Khi ta thay đổi lưu lượng nguyờn liệu vào thiết bị, bằng chương trỡnh matlab như đó viết ta cú bảng số liệu như sau:
Bảng 4.1: Ảnh hƣởng của V0 đến độ chuyển húa và chiều cao thiết bị
STT V0(m3/h) Uk L(m) 1 1630 0,48 10,304 2 1902 0,42 8,338 3 2174 0,36 6,03 4 2445 0,32 4,976 5 2717 0,29 4,345 6 2989 0,27 4,14 7 3260 0,24 3,246 8 3532 0,23 3,351 9 3804 0,21 2,84 10 4076 0,2 2,797
Qua bảng số liệu ở trờn chỳng ta cú nhận xột sự phụ thuộc giữa lưu lượng dũng nguyờn liệu đầu vào ảnh hưởng đến năng suất và độ chuyển húa trong thiết bị phản ứng, khi tăng lưu lượng dũng nguyờn liệu đầu vào thỡ độ chuyển húa đạt được trong thiết bị sẽ giảm, đồng thời kớch thước thiết bị cũng giảm theo. Với yờu cầu đầu bài là lưu lượng thể tớch V0 = 2717 (m3/h) thỡ giỏ trị tớnh toỏn nhận được là Uk = 0,29. Đồng thời kớch thước thiết bị là L = 4,345 (m).
4.3.2. Ảnh hƣởng của độ xốp xỳc tỏc ε.
Nhỡn vào hệ phương trỡnh để giải bài toỏn phương trỡnh (4.34) và (4.35) ta cú nhận xột như sau: 0 0 k R 1 R 2 0 k r p C .V . ( H) .a ( H) T T .u m .C .(a 1) (4.34) 0 0 k R k 1 2 b C .V dV .du (r r ). .(1 ) (4.35)
Từ phương trỡnh (4.34) ta thấy nhiệt độ, độ chuyển húa uk khụng phụ thuộc vào độ xốp của xỳc tỏc, tuy nhiờn nhỡn vào phương trỡnh cõn bằng chất (4.35) thỡ độ xốp của xỳc tỏc ảnh hưởng đến kớch thước của thiết bị, cụ thể là độ xốp của xỳc tỏc tỉ lệ nghịch với kớch thước của thiết bị. Khi độ xốp của xỳc tỏc tăng thỡ kớch thước thiết bị sẽ giảm.
4.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt dung riờng hỗn hợp Cp.
Từ cỏch tớnh Cp ở trờn, ta thấy Cp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thành phần cỏc cấu tử trong nguyờn liệu, nhiệt độ của hỗn hợp, tuy nhiờn với cỏch tớnh giỏ trị Cp = 3,6 đụi khi cũng khụng đỏnh giỏ hết được vấn đề tối ưu của mụ hỡnh, với chương trỡnh tớnh toỏn đó xõy dựng, chỳng ta sẽ xem xột ảnh hưởng của Cp đối với cỏc giỏ trị của cỏc thụng số khỏc như thế nào.
Bảng 4.2: Ảnh hƣởng của CP đến độ chuyển húa và chiều cao thiết bị STT CP (KJ/Kg.K) Uk L(m) 1 3,2 0,26 3,356 2 3,3 0,27 3,719 3 3,4 0,28 4,108 4 3,5 0,28 3,94 5 3,6 0,29 4,345 6 3,7 0,3 4,777 7 3,8 0,31 5,238 8 3,9 0,32 5,732 9 4 0,32 5,528 10 4,1 0,33 6,039
Qua bảng trờn ta cú nhận xột khi giỏ trị Cp tăng thỡ giỏ trị uk cũng tăng, điều đú cú nghĩa là hiệu quả của quỏ trỡnh chuyển húa trong thiết bị cũng tăng theo, đồng thời kớch thước thiết bị cũng tăng, tuy nhiờn kớch thước thiết bị khụng tăng theo 1 hàm bậc nhất. 4.3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ tốc độ phản ứng a. Như đó tớnh toỏn ở trờn, ta cú 10 21 19,7 20 k e a exp(1.3) 3, 669 k e . Cú nghĩa là giỏ trị
a phụ thuộc vào hệ số tốc độ của phản ứng, trong khuụn khổ của luận văn này, chỉ xột 2 phản ứng, do đú cũng hạn chế trong vấn đề chớnh xỏc của việc tớnh toỏn thiết bị cũng như thực tế xảy ra khi quỏ trỡnh thiết bị được vận hành. Nếu xột trong trường hợp chỉ cú 2 phản ứng xảy ra. Hệ số a sẽ ảnh hưởng như thế nào đến cỏc thụng số cơ bản của mụ hỡnh. Ta xột bảng sau ứng với sự thay đổi giỏ trị của hệ số a.
