V.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
*Các số liệu ban đầu:
+Năng suất: 125.000 tấn/năm. +Thành phần nguyên liệu:
+ Iso-butan (% thể tích): 98% iso-butan ; 2% n-butan.
+ Metanol kỹ thuật (% khối lượng): 99% metanol ; 1% nước. + Coi mất mát của quá trình sản xuất là 2%.
* Xác định thời gian làm việc của phân xưởng sản xuất MTBE :
Dây chuyền hoạt động 24/24 ngày đêm. Trong một năm có 365 ngày, thời gian nghỉ vì lý do kỹ thuật bao gồm:
+ Số ngày để sửa chữa lớn trong một năm là: 19 ngày. + Số ngày nghỉ vì lý do kỹ thuật, sửa chữa nhỏ là 6 ngày.
Như vậy thời gian làm việc của phân xưởng trong một năm là: 365 – ( 19 + 6) = 340 ngày
Vậy số giờ mà phân xưởng làm việc trong 1 năm là: 340 × 24 = 8160 h
*Năng suất của phân xưởng MTBE trong 1 giờ :
3125000 10 125000 10 15318,63 / 8160 MTBE G = × = kg h
+ Tính đến mất mát 2% thì năng suất thực tế của phân xưởng là: 15318,63 × 1,02 = 15625 kg/h +Tính theo Kmol (đã mất mát): 15625 177,56 / 88 MTBE MTBE MTBE G n kmol h M = = = V.1.1. Tính cân bằng vật chất chung
Vì nồng độ MTBE trong sản phẩm là 99% nên năng suất MTBE tinh khiết là: GMTBE = 15625 × 0,99 = 15468,75 kg/h
nMTBE = 175,78 kmol/h
Quá trình tổng hợp MTBE đi từ iso-butan qua 2 giai đoạn: - Dehydro hóa iso-butan thành iso-buten.
- Ete hóa iso-buten với metanol tạo MTBE. Ta tính cân bằng vật chất từng giai đoạn:
a.Giai đoạn tổng hợp MTBE
Phương trình cân bằng vật chất:
∑ khối lượng vào = ∑ khối lượng ra
*Các dòng khối lượng đi vào phần tổng hợp MTBE gồm có: + Hỗn hợp C4 lỏng đi ra từ phần dehydro hóa : G1, kg/h + Dòng nguyên liệu metanol : GMeOH , kg/h + Nước trong nguyên liệu Metanol : GHO
2 , kg/h
*Các dòng sản phẩm đi ra khỏi phần tổng hợp MTBE gồm có: + Hỗn hợp C4 chưa phản ứng : G2 , kg/h + Sản phẩm MTBE : GMTBE , kg/h +H2O (do trong nguyên liệu metanol chứa 0,1%): GHO
Vậy ta có cân bằng sau: G1 + GMeOHG + HO
2 = G2 + GMTBE + GHO
2 (*)
Ở đây, để đơn giản ta coi rằng trong quá trình hấp thụ metanol và quá trình chưng tách thu hồi metanol và nước thì lượng nước sử dụng không bị mất mát và được tuần hoàn lại cho quá trình hấp thụ metanol và lượng nước lấy ra bằng lượng nước đưa vào dây chuyền (cùng với metanol nguyên liệu) và bằng GHO
2 , kg/h.
*Tính toán các khối lượng G1, GMeOH , G2 , GMTBE G và H2Onhư sau:
+ Khối lượng sản phẩm MTBE đi ra đúng bằng năng suất của phân xưởng: GMTBE = 15625 kg/h
nMTBE = 175,78 kmol/h
+ Khối lượng nguyên liệu iso-buten được tính theo phương trình tổng hợp MTBE : Iso-C4H8 + MeOH → MTBE (1)
Đây là phản ứng thuận nghịch qua 2 tháp: đoạn nhiệt và tháp chưng tách. Ta có độ chuyển hoá là 99% (xem độ chọn lọc sản phẩm MTBE là 100%) [4-25]
Vậy để đạt năng suất MTBE theo yêu cầu là 175,78 kmol/h thì lượng iso-buten cần tạo ra từ phân đoạn dehydro hoá sử dụng cho tổng MTBE là:
175,78 ×100/99 = 177,56 kmol/h Vậy khối lượng iso-buten là
GIB =177,56 × 56 = 9943,11 kg/h
+ Khối lượng metanol đưa vào thiết bị phản ứng tổng hợp MTBE được tính theo tỷ lệ:
Metanol
1,1
iso buten =
− (tỷ lệ mol)
Vậy lượng metanol đưa vào là: 177,56 × 1,1 = 195,32 kmol/h
Hay 195,32 × 32 = 6250,11 kg/h
Mặt khác, lượng metanol đưa vào thiết bị đúng bằng lượng metanol (99% kl) mới đưa vào + lượng metanol tuần hoàn:
(99%) ( / )
GMeOH =GMe +GMe t h
Trong đó:
+Lượng metanol tuần hoàn = lượng metanol còn lại sau phản ứng − lượng metanol trong sản phẩm MTBE.
+Lượng metanol còn lại sau phản ứng = Lượng metanol đưa vào − lượng metanol tiêu thụ cho phản ứng (1).
Ta có:
Lượng metanol đưa vào là:GMeOH =195,32kmol h/
Lượng metanol tiêu thụ cho phản ứng bằng số kmol MTBE tạo ra theo phản ứng tổng hợp (1): GMeOH p u( / ) =175,78kmol h/
Vậy lượng metanol còn lại sau phản ứng là:
= − = =
cßn