C9 ProII exams 27

Computer-Aided Chemical Engineering An Introduction to Process Simulation - Phần mềm Pro/II® - C9 Thí dụ & Bài tập Mục lục Bài tốn 2: Mơ thiết bị tách khí - lỏng Bài tốn 3: Tính nhiệt độ sơi hỗn hợp hai pha m ột áp su ất nh ất định Bài tốn 4: Mơ tháp tách propane Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng c ụ Optimiser Bài tốn 6: Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu số h ồi l ưu t ối thi ểu cho tháp tách propane phương pháp shortcut Bài tốn 2: Mơ thiết bị tách khí - lỏng Cho vào thiết bị tách khí lỏng dòng ngun liệu v ới d ữ li ệu sau: • Lưu lượng : 100 kmol/h; t = 30oC; P = 10 bar • Thành phần hóa học: Methane 13 kmol/h Ethane 22 kmol/h Propane 38 kmol/h Butane 22 kmol/h Pentane kmol/h Điều kiện làm việc thiết bị tách: 30oC bar Hãy xác định: Phần mol bay ngun liệu điều kiện bình tách? Thành phần lỏng khỏi thiết bị tách? Năng suất nhiệt thiết bị tách? Bài tốn 2: Mơ thiết bị tách khí - lỏng a Bài tốn 2: Mơ thiết bị tách khí - lỏng Kết Dựa vào số liệu kết Program File, ta xác đònh được: Phần mol bay nguyên liệu điều kiện bình tách MOLE FRAC VAPOUR 0.94580 Vậy phần mol bay nguyên liệu điều kiện bình tách 0,9458 hay 94.58% Thành phần lỏng khỏi thiết bò tách - Trên flowsheet, right-click vào dòng S2 S3  hiển thò cửa sổ lựa chọn - Chọn Display  xuất cửa sổ Streamline - Chọn Properties từ drop-down list box mục Streamline Label Type - Mặc đònh mục Property List Material Balance List  hiển thò tên, trạng thái dòng, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng thành phần dòng  OK Năng suất nhiệt thiết bò tách DUTY, M*KCAL/HR 0.09956 Vậy suất nhiệt thiết bò tách 99560 kcal/h Bài tốn 2: Mơ thiết bị tách khí - lỏng a Bài tốn 3: Tính nhiệt độ sơi hỗn hợp hai pha áp suất định Ngun liệu có thành phần tốn 2, lưu lượng = 5500 kg/h Hãy xác định: Nhiệt độ sơi hỗn hợp ngun liệu áp suất bar? Hằng số cân pha cấu tử ? Thành phần hỗn hợp cân với lỏng? Năng suất nhiệt thiết bị tách?  Giải tốn Để giải tốn trên, ta tiến hành bước: • Giả thiết cho hỗn hợp ngun liệu vào bình tách làm vi ệc áp su ất bar • Tiến hành mơ tốn • Vì muốn xác định nhiệt độ sơi hỗn hợp  cửa sổ Flash Drum, mục Second Specification  Chọn Bubble point mục Unit Specification • Do phải xác định số cân pha cấu tử  cửa sổ Flash Drum, mục Print Option  Chọn Include Component K - Values Bài tốn 3: Tính nhiệt độ sơi hỗn hợp hai pha áp suất định a Bài tốn 3: Tính nhiệt độ sơi hỗn hợp hai pha áp suất định Kết Dựa vào số liệu kết Program File, ta xác đònh được: Nhiệt độ sôi hỗn hợp nguyên liệu áp suất bar FLASH ID NAME FEEDS PRODUCTS VAPOR LIQUID TEMPERATURE, C PRESSURE, BAR F1 S1 S2 S3 -78.756 7.000 Vậy nhiệt độ sôi hỗn hợp nguyên liệu áp suất bar -78,756oC Hằng số cân pha cấu tử thành phần hỗn hợp cân với lỏng VAPOR-LIQUID COMPOSITIONS AND K-VALUES FOR UNIT 1, 'F1' COMPONENT VAPOR LIQUID K-VALUE -1 METHANE 0.93087 0.13000 7.1605E+00 ETHANE 0.05887 0.22000 2.6761E-01 