Bảng 4.3: Ảnh hƣởng của hệ số a đến độ chuyển húa và chiều cao thiết bị STT 0,5 a Uk L(m) 1 0,6 a 0,38 8,62 2 0,7 a 0,35 6,99 3 0,8 a 0,33 6,07 4 0,9 a 0,31 5,09 5 a 0,29 4,345 6 1,1 a 0,29 4,52 7 1,2 a 0,28 4,07 8 1,3 a 0,27 3,64 9 1,4 a 0,27 3,72 10 1,5 a 0,27 3,81
Qua bảng số liệu trờn ta thấy giỏ trị của a ảnh hưởng đến độ chuyển húa uk và kớch thước thiết bị. Khi a tăng thỡ giỏ trị của độ chuyển húa uk cũng giảm, nhưng giỏ trị của L cú xu hướng giảm, nhưng khụng theo quy luật là hàm bậc nhất. Như vậy tỷ lệ về hệ số tốc độ phản ứng ảnh hưởng đến cỏc thụng số của mụ hỡnh.
KẾT LUẬN
Ngày nay việc ỏp dụng lý thuyết để tớnh toỏn cỏc thiết bị trong cụng nghiệp là việc làm cần thiết. Với đề tài: “ Mụ hỡnh húa toỏn học và tớnh toỏn thiết bị phản
ứng xỳc tỏc dị thể lớp tĩnh cho quỏ trỡnh Reforming xăng nặng” đó kết hợp giữa
nghiờn cứu lý thuyết về động học của quỏ trỡnh dị thể kết hợp với ngụn ngữ lập trỡnh Matlab để tớnh toỏn ra thiết bị Reforming trong cụng nghệ lọc húa dầu.
Vấn đề thiết lập mụ hỡnh giả đồng thể để mụ tả thiết bị phản ứng Reforming xỳc tỏc xăng nặng trờn cơ sở là sử dụng 2 loại phản ứng chớnh là Phản ứng Dehydrocacbon thành paraffin và Phản ứng hydrocracking paraffin. Trong luận văn đó thiết lập và tớnh toỏn được khối lượng, chiều cao lớp xỳc tỏc cần thiết để đảm bảo độ chuyển húa đạt 90%.
Trong luận văn này làm được những việc như sau:
- Thứ nhất: Tỡm hiểu chi tiết cụng nghệ Reforming xỳc tỏc trong kỹ thuật chế
biến dầu mỏ nhằm sản xuất từ xăng nặng thành xăng chất lượng cao, chỉ số octan cao.
- Thứ hai: Nghiờn cứu phương trỡnh động học cho quỏ trỡnh húa học xỳc tỏc dị
thể, thiết lập phương trỡnh cõn bằng chất, cõn bằng nhiệt cho quỏ trỡnh húa học dị thể.
- Thứ ba: Nghiờn cứu quỏ trỡnh vận tải chất và vận tải nhiệt lờn hiệu quả của
phản ứng xỳc tỏc dị thể. Quỏ trỡnh khuếch tỏn trong vật thể rắn xốp khi xảy ra một hệ phản ứng húa học. Tớnh toỏn hệ số sử dụng bề mặt bờn trong của xỳc tỏc.
- Cuối cựng: Thiết lập mụ hỡnh toỏn học cho quỏ trỡnh Reforming xỳc tỏc, xỏc
định phương trỡnh cõn bằng chất, cõn bằng nhiệt của quỏ trỡnh như sau: - Phương trỡnh cõn bằng chất: 0 0 k k 1 2 R du C .V . r r dV - Phương trỡnh cõn bằng nhiệt: p R 1 1 R 2 2 R r d(C T) ( H) .r ( H) .r dV m
Bằng phương phỏp giải hệ phương trỡnh vi phõn dựa trờn cụng cụ là ngụn ngữ lập trỡnh Matlab, đó giải quyết xong bài toỏn cần yờu cầu đú là tớnh được kớch thước thiết bị phản ứng, cũng như số liệu về chất xỳc tỏc cho vào thiết bị.
