VI- CÂC THAO TÂC THƯờNG DÙNG TRONG MÔ PHỏNG BằNG PRO/II
7- HIểN THị TÍNH CHấT CủA DÒNG TRÍN SƠ Đồ MÔ PHỏNG
• Qui trình như sau : -
- - -
Right-click văo dòng được chọn ⇒ hiển thị cửa sổ lựa chọn Chọn Display ⇒ xuất hiện cửa sổ Stream Style
Chọn Properties từ drop-down list box ở mục Stream Label Type
Mặc định ở mục Property List lă Property Label List ⇒ sẽ hiển thị tín, nhiệt độ, âp suất vă lưu lượng dòng ⇒ OK
8- Sử dụng Flash Hot-Key Tool
• PRO/II có một công cụ hữu ích cho phĩp hiển thị nhanh chóng câc tính toân flash của bất kỳ dòng năo được chọn ⇒ Đó lă công cụ Flash Hot-Key, cung cấp một phương tiện nhanh chóng, dễ dăng để xâc định hăm lượng vă thănh phần của pha lỏng vă pha hơi của bất kỳ dòng năo
9- Xuất một sơ đồ mô phỏng ra cửa sổ lưu trữ tạm (Exporting the PFD to the Windows Clipboard)
Từ Clipboard, bạn có thể dân một câch đơn giản hình vẽ lín bất kỳ một chương trình soạn thảo năo như trong Microsoft Word. Qui trình như sau :
• Từ Menu ⇒ File ⇒ Export
• Chọn Flowsheet Drawing
• Click OK ⇒ PRO/II sẽ hiển thị một hộp hội thoại để khẳng định rằng flowsheet đê được xuất ra cửa sổ lưu trữ tạm
10- Nhập một file PRO/II có sẳn (Importing a PRO/II Keyword Input File)
Bạn có thể nhập một file keyword Input của PRO/II dạng *.inp có sẳn văo giao diện
PRO/II đang hiện hănh. PRO/II sẽ tự động chuyển đổi file năy thănh một sơ đồ tính toân vă chúng ta có thể tiến hănh mô phỏng như mô phỏng trín một sơ đồ PFD, từ đó chúng ta có thể chỉnh sửa theo ý mình
• Từ Menu ⇒ File ⇒ Import
• Nhập hoặc chọn tín của flie muốn nhập • Chọn OK hoặc nhắp Enter
11- Xâc định câc tính chất về cđn bằng lỏng - hơi của câc hệ 2 cấu tử (Display BVLE)
Để xâc định câc tính chất về bằng lỏng - hơi của câc hệ 2 cấu tử năy ở âp suất thường (1 atm) hay ở một âp suất bất kỳ năo đó, ta sử dụng công cụ Display BVLE.
Qui trình như sau : • Chọn hệ đơn vị • Chọn cấu tử
• Nhắp chọn biểu tượng Display BVLE ⇒ Chọn câc cấu tử, chọn âp suất vă nhắp chọn Calculate ⇒ Ta sẽ được 5 loại biểu đồ:
• Biểu đồ X - Y • Biểu đồ T - X - Y • Biểu đồ hệ số Fugacity
• Biểu đồ hằng số cđn bằng K thay đổi theo thănh phần mol • Biểu đồ hằng số cđn bằng K thay đổi theo
Cấu tử% molCấu tử% molN2 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H107,91 73,05 7,68
VII- BĂI TẬP ÂP DỤNG
Băi toân 1: Mô phỏng sơ đồ công nghệ của phđn xưởng tâch Mĩthane
Thâp Demethanizer để tâch methane ra khỏi hỗn hợp khí trong sơ đồ sử dụng turbo- expander.
Lưu lượng dòng khí nguyín liệu : 8 m3/s Nhiệt độ
Aïp suất
: 120 oF
: 602,7 psia (pound per square inch absolute)
(1 psi = 0,06896 bar; 602,7 psia = 588,2 psig; 1pound = 453,6 g) Thănh phần của hỗn hợp khí ban đầu như sau :
Trong đó: Hiệu suất của mây nĩn lă 75%; Hiệu suất của thiết bị giản nở: 80% Yíu cầu chất lượng của sản phẩm đây lă tỉ lệ C1/C2 = 0.015
Hêy xâc định:
1. Công suất thực của mây nĩn C1?
2. Thănh phần, nhiệt độ vă âp suất của câc dòng sản phẩm khí vă lỏng? ⇒ Phương phâp tiến hănh: Chúng ta sẽ chia sơ đồ trín thănh 2 vùng :
• Vùng 1 : mô phỏng 3 thiết bị đơn giản để lăm quen với phần mềm PROII
• Vùng 2 : Chúng ta sẽ mô phỏng toăn bộ quâ trình để tìm hiểu những điểm ưu việt của phần mềm PROII
Băi toân 2: Mô phỏng thiết bị tâch khí - lỏng
Cho văo thiết bị tâch khí lỏng một dòng nguyín liệu với câc dữ liệu sau: • Lưu lượng : 100 kmol/h; t = 300C ; P = 10 bar
• Thănh phần hóa học: Mĩthane Ethane Propane Butane Pentane : 13 kmol/h : 22 kmol/h : 38 kmol/h : 22 kmol/h : 5 kmol/h Điều kiện lăm việc của thiết bị tâch: 300C vă 7 bar Hêy xâc định:
1. Phần mol bay hơi của nguyín liệu trong điều kiện của bình tâch? 2. Thănh phần của lỏng vă hơi ra khỏi thiết bị tâch?
Băi toân 3: Tính nhiệt độ sôi của một hỗn hợp hai pha ở một âp suất nhất định
Nguyín liệu có thănh phần như băi toân 2, lưu lượng = 5500 kg/h. Hêy xâc định:
1. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp nguyín liệu năy ở âp suất 7 bar? 2. Hằng số cđn bằng pha của câc cấu tử ?
3. Thănh phần hỗn hợp hơi cđn bằng với lỏng? 4. Năng suất nhiệt của thiết bị tâch?
⇒ Giải quyết băi toân
Để giải quyết băi toân trín, ta tiến hănh câc bước:
• Giả thiết cho hỗn hợp nguyín liệu năy đi văo một bình tâch lăm việc ở âp suất lă 7 bar.
• Tiến hănh mô phỏng như băi toân 2
• Vì muốn xâc định nhiệt độ sôi của hỗn hợp ⇒ ở cửa sổ Flash Drum, ở mục Second
Specification ⇒ Chọn Bubble point ở mục Unit Specification
• Do phải xâc định hằng số cđn bằng pha của câc cấu tử ⇒ ở cửa sổ Flash Drum, ở
Sơ đồ băi toân
Băi toân 4: Mô phỏng thâp tâch propane
Tính cho thâp Depropanizer với câc dữ liệu ban đầu như sau : • Nguyín liệu :
- - -
năng suất : 400 tấn/ngăy P = 18 bar
có thănh phần 40% hơi gồm : 26% khối lượng C3 vă 74 % khối lượng C4 • Thâp :
- - -
22 đĩa lý thuyết; nạp liệu ở đĩa 13
âp suất đỉnh : 16,5 bar; trở lực : 10 mbar/đĩa lý thuyết thiết bị ngưng tụ hoăn toăn ; âp suất bình tâch : 16,2 bar • Chỉ tiíu chất lượng sau :
- sản phẩm đây : có 0,5% khối lượng C3 ⇒ Hêy xâc định : - - - Chỉ số hồi lưu ?
Năng suất nhiệt của thiết bị đun sôi lại vă thiết bị ngưng tụ (MkCal/ngăy) Lưu lượng sản phẩm đỉnh vă sản phẩm đây ?
Băi toân 5: Xâc định đĩa nạp liệu tối ưu cho thâp tâch propane bằng công cụ Optimiser
Tính cho thâp Depropanizer với câc dữ liệu ban đầu như sau : • Nguyín liệu :
- - -
năng suất : 400 tấn/ngăy P = 18 bar
có thănh phần 40% hơi gồm : 26% khối lượng propane vă 74 % khối lượng butane
• Thâp : - -
22 đĩa lý thuyết
- -
thiết bị ngưng tụ hoăn toăn âp suất bình tâch : 16,2 bar • Chỉ tiíu chất lượng sau :
- -
sản phẩm đỉnh : có 0,5% khối lượng C4 sản phẩm đây : có 0,5% khối lượng C3
Băi toân 6: Xâc định số đĩa lý thuyết tối thiểu vă chỉ số hồi lưu tối thiểu cho thâp tâch propane bằng phương phâp shortcut
Băi toân
Tính cho thâp Depropanizer với câc dữ liệu ban đầu như sau : • Nguyín liệu :
- - -
năng suất : 400 tấn/ngăy P = 18 bar
có thănh phần 40% hơi gồm : 26% khối lượng propane vă 74 % khối lượng butane
• Thâp : - -
âp suất đỉnh : 16,5 bar
- -
thiết bị ngưng tụ hoăn toăn âp suất bình tâch : 16,2 bar • Chỉ tiíu chất lượng sau :
- -
sản phẩm đỉnh : có 0,5% khối lượng C4 sản phẩm đây : có 0,5% khối lượng C3 ⇒ Hêy xâc định :
- -
Số đĩa lý thuyết tối thiểu? Chỉ số hồi lưu tối thiểu?
