Tìm hiểu phần mềm mô phỏng ProII và ứng dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (375.06 KB, 39 trang )
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Chương 1:
GIỚI THIỆU PRO/II
1.1 Mô phỏng và vai trò của mô phỏng
Mô phỏng, tiếng Anh là Simulation, ngày nay đã trở thành một thuật ngữ quen
thuộc trong nhiều ngành, từ công nghiệp nặng cho đến công nghệ vũ trụ và nền công
nghiệp giải trí.
Theo đònh nghóa của tự điển thuật ngữ khoa học kỹ thuật của Nhà xuất bản
MacGrawHill thì thuật ngữ mô phỏng được hiểu như sau.
Mô phỏng là việc phát triển và sử dụng mô hình máy tính để nghiên cứu hệ
động học thực.
Vai trò của mô phỏng càng ngày càng quan trọng. Việc sử dụng mô phỏng đã
giúp con người tiết kiệm được khá nhiều tiền của, tiết kiệm được thời gian, giảm bớt
số lần thí nghiệm, và đã giảm thiểu các nguy cơ có thể xảy ra cho tính mạng và tài
sản.
Trong ngành công nghiệp dầu khí hiện nay mô phỏng cũng đã chiếm một vò trí
đáng kể. Khi mà các quá trình không thể quan sát và cũng khó có thể biết được
phương cách mà chúng xảy ra như thế nào thì mô phỏng đã giúp cho các kỹ sư điều
đó.
1.2 Các phần mềm mô phỏng sử dụng trong công nghiệp dầu khí
Nền công nghiệp dầu khí có quy mô to lớn, từ các quá trình khai thác đến chế
biến đều có các phần mềm mô phỏng tương ứng. Các phần mềm này rất đa dạng,
nhưng tựu chung có thể phân chia chúng thành các loại sau:
n Các phần mềm dùng cho thiết kế: Điển hình như phần mềm thiết kế đường ống
OLGA 2000, phần mềm thiết kế và mô phỏng đường ống PipeSim của công ty
Schlumberger.
n Các phần mềm mô phỏng các quá trình thực để hổ trợ đào tạo: Đây là dạng phổ
biến không chỉ trong công nghiệp dầu khí mà trong phần lớn các ngành hiện nay. Như
là việc mô phỏng các phân xưởng, các nhà máy thực để giúp cho quá trình đào tạo….
n Các phần mềm mô phỏng và tính toán các quá trình thực: Pro/II là thuộc dạng
phần mềm này.
n Các phần mềm tối ưu hóa: Các phần mềm này chuyên dụng hơn cho mục đích
tối ưu hóa.
Hiện nay hai phần mềm mô phỏng tính toán các quá trình phổ biến nhất là
HYSYS và Pro/II. Cả hai phần mềm này hiện được các công ty trực thuộc tổng công ty
dầu khí Việt Nam sử dụng rộng rãi.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 3 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Về cơ bản hai phần mềm Pro/II và HYSYS.Plant tương đối giống nhau về bản
chất. Nếu đã có dòp tiếp xúc với cả hai, thì dễ nhận thấy một điều là mô hình nhiệt
động của hai phần mềm đều được xây dựng trên cùng một nền tảng lý thuyết. Vì vậy
kết quả sẽ không sai khác bao nhiêu. Mặc khác các mô hình thiết bò của hai bên cũng
tương tự nhau. Điểm nổi bật của HYSYS là giao diện thân thiện hơn, tương thích với
nhiều hệ điều hành và cách truy xuất kết quả tốt hơn, giúp cho người dùng dễ đọc và
dễ phân tích hơn so với Pro/II. Mặc khác nhờ ra đời sau nên HYSYS đã kòp hiệu chỉnh
các thiếu sót của Pro/II, HYSYS có nhiều mô hình thiết bò hơn, khả năng tính toán
thiết kế cao hơn, kèm theo đó là các mô hình thiết bò điều khiển như LIC…. Tuy nhiên
theo đánh giá của tôi thì mặc dù kém hơn HYSYS về các mặt trên nhưng Pro/II có
những ưu điểm sau:
+ Công ty sản xuất Pro/II có nhiều kinh nghiệm hơn
+ Pro/II có nhiều môđun phụ trợ, có thể áp dụng cho nhiều quá trình, từ chế thô đến
chế biến sâu, cho cả lónh vực hóa dầu, môi trường và dược phẩm
+ Pro/II có kèm theo nhiều nguồn tài liệu, giúp cho người dùng hiểu rõ hơn về bản
chất chương trình, từ đó giúp họ mô hình hóa các phân xưởng lên máy tính dễ dàng
hơn và giúp họ đánh giá kết quả của chính mình.
1.3 Giới thiệu về Pro/II
1.3.1 Pro/II và ứng dụng Pro/II
Pro/II là một trong những sản phẩm của tổ hợp
SIMSCI, được thành lập từ năm 1957 chuyên về thiết
kế các phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học,
đặc biệt là về nền công nghiệp lọc hóa dầu. Hiện nay
sản phẩm của tổ hợp này khá đa dạng, bao gồm các
phần mềm về thiết kế các thiết bò, đường ống, tính toán
kinh tế…
Phần mềm thiết kế mô phỏng Pro/II là sản phẩm đầu tiên của SIMSCI, là kết quả
của 4 lần nâng cấp từ chương trình đầu tiên năm 1967 đến năm 1988 thì chính thức ra
đời với tên gọi Pro/II. Chương trình này không ngừng được nâng cấp và hiện nay đã có
phiên bản mới nhất là 6.0,( Đề tài này đang sử dụng phiên bản 5.1)
Phần mềm này có thể ứng dụng vào nhiều quá trình:
ü Xử lý dầu/ khí
ü Tinh chế
ü Hóa dầu
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 4 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ü Polyme
ü Dược phẩm
ü Tư vấn và thiết kế xây dựng
Các ứng dụng mô phỏng gồm:
ü Thiết kế mới các quá trình
ü Ước tính cấu hình thiết bò
ü Hiện đại hóa và nâng cấp các thiết bò cũ
ü Gỡ rối và làm thông suốt các quy trình thiết bò
ü Đánh giá các vấn đề môi trường của nhà máy
ü Kiểm tra, tối ưu hóa, cải tiến hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy.
1.3.2 Giao diện của Pro/II
1.3.2.1 Khởi động Pro/II
Để khởi động chương trình kích đôi chuột vào biểu tượng của chương trình từ menu
Star. Cửa sổ chào mừng của Pro/II xuất hiện. Cửa sổ này có chứa các thông tin về các
mở và các màu khóa được dùng trong chương trình.
Hình 1.1: Cửa sổ chính của chương trình
Lúc này có thể mở một file mô phỏng mới ( chọn File/New ), mở một file đã có (
chọn File/Open ), hay nhập một file keyword ( chọn File/Import ).
