Bảng 7: Thông tin của thiết bị ̣ phản ứng
Kiểu thiết bị ̣ phản ứng (Chuyển hóa, cân bằng, khác...)
Độ chuyển hóa - Conversion (%)
5. Tháp chưng cất
Bảng 8: Các thông tin của tháp chưng cất
Kiểu ngưng tụ đỉnh: một phần hay hoàn toàn
Trở lực trên đỉnh tháp P (Bar)
Các tiêu chuẩn của sản phẩm (Specifications – Specs)
Tiêu chuẩn sản phẩm 1
Tiêu chuẩn sản phẩm 2
Tiêu chuẩn sản phẩm 3
Ghi chú (nếu có)
6. Các van
Cần phải bổ sung thơng tin của các van vào vì trong sơ đồ có nhiều van, mà các dòng đi qua van sẽ bị ̣ tổn thất áp suất do trở lực của van. Các van đóng vai trị quan trọng trong hệ thống điều khiển vì người điều khiển sẽ điều khiển các thơng số của dịng dựa vào các van điều khiển.
Bảng 9: Các thông tin của các van
Tên thiết bị ̣
Tiêu chuẩn Trở lực qua van (Bar) Áp suất dòng ra (Bar)
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển quá trình Lớp: 17H4
3.3. Xây dựng sơ đồ mơ phỏng và tính tốn mơ phỏng từng phần và tồn bộ phân xưởng
Ban đầu ta khai báo các thông số đầu vào của các dịng cơng nghệ số 1, số 3, số 5, số 7, số 11 như bảng 2. Dòng tolene nguyên liệu (dòng 1) và dòng toluene hồi lưu (dịng 11) được dẫn vào trong bình V101, sau đó qua bơm P101 để bơm vào thiết bị ̣ trộn hỗn hợp Mixer M2, bơm P101 có hiệu suất làm việc 80% và áp suất dòng ra khỏi bơm là 25.8 bar. Trong thiết bị ̣ Mixer M2 cịn có một thành phần nữa là dịng Hydro. Dịng Hydro gồm có dịng Hydro ngun liệu (dịng 3) và dịng hydro hồi lưu (dòng 5) được trộn lại với nhau trong thiết bị ̣ Mixer M1 rồi dẫn vào Mixer M2 để trộn với dịng toluene. Hỗn hợp này sau đó được gia nhiệt qua thiết bị ̣ trao đổi nhiệt E101 bằng dòng phụ trợ là dòng hơi nước áp suất cao, thiết bị ̣ E101 có trở lực 0.3 bar và gia nhiệt cho hỗn hợp lên 225 0C. Dòng số 4 sau khi đi ra khỏi thiết bị ̣ E101 thì được dẫn vào lị hơi H101, lị gia nhiệt này có trở lực 0.2 bar và gia nhiệt cho dòng số 4 lên đến nhiệt độ 600 0C để đạt nhiệt độ phản ứng của hỗn hợp trước khi cho vào thiết bị ̣ phản ứng.
