2.1.1. Tính năng vă phạm vi sử dụng:
Pro II lă sản phẩm của hêng SIMSCI cĩ tâc dụng mơ phỏng câc quâ trình trong cơng nghệ hĩa học mă chủ yếu lă lĩnh vực dầu khí. Pro II cĩ thể dễ dăng căi đặt trín hầu hết câc mây tính với một thư viện dữ liệu rộng lớn, câc modun tính tôn vă sự đa dạng về phương phâp nhiệt động đê đâp ứng được hầu hết câc cơng việc thiết kế, nghiín cứu trong cơng nghệ hĩa chất, hĩa dầu cũng như chế biến khí.
Pro II cĩ giao diện đẹp, lă phần mềm chạy trín mơi trường Windows nín rất dễ dăng giao tiếp giữa chương trình vă người sử dụng.
Việc nhập dữ liệu văo chương trình được tiến hănh rất đơn giản vì trình tự cơng việc được hướng dẫn cụ thể thơng qua sự hiển thị mău trín măn hình. Chương trình mơ phỏng được chạy với số lần lặp xâc định. Chương trình mơ phỏng phương phâp tính tôn bằng tay, tự động biín dịch thơng tin đưa văo vă thực hiện quâ trình tính tôn từ câc thơng tin đĩ. Chương trình cĩ một số đặc trưng sau:
• Khả năng tính từng phần: khi đê biết đủ câc thơng số cần thiết thì chương trình sẽ tự động tính câc thơng số cịn lại.
• Khả năng tính hai chiều vă khả năng sử dụng thơng tin một phần: chương trình được chia thănh nhiều modun khâc nhau, mỗi modun lă một thiết bị như van, bơm, cột chưng cất,...Mỗi modun cĩ khả năng xem thơng số năo đê biết vă thơng số năo cần thiết cho quâ trình tính tôn.
• Khả năng truyền dữ liệu: khi Pro II được cung cấp một thơng tin mới, chương trình sẽ thực hiện câc tính tôn cĩ thể rồi truyền kết quả mới năy đến mỗi thiết bị cĩ thể sử dụng chúng. Quâ trình năy tiếp diễn cho đến khi tất cả câc tính tôn nhờ thơng tin mới năy được hoăn tất.
• Khả năng tự động tính tôn lại: khi người thiết kế loại bỏ một thơng số năo đĩ, chương trình sẽ loại bỏ tất cả câc kết quả tính được từ thơng số đĩ, câc kết quả khơng liín quan sẽ được giữ lại.
• Kết quả chạy Pro II cĩ thể xuất qua câc chương trình khâc như Word, Excel, Autocad,...
Pro II được ứng dụng để:
• Thiết kế quy trình mới
• Hiện đại hĩa câc nhă mây hiện cĩ
• Giải quyết sự cố trong quâ trình vận hănh của nhă mây
• Tối ưu hĩa, cải thiện sản lượng vă lợi nhuận Pro II mơ phỏng những quâ trình tiíu biểu sau:
• Trong lĩnh vực lọc dầu:
Chưng cất dầu thơ ở âp suất khí quyển Gia nhiệt dầu thơ
Quâ trình cốc hĩa
Quâ trình Cracking xúc tâc tầng sơi (FCC) Câc quâ trình tâch khí
Quâ trình ổn định xăng Quâ trình alkyl hĩa Chưng cất chđn khơng Stripping hơi nước
• Trong quâ trình xử lý khí: Rửa Amin
Lăm lạnh bằng câc tâc nhđn lạnh Nĩn khí
Quâ trình tâch nước Quâ trình giên nở Tâch ítan vă metan
• Trong lĩnh vực hĩa dầu:
Tâch hợp chất thơm Tâch propan
Sản xuất cyclohexan Sản xuất etylen Sản xuất olefin
• Trong cơng nghệ hĩa học: Tổng hợp amoni
Quâ trình kết tinh Tâch nước
Chưng phenol Polyme hĩa
2.1.2. Câc cụm thiết bị trong Pro II
Trong thư viện Pro II cĩ lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra câc sơ đồ cơng nghệ trong câc ngănh cơng nghiệp lọc hĩa dầu, cơng nghệp hĩa chất. Mỗi thiết bị được xâc định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng lượng trao đổi vă câc tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm âp,...). Câc thiết bị liín hệ với nhau bằng câc dịng chảy liín kết, chính câc dịng chảy văo vă ra khỏi thiết bị năy sẽ xâc định trạng thâi lăm việc của thiết bị.Câc thiết bị sẽ tự động cập nhật thơng tin mới cĩ liín quan đến chúng vă tự cập nhật cho câc dịng chảy nối với chúng.