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 5 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
1.3.2.2 Các nút công cu
Nút
Chức năng
Mở một cửa sổ quan sát
khác cho lưu đồ
Dấu hay hiển thò bảng nổi
PFD
Cung cấp các mô tả cơ bản
cho dự án mô phỏng
Thiết lập hệ đơn vò cho
mỗi dự án mô phỏng.
Chọn các cấu tử
Thiết lập dữ liệu cho các
cấu tử
Chọn các phương pháp
nhiệt động học
Bố sung cutpoint cho
đường TBP và các phương
pháp tính chất hóa.
Đònh nghóa các dữ liệu
phản ứng
Nhập vào các thủ tục tính
động học phản ứng
Đònh nghóa quá trình
nghiên cứu mẫu
Thiết lập trình tự tính toán
Đònh nghóa các bước lặp
và mức độ hội tụ
Hiển thò cửa sổ thu nhỏ sơ
đồ mô phỏng
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Nút
Chức năng
Tìm kiếm thiết bò trên sơ
đồ hiện hành
Tìm kiếm dòng trên sơ đồ
hiện hành
Thực hiện việc tính flash
cho dòng được chọn
Tạo ra các đồ thò cân bằng
lỏng hơi cho 2 cấu tử
Chạy dự án mô phỏng
Dừng dự án mô phỏng
Xem kết quả của thiết bò
hay dòng được chọn
Tạo bản báo cáo cho dự
án mô phỏng
Xóa các đối tượng hiện
hành trên sơ đồ
Phóng to hay thu nhỏ sơ
đồ công nghệ
Hiển thò toàn bộ sơ đồ
công nghệ
Phóng to một vùng trên sơ
đồ công nghệ
Xóa tất cả các đối tượng
lạ trên màn hình
Thể hiện phần giúp đỡ cho
đối tượng được chỉ đến
Trang - 6 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
1.3.2.3 Ý nghóa của các loại màu khóa trên màn hình
Để báo hiệu tình trạng mô phỏng hiện hành, Pro/II sử dụng bộ màu khóa, mỗi
màu sẽ tương ứng với mỗi trạng thái mô phỏng. Người dùng có thể tuỳ biến các màu
khóa bằng cách vào cửa sổ Set Colors bằng cách chọn Option/Colors… từ thanh
menu.
Màu
Đỏ
Xanh Lục
Xanh
Vàng
Xám
Đen
Ý Nghóa
Dữ liệu bắt buộc
Dữ liệu lựa chọn hay mặc đònh
Dữ liệu cung cấp bởi người dùng
Dữ liệu nghi vấn. Cảnh báo rằng dữ liệu mà người dùng
cung cấp nằm ngoài khoảng bình thường.
Vùng dữ liệu không có sẵn cho người dùng
Dữ liệu không bắt buộc nhập.
Bảng 1-1: Ý nghóa các loại màu khóa
1.4 Cơ bản về một dự án mô phỏng
Pro/II cho phép người dùng có nhiều phương pháp chọn lựa để nhập dữ liệu.
Đối với nhiều mục dữ liệu là mặc đònh. Các màu khóa sẽ cho người dùng biết khi
nào dữ liệu là bắt buộc, khi nào là mặc đònh, khi nào nằm ngoài khoảng thông
thường…
Mặc dù Pro/II đã có mục cảnh báo khi dữ liệu bắt buộc bò thiếu, nhưng cách
tốt nhất khi nhập dữ liệu là theo tính logic. Lấy ví dụ : mục thành phần dòng sẽ phụ
thuộc vào các cấu tử được chọn; một số thiết bò, ví dụ như flash drum, có các tính
chất phụ thuộc vào các dữ liệu nhiệt động học… Vì những lý do trên nên khi xây
dựng một sơ đồ công nghệ dùng để mô phỏng cần theo các bước sau:
1. Vẽ lưu đồ
2. Lựa chọn hệ đơn vò
3. Xác đònh các cấu tử cho dự án
4. Chọn các phương pháp nhiệt động học và tính chất vận chuyển
5. Cung cấp các dữ liệu cho dòng
6. Cung cấp các điều kiện làm việc cho quá trình
7. Chạy dự án mô phỏng
Trên đây chỉ là những bước cơ bản để chương trình chạy, thực tế để thực hiện mô
phỏng một quá trình thực, hay một phân xưởng… thì bước đầu tiên và vô cùng quan
trọng đó chính là lập mô hình mô phỏng. Ở bước này người dùng phải đơn giản hoá
sơ đồ công nghệ thực, bỏ đi những thiết bò không cần thiết, chuyển đổi các mô hình
thực thành mô hình lý thuyết.
Sau khi chương trình chạy và có kết quả (màu khoá của màn hình chuyển sang màu
xanh) thì bước cuối cùng đó chính là đọc và phân tích kết quả của chương trình. Vì
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 8 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ngôn ngữ chính của chương trình là tiếng Anh, nên bảng báo cáo sẽ được trình bày
bằng ngôn ngữ này. Tuy nhiên không quá khó để đọc, điều quan trọng là người dùng
sẽ phân tích và xử lý các thông tin có được từ bảng báo cáo. Kết quả có phù hợp với
các số liệu thực hay không, nếu sai thì mức độ sai số có chấp nhận được không,
nguyên nhân nào dẫn tới sai số… tất cả đều phụ thuộc vào trình độ, vào kỹ năng
người dùng.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 9 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
CHƯƠNG 2:
ỨNG DỤNG PRO/II VÀO CÁC QUÁ TRÌNH CHẾ
BIẾN DẦU KHÍ
Pro/II là chương trình mô phỏng tính toán, các quá trình mô phỏng đều ở trạng
thái tónh-trạng thái mà các hiện tượng xảy ra không phụ thuộc thời gian. Vì thế mà
các thiết bò điều khiển và đo lường sẽ không có. Các ứng dụng mô phỏng sau đây
cũng vậy. Kết quả của quá trình mô phỏng đều là kết quả của trạng thái tónh, nghóa
là người dùng sẽ không thấy ảnh hưởng trực quan của việc thay đổi một thông số
điều khiển lên quá trình làm việc của thiết bò giống như với các phần mềm mô phỏng
điều khiển dùng cho quá trình đào tạo. Kết quả từ chương trình sẽ là kết quả tính
toán được mà phần mềm mô phỏng điều khiển không cho thấy được. Đó là cân bằng
vật chất, đó là các tính chất hóa lý, các tính chất đặc trưng như RVP, điểm hóa đục,
RON… Trong các ứng dụng có dùng chức năng Case-Study để thay đổi một số thông
số nhằm đưa ra một cái nhìn về sự ảnh hưởng của việc thay đổi này lên các thông số
khác của quá trình. Tuy nhiên,dù thay đổi như thế nào thì chương trình vẫn chạy theo
các thông số làm việc đã thiết lập (đây chính là trường hợp cơ bản)-và việc tính toán
kết quả thay đổi cũng phải đáp ứng được nhu cầu này. Lấy ví dụ khi thay đổi lưu
lượng dòng vào của một tháp chưng cất để xem lưu lượng hồi lưu thay đổi như thế
nào, chương trình sẽ tính sự thay đổi dòng hồi lưu nhưng vẫn phải bảo đảm rằng các
thông số vận hành đã thiết lập (SPEC) là không đổi. Vì thế mà nếu xét ảnh hưởng
của các thông số khác đến chất lượng sản phẩm là không thể được, chỉ có thể xét
ngược lại, nghóa là chất lượng sản phẩm sẽ ảnh hưởng đến các thông số vận hành
như thế nào.
