1. Thiết lập cơ sở mô phỏng.
Nhập các thông tin sau:
Trong page… Lựa chọn…
Property Package UNIQUAC
Components Propylene Oxide, Propylene Glycol, H2O
101
2. Cung cấp hệ số tương tác bậc hai
Công việc tiếp theo sẽ thực hiện trong Fluid Package là cung cấp các hệ số tương tác bậc hai.
Bấm vào Binary Coeffs tab trong cửa sổ thuộc tính Fluid Package như trong hình 11.4.
Trong nhóm Activity Model Interaction Parameters, có bảng các hệ số tương tác bậc hai mặc định Aij. HYSYS sẽ tự động đưa ra các hệ số tương tác cho các cặp hai cấu tử trong thành phần hỗn hợp từ thư viện. Có thể thay đổi các hệ số mà HYSYS cung cấp nếu người sử dụng có số liệu.
Trong trường hợp này, chưa biết hệ số tương tác của một cặp bậc hai là 12C3Oxide/12-C3diol. Trong trường hợp này, sẽ tự nhập số liệu nếu người sử dụng có số liệu, nếu không sẽ sử dụng theo phương pháp ước tính của HYSYS.
Hình 11.4. Cửa sổ hiển thị hệ số tương tác bậc hai Aij và Bij
Sử dụng phương pháp UNIFAC VLE để ước tính hệ số chưa biết.
Bấm vào phím Unknowns Only. HYSYS cung cấp giá trị các hệ số tương tác bậc hai chưa biết.
Khi hoàn thành bảng Activity Model Interaction Parameters với các giá trị hệ số Aij của các cặp đôi tương ứng sẽ hiển thị như hình 11.5 dưới đây
102
Hình 11.5. Hệ số tương tác bậc hai Aij
Chuyển sang bảng hệ số tương tác Bij, chọn phím Bij. Trong trường hợp này, tất cả các hệ số Bij được mặc định bằng 0.
3. Thiết lập phản ứng
Phản ứng giữa nước và propylene oxide tạo thành propylene glycol: H2O + C3H6O C3H8O2
Quay trở lại Simulation Basis Manager
Bấm vào Reactions tab. Trong tab này cho phép thiết lập các phản ứng xảy ra trong lưu trình.
Trong Reactions group, bấm vào phím Add Rxn, sẽ xuất hiện cửa sổ các thuộc tính của phản ứng Reactions property.
Trong danh sách, chọn Kinetic Reaction, sau đó bấm vào phím Add Reaction. Giao diện thuộc tính của Kinetic Reaction xuất hiện, mở
103
Hình 11.6. Kinetic Reaction – Stoichiometry tab
HYSYS sẽ cung cấp giá trị mặc định của các thông số bậc của phản ứng thuận Forward Order và bậc của phản ứng nghịch Reverse Order dựa trên hệ số tỷ lượng của phản ứng (reaction stoichiometry). Các dữ liệu động học của quá trình, trong trường hợp này lượng nước dư, vì vậy phản ứng là bậc một với propylen oxit.
Trong ô Fwd Order theo H2O, thay đổi giá trị thành 0 biểu thị là dư nước. Hoàn thành Stoichiometry tab và được hiển thị như hình 11.7.
Hình 11.7. Kinetic Reaction – Stoichiometry tab
104
Trong ô Basis, giữ nguyên giá trị mặc định Molar Concn.
Vào ô Base Component. Theo mặc định, HYSYS đã chọn cấu tử đầu tiên được liệt kê trong danh sách trên Stoichiometry tab là cấu tử cơ bản. Trong trường hợp này Propylene oxide là cấu tử cơ bản.
Trong ô Rxn Phase, chọn CombinedLiquid từ danh sách thả xuống. Hoàn thành Basis tab như trong hình 11.8.
sẽ có giá trị bằng 0
Hình 11.8. Kinetic Reaction – Basis tab
Chuyển sang Parameters tab. Trong giao diện này sẽ khai báo các thông số
Arrhenius parameters cho phản ứng động học. Trong trường hợp này, không xảy ra phản ứng nghịch (Reverse Reaction), vì vậy chỉ phải khai báo các thông số cho phản ứng thuận ở Forward Reaction parameters.
Trong Forward Reaction, ô A nhập giá trị 1.7e13.
Trong Forward Reaction, ô E (năng lượng hoạt hoá), nhập giá trị 3.24e4
(btu/lbmole). Trên thanh trạng thái ở phía dưới bên phải của giao diện
Kinetic Reaction sẽ thay đổi từ Not Ready thành Ready. Như vậy việc thiết lập phản ứng đã hoàn thành. Giao diện Parameters tab sẽ như hình 11.9.