Hƣớng phỏt triển của luận văn
Trong luận văn này đó giải quyết trường hợp hệ chỉ xảy ra 2 phản ứng: -Phản ứng Dehydrocacbon thành paraffin:
n CnH2n+2 CnH2n-6 + 4 H2 -Phản ứng hydrocracking paraffin:
n CnH2n+2 + H2 CmH2m -2 + CqH2q+2
Tuy nhiờn trong hệ cú nhiều phản ứng khỏc nữa cũng cần được xem xột là: -Phản ứng đồng phõn húa n – paraffin thành iso – paraffin
-Phản ứng đồng phõn húa iso – paraffin thành naphten
Ngoài ra cũn xột đến quỏ trỡnh thuận nghịch khi cỏc phản ứng xảy ra. Như vậy hướng phỏt triển của luận văn là thiết lập mụ hỡnh đối với nhiều phản ứng húa học xảy, nhằm thực tế hơn trong vấn đề sản xuất cụng nghiệp.
TểM TẮT LUẬN VĂN
Với đề tài: “ Mụ hỡnh húa toỏn học và tớnh toỏn thiết bị phản ứng xỳc tỏc dị
thể lớp tĩnh cho quỏ trỡnh Reforming xăng nặng”. Nội dung của luận văn đó tổng
quan về cụng nghệ flat Reforming xỳc tỏc trong cụng nghệ lọc húa dầu, nghiờn cứu cỏc phản ứng xảy ra trong cụng nghệ Reforming xỳc tỏc, ngoài ra cũn nghiờn cứu động học của quỏ trỡnh xỳc tỏc dị thể lớp tĩnh, ảnh hưởng của sự khếch tỏn bờn trong lờn tiến trỡnh phản ứng.
Xõy dựng một mụ hỡnh chung cho vấn đề tớnh toỏn thiết bị trong cụng nghệ húa học dị thể, đồng thời Nghiờn cứu phương trỡnh động học cho quỏ trỡnh húa học xỳc tỏc dị thể, thiết lập phương trỡnh cõn bằng chất, cõn bằng nhiệt cho quỏ trỡnh húa học dị thể, đồng thời nghiờn cứu quỏ trỡnh vận tải chất và vận tải nhiệt lờn hiệu quả của phản ứng xỳc tỏc dị thể.
Thiết lập mụ hỡnh giả đồng thể để mụ tả thiết bị phản ứng Reforming xỳc tỏc xăng nặng trờn cơ sở là sử dụng 2 loại phản ứng chớnh là Phản ứng Dehydrocacbon thành paraffin và Phản ứng hydrocracking paraffin. Trong luận văn đó sử dụng ngụn ngữ lập trỡnh Matlab để tớnh toỏn và giải quyết vấn đề giải hệ phương trỡnh vi phõn đó thiết lập được. Từ đú tớnh được khối lượng, chiều cao lớp xỳc tỏc cần thiết để đảm bảo độ chuyển húa đạt 90%.
Kết quả thu được cú thể gúp phần vào việc chủ động trong tớnh toỏn, thiết kế và vận hành hệ thống thiết bị phản ứng Reforming xỳc tỏc trong lĩnh vực ngành cụng nghiệp chế biến dàu mỏ.
Từ khúa: Reforming, xỳc tỏc dị thể, mụ hỡnh húa toỏn học, khếch tỏn bờn trong xỳc tỏc, thiết bị phản ứng lớp xỳc tĩnh.
ABSTRACT
With the theme “Mathematical modelling and computing Fix-Bed Heterogeneous Catalytic Reactor for Reforming process of heavy gasoline”, this thesis gives an overview of Flat Reforming catalyst technology in petrochemical refining technology, as well as research on reactions occuring in the Reforming catalytic technology. Besides, the kinetics of Fix-Bed Heterogeneous Catalytic Process and the influence of internal diffusion on the reaction process are also mentioned.
In the framework of this job, the thesis focus on building a general model for computing equipments in heterogeneous chemistry; at the same time, to research on kinetics of heterogeneous catalytic chemical process; to establish the mass and heat balance equations for heterogeneous chemical process; as well as to investigate the impact of mass and heat transportation processes on the efficiency of heterogeneous catalytic reaction.