CHƯƠNG 3: TRÍCH LY
3.1. Nguyín tắc
- Trích ly lă quâ trình tâch hoăn toăn hay một phần chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất lỏng khâc → Chỉ xĩt cho hỗn hợp lỏng - lỏng
- Yíu cầu của dung môi:
- - - - - -
Hòa tan chọn lọc cấu tử cần tâch;
Hệ số khuyếch tân D lớn → vận tốc chuyển khối lớn;
Nhiệt dung riíng vă nhiệt hóa hơi nhỏ (tiết kiệm khi hoăn nguyín dung môi); Độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ);
Không ăn mòn thiết bị, không tâc dụng hóa học với câc cấu tử trong hỗn hợp; Rẻ tiền, dễ kiếm;
3.2. Sơ đồ
S: dung môi
Hỗn hợp lỏng A + B (A: cấu tử cần tâch)
Pha E (A-S + ∑B)
Pha R (B + ∑A-S)
3.3. Ứng dụng
- Trong công nghiệp lọc hóa dầu: tâch câc sản phẩm có nhiệt độ sôi gần nhau;
- Trong công nghiệp dược phẩm: tâch pĩnicilline từ hỗn hợp lín men; - Trong công nghiệp luyện kim: tâch kim loại trong dung dịch ;
CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
4.1. ĐẠI CƯƠNG
4.1.1. PHĐN LOẠI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
a- Theo pha của hệ
• Theo bản chất pha : thiết bị phản ứng pha khí, lỏng hoặc rắn ; • Theo số pha :
- -
thiết bị phản ứng một pha (đồng thể) : pha khí hoặc lỏng, thiết bị phản ứng nhiều pha (dị thể) :
- -
thiết bị phản ứng hai pha : khí-lỏng, lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn thiết bị phản ứng ba pha : khí-lỏng-rắn.
• Theo trạng thâi pha : thiết bị phản ứng pha liín tục hoặc pha phđn tân
b- Điều kiện tiến hănh quâ trình
• Theo phương thức lăm việc: -
- -
thiết bị phản ứng giân đoạn liín tục
bân liín tục • Theo điều kiện nhiệt
- -
thiết bị phản ứng đẳng nhiệt đoạn nhiệt
c- Theo điều kiện thủy động
• Theo chiều chuyển động của câc pha : -
-
thiết bị phản ứng xuôi dòng, ngược dòng hoặc dòng chĩo nhau thiết bị phản ứng dọc trục hoặc xuyín tđm
• Theo chế độ chuyển động : -
- -
thiết bị phản ứng dạng ống ;
thiết bị phản ứng khuấy trộn hoăn toăn thiết bị phản ứng nhiều ngăn.
• Theo trạng thâi tầng xúc tâc : - - - - thiết bị phản ứng tầng xúc tâc cố định ; thiết bị phản ứng tầng xúc tâc di động ; thiết bị phản ứng tầng sôi ;
thiết bị phản ứng tầng xúc tâc kĩo theo
4.1.2. PHĐN LOẠI CÂC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG THEO PHƯƠNG THỨC LĂM
VIỆC
Tuỳ thuộc văo phương thức lăm việc, người ta chia thiết bị phản ứng thănh 3 loại :
a- Thiết bị phản ứng giân đoạn :
• Định nghĩa : lă thiết bị phản ứng lăm việc theo từng mẻ, nghĩa lă câc thănh phần tham gia phản ứng vă câc chất phụ gia (dung môi, chất trơ) hoặc câc chất xúc tâc được đưa tất cả văo thiết bị ngay từ thời điểm đầu. Sau thời gian nhất định, khi phản ứng đê đạt được độ chuyển hóa yíu cầu, người ta cho dừng thiết bị vă thâo sản phẩm ra.
