CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN

Đề tài số 8:

Tìm hiểu công nghệ sản xuất polypropylen và tính toán cân bằng cho thiết bị polyme hóa năng suất 150.000 tấn/năm

Biết tiêu hao nguyên liệu cho một tấn sản phẩm PP là

Nguyên, nhiên liệu đầu vào Giá trị

Propylen (tấn) 1.000

Xúc tác (kg) 0,016

Điện (kWh) 80

Hơi nước (kg) 280

Nước làm mát (tấn) 90

Nước loại khoáng 900

1.Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng

Biết phản ứng đạt được hiệu suất 90% khi độ chuyển hóa là 80%  Tính thời gian cho một mẻ sản xuất?

- Biết thời gian gia nhiệt cho thiết bị phản ứng là 1 giờ - Thời gian nạp liệu 0,5 giờ

- Số ngày làm việc thực tế: 330 ngày

 Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho một tấn sản phẩm.? - Biết hao hụt nguyên liệu là 2%

2. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng polyme hóa

Biết

- Hỗn hợp nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng có nhiệt độ 30oC - Phản ứng chính tỏa nhiệt với hiệu ứng nhiệt – 80 kJ/mol.

- Nhiệt độ của hỗn hợp sản phẩm ở đầu ra là: 90 oC

Dùng dòng nước tản nhiệt cho phản ứng

- Nhiệt độ đầu vào của nước: 20 oC - Nhiệt độ đầu ra của nước: 80 oC

Trịnh Xuân Thắng 31 Lọc Hóa Dằu A-K56

3.2. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng

Phương trình tổng quát

𝑛𝐶𝐻3= 𝐶𝐻 − 𝐶𝐻3

Giả sử Hệ số trùng hợp n= 3000

Thời gian sản xuất của thiết bị tính theo giờ là: 330 x24 =7920 h  Năng suất tạo sản phẩm PP là

𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎𝟎𝐱𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟕𝟗𝟐𝟎 = 𝟏𝟖𝟗𝟑𝟗, 𝟑𝟗𝟑𝟗kg/h

 Số mol PP tạo thành trong một giờ là : 𝟏𝟖𝟗𝟑𝟗,𝟑𝟗𝟑𝟗𝐱𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟒𝟐𝒙 𝟑𝟎𝟎𝟎 =150,3127 mol/h (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Trong quá trình polymer hóa hydro được cho vào để tắt mạch phản ứng tạo ra sản phẩm có độ phân bố hẹp trong phản ứng polymer tạo Polypropylen.

Tính lượng hydro

Số mol hyro cho vào = số mol PP tạo thành= 150,3127 mol/h Do hụt nguyên liệu 2% Suy ra số mol Hydro cần cung cấp là

150,3127x(1+2%)=153,3189mol/h  Lượng hydro cho vào thiết bị :

𝟏𝟓𝟑,𝟑𝟏𝟖𝟗𝐱𝟐

𝟏𝟎𝟎𝟎 =0,3066 kg/h

Tính lượng propylen cần thiết

Do tổn thất nguyên liệu là 2%, Hiệu suất phản ứng đạt 90% và độ chuyển hóa 80% nên Suy ra, Lượng propylen cần cho 150.000 tấn/năm PP là :

𝟏𝟖𝟗𝟑𝟗,𝟑𝟗𝟑𝟗 𝐱(𝟏+𝟐%)

𝟗𝟎%𝟖𝟎% =26830,8081 kg/h

Số mol propylen là : 𝟐𝟔𝟖𝟑𝟎,𝟖𝟎𝟖𝟏 𝐱𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟒𝟐 =638828,7638 mol/h

Phản ứng chính chuyển hóa 80% nên lượng propylen chưa phản ứng là :

26830,8081(1-80%) = 5366,1616 kg/h

Suy ra số mol chưa phản ứng là : 𝟓𝟑𝟔𝟔,𝟏𝟔𝟏𝟔 𝐱𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟒𝟐 =127765,7528 mol/h

Tính lượng chất xúc tác

Vì lượng xúc tác cần cho 1 tấn PP là 0,016 kg nên lượng xúc tác cần cho 150.000 tấn/năm PP là:

Trịnh Xuân Thắng 32 Lọc Hóa Dằu A-K56

Tính lượng sản phẩm phụ

Lượng sản phẩm phụ tạo thành là =( lượng propylen cho vào + hydro) –( lượng PP tạo thành + propylen chưa phản ứng )

Hay : 26830,8081 + 0,3066 -(𝟏𝟖𝟗𝟑𝟗, 𝟑𝟗𝟑𝟗+5366,1616) = 2525,5592 kg/h

Bảng 3.1 Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng

Nguyên liệu Dòng vào(kg/h) Dòng ra (kg/h) Propylen 26830,8081 5366,1616 Xúc tác 309,0909 309,0909 Lượng Hydro 0,3066 0 Sản phẩm phụ 0 2525,5592 PP 0 18939,3939 Tổng 26831,1147 26831,1147

Tính thời gian cho một mẻ sản xuất

Thời gian cho một mẻ sản xuất t = t1+ t2+ t3 (giờ)

Trong đó t1 _Thời gian nạp nguyên liệu 0.5 giờ

t2 _Thời gian gia nhiệt cho thiết bị phản ứng 1 giờ t3 _Thời gian lưu trong thiết bị phản ứng polymer hóa

( thời gian lưu ở 2 thiết bị theo công nghệ HYPOL II là 1,5giờ x 2 =3 giờ)  Vậy thời gian cho một mẻ sản xuất t = 0,5 + 1 + 3 = 4,5 (giờ)

Tính năng suất của một mẻ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

V Với 1 mẻ sản xuất có thời gian là 4,5h thì năng xuất của dây chuyền là:

18939,3939 x 4,5 = 85227,2727 (kg/mẻ)

Tính chi phí nguyên liệu

Do sản xuất 1 tấn PP cần đến 0,016 kg chất xúc 1 tấn propylene (hao hụt nguyên liệu là 2%)

Lượng propylen cần thiết là 1x(1+2%)= 1,02 tấn

Lượng xúc tác cần thiết là 0,016x (1+2%)= 0.01632 kg

Từ đó ta tính được giá nguyên liệu cần cho 1 tấn PP như bảng sau

Bảng3.2 giá nguyên liệu

Tham khảo website http://www.qyresearch.com/ (cấp nhật tháng 12/2015) Xúc tác Ziegler-Natta 3800 USD/Tấn 1389,7787 VND

Propylen 3800 USD/Tấn 86861160 VND

Tổng chi phí : 86862549,78 VND

Trịnh Xuân Thắng 33 Lọc Hóa Dằu A-K56

3.3. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng polyme hóa

Q = G.C.T

G_Là khối lượng nguyên liệu (kg/h)

C_Nhiệt dung riêng của hỗn hợp nguyên liệu (J/kg. Độ) T_ Nhiệt độ hỗn hợp nguyên liệu (oC)

Ta có phương trình :

Qvào = Qra 𝑄1 +𝑄2+𝑄3=𝑄4+𝑄5

𝑄1 Nhiệt lượng do hỗn hợp nguyên liệu mang vao 𝑄2Nhiệt lượng do nước lạnh mang vào

𝑄3 Nhiệt lượng tỏa ra do phản ứng 𝑄4 Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra 𝑄5 Nhiệt lượng do nước nóng mang ra

Nhiệt lượng 𝑸𝟏do nguyên liệu mang vào tại 𝑻𝟏 =30oC

Cp (C3H6) = 63,9 J/mol.K

Cp(𝐻2)= 3,424 kcal/kg.Độ ( Ngoại suy bảng I.178/200 Sổ tay hóa công tập 1 )

Suy ra

Q(C3H6)= 63,9 x 638828,7638x(273+30)= 12368810877J/h

Q(𝐻2)= 3,424 x 0,3066x 30= 31,4978 kCal = 131849.9394J/h

 𝑄1 = Q(C3H6) + Q(𝐻2)= 12368942727J/h

Nhiệt Lượng 𝑸𝟐 do nước mang vào ở 𝑻𝟐=20oC

Gọi G(𝐻2O ) là lưu lượng nước tải mạng vào

Ta có (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

𝐶𝑝(𝐻2O) =0.99947 kcal/Kg.Độ ( bảng I. 147/ 165 sổ tay hóa công tập 1)

