b. Công nghệ CDTech pha hỗn hợp
PHẦN II MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ BẰNG PHẦN MỀM HYSYS 1.Giới thiệu về phần mềm hysys
1.Giới thiệu về phần mềm hysys
Mô phỏng lại các công nghệ sản xuất là thực hiện mơ hình hóa lại sơ đồ cơng nghệ trên máy tính, với qui mơ nhỏ hơn cho phép các kỹ sư có thể dễ dàng nắm bắt được công nghệ. Việc mô phỏng thường được thực hiện trên các phần mềm chuyên dụng, khơng chỉ có khả năng thiết kế, tính tốn q trình mà cịn có thể vận hành (mơ phỏng động) q trình theo các thơng số thiết kế giúp các kỹ sư dễ dàng kiểm sốt được q trình trước khi vận hành trong thực tế. Do đó, việc thực hiện mơ phỏng là rất cần thiết trong quá trình nghiên cứu, thiết kế và đưa vào xây dựng thực tế một q trình cơng nghê.
Hiện nay trong lĩnh vực cơng nghệ hóa học có rất nhiều phần mềm mơ phỏng như PRO/II, Dynsim (Simsci), HYSIM, HYSYS,…trong đó phổ biến nhất là Pro II, Dynsim (Simsci) và Hysys (Aspen Tech). Không chỉ là một cơng cụ mơ phỏng mạnh, hữu ích trong việc nghiên cứu tính tốn thiết kế cơng nghệ, hysys đáp ứng được các yêu cầu công
nghệ nền tảng cơ bản cho mơ hình hóa và mơ phỏng các q trình cơng nghệ từ khai thác tới chế biến trong các nhà máy xử lý khí,…đến các q trình cơng nghệ lọc hóa dầu và cơng nghệ hóa học. Hysys cịn có ưu điểm là thân thiện, dễ sử dụng và vẫn đảm bảo độ tin cậy, do vậy mà hiện nay hysys được sử dụng rất phổ biến trong các q trình nghiên cứu và thiết kế.
2.Kết quả mơ phỏng phân xưởng sản xuất etylbenzen
Hình 8.Sơ đồ cơng nghệ sản xuất etylbenzen mơ phỏng bằng hysys
Thuyết minh
Dịng ngun liệu etylen (50oC, 1 atm) có lẫn 7% etan được nén lên áp suất 4060 atm tại máy nén (compressor) sau đó đi vào thiết bị trộn với dòng nguyên liệu benzen (gồm dịng benzen mới và benzen tuần hồn) đã được tăng áp lên 4060 atm bằng bơm (P) để đi vào tiết bị gia nhiệt (heater 1) lên nhiệt độ phản ứng 219oC trước khi vào thiết bị phản ứng.
Trong công nghệ, nguyên liệu benzen và etylen được sử dụng với tỷ lệ benzen/etylen là 8/1 để hạn chế sự tạo thành sản phẩm phụ dietylbenzen. Trong sơ đồ mô
phỏng bằng hysys, tỷ lệ này được khống chế bằng cơng cụ Set đảm bảo cho dịng ngun liệu trước khi vào thiết bị phản ứng ln duy trì ở tỷ lệ benzen/etylen là 8/1.
Trong thiết bị phản ứng, benzen tham gia phản ứng alkyl hóa với etylen, độ chuyển hóa của q trình đạt 100% (tính theo etylen, và độ chuyển hóa là 12.5% nếu tính theo benzen), độ chọn lọc của sản phẩm chính etylbenzen đạt tới 99.7% do hoạt tính và độ chọn lọc cao của xúc tác nên không cần phải sử dụng thiết bị chuyển nhóm alkyl.