Câc thiết bị chính trong chương trình Pro II: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)
• Thiết bị lăm nguội, đun nĩng (Cooler, Heater)
• Bộ trộn (Mixer)
• Van (Valve)
• Cột (Column): dùng trong câc quâ trình chưng cất, hấp thụ, trích ly,..
• Thiết bị chia dịng (Splitter): chia dịng chảy thănh nhiều dịng theo tỷ lệ tùy ý.
• Bộ tâch (Seperator): gồm cĩ thiết bị tâch 2 pha, thiết bị tâch 3 pha vă thiết bị tâch chất rắn ra khỏi dịng lỏng hoặc hơi
• Thiết bị phản ứng (Reactor)
• Thiết bị nĩn, giên nở (Compressor, Expander)
• Bơm (Pump)
• Thiết bị cđn bằng (Balance): cđn băng năng lượng hay cđn bằng vật chất cho hệ
• Thiết bị điều khiển (Controller)
• Thiết bị hoăn lưu (Recycle)
2.1.3. Sử dụng chương trình Pro II
Câc bước xđy dựng một sơ đồ cơng nghệ trong chương trình Pro II:
Chuẩn bị sẵn sơ đồ cơng nghệ vă câc thơng số đầu văo, đầu ra cần thiết (tín dịng, lưu lượng, nhiệt độ, âp suất,...) của câc dịng chảy cũng như câc thơng số vận hănh của thiết bị.
Bước 2: Xđy dựng PFD:
Vẽ chu trình (Process Flow Diagram - PFD) bằng câch chọn vă định vị câc thiết bị (unit operation) trín cửa sổ chính. Vẽ câc dịng văo ra cho từng thiết bị.
Bước 3: Chọn hệ thống đơn vị đo:
Hệ đơn vị mặc nhiín được căi đặt trong chương trình lă hệ đơn vị Anh, ta cĩ thể thay đổi vă chọn hệ thống đơn vị khâc.
Bước 4: Xâc định câc cấu tử:
Cĩ thể xâc định trực tiếp bằng câch gõ tín của câc cấu tử hoặc chọn từ danh mục cĩ sẵn trong thư viện của chương trình.
Bước 5: Xâc định phương phâp nhiệt động:
Cĩ thể chọn phương phâp nhiệt động từ danh mục câc phương phâp thơng dụng nhất trong thư viện. Việc chọn hệ thống phù hợp lă bước quan trọng trong chương trình mơ phỏng.
Bước 6: Cung cấp dữ liệu cho dịng nhập liệu vă câc dịng hồi lưu:
Dữ liệu của dịng nhập liệu vă dữ liệu giả định của câc dịng hồi lưu cần cung cấp gồm: lưu lượng, thănh phần, điều kiện nhiệt động,...
Bước 7: Cung cấp câc điều kiện của quâ trình:
Cung cấp đầy đủ câc dữ liệu cần thiết cho mỗi thiết bị trong sơ đồ cơng nghệ.
Bước 8: Chạy vă xem kết quả:
Trước khi tiến hănh chạy chương trình, phải kiểm tra để đảm bảo rằng khơng xuất hiện mău đỏ trín đường viền của câc thiết bị hay câc dịng chảy. Nếu tất cả đường viền lă mău xanh dương, xanh lâ cđy hay đen cĩ nghĩa lă đê cung cấp đủ thơng tin để chạy chương trình. Cĩ thể xem kết quả bằng nhiều câch: đồ thị, bâo câo xuất,... (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2. Quâ trình mơ phỏng
2.2.1. Thiết lập sơ đồ mơ phỏng theo sơ đồ thực
Hệ thống mơ phỏng Pro II cĩ đầy đủ câc thiết bị vă cơ sở dữ liệu để ta cĩ thể chuyển một sơ đồ thực hay sơ đồ lý thuyết sang sơ đồ mơ phỏng để tiến hănh mơ phỏng cũng như nghiín cứu. Tuy nhiín câc thiết bị trong sơ đồ lý thuyết khi chuyển sang sơ đồ mơ phỏng mă trong cơ sở dữ liệu khơng cĩ thì ta cần kết hợp nhiều thiết bị trong sơ đồ mơ phỏng, hoặc ta cĩ thể chia câc thiết bị trong sơ đồ lý thuyết ra nhiều phần để từ đĩ sử dụng câc thiết bị tương ứng mơ phỏng.
