Lựa chọn trạng thái làm việc cho hệ phân riêng và thiết bị phản ứng

6.1 Lựa chọn trạng thái làm việc cho hệ phân riêng và thiết bị phản ứng Các dòng của quá trình thường hiếm khi ở trạng thái nói chung phù hợp cho phản ứng hóa học và quá trình phân riêng. Nhiệt độ, áp suất và thành phần của dòng cần đưa về trạng thái yêu cầu để cho phép quá trình họat động được hiệu quả. Điều này đã được thảo luận trong chương 2, ở đó sơ đồ khối tổng quát đã được đưa ra (hình 2.4a). Hình này cho thấy 2 khối chuẩn bị nguyên liệu, một liên quan tới thiết bị phản ứng, còn khối thứ 2 liên quan tới phần phân riêng. Dưới đây đưa ra 2 luận điểm chung giúp cho việc phân tích và hiểu việc lựa chọn trạng thái làm việc cho quá trình công nghệ hóa học: 1. Sẽ dễ dàng hơn đạt được nhiệt độ vàhay áp suất của dòng so với việc thay đổi thành phần của dòng. Thực tế, thường nồng độ của một cấu tử trong dòng (đối với chất khí) là biến phụ thuộc và được kiểm sóat bởi nhiệt độ và áp suất của dòng. 2. Nói chung, áp suất trong khỏang 1÷10 bar và nhiệt độ trong khỏang 40 ÷ 260 o C không tạo ra những khó khăn lớn cho việc tiến hành quá trình.

CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ TRẠNG THÁI CỦA QUÁ TRÌNH Trong chương này, học cách phân tích ngun nhân dòng trình quan trọng lại chọn nhiệt độ, áp suất thành phần xác định Các thơng số trạng thái q trình thường lựa chọn thỏa hiệp mặt kinh tế chất lượng trình đầu tư cộng với chi phí vận hành thiết bị Sự lựa chọn cuối cho trạng thái họat động trình khơng tiến hành trước phân tích tính kinh tế q trình Những phân tích trạng thái trình đáp ứng yêu cầu đặc biệt cho phép nghiên cứu thay đổi trạng thái trường hợp cần thiết 6.1 Lựa chọn trạng thái làm việc cho hệ phân riêng thiết bị phản ứng Các dòng q trình thường trạng thái nói chung phù hợp cho phản ứng hóa học q trình phân riêng Nhiệt độ, áp suất thành phần dòng cần đưa trạng thái yêu cầu phép trình họat động hiệu Điều thảo luận chương 2, sơ đồ khối tổng quát đưa (hình 2.4a) Hình cho thấy khối chuẩn bị nguyên liệu, liên quan tới thiết bị phản ứng, khối thứ liên quan tới phần phân riêng Dưới đưa luận điểm chung giúp cho việc phân tích hiểu việc lựa chọn trạng thái làm việc cho q trình cơng nghệ hóa học: Sẽ dễ dàng đạt nhiệt độ và/hay áp suất dòng so với việc thay đổi thành phần dòng Thực tế, thường nồng độ cấu tử dòng (đối với chất khí) biến phụ thuộc kiểm sóat nhiệt độ áp suất dòng Nói chung, áp suất khỏang 1÷10 bar nhiệt độ khỏang 40 ÷ 260 oC khơng tạo khó khăn lớn cho việc tiến hành trình 6.1.1 Lựa chọn áp suất làm việc Có ưu điểm mặt kinh tế liên quan tới thiết bị họat động áp suất cao áp suất khí có mặt chất khí Đây kết tăng khối lượng riêng khí giảm thể tích khí áp suất tăng Với điều kiện khác nhau, để có thời gian lưu khí thiết bị, kích thước thiết bị có dòng khí chuyển động qua cần khơng lớn áp suất tăng Đa số thiết bị hóa chất chịu áp suất tới 10 bar mà khơng cần chi phí đầu tư bổ sung Ở áp suất lớn 10 bar, cần thiết bị có thành dày hơn, chi phí thiết bị lớn Ngược lại, làm việc áp suất thấp áp