Dịng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng đi vào thiết bị làm lạnh (cooler) và van giảm áp đến áp suất thường (V3) rồi đi vào tháp chưng tách khí ra khỏi hỗn hợp sản phẩm của q trình. Khí được tách ra là etan (lẫn trong nguyên liệu etylen ban đầu) được tách ra hồn tồn ở đỉnh tháp (light column), dịng sản phẩm đi ra ở đáy tháp, tiếp tục sang tháp chưng tách benzen chưa phản ứng (benzen column). Dòng benzen thu được ở đỉnh tháp được tuần hoàn toàn bộ trở lại qúa trình. Dịng sản phẩm đi ra ở đáy tháp benzen column chứa chủ yếu là etylbenzen và dietylbenzen tiếp tục được đưa sang tháp chưng cuối cùng để tách lấy sản phẩm etylbenzen. Sản phẩm etylbenzen thu được ở đỉnh tháp có độ tinh khiết rất cao (99.94% mol tương đương với 99.95%wt) và khơng lẫn xylen nên có thể sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất styren.
Các thông số công nghệ
a.Nguyên liệu đầu vào
Phần xưởng hoạt động với công suất 80,000 tấn/năm, tương đương với 80,000,000 kg/8000h = 10,000 kg/h
b. Thiết bị phản ứng alkyl hóa:
Điều kiện làm việc của thiết bị phản ứng
T= 219 oC
P = 40 atm
Lưu lượng nguyên liệu đi vào tháp, lưu lượng mol = 3.651*104 kmol/h
Tỷ lệ mol benzen/ etylen = 8/1
Thiết bị làm việc ở chế độ đoạn nhiệt.
Với điều kiện làm việc trên, cho phép phản ứng xảy ra trong pha lỏng, độ chuyển hóa của phản ứng chính, phản ứng alkyl hóa benzen bằng etylen tính theo etylen đạt 99.7%, cịn lại 0.3% độ chuyển hóa tính theo etylen tạo ra sản phẩm phụ là dietylbenzen.
Hình .Điều kiện làm việc của thiết bị phản ứng alkyl hóa
Hình .Thành phần hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng
b.Tháp chưng tách khí sau phản ứng
Đây là một tháp chưng có nhiệm vụ phân tách khí ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng, hoạt động ở áp suất thường 101.3 kPa, 77.94oC. Tháp này có nhiệm vụ phân tách hồn tồn khí etan có lẫn trong hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng ra khỏi hỗn hợp.
Hình . Điều kiện làm việc của tháp chưng tách khí sau phản ứng
Hình . Thành phần của hỗn hợp sản phẩm trước và sau khi ra khỏi tháp chưng tách khí
c.Tháp chưng thu hồi benzen
Nhiệm vụ của tháp là phân tách tối đa lượng benzen chưa tham gia phản ứng còn lẫn trong hỗn hợp sản phẩm, để tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng.
Về cấu tạo, tháp có 19 đĩa, điều kiện làm việc ở đỉnh và đáy tháp được chỉ ra trong bảng
Bảng . điều kiện làm việc của tháp chưng thu hồi benzen
Điều kiện làm việc Đỉnh tháp Đáy tháp
Nhiệt độ, oC 78.7 137.2
Áp suất, kPa 102 110
Hình . Thành phần sản phẩm trước và sau khi ra khỏi tháp chưng.
d.Tháp chưng thu hồi sản phẩm etylbenzen
Tháp chưng thu hồi sản phẩm etylbenzen có nhiệm vụ phân tách sản phẩm etylbenzen ra khỏi sản phẩm nặng dietylbenzen, nhằm thu được etylbenzen có độ tinh khiết cao (trên 99.95%wt [14])
Tháp chưng này có 24 đĩa, vận hành ở điều kiện được chỉ ra trong bảng
Bảng . điều kiện làm việc của tháp chưng thu hồi sản phẩm etylbenzen
Điều kiện làm việc Đỉnh tháp Đáy tháp
Nhiệt độ, oC 146 210
Áp suất, kPa 101.5 110
Hình . Thành phần sản phẩm trước và sau khi ra khỏi tháp chưng