In addition, it also sets up a Pseudo-Homogeneous Model to describe the Reforming Catalytic Reactor of heavy gasoline which is based on two main reactions including Dehydrocarbon – Paraffin and Hydrocracking – paraffin. Matlab programming solution is used in this thesis to solve the set of established differential equation. Thereby, quantity and height of the catalyst bed needed to ensure the conversion rate of 90% is determined.
The resutls of this thesis would be able to contribute to initiatively calculating, designing and operating of the Reforming Catalytic Reactor System in the field of petroleum processing.
Keywords: Reforming; Heterogeneous catalyst; Mathematical modelling; Internal diffusion of catalyst; Fix-bed catalytic reactor.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khỏnh Diệu Hồng (2010), Hoỏ Học dầu mỏ và Khớ. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
[2]. http://congnghedaukhi.com/Quatrinh-chebien.html
[3]. Mai Xuõn Kỳ (2006), Thiết bị phản ứng trong cụng nghiệp húa học, T 2, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nụi.
[4]. Lờ văn Hiếu (2000), Cụng nghệ chế biến dầu mỏ, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà Nội.
[5]. Nguyễn Minh Tuyển (1981), Mụ hỡnh húa và tối ưu húa trong cụng nghệ húa học, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
[6]. Nguyễn Văn Tuyển, Phạm Văn Thiờm (2005), Kỹ thuật hệ thống cụng nghệ húa học, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
[7]. Nguyễn Văn Trịnh (1974), Phương phỏp tớnh, NXB Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội.
[8]. Nguyễn Văn Quang (2007), Luận văn thạc sĩ, Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội.
[9]. Mai Xuõn Kỳ (1995) Mụ hỡnh húa quỏ trỡnh vận tải chất trong vật thể rắn xốp khi xảy ra 1 hệ phản ứng phức tạp, Tạp chớ húa học, 33(2) tr. 63 – 67.
[10]. S.D Raseev, R.Jeschka, Katalytisches Reformieren, Veb Dentsche Verlag Lerpzig (1966).
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Code chương trỡnh chạy bằng Matlab
clc clear all
V0=2717;
eps=1;%V0=input('Luu Luong the tich (m3/h)V0=');
V0=eps*V0;
Ck0=0.095; %Ck0=input('Nong do mol cua n-parafin trong hon hop vao thiet bi (Kmol/m3)Ck0=');
detaRH1=-92; %detaRH1=input('Hieu ung nhiet phan ung dehydro hoa (kj/kmol)detaRH1=');
detaRH2=23; %detaRH2=input('Hieu ung nhiet phan ung dehydroCracking (kj/kmol)detaRH2=');
mr=34722; %mr=input('Nong do khoi luong hon hop vao thiet bi (kg/h)mr=');
T0=793; %T0=input('Nhiet do hon hop vao thiet bi (K) T0=');
%UkE=input('Do chuyen hoa cuoi cung UkE =');
Rob=1040; %Rob=input('Khoi luong rieng xuc tac Rob=');
esp2=0.67; %esp2=input('Do xop xuc tac: esp=');
Cp=3.6; %Cp=input('Nhiet dung rieng hon hop(Kj/Kg.do) Cp=');
p0=5; %p0=input('Ap suat trong thiet bi(MPA)p0=');
