THIẾT kế hệ THỐNG TRAO đổi NHIỆT CHO QUY TRÌNH sản XUẤT BENZENE từ TOLUENE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE GVHD: ThS NGUYỄN KIM TRUNG SVTH: TRƯƠNG TIẾN ANH MSSV: 1710534 TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 08 NĂM 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE GVHD: ThS NGUYỄN KIM TRUNG SVTH: TRƯƠNG TIẾN ANH MSSV: 1710534 TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 08 NĂM 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA: KỸ THUẬT HÓA HỌC Số:……./BKDT NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên: TRƯƠNG TIẾN ANH MSSV: 1710534 Ngành: Kỹ Thuật Chế Biến Dầu Khí Lớp: HC17DK I TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE II NHIỆM VỤ: - Tìm hiểu quy trình sản xuất Benzene sở lý thuyết q trình hydrodealkyl hóa nhiệt - Mơ quy trình sản xuất mơi trường tĩnh phần mềm Aspen Hysys - Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt phần mềm Aspen Energy Analyzer III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH: V HỌ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Kim Trung TP Hồ Chí Minh, Ngày…tháng…năm 2021 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt: Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ: NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày…tháng…năm 2021 (GV ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN Ngày…tháng…năm 2021 (GV ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Bằng tất lòng biết ơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy hướng dẫn thầy Nguyễn Kim Trung Mặc dù luận văn em chưa đến cuối thầy trị kì vọng, nhiên hướng dẫn nhiệt tình thầy mà đề tài em hoàn thành Cảm ơn thầy quan tâm hỗ trợ mặt tinh thần, với lời khuyên quý giá giúp em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn đến tập thể thầy cô mộ Kỹ thuật hóa học nói riêng thầy trường Đại học Bách Khoa nói chung trang bị cho em hành trang kiến thức vững chắc, học kinh nghiệm thực tế thầy cô Cảm ơn thầy cô ln tâm huyết với nghề, cống hiến cho công giảng dạy đào tạo nên người thành công Cảm ơn người bạn suốt năm học vừa qua, học tập, ôn thi trưởng thành Cảm ơn người bạn, người anh, từ người không quen biết giúp đỡ tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Cảm ơn người cho kỷ niệm dấu ấn thời sinh viên Có ngày hơm nay, tất nhờ chăm sóc, ni nấng bố mẹ Dù có lớn, mắt bố mẹ, đứa trẻ, luôn bố mẹ quan tâm Con cảm ơn bố mẹ! người hy sinh nhiều ngày hôm nay, cảm ơn bố - người bố lắng nghe hồn cảnh nào, ln ln tin tưởng kỳ vọng vào con, cảm ơn mẹ - người hay nói nhiều nói điều “con biết rồi!” lời quan tâm chân thành người mẹ Cảm ơn người đặc biệt tôi, người bên suốt năm qua, trải qua chuyện thăng trầm, luôn tin tưởng, quan tâm bên đến tận sau Cuối cùng, cảm ơn mái trường Bách Khoa, nơi mơ ước, nguyện vọng ngày cấp ba cho tri thức, mà cịn tình cảm, kỉ niệm đáng nhớ Để sau trường, tự hào: Mình sinh viên Bách Khoa! Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày…tháng…năm 2021 i TĨM TẮT LUẬN VĂN TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong giới hạn luận văn, phần mềm Aspen Hysys sử dụng để mô quy trình sản xuất benzene từ toluene với hệ thống trao đổi nhiệt giúp tiết kiệm lượng tiện ích, giảm chi phí vận hành Luận văn thực qua nội dung sau: ● Trình bày tổng quan đề tài với vấn đề xung quanh đề tài, ý nghĩa đề tài ● Trình bày sở lý thuyết, nguyên vật liệu, sản phẩm, mô tả lý thuyết trình sản xuất lý thuyết thiết kế Pinch; sơ lược phần mềm Aspen Hysys Aspen Energy Analyzer ● Thiết lập Case mô hội tụ việc chọn cấu tử, hệ nhiệt động, thực phản ứng hóa học; thiết lập dịng vật chất, dòng lượng; thiết lập thiết bị, đồng thời liên kết thiết bị với để Case mô hội tụ ● Sử dụng phần mềm Aspen Energy Analyzer để thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt (HEN), sau thiết kế lại quy trình Aspen Hysys để quy trình tiệm kiệm lượng tiện ích sử dụng, giảm chi phí vận hành Đồng thời khảo sát khía cạnh vốn đầu tư, giá vận hành thời gian hoàn vốn thiết kế so với thiết kế khác, để người kỹ sư, chủ đầu tư cân nhắc chọn lựa Case mơ hội tụ, cho lượng benzene có độ tinh khiết cao (99,99%) với sản lượng 75,76 tấn/h so với đầu vào 92,14 tấn/h toluene 10,08 tấn/h hydrogen Khả thu hồi nhiệt quy trình đáng kể, lên đến 3.169E+008 kJ/h, 96,027% mục tiêu ban đầu Đề tài khảo sát vấn đề kinh tế tính khả thi quy trình ii MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.3 Ý NGHĨA CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM .5 2.1.1 Nguyên liệu 2.1.2 Sản phẩm benzene [4] 2.2 Q TRÌNH HYDRODEALKYL HĨA TOLUENE 2.2.1 Hydrodealkyl hóa có xúc tác 2.2.2 Hydrodealkyl hóa nhiệt [6] 2.2.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ [7] 2.3 TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT PINCH 10 2.3.1 Khái niệm Pinch [8] .10 2.3.2 Xây dựng đường cong tổng hợp cho dịng nóng nguội [9] 11 2.3.3 Đường cong tổng hợp lớn (Grand Composite Curve) [10] 13 2.3.4 Nguyên tắc Pinch [11] 14 2.3.5 Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt phương pháp Pinch [12] 15 2.3.6 Aspen Energy Analyzer (AEA) [13] .15 iii MỤC LỤC CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 17 3.1 MƠ PHỎNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .17 3.1.1 Cấu tử - Hệ nhiệt động – Các phản ứng 17 3.1.2 Xây dựng cụm quy trình 19 3.2 TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT – PHÂN TÍCH PINCH .22 3.2.1 Trích xuất phân tích liệu 23 3.2.2 Thiết kế HEN [22] 30 3.2.3 Lựa chọn phương án tối ưu 34 3.2.4 Thiết kế quy trình cuối 38 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43 4.1 KẾT QUẢ CÁC DÒNG VẬT CHẤT .43 4.2 KẾT QUẢ CÁC DÒNG NĂNG LƯỢNG 47 4.3 ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ HEN 48 4.3.1 Khả thu hồi nhiệt 48 4.3.2 Đánh giá kinh tế .49 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 5.1 KẾT LUẬN 54 5.2 KIẾN NGHỊ .