2.3.1. Tính năng vă phạm vị sử dụng
Hysys lă sản phẩm của công ty Hyprotech thuộc công ty AEA Technologie Engineering Software-Hyprotech Ltd. Lă một phần mềm có khả năng tính toân đa dạng, cho kết quả có độ chính xâc cao. Đồng thời, cung cấp nhiều thuật toân sử dụng trợ giúp trong quâ trình tính toân công nghệ vă khảo sât câc thông số trong quâ trình thiết kế nhă mây hóa chất. Ngoăi thư viện có sẵn, Hysys cho phĩp người sử dụng tạo câc thư viện riíng rất thuận tiện cho việc sử dụng.
Ngoăi ra, Hysys còn có khả năng tự động tính toân câc thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đđy chính lă điểm mạnh của Hysys giúp người sử dụng trânh những sai sót vă đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban đầu khâc nhau.
Với Hysys chúng ta có thể mô hình hóa ở trạng thâi tĩnh vă trạng thâi động của một sơ đồ thiết kế cần phải tiến hănh. Với giao diện của Hysys lă hoăn toăn tương tâc giữa người vă mây nín chúng ta có thể thao tâc với câc biến số cần xử lý vă mô hình của câc thiết bị một câch dễ dăng, cũng như khả năng thiết kế mô phỏng.
Phần mềm Hysys được phât triển trín nền tảng lă phiín bản của phần mềm mô phỏng Hyprotech. Sản phẩm mới năy có câc khả năng:
• Thích hợp hơn
• Dễ nhìn vă có thể tương tâc qua lại • Có khả năng mở rộng
Để đâp ứng nhu cầu ngăy căng tăng của câc quy trình công nghệ bằng giải phâp phần mềm chính xâc vă được tổ chức hợp lý, Hyprotech đê phât triển môi trường mô hình mô phỏng tích hợp Hysys. Vă câc ứng dụng của phần mềm Hysys bao gồm :
• Hysys.Concept: Thiết kế vă bảo vệ hệ thống phđn tâch một câch hiệu quả nhất.
• Hysys.Process: Cung cấp sự chính xâc, nhanh chóng vă có hiệu quả bởi câc yíu cầu cho hoạt động thiết kế quy trình. Tính toân được vốn đầu tư vă chi phí vận hănh để từ đó có sự chọn lựa giữa câc phương ân thiết kế.
• Hysys.Plant: Cung cấp trạng tĩnh được tích hợp vă khả năng mô phỏng cho trạng thâi động, nó đưa ra kết quả chính xâc vă có độ trung thực cao với mô hình câc thiết bị đẹp vă câc chi tiết thực hiện.
Sử dụng công cụ mô phỏng để đưa ra câc điều kiện thuận lợi, đânh giâ hoạt động của nhă mây hiện hănh, trang bị câc thiết bị để đạt được độ tin cậy về hoạt động, an toăn, lợi nhuận cao nhất. Cải tiến câc thiết bị có sẵn vă mở rộng quy mô nhă mây hiện hănh.
• Hysys.OTS: Những qui trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hănh nắm bắt về công nghệ, mức độ an toăn trong hoạt động của nhă mây, lăm theo những qui tắc hướng dẫn về an toăn vă vận hănh để tăng lợi nhuận.
• Hysys.RTO+: Tối ưu hiệu quả nhă mây, chuyển đổi mô hình sản xuất, sử dụng công nghệ có sẵn vă tăng lợi nhuận trong hoạt động bằng câch cho phĩp những thay đổi về công nghệ vă yíu cầu sản phẩm.
• Economic: Những dữ liệu thu được từ mô phỏng lă công cụ cơ bản để dựa văo nó mă có những thông tin xâc thực nhằm quyết định về vấn đề đầu tư vă xđy dựng một câch có hiệu quả nhất.
Hysys lă phầm mềm chuyín dụng dùng để tính toân vă mô phỏng công nghệ được dùng cho chế biến dầu vă khí, trong đó câc quâ trình xử lý vă chế biến khí được sử dụng nhiều nhất.
Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thâi mô phỏng:
• Steady Mode: Trạng thâi tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quâ trình. • Dynamic Mode: Trạng thâi động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở trạng
thâi đang vận hănh liín tục, khảo sât sự thay đổi câc đâp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một văi thông
2.3.2. Sử dụng chương trình Hysys
Sau khi khởi động Hysys, để thiết kế một qui trình công nghệ ta cần tiến hănh câc bước sau:
Bước 1: Thiết lập hệ đơn vị sử dụng: Từ Menu Bar chọn Tools/Preferences để mở ra cửa sổ Preferences vă sau đó lựa chọn Variable Tab.