suất khí (trạng thái chân khơng) dẫn tới việc cần chọn thiết bị lớn cần yêu cầu kỹ thuật đặc biệt, chi phí cho thiết bị cao 6.1.2 Lựa chọn nhiệt độ làm việc Có số giới hạn nhiệt độ q trình hóa học Ở nhiệt độ cao, vật liệu chế tạo thông thường (thép carbon) giảm đáng kể độ bền vật lý, cần vật liệu đắt thay (ví dụ 6.1) Ví dụ 6.1 Độ bền tối đa thép cacbon thép không rỉ, nhiệt độ môi trựờng, 400 oC 550 oC đưa đây: Vật liệu chế tạo Thép carbon (70) Thép không rỉ (302) Độ bền vật liệu Nhiệt độ thường 400 oC 500 oC 1190 970 (giảm 18 %) 170 (giảm 75 %) 1290 1290 (giảm %) 430 (giảm 67 %) Bảng cho thấy: thép cacbon 18% độ bền, thép khơng rỉ - 0% bị đốt nóng tới 400 oC, Khi tăng thêm 150 oC, lên tới 550 oC, thép cacbon thêm 67% độ bền, thép khơng rỉ - 67% Tại nhiệt độ 550 oC, thép cacbon có độ bền tối đa khỏang 15% so với giá trị nhiệt độ mơi trường, thép khơng rỉ có độ bền tối đa khỏang 33% so với giá trị nhiệt độ mơi trường Trong ví dụ này, rõ ràng thép cacbon không phù hợp cho họat động thiết bị nhiệt độ cao 400 oC, sử dụng thép không rỉ bị hạn chế Đối với nhiệt độ cao hơn, hợp kim đắt tiền cần thiết để chế tạo thiết bị Như vậy, định thực trình nhiệt độ lớn 400 oC cần cân nhắc Do đó, ta định tiến hành trình nhiệt độ cao hơn, cần phải có khả đánh giá thiệt hại kinh tế thiết bị bị phức tạp hóa Ngòai nhiệt độ cao ra, có giới hạn nhiệt độ khả có thiết bị phụ trợ thông thường để làm nguội đun nóng dòng q trình Hơi nước: nước cao áp (40-50 bar) nói chung dễ kiếm có nhiệt độ khỏang 250-265 oC Cao nhiệt độ cần tính thêm chi phí Nước: Nước từ tháp làm nguội thường có nhiệt độ khỏang 30 oC (và quay trở lại tháp thường có nhiệt độ khỏang 40 oC) Đối với thiết bị phụ trợ họat động nhiệt độ thấp nhiệt độ này, chi phí tăng làm q trình làm lạnh Khi nhiệt độ giảm, chi phí tăng đáng kể (bảng 8.3) Quyết định thực q trình ngòai vùng nhiệt độ 40 – 260 oC, mà điều kiện đòi hỏi chất tải nhiệt đặc biệt, cần cân nhắc 6.2 Các nguyên nhân cần tiến hành trình trạng thái đặc biệt Khi nghiên cứu sơ đồ dòng q trình khác nhau, gặp phải trạng thái làm việc đặc biệt thiết bị phản ứng thiết bị phân riêng, trạng thái nằm ngòai khỏang nhiệt độ áp suất đưa phần 6.1 Điều khơng có nghĩa q trình khơng tốt, mà để trình họat động hiệu cần trạng thái Những trạng thái làm việc thiết bị cơng nghệ hóa học nằm ngòai vùng khuyến cáo nhiệt độ áp suất gọi trạng thái đặc biệt Khi gặp trạng thái này, cần tìm lý giải thỏa đáng cho lựa chọn Nếu khơng có giải thích đủ thuyết phục, trạng thái sử dụng khơng cần thiết Trong trường hợp này, trạng thái thay đổi cho bớt khắc nghiệt để có thêm lợi mặt kinh tế cho trình Một danh sách đánh gía cho việc sử dụng nhiệt độ áp suất ngòai vùng khuyến cáo đưa bảng 6.1 – 6.3 Những thông tin bảng dựa nguyên lý nhiệt động học thiết kế thiết bị phản ứng Bảng 6.1 Những nguyên nhân dẫn đến lựa chọn khỏang nhiệt độ làm việc đặc biệt cho thiết bị phản ứng thiết bị phân riêng Trạng thái dòng Nhiệt độ cao (>250 oC) Nhiệt độ thấp (< 40 oC) Khẳng định cần thiết trạng thái lựa chọn Thiết bị phản ứng: Thuận lợi