AMONIAC
3.1.3.1. Những giả định trong mô hình mô phỏng
Quá trình xây dựng mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac đơn giản đã sử dụng một số giả định sau:
− Mô phỏng tượng trưng quá trình khử lưu huỳnh cho nguồn khí bằng
bình tách (vì giả định khí không có lưu huỳnh)
− Quá trình mô phỏng chưa tính đến năng lượng của thiết bị.
− Không tính đến quá trình ăn mòn thiết bị trong hệ thống thiết bị phản ứng, đường ống;
− Không tính đến sự giảm diện tích bề mặt trao đổi nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt do hiện tượng đóng cặn;
3.1.3.2. Các công cụ sử dụng trong mô hình mô phỏng
Những thiết bị chính được sử dụng trong mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac
Máy nén: Máy nén được sử dụng để nén khí tổng hợp đến áp suất cao trước khi vào thiết bị tổng hợp Amoniac. Máy nén được thiết lập bằng công cụ
Compressor trong phần mềm Hysys, áp suất cửa đẩy của máy nén được thiết lập theo thông số áp suất yêu cầu;
Máy giãn nở: Máy giãn nở được sử dụng để giảm áp suất của dòng khí công nghệ xuống áp suất yêu cầu. Máy giãn nở được thiết lập bằng công cụ Expander
trong phần mềm Hysys, áp suất đầu ra của máy giãn nở được thiết lập theo thông số áp suất yêu cầu;
Thiết bị trao đổi nhiệt: Thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng để trao đổi nhiệt năng giữa dòng lưu chất nóng và dòng lưu chất lạnh. Các thiết bị trao đổi nhiệt được thiết lập bằng công cụ mô phỏng Heat Exchanger trong phần mềm Hysys, chế độ chuyển động của lưu chất nóng, lưu chất lạnh, nhiệt độ đầu vào và đầu ra của dòng lưu chất, tổn thất áp suất, hệ số trao đổi nhiệt, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, và công suất nhiệt được tham chiếu theo các giá trị tính toán của nhà chế tạo thiết bị;
Bộ trộn: Bộ trộn được sử dụng để trộn các dòng lưu thể trong mô hình mô phỏng. Bộ trộn dòng được mô phỏng bằng công cụ Mixer trong phần mềm Hysys.
Thiết bị phản ứng chuyển hóa: Thiết bị phản ứng chuyển hóa được sử dụng để mô phỏng các phản ứng chuyển hóa trong phân xưởng Amoniac như phản ứng reforming sơ cấp hydrocarbon bậc cao thành CH4, phản ứng đốt khí tổng hợp của thiết bị reforming thứ cấp, phản ứng methane hóa. Thiết bị phản ứng chuyển hóa được mô phỏng bằng công cụ Conversion Reactor trong phần mềm Hysys. Hệ phản ứng, áp suất, độ chuyển hóa được thiết lập theo số liệu thiết kế của nhà cung cấp thiết bị và bản vẽ PFD;
Thiết bị phản ứng cân bằng: Thiết bị phản ứng cân bằng được sử dụng để mô phỏng các phản ứng cân bằng như phản ứng reforming của methane và carbon monoxide, phản ứng chuyển hóa CO, phản ứng tổng hợp Amoniac. Thiết bị phản ứng cân bằng được mô phỏng bằng công cụ Equilibrium Reactor trong phần mềm Hysys. Hệ phản ứng, áp suất, hằng số cân bằng được thiết lập theo số liệu thiết kế của nhà cung cấp thiết bị, bản vẽ PFD và cơ sở dữ liệu của HYSYS
Bình tách: Bình tách được sử dụng để mô phỏng quá trình tách pha lỏng-hơi, được mô phỏng bằng công cụ Saperator trong phần mềm Hysys.
3.1.3.3. Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng
Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac được thể hiện trong hình theo sau.
