Tài liệu CHƯƠNG 1: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẰNG PHẦN MỀM HYSIS. doc

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 CHƢƠNG 1 MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẰNG PHẦN MỀM HYSIS 1.1. Những thông số ban đầu: [29] - Công suất của nhà máy : 150.000 (tấn/năm); - Dải công suất hoạt động của nhà máy : (50 ÷ 100)% công suất thiết kế; - Nhà máy hoạt động : 8000 (giờ / năm); - Xúc tác hiệu suất cao, tiêu thụ tối đa đạt (0,033 ÷ 0,05) kg/tấn sản phẩm; Yêu cầu đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu Propylen Nguyên liệu propylen từ phân xưởng thu hồi propylen (PRU) của Nhà máy lọc dầu sẽ được chuyển đến phân xưởng PP bằng đường ống. Phần propylen nhập sẽ được chuyển đến các bể chứa đặt tại khu bể chứa sản phẩm của Nhà máy . Các đặc tính và điều kiện biên của nguyên liệu được chỉ ra dưới đây: Áp suất : 26 kg/cm 2 g Nhiệt độ : Môi trường Trạng thái: Lỏng Bảng 1 : Thành phần của nguyên liệu từ nhà máy lọc dầu Tinh khiết Propylen, % thể tích, tối thiểu 99,5 Hyđrô, phần triệu thể tích, tối đa 20 Loại 0,5 Nitơ, Mêtan, phần triệu thể tích, tối đa 100 Etan, phần triệu thể tích, tối đa 200 C4, C5, Hydrocarbon no, phần triệu thể tích, tối đa 200 Etylen, phần triệu thể tích, tối đa 100 Buten, phần triệu thể tích, tối đa 100 Penten, phần triệu thể tích, tối đa 10 Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Độc tố: Acetylen, phần triệu thể tích, tối đa 5 Metylacetylen, phần triệu thể tích, tối đa 3 Propadien, phần triệu thể tích, tối đa 5 Butadien, phần triệu thể tích, tối đa 50 C6-C12, phần triệu thể tích, tối đa 20 Ôxy, phần triệu thể tích, tối đa 2 CO, phần triệu thể tích, tối đa 0,03 COS, phần triệu thể tích, tối đa 0,02 Lưu huỳnh tổng số, phần triệu khối lượng tối đa, 1 Metanol, phần triệu thể tích, tối đa 5 Isopropanol, phần triệu thể tích, tối đa 15 Nước, phần triệu khối lượng, tối đa 2 Asen, phần triệu thể tích, tối đa 0,03 Phosphin, phần triệu tểh tích, tối đa 0,03 Ammonia, phần triệu khối lượng, tối đa 5 Cyclopentadien, phần triệu thể tích, tối đa 0,05  Đặt tính kỹ thuật khí chứa Hydrogen: Khí chứa hydro từ phân xưởng Reforming của Nhà máy lọc dầu được đưa đến phân xưởng PP có đặc tính kỹ thuật như sau: Áp suất: 50 kg/cm 2 g Nhiệt độ: Môi trường Trạng thái: Khí Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Bảng 2 : Thành phần của khí chứa hydro Tinh khiết Hyđrô, % thể tích, tối thiểu 99,5 Nitơ, Metan, , % thể tích, tối thiểu tới 0,5 Độc tố: CO, phần triệu thể tích, tối đa 0,5 CO2, phần triệu thể tích, tối đa 5 Ôxy, phần triệu thể tích, tối đa 5 Nước, mg/Nm 3 , tối đa 2 Lưu huỳnh tổng thể, phần triệu khối lượng, tối đa 1 Thuỷ ngân (từ điện phân), mg/Nm 3 , tối đa 2 Acetylen (từ cracking), phần triệu thể tích, tối đa 10 Ammonia (từ n/m đạm), phần triệu khối lượng, tối đa 5 1.2. TÍNH CÁC GIÁ TRỊ BAN ĐẦU CHO QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG (Thực tế nhà máy có hệ thống điều khiển lưu lượng từng dòng nhưng trong mô phỏng tỉnh ta phải tính toán các số liệu ban đầu để đưa vào mô phỏng) Giả thiết : Dòng sản phẩm ra trong mỗi thiết bị phản ứng hầu như không chứa hydro. Lượng tiêu thụ xúc tác thấp nhất trong 1 h Độ chuyển hóa Propylen tổng : 50 % Bảng 3 : Độ chuyển hóa của Propylen và Hydro trong từng thiết bị phản ứng TBPƯ preR C% H2 100% C% C3H6 5% TBPƯ R1 C% H2 100% C% C3H6 50% TBPƯ R2 C% H2 