EA1=165; %EA1=input('Nang luong hoat hoa phan ung Dehydro la (kj/kmol)EA1=');
EA2=165; %EA2=input('Nang luong hoat hoa phan ung HydroCracking la (kj/kmol)EA2=');
D=1.4; %D=input('Duong kinh xuc tac (m)D=');
k10=exp(19.7);% disp('kmol.m3.s.Mpa');
k20=exp(21); %disp('kmol.m3.s.Mpa');
F=pi*D*D/4;
%gan' cac gia tri cua vong lap
h=0.01; a=exp(1.3); R=8.314; m=1; Uk=zeros(100); T=zeros(100); r1=zeros(100); r2=zeros(100); LL=zeros(100); L=zeros(100);
disp('Gia tri nhiet do va chieu dai thiet bi ung voi do chuyen hoa khac nhau'); disp('Do Chuyen hoa Uk - Gia tri nhiet do T - chieu cao thiet bi L');
T2=(Ck0*V0*1000*(detaRH1*a+detaRH2))/(mr*Cp*(a+1)); T(m)=T0+T2*Uk(m); r1(m)=k10*(exp(-1000*EA1/(R*T(m))))*p0*(1- Uk(m))*(a+1)/(8*(a+1)+4*Uk(m)*a); r2(m)=k20*(exp(-1000*EA2/(R*T(m))))*p0*(1- Uk(m))*(a+1)/(8*(a+1)+4*Uk(m)*a); LL(m)=Ck0*V0*Uk(m)/(pi*D*D*(r1(m)+r2(m))); L(m+1)=L(m)+LL(m)*Uk(m);
disp(['Uk[' num2str(m) ']=' num2str(Uk(m)) ';''T[' num2str(m) ']=' num2str(T(m)) ';' 'L[' num2str(m) ']=' num2str(L(m))]);
while (T(m)>=753)
%than vong lap while
Uk(m+1)=Uk(m)+h; Uk(m+1,1)=Uk(m,1)+h; m=m+1; T(m)=T0+T2*Uk(m); r1(m)=k10*(exp(-1000*EA1/(R*T(m))))*p0*(1- Uk(m))*(a+1)/(8*(a+1)+4*Uk(m)*a); r2(m)=k20*(exp(-1000*EA2/(R*T(m))))*p0*(1- Uk(m))*(a+1)/(8*(a+1)+4*Uk(m)*a); LL(m)=Ck0*V0*Uk(m)/(pi*D*D*(r1(m)+r2(m))*Rob*(1-esp2)); L(m)=L(m)+LL(m)*Uk(m);
%in ra man hinh
disp(['Uk[' num2str(m) ']=' num2str(Uk(m)) ';' 'T[' num2str(m) ']=' num2str(T(m))
';''L[' num2str(m) ']=' num2str(L(m))]);
end
Vr=pi*D^2*L(m);
disp(['The tich thiet bi (m3) Vr=' num2str(Vr)]); ms=Vr*Rob*(1-esp2);
Uk1=Uk(m);
disp(['Do chuyen hoa ma Thiet bi 1 dat duoc la: Uk1 = ',num2str(Uk1)]); Cke1=(1-Uk1)*Ck0;
Cke2=Cke1;
disp(['Nong do ra thiet bi 1 la Cke1 =',num2str(Cke1)]); disp(['Nong do vao thiet bi 2 la Cko2 =',num2str(Cke2)]); disp(['the tich thiet bi 1 la: Vr= ',num2str(Vr)]);
disp(['Khoi luong xuc tac can cho vao thiet bi 1 la: Ms = ',num2str(ms)]);
Phụ lục 2: Kết quả chạy chương trỡnh Matlab Uk[15]=0.14;T[15]=773.5237;L[15]=0.38877 Uk[16]=0.15;T[16]=772.1325;L[16]=0.47467 Uk[17]=0.16;T[17]=770.7413;L[17]=0.57457 Uk[18]=0.17;T[18]=769.3502;L[18]=0.69028 Uk[19]=0.18;T[19]=767.959;L[19]=0.82381 Uk[20]=0.19;T[20]=766.5678;L[20]=0.97741 Uk[21]=0.2;T[21]=765.1767;L[21]=1.1536 Uk[22]=0.21;T[22]=763.7855;L[22]=1.3552 Uk[23]=0.22;T[23]=762.3943;L[23]=1.5852 Uk[24]=0.23;T[24]=761.0032;L[24]=1.8473 Uk[25]=0.24;T[25]=759.612;L[25]=2.1453 Uk[26]=0.25;T[26]=758.2208;L[26]=2.4836 Uk[27]=0.26;T[27]=756.8297;L[27]=2.8669 Uk[28]=0.27;T[28]=755.4385;L[28]=3.3008 Uk[29]=0.28;T[29]=754.0473;L[29]=3.7913 Uk[30]=0.29;T[30]=752.6562;L[30]=4.3452 The tich thiet bi (m3) Vr=26.7556
Do chuyen hoa ma Thiet bi 1 dat duoc la: Uk1 = 0.29 Nong do ra thiet bi 1 la Cke1 =0.06745
Nong do vao thiet bi 2 la Cko2 =0.06745 the tich thiet bi 1 la: Vr= 26.7556