PROPANE 0.00969 0.38000 2.5507E-02 BUTANE 5.4730E-04 0.22000 2.4877E-03 PENTANE 1.8438E-05 0.05000 3.6877E-04 Bài tốn 3: Tính nhiệt độ sơi hỗn hợp hai pha áp suất định Năng suất nhiệt thiết bò tách DUTY, M*KCAL/HR -0.62892 Vậy suất nhiệt thiết bò tách -628920 kcal/h 10 Bài tốn 4: Mơ tháp tách propane Các bước mô Xác đònh hệ đơn vò đo Chọn hệ đơn vò METRIC ton = 1014.04 kilograms 2000 pounds = short ton = 0.907 tonne 2240 pounds = long ton = 1.016 tonne  Chọn kg Xác đònh thành phần cấu tử có hệ Hệ cấu tử: Propane Butane Lựa chọn phương trình nhiệt động thích hợp Chọn hệ GS (Grayson-Streed) Thiết lập thiết bò có sơ đồ dòng vào thiết bò  Thiết bò: Tháp  click chọn biểu tượng tháp từ floating PFD  hiển thò cửa sổ Column Configuration  nhấn chọn Condenser Reboiler  nhập giá trò 22 mục Number of Theoretical Trays  OK 13 Bài tốn 4: Mơ tháp tách propane  Các dòng: - Thiết lập dòng nguyên liệu S1 nạp vào đóa thứ 11 tháp - Dòng sản phẩm đỉnh S2 dòng lỏng từ đáy bình tách sau cho hồi lưu phần đỉnh tháp (ngưng tụ hoàn toàn) - Dòng sản phẩm đáy S3 Xác đònh thành phần, trạng thái dòng, xác đònh liệu thiết bò Ta nhận thấy có dòng S1, tháp T1 viền đỏ  yêu cầu nhập liệu 5.1 Dòng S1  Double-click vào dòng S1  hiển thò bảng Stream Data  mục Description ta nhập tên FEED (nhập liệu cho dòng này)  click chọn Flowrate and Composition  chọn Total Fluid Rate  nhập giá trò 400 Chú ý rằng, lưu lượng nhập liệu tính tấn/ngày, mà KG-MOL/HR  click vào UOM  xuất bảng Convert Unit of Measure  chọn Mass  TON  DAY  nhấn Change Units  OK 14 Bài tốn 4: Mơ tháp tách propane  Nhập thành phần cấu tử dòng S1: nhập giá trò 26 cho cấu tử  nhấn phím TAB  nhập 74 cho cấu tử  nhấn OK để quay lại cửa sổ Stream Data  Xác đònh nhiệt độ áp suất dòng S1 mục Thermal Condition: dòng First Specification  chọn Pressure  nhập giá trò 18 Xong nhấn chọn Liquid Weight Fraction mục Second Specification  nhập giá trò 0.6  OK 5.2 Tháp T1  Double-click vào C1  xuất cửa sổ Column  Ở mục Description nhập tên DEPROP  Nhấp chọn vào ô thứ hai viền đỏ Feeds and Products  xuất cửa sổ Column – Feeds and Products  bảng trên, xác đònh dòng S1 nạp vào đóa 11  bảng dưới, với dòng S2  chọn Fixed Rate Draw mục Type of Product  chọn Liquid mục Phase  nhập giá trò mục Tray  nhập giá trò lưu lượng 104 Chú ý rằng, lưu lượng sản phẩm tính tấn/ngày, mà KG-MOL/HR  click vào UOM  xuất bảng Convert Unit of Measure  chọn Mass  TON  DAY  nhấn Change Units  OK 15 Bài tốn 4: Mơ tháp tách propane  Nhấn chọn vào ô thứ viền đỏ Pressure Profile  xuất cửa sổ Column – Pressure Profile  nhập giá trò 15,5 bar áp suất đóa tháp mục Overall Specification  mục Pressure Drop  chọn mục Per Tray  nhập giá trò 0,01 bar  OK để trở cửa sổ Column  Ở mục Condenser, nhấn chọn Bubble Temperature mục Condenser Type  nhập giá trò 16.2 bar mục Pressure cửa sổ Condenser Data  Ở mục Performance Specification: - Nhấn chọn  xuất cửa sổ Column – Specifications and Variables  