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 PHỤ LỤC 59 iv DANH MỤC HÌNH DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Nhu cầu benzene thị trường trung quốc năm qua từ 2016-2020 [5] Hình 2.2: Sơ đồ quy trình cơng nghệ THDA nhà máy Axens sử dụng [7] 10 Hình 2.3: Xây dựng đường gộp .12 Hình 2.4: Giản đồ (T-ΔH) với đường gộp 12 Hình 2.5: Xây dựng đường cong tổ hợp lớn [10] 13 Hình 2.6: Sử dụng đường cong tổng hợp lớn cho mục tiêu nhiều tiện ích [10] 14 Hình 2.7: Các bước tiến hành thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt phương pháp Pinch .15 Hình 3.1: Case mơ quy trình sản xuất benzene từ toluene chưa tối ưu nhiệt .22 Hình 3.2: Các dịng nóng, lạnh tiện ích AEA trích xuất từ quy trình 24 Hình 3.3: Ảnh hưởng DTmin đến tổng chi phí quy trình .26 Hình 3.4: Thiết lập mục tiêu lượng giản đồ đường tổng hợp nóng, lạnh .27 Hình 3.5: Sử dụng đường cong tổ hợp lớn quy trình để lựa chọn dịng tiện ích tối ưu ứng với DTmin = 12 oC 29 Hình 3.6: Sơ đồ lưới thiết kế HEN 33 Hình 3.7: Thiết kế HEN đề xuất từ AEA .34 Hình 3.8: Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống 38 Hình 3.9: Case mơ quy trình sản xuất Benzene từ Toluene có tận dụng nhiệt 41 Hình 3.10: Trao đổi nhiệt với dòng To Reboiler tháp T-100 (a) To Reboiler tháp T-101 (b) 42 v KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ● Thiết bị chưng cất T-101 Bảng 4.4: Thơng số tính chất lưu lượng mole dòng vào thiết bị chưng cất T101 Thơng số tính chất Tên dịng LD4 F4 Toluene Re Tỉ lệ pha 0 Nhiệt độ [oC] 123,7 116,9 248,5 Áp suất [kPa] 320 280 320 Lượng lượng mole [kgmole/h] 998,4 970,1 28,32 Lưu lượng khối lượng [kg/h] 7.986E+004 7.577E+004 4089 Lưu lượng thể tích [m3/h] 89,93 85,89 4,045 Enthalpy [kJ/kgmole] 6.579E+004 6.257E+004 1.923E+005 Entropy [kJ/kgmole.C] -83,88 -109,5 781,4 Năng lượng [kJ/h] 6.569E+007 6.072E+007 5.446E+006 Lưu lượng mole [kgmole/h] Tên dòng LD4 F4 Toluene Re Toluene 4,4972 0,0097 4,4875 Hydrogen 0,0000 0,0000 0,0000 Benzene 969,9810 969,9781 0,0028 Methane 0,0885 0,0885 0,0000 BiPhenyl 23,8299 0,0000 23,8299 46 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ● Các dòng hồn lưu dịng purge Bảng 4.5: Thơng số tính chất lưu lượng mole dịng hồn lưu dịng khí purge Thơng số tính chất Tên dịng Toluene Re (Dịng hồn lưu) F3 (Dịng hồn lưu) F2 (Dịng khí purge) Tỉ lệ pha 1 Nhiệt độ [oC] 248,5 30 30 Áp suất [kPa] 320 3500 3500 Lượng lượng mole [kgmole/h] 28,31 1851 5005 Lưu lượng khối lượng [kg/h] 4087 9659 2.613E+004 Lưu lượng thể tích [m3/h] 4,044 63,05 170,5 Enthalpy [kJ/kgmole] 1.923E+005 -1.409E+004 -1.411E+004 Entropy [kJ/kgmole.C] 781,4 109,0 109,1 Năng lượng [kJ/h] 5.443E+006 -2.608E+007 -7.063E+007 Lưu lượng mole [kgmole/h] 4.2 Tên dòng Toluene Re (Dịng hồn lưu) F3 (Dịng hồn lưu) F2 (Dịng khí purge) Toluene 4,4864 0,0176 0,0472 Hydrogen 0,0000 1477,5134 3992,6226 Benzene 0,0028 10,9908 29,6966 Methane 0,0000 362,7652 982,3311 BiPhenyl 23,8194 0,0002 0,0006 KẾT QUẢ CÁC DỊNG NĂNG LƯỢNG Các dịng lượng quy trình gồm có: 47 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Dòng Q-100: Dòng HP Steam cung cấp nhiệt lượng cho dòng toluene (T2.3), gia nhiệt từ 147 oC đến 250,1 oC Dòng Q-101: Dòng HP Steam cung cấp nhiệt lượng cho dòng hydrogen (H2.3), gia nhiệt từ 147 oC đến 248,9 oC Dòng Q9: Dòng Cooling Water giải nhiệt cho dòng sau phản ứng trao đổi nhiệt với dòng khác, từ 91,73 oC xuống 30 oC Dòng QC1: Dòng Refrigerant làm ngưng tụ sản phẩm đỉnh condenser tháp chưng T-100, từ 28,18 oC xuống -6,731 oC Dòng QC2: Dòng Air làm ngưng tụ sản phẩm đỉnh condenser tháp chưng T-101, từ 117,6 oC xuống 117,0 oC Dòng QR2: Dòng HP Steam cấp nhiệt cho Reboiler tháp chưng T-101, từ 182,4 o C lên 248,5 oC Dòng QC3: Dòng Cooling Water giải nhiệt cho dòng sản phẩm benzene, từ 79,72 o C xuống 30 oC Bảng 4.6: Kết dòng lượng thiết kế tận dụng nhiệt 4.3 Loại tiện ích Năng lượng (kJ/h) HP Steam 2.350E+007 HP Steam 2.092E+007 QR2 HP Steam 9.768E+007 Q9 Cooling Water 3.026E+007 QC1 Refrigerant 7.612E+004 QC2 Air 1.382E+008 QC3 Cooling Water 1.149E+007 STT Tên dòng Q-100 Q-101 Tiện ích Nóng Lạnh ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ HEN 4.3.1 Khả thu hồi nhiệt Để đánh giá khả thu hồi nhiệt thiết kế HEN, ta dựa vào mục tiêu thu hồi nhiệt xác định phần 3.2.1.3 Mục tiêu thu hồi nhiệt, dòng 48 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN lượng sử dụng quy trình, kết thu bảng 4.6 Năng lượng tiện ích nóng sử dụng tổng lượng dòng HP Steam, lượng cho tiện ích lạnh tổng lượng dòng Cooling Water (Q9, QC3), Refrigerant (QC1) Air (QC2) Để xác định lượng nhiệt thu hồi thiết kế HEN, ta lấy tổng lượng dòng tiện ích nóng trước thiết kế HEN (bảng 3.6) trừ tổng lượng dịng tiện ích nóng sau thiết kế HEN (bảng 4.6) Ta kết lượng nhiệt thu hồi là: 3.169E+008 kJ/h Bảng 4.7: Đánh giá khả thu hồi nhiệt HEN STT Các loại nhiệt tối ưu Mục tiêu (kJ/h) Hiện (kJ/h) % mục tiêu Lượng nhiệt thu hồi tối đa 3.300E+008 3.169E+008 96,027 Lượng tiện ích lạnh tối thiểu 1.650E+008 1.800E+008 -9,091 Lượng tiện ích nóng tối thiểu 1.300E+008 1.421E+008 -9,308 4.3.2 Đánh giá kinh tế ● Chi phí vận hành [28] ▪ Năng lượng điện (Electricity): Nhu cầu điện trình chủ yếu xác định công việc cần thiết cho hoạt động bơm, nén, làm mát khơng khí xử lý chất rắn, bao gồm lượng cần thiết cho thiết bị, đèn chiếu sáng vài thiết bị nhỏ khác Giá bán buôn điện thay đổi theo khu vực, thời rơi vào khoảng 0,06 – 0,08 USD/kWh Bắc Mỹ ▪ Dịng tiện ích Cooling Water: Chi phí cung cấp nước làm mát chủ yếu xác định chi phí lượng điện Hệ thống nước làm mát sử dụng lượng để bơm nước làm mát qua hệ thống để chạy quạt tháp giải nhiệt, bao gồm chi phí bù nước xử lý hóa chất Điện sử dụng cho hệ thống nước làm mát tuần hoàn thường từ – 49 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN kWh/1000 gal nước tuần hồn Chi phí bổ sung nước xử lý hóa chất thường khoảng 0,02 USD/1000 gal ▪ Dịng tiện ích Refrigerant 1: Nhiều loại ngun liệu phát triển để sử dụng làm chất làm lạnh, hầu hết số hydrocarbon halogen hóa Trong số trường hợp, ammonia, nitrogen and carbon dioxide sử dụng Hệ thống lạnh sử dụng nguồn điện để nén chất làm lạnh Cơng thức ước tính cách sử dụng nhiệt lượng làm mát hệ số hiệu suất máy lạnh (COP) Chi phí vận hành hệ thống lạnh xác định từ mức tiêu