Bình phản ứng R101 phản ứng với hiệu suất 75% tính theo toluene và trở lực của bình là 1 bar, ngồi dịng 6 là dòng đi từ lò gia nhiệt ra đi vào thì cịn có dịng hydro (dịng 7) đi vào. Sản phẩm đi ra khỏi thiết bị ̣ phản ứng (dòng 9) được dẫn qua thiết bị ̣ trao đổi nhiệt E102 là một thiết bị ̣ làm lạnh để hạ nhiệt độ của hỗn hợp xuống 38 0C và tổn thất áp suất của dòng 9 qua E102 là 0.1 bar. Sau đó, dịng lỏng này được dẫn vào bình tách V102 để tách thành hai pha lỏng-hơi, bình tách khơng có trở lực. Hỗn hợp lỏng sau đó được dẫn qua van V1 có điều chỉnh áp suất dịng ra đạt 2.9 bar rồi cho vào bình tách V103. Hỗn hợp khí sau khi được tách ở V102 được dẫn vào thiết bị ̣ tách khí Splitter 1 để tách hỗn hợp khí 2 dịng khí là khí fuel gas và khí hydro, dịng khí hydro này sau đó qua máy néé́n C101 với hiệu suất néé́n 80% và áp suất ra 25.5 bar, sau khi ra khỏi máy néé́n, dịng khí lại qua một van V2, sau đó lại vào thiết bị ̣ Splitter 2 để tách thành 2 dòng là dòng 5A và dòng 7A. Hỗn hợp lỏng đi vào bình tách V103 cũng được tách thành 2 pha lỏng hơi, dòng hơi là dòng sản phẩm fuel gas và dòng lỏng thu được (dòng 18) sẽ được dẫn vào thiết bị ̣ gia nhiệt E103 để gia nhiệt cho dòng 18 này lên nhiệt độ 90 0C để đạt trạng thái sôi trước khi đi vào tháp chưng cất, tổn thất áp suất khi đi qua E103 là 0.3 bar.
Dòng nguyên liệu (dòng 10) đi vào tháp chưng cất T101 tại đĩa nạp liệu số 21, tháp này có 42 đĩa, trở lực qua mỗi đĩa của tháp thường từ 5-20 mbar, ở đây ta lấy trở lực là 7 mmbar. Sản phẩm ở đáy tháp là toluene, dòng toluene này dùng để hồi lưu về làm nguyên liệu sản xuất (dòng 11). Sản phẩm đi ra khỏi đỉnh được ngưng tụ trong thiết bị ̣ ngưng tụ Condenser và cho vào bình tách để tách khí là fuel gas và
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Lâm
lỏng là benzene sản phẩm, ngồi ra cịn có dịng benzene hồi lưu về đỉnh tháp để điều khiển q trình. Dịng benzene sản phẩm được dẫn qua thiết bị ̣ gia nhiệt E105 để nhiệt độ sản phẩm là 38 0C, tổn thất áp suất của dòng sau khi đi qua E105 là 0.2 bar. Các dòng fuel gas thu được từ các thiết bị ̣ khác nhau được nối vào một ống dẫn khí để thu được sản phẩm cuối cùng. Số liệu tính chất của các dịng cơng nghệ sau khi đi qua các thiết bị ̣ sẽ thay đổi và dòng đi ra sau mỗi thiết bị ̣ được tính từ dịng đi vào và tiêu chuẩn các thiết bị ̣ và do đó các số liệu sẽ được tự động tính ra cho đến dịng cuối cùng.
Sau khi mơ phỏng trên ProII, ta có sơ đồ mơ phỏng như sau:
Hình 4. Sơ đồ mơ phỏng hồn chỉnh phân xưởng sản xuất Benzene bằng
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển quá trình Lớp: 17H4
Bảng 10: Kết quả số liệu của các dịng thu được từ mơ phỏng
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Lâm
3.4. Đánh giá kết quả mô phỏng và xác định độ tin cậy
3.4.1. Xác định các dịng cơng nghệ, tính chất của các dịng cơng nghệ để so sánh với số liệu của công nghệ tham khảo, so sánh và xác định sai số tươmg đối.
Chúng em lựa chọn các thơng số nhiệt độ, áp suất, lưu lượng của dịng công nghệ số 5, số 7, số 11 và lưu lượng cấu tử C6H6; C7H8 của dịng số 15 để so sánh vì các dịng số 5, số 7, số 11 là các dòng hồi lưu về làm nguyên liệu ban đầu và được nhập sẵn vào để mơ phỏng, và các dịng 5A, 7A, 11A là các dịng tính tốn được nhờ mơ phỏng, từ đó ta so sánh các dịng này thì sẽ cho biết được mơ phỏng của ta có được chấp nhận khơng. Lưu lượng cấu tử của dịng 15 sẽ cho biết sản phẩm ta tính tốn ra từ q trình mơ phỏng này có phù hợp khơng. Nếu sai số béé́ hơn 5% thì kết quả mơ phỏng là chấp nhận được và đáng tin cậy.