100% C% C3H6 40% Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Lượng Propylene nguyên liệu thương mại ban đầu ( make-up) là: F = 150000 ( Tấn ) Lưu lượng khối lượng Propylene nguyên liệu thương mại ( make-up) là F Propylene make-up = 8000 10*150000 3 = 18750 ( kg/h ) Lưu lượng khối lượng Propylene hồi lưu là F Propylene hồi lưu = 18750 ( kg/h) ( vì hiệu suất PƯ đạt 50% ) Tổng lượng Propylen đưa vào đầu quá trình là F Propylene = F Propylene make-up + F Propylene hồi lưu = 37500 ( kg/h ) Tổng lượng Propylen tinh khiết đưa vào đầu quá trình là F Propylene = 100 5,99*37500 = 37312.5 ( kg/h ) Gọi : X : Tổng lượng propylene đưa vào đầu quá trình ( propylene make-up và dòng propylen hồi lưu) X 1 lượng propylene vào thiết bị hòa trộn xúc tác trước khi vào thiết bị PreR X 2 là lượng propylene vào trực tiếp thiết bị preR X3 là lượng propylene vào trực tiếp thiết bị R1 X4 là lượng propylene vào trực tiếp thiết bị R2 → X1 + X2 + X3 + X4 = 37312.5 ( kg / h) ( a ) Tính : Xét cả quá trình : Lượng propylen phản ứng là ; = 100 50*5.37312 = 18656.25 ( kg/h) PƯ : 2500 C 3 H 6 + H 2 = PP 105200 2.016 105200.016 X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h) 18656.25 0.358 18656.608 (kg/h) → Lượng PP sản xuất được trong 1 h : 18656.608 (kg/h) Lượng hydro tiêu tốn trong 1 h : 0.358 (kg/h) Lượng xúc tác tiêu thụ trong 1 h : 1000 033.0*608.18656 = 0.616 (kg/h) Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Lượng propylen còn lại : = 37312.5 - 18656.25 = 18656.25 (kg/h) Xét trong từng thiết bị phản úng : Độ chuyển hóa của propylen tại PreR là 5% → lượng propylen tham gia phản ứng tại PreR là : 5% ( X1 + X2 ) Độ chuyển hóa của propylen tại R1 là 50% → lượng propylen tham gia phản ứng tại R1 là : 50%( 95% ( X1 + X2 ) + X3) Độ chuyển hóa của propylen tại R2 là 40% → lượng propylen tham gia phản ứng tại R2 là : 40% (50% (95% ( X1 + X2 ) + X3) + X4 ) → Lượng propylen còn lại là : 60%(50%( 95 %( X1 + X2 ) + X3) + X4) =18656.25 ( b ) → Tổng lượng propylen phản ứng là : 5% ( X1 + X2 ) + 50 % ( 95%( X1 + X2 ) + X3) +40% ( 50% (95% ( X1 + X2 ) + X3) + X4 ) = 18656.25 ( c ) Giả sử lượng propylen vào thiết bị trộn trước khi vào thiết bị PreR là : X1 = 1000 (kg/h) ( d ) Từ ( a ), ( b ), ( c ), ( d ) giải hệ phương trinh ta được X2 = 4035.043 (kg/h) X3 = 6845.017 (kg/h) X4 = 25437.47 (kg/h) Ví độ tinh khiết của Propylen là 99.5 % nên → Lưu Lượng propylene thực vào thiết bị hòa trộn xúc tác trước khi vào thiết bị PreR : F pro1 = 1000 (kg/h) Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị preR : F pro2 = 4035.043 (kg/h) Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị R1 : F pro3 = 6845.017 (kg/h) Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị R2 : F pro4 = 6845.017 (kg/h) Lượng propylen tham gia phản ứng tại PreR là : 251.752 → Lượng propylen tham gia phản ứng tại R1 là : 5814.154 → Lượng propylen tham gia phản ứng tại R2 là : 12500.638 Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Tại thiết bị PreR: PƯ: 2500 C 3 H 6 + H 2 = PP 105200 2.016 105200.016 X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h) 251.752 0.00482 251.757 (kg/h) Tại thiết bị R1: PƯ: 2500 C 3 H 6 + H 2 = PP 105200 2.016 105200.016 X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h) 5814.154 0.11142 5814.265 (kg/h) Tại thiết bị R2: PƯ: 2500 C 3 H 6 + H 2 = PP 105200 2.016 105200.016 