phản ứng thu nhiệt Tăng tốc độ phản ứng Duy trì pha khí Tăng tính chọn lọc Thiết bị phân riêng: Có pha khí (hơi) cần thiết cho cân lỏng-hơi Thiết bị phản ứng: Tăng độ chuyển hóa cho phản ứng tỏa nhiệt Thuận lợi cho chất nhạy cảm với nhiệt Tăng tính chọn lọc Duy trì pha lỏng Thiết bị phân riêng: Có pha lỏng cần thiết cho cân lỏng-hơi hay lỏng-lỏng Có pha rắn để kết tinh Nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt Thiệt hại mang lại trạng thái lựa chọn Phải sử dụng thiết bị gia nhiệt lọai đặc biệt nhiệt độ > 400 oC cần vật liệu chế tạo thiết bị đặc biệt Phải sử dụng tác nhân làm nguội đắt tiền Đối với nhiệt độ thấp cần vật liệu chế tạo đặc biệt Bảng 6.2 Những nguyên nhân dẫn đến lựa chọn khỏang áp suất làm việc đặc biệt cho thiết bị phản ứng thiết bị phân riêng Trạng thái dòng Áp suất cao (> 10 bar) Khẳng định cần thiết Thiệt hại mang lại trạng thái lựa chọn trạng thái lựa chọn Thiết bị phản ứng: Tăng độ chuyển hóa Cần thiết bị vỏ dày Tăng tốc độ phản ứng cho phản Có thể cần máy nén đắt tiền ứng xảy pha khí Duy trì pha lỏng Áp suất thấp (< bar) Thiết bị phân riêng: Có pha lỏng cho cân lỏng-hơi hay lỏng-lỏng Thiết bị phản ứng: Cần thiết bị kích thước lớn Tăng độ chuyển hóa Cần thiết kế đặc biệt cho thiết Duy trì pha khí bị họat động áp suất chân không Sự lọt khơng khí vào bên thiết bị khiến cho việc ngăn chặn trở nên nguy hiểm tốn Thiết bị phân riêng: Có pha khí (hơi) cho cân lỏng-hơi Nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt Bảng 6.3 Những ngun nhân dẫn tới tình trạng thành phần nguyên liệu không tương ứng với tỷ lượng phản ứng Trạng thái dòng Trong dòng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng có chất trơ Khẳng định cần thiết trạng thái lựa chọn Có vai trò chất làm lõang để kiểm sóat tốc độ phản ứng và/hay để thành phần hỗn hợp phản ứng nằm ngòai vùng cháy nổ (các phản ứng tỏa nhiệt) Hạn chế phản ứng phụ không mong muốn Thiệt hại mang lại trạng thái lựa chọn Buộc thiết bị phản ứng thiết bị liên quan phải có kích thước lớn chất trơ chiếm phần không gian thiết bị Buộc thiết bị phân riêng phải lọai bỏ chất trơ Có thể nguyên nhân tạo phản ứng phụ (lúc chất trơ khơng chất trơ) Giảm độ chuyển hóa phản ứng hóa học Dư thừa lượng chất phản ứng Sự có mặt sản phẩm phản ứng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng Tăng độ chuyển hóa cấu tử Cần thiết bị phân riêng để lọai bỏ có tốc độ phản ứng chậm lượng dư thừa chất phản ứng Hạn chế phản ứng phụ Cần tạo dòng tuần hòan Tăng chi phí ngun liệu (do mát q trình phân riêng và/hay khơng có dòng tuần hòan) Khó tách sản phẩm khỏi dòng Buộc thiết bị phản ứng thiết bị nguyên liệu tuần hòan lại liên quan phải có kích thước lớn Sản phẩm tuần hòan lại kìm hãm Cần vòng tuần hòan lớn tạo sản phẩm phụ từ Giảm độ chuyển hóa phản ứng phụ Sản phẩm đóng vai trò chất pha lõang để kiểm sóat tốc độ phản ứng và/hay để thành phần hỗn hợp phản ứng nằm ngòai vùng cháy nổ (các phản ứng tỏa nhiệt) Đối với thiết bị phản ứng hóa học, cần xem xét luận điểm sau lựa chọn chế độ làm việc cho thiết bị đó: Độ chuyển