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển quá trình Lớp: 17H4
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG4.1. Xác định các thống số vận hành quan trọng cho từng thiết bị. 4.1. Xác định các thống số vận hành quan trọng cho từng thiết bị.
Bảng 11: Bảng thông số vận hành cho từng thiết bị ̣
Biến cần điều khiển Mức chất lỏng V101
Điều kiện lưu lượng dòng 2 Lưu lượng dòng H2 sau khi nhập dòng
Nhiệt độ dòng số 4
Nhiệt độ dòng số 6
Nhiệt độ dịng cơng nghệ sau thiết bị ̣ E102
Mức chất lỏng V102 Áp suất của V103
Mức chất lỏng V103 Nhiệt độ dòng 10 Áp suất đỉnh tháp T101 Dòng hồi lưu đỉnh tháp T101 Mức chất lỏng ở đáy tháp Nhiệt độ đĩa nhạy cảm 40 trong tháp
Mức chất lỏng của đáy V104
Nhiệt độ dòng 15
Áp suất đầu ra của C101 Lưu lượng dòng số 7 Lưu lượng của dòng fuel gas ( đi ra ở V102) và dòng 19
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển quá trình Lớp: 17H4 Số đĩa q 10 mơ 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Lâm
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển q trình
phỏng có thể xác đị ̣nh được đĩa nhạy cảm như bên dưới, do đó có thể khống chế được cân bằng vật chất. Đĩa nhạy cảm nhóm xác đị ̣nh được là đĩa số 40.
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 đĩ a 23 24 Số 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 110
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển quá trình Lớp: 17H4
4.2. Xây dựng sơ đồ PFD có hệ thống điều khiển q trình.
Trên cơ sở bảng số liệu ở mục 4.1, biện luận, tham khảo sơ đồ PFD được cung cấp, đề xuất sơ đồ PFD có hệ thống điều khiển q trình đối với phân xưởng sản xuất benzene từ toluene bằng công nghệ hydrodealkyl hóa. Trình bày bản vẽ PFD có hệ thống điều khiển q trình của tồn bộ phân xưởng.
Hình 5. Sơ đồ PFD đầy đủ cho hệ thống điều khiển quá trình sản xuất benzene bằng cơng
nghệ dehydroankyl hóa.
Bảng 13: Giá trị ̣ cần điều khiển ở các thiết bị ̣
Tên thiết bị ̣ V101 P101 Mixer 2 E101 H101 E-102
V-102 V-102 V-103 E-103 T-101 T-101 T-101 V-104 V-104 E-106 E-105 C-101 C-101 R-101 4.3. Kết luận
Qua quá tìm hiểu, trao đổi với nhau thơng qua bài tập lớn này, nhóm em hiểu và tiếp thu được nhiều kĩ năng và kiến thức cần thiết về hoạt động sản xuất benzene từ toluene bằng cơng nghệ hydrodeakyl hóa và khả năng đọc PFDs cũng như mô phỏng,
Bài tập lớn - Khống chế và Điều khiển q trình Lớp: 17H4
trích xuất dữ liệu, xử lý số liệu và tối ưu hóa điều khiển. Việc làm bài tập lớn cũng giúp chúng em nâng cao các kĩ năng về làm việc nhóm, word, exel và khả năng viết báo cáo.
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Lâm
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]"Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes”. Richard Turton, Richard Bailie, Wallace Whiting, Joseph Shaeiwitz Prentice Hall, 1998 - King - 1999 - Chemie Ingenieur Technik - Wiley Online.
[2]"(PDF) ĐỒ ÁN Thiết kế phân xưởng sản xuất benzen bằng phương pháp hydrodealkyl toluen - NhatSinhHoang - Academia.edu".
[3]"Toluene Hydrodealkylation Process" (Revised from Senior Project of Patricia Quinones, 2002).