3.3.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực
Hệ thống mô phỏng Hysys 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, khi ta chuyển sang sơ đồ mô phỏng thì câc thâp tâch được giữ nguyín. Câc thiết bị sẽ thay đổi lă:
• Cụm Economizer: 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 TEE để chia dòng olefin thănh 5 dòng bằng nhau.
• Dùng 5 thiết bị phản ứng để thay cho thiết bị phản ứng 5 bậc. • 1 thiết bị “Component Splitter” 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:
5 Reactor: R-01÷R-05.
3 Thâp tâch: DEPRO, DEIC4, DE-NC4.
2 Separator: V-01, V-02.
2 Mây nĩn: K-01, K-02.
6 Mixer: MIX-01÷MIX-06.
2 Tee: TEE-01, TEE-02.
2 Bơm: P-01, P-02.
1 Valve: VLV-100.
10Thiết bị trao đổi nhiệt: E-01÷E-09 vă HE-01.
3.3.2. Xđy dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 3.3.2.1. Thiết lập dữ liệu ban đầu3.3.2.1. Thiết lập dữ liệu ban đầu3.3.2.1. Thiết lập dữ liệu ban đầu 3.3.2.1. Thiết lập dữ liệu ban đầu
•Văo Tools sau đó chọn Preferences, tiếp đến chọn Variables để thiết lập một hệ đơn vị riíng.
• Chọn hệ nhiệt động: SRK-Twu • Nhập câc cấu tử :
•Định nghĩa 4 phản ứng của quâ trình:
Phản ứng: iC4+ C3= , với độ chuyển hóa C3= bằng 98%
Phản ứng: iC4+1C4=, với độ chuyển hóa 1C4= bằng 98%
3.3.2.2. Dữ liệu cho câc thiết bị
• Thiết bị phản ứng
Bảng 3.12.Thông số của thiết bị phản ứng
Thông 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
∆P, bar 1.04 0.08 0.08 0.08 0.08
• TEE
Bảng 3.13. Thông số của TEE
Thông số Feed Product Spec
TEE-01 3 3A, 3B, 3C, 3D, 3E Chia đều
TEE-101 5 5A, 5B Flowrate (11) = 158.7 kmol/h
• Câc thiết bị trao đổi nhiệt:
Thông số Feed Product ∆P, bar Spec
E-01 Hot Side 1 2 0.33 CT=8.6oC
E-02 Hot Side TO-E2 4 0.19 HT=12.5oC
HE- 01
Hot Side TO HE-01 TO MIX-05 0.32
Cold Side 8 FEED-DEIC4 0.32
E-03 Hot Side TO E-03 TO TEE-02 0.32 CT=60oC
E-04 Hot Side TO E-04 FEED-DEPRO 0.33 CT=89.5 oC
E-05 Cold Side TO E-05 TO HE-01 0.33 HT=38oC
E-06 Cold Side TO E-06 7 0.32 HT=86.5oC
E-07 Hot Side TO E-07 TO MIX-06 0.38 CT=6.87oC
E-08 Cold Side BOTTOM-DEPRO 8 0.32 HT=270oC
E-09 Hot Side TO E-09 TO V-01 0.01 CT=11 oC
•Bơm, van:
Bảng 3.15.Thông số của bơm vă van
• Thiết bị Component Splitter: X-100
Bảng 3.16.Thông số của thiết bị Component Splitter
Thông số TO-P1 ACIDE
Nhiệt độ, oC 9.95
Âp suất, bar 1.58 1.58
Split Fractions Cấu tử H2SO4 = 0 Câc cấu tử còn lại = 1 • Mây nĩn:
Bảng 3.17 .Thông số của mây nĩn
Thông số P1 P2 VLV-100
Thông số K1 K2 Âp suất ra, bar 4.5 13.7
• Thâp chưng:
Bảng 3.18. Thông số của thâp chưng
Thông số DEPRO DE-IC4 DE-NC4
Số đĩa 40 42 30 Đĩa nạp liệu 20 20 15 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
3.3.2.3. Nhập dữ liệu cho câc thiết bị
Dòng nguyín liệu: Nhập nhiệt độ, âp suất lưu lượng vă thănh phần câc
Câc dòng khâc nhập tương tự.