2.1 MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ THÁP C-02 CỦA NHÀ MÁY GGP
2.1.1 Vấn đề
Mô hình hóa tháp C-02 từ các dữ liệu thực nghiệm. Từ đó thiết kế tháp này và
so sánh giữa kết quả của chương trình với số liệu thực tiễn. Bằng mô hình tối ưu hóa
của chương trình ra đóa nạp liệu tối ưu sao cho công suất của nồi tái đun là nhỏ nhất.
Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ của dòng nguyên liệu lên chế độ vận
hành của tháp.
2.1.2 Các dữ liệu thực tế
Tháp C-02 có 30 đóa thực, dạng đóa van, có một thiết bò ngưng tụ ở đỉnh và
một nồi tái đun dạng Kettle ở đáy. Dòng nguyên liệu đi vào tháp có thành phần và
điều kiện được cho ở bảng 2-1. Các yêu cầu phân tách được cho ở bảng 2-2. Điều
kiện làm việc của tháp : áp suất đỉnh 11 bar và áp suất đáy là 11.5 bar.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 10 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Cấu tử
Cấu tử
C2
C3
iC4
nC4
iC5
Phần mol
C2
0.011
C3
0.5528
iC4
0.1716
nC4
0.2569
iC5
0.0055
0.0020
nC5
Tổng
0.9999
Bảng 2-1: Thành phần sản phẩm đỉnh
Phần mol
0.0087
0.4369
0.1357
0.2056
0.0609
Cấu tử
nC5
nC6
nC7
nC8
nC9
nC10
Phần mol
0.0666
0.0532
0.0242
0.0056
0.0020
0.0006
-Lưu lượng (tấn/ngày)
1451
-p suất
(bar)
11.5
0
-Nhiệt độ ( C)
73
Bảng 2-2: Thành phần và điều kiện của nguyên liệu
2.1.3 Lập mô hình mô phỏng
Hình 2.1 : Mô hình mô phỏng và tối ưu tháp C-02
Hiệu suất tháp được lấy theo kinh nghiệm là 73%, vậy số đóa lý thuyết của
tháp tính cả bình ngưng tụ và nồi tái đun sẽ là : 30x0.73 + 2 = 24 đóa. Nồi tái đun sẽ
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 11 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
được mô phỏng đúng dạng kettle, bình ngưng tụ sẽ là dạng ngưng tụ một phần. Đóa
nạp liệu là đóa số 8.
Hệ nhiệt động học được chọn là SRK. Hình 2.1 là mô hình mô phỏng tháp
chưng cất C-02.
Đưa thêm mô hình Optimizer và cung cấp các điều kiện cần thiết.
2.1.4 Kết quả mô phỏng và thiết kế
2.1.4.1 Kết quả của các dòng
Nguyên liệu
ĐÁY
ĐỈNH
1473.4706
73
11.35
56.5558
Hỗn hợp
308.9442
147.34
11.5
80.6358
Lỏng
1164.526
58.27
11
50.1675
Hơi
4289.7481
0.58
7174.11
0.7485
5422.189
0.49
8.70E-03
0.4369
0.1357
0.2056
1.58E-14
8.11E-08
4.41E-04
0.0118
0.011
0.5528
0.1716
0.257
0.0609
0.2723
PENTANE
0.3072
0.0666
HEXANE
0.0532
0.2537
HEPTANE
0.1154
0.0242
OCTANE
5.60E-03
0.0267
NONANE
2.00E-03
9.54E-03
DECANE
6.00E-04
2.86E-03
Bảng 2-3: Thành phần và điều kiện của các dòng
2.1.4.2Kết quả tổng quan cho tháp C-02
Tỷ số hồi lưu
4.82E-03
2.77E-03
1.48E-06
1.82E-09
6.01E-13
3.66E-16
1.66E-19
Lưu lượng, kgmol/h
Nhiệt độ, oC
p suất, atm
Khối lượng phân tử
Pha
Entanpi, kcal/kg-Mol
Cp, KCAL/KG-C
Cấu tử
ETHANE
PROPANE
IBUTANE
BUTANE
IPENTANE
Dòng hồi lưu/ nguyên liệu
Dòng hồi lưu/dòng distillal
Mol
0.7087
0.8967
Khối lượng Thể tích
0.6698
0.6843
0.9554
0.9265
Bảng 2-4: Tỷ số hồi lưu của tháp C-02
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 12 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Lưu lượng
Đóa
Nhiệt độ Áp suất Lỏng
0C
ATM
Hơi
Nguyên liệu Sản phẩm Công suất nhiệt
M*KJ/HR
KG-MOL/HR
1C
58.3
11.00
1041.7
2
63.7
11.02
1029.1 2206.3
3
66.3
11.04
1018.1 2193.6
4
67.9
11.07
1006.4 2182.6
5
69.1
11.09
993.9 2170.9
6
70.2
11.11
980.8 2158.5
7
71.4
11.13
966.6 2145.4
8
72.6
11.15
948.7 2131.1
9
74.1
11.17
917.6 2113.2
10
76.5
11.20
1011.7 2082.2
266.4M
11
80.3
11.22
1603.3 1909.8
1207.0M
12
89.2
11.24
1632.2 1294.3
13
95.7
11.26
1650.8 1323.3
14
101.0
11.28
1658.3 1341.8
15
105.9
11.30
1660.4 1349.4
16
110.6
11.33
1662.8 1351.5
17
115.3
11.35
1668.9 1353.9
18
119.6
11.37
1678.6 1360.0
19
123.5
11.39
1688.9 1369.6
20
126.8
11.41
1695.8 1380.0
21
129.8
11.43
1693.4 1386.9
22
133.2
11.46
1671.9 1384.5
23
138.1
11.48
1610.7 1363.0
24R
147.4
11.50
1301.8
1164.5V
-17.9456
308.9L
27.1930
Bảng 2-5: Kết quả tổng quan cho tháp C-02
2.1.4.3 Kết quả thiết kế
Số liệu đưa vào:
-Dạng đóa: đóa van, 4 dòng 1 bước
-Khoảng cách các đóa: 0.6096 m
Kết quả:
- Chương trình sẽ tính đường kính của mỗi đóa và chọn đường kích tháp là
đường kính lớn nhất của các đóa. D = 2.591 m
- Số van trên một đóa: 470
- Đường kính van: 47.6250 mm
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 13 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
-
Kích thước của ống chảy chuyền như sau:
+ ống chảy chuyền bên: 211.498 mm
+ ống chảy chuyển giữa: 157.233 mm
+ ống chảy chuyền lệch tâm: 176.044 mm
Sau đó chương trình sẽ cập nhật các số liệu đã tính được và sẽ tính lại một số kích
thước, cũng như hệ số ngập lụt, độ sụt áp của từng đóa. Kết quả nằm ở bảng báo cáo
của chương trình.