Từ sơ đồ lý thuyết trín, khi ta chuyển sang sơ đồ mơ phỏng thì câc thâp tâch được giữ nguyín. Câc thiết bị sẽ thay đổi lă:
• Cụm Ecomonizer: nĩ cĩ chức năng giống như một thiết bị trao đổi nhiệt, do đĩ ta dùng một thiết bị trao đổi nhiệt để biểu thị cho cụm năy.
• Một Splitter để chia dịng olefin thănh 5 dịng bằng nhau.
• Dùng 5 thiết bị phản ứng cùng với 5 thiết bị tâch đặt sau thiết bị phản ứng để thay cho thiết bị phản ứng 5 bậc. [5]
• 1 thiết bị tính dịng để thay cho buồng lắng axit
• Một Mixer để trộn 5 dịng bốc hơi i-C4 từ cụm thiết bị phản ứng.
• Cụm mây nĩn 2 cấp: ta sẽ dùng 2 mây nĩn để thay thế. Mây nĩn cấp 1 sẽ nĩn dịng khí i-C4 bốc ra từ thiết bị phản ứng sau khi đê hợp chúng lại với nhau. Mây nĩn cấp 2 sẽ tiếp tục nĩn dịng năy vă dịng i-C4 bốc ra từ cụm Economizer.
Như vậy câc thiết bị trong sơ đồ gồm cĩ: 3 Thâp tâch 2 Mây nĩn 2 Splitter 3 Mixer 2 Bơm 1 Valve 5 Reactor 8 Bình Flash
5 Thiết bị trao đổi nhiệt 1 Thiết bị tính dịng
2.2.2. Xđy dựng cơ sở dữ liệu mơ phỏng2.2.2.1. Thiết lập dữ liệu ban đầu 2.2.2.1. Thiết lập dữ liệu ban đầu
• Chọn đơn vị cho hệ thống :Metric-Set1
• Nhập câc cấu tử trong dịng nguyín liệu: để tiến hănh nhập câc cấu tử ta kích văo nút Select from lists, trín hộp thoại sau :
Tiếp tục click văo Select from lists vă tiến hănh chọn cấu tử cho hệ qua mục
Most commonly used vă Petroleum. Kết quả cho như sau
• Chọn mơ hình nhiệt động
Kích văo Input/Thermo để chọn mơ hình nhiệt động trong danh sâch sẵn cĩ. Trong trường hợp mơ phỏng quâ trình tâch khí năy ta sử dụng mơ hình nhiệt động lă SRK.
• Định nghĩa phản ứng: [2]
Bảng 2.1.Câc phản ứng xảy ra trong quâ trình alkyl hĩa
Olefin Propen i-buten 2-buten
Chất tham gia phản ứng Olefin 25.32 7.82 28.25 i-butan 23.04 8.36 29.14 Sản phẩm i-pentan 1 1 1 2,3DMB 1.06 0.62 0.99 2,4DMP 16.18 0.52 0.88 i-octan 1.2 2.3 11.5 2,4DMHX 0.2 0.39 1.1 2,3DMHX 0.2 0.3 1.23 2,3,4MP 1.24 2.07 11.47 2,2,5MHX 0.23 0.4 0.26 C10s 0.76 0.3 0.32 C11s 0.55 0.18 0.21 C12s 0.44 0.27 0.19
Kích văo biểu tượng Reaction Data để nhập dữ liệu phản ứng. Kết quả như sau:
2.2.2.2. Thơng số câc dịng
Dịng nguyín liệu
Năng suất của phđn xưởng lă 12000 kg/ h tính theo nguyín liệu.
Dịng i-butan tuần hoăn
Trong cơng nghiệp alkyl hĩa i-butan bằng buten để thu sản phẩm alkylat chất lượng cao thì ta sử dụng i-butan thừa một lượng lớn so với buten. Lượng i-butan thừa năy được tuần hoăn lại thiết bị phản ứng. Ta chọn tỉ lệ mol i-butan/olefin lă 9:1.