Thiết bị trao đổi nhiệt:
• Nhập tổn thất âp suất từng dòng đi qua thiết bị.
Thiết bị phản ứng:
Trong cơ sở dữ liệu của Hysys có 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 hóa (Conversion Reactor).
Nhập tổn thất âp suất vă thiết lập phản ứng alkylat đê được định nghĩa cho thiết bị phản ứng:
Bơm
TEE:
• Việc sử dụng thiết bị Recycle thường cho kết quả sai số giữa dòng văo vă dòng ra khỏi thiết bị, nín không sử dụng thiết bị năy trong sơ đồ mô phỏng, thay văo đó lă quâ trình điều khiển khống chế sao cho dòng i-C4 tuần hoăn (iC4-REC) phải giống dòng i-C4 tuần hoăn ban đầu (iC4-Recycle).
3.3.3.Kết quả mô phỏng
Hình 3.2.Sơ đồ mô phỏng
3.3.3.1.Lưu lượng sản phẩm alkylat
3.3.3.2. Chất lượng alkylat
Bảng 3.19. Chất lượng alkylat
n-C4 2.897 93.8 89.6 i-C5 47.508 92.3 90.3 2,3-dimethylbutane 29.462 96.3 94.3 2,4-dimethylpentane 25.180 83 84 2,3-dimethylpentane 33.854 91 89 2,2,4-trimetylpentane 150.74 100 100 2,4-dimethylhexane 23.009 65 70 2,3-dimethylhexane 29.394 71 79 2,3,4-trimetylpentane 185.27 103 96 2,2,5-trimethylhexane 11.943 89.5 87.5 C9s 6.3006 89.5 87.5 C10s 9.1689 89.5 87.5 C11s 7.3859 89.5 87.5 C12s 16.843 89.5 87.5 C13s 0.65191 89.5 87.5 TỔNG 579.6 95.01 92.86
Ron C9+= 89.5 ( Dữ liệu lấy từ tăi liệu “NPRASpr2003HFAlky.pdf” –Advances
in hydrofluoric acide catalyzed -www.uop.com) [4]
Theo kết quả tính toân được ta thấy rằng sản phẩm quâ trình alkyl hóa có chất lượng rất tốt.
ĐÂNH GIÂ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THU ĐƯỢC TỪ HAI PHẦN MỀM PROII & HYSYS
• Thông số câc dòng nhập liệu ban đầu
Bảng I: Thông số câc dòng nhập liệu ban đầu
Thănh phần, kmol/h Dòng olefin Dòng iC4 bổ sung Dòng axit văo Dòng iC4 tuần hoăn Metan Etan Propen 50 Propan 138.87 1013.5031 Iso butan 252.58 415.8 1869.75 I – buten 117.26 1-buten 112.59 2-buten 291.59 n-butan 99.81 135.5 402.1362 i-pentan 8.07 46.3106 H2SO4 5944.68
Tổng lưu lượng, kmol/h 1070.77 551.3 5944.68 3331.7 Tổng lưu lượng, kg/h 58549.33 32043.762 583012.625 182474.203 Tổng lưu lượng, m3/h 101.411 56.452 315.675 329.197
Nhiệt độ, oC 37.78 37.78 25 7.12
Âp suất, bar 27.58 27.58 2.76 2.65
• Kết quả mô phỏng
Từ dữ liệu câc dòng nhập liệu ban đầu, sau quâ trình mô phỏng ta thu được kết quả sau:
Bảng II: Kết quả mô phỏng
Lưu lượng mol (kmol/h) 589.604 579.6
Lưu lượng khối lượng (kg/h) 64802.484 64210
Lưu lượng thể tích(m3/h) 92.147 91.29
Nhiệt độ, oC 167.553 170.1
Âp suất, bar 6.36 6.36
RON 95.26 95.01
MON 93 92.86
Độ nhạy, S 2.26 2.15
Nhận xĩt: Dựa văo bảng kết quả mô phỏng ta thấy kết quả mô phỏng thu được
giữa hai phần mềm chính lệch nhau không nhiều (Trong giới hạn cho phĩp ≤ 5%). Vậy quâ trình mô phỏng đạt yíu cầu.