Chúng ta có thể lựa chọn hệ đơn vị trong thư viện có sẵn (như hệ đơn vị SI, Field…) hay chúng ta có thể tạo ra một hệ đơn vị để phù hợp với quy trình công nghệ.
Bước 2: Chúng ta có hai trường hợp lựa chọn:
•Mở một quy trình đê được thiết lập: Nhấp File/Open Case. •Thiết lập một quy trình mới: Nhấn File/New Case.
Bước 3: (chỉ thực hiện khi bước 2 thiết lập một quy trình mới): tạo New Fluid Package hoặc chọn một Fluid Package đê có sẵn từ trước.
Khi tạo New Fluid Package cần cung cấp thông tin về thuật toân dùng để tính toân vă thănh phần câc cấu tử có mặt trong toăn bộ quâ trình mô phỏng. Việc xâc định thuật
toân có ý nghĩa quan trọng vì điều năy sẽ quyết định đến phương phâp tính toân vă kết quả của quâ trình. Thông thường lựa chọn hệ nhiệt động Peng Robinson hoặc SRK cho câc hệ dầu, khí vă hoâ dầu.
Ngoăi việc lựa chọn câc thănh phần câc cấu tử có sẵn, Hysys còn cho phĩp người sử dụng lựa chọn câc hệ giả định, đđy lă những hệ không bao gồm từng cấu tử riíng lẻ mă được xâc định thông qua câc thông tin về tính chất hoâ lý như đường cong ASTM, TBP...
Bước 4: Nhấn chọn Enter Simulation Environment để văo môi trường mô phỏng PFD, từ đđy chúng ta có thể thiết lập câc dòng vă câc thiết bị cần thiết cho quy trình công nghệ.
Bước 5: Xuất kết quả của quâ trình mô phỏng dưới dạng dữ liệu thông qua Report (chọn Tool/Reports) hoặc bằng đồ thị vă giao diện mô phỏng.
Bước 6: Trong trường hợp muốn xem mô hình động của quâ trình (chuyển sang Dynamic Mode) thì cần thực hiện câc bước sau:
• Thiết lập câc thông số động của quâ trình qua trang Dyn Property Model • Xâc định kích thước của câc thiết bị cùng với câc thông số cần thiết như
số vòng quay của bơm, quạt, mây nĩn…
• Thiết lập câc bộ điều khiển vă câc bảng theo dõi.
2.3.3. Ưu điểm của Hysys
Hysys cho độ chính xâc rất cao. Hysys có khả năng bâo lỗi bằng bằng mău đỏ tại câc thiết bị mô phỏng khi ta nhập dữ liệu không hợp lệ hoặc nhập thiếu dữ liệu. Việc điều hănh vă tính toân câc thông số công nghệ của dòng vă câc thiết bị trong nhă mây mang tính logic cao, việc thím bớt câc thiết bị cũng đơn giản vă không cần đòi hỏi nhập lại câc số liệu ban đầu cũng như thiết lập một quy trình. Khi mô phỏng thì Hysys có câc khả năng sau:
Khả năng tính toân câc thông số còn lại khi đê biết đủ câc thông số liín quan: trong Hysys, người ta đê lập ra nhiều mô hình nhiệt động vă phương trình tính toân câc đặc trưng lý hoâ của tất cả câc cấu tử vă hợp chất. Ví dụ: Đối với một dòng vật chất năo đó, khi biết câc thông số về lưu lượng, thănh phần, nhiệt độ, âp suất Hysys sẽ tự động tính toân ra câc thông số còn lại như: thănh phần lỏng-hơi, lưu lượng pha lỏng, lưu lượng pha hơi, khối lượng riíng, độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng mol phđn tử...
Khả năng tính toân hai chiều vă khả năng sử dụng thông tin một phần: chương trình chia lăm nhiều phần nhỏ (câc đơn vị unit khâc nhau). Mỗi unit lă một thiết bị như: thâp chưng cất, mây nĩn, bình tâch… có khả năng xâc định xem câc thông số năo đê biết hoặc câc thông số năo có thể tính toân từ câc dòng nối với câc unit đó.
Khả năng truyền dữ liệu: khi Hysys được cung cấp thím một thông tin mới, chương trình lập tức sẽ thực hiện câc tính toân có thể rồi chuyển kểt quả mới năy tới câc thiết bị sử dụng chúng. Trong quâ trình chạy, Hysys sẽ thực hiện việc truyền dữ liệu vă câc phĩp tính lặp để đưa ra kết quả tối ưu từ những thông số mă người mô phỏng nhập văo.
Khả năng tự động tính toân lại: khi người mô phỏng loại bỏ một thông số hoặc một thiết bị năo đó, Hysys sẽ tự động loại bỏ tất cả câc thông số tính toân được từ câc thông số cũ vă giả định chúng lă chưa biết. Câc thông số không liín quan đến thông số bị loại bỏ sẽ vẫn được giữ lại.