click vào ô chọn Add Specifications and Variables  click vào Parameter (chữ đỏ gạch đỏ) mục Specifications  xuất cửa sổ Parameter  chọn Stream mục Stream/Unit chọn dòng S3 mục Stream Name dòng sản phẩm đáy tháp - Click vào Parameter… (chữ trắng đỏ)  xuất cửa sổ Parameter Selection  chọn Composition mục Parameter  chọn PROPANE cấu tử đầu cấu tử cuối  OK để trở cửa sổ Parameter  nhấn chọn vào Mole Fraction  click vào UOM  xuất bảng Convert Unit of Measure  chọn Mass  Percent  nhấn Change Units  OK : trở cửa sổ Parameter  OK : hoàn thành cửa sổ Parameter  Column – trở cửa sổ Specifications and Variables  click vào Value  nhập giá trò 16 Bài tốn 4: Mơ tháp tách propane - Nhấn chọn Insert Specification/Variable  xuất thêm Specification - Tiếp tục nhấn chọn Parameter màu đỏ cũõng mục Specifications  xuất cửa sổ Parameter  chọn Stream mục Stream/Unit chọn dòng S2 mục Stream Name  click vào Parameter… (chữ trắng đỏ)  xuất cửa sổ Parameter Selection  chọn Composition mục Parameter  chọn BUTANE cấu tử đầu cấu tử cuối  OK để trở cửa sổ Parameter  nhấn chọn vào Mole Fraction  click vào UOM  xuất bảng Convert Unit of Measure  chọn Mass  Percent  nhấn Change Units  OK : trở cửa sổ Parameter  OK : hoàn thành cửa sổ Parameter  trở cửa sổ Column – Specifications and Variables  click vào Value  nhập giá trò - Click vào Parameter (chữ đỏ gạch đỏ) mục Variable  xuất cửa sổ Parameter Selection  chọn Heat Duty (năng suất nhiệt)  mục Heater chọn Reboiler  OK : quay lại cửa sổ Variables  OK : quay lại cửa sổ Column – Specifications and Variables  tiếp tục click vào Parameter (chữ đỏ gạch đỏ) mục Variable  xuất cửa sổ Parameter Selection  chọn Heat Duty (năng suất nhiệt)  mục Heater chọn Condenser  OK : quay lại cửa sổ Variables  OK : quay lại cửa sổ Column – Specifications and Variables  OK : hoàn thành việc nhập liệu cho T1 17 Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng cụ Optimiser a 18 Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng cụ Optimiser Tính cho tháp Depropanizer với liệu ban đầu sau : • Ngun liệu : - suất : 400 tấn/ngày - P = 18 bar - có thành phần 40% gồm : 26% khối lượng propane 74 % khối lượng butane • Tháp : - 22 đĩa lý thuyết - áp suất đỉnh : 16,5 bar; trở lực : 10 mbar/đĩa lý thuyết - thiết bị ngưng tụ hồn tồn - áp suất bình tách : 16,2 bar • Chỉ tiêu chất lượng sau : - sản phẩm đỉnh : có 0,5% khối lượng C4 - sản phẩm đáy : có 0,5% khối lượng C3  Hãy xác định đĩa nạp liệu tối ưu để suất thiết bị đun sơi lại19là bé Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng cụ Optimiser a 20 Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng cụ Optimiser Sử dụng công cụ Optimiser Optimiser công cụ tiện ích Pro/II nhằm cực đại cực tiểu hoá hàm mục tiêu cách thay đổi giá trò biến số tiêu chuẩn đưa Hàm mục tiêu suất, công suất hàm kinh tế hàm giá hàm chi phí Vì vậy, tùy theo trường hợp mà tối ưu hàm mục tiêu đến giá trò cực đại cực tiểu Biến thay đổi