thụ điện COP = Te ( Tc − Te ) Trong đó: Te: nhiệt độ tuyệt đối thiết bị bay hơi, K Tc: Nhiệt độ tuyệt đối bình ngưng, K Thiết bị bay làm việc -25 oC (248 K), nhiệt độ dịng quy trình cần làm nguội từ 28 oC (301 K), COP = 4,679 Với hiệu suất 0,8 cơng suất làm việc máy lạnh là: ▪ CoolingDuty 21,144 = = 5,649 kW COP 4,679  0,8 Dịng tiện ích Air: Khơng khí áp suất atm có sẵn khí quyển, chi phí hoạt động dịng tiện ích từ cơng suất quạt làm mát Trung bình khoảng 0,13 – 0,14 USD/h sử dụng ▪ Dịng tiện ích HP Steam: Ta có giá HP Steam khoảng USD/klb = 0,0066 USD/kg Giá HP ước tính từ chi phí xử lý nước cấp cho lò hơi, giá nhiên liệu hiệu suất lò hơi: PHPS = PF dH b + PBFW B Trong đó: PHPS: giá nước áp suất cao, USD/1000lb PF: giá nhiên liệu, USD/MMBtu dHb: tổng nhiệt, MMBtu/Mlb steam ηB: hiệu suất lò đốt 50 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN PBFW: giá nước cấp cho lò, USD/Mlb (nếu nước ngưng tụ nước ngưng tụ quay trở lại nồi phần bỏ qua) Bảng 4.8: Mức sử dụng chi phí vận hành dịng tiện ích STT Loại tiện ích Mức sử dụng Đơn vị Chi phí cho sử dụng (USD/h) Electricity 377,8 kW 29,280 Cooling Water 1.996E+006 kg/h 42,187 Refrigerant 7.612E+004 kJ/h 0,339 Air 1.382E+008 kJ/h 0,13 HP Steam 8.344E+004 kg/h 552,583 ● Chi phí đầu tư cho thiết bị trao đổi nhiệt: Chi phí đầu tư thiết bị trao đổi nhiệt ước tính đơn giản dựa diện tích trao đổi nhiệt Diện tích trao đổi nhiệt liên hệ theo công thức sau [29]: Q = U.A.ΔTm Trong đó: Q: Lượng nhiệt trao đổi đơn vị thời gian, W U: Hệ số truyền nhiệt tổng quát, W/m2K A: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 ΔTm: Chênh lệch nhiệt độ trung bình, K Ta thực ước tính sơ chi phí sơ theo cơng thức sau, hệ số tính tốn lấy tài liệu [30]: Ce = a + b.Sn Trong đó: Ce: Chi phí mua thiết bị a, b: hệ số chi phí S: Thơng số kích thước n: Hệ số mũ cho loại thiết bị 51 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Bảng 4.9: Các giá trị để tính chi phí mua thiết bị STT Thiết bị Đơn vị giá trị S a b n U-tube shell and tube m2 28 000 54 1,2 U-tube Kettle reboiler m2 29 000 400 0,9 Boiler, 15 to 40 bar kg/h steam 124 000 10 1,0 Bảng 4.10: Ước tính chi phí mua thiết bị trao đổi nhiệt STT Tên thiết bị Dịng trao đổi nhiệt Giá trị S Chi phí mua thiết bị (USD) E-105 PFR1_To_C1 với H2_To_H1 4209 m2 234 169,86 E-104 PFR1_To_C1 với T2_To_T1 1502 m2 378 265,76 E-100@COL2 PFR1_To_C1 với To Reboiler@COL2 677,3 m2 162 688,67 E-100@COL1 PFR1_To_C1 với To Reboiler@COL1 114,3 m2 43 923,89 E-109 PFR1_To_C1 với H2_To_H1 1388 m2 346 611,26 E-108 PFR1_To_C1 với T2_To_T1 307,8 m2 80 277,66 E-111 PFR1_To_C1 với H2_To_H1 1904 m2 493 579,76 E-110 PFR1_To_C1 với T2_To_T1 572,9 m2 138 176,34 Reboiler@COL2 To Reboiler với HP Steam 5.736E+004 697 600,00 H2_To_H1 với HP Steam 1.228E+004 T2_To_T1 với HP Steam 1.380E+004 10 11 E-107 E-106 52 kg/h Steam 246 800,00 kg/h Steam kg/h Steam 262 000,00 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 12 E-102 PFR1_To_C1 với Cooling Water 229,4 m2 64 737,18 13 Condenser@COL2 To Condenser