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG QUÂ TRÌNH ALKYLATION BẰNG PHẦN MỀM PRO II & HYSYS
3.1. Dữ liệu ban đầu3.1.1. Thông số câc dòng 3.1.1. Thông số câc dòng 3.1.1. Thông số câc dòng 3.1.1. Thông số câc dòng
Dòng nguyín liệu
Bảng 3.1. Thănh phần nguồn nguyín liệu hydrocacbon sử dụng trong quâ trình mô phỏng
Thănh phần, kmol/h Dòng olefin Dòng iC4 tuần
hoăn Dòng iC4 bổ sung Metan Etan Propen 50 Propan 138.87 Iso butan 252.58 415.8 I – buten 117.26 1-buten 112.59 2-buten 291.59 n-butan 99.81 135.5 i-pentan 8.07 Tổng lưu lượng, kmol/h 1070.77 551.3 Tổng lưu lượng, kg/h 58549.33 Tổng lưu lượng, m3/h 101.411 Nhiệt độ, oC 37.78 37.78
Âp suất, bar 27.58 27.58
Dòng i-butan tuần hoăn
Trong công nghiệp alkyl hóa 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 7:1.
Lưu lượng mol olefin văo thiết bị phản ứng: 50+117.26+112.59+291.59=571.44 (kmol/h)
Tổng lượng i-butan cần dùng: 7*571.44=4000.08(kmol/h)
Xúc tâc H2SO4
Tỷ lệ thể tích giữa H2SO4 vă hydrocacbon có giâ trị trong khoảng gần bằng 1. Ta chọn tỷ lệ năy lă: 1,2:1.
Lưu lượng dòng nguyín liệu: 1077.77 (kmol/h) Lưu lượng dòng i-butan tuần hoăn: 3331.7(kmol/h) Lưu lượng dòng i-butan bổ sung lă: 551.5 (kmol/h) Tổng lưu lượng hydrocacbon trong thiết bị phản ứng: 1077.77+3331.7+551.5=4953.9 (kmol/h) => Lưu lựợng axit cần dùng lă : 4953.9*1.2=5944.68 (kmol/h)
Khối lượng riíng axit ở 5oC: 1846.3 (kg/m3) [7]
Bảng 3.2.Thông số dòng axit
Lưu lượng, kmol/h 5944.68
Nhiệt độ,C 25
Âp suất, bar 2.76
3.1.2. Số liệu về câc phản ứng
Câc phản ứng chính xảy ra trong quâ trình alkylation vă hệ số tham gia phản ứng của câc cấu tử được lấy từ quâ trình thực nghiệm khi cho iso butan phản ứng với câc olefin. Thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.3.Câc phản ứng xảy ra trong quâ trình alkylation[6]
Olefin propylene isobutylene 2-Butylenes 1-Butylene
Tâc chất Olefin 12.3008 8.5683 10.9924 11.5763 Iso butane 12.3461 10.5445 11.3223 9.9587 Sản phẩm Iso pentane 0.5541 1.2706 0.6346 0.6877 2,3-DMB 0.5553 0.5925 0.6261 0.5870 2,4-DMP 2.3756 0.3827 0.2832 0.3016 2,3-DMP 5.9539 0.2638 0.1703 0.1730 2,2,4-TMP 0.4574 2.5703 3.3018 3.1778 2,4-DMH 0.0731 0.3627 0.4360 0.5271 2,3-DMH 0.1062 0.5101 0.5566 0.6466 2,3,4-TMP 0.3969 2.1523 4.6514 4.2314 2,2,5-TMH 0.0821 0.3998 0.1852 0.1686 C9s (NBP=280, MW=128) 0.0594 0.2074 0.0782 0.0984 C10s (NBP=325, MW=142) 0.6688 0.2754 0.0891 0.0720 C11s (NBP=365, MW=156) 0.4325 0.2134 0.0799 0.0761 C12s (NBP=395, MW=170) 0.0468 0.5173 0.2831 0.2674 C13s (NBP=425, MW=184) 0.0315 0.0239 0.0000 0.0079
3.2. Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm PRO II 3.2.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực
Hệ thống mô phỏng PRO II có đầy đủ câc thiết bị vă cơ sở dữ liệu để ta có thể chuyển một sơ đồ thực hay sơ đồ lý thuyết sang sơ đồ mô phỏng để tiến hănh mô phỏng cũng như nghiín cứu. Tuy nhiín câc thiết bị trong sơ đồ lý thuyết khi chuyển sang sơ đồ mô phỏng mă trong cơ sở dữ liệu không có thì ta cần kết hợp nhiều thiết bị trong sơ đồ mô phỏng, hoặc ta có thể chia câc thiết bị trong sơ đồ lý thuyết ra nhiều phần để từ đó sử dụng câc thiết bị tương ứng mô phỏng.