hóa cao: phản ứng thu nhiệt đạt cân bằng, phản ứng có lợi tiến hành nhiệt độ cao, theo nguyên lý Le Chatelier Đối với phản ứng tỏa nhiệt ngược lại Tăng tốc độ phản ứng: Vận tốc phản ứng hóa học phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ theo biểu thức Arrhenius: 𝑘𝑝ư = − 𝐸ℎọ𝑎𝑡 ℎó𝑎 𝑘0 𝑒 𝑅𝑇 (6.1) Khi nhiệt độ tăng, số vận tốc phản ứng, kphản ứng , tăng phản ứng có khơng có xúc tác Do đó, nhiệt độ cao 250 oC cần có tốc độ phản ứng đủ lớn để giữ cho thiết bị phản ứng có kích thước hợp lý Duy trì pha khí: Nhiều phản ứng hóa học có xúc tác đòi hỏi chất phản ứng sản phẩm phản ứng phải trạng thái khí Đối với nguyên liệu có nhiệt độ sơi cao hay q trình tiến hành áp suất cao, nhiệt độ cao 400 oC thiết bị phản ứng cần thiết để tất chất trạng thái khí Cải thiện tính chọn lọc: Nếu xảy cạnh trạnh phản ứng (nối tiếp, song song kết hợp hình thức trên), phản ứng khác có lượng họat hóa khác nhau, tạo sản phẩm mong muốn dễ dàng phản ứng tiến hành nhiệt độ cao Đối với thiết bị phân riêng, cần cân nhắc vấn đề sau lựa chọn trạng thái cho họat động thiết bị: Tạo pha cho cân lỏng-hơi: tình xuất thường xuyên nguyên liệu có nhiệt độ sơi cao cần chưng cất Một ví dụ chưng cất dầu thô áp suất thường, đáy tháp thường có nhiệt độ làm việc khỏang 310 – 340 oC Các bảng 6.1 – 6.3 khơng tất lý dẫn tới lựa chọn trạng thái họat động đặc biệt cho thiết bị cơng nghệ hóa học Các bảng coi dẫn hữu ích cho xuất phát điểm để phân tích trạng thái trình 6.3 Trạng thái họat động đặc biệt thiết bị khác Các thiết bị máy móc phụ trợ, bơm, máy nén, thiết bị gia nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt, van) tạo nhiệt độ áp suất đáp ứng nhu cầu dòng nguyên liệu vào hệ thiết bị phản ứng-thiết bị phân riêng Khi chọn trạng thái đầu cho dòng vào hệ thiết bị phản ứng-thiết bị phân riêng, nên áp dụng dẫn hay kinh nghiệm (bảng 6.4) Bảng 6.4 Những thay đổi trạng thái đặc biệt dòng cơng nghệ chuyển động qua thiết bị máy móc hệ thống cơng nghệ hóa học Dạng Thay đổi Những thiệt hại cho thiết bị trạng thái đặc Phân tích biện pháp thiết bị họat biệt dòng động theo phương thức cơng nghệ Pra / Pvào > Biện pháp: sử dụng hệ nhiều bậc Cần thiết nghiên cứu lý có làm nguội trung gian thuyết cao; Cần thiết vật liệu chế tạo đặc biệt Máy nén Dòng khí Biện pháp: Làm nguội khí trước Cần thiết nghiên cứu lý vào hệ thống nén chúng thuyết cao; Cần thiết vật thiết bị có liệu chế tạo đặc biệt nhiệt độ cao Thiết bị trao đổi nhiệt ∆T > 100 oC Thiết bị gia nhiệt Tra < Tdòng tận dụng Van Thiết trộn dòng ∆P lớn dòng chuyển động qua van bị Trộn dòng có nhiệt độ khác Trộn dòng có thành phần khác Biện pháp: Tích hợp nhiệt q trình tốt Phân tích: tích hợp nhiệt khơng thể hay khơng có lợi Biện pháp: sử dụng dòng cao áp để gia nhiệt cho dòng q trình Phân tích: Thiết bị gia nhiệt cần khởi động Động lực nhiệt độ lớn, có nghĩa có lượng nhiệt độ cao bị lãng phí Các thiết bị gia nhiệt đắt tiền khơng cần thiết tận dụng dòng có sẵn hệ thống để gia nhiệt Biện pháp: Đối với dòng khí, Phí tổn lượng vận hành tuốc-bin để thu hồi chất lỏng bị tiết