• Ưu điểm : -
- -
Tính linh động cao : có thể dùng thiết bị đó để thực hiện câc phản ứng khâc nhau tạo ra câc sản phẩm khâc nhau
Đạt độ chuyển hóa cao do có thể khống chế thời gian phản ứng theo yíu cầu Chi phí đầu tư thấp do ít phải trang bị câc thiết bị điều khiển tự động
• Nhược điểm :
- Năng suất thấp do thời gian một chu kỳ lăm việc dăi : đòi hỏi thời gian nạp liệu, đốt nóng, lăm nguội, thâo sản phẩm vă lăm sạch thiết bị
- -
-
Mức độ cơ giới hóa vă tự động hóa thấp
Khó điều chỉnh vă khống chế quâ trình do tính bất ổn định của phương thức lăm việc giân đoạn
Mức độ gđy độc hại hoặc nguy hiểm đối với người sản xuất cao hơn do mức độ tự động hóa thấp, người công nhđn phải tiếp xúc nhiều hơn với câc hóa chất • Phạm vi ứng dụng :
- -
Chỉ thích hợp với câc phđn xưởng năng suất nhỏ
Phục vụ cho mục đích sản xuất nhiều loại sản phẩm khâc nhau trong cùng một thiết bị
b- Thiết bị phản ứng liín tục :
• Định nghĩa : lă thiết bị mă trong đó câc chất tham gia phản ứng được đưa liín tục văo thiết bị vă sản phẩm cũng được lấy ra liín tục. Sau thời gian khởi động thì nhiệt độ, âp suất, lưu lượng vă nồng độ câc chất tham gia phản ứng không thay đổi theo thời gian, thiết bị lăm việc ở trạng thâi ổn định
• Ưu điểm : - - -
Có khả năng cơ giới hóa vă tự động hóa cao
năng suất cao do không tốn thời gian nạp liệu vă thâo sản phẩm chất lượng sản phẩm ổn định do tính ổn định của quâ trình • Nhược điểm :
-
-
Chi phí đầu tư cao, trước hết lă do đòi hỏi phải trang bị câc thiết bị tự động điều khiển để đảm bảo tính ổn định của quâ trình
Tính linh động thấp, ít có khả năng thực hiện câc phản ứng khâc nhau, tạo câc sản phẩm khâc nhau
• Phạm vi ứng dụng : thiết bị phản ứng liín tục được sử dụng thích hợp cho câc quâ trình sản xuất với năng suất lớn, chất lượng sản phẩm đảm bảo
c- Thiết bị phản ứng bân liín tục :
• Định nghĩa : lă thiết bị mă trong đó có thănh phần chất tham gia phản ứng đưa văo giân đoạn còn câc chất khâc đưa văo liín tục. Sản phẩm có thể lấy ra giân đoạn hay liín tục
• Phạm vi ứng dụng : được thực hiện đối với những quâ trình không có khả năng thực hiện theo phương thức liín tục, còn nếu thực hiện theo phương thức giân đoạn lại cho năng suất thấp
⇒ Khi tính toân thiết kế thiết bị phản ứng phải dựa trín yíu cầu của sản xuất (năng suất vă chất lượng sản phẩm). Trín cơ sở câc phương trình cđn bằng vật chất vă cđn bằng nhiệt - lă những phương trình toân học mô tả quan hệ giữa câc thông số động học, nhiệt động vă câc điều kiện thực hiện quâ trình với câc thông số đặc trưng cho kích thước hình học của thiết bị như thể tích, chiều dăi thiết bị, thời gian lưu, ... từ đó có thể tính toân câc kích thước cơ bản của thiết bị.
4.1.3. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
• Thiết kế một thiết bị phản ứng lă xâc định kích thước của thiết bị đó để đạt được hiệu suất thu sản phẩm mong muốn, đồng thời xâc định nhiệt độ, âp suất vă thănh phần của hỗn hợp phản ứng ở điều kiện vận hănh tại câc phần khâc nhau của thiết bị.
• Câc số liệu cần thiết hay còn gọi lă điều kiện thiết kế bao gồm : -
-
-
Câc dữ liệu ban đầu của dòng nguyín liệu như : lưu lượng, nhiệt độ, âp suất, thănh phần câc chất tham gia phản ứng, ...
Chế độ vận hănh của thiết bị : giân đoạn hoặc liín tục, đoạn nhiệt hoặc đẳng nhiệt, ...
Yíu cầu về năng suất vă chất lượng sản phẩm.
• Thiết kế tối ưu dựa trín nguyín liệu, chi phí ban đầu, chi phí vận hănh vă giâ trị thương mại của sản phẩm cuối cùng
4.2. CĐN BẰNG VẬT CHẤT VĂ CĐN BẰNG NHIỆT TỔNG QUÂT
4.2.4. Cđn bằng vật chất
• Cđn bằng vật chất cho một tâc chất được viết dưới dạng tổng quât có thể âp dụng cho bất kỳ một dạng thiết bị phản ứng năo.
• Trong một phđn tố thể tích ∆V vă một phđn tố thời gian ∆t, cđn bằng vật chất dạng tổng quât lă :
Lượng tâc chất Lượng tâc chất Lượng tâc chất Lượng tâc chất
nhập văo phđn − rời khỏi phđn − phản ứng trong = còn lại trong (III-1) tố thể tích tố thể tích phđn tố thể tích phđn tố thể tích
• Số hạng thứ ba phụ thuộc văo vận tốc phản ứng trong phđn tố thể tích ∆V vă có dạng (-rA).∆V.∆t với (-rA) - phương trình vận tốc phản ứng hóa học