Từ sơ đồ lý thuyết trín (Hình 1.8), khi ta chuyển sang sơ đồ mô phỏng thì câc thâp tâch được giữ nguyín. Câc thiết bị sẽ thay đổi lă:
• Cụm Ecomonizer: nó có chức năng giống như một thiết bị trao đổi nhiệt, do đó ta dùng một thiết bị trao đổi nhiệt để biểu thị cho cụm năy.
• Một Splitter để chia dòng olefin thănh 5 dòng 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 dòng để thay cho buồng lắng axit
• Một Mixer để trộn 5 dòng 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 dòng 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 dòng năy vă dòng i-C4 bốc ra từ cụm Economizer.
Như vậy câc thiết bị trong sơ đồ gồm có:
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 dòng
3.2.2. Xđy dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng3.2.2.1 Thiết lập dữ liệu ban đầu3.2.2.1 Thiết lập dữ liệu ban đầu3.2.2.1 Thiết lập dữ liệu ban đầu 3.2.2.1 Thiết lập dữ liệu ban đầu
• Chọn đơn vị cho hệ thống :Metric-Set1
• Nhập câc cấu tử trong dòng 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 trín.
•Chọn mô hình nhiệt động
Kích văo Input/Thermo để chọn mô hình nhiệt động trong danh sâch sẵn có. Trong trường hợp mô phỏng quâ trình tâch khí năy ta sử dụng mô hình nhiệt động lă SRK[6].
•Định nghĩa phản ứng:
Dữ liệu cho câc thiết bị
• Câc bình Flash:
Bảng 3.4. Thông số của câc bình Flash
Thông 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 Duty = 0 F8 0 Duty = 0
• Thiết bị Stream Caculator: SC1
Bảng 3.5. Thông số của thiết bị Stream Caculator
• Câc thiết bị trao đổi nhiệt:
Bảng 3.6.Thông số của thiết bị trao đổi nhiệt
Thông số Feed Product ∆P, bar Spec
E1 Hot Side 3 4 0.32
Cold Side 37 38 0.32
HX1 Hot Side HEAD-DEIC4 24 0.32
Cold Side 23 51 0.32
HX2 Hot Side BOTTOM-DEPRO 52 0.32
Cold Side 24 FEED-DEIC4 0.32
E4 Hot Side 32 33 0.33
Thông số Calculatem Temperature Product Spec Calculatem Temperature Chỉ thu axit ở đây
Cold Side E5 Hot Side
Cold Side 42 FEED-DEPRO 0.33
• Splitter
Bảng 3.7. Thông số của Splitter
Thông số Feed Product Spec
SP1 4 4A, 4B, 4C, 4D,4E Chia đều
SP2 33 34, 41 Flowrate (41) = 158.7 kmol/h
• Thiết bị phản ứng
Bảng 3.8.Thông số của thiết bị phản ứng
Thông số R1 R2 R3 R4 R5
Reaction Set Name AKYL REACT AKYL REACT AKYL REACT AKYL REACT AKYL REACT Thermal Spec Adiabatic Adiabatic Adiabatic Adiabatic Adiabatic
Âp suất ra,bar 1.7 1.62 1.54 1.46 1.38
• Bơm, van:
Bảng 2.9.Thông số của bơm vă van
• Thâp chưng
Bảng 3.10. Thông số của câc thâp chưng cất
Thông số DEPRO DE-IC4 DE-NC4
Số đĩa 40 42 30
Đĩa nạp liệu 20 20 15
Thông số P1 P2 V-01
Sản phẩm đỉnh Thănh phần iC4=1%mol Thănh phần đỉnh nC4=3%mol Thănh phần đỉnh iC5=0.3%mol Sản phẩm đây Thănh phần C3=2%mol Thănh phần đây C3-iC4=0.5% Thănh phần đây C3-nC4=0.5%mol
Âp suất đỉnh, bar 20.72 6.7 5.86
∆ P thâp, (bar) 0.7 0.7 0.5
3.2.2.2. Nhập dữ liệu cho câc thiết bị
Dòng nhập liệu
Nhập câc thông số của dòng nguyín liệu bao gồm: thănh phần, lưu lượng, nhiệt độ, âp suất. Câc bước tiến hănh như sau:
Xĩt cho dòng nguyín liệu (OLEFIN-FEED)
• Kích đôi văo dòng OLEFIN-FEED, xuất hiện cửa sổ Stream Data:
• Ta nhập câc giâ trị nhiệt độ vă âp suất văo, sau đó kích văo biểu tượng Flowrate
and Composition để nhập dữ liệu về thănh phần cũng như lưu lượng của dòng:
Câc dòng nguyín liệu khâc ta cũng tiến hănh tương tự.
Thiết bị trộn Mixer