lưu cơng bị hao tổn Phân tích: Van sử dụng cho mục đích kiểm sóat q trình; vận hành tuốc bin khơng có lợi; chất lỏng bị tiết lưu Biện pháp: Làm cho dòng có Phí tổn lượng nhiệt độ gần nhờ tích nhiệt độ cao hợp nhiệt Phải có thêm thiết bị Phân tích: Làm nguội nhanh phân riêng tạo thêm sản phẩm phản ứng hóa chi phí học; Tạo động lực cho trình chuyển khối 6.4 Phân tích trạng thái quan trọng q trình cơng nghệ hóa học Trong phần này, bắt đầu phân tích cân nhắc lựa chọn trạng thái đặc biệt xác định qua PFD 6.4.1 Đánh giá thiết bị R-101 Sẽ tiến hành đánh giá ba trạng thái đáng quan tâm thiết bị phản ứng Đó trạng thái nhiệt độ cao, áp suất cao, dòng ngun liệu có thành phần khơng tỷ lượng Phân tích thiết bị phản ứng gồm phần sau: Đánh giá trạng thái đặc biệt từ quan điểm nhiệt động học Trong đánh giá giả thiết phản ứng đạt cân 2 Đánh giá trạng thái đặc biệt từ quan điểm động học Đánh gía tiến hành cho giới hạn tạo động học phản ứng, tượng chuyển khối chuyển nhiệt Nếu q trình có trạng thái cân (cân nhiệt động) không hấp dẫn, phân tích động học khơng cần thiết Đối với q trình, trạng thái cân cho kết tốt, cần nghiên cứu Nguyên nhân trạng thái thuận lợi cho độ chuyển hóa cao khơng thuận lợi theo quan điểm động học phản ứng Những vấn đề xem xét nghiên cứu nhiệt động học phản ứng hóa học: xem xét việc sử dụng nhiệt độ cao, áp suất cao thành phần khơng tỷ lượng dòng ngun liệu vào thiết bị phản ứng cách riêng biệt Vấn đề nhiệt độ cao: phản ứng tỏa nhiệt, nhiệt độ tăng làm giảm độ chuyển hóa cân bằng, điều khơng mong muốn Độ chuyển hóa thực tế so sánh với độ chuyển hóa cân ví dụ 6.3 Ví dụ 6.3 Đối với PFD cho hình 1.5 hãy: a Tính độ chuyển hóa thực tế b Tính độ chuyển hóa cân 600 oC Giả thiết khí lý tưởng: Kp = (Nbenzene Nmethane)/(Ntoluene Nhydrogene), N – số mol cấu tử trạng thái cân Thông tin dòng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng cho bảng 1.5 (dòng hình 1.5): Hydrogen 735,4 ; Methane 317,3 ; Benzene 7,6 ; Toluene 144,0 ; Tổng 1204,3 kmol/h c Độ chuyển hóa thực tế: Lượng Toluene dòng (dòng 9) 36 kmol/h Độ chuyển hóa = (144-36) / (144) = 0,75 (75%) d Độ chuyển hóa cân 600 oC: Từ bảng 6.6, 600 oC Kp = 265 Gọi N –lượng benzene tạo (kmol/giờ), có: 265 = [(N+7,6)(N+317,3)]/[(735,4-N)(144-N)] ; từ đó: N = 143,6 (kmol benzene /giờ) Độ chuyển hóa cân = 143,6 / 144 = 0,997 (99,7%) Độ chuyển hóa cân cao cho dù nhiệt độ cao Tuy khơng có vấn đề thực tế tiến hành phản ứng nhiệt độ cao, điều phán xét từ quan điểm nhiệt động học Vấn đề áp suất cao: Từ phương trình tỷ lượng, thấy số mol chất phản ứng số mol sản phẩm Trong trường hợp này, áp suất không ảnh hưởng tới độ chuyển hóa cân Từ quan điểm nhiệt động học, khơng có lý tiến hành phản ứng áp suất cao Dòng nguyên liệu với thành phần khơng tỷ lượng: Lưu lượng dòng ngun liệu, tính theo cấu tử, vào thiết bị phản ứng (ví dụ 6.3) cho thấy rằng: Toluene chất phản ứng chậm nhất; Hydrogen chất phản ứng có lượng dư; Methane, sản phẩm, có lượng lớn hỗn hợp Sản phẩm phản ứng (methane) dòng nguyên liệu: điều làm giảm độ chuyển hóa cân Tuy