giá trò khoảng (giữa Minimum Value Maximum Value) để hàm mục tiêu đạt đến giá trò cực đại cực tiểu Hướng dẫn thực  Ta tiến hành mô toán toán trước, sau cài đặt thêm thiết bò Optimiser OP1 cho tháp  OP1 viền đỏ  Double click vào OP1  hiển thò cửa sổ PRO/II – Optimiser  Ở mục Description, nhập tên OPTIMISER 21 Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng cụ Optimiser  Gọi công cụ Optimiser với:  Hàm mục tiêu: Năng suất thiết bò đun sôi lại  Loại toán: Cực tiểu (minimize)  Biến: Vò trí đóa nạp liệu, biến thiên từ đóa thứ đến đóa thứ 21  Ở mục Objective  Chọn Minimize  Ở mục Objective Function  nhấn chọn Paramater  hiển thò cửa sổ Parameter  Ở mục Stream/Units  chọn Column  nhấn chọn Parameter  hiển thò cửa sổ Parameter Selection  mục Parameter chọn Heat Duty  mục Heater chọn Reboiler  OK : trở cửa sổ Parameter  OK : trở cửa sổ PRO/II – Optimiser  Ở mục Variables  nhấn chọn Parameter  hiển thò cửa sổ Parameter  Ở mục Stream/Units  chọn Column  nhấn chọn Parameter  hiển thò cửa sổ Parameter Selection  mục Parameter chọn Tray Location  mục Tray Location chọn Feed  mục Feed Stream chọn S1  OK : trở cửa sổ Parameter  OK : trở cửa sổ PRO/II – Optimiser  Tiếp tục mục Variables  nhập giá trò cho mục Minimum Value giá trò 22 cho mục Maximum Value  nhấn OK: hoàn thành việc nhậ 22 p liệu cho OP1 Bài tốn 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane cơng cụ Optimiser a 23 Bài tốn 6: Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu số hồi lưu tối thiểu cho tháp tách propane phương pháp shortcut a 24 Bài tốn 6: Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu số hồi lưu tối thiểu cho tháp tách propane phương pháp shortcut Tính cho tháp Depropanizer với liệu ban đầu sau : • Ngun liệu : - suất : 400 tấn/ngày - P = 18 bar - có thành phần 40% gồm : 26% khối lượng propane 74 % khối lượng butane • Tháp : - áp suất đỉnh : 16,5 bar - trở lực : 10 mbar/đĩa lý thuyết - thiết bị ngưng tụ hồn tồn - áp suất bình tách : 16,2 bar • Chỉ tiêu chất lượng sau : - sản phẩm đỉnh : có 0,5% khối lượng C4 - sản phẩm đáy : có 0,5% khối lượng C3  Hãy xác định : - Số đĩa lý thuyết tối thiểu? - Chỉ số hồi lưu tối thiểu? 25 Bài tốn 6: Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu số hồi lưu tối thiểu cho tháp tách propane phương pháp shortcut a 26 Bài tốn 6: Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu số hồi lưu tối thiểu cho tháp tách propane phương pháp shortcut Kết Dựa vào số liệu kết Program File, ta xác đònh được: MINIMUM REFLUX RATIO 3.95841 FENSKE MINIMUM TRAY 13.60067 Vậy số đóa lý thuyết tối thiểu 13,6, số hồi lưu tối thiểu 3,958 27 [...]... quả Dựa vào các số liệu kết quả trong Program File, ta xác đònh được: MINIMUM REFLUX RATIO 3.95841 FENSKE MINIMUM TRAY 13.60067 Vậy số đóa lý thuyết tối thiểu là 13,6, chỉ số hồi lưu tối thiểu là 3,958 27 ... 3.95841 FENSKE MINIMUM TRAY 13.60067 Vậy số đóa lý thuyết tối thiểu 13,6, số hồi lưu tối thiểu 3,958 27