2.1.4.4 Kết quả tối ưu hóa
Chương trình đã cho kết quả đóa nạp liệu tối ưu sẽ là đóa số 10 (giá trò tính được là
10.29). Ngoài ra chương trình sẽ cho kết quả thiết kế ứng với trường hợp tối ưu.
Đóa nạp liệu
Kết quả chưa tối ưu Kết quả tối ưu
8
10
Công suất nồi tái đun (106 kcal/h)
6.8282
6.5070
6
Công suất thiết bò ngưng tụ (10 kcal/h)
-4.6183
-4.2965
Tỷ số hồi lưu (mol)
0.9637
0.8967
Kết quả thiết kế:
• Đường kính (mm)
2591
2438
• Số van trên một đóa
470
401
• Bề rộng ống chảy chuyền (mm)
- ống chảy chuyền bên
211.498
210.391
- ống chảy chuyển giữa
157.233
160.582
- ống chảy chuyền lệch tâm
176.044
179.604
Bảng 2-6: Kết quả tối ưu hóa
* Nhận xét: Với đóa nạp liệu là đóa số 10 thì
- Nồi tái đun sẽ tiết kiệm được mỗi giờ 321200 kcal. Đây là một con số tương đối lớn
- Tỷ số hồi lưu cũng giảm xuống còn 0.8967
- Các kết quả thiết kế cũng cho thấy sẽ tiết kiệm hơn trong việc thiết kế.
2.1.4.5 Kết quả nghiên cứu mô hình
Dựa trên sự thay đổi một số thông số để nghiên cứu ảnh hưởng đến quá trình làm
việc của tháp bằng chức năng Case Study của chương trình. Kết quả như sau:
1. nh hưởng của việc thay đổi đặc tính làm việc thứ hai (%C5 ở đáy) lên tỷ lệ hồi lưu
và công suất của nồi tái đun như sau:
%mol C5 trong sản
phẩm đáy
0.57950 0.52950 0.47950 0.42950 0.37950 0.32950
Tỷ số hồi lưu
0.96376 0.64541 0.48349 0.35249 0.22124 0.03154
Công suất nồi tái đun
(106 kcal/h)
6.82860 5.35250 4.59090 3.95790 3.33010 2.44750
Bảng 2-7: nh hưởng của việc thay đổi % C5 lên tỷ số hồi lưu và công suất reboiler
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 14 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Qua bảng 2-7 ta thấy để hạn chế C5+ đi vào dòng distillat thì công suất nhiệt và tỷ lệ
hồi lưu phải tăng lên rất nhiều. Lấy ví dụ để tăng %C5 từ 0.5295 lên 0.5795 thì phải
mất 1.4761 triệu kcal/h và tỷ số hồi lưu cũng tăng lên từ 0.64541 đến 0.96376.
2. nh hưởng của việc thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu lên công suất của thiết bò
ngưng tụ và tỷ số hồi lưu
Nhiệt độ dòng
nguyên liệu 0C
73
103
133
163
193
223
Tỷ số hồi lưu
0.96377
1.41310 1.62190 1.84070 2.08450 2.35280
Công suất thiết bò
ngưng tụ 106xkcal/h
-4.6185
-6.7691 -7.7689 -8.8155 -9.9825 -11.267
Công suất nồi tái đun
(106 kcal/h)
6.82860
4.72370 4.25100 3.90720 3.61890 3.38950
Bảng 2-8: nh hưởng lên tỷ số hồi lưu và công suất thiết bò ngưng tụ
Qua bảng 2-8 ta thấy khi nhiệt độ dòng nguyên liệu tăng thì lượng nhiệt cần cung cấp
cho nồi tái đun sẽ giảm, nhưng bù lại sẽ cần phải tăng công suất của các thiết bò làm
mát cho thiết bò ngưng tụ (có thể tận dụng nguồn nhiệt này). Và tỷ lệ hồi lưu cũng
tăng khi nhiệt độ dòng nguyên liệu tăng.
2.2 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN ADU
2.2.1 Vấn đề
Do yêu cầu và tình hình nhập khẩu dầu thô, nguyên liệu cho phân xưởng chưng
cất dầu thô thay đổi. Nguyên liệu cho phân xưởng trong thời gian tới sẽ là một loại
dầu thô của Indonesia. Vì vậy cần phải mô phỏng tháp chưng cất dầu thô nhằm tìm
ra các điều kiện vận hành chính xác, để đảm bảo công suất 120000 thùng/ngày (
Khoảng 19078.5 m3/ngày). Sản phẩm phải thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng thông
qua các điểm xác đònh trên đường TBP và đường ASTM D-86.
Nghiên cứu sự thay đổi công suất nhiệt khi tăng lượng sản phẩm Kerosen.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số lên mô hình.
