Etyl clorua được sản suất từ HCl và etylen, phản ứng thực hiện trong pha khí trên xúc tác clorua đồng mang trên silica:
C2H4 + HCl C2H5Cl
Dòng nguyên liệu có thành phần gồm 50% mol HCl, 48% mol C2H4, và 2% mol N2 với lưu lượng dòng 100 kmol/h, nhiệt độ 25oC, và áp suất 1 atm. Phản ứng đạt độ chuyển hoá 90% mol, etyl clorua được tách khỏi hỗn hợp khí chưa phản ứng, và sau đó được tuần hoàn lại. Quá trình tách sản phẩm sử dụng tháp chưng luyện, giả định là quá trình tách triệt để. Quá trình tiến hành ở áp suất khí quyển, và độ giảm áp được bỏ qua. Để ngăn ngừa sự tích tụ của khí trơ trong hệ thống, dòng khí
144
thải W có lưu lượng là 10 kmol/h. Đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng dòng khí thải W đến dòng tuần hoàn R và thành phần hỗn hợp khí phản ứng.
Trình tự mô phỏng
Đây là hướng dẫn ngắn. Sẽ khó hiểu nếu chưa hoàn thành các phần trước. 1. Khởi động HYSYS, chọn Peng Robinson EOS cho Fluid Package. Mở
Component tab để chọn components (ethylene hoặc ethene),
hydrogen_chloride, ethyl_chloride, và nitrogen). Đóng cửa sổ.
2. Bấm phím Enter Simulation Environment. Chọn Mixer trong Object Palette
và đưa vào Process Flow Diagram (PFD). Làm tương tự với Conversion Reactor, Component Splitter, Tee, và Recycle như trên hình 14.3.
3. Đặt tên tất cả các dòng như trên hình 14.3.
4. Bấm Flowsheet/Reaction Package. Add Global Rxn Set. Sau đó bấm
phím Add Rxn, và chọn Conversion. Add Components (ethylene, hydrogen_chloride, và ethyl_chloride) và Stoich Coeff (-1, -1, 1). Chuyển sang Basis tab, và nhập giá trị 90 cho Co với Ethylene là cấu tử cơ bản (basis). Đóng cửa sổ. Trở về giao diện Reaction Package, bấm phím Add Set. Đóng cửa sổ. Trở về PFD.
5. Nhắp đúp vào Conversion Reactor. Chọn Global Rxn Set trong ô Reaction Set. Đóng cửa sổ.
6. Nhắp đúp vào Recycle và đặt các tham số trong Parameter/Tolerance tất cả bằng “1”.
7. Trong đầu bài giả sử rằng quá trình tách là triệt để, ethyl_chloride đã thu được trong sản phẩm đáy tháp có độ tinh khiết 100%, còn ba cấu tử khác trong sản phẩm đỉnh tháp. Trong trường hợp này sẽ sử dụng Component Splitter. Để khai báo thông tin này, nhắp đúp vào Component Splitter chọn
Splits page của Design tab, điền giá trị “0” cho ClC2 và “1” cho ba cấu tử còn lại.
8. Mở Workbook. Kiểm tra hệ đơn vị đo đang hiển thị là hệ đơn vị SI. Nếu không, có thể thay đổi hệ đơn vị đo bằng cách bấm vào
Tools/Preferences/Variables. Chọn hệ SI, bấm phím Clone và thay đổi các đơn vị trong hệ nếu thấy cần thiết để thuận tiện cho việc tính toán.
145
R
*
R
9. Điền vào Workbook các điều kiện đầu bài đã cho, bắt đầu từ Feed Stream:
temperature (25 oC), pressure (1 atm), và molar flow (100 kgmole/hr). Nhắp đúp vào 100 (molar flow rate), điền thành phần các cấu tử. Đóng cửa sổ. 10.Tiếp tục điền vào Workbook dòng R* có lưu lượng dòng bằng “0”, các điều kiện và thành phần cấu tử như dòng nguyên liệu feed, để khởi động tính toán quá trình. Điền các giá trị temperature (25oC) cho các dòng S3, S4, và P. Điền giá trị pressure (1 atm) cho các dòng S4 and P.
11.Khai báo giá trị molar flow rate cho dòng W là 10 kgmole/hr. 12.Bây giờ có thể mở Workbook để đọc kết quả tính toán.
Hình 14.3. PFD quá trình sản xuất etyl clorua từ etylen và HCl