THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLEN NĂNG SUẤT 150 000 TẤNNĂM BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HYSYS
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐINH NGỌC LÝ THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLEN NĂNG SUẤT 150 000 TẤN/NĂM BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HYSYS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn ThS. NGUYỄN VĂN TOÀN BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐINH NGỌC LÝ THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLEN NĂNG SUẤT 150 000 TẤN/NĂM BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HYSYS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn ThS. NGUYỄN VĂN TOÀN BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ĐINH NGỌC LÝ MSSV: 0852010094 Ngày, tháng, năm sinh: 06/4/1990 Nơi sinh: BÌNH ĐỊNH Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế nhà máy sản xuất polypropylen năng suất 150 000 tấn/năm bằng phần mềm mô phỏng hysys. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan công nghệ. Thiết kế, mô phỏng nhà máy sản xuất polypropylen năng suất 150 000 tấn/năm bằng phần mềm mô phỏng hysys. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 20/3/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/7/2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Văn Toàn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày 12 tháng 7 năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ĐINH NGỌC LÝ TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam là nước có tiềm năng rất lớn cho ngành công nghiệp hóa dầu, trong đó có tổng hợp các hợp chất Polyme, là ngành đang có xu hướng phát triển mạnh ở nước ta. Đó là một ngành khoa học nghiên cứu về việc tổng hợp các chất hữu cơ có ứng dụng rộng rãi trong đời sống bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ. Việc sản xuất, sử dụng polyme ngày càng được mở rộng và có quy mô phát triển nhanh. Polypropylen là một trong số những polyme được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành sản xuất thấp, và các tính chất được ưa chuộng của nó. Mặt khác, cùng với sự phát triển không ngừng của các tiến bộ khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các phần mềm chuyên dụng vào trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau cũng đã trở nên rất phổ biến. Nhờ có sự xuất hiện của các công cụ đắc lực này mà việc điều khiển, vận hành các quy trình công nghệ ngày càng hiện đại và tối ưu hơn. Bên cạnh đó, các phần mềm chuyên dụng này còn giúp các nhà thiết kế cũng như vận hành có thể tiến hành tính toán, thiết kế và tối ưu các thông số của quá trình. Đó chính là nhờ sự ra đời của các phần mềm mô phỏng. Các phần mềm mô phỏng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với ngành dầu khí nói riêng và các ngành kỹ thuật khác nói chung. Nó cho phép người sử dụng tiến hành các thao tác mô phỏng một quy trình đã có trong thực tế hoặc thiết kế một quy trình mới nhờ có thư viện dữ liệu phong phú và chính xác với từng ngành khác nhau. Một trong số đó chính là phần mềm Hysys, phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghệ hóa học, đặc biệt trong lĩnh vực lọc - hóa dầu, polymer, hóa dược. Từ những phân tích trên, em quyết định chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất 150 000 Tấn/năm bằng phần mềm mô phỏng Hysys. Đồ án gồm các phần: - Tổng quan lý thuyết. - Mô phỏng nhà máy sản xuất Polypropylen trên phần mềm Hysys. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc tới: PGS.TS Nguyễn Văn Thông, trưởng Khoa Hóa học & CN Thực phẩm. Thầy Th.s Nguyễn Văn Toàn, giảng viên Khoa Hóa học & CN Thực phẩm, là người hướng dẫn trực tiếp hướng dẫn và truyền đạt nhiều kiến thức quí báu cho tôi suốt thời gian qua. Ban giám hiệu Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã quan tâm giúp đỡ, xem xét cho em được làm đồ án tốt nghiệp này. Cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm, những người đã hết lòng dìu dắt tôi trong suốt thời gian học tai trường. Cảm ơn tập thể lớp DH08H2, những người đã luôn ở bên cạnh động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập tại trường. Mãi mãi ghi nhớ công ơn to lớn của cha mẹ và những người thân đã thương yêu, lo lắng, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài. Trân trọng. Vũng Tàu, ngày 12 tháng 7 năm 2012 Sinh viên thực hiện Đinh Ngọc Lý Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iii MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC BẢNG . v DANH MỤC HÌNH vi TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG I. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT . 1 1.1 Giới thiệu về Propylen . 1 1.1.1 Các nguồn thu nhận Propylen chính 1 1.1.2 Thị trường propylene 2 1.1.3 Tính chất hóa lý của propylen . 4 1.1.3.1 Tính chất vật lý của propylen . 4 1.1.3.2 Tính chất hóa học. của propylen .5 1.2 Giới thiệu về sản phẩm Polypropylen .7 1.2.1 Lịch sử ra đời Polypropylen 7 1.2.2 Tình hình sản xuất và nhu cầu về polypropylen . 7 1.2.3 Tính chất Polypropylen . 10 1.2.4 Ứng dụng Polypropylen 11 1.2.5 Cấu trúc Polypropylen 11 1.2.5.1 Isotactic Polypropylen 12 1.2.5.2 Atactic Polypropylen 12 1.2.5.3 Syndiotactic Polypropylen . 12 1.2.6 Cơ chế trùng hợp 13 1.2.6.1 Cơ chế trùng hợp theo gốc tự do 13 1.2.6.2 Cơ chế trùng hợp điều hòa lập thể 13 1.3 Chất xúc tác 18 1.3.1 Lịch sử ra đời và phát triển chất xúc tác 18 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iv 1.3.2 Cấu tạo, thành phần chất xúc tác quá trình polyme hóa propylen 19 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ MÔ PHỎNG NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLEN BẰNG PHẦN MỀM HYSYS 21 2.1 Những quá trình polyme hóa propylen thông dụng . 21 2.2 Qui trình sản xuất chung . 21 2.3 Một số công nghệ được dùng để sản xuất Polypropylen hiện nay . 24 2.3.1 Công nghệ pha khí 24 2.3.1.1 Công nghệ Novolen . 24 2.3.1.2 Công nghệ Unipol 27 2.3.1.3 Công nghệ Innovene 30 2.3.2 Công nghệ pha lỏng 33 2.3.2.1 Công nghệ Sheripol 33 2.3.2.2 Công nghệ Hypol – II . 38 2.3.3 Giải thích về sự lựa chọn công nghệ sản xuất Polypropylen 41 2.4 Giới thiệu về phần mềm Hysys 43 CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ VÀ MÔ PHỎNG 55 3.1 Những thông số ban đầu 55 3.2 Tính các giá trị ban đầu cho mô phỏng . 57 3.3 Tính toán kích thước cho thiết bị chính 62 3.4 kết quả mô phỏng . 70 CHƯƠNG IV. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN . 76 4.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển 76 4.2 Hệ thống điều khiển trong nhà máy sản xuất Polypropylen 77 4.3 Xây dựng hệ thống điều khiển PID cho thiết bị 78 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 82 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu v DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Cầu propylen trên thế giới .2 Bảng 1.2 Tổng Cầu propylen trên thế giới . 3 Bảng 1.3 Sản lượng, tiêu thụ propylen trên thế giới . 3 Bảng 1.4 Diễn biến giá propylen trên thị trường 8 Bảng 1.5 Tiêu thụ polypropylen tại Việt Nam 9 Bảng 1.6 Các thế hệ xúc tác Ziegler-Natta, thành phần, tính năng, hình thái và yêu cầu của quá trình 19 Bảng 1.7 Thành phần chính của các loại xúc tác Ziegler-Natta 20 Bảng 3.1 Thành phần của nguyên liệu propylene từ nhà máy Lọc Dầu 55 Bảng 3.2 Thành phần khí chứa hydrogen . 56 Bảng 3.3 Độ chuyển hóa của Propylene và Hydrogen trong từng thiết bị phản ứng . 57 Bảng 3.4 Bảng cân bằng vật chất của thiết bị PreR 61 Bảng 3.5 Bảng cân bằng vật chất của thiết bị R1 61 Bảng 3.6 Bảng cân bằng vật chất của thiết bị R2 61 Bảng 3.7 Lưu lượng dòng vật chất trong các thiết bị phản ứng . 