2.2.2 Nguyên liệu và sản phẩm
Thiết bò ngưng tụ
Đóa trên cùng (đóa 2)
Vùng Flash (đóa 18)
Đáy tháp
Tháp stripping kerosen
Tháp stripping diesel
Tháp stripping gasoil
1.379 bara
1.600 bara
1.875 bara
1.910 bara
1.826 bara
1.875 bara
1.930 bara
Bảng 2-9: Số liệu áp suất
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Dòng
Lưu lượng
Nước loại ra
8750 kg/h
Naptha
170 m3/h
Kerosen
115 m3/h
Diesel
95 m3/h
AGO
150 m3/h
Cặn khí quyển
Chưa biết
Bảng 2-10 : Lưu lượng các dòng sản phẩm
Trang - 15 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Dầu thô nguyên liệu có tính chất được phân tích thông qua đường TBP và các
hợp phần nhẹ cho ở bảng 2-11 Dầu thô có độ API là 29.2
Đường TBP (760 mm Hg)
Hợp phần nhẹ
%LV 0C
F
Cấu tử % LV
97.0
36.1
0.1
3
C2
149.0
65.0
0.2
5
C3
208.0
97.8
0.3
10
iC4
329.9
165.5
0.7
20
nC4
459.0
237.2
0.5
30
iC5
590.0
310.0
1.2
40
nC5
690.1
365.6
50
Tổng
: 3%
770.0
410.0
60
865.0
462.8
70
980.1
526.7
80
1600.0
871.1
100
Tỷ trọng trung bình:
29.2 0API
Lưu lượng
5000 thùng/h
Nhiệt độ
233 0C
p suất
14 psig (1.9785 bara)
Bảng 2-11: Dữ liệu về dầu thô đi vào lò ống
Overflash (thể tích)
0.03
Nhiệt độ thiết bò ngưng tụ
43.4 0C
Điểm 95% D86 của Naphtha 1710C
Điểm 95% D86 của Kerosen 271 0C
Điểm 95% D86 của Diesel
352 0C
Điểm 95% D86 của Gasoil
475 0C
Bảng 2-12: Các yêu cầu làm việc của tháp
2.2.3 Các điều kiện làm việc
Sơ đồ công nghệ và các điều kiện làm việc của tháp chưng cất thực được trình
bày ở hình 2.2. Trên sơ đồ gồm có một tháp chính và ba tháp stripping. Các tháp
stripping sử dụng hơi nước để stripping. Tháp chính bao gồm thiết bò ngưng tụ, không
có reboiler mà thay vào đó là dòng hơi có công suất 10000 lb/h. Tất cả các dòng hơi
được dùng đều có điều kiện làm việc như nhau : 60 psig, 600 F (5.08 atm, 333.3 0C).
Điều này là hợp lý với các phân xưởng thực, vì thường các dòng hơi đều được lấy từ
một nguồn. Tháp chính bao gồm 42 đóa thực, có 3 dòng hồi lưu vòng. Vò trí và các
điều kiện của các dòng hồi lưu vòng được cho trên hình vẽ. Vò trí các dòng lấy sản
phẩm sườn cũng được cho trên hình vẽ.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 16 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Hình 2.2 : Sơ đồ công nghệ và các điều kiện làm việc của phân xưởng thực
2.2.4 Dữ liệu và hệ nhiệt động học
Hệ nhiệt động được dùng là hệ Grayson-Streed, đây là tập hợp của nhiều phương
pháp tính. Hệ này phù hợp cho việc tính hệ số cân bằng K và entanpi cho các dự án
mô phỏng chưng cất chân không và khí quyển. Cũng có thể dùng hệ Braun K-10,
nhưng hệ này tỏ ra phù hợp với các hệ chưng cất chân không hơn.
Để có được kết quả mô phỏng chính xác đòi hỏi việc thiết lập các tính chất của
dầu thô càng chính xác càng tốt. Lỗi lớn nhất thường xuất hiện ở dòng cặn khí
quyển, và có thể dẫn tới các kết quả tồi khi mô phỏng tháp chân không với dòng
nguyên liệu là cặn khí quyển vừa tính được. Các tính chất của dầu thô sẽ càng chính
xác nếu có các dữ liệu về khối lượng phân tử và trọng lượng.
Sau khi nhập các dữ liệu vào, chương trình sẽ tự động tạo ra một số lượng các cấu
tử giả và cũng tự động tính điểm sôi, trọng lượng, khối lượng phân tử của chúng. Các
tính chất này sau đó sẽ được dùng để tính các tính chất cần thiết khác.
Để bổ sung tính chính xác của đường TBP, nói cách khác là làm cho đường TBP
có vẻ trơn tru hơn, tại điểm 3%V nhập giá trò điểm sôi 97 F của n-Pentan.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 17 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Các dữ liệu về độ nhớt và độ dẫn nhiệt được tạo ra các dòng để sử dụng cho các
phép tính khác. Các phương pháp tính các tính chất vận chuyển được dùng là phương
pháp theo sách API.
2.2.5 Lập mô hình mô phỏng
Hình 2.3: Sơ đồ mô phỏng phân xưởng ADU
Để lập được mô hình mô phỏng trên máy tính điều bắt buộc là phải có được số
liệu về số đóa lý thuyết tương ứng với số đóa thực của tháp. Để tìm được số đóa lý
thuyết có các phương pháp sau:
• Sử dụng hiệu suất tháp
• Sử dụng số đóa lý thuyết đã được dùng trong các lần mô phỏng trước đó
• Thừa nhận số đóa lý thuyết gấp đôi số đóa cần thiết tối thiểu tìm được bằng
mô hình shortcut
Trong phần mô phỏng này đã sử dụng kinh nghiệm sẵn có về hiệu suất của tháp.
Tuy nhiên hiệu suất tháp trong trường hợp này không đóng vai trò quan trọng bởi vì
tháp chân không có thể được mô phỏng từ 18 đến 24 đóa lý thuyết. Hiệu suất tháp đã
cho là 46.5%. Từ đó có thể kết luận là số đóa lý thuyết của tháp sẽ là: 42x43% ≅ 18
đóa. Các tháp stripping được thừa nhận là có số đóa lý thuyết bằng 2, đây cũng là con
số phù hợp với hầu hết các quá trình tính toán và mô phỏng cho tháp chưng cất.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 18 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Thông thường nguyên liệu trước khi đưa vào tháp sẽ được đưa qua thiết bò gia
nhiệt (thường là các lò đốt). Trong mô hình mô phỏng cũng có thể đưa vào để tính
thiết bò gia nhiệt này. Mặc dù Pro/II không có mô hình lò đốt, nhưng có thể mô
phỏng lò đốt như là một đóa lý thuyết đóng vai trò thiết bò gia nhiệt. Nguyên liệu
được xem là ở trạng thái lỏng ở áp suất thiết lập của Flash Zones, để đảm bảo không
có quá trình bay hơi xảy ra và toàn bộ nguyên liệu sẽ nằm trên đóa nạp liệu. Công
suất của lò đốt sẽ được tính để thỏa mãn lượng lỏng xác đònh quay trở lại Flash
Zones.
Như vậy cùng với thiết bò ngưng tụ được xem như một đóa lý thuyết thì tháp sẽ có
18+2=20 đóa lý thuyết.
Các đặc tính làm việc ở đây bao gồm: 1 đặc tính làm việc của tháp chính, và 3
đặc tính làm việc cho các tháp stripping. Các đặc tính đó (SPEC) sẽ thể hiện qua chất
lượng sản phẩm đã nêu ở bảng 2-12, thường thì thiết lập bằng điểm 95% sẽ cho kết
quả hội tụ tốt. Nếu ở phần đầu của đường cong có sự khác biệt lớn thì nên nhập các
điểm 5% vào. Các biến (VARY) để thỏa mãn các đặc tính là: công suất của thiết bò
ngưng tụ và lưu lượng các dòng sản phẩm sườn của tháp chính.