nhiên, ví dụ 6.3 cho thấy trạng thái cho thiết bị phản ứng, độ chuyển hóa cân có giá trị cao, có sản phẩm phụ phản ứng (methane) dòng nguyên liệu Chất phản ứng dư (hydrogen) dòng nguyên liệu: điều làm tăng độ chuyển hóa cân Ví dụ 6.4 cho thấy hiệu ứng lượng dư hydrogen lên độ chuyển hóa Ví dụ 6.4 Xem ví dụ 6.3: Giảm lượng hydrogen dòng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng xuống tới giá trị tỷ lượng (144 kmol/h) tính độ chuyển hóa 600 oC (tương tự tính tóan ví dụ 6.3b) Khi đó, tổng số mol hydrogen dòng nguyên liệu giảm từ 735,4 kmol/h xuống giá trị tỷ lượng (144 kmol/h), N = 128,8 kmol/h, độ chuyển hóa cân 89,5%i cho thấy, lượng dư lớn hydrogen ảnh hưởng đáng kể tới độ chuyển hóa cân Từ thơng tin tính tóan phần chương 1, biết: phản ứng xảy pha khí; Phản ứng kiểm sóat động học; Khơng có phản ứng phụ đáng ý Ví dụ 6.5 Năng lượng họat hóa tốc độ phản ứng hydrodealkyl toluene 148,1 kJ/mol So sánh tốc độ phản ứng 400 oC 600 oC Kích thước thiết bị phản ứng tăng gần hàng trăm lần phản ứng xảy 400 C (nhiệt độ tới hạn để lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị, bảng 6.1) so với 600 oC Như vậy, nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể o Vấn đề áp suất cao: Đối với phản ứng xảy pha khí, nồng độ chất phản ứng tỷ lệ với áp suất thiết bị phản ứng Đối với trường hợp, tốc độ phản ứng tỷ lệ trực tiếp với nồng độ, phản ứng 25 bar có nhiều khả tăng tốc độ phản ứng 25 lần so với phản ứng bar (giả thiết khí lý tưởng) Mặc dù khơng biết có hay không tỷ lệ trực tiếp nồng độ tốc độ phản ứng, dự đốn hiệu ứng áp suất đáng kể, kích thước thiết bị phản ứng giảm đáng kể Dòng ngun liệu với thành phần khơng tỷ lượng: dòng nguyên liệu chứa chất phản ứng hydrogen với lượng dư lẫn sản phẩm phản ứng (methane) Methane dòng ngun liệu: Sự có mặt methane dòng ngun liệu làm giảm nồng độ chất phản ứng, dẫn đến giảm vận tốc phản ứng ảnh hưởng khơng tốt Methane làm giảm hình thành sản phẩm phụ, khơng có thơng tin để khẳng định điều Lượng hydrogen dư thừa dòng nguyên liệu: Một lượng dư lớn hydrogen dòng nguyên liệu dẫn đến nồng độ cao hydrogen tòan thiết bị phản ứng Hiện tượng làm tăng tốc độ phản ứng Mặc dù khơng có thơng tin việc trì mức cao hydrogen thiết bị phản ứng, việc liên quan tới giảm lượng sản phẩm phụ tạo Ngọai trừ có mặt methane dòng ngun liệu, chế độ cơng nghệ với nhiệt độ cao, lượng dư hydrogen, áp suất cao làm tăng tốc độ phản ứng giảm kích thước thiết bị phản ứng Điều khẳng định rằng, chất xúc tác khơng đóng vai trò “nóng” Trong trạng thái công nghệ này, điều chỉnh nhiệt độ áp suất làm giảm đáng kể kích thước thiết bị phản ứng Có thiệt hại đáng kể mặt kinh tế sử dụng lượng hydrogen dư dòng ngun liệu Chi phí cho hydrogen ngun liệu thô giảm đáng lượng hydrogen dư không sử dụng Thực tế lượng dư lớn sử dụng khơng tính đến thiệt hại kinh tế bao hàm khẳng định hydrogen đóng vai trò quan trọng việc ngăn chặn sản phẩm phụ hình thành Sự có mặt methane dòng ngun liệu chưa giải Trong trường hợp tốt methane có hành vi chất trơ chiếm thể tích thiết bị phản ứng, làm