X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h) 15200.638 0.23956 12055.877 (kg/h) Lượng PP trong thiết bị PreR : 251.757 (kg/h) Lượng PP trong thiết bị R1: 251.757 + 5814.265 = 6066.022 (kg/h) Lượng PP trong thiết bị R2: 6066.022 + 12055.877 = 18658.606 (kg/h) Lượng hydro ( tinh khiết )vào thiết bị preR là : 0.0482 ( kg/h) Lượng hydro vào thiết bị R1 là : 0.11142 ( kg/h) Lượng hydro vào thiết bị R2 là : 0.23956 ( kg/h) Vì độ tinh khiết của hydro là 99.5 % nên ta có : Lưu lượng hydro thực vào thiết bị preR là : 0.0485 ( kg/h) Lưu lượng hydro thực vào thiết bị R1 là : 0.11198( kg/h) Lưu lượng hydro thựcvào thiết bị R2 là : 0.24076 ( kg/h) Tổng Lượng hydro đưa vào là : 0.358 ( kg/h) Bảng cân bằng vật chất các dòng vào ra của các thiết bị : ( vì qua bơm và tb trao đổi nhiệt thành phần và lưu lượng các dòng vật chất xem như không đổi nên ta chỉ lập bảng cho các thiết bị PreR, R1, R2, tb tách ) Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Bảng 4 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị PreR Thiết bị PreR Vào (kg/h) Ra(kg/h) Propylen 5009 4758 Hydro 0,005 0 Catalyst 0,62 0,62 Propan lẫn trong Propylen 25,2 25,2 Metan lẫn trong H2 1,5.10 -5 1,5.10 -5 N2 lẫn trong H2 1.10 -5 1.10 -5 PP 0 252 Tổng 5036 5036 Bảng 5 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị R1 Thiết bị R1 Vào (kg/h) Ra(kg/h) Propylen 11569 5755 Hydro 0,11 0 Catalyst 0,62 0,62 Propan lẫn trong Propylen 59,6 59,6 Metan lẫn trong H2 3,5.10 -4 3,5.10 -4 N2 lẫn trong H2 2,34.10 -4 2,34.10 -4 PP 251.7 6066 Tổng 11881 11881 Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Bảng 6 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị R2 Thiết bị R2 Vào (kg/h) Ra(kg/h) Propylen 31065 18564 Hydro 0,24 0 Catalyst 0,62 0,62 Propan lẫn trong Propylen 187,4 187,4 Metan lẫn trong H2 1,07.10 -3 1,07.10 -3 N2 lẫn trong H2 7,15.10 -4 7,15.10 -4 PP 6066 18656 Tổng 37319 37409 Bảng 7 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách PP Thiết bị tách PP Vào (kg/h) Ra (kg/h) đỉnh( kg/h) đáy(kg/h) Propylen 18564 18564 0 Hydro 0 0 0 Catalyst 0,616 0,616 0 Propan lẫn trong Propylen 187 187 0 Metan lẫn trong H2 7,15.10 -4 7,15.10 -4 0 N2 lẫn trong H2 7,15.10 -4 7,15.10 -4 0 PP 18656 0 18656 Tổng 37409 18752 18656 Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 1.3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NHỜ MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM HYSYS[30] Để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn các sản phẩm dầu mỏ cả về số lượng và chất lượng, chúng ta phải không ngừng cải tiến về công nghệ và phương pháp sản xuất. Vì vậy, các công trình nghiên cứu khoa học, các dự án thiết kế được tiến hành, và cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ cao, các hệ điều hành siêu việt, các lập trình viên đã góp phần to lớn cho sự ra đời của các phần mềm mô phỏng. Trước đây để lên kế hoạch cho một dự án đòi hỏi rất nhiều thời gian, và khả năng thực hiện dự án đó là khó có thể không thể biết trước được. Nhưng khi các phần mềm mô phỏng ra đời, thì công việc trở nên nhẹ nhàng đi rất nhiều, chúng ta có thể mô phỏng hoạt động của các nhà máy trong các chế độ vận hành khác nhau, thay đổi các thông số làm việc của bất kỳ đơn vị hoạt động nào mà không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động chung của nhà máy. Ngoài ra, với những tính năng của các phần mềm mô phỏng