Lưu lượng của các dòng hồi lưu vòng được tính để thỏa mãn công suất làm lạnh
mong muốn và nhiệt độ trả về.
Khi thiết lập công suất nhiệt của các thiết bò làm lạnh sườn, cần phải lưu ý đến
giá trò công suất dựa trên lưu lượng của dòng hồi lưu vòng đo được. Có nhiều lỗi
không chính xác gây ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng, và nếu quá trình làm lạnh
quá nhiều sẽ dẫn tới việc làm khô dòng lỏng đang chảy từ đóa phía trên xuống thiết
bò làm lạnh. Khi có quá trình làm khô xảy ra sẽ dẫn tới lỗi trong trình tự tính toán,
điều này phản ánh các lỗi xảy ra trong quá trình vận hành tháp thực. Nếu công suất
của dòng hồi lưu vòng không có sẵn, chúng sẽ được tính để thỏa mãn lượng lỏng
quay lại đã đònh. Mô hình ước tính (IEG) được dùng ở đây là REFINERY.
Vì nhiệt độ của dòng dầu đi ra từ lò đốt thì không bằng với nhiệt độ của Flash
Zones. Để tính nhiệt độ của lò đốt ta đưa thêm vào thiết bò Flash, và thiết lập công
suất của thiết bò này như là công suất đã tính được của lò đốt. Và sơ đồ công nghệ
mô phỏng sẽ giống như hình 2.3
2.2.6 Kết quả và phân tích kết quả
Ở đây chỉ trình bày các kết quả tóm tắt, kết quả cụ thể xin xem trong bản báo cáo
của chương trình kèm theo đóa. Kết quả cụ thể bao gồm rất nhiều thông tin như:
Thành phần và tính chất của các dòng , cân bằng vật chất của tháp, số liệu về đường
TBP và ASTM của các dòng, cân bằng lỏng hơi tại mỗi đóa… và các kết quả cụ thể
khác tùy vào đònh dạng của người dùng.
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 19 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Nguyên
liệu trước
khi vào lò
đốt
Lưu lượng,
kgmol/h
Nguyên
liệu sau
khi vào lò
đốt
Naptha
Kerosen
Diesel
AGO
Cặn
2968.2594
2968.3
1302.207
461.8209
302.859
335.5965
581.2605
Nhiệt độ, oC
232.22
379.64
43.33
194.01
267.26
342.08
373.37
p suất, atm
1.95
1.85
1.36
1.8
1.85
1.91
1.88
235.5819
235.58
97.3379
173.88
247.7744
327.7475
528.9547
30612.61
56922
2074.937
17124.331
34660.26
0.5908
0.671
0.49
0.5986
0.6519
Khối lượng
phân tử
Entanpi,
kcal/kg-Mol
Cp,
KCAL/KG-C
61199.43
107398.21
0.6997
0.7042
Bảng 2-13 : Lưu lượng và tính chất của dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm
Chương trình tạo ra 39 cấu tử giả, từ cấu tử NBP 44 đến cấu tử NBP 842 (NBPXXX:
chỉ điểm sôi thường). Thành phần các cấu tử này trong từng dòng đều được tính
nhưng do quá dài nên không được trình bày ở đây. Chi tiết xin xem bảng báo cáo.
1. Kết quả của thiết bò flash drum dòng nguyên liệu
Số liệu đầu vào Giá trò tính
Nhiệt độ, C
379.73
p suất, ATM
Đònh nghóa
1.85
Độ sụt áp, ATM
1.0207E-01
Công suất, M*KCAL/HR Đònh nghóa
78.1485
Bảng 2-14 : Kết quả của thiết bò bay hơi dòng nguyên liệu
2. Kết quả của tháp chưng cất
Lưu lượng
Đóa
1C
Nhiệt độ
0
C
p suất
ATM
Lỏng
43.3
1.36
1338.9
Hơi
Nguyên
liệu
Sản
phẩm
Công suất nhiệt
M*KCAL/HR
KG-MOL/HR
1304.0L
-36.0124
488.1W
2
134.3
1.58
4796.3
3131.0
3
155.9
1.60
2631.3
4253.5
4
171.9
1.61
2596.2
4423.4
5
181.4
1.63
2510.5
4388.3
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
2334.9P
-12.5998
2334.9P
Trang - 20 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
6
189.2
1.65
2367.6
4302.6
7
198.0
1.66
2134.0
4159.7
8
211.0
1.68
1255.2
3712.7
9
229.6
1.70
2948.3
3408.5
10
248.0
1.71
1716.0
3985.3
11
266.7
1.73
1490.8
3869.3
12
283.8
1.75
863.3
3441.6
13
301.4
1.77
1804.8
3206.6
14
318.6
1.78
1067.9
3496.0
15
333.6
1.80
884.0
3411.2
16
347.3
1.82
228.2
3151.2
17
366.5
1.83
59.4
2869.9
18
378.8
1.85
685.0
2701.0
19
376.9
1.87
630.4
356.4
20
373.5
1.88
1/ 21
202.8
1.80
2/ 22
194.0
1.80
1/ 23
276.3
1.85
2/ 24
267.3
1.85
1/ 25
345.6
1.91
2/ 26
342.1
1.91
301.8
213.4V
574.6L
1116.2P
-12.5998
1116.2P
202.5V
392.5L
652.1P
-10.0798
652.1P
76.1V
374.5L
2970.3M
78.1485
251.8V
580.4L
574.6L
213.4V
100.7V
461.9L
392.5L
202.5V
113.3V
303.3L
374.5L
76.1V
37.8V
336.2L
Tháp SS01
522.7
161.5
Tháp SS02
350.5
160.5
Tháp SS03
358.4
60.1
Bảng 2-15 :Kết quả tổng quan cho tháp chưng cất
Kết quả tính cho dòng hồi lưu vòng
Nhiệt độ 0C
Đóa
Từ Đến
Từ
Đến
Phần lỏng
Từ
Đến
Lưu lượng
KG-MOL/HR K*KG/HR STD M3/HR
14
13
318.6 232.2 1.0000 1.0000
652.09
179.012
203.70
10
9
248.0 154.4 1.0000 1.0000
1116.24
224.228
267.38
3
2
155.9 79.4 1.0000 1.0000
2334.91
304.105
388.75
Bảng 2-16: Kết quả các dòng hồi lưu vòng
4. Số liệu về đường TBP của nguyên liệu và sản phẩm
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 21 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
%LV
1
5
10
30
50
70
90
95
98
AGO
DIESEL FEED
KEROSEN NAPHTHA 1A
215.034 192.112 -20.996
117.567
-63.438 -20.996
314.417 251.166 64.203
171.552
6.096 64.203
335.563 265.778 97.903
182.947
33.941 97.903
367.576 293.352 237.254
205.219
77.384 237.254
388.541 312.773 365.454
224.012
103.219 365.454
412.219 331.849 462.503
244.343
131.851 462.503
455.529 357.507 671.439
271.666
166.222 671.439
473.889 368.875 767.982
283.368
177.855 767.982
505.17 389.025 842.098
305.741
190.824 842.098
Bảng 2-17: Số liệu đường TBP cho các dòng
Đường TBP
oC
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
-100 0
Nguyên liệu
AGO
Diesel
Kerosen
Naphtha
20
40
60
80
100 %V
Hình 2.4 : Đường TBP cho nguyên liệu và sản phẩm
2.2.7. Kết quả khi tăng lượng Kerosen
Sau khi đã thành lập được mô hình mô phỏng và đã so sánh với số liệu thực
tiễn, kết luận cho thấy là mô hình tỏ ra phù hợp với các điều kiện thực. Từ đó ta có
thể thực hiện việc thay đổi các thông số mô hình để áp dụng vào thực tiễn hay để
nghiên cứu tính kinh tế của việc thay đổi đó.