Lưu lượng mol olefin văo thiết bị phản ứng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
90/42 + 236.22/56 + 3958.4/56 = 76.86 (kmol/h) Tổng lượng i-butan cần dùng: 9*76.86=691.74 (kmol/h)
=> Lượng i-butan tuần hoăn: 691.74 - 71.84 - 7.38=612.52 (kmol/h) Lưu lượng khối lượng: 612.52*58=35548.56 (kg/h)
Xúc tâc H2SO4
Tỷ lệ thể tích giữa H2SO4 vă hydrocacbon cĩ giâ trị trong khoảng gần bằng 1. Ta chọn tỷ lệ năy lă: 1,15:1.
Lưu lượng thể tích dịng nguyín liệu: 21.7 m3/h.
Thănh phần Dịng nguyín liệu (kg/h) Dịng i-C4 bổ sung (kg/h)
Propan 240 i-butan 4175.7 429.15 n-butan 2703 231 propen 90 i-buten 236.52 2-buten 3958.4 i-pentan 596 Tổng lưu lượng ( kmol/h ) 208.95 11.36 Tổng lưu lượng ( kg/h ) 12000 658.75 Tổng lưu lượng ( m3/h ) 20.06 1.130 Nhiệt độ ( oC ) 36.5 36.5
Lưu lượng thể tích dịng i-butan tuần hoăn: 74.54 m3/h. Tổng lưu lượng hydrocacbon trong thiết bị phản ứng: 21.7+74.54=96.24 (m3/h)
=> Lưu lựợng thể tích axit: 96.24*1.16=111.53 (m3/h) Khối lượng riíng axit ở 5oC: 1846.3 (kg/m3) [7]
Lưu lượng khối lượng axit: 111.53*1846.3=206529.84 (kg/h)
Bảng 2.3. Thơng số dịng axit
Lưu lượng,m3/h 111.53
Nhiệt độ,C 12.3
Âp suất, bar 2.7
2.2.2.3. Dữ liệu cho câc thiết bị
• Câc bình Flash:
Bảng 2.4.Thơng số của câc bình Flash
Thơng số ∆P, bar Unit Spec
F1 0 Duty = 0 F2 0 Duty = 0 F3 0 Duty = 0 F4 0 Duty = 0 F5 0 Duty = 0 F6 0 Duty = 0 F7 0.2 Duty = 0 F8 0.2 Duty = 0
• Câc thiết bị trao đổi nhiệt:
Bảng 2.5.Thơng số của thiết bị trao đổi nhiệt
Thơng số Feed Product ∆P, bar Spec
E1 Hot Side 1 2 0.35
Cold Side 25 21 0.35
E2 Hot Side HEAD-DEIC4 11 0.34
Cold Side 9 10 0.34
E3 Hot Side BOTTOM-DEPRO 23 0.34
Cold Side 10 FEED-DEIC4 0.34
E4 Hot Side 14 15 0.35 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cold Side E5 Hot Side
Cold Side 17 FEED-DEPRO 0.35
• Splitter
Bảng 2.6. Thơng số của Splitter
Thơng số Feed Product Spec
SP1 2 2A, 2B, 2C, 2D, 2E Chia đều
SP2 15 16, 18 Flowrate (16) = 46 kmol/h
• Thiết bị phản ứng
Bảng 2.7 Thơng số của thiết bị phản ứng
Thơng số R1 R2 R3 R4 R5
Reaction Set Name AKYL AKYL AKYL AKYL AKYL
Âp suất ra,bar 1.7 1.62 1.54 1.46 1.38
• Thiết bị Stream Caculator: SC1
Bảng 2.8. Thơng số của thiết bị Stream Caculator
• Bơm, van:
Bảng 2.9.Thơng số của bơm vă van
• Thâp chưng:
Bảng 2.10.Thơng số của thâp chưng
Thơng số DEPRO DEIC4 DEC4
Số đĩa 33 44 27
Đĩa nạp liệu 23 9 17
Sản phẩm đỉnh C3=99.9%molThănh phần Thănh phần đỉnh nC4=5%mol Thănh phần đỉnh C3-nC4=99.9%mol
Sản phẩm đây Thănh phần C3=3.5%mol Thănh phần đây C3-iC4=0.5% Thănh phần đây C3-nC4=1%mol Thơng số Nhiệt độ, oC Spec
3.87 Chỉ thu axit ở đây
Thơng số P1 P2 V1
Âp suất đỉnh,
bar 18.56 6.89 6.89 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
∆ P thâp, (bar) 0.7 0.7 0.5
2.2.3. Nhập dữ liệu cho câc thiết bị2.2.3.1. Dịng nhập liệu 2.2.3.1. Dịng nhập liệu
Nhập câc thơng số của dịng nguyín liệu bao gồm: thănh phần, lưu lượng, nhiệt độ, âp suất. Câc bước tiến hănh như sau:
Xĩt cho dịng nguyín liệu (FEED)
• Kích đơi văo dịng FEED, xuất hiện cửa sổ Stream Data:
• Ta nhập câc giâ trị nhiệt độ vă âp suất văo, sau đĩ kích văo biểu tượng
Flowrate and Composition để nhập dữ liệu về thănh phần cũng như lưu
lượng của dịng:
Câc dịng nguyín liệu khâc ta cũng tiến hănh tương tự.