• Thănh phần câc cấu tử trong dòng sản phẩm
Bảng III: Thănh phần câc cấu tử trong dòng sản phẩm
Phần mol
Cấu tử PRO II HYSYS
n-C4 0.005 0.004998 i-C5 0.0964 0.081963 2,3-dimethylbutane 0.0539 0.050828 2,4-dimethylpentane 0.0419 0.043442 2,3-dimethylpentane 0.0561 0.058407 2,2,4-trimetylpentane 0.2536 0.26055 2,4-dimethylhexane 0.047 0.050712 2,3-dimethylhexane 0.036 0.039696 2,3,4-trimetylpentane 0.3255 0.319634 2,2,5-trimethylhexane 0.0196 0.020604 C9s 0.0097 0.01087 C10s 0.0151 0.015819 C11s 0.0117 0.012743 C12s 0.0273 0.029059 C13s 0.001 0.001125 TỔNG 1.000 1.000
Nhận xĩt: Qua kết quả thu được từ Bảng II vă Bảng III ta thấy thănh phần câc cấu tử trong dòng sản phẩm ALKYLATE không chính lệch nhau nhiều (Trong giới hạn cho phĩp ≤ 5%). Vậy quâ trình mô phỏng cho sản phẩm dòng ALKYLATE đạt yíu cầu.
PHỤ LỤC I- Kết quả mô phỏng
KẾT LUẬN
Công nghệ alkyl hóa i-butan bằng olefin nhẹ, cụ thể lă buten để sản xuất xăng sạch, có chất lượng cao đê giải quyết được vấn đề đặt ra trong giai đoạn hiện nay: xăng có chỉ số octan cao ít gđy ô nhiễm môi trường. Sản phẩm của quâ trình lă alkylate đâp ứng được rất tốt câc chỉ tiíu chất lượng của xăng vă có những đặc điểm chính sau.
Chỉ số octan cao, độ nhạy S = RON - MON thấp.
Âp suất hơi bêo hòa tương đối thấp.
Hăm lượng aromatic, olefin rất thấp.
Chây hoăn toăn, ít tạo CO vă muội.
Sau thời gian thực hiện đề tăi tốt nghiệp của mình, em đê hoăn thănh yíu cầu được giao. Qua đề tăi năy giúp hiểu rõ hơn về quâ trình alkylation.Phần mềm mô phỏng PROII vă HYSYS, góp phần tích lũy kiến thức sau 5 năm học tập ở nhă trường. Do thời gian, kiến thức vă tăi liệu có hạn nín trong quâ trình thực hiện không thể trânh khỏi những sai sót nhất định. Em mong nhận được sự góp ý tận tình của qủ thầy cô vă bạn bỉ để em hoăn thiện những kiến thức đê học.
Một lần nữa em xin chđn thănh câm ơn qủ thầy cô đặc biệt lă cô Lí Thi Như Ý đê tận tình giúp đỡ em trong quâ trình thực hiện đồ ân tốt nghiệp năy.
TĂI LIỆU THAM KHẢO
[1] 1.Công nghệ hóa dầu-Nguyễn Thị Diệu Hằng-Trường Đại học Bâch khoa Đă Nẵng (Chương I).
2. Công nghệ tổng hợp Hữu cơ vă Hoâ dầu- Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liín-Trường Đại học Bâch khoa Hă Nội , 2006-Nhă xuất bản khoa học vă kỹ thuật.
[2] Yves Edern-Technip-Petroleum refining Vol 3 (Chapter 7).
[3] Công nghệ lọc dầu 2-Th.S Lí Thị Như Ý- Đại học Bâch Khoa Đă Nẵng.
[4] NPRASpr2003HFAlkyl.pdf- Advances in hydrofluoric acide catalyzed.