Dưới đây sẽ thực hiện việc thay đổi thông số nhằm gia tăng lượng sản phẩm
kerosen. Vấn đề đặt ra ở đây đó là do yêu cầu và giá cả của gasoil và nhiên liệu
phản lực thay đổi, giám đốc nhà máy quyết đònh gia tăng sản lượng kerosen và giảm
lượng naptha. Trước khi thực hiện thay đổi ở phân xưởng, bộ phận kinh tế cần các số
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 22 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
liệu kỹ thuật để ước tính lợi nhuận. Để thực hiện việc thay đổi, ta sẽ chuyển các vật
liệu ở phần cuối của naphtha sang phần đầu của kerosen bằng cách giảm đặc tính
làm việc của tháp, điểm D86 95% của naphtha sẽ giảm từ 1710C xuống 1650C. Tuy
nhiên việc thêm các vật liệu nhẹ vào kerosen sẽ làm giảm nhiệt độ chớp lửa của nó.
Để gia tăng nhiệt độ chớp lửa ta sẽ gia tăng lượng hơi nước stripping kerosen. Điểm
chớp lửa có thể chấp nhận được khi điểm D86 5% là 186 0C.
Kết quả được trình bày tóm tắt ở các bảng 2-18 và 2-19, kết quả cụ thể nằm
trong báo cáo của chương trình.
Dòng
Trường hợp chuẩn
Trường hợp tăng lượng
nhiên liệu phản lực
Dòng hơi stripping
1814 kg/h
2443 kg/h
3
kerosen
173 m /h
167 m3/h
Naphtha
97.4 m3/h
105 m3/h
Kerosen
86.4 m3/h
84.9 m3/h
Diesel
126 m3/h
126 m3/h
Gasoil (AGO)
312 m3/h
312
Cặn
Bảng 2-18: Lưu lượng dòng cho hai trường hợp
Công suất (106 kcal/h)
Trường hợp chuẩn
Trường hợp tăng lượng
nhiên liệu phản lực
Thiết bò ngưng tụ
-36.02
-36.70
Hồi lưu vòng đỉnh
-12.10
-12.60
Hồi lưu vòng diesel
-12.08
-12.60
Hồi lưu vòng AGO
-10.21
-10.08
Vùng flash (lò đốt)
79.02
78.18
Bảng 2-19: So sánh công suất nhiệt của 2 trường hợp
* Việc mở rộng mô hình nghiên cứu có thể dựa trên các chi tiết về giá thành của sản
phẩm, các chi phí nhiệt của hơi, nồi tái đun và thiết bò ngưng tụ, từ đó dùng mô hình
optimizer để tìm ra các thông số vận hành tối ưu để thu được lợi nhuận tối đa.
2.2.8 Nghiên cứu mô hình
2.2.8.1 nh hưởng của nhiệt độ dòng hồi lưu vòng quay về tháp
* Xét ảnh hưởng lên khối lượng phân tử các dòng naptha, 15 và 17
Nhiệt độ hồi lưu vòng đáy oC
Nhiệt độ hồi lưu vòng giữa oC
Hồi lưu vòng đỉnh oC
KLPT dòng 17
KLPT dòng 15
KLPT dòng naptha
232.22
154.44
79.444
238.19
169.21
97.339
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
242.22
164.44
89.444
237.98
169.15
97.334
252.22
174.44
99.444
237.74
169.09
97.329
262.22
184.44
109.44
237.44
169.02
97.323
272.22
194.44
119.44
237.07
168.93
97.316
Trang - 23 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Nhiệt độ trả về của các dòng hồi lưu vòng không ảnh hưởng đến bản chất của các
dòng 15, 17 và naptha
* Xét ảnh hưởng lên lưu lượng dòng 15, 17, naptha, kerosen và diesel
Nhiệt độ hồi lưu vòng đáy oC
Nhiệt độ hồi lưu vòng giữa oC
Hồi lưu vòng đỉnh oC
Lưu lượng dòng naptha
+ kg/h
+ m3/h
Lưu lượng dòng 15
+ kg/h
+ m3/h
Lưu lượng dòng kerosen
+ kg/h
+ m3/h
Lưu lượng dòng 17
+ kg/h
+ m3/h
Lưu lượng dòng diesel,
+ kg/h
+ m3/h
232.22
154.44
79.444
242.22
164.44
89.444
252.22
174.44
99.444
262.22
184.44
109.44
272.22
194.44
119.44
126750 126730 126700 126670 126630
173.04 173.02 172.98 172.94 172.9
97228
119.06
97091
118.91
96934
118.72
96747
118.5
96519
118.23
80316
97.849
80184
97.697
80032
97.515
79851
97.302
79631
97.041
93401
108.56
93297
108.45
93169
108.32
92997
108.14
92759
107.89
75077
86.716
74976
86.611
74853
86.479
74687
86.304
74461
86.056
Nhiệt độ trả về của các dòng hồi lưu vòng tăng làm giảm lưu lượng của các dòng 15,
17, naptha, kerosen và diesel.
* Xét ảnh hưởng lên tỷ số hồi lưu
Nhiệt độ hồi lưu vòng đáy oC 232.22 242.22 252.22 262.22 272.22
Nhiệt độ hồi lưu vòng giữa oC 154.44 164.44 174.44 184.44 194.44
Hồi lưu vòng đỉnh oC
79.444 89.444 99.444 109.44 119.44
3
Lưu lượng dòng hồi lưu, m /h 177.48 177.89 178.32 178.89 179.61
Tỷ số hồi lưu (mol)
0.746 0.7478 0.7497 0.7522 0.7554
Nhiệt độ trả về của các dòng hồi lưu vòng làm tăng tỷ số hồi lưu và tất nhiên làm
lượng hồi lưu tăng.