2.2.3.2. Thiết bị trộn Mixer
2.2.3.3. Thiết bị trao đổi nhiệt
Kích đơi lín biểu tượng của thiết bị trao đổi nhiệt, ta được bảng sau:
• Nhập tổn thất âp suất từng dịng đi qua thiết bị
• Kích văo nút Specification để chọn tiíu chuẩn vận hănh của thiết bị
2.2.3.4. Thiết bị Splitter
2.2.3.5. Thiết bị phản ứng
Trong cơ sở dữ liệu của Pro II cĩ nhiều thiết bị phản ứng khâc nhau. Do đê thiết lập được dữ liệu phản ứng cho nín ta sử dụng thiết bị phản ứng loại chuyển hĩa (Conversion Reactor). Loại thiết bị năy ta cần phải chọn âp suất hoạt động, câc cấu tử chính trong từng phản ứng cũng như tính chất nhiệt động.
Kích văo biểu tượng của thiết bị, xuất hiện cửa sổ chính. Từ cửa sổ năy ta chọn tính chất nhiệt động lă Adiabatic. Sau đĩ kích văo biểu tượng Extent of Reaction để chọn cấu tử chính. Sau đĩ kích văo biểu tượng Pressure để nhập âp suất ra của thiết bị.
2.2.3.6. Thiết bị tâch Flash
2.2.3.7. Thiết bị tính dịng
Sau đĩ ta văo mục Overhead Product, Product Specification vă mục Bottoms
2.2.3.8. Bơm
2.2.3.10. Van
2.2.3.11. Thâp chưng
Kích văo Feeds and Products để nhập vị trí dịng nạp liệu vă ước lượng giâ trị lưu lượng sản phẩm đỉnh hoặc đây:
Sau đĩ kích văo Pressure Profile để nhập tổn thất âp suất vă câc giâ trị âp suất tại một số đĩa trong thâp:
Kích văo thanh performance Specification để nhập câc thơng số về câc yíu cầu sản phẩm:
2.2.4. Chạy chương trình mơ phỏng
Kích văo biểu tượng Run trín thanh cơng cụ để bắt đầu quâ trình tính tôn. Chương trình sẽ hội tụ nếu sơ đồ hiện tất cả mău xanh.
2.3. Kết quả mơ phỏng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.2. Chất lượng alkylat
Bảng 2.11. Chất lượng alkylat [8]
Cấu tử lượng(mLưu 3/h) RON MON
NC4 0.08279587 93.8 89.6 IC5 1.06519535 92.3 90.3 23DMB 0.34461625 96.3 94.3 24MP 0.54130435 83 84 ISOOCTAN 4.76237711 100 100 24DMHX 0.47064543 65 70 23DMHX 3.2265 71 79 234MP 4.6204933 103 96 225MHX 0.15528212 89.5 87.5 C10s 0.19480124 89.5 87.5 C11s 0.13756454 89.5 87.5 C12s 0.13554274 89.5 87.5 TỔNG 15.7371183 92.25 91.74
2.3.3. Năng lượng tiíu thụ của câc thiết bị chính
Mây nĩn cấp 1: 446.93 KW