ta có thể thiết kế được các dự án khác nhau, tìm được phương án tối ưu, nhanh, cho kết quả khả quan và đạt hiệu quả kinh tế, quan trọng hơn nữa là áp dụng được cho hầu hết các lĩnh vực của ngành dầu khí và các ngành công nghệ hoá học, đảm bảo được tính khả thi cho những kế hoạch lớn sẽ được thực hiện trong tương lai. Một số phần mềm mô phỏng: - Simsci (PRO//II). - Hyprotech (HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK). - Bryan research & engineering (PROSIM, TSWEET). - Winsim (DESIGN II for Windows). - IDEAS Simulation. - Simulator 42. - RSI. - Chemstations. 1.3.1. Giới thiệu về phần mềm Hysys Hysys là phần mềm chuyên dụng dùng để tính toán và mô phỏng công nghệ được dùng cho chế biến dầu và khí, trong đó các quá trình xử lý và chế biến khí được sử dụng nhiều nhất. Hysys chạy trên Windows là phiên bản mới của Hysim, phần mềm này trước đây dùng trên hệ điều hành MS.Dos. Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech - Canada thuộc công ty AEA Technologie Engineering Software - Hyprotech Ltd. Là một phần mềm có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến khí. Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 sử dụng tạo các thư viện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng. Ngoài ra Hysys còn có khả năng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đây chính là điểm mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban đầu khác nhau. Hysys đƣợc thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng:  Steady Mode: Trạng thái tỉnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá trình.  Dynamic Mode: Trạng thái động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở trạng thái đang vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một vài thông số. 1.3.2. Các bước mô phỏng sơ đồ công nghệ sản xuất Polypropylene 1.3.2.1. Xây dựng mô hình, điều kiện phản ứng Xây dựng một quá trình mô phỏng mới bằng cách kích chuột vào New. Kích chuột vào nút Add trong hộp thoại Simulation Basis Manager mở ra hộp thoại Fluid Pacakge chọn mô hình nhiệt động là: UNIQUAC – Peng Robinson Hình 1 : Chọn mô hình nhiệt động cho quá trình Trong phần Components ta chọn các cấu tử cho trong quá trình. [...]... xây dựng trên, ta được một sơ đồ mô phỏng chung cho dây chuyền sản xuất của phân xưởng Polypropylene như hình sau Hình 16 : TỔNG QUAN SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT POLYPROPYLENE THEO CÔNG NGHỆ Hypol II 1.3.3 Kết quả thu được từ quá trình mô phỏng Sau khi chạy mô phỏng, thu được kết quả cân bằng vật chất của quá trình như sau: Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 Bảng 8 : Cân bằng vật chất của các thiết bị... đồ công nghệ Hypol II thiết bị tách dòng khí ra khỏi sản phẩm Polypropylene (HPS) là thiết bị lọc dạng túi Khí thu được ở phần đỉnh đưa đi thu hồi Propylene để tuần hoàn lại quá trình Sản phẩm thu được ở đáy Trên thanh công cụ Case (Main) Click vào Solid Ops→ Baghouse Filter Double click vào thiết bị để nhập tên cho dòng nguyên liệu vào, dòng sản phẩm ra, trong phần Connections ( hình 3.14); Trong phần. .. Trong phần composition ta nhập thành phần ( phần mol hoặc phần khối lượng ) của các cấu tử trong dòng nguyên liệu Khi dòng chuyển sang màu xanh đậm là đã thực hiện đúng quá trình Các dòng vật chất cho Hydrogen và Xúc tác cũng được xây dựng tương tự 1.3.2.2 Xây dựng thiết bị phản ứng Trên thanh công cụ Case (Main) Click vào Conversion Reaction Double click vào thiết bị để nhập tên cho dòng nguyên liệu. .. diễn sự thay đổi nhiệt độ, lưu lượng… khi các biến còn lại thay đổi Cuối cùng kích vào nút Intergrator active trên thanh công cụ (hoặc vào Simulation → Intergrator) để chuyển qua trạng thái mô phỏng động Ta xem như hoàn tất việc mô phỏng động của một thiết bị Tương tự ta có thể mô phỏng động sự thay đổi các thông số của tất cả các thiết bị còn lại Phan Duy Dương BKĐN - 05h5 ... - 05h5 Hình 4 : Quá trình xây dựng cấu tử giả PP Trong phần Rxns, Add các cấu tử phản ứng và phương trình phản ứng bằng cách click chọn Simulation Basis Mgr…, xuất hiện phần Reactions (những phương trình phản ứng) trong hộp thoại Simulation Basis Manager, sau đó click vào Add comps để chọn các cấu tử tham gia trong phương trình phản ứng hoá học bằng cách click chuột vào Add This Group of Component,... (Conversion) và chọn Add reaction xuất hộp thoại Conversion Reaction: Rxn 1, sau đó chọn các cấu tử tham gia trong phương trình phản ứng và nhập các hệ số tỉ lượng (Stoich Coeffs) của phương trình phản ứng Trong phần Basis chọn cấu tử Hydrogen (độ chuyển hoá theo Hydrogen) Xong đóng tất cả các hộp hội thoại, click vào Enter Simulation Environment (vào môi trường mô phỏng) trong hộp hội thoại Simulation... bơm Có 3 máy bơm kí hiệu lần lượt P-100, P-101, dùng bơm dòng Propylene nguyên liệu, và xúc tác.Với độ tăng áp qua các bơm là 11 bar Khi chạy Hysic ta thu được các thông số kĩ thuật của bơm như sau Thiết bị Phan Duy Dương BKĐN - P-100 05h5 P-101 Năng suất (m3/s) 73,4 38,5.10-5 Áp suất toàn phần (m) 219,8 55,56 Công suất toàn phần (kcal/h) 2573 0,135 Hiệu suất bơm ( %) 75 75 Tốc độ quay của bơm(rpm) 1800... hành mô phỏng ta biết được lưu lượng của dòng nước làm lạnh và làm nóng dòng propylene qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-01, E-02, E-03, E-04 lần lượt là 2200 (kg/h), 292.7(kg/h), 730(kg/h), 134720(kg/h) Ta tiến hành thiết kế để tính toán các thông số thiết bị trao đổi nhiệt như sau: Trên thanh công cụ Case (Main) Click vào Heat exchanger Double click vào thiết bị để nhập tên cho dòng nguyên liệu vào,... máy Các module tính toán cho phép triển khai các chiến lược điều khiển nhằm mục đích tối ưu hiệu quả công nghệ và hiệu quả kinh tế   Giao diện thân thiện với người vận hành bằng ngôn ngữ và hình ảnh 3.1.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 3.1.3.1 Vai trò của bộ điều khiển PID Tên gọi PID là chữ viết tắt của ba thành phần gồm khâu khuyếch đại P (Proportional), khâu tích phân I (Integral) và khâu vi phân D (Differential)... biệt là trong ngành công nghiệp quá trình, trong đó nổi bật nhất là lĩnh vực dầu khí Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là tính đơn giản về cấu trúc của nó lẫn nguyên lý làm việc Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) giữa giá trị đặt SP và giá trị thực tế PV về không sao cho quá trình quá độ thoả mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng Bộ điều kiển PID được mô tả bằng mô hình vào ra theo . BKĐN - 05h5 CHƢƠNG 1 MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẰNG PHẦN MỀM HYSIS 1.1. Những thông số ban đầu: [29] - Công suất của nhà máy :. Các bước mô phỏng sơ đồ công nghệ sản xuất Polypropylene 1.3.2.1. Xây dựng mô hình, điều kiện phản ứng Xây dựng một quá trình mô phỏng mới bằng cách