62 Bảng 3.8 Thể tích dòng vật chất trong các thiết bị phản ứng 62 Bảng 3.9 Kích thước các thiết bị phản ứng R200, R201, R202 . 64 Bảng 3.10 Giá trị nhiệt độ, áp suất các thiết bị chính 73 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Các nguồn thu nhận Propylen 2 Hình 2.1 Quy trình sản xuất PP chung . 22 Hình 2.2 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ NOVOLEN . 24 Hình 2.3 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ UNIPOL 28 Hình 2.4 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ INNOVENE 31 Hình 2.5 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ SHERIPOL 34 Hình 2.6 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ HYPOL II 38 Hình 2.7Chọn mô hình nhiệt động học cho quá trình . 44 Hình 2.8 Chọn cấu tử trong thư viện Hysys cho quá trình 44 Hình 2.9 Xây dựng cấu tử giả cho quá trình . 45 Hình 2.10 Quá trình xây dựng cấu tử giả PP 45 Hình 2.11 Xây dựng phương trình phản ứng cho quá trình . 46 Hình 2.12 Xây dựng cấu tử và hệ số tỉ lượng cho phản ứng . 46 Hình 2.13 Xác định độ chuyển hóa của phản ứng 47 Hình 2.14 Xác lập nhiệt độ, áp suất, lưu lượng cho dòng vật chất 47 Hình 2.15 Xác lập thành phần cho từng cấu tử trong dòng vật chất 48 Hình 2.16 Xây dựng dòng nghuyên liệu hydrogen . 48 Hình 2.17 Xây dựng dòng xúc tác 49 Hình 2.18 Xây dựng các dòng vào-ra và các thuộc tính cho phản ứng 49 Hình 2.19 Xác lập các điều kiện và thông số cho thiết bị phản ứng 50 Hình 2.20 Xác lập các điều kiện phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng 50 Hình 2.21 Chọn loại thiết bị phản ứng chuyển hóa . 51 Hình 2.22 Xây dựng các dòng vào-ra và các thuộc tính cho thiết bị tách 51 Hình 2.23 Xác lập tỉ lệ các thành phần dòng qua thiết bị 52 Hình 2.24 Xác lập các dòng vật chất vào-ra . 52 Hình 2.25 Xác lập áp suất cho đỉnh và đáy tháp . 53 Hình 2.26 Xác lập nhiệt độ cho đỉnh và đáy tháp . 53 Hình 2.27 Tháp hấp phụ sau khi thiết lập xong 54 Hình 3.1 Kích thước thiết bị phản ứng R200 63 Hình 3.2 Kích thước thiết bị phản ứng R201 63 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vii Hình 3.3 Kích thước thiết bị phản ứng R202 64 Hình 3.4 Kích thước thiết bị D302 . 64 Hình 3.5 Kích thước thiết bị D301 . 65 Hình 3.6 Kích thước thiết bị D202 . 65 Hình 3.7 Kích thước thiết bị V100 . 66 Hình 3.8 Kích thước thiết bị V101 . 66 Hình 3.9 Kích thước thiết bị V102 . 67 Hình 3.10 Kích thước thiết bị T301 67 Hình 3.11 Kích thước thiết bị T302 68 Hình 3.12 Kích thước thiết bị T501 68 Hình 3.13 Kích thước thiết bị T502 69 Hình 3.14 Kích thước thiết bị D501 . 69 Hình 3.15 Kích thước thiết bị D502 . 70 Hình 3.16 Các thông số dòng vật chất vào-ra thiết bị phản ứng R200 70 Hình 3.17 Lưu lượng PP thu được tại thiết bị phản ứng R200 71 Hình 3.18 Các thông số dòng vật chất vào-ra thiết bị phản ứng R201 71 Hình 3.19 Lưu lượng PP thu được tại thiết bị phản ứng R201 72 Hình 3.20 Các thông số dòng vật chất vào-ra thiết bị phản ứng R202 72 Hình 3.21 Lưu lượng PP thu được tại thiết bị phản ứng R202 73 Hình 3.22 Sơ đồ nhà máy sản xuất Polypropylen . 75 Hình 4.1 Thuật toán Adjust dùng điều chỉnh thông số áp suất dòng sản phẩm Polypropylene 78 Hình 4.2 Chọn thông số áp suất cần tính toán 79 Hình 4.3 Nhập giá trị áp suất để tính toán thông số áp suất dòng sản phẩm Polypropylene theo tỉ lệ với dòng WASTE2 79 Hình 4.4 Nhập dòng vào ra cho Recycle 80 . tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất 150 000 Tấn/năm bằng phần mềm mô phỏng Hysys. Đồ án gồm các phần: - Tổng quan lý thuyết. - Mô phỏng. Tổng quan công nghệ. Thiết kế, mô phỏng nhà máy sản xuất polypropylen năng suất 150 000 tấn/năm bằng phần mềm mô phỏng hysys. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