Hình 3.2: Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac
Đạt Không đạt Bắt đầu Thiết lập hệ cấu tử Thiết lập hệ nhiệt động
Xây dựng sơ đồ công nghệ
Hiệu chỉnh mô hình Chạy mô phỏng Phân tích kết quả Kết quả
3.1.3.3.1. Thiết lập hệ cấu tử
Lựa chọn những cấu tử tham gia vào quá trình từ ngân hàng dữ liệu đã xây dựng trong Hysys, gồm có những cấu tử CH4, C2H6, N2, O2, H2, H2O, CO, CO2, NH3. Hệ cấu tử cho mô hình mô phỏng này được thiết lập như hình theo sau.
Hình 3.3: Thiết lập hệ cấu tử cho mô hình mô phỏng
3.1.3.3.2. Thiết lập hệ nhiệt động
Việc lựa chọn hệ nhiệt động thích hợp cho mô hình mô phỏng đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của kết quả mô phỏng. Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính toán các thông số bao gồm hằng số cân bằng K, enthalpy, entropy và tỷ trọng.
Để lựa chọn một hệ nhiệt động thích hợp, cần dựa vào các yếu tố sau:
− Bản chất của các đặc trưng nhiệt động của hệ như: hằng số cân bằng lỏng-hơi (VLE: Vapor Liquid Equilibrium) của các quá trình chưng cất cô đặc bốc hơi hoặc trích ly…;
− Thành phần hỗn hợp;
− Phạm vi nhiệt độ và áp suất;
Hình 3.4: Thiết lập hệ nhiệt động SRK-Twu (mặc định) cho mô hình mô phỏng
3.1.3.3.3. Xây dựng sơ đồ công nghệ
Để thực hiện mô phỏng phân xưởng Amoniac theo định hướng phù hợp với quá trình đánh giá những ảnh hưởng khi thay đổi thành phần và tính chất nguồn khí nguyên liệu, cần thiết phải thực hiện quá trình mô phỏng với mô hình tương ứng sau:
− Xây dựng mô hình mô phỏng phù hợp với quá trình đánh giá tổng quan toàn phân xưởng NH3: tiến hành mô phỏng các cụm riêng lẻ, thực hiện kết nối dữ liệu các cụm và mô phỏng toàn phân xưởng Amoniac trên cùng một file để đánh giá tổng quan sự thay đổi của toàn phân xưởng Amoniac khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu;
− Xây dựng mô hình mô phỏng sát với công nghệ thực tế: xây dựng mô hình mô phỏng theo các thông số cũng như cấu tạo thiết bị từ bản vẽ PFD
− Mô phỏng các thiết bị trong phân xưởng sao cho có thể khảo sát được sự thay đổi của các dòng các thiết bị khi dòng nguyên liệu bị thay đổi: mô phỏng các thiết bị phản ứng dạng cân bằng (equilibrium reactor) với dữ liệu các phản ứng là phản ứng cân bằng, để có thể dễ dàng thấy được sự thay đổi về nhiệt độ cũng như thành phần các dòng sản phẩm khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu. Đồng thời, các thiết bị trao đổi nhiệt được mô phỏng theo nhiệt độ dòng lưu thể nóng/lạnh, và giá trị công suất nhiệt theo bản vẽ PFD.
− Mô phỏng các thiết bị tách tương ứng với thực tế: đối với các thiết bị tách không bị ràng buộc về năng lượng, nhiệt độ hay áp suất thì mô phỏng bằng các bình tách với năng lượng bằng không, tổn thất áp suất bằng không, nhằm xem xét được sự thay đổi lượng lỏng hơi ở đầu ra thiết bị khi có sự thay đổi ở nguồn khí nguyên liệu;
3.1.3.3.4. Đánh giá, so sánh kết quả mô phỏng
Để đánh giá kết quả mô phỏng của mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac và để đảm bảo việc sử dụng mô hình mô phỏng này đánh giá ảnh hưởng khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu, kết quả mô phỏng bao gồm công suất nhiệt của các thiết bị (thiết bị trao đổi nhiệt) và thành phần và tính chất dòng công nghệ (thành phần, nhiệt độ, lưu lượng, áp suất,…) phải nằm trong giới hạn sai số cho phép so với số liệu thiết kế .