với Air 4120 m2 203 629,35 14 E-103 F5_To_BENZENE với Cooling Water 89,75 m2 39 913,38 15 Condenser@COL1 To Condenser với Refirgerant 1653 m2 420 935,42 • Chi phí lắp đặt: Để ước tính chi phí lắp đặt thiết bị từ chi phí thiết bị mua, Lang đề xuất tổng chi phí lắp đặt thiết bị xấp xỉ lần tổng chi phí mua Tuy nhiên Hand nhận thấy thu ước tính xác cách sử dụng yếu tố khác cho loại thiết bị xử lý khác Ví dụ, chi phí lắp đặt cột chưng cất, bình áp suất, máy bơm gấp lần chi phí mua thiết bị; trao đổi nhiệt gấp 3,5 lần; máy nén gấp 2,5 lần; lò đốt gấp lần,…[31] 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Quy trình sản xuất benzene từ toluene phương pháp dehydrodealkyl hóa nhiệt với khả thu hồi nhiệt lượng mô thành công với phần mềm Aspen Hysys Case mơ hồn tồn hội tụ, thơng thiết lập phần 3.1 MƠ PHỎNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ thơng số cho thiết bị trao đổi nhiệt thiết lập Bảng 3.14: Thông số cài đặt cho thiết bị thiết kế HEN Với điều kiện thiết lập, tỉ lệ mole hydrogen với toluene 5, lưu lượng mole dòng toluene 1000 kgmole/h, với điều kiện phản ứng 680 oC 3500 kPa cho độ chuyển hóa cao, lên đến 99,55% Qua tháp chưng cất, thu benzene có độ tinh khiết cao (99,99%) với sản lượng 75,8 tấn/h, kết liệt kê phần 4.1 KẾT QUẢ CÁC DÒNG VẬT CHẤT Thiết kế xây dựng nhiệt độ DTmin tối ưu, giúp cho hệ thống tối ưu chi phí vận hành chi phí đầu tư Các dịng tiện ích thiết lập với mục tiêu ban đầu, giúp cho quy trình sử dụng loại tiện ích phù hợp, nhằm giảm chi phí dòng tiện ích Mặc dù quy trình sử dụng 15 thiết bị trao đổi nhiệt so với 11 thiết bị trao đổi nhiệt tối thiểu, khả thu hồi nhiệt thiết kế HEN đáng kể, lên đến 3.169E+008 kJ/h, 96,027% mục tiêu ban đầu đề Các mục tiêu đề đề cập phần 3.2.1 Trích xuất phân tích liệu Đồng thời, chi phí vốn đầu tư chi phí vận hành tính tốn phần 4.3.2 Đánh giá kinh tế, giúp cho người kĩ sư hay chủ đầu tư có xem xét, lựa chọn có nên đầu tư cho thiết kế hay khơng? Hay hướng đến thiết kế khác 5.2 KIẾN NGHỊ Do hạn chế mặt thời gian kiến thức, mơ hình chưa khai thác cách triệt để Cụ thể, mơ hình xây dựng môi trường ổn định, sử dụng công thức từ nên tảng lý thuyết loại bỏ yếu tố nhằm giúp hệ đạt trạng thái lý tưởng, đó, mơ hình chưa hướng đến xác gần với thực tế Kiến nghị đưa để tiếp tục mở rộng hướng nghiện cứu xây dựng mơ 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ hình động cho hệ thống, cách định cỡ thiết bị, thiết lập hệ thống điều khiển đưa vào số nhiễu cho hệ thống dạng tín hiệu xung để kiểm tra khả điều khiển khả phục hồi hệ thống 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AdvanTech Jsc (8/2020) Mục đích mơ phỏng: https://www.advantech.vn/faq/viewlist?c=faqs#Muc-dich-cua-mo-phong [2] Cengage (May 2018) Toluene Available: https://www.encyclopedia.com/scienceand-technology/chemistry/organic-chemistry/toluene [3] Cengage (Jun 2018 Hydrogen Available: https://www.encyclopedia.com/scienceand-technology/chemistry/compounds-and-elements/hydrogen [4] Cengage (May 2018) Benzene Available: https://www.encyclopedia.com/scienceand-technology/chemistry/organic-chemistry/benzene [5] Rob Peacock, Stephanie Kirby and Jenny Yi Benzene will the us find enough? ICIS [6] Stanislav Valerievich Emet B.S (May, 2003) An examination of modified hierarchical design structure for chemical proesses Graduate Faculty of Texas Tech University Pp 4-7 [7] Hydrocarbon Processing (2014) 2014 Petrochemical Processes Handbook [8] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire, CW9 7UZ, England Pp [9] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire, CW9 7UZ, England Pp 10 [10] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire, CW9 7UZ, England Pp 10-11 [11] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire, CW9 7UZ, England Pp [12] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire, CW9 7UZ, England Pp 30-31 [13] Eskild Aas (June, 2019) Optimization of Heat Exchanger Networks using Aspen Energy Analyzer and SeqHENS Norwegian University of Science and Technology Pp 19-20 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [14] Stanislav Valerievich Emet B.S (May, 2003) An examination of modified hierarchical design structure for chemical proesses Graduate Faculty of Texas Tech University Pp 6-9 [15] Vũ Bá Minh (2014) Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm – Tập – Kỹ thuật phản ứng Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trang 78 [16] James M Douglas (1988) Conceptual design of chemical processes University of Massachusetts Pp 8-9 [17] K.Nagamalleswara Rao, G Koteswara Reddy, P Rajendra Prasad, V Suajatha (2015) Pinch Analysis of Cumene Process using Aspen Energy Analyzer International Journal of Chemical Engineering and Processing Pp 26 [18] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology, Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire CW9 7UZ, England Pp 20 [19] Gavin Towler, Ray Sinnott (2013) Chemical Engineering Design – Principles, Practice and Economics of Plan and Process Design Butterworth-Heinemann Pp 107108 [20] Gavin Towler, Ray Sinnott (2013) Chemical Engineering Design – Principles, Practice and Economics of Plan and Process Design Butterworth-Heinemann Pp 113114 [21] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology, Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire CW9 7UZ, England Pp 13 [22] Aspen Technoly, Inc Aspen Energy Analyzer – Reference Guide [23] Linnhoff March (1998) Introduction to Pinch Technology Targeting House Gadbrook Park, Northwish Cheshire, CW9 7UZ, England Pp 49-50 [24] Frank (Xin X.) Zhu (2014) Energy and Process Optimization for the Process Industries American Institute of Chemical Engineers, Inc [25] K.Nagamalleswara Rao, G Koteswara Reddy, P Rajendra Prasad, V Suajatha (2015) Pinch Analysis of Cumene Process using Aspen Energy Analyzer International Journal of Chemical Engineering and Processing Pp 24 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [26] Gavin Towler, Ray Sinnott (2013) Chemical Engineering Design – Principles, Practice and Economics of Plan and Process Design Butterworth-Heinemann Pp 70 [27] Charles E Thomas (2011) Process Technology Equipment & Systems United States of America Pp 170-171 [28] Gavin Towler, Ray Sinnott (2013) Chapter “Utilities and Energy Efficient Design” in the book Chemical Engineering Design – Principles, Practice and Economics of Plan and Process Design Butterworth-Heinemann [29] Gavin Towler, Ray Sinnott (2013) Chemical Engineering Design – Principles, Practice and Economics of Plan and Process Design Butterworth-Heinemann Pp 70 [30] Gavin Towler, Ray Sinnott (2013) Chemical Engineering Design – Principles, Practice and Economics of Plan and Process Design Butterworth-Heinemann Pp 321324 [31] James M Douglas (1988) Conceptual design of chemical processes University of Massachusetts Pp 33 58 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hình ảnh mơ dòng thiết bị sử dụng case mơ STT Tên Hình ảnh Chức Material Mơ dịng vật chất, chứa thơng số Stream nhiệt độ, áp suất, thành phần dòng, lưu lượng, tính chất,… Energy Stream Mơ dịng lượng, chứa thông tin Heat flow Type flow Set Mơ thiết bị logic Có chức thiết lập thông số dựa vào thông số loại khác Pump Mô thiết bị bơm Dùng để tăng áp cho dịng lỏng Control Valve Mơ thiết bị van Dùng để giảm áp cho dòng vật chất Mixer Mơ thiết bị trộn dịng Có chức trộn nhiều dòng thành dòng Heat Mô thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ-ống Exchanger Dùng để trao đổi nhiệt độ hai dòng vật chất Heater Mô thiết bị gia nhiệt Dùng dòng lượng để tăng nhiệt độ dòng vật chất Tee Mơ thiết bị tách dịng Dùng để tách dòng thành nhiều dòng với tỷ lệ khác 10 Reactor Mô thiết bị phản ứng dạng dịng chảy 59 PHỤ LỤC 11 Cooler Mơ thiết bị giải nhiệt Dùng dịng tiện ích để giải nhiệt nhiệt độ dòng vật chất 12 Separator Mô thiết bị tách hai pha Dùng để tách riêng pha khí pha lỏng dịng vật chất 13 Recycle Có chức tạo dịng tái chế cho dịng vật chất 14 Distillation Mơ thiết bị chưng cất Có chức tách Column cấu tử có nhiệt đơi khác khỏi hỗn hợp Phụ lục 2: Màu sắc dòng vật chất lượng Màu sắc Ý nghĩa Dòng vật chất khởi tạo chưa nhập đầy đủ thông tin Dòng vật chất hội tụ Dòng lượng thiếu thơng số Heat Flow Dịng lượng hội tụ Phụ lục 3: Màu sắc thiết bị Màu sắc Ý nghĩa Thiết bị thiếu dòng vật chất vào lượng Thiết bị đầy đủ dòng vật chất vào, dòng lượng thiếu thông số hoạt động Thiết bị hội tụ 60 ... TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BENZENE TỪ TOLUENE II NHIỆM VỤ: - Tìm hiểu quy trình sản xuất Benzene sở lý thuyết q trình hydrodealkyl hóa nhiệt - Mơ quy trình sản xuất. .. trường Từ vấn đề đó, đề tài luận văn ? ?Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt cho quy trình sản xuất Benzene từ Toluene? ?? ứng dụng phần mềm Hysys với mục đích thiết kế xây dựng quy trình cơng nghệ, đồng... lắp đặt, $ b, c: hệ số liên quan đến nhiệt lượng trao đổi diện tích trao đổi nhiệt area: diện tích trao đổi nhiệt, m2 Nshells: Số vỏ thiết bị trao đổi nhiệt Duty: nhiệt lượng trao đổi, kJ/h Chu,