mô hình hóa có nhiều điều chỉnh, bổ sung so với thông tin từ tài liệu thu thập được, kết tỷ số đại lượng trình không thay đổi nhiều so với kết thực nghiệm công bố Mặt khác, phần mềm Hysys thường sử dụng để mô trình sản xuất công Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 75 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP nghiệp, đó, việc điều chỉnh hoàn toàn hợp lý, tăng tính thuyết phục ứng dụng Chuyên đề; - Một số vấn đề chưa hoàn thiện trình nghiên cứu, xây dựng trường hợp mô công nghệ phân xưởng Formaldehyde/UFC85:  Chưa mô trình sản xuất dung dịch UFC85 với dung môi hấp thụ dung dịch Urê phần mềm Hysys công cụ hỗ trợ tạo trình hòa tan vật lý, khuấy trộn…Trong thực tế, sử dụng phần mềm Aspen Plus để mô trình này;  Quá trình mô thiết bị phản ứng chưa mô lớp xúc tác sử dụng, chế phản ứng phụ xảy thiết bị…;  Chưa mô số trình dòng dầu gia nhiệt, vòng tuần hoàn dòng nhiệt dầu nóng Có thể sử dụng phần mềm hỗ trợ mô động Pro/II, DynSim, Hysys Dynamic để mô lại trình Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 76 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học CNTP TÀI LIỆU THAM KHẢO (PVFCCo), P.F.C.C., Operating Manual for UFC85/Formaldehyde Plant Project 2014 Zhiyuan Zhang, Z.H., Combustion characteristics of methanol–air and methanol–air–diluent premixed mixtures at elevated temperatures and pressures 2009 29(13) Gunther Reuss, W.D.A.O.G., Formaldehyde BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen, Federal Republic of Germany, 2008 BALKAN, P.D.H.F.A.P.D.F., Project: Pormalin Production 2008 Phạm Thanh Huyền, N.H.L.-T.Đ.H.B.K.H.N., Công Nghệ Tổng Hợp Hữu Cơ Hóa Dầu Nhà Xuất Bản Khoa Học & Kỹ Thuật, 2006: p 167 (PVFCCo), P.F.C.C., Design Basis for UFC85/Formaldehyde Plant Project 2014 (PVFCCo), P.F.C.C., Process Description for UFC85/Formaldehyde Plant Project 2015 Sukunya Arreeyah, P.K., Formaldehyse synthetic simulation of a fixed bed reactir over silver catalyst 2014 Volume-2 Ruhul Amin, N.I., Rezwanul Islam, Simulation of Formaldehyde Production Process 2008 10 Ltd., P.F.C.C.P.T.V.C., Process Flow Diagram (AF 37) for Formaldehyde Synthesis Area 2014 11 Topsoe, P.P.M.F.p.H., Datasheet for Metanol Tank 2014 12 Topsoe, P.P.M.F.p.H., Datasheet for Shell and Tube Heat Exchanger 2014 13 Topsoe, P.P.M.F.p.H., Datasheet for Cross Flow Heat Exchanger 2014 14 Topsoe, P.P.M.F.p.H., Datasheet of Formaldehyde Reactor 20-R-2101 2014 15 Topsoe, P.P.M.F.p.H., Process speccification for Formaldehyde Absorber 2014 16 Sơn, N.T., Quá trình xử lý khí acide nhà máy lọc dầu 2006: p 5-6 17 BKSIM, Hysys mô Công nghệ hóa học 2010 18 Training, B., Simulator - Mô hình thiết bị phản ứng CSTR PFR 2014 19 L.KAES, G., A Practical Guide 10 Steady State Modeling of Petroleum Processes 2000 Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 77