 𝑄2 = G(𝐻2O).Cp.𝑇2= G(𝑯𝟐O) x0,99947x 4,1868x1000 x20= 83691,6199.G(𝑯𝟐O)J/h

Lượng nhiệt tỏa ra do phản ứng tổng hợp

𝑄3=ΔH.n

Trong đó ΔH nhiệt phản ứng (ΔH = -80 kJ/mol)

n là số mol của PP tạo thành (n = 150,3127 mol/h)  𝑄3 = 80x 150,3127x 1000 = 12025012,03J/h ( phản ứng tỏa nhiệt )

Nhiệt lượng 𝑸𝟒 do sản phẩm mang ra ở 90oC

Trịnh Xuân Thắng 34 Lọc Hóa Dằu A-K56  Q (C3H6) dư= 127765,7528 x 69,3x (90+273)= 2963616071 J/h

Cp (PP)= 1,925 kJ/kg.độ

 Q(PP) =1,925 x 90x 18939.39394 = 3281250000J/h

Suy ra𝑄4 = Q (C3H6) dư+ Q(PP) = 6244866071J/h

Nhiệt lượng 𝑄5 do nước mang ra ở 𝑇5 = 80oC

𝐶𝑝(𝐻2O)= 1,00294 kcal/kg.Độ (bảng I. 147/ 165 sổ tay hóa công tập 1)

 𝑄5= G(𝐻2O).Cp.𝑇5=1,00294x4,1868 x1000x80xG(𝑯𝟐𝐎)= 335915,3376 G(𝑯𝟐𝐎)J/h

Tính lưu lượng nước tải nhiệt

Ta có Qvào = Qra 𝑄1 +𝑄2+𝑄3=𝑄4+𝑄5 Hay 12368942727+ 83691,6199.G(𝐻2O)+12025012,03 = 335915,3376.G(𝐻2O)+ 6244866071 G(𝐻2O)= 𝟏𝟐𝟑𝟔𝟖𝟗𝟒𝟐𝟕𝟐𝟕+𝟏𝟐𝟎𝟐𝟓𝟎𝟏𝟐,𝟎𝟑−𝟔𝟐𝟒𝟒𝟖𝟔𝟔𝟎𝟕𝟏 𝟑𝟑𝟓𝟗𝟏𝟓,𝟑𝟑𝟕𝟔 − 𝟖𝟑𝟔𝟗𝟏,𝟔𝟏𝟗𝟗 =24328,0121kg/h

Vậy lưu lượng nước tải nhiệt là : 24328,0121kg/h Bảng 3.3 Cân bằng nhiệt lượng

Nhiệtvào (J/h) Nhiệtra (J/h)

𝑸𝟏 =12368942727 𝑸𝟒 =6244866071

𝑸𝟐 =2036050746 𝑸𝟓 =8172152413

𝑸𝟑 =12025012.03

Trịnh Xuân Thắng 35 Lọc Hóa Dằu A-K56

KẾT LUẬN

Sau một quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và tính toán. Được sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Thị Linh, em đã hoàn thành đồ án môn học công nghệ hóa dầu và chế biến polyme với đề tài: “Tìm hiểu công nghệ sản xuất polypropylen và tính toán cân bằng cho thiết bị polyme hóa năng suất 150.000 tấn/năm”.

Trong quá trình nguyên cứu về PP đã giúp em tăng cường kiến thức về: - Cơ sở lý thuyết quá trình tổng hợp PP

- Các công nghệ sản xuất PP và khả năng đánh giá các công nghệ đó.

- Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng cho qua trình sản xuất PP. Trong quá trình làm đồ án đã giúp em :

- Tăng cường kỹ năng tự nghiên cứu, khả năng tổng hợp tài liệu

- Củng cố kiến thức môn học, tăng khả năng đánh giá và nhận định vấn đề nghiên cứu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Tăng kỹ năng thực hành tính toán, vận dụng phối hợp các kiến thức đã học. Tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức, lẫn chuyên môn. Nên bài đồ án của em còn nhiều điểm thiếu sót cả về nội dung, quá trình tính toán và cả hình thức trình bày. Em rất mong được sư đóng góp ý nhiệt tình của cô để sau này em có thể hoàn thiện đồ án tốt hơn nữa.