II. Lựa chọn công nghệ 1 So sánh các công nghệ
Tính toán thiết kế
Ch−ơng I tính toán thiết kế dây chuyền công nghệ
I.Tính toán cân bằng vật chất.
Dây chuyền sản xuất MTBE từ nguyên liệu khí iso-butan với công suất 150.000 tấn/năm.
Dây chuyền sản xuất 24h/ngày và một năm làm việc 330 ngày còn 35 ngày nghỉ để sửa chữa, bảo d−ỡng định kỳ.
Năng suất MTBE: 150.000 tấn/năm. Nh− vậy năng suất dây chuyền tính theo giờ là: 18939,394 24 330 000 . 000 . 150 = ì Kg/h Tính theo Kmol/h: 220 , 215 88 394 , 18939 = Kmol/h
( Khối l−ợng phân tử của MTBE là 88) Thành phần nguyên liệu :
Nguyên liệu iso-butan tiêu chuẩn đ−ợc cho ở bảng sau: Theo (TY33. 101492-79) loại B
Bảng 13:Thành phần khí iso-butan nguyên liệu
Thành phần % thể tích Iso butan Propan Tổng buten n-butan C5+ 92 2 0,5 5 0,5
Sản phẩm chứa một l−ợng nhỏ (nhỏ hơn 1% khối l−ợng) các Metanol, TBA, n−ớc, các dime của iso-buten...Vì vậy ta có thể coi sản phẩm là 100% khối l−ợng MTBE.
Metanol nguyên liệu Metanol sản phẩm với thành phần:
- Metanol kỹ thuật : 99 % trọng l−ợng
- H2 : 1 % trọng l−ợng
Quá trình sản xuất MTBE qua 2 giai đoạn: + Giai đoạn dehydro hóa iso-butan + Giai đoạn tổng hợp MTBE
I.1 Cân bằng vật chất cho giai đoạn tổng hợp MTBE:
Ta có cân bằng:
Tổng khối l−ợng vào = Tổng khối l−ợng ra kg/h
- Các dòng khối l−ợng đi vào phần tổng hợp MTBE gồm có: + Hỗn hợp C4 lỏng đi ra từ phần dehydro hoá : G1, kg/h
+ Dòng nguyên liệu Metanol : GMeOH , kg/h - Các dòng sản phẩm đi ra khỏi phần tổng hợp MTBE gồm có: + Hỗn hợp khí C4 ch−a phản ứng : GC4 ch−a phản ứng , kg/h + Sản phẩm MTBE
+ H2O do trong nguyên liệu Metanol chứa 1% (W).
ở đây, để đơn giản ta coi rằng trong quá trình hấp thụ metanol và quá trình ch−ng tách thu hồi metanol và n−ớc là nh− nhau. L−ợng H2O sử dụng không bị mất mát và đ−ợc tuần hoàn lại cho qúa trình hấp thụ metanol và l−ợng H2O lấy ra bằng l−ợng n−ớc đ−a vào dây chuyền do có ở trong nguyên liệu Metanol và bằng GH
2O, kg/h.
* Tính toán các khối l−ợngG1, GMEOH, GC4 ch−a phản ứng, GMTBE, nh− sau:
+ Khối l−ợng sản phẩm MTBE đi ra phải là năng suất quy định của toàn dây chuyền sản xuất và bằng 18939,394 kg/h.
Vậy GMTBE = 18939,394 kg/h
+ ở giai đoạn tổng hợp, phản ứng tổng hợp nh− sau: Iso-buten + MeOH MTBE
Đây là phản ứng thuận nghịch, khi qua thiết bị phản ứng thứ nhất và thiết bị phản ứng ch−ng tách (tháp CD Tech thì độ chuyển hoá đạt 99% mol, độ chọn lọc đạt 100% (tính theo iso buten).[4-25]
Vậy, để tạo ra MTBE đạt năng suất yêu cầu là 215,220 kmol/h thì l−ợng iso- buten cần tạo ra từ phần dehyđro hóa để tiêu thụ cho phản ứng tổng hợp là:(độ chuyển hóa của phản ứng tổng hợp theo iso-buten là 99% )
217,39499 99 , 0 220 , 215 = Kmol/h
ở đây để đơn giản trong tính toán ta coi độ chọn lọc MTBE đạt 100% và iso-buten không tiêu thụ cho phản ứng phụ tạo ra TBA và DIB.
Vậy l−ợng iso-buten là:
GIB = 217,394 ì56 = 12174,064Kg/h (MIB = 56)
+ Khối l−ợng metanol đ−a vào thiết bị phản ứng MTBE theo tỉ lệ: =
buten iso
Metanol
1,1 (tỉ lệ mol). Vậy l−ợng metanol đ−a vào là:
217,394 ì1,1 = 239,133 Kmol/h. T−ơng ứng là 7652,256Kg L−ợng metanol đ−a vào thiết bị = l−ợng metanol (99%) mới đ−a vào + l−ợng metanol tuần hoàn.
Trong đó:
L−ợng metanol tuần hoàn = l−ợng metanol còn lại sau phản ứng - l−ợng metanol trong sản phẩm MTBE. L−ợng metanol còn lại sau phản ứng = L−ợng metanol đ−a vào
- metanol tiêu thụ cho phản ứng. L−ợng metanol tiêu hao cho phản ứng cũng bằng số kmol MTBE tạo ra (theo phản ứng tổng hợp) và bằng 215,220 Kmol/h.
Vậy l−ợng metanol còn lại sau phản ứng là: 239,133 - 215,220 = 23,913 Kmol/h Hay 23,913 ì 32 = 765,216 kg/h.
Ta coi các sản phẩm phụ khác trong MTBE sản phẩm chỉ gồm có metanol và không chứa DIB, TBA... L−ợng MeOH còn lại trong sản phẩm MTBE chiếm 1% khối l−ợng tức là bằng:
0,01 ì 18939,394 = 189,394 Kg/h.
Xem rằng Metanol đ−ợc thu hồi theo dòng sản phẩm đỉnh ra khỏi tháp phản ứng (2) là 100%.
Nh− vậy, l−ợng metanol tuần hoàn là: 765,216 - 189,394 = 575,822 Kg/h.
Vậy, l−ợng metanol (100% kl) mới cần đ−a vào là: 7652,256 – 575,822 = 7076,434 Kg/h. L−ợng Metanol (99%) mới cần đ−a vào dây chuyền là: 7147913 99 0 434 7076 , , , = Kg/h Vậy l−ợng n−ớc đ−a vào dây chuyền là: GH2O = 0.01ì7147,93 = 71,479 Kg/h. Cân bằng ta có:
G1 + GMeOH (99%) = GC4 ch−a phản ứng + GMTBE + GMeOH trong MTBE + GH2O
hay G1 + 7147,913 = GC4 ch−a phản ứng + 18939,394 + 189,394 + 71,479 hay G1 = G4 ch−a phản ứng +12052,354
Để tính G1 và G +
4