cho tất thiết bị phải có kích thước lớn đắt Ví dụ 6.6 Đã giả thiết xử lý dòng hydrogen/methane dòng toluene/benzene theo cách Phần toluene không phản ứng hết tách khỏi benzene sản phẩm cho tuần hòan lại Giả thiết tách methane khỏi hydrogen Khi methane trở thành sản phẩm phụ hydrogen tuần hòan lại Sử dụng q trình chưng cất để tách methane khỏi hydrogen, toluene khỏi benzene Khi chất phải dạng lỏng Đối với hệ methane/hydrogen, để hóa lỏng cần áp suất cao với nhiệt độ lạnh sâu Nếu hydrogen tách khỏi methane tuần hòan lại, dòng ngun liệu vào thiết bị phản ứng không chứa lượng đáng kể methane, lượng dư lớn hydrogen giữ mà khơng làm tăng đáng kể chi phí cho hydrogen nguyên liệu Lưu ý độ chuyển hóa tổng hydrogen trình 37%, toluene 99% Có thể có sơ đồ công nghệ khác để tách methane mà không cần hóa lỏng dòng (ví dụ, phân riêng màng) 6.4.2 Đánh giá thiết bị phân pha áp suất cao V-102 Thiết bị dạng thùng tách toluene benzene lỏng khỏi chất khí hydrogen methane khơng ngưng tụ Sản phẩm phản ứng làm nguội, tạo pha pha lỏng trạng thái cân với Cân hơi-lỏng tồn nhiệt độ áp suất dòng vào V-102 Nhiệt độ thấp (38 oC) cho phép nhận pha lỏng cho cân hơi-lỏng Áp suất trì để giữ cho hình thành pha lỏng Do trình phân riêng khơng thể dễ bị ảnh hưởng áp suất cao, nên việc trì áp suất cao V-102 hợp lý 6.4.3 Đánh giá động lực nhiệt độ lớn thiết bị trao đổi nhiệt E-101 Nguyên nhân động lực nhiệt độ có giá trị lớn tác nhân đun nóng có nhiệt độ khỏang 250 oC, dòng vào thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệt độ 30 oC Động lực lớn 100 oC Đây ví dụ tích hợp nhiệt không tốt 6.4.4 Đánh giá thiết bị trao đổi nhiệt E-102 Dòng làm nguội từ 654 oC xuống 40 oC nước có nhiệt độ khỏang 35 oC Một lần nữa, giá trị lớn 100 oC, dòng bị thải bỏ có nhiều nhiệt giá trị Và, lần nữa, tiết kiệm nhiều tiền tích hợp nhiệt 6.4.5 Van kiểm sóat áp suất dòng 8: Nhiệm vụ van giảm áp dòng vào đường khí nhiên liệu từ 23,9 bar xuống 2,5 bar Sự giảm áp cho thấy mát tiềm công Theo bảng 6.4, thu hồi cơng nhờ tua bin, phương án khơng hấp dẫn mặt kinh tế 6.4.6 Van kiểm sóat áp suất dòng từ V-102 vào V-103: Nhiệm vụ van giảm áp dòng lỏng từ V-102 Sự giảm áp dẫn tới ngưng tụ bổ sung thu nhận methane hydrogen không hòa tan từ hỗn hợp toluene/benzene Khí ngưng tách V-103 đưa tới đường khí nhiên liệu Mục đích van kiểm sóat áp suất dòng nguyên liệu vào tháp chưng T-101 Do dòng qua van chủ yếu chất lỏng, lượng nhỏ cơng có ích thu hồi từ dòng  ... suất đáp ứng nhu cầu dòng nguyên liệu vào hệ thiết bị phản ứng -thiết bị phân riêng Khi chọn trạng thái đầu cho dòng vào hệ thiết bị phản ứng -thiết bị phân riêng, nên áp dụng dẫn hay kinh nghiệm... đến lựa chọn khỏang áp suất làm việc đặc biệt cho thiết bị phản ứng thiết bị phân riêng Trạng thái dòng Áp suất cao (> 10 bar) Khẳng định cần thiết Thiệt hại mang lại trạng thái lựa chọn trạng thái. .. lý nhiệt động học thiết kế thiết bị phản ứng Bảng 6.1 Những nguyên nhân dẫn đến lựa chọn khỏang nhiệt độ làm việc đặc biệt cho thiết bị phản ứng thiết bị phân riêng Trạng thái dòng Nhiệt độ