* Như trên đã đề cập việc thay đổi các thông số này sẽ không làm ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm, bởi chương trình sẽ chỉ tính riêng ảnh hưởng của các thông số
này và vẫn bảo đảm yêu cầu làm việc của tháp.
6.2 nh hưởng của việc thay đổi chất lượng sản phẩm
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 24 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Ở đây xét ảnh hưởng lần lượt của việc tăng điểm 95% trên đường ASTM D86 của
dòng naptha, kerosen, diesel lên công suất của lò đốt (nhiệt độ của dòng nguyên liệu
đi vào tháp) , và lên các dòng nguyên liệu đi vào tháp stripping
D86-95% của NAPTHA
171.1 176.1 181.1 186.1 191.1
6
Công suất lò đốt (10 kcal/h)
78.154 78.081 78.045 77.97 77.901
0
Nhiệt độ nguyên liệu C
379.75 379.62 379.56 379.43 379.31
Bảng 2-20: nh hưởng của chất lượng naptha
D86-95% của KEROSEN
271.1 276.1 281.1 286.1
6
Công suất lò đốt (10 kcal/h)
78.155 78.393 78.748 79.049
0
Nhiệt độ nguyên liệu C
379.75 380.17 380.79 381.31
3
119.07 125.51 133.85 140.12
Lưu lượng dòng 15 (m /h)
Bảng 2-21: nh hưởng của chất lượng kerosen
291.1
79.426
381.97
147.46
D86-95 của DIESEL
351.67 356.67 361.67 366.67
6
Công suất lò đốt (10 kcal/h)
78.153 76.714 74.748 73.075
0
Nhiệt độ nguyên liệu C
379.75 377.23 373.76 370.82
3
Lưu lượng dòng 17 (m /h))
108.56 118.42 129.06 136.78
Bảng 2-22 : Ảnh hưởng của chất lượng diesel
371.67
70.241
365.83
145.59
TBP-95 của AGO
473.89 478.89 483.89 488.89
6
Công suất lò đốt (10 kcal/h)
78.146 81.191 84.853 89.162
0
Nhiệt độ nguyên liệu C
379.74 385.05 391.44 398.95
3
Lưu lượng dòng 19 (m /h)
132.63 145.58 160.94 178.96
Bảng 2-23: nh hưởng của chất lượng AGO
493.89
94.231
407.79
199.51
D86-95% của NAPTHA
171.1 176.1 181.1 186.1 191.1
D86-95% của KEROSEN
271.1 271.1 271.1 271.1 271.1
D86-95 của DIESEL
351.67 351.67 351.67 351.67 351.67
TBP-95 của AGO
473.89 478.89 483.89 488.89 493.89
6
Công suất lò đốt (10 kcal/h)
78.143 81.129 84.749 89.007 94.034
0
Nhiệt độ nguyên liệu C
379.73 384.95 391.26 398.68 407.45
3
Lưu lượng dòng 15 (m /h))
119.06 109.98 103.41 95.06 86.153
3
Lưu lượng dòng 17 (m /h))
108.56 111.58 114.19 117.41 121.05
3
Lưu lượng dòng 19 (m /h))
132.64 144.84 159.63 176.91 196.68
Bảng 2-24: nh hưởng của việc thay đổi đồng thời chất lượng 4 dòng sản phẩm
* Nhận xét:
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 25 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
- Chỉ trừ trường hợp xét riêng cho dòng diesel, các trường hợp còn lại công suất lò
đốt và tất nhiên là nhiệt độ nguyên liệu tăng khi điểm D85-95% tăng. Qua các bảng
ta thấy ảnh hưởng đồng thời của 4 dòng lên công suất lò đốt gần giống với trường
hợp tăng điểm TBP-95 của AGO. Lưu ý cho trường hợp nhiệt độ dòng nguyên liệu
tăng quá 4000C vì đây là ngưỡng giới hạn nhiệt độ, nếu quá 4000C thì dầu sẽ bò phân
hủy
- Khi điểm D86-95% tăng thì lưu lượng các dòng 15, 17, 19 đi vào tháp stripping đều
tăng. Tuy nhiên có sự phân phối lại lưu lượng các dòng này khi xét ảnh hưởng đồng
thời của chất lượng 4 dòng sản phẩm. Có một trường hợp bất thường là của dòng 15
(bảng 2-24), trong khi lưu lượng các dòng 17 và 19 tăng thì dòng này lại giảm.
6.3 Ảnh hưởng của việc ‘cắt’ hợp phần nặng của dòng nhẹ hơn lên điểm D86-5%
của dòng nặng hơn
Khi giảm giá trò điểm D86-95% của dòng nhẹ hơn sẽ làm cho điểm D86-5% của
dòng nặng hơn giảm. Điều này có thể giải thích như sau: Mặc dù các cấu tử thuộc
vùng 95% trở đi là các cấu tử nặng của dòng nhẹ nhưng lại chính là các cấu tử nhẹ
nhất (thuộc vùng đầu) của dòng nặng hơn. Các giá trò cụ thể được trình bày dưới đây.
TBP95%-AGO
473.89 468.89 463.89 458.89 453.89
TBP5%-Cặn
378.09 372.64 364.72 356.32 349.97
Bảng 2-25 : ảnh hưởng của TBP-95% của dòng AGO lên dòng cặn
D86-95%-DIESEL
351.67 346.67 341.67 336.67 331.67
D86-5%-AGO
325.29 322.46 318.66 314.96 310.63
Bảng 2-26: ảnh hưởng điểm D86-95% của dòng diesel lên dòng AGO
D86-95%-KEROSEN
271.1 266.1 261.1 256.1 251.1
D86-5%-DIESEL
266.35 260.81 256.09 251.86 245.42
Bảng 2-27: ảnh hưởng của điểm D86-95% của dòng kerosen lên dòng diesel
D86-95%-NAPTHA
171.1 166.1 161.1 156.1 151.1
D86-5%-KEROSEN
189.17 185.09 180.17 176.09 172.41
Bảng 2-28: ảnh hưởng của điểm D86-95% của dòng naptha lên dòng ker osen
2.3 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG LOẠI NƯỚC TRÊN GIÀN CPP
2.3.1 Vấn đề
Mô phỏng quá trình hoạt động của phân xưởng loại nước sử dụng TEG trên giàn
CPP. Lượng TEG mất mát là một trong các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng của cụm xử lý nước. Dựa trên các số liệu thực tiễn của giàn để ước tính lượng
TEG mất mát hàng năm do bay hơi. Từ số liệu tính được trên mô hình có thể so sánh
với kết quả thực từ đó có thể tìm ra nguyên nhân để hạn chế lượng TEG mất mát
hàng năm. So sánh kết quả khi dùng DEG 97% thay thế
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 26 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ TEG lên