105
Hình 11.9. Kinetic Reaction – Parameters tab
Bước tiếp theo là tạo Reaction Set chứa các phản ứng mới. Trong danh sách
các Reaction Set của HYSYS cung cấp Global Rxn Set bao gồm tất cả các
phản ứng đã được xác định. Trong trường hợp này, chỉ có duy nhất một phản ứng, nhập Rxn-1 vào Global Rxn Set.
Bước cuối cùng là liên kết Reaction Set vào Fluid Package, để có thể thực hiện tính toán trong flowsheet. Thêm Reaction Set vào Fluid Package. Sau khi đã thêm phản ứng vào Fluid Package, bấm phím Enter the Simulation
Environment và bắt đầu xây dựng mô phỏng.
4. Khởi tạo hai dòng nguyên liệu
Nhập dòng nguyên liệu thứ nhất với các giá trị như trong bảng sau:
Name Prop Oxide
Temperature 75oF
Pressure 1.1 atm
Molar Flow 150 lbmole/h Component Mole Fraction
12C3Oxide 1.000
Nhập thêm dòng nguyên liệu thứ hai
Name Water Feed
Temperature 75oF
106
Mass Flow 11,000 lb/h
Component Mole Fraction
H2O 1.000
5. Khởi tạo thiết bị trộn hỗn hợp
Mixer, sử dụng để trộn hai dòng nguyên liệu. Điền các thông tin như hình 11.10.
Hình 11.10. Kết nối các dòng với Mixer 6. Khởi tạo thiết bị phản ứng
Từ Object Palette, chọn CSTR, và đưa vào PFD.
Đặt tên thiết bị phản ứng là CSTR, nối với dòng nguyên liệu là Mix_Out. Dòng sản phẩm hơi là CSTR Vent, dòng sản phẩm lỏng là CSTR Product.
107
Hình 11.11. Kết nối các dòng với Reactor
Chuyển sang Details page của Reactions tab, chọn Global Rxn Set.
Nó sẽ tự động kết nối phản ứng cho tháp phản ứng. Vent và dòng lỏng sản phẩm là CSTR Product.
Hình 11.12. Liên kết Reaction Set với Reactor
Bước tiếp theo là khai báo tham số cho thiết bị phản ứng Vessel Parameters. Trong trường hợp này thiết bị phản ứng có thể tích là 280 ft3 và độ điền đầy là 85%.
Chuyển sang Dynamics tab, sau đó chọn Specs page (hình 11.13).
Trong Model Details group, bấm vào Vessel Volume. Nhập giá trị 280 (ft3).
108
Hình 11.13. Khai báo các tham số cho thiết bị phản ứng
Chuyển sang Worksheet tab (hình 11.14). Tại thời điểm này, dòng sản phẩm và dòng năng lượng làm mát chưa biết bởi vì thiết bị phản ứng chỉ có một bậc tự do. Lúc này có thể khai báo hoặc là nhiệt độ dòng ra hoặc là năng lượng làm lạnh.
Thiết bị phản ứng được giả thiết làm việc trong điều kiện đẳng nhiệt, do đó nhiệt độ dòng sản phẩm ra bằng nhiệt độ dòng nguyên liệu vào bằng 75oF. Trong cột
CSTR Product, nhập giá trị Temperature là 75oF, như trong hình 11.14.
Hình 11.14.
109
nhiệt, dòng sản phẩm hơi CSTR Vent bằng 0. Ngoài ra, yêu cầu năng lượng làm mát được tính toán biểu diễn qua Heat Flow của dòng tác nhân lạnh (Coolant stream).
Tiếp theo kiểm tra độ chuyển hoá trong thiết bị phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng. Chuyển sang Reactions tab, sau đó chọn Results page. Độ chuyển hoá sẽ hiển thị trong bảng Reactor Results Summary như hình 11.15.
Hình 11.15. Kết quả tính toán độ chuyển hoá của phản ứng
Với nhiệt độ phản ứng giả thiết là 75oF, độ chuyển hoá của phản ứng Actual Percent Conversion (Act.% Cn5.) trong thiết bị phản ứng là 40.3%. Cần phải điều chỉnh nhiệt độ sao cho độ chuyển hoá đạt 85 95%.
Điền các giá trị sau:
Reactor Temperature: ________________________________ Actual Percent Conversion: ____________________________
7. Lưu case vào thư mục xác định
Vào File menu.
Chọn Save As.
110
Hoàn thành mô phỏng nhận được lưu trình PFD như trong hình 11.16.
Hình 11.16. PFD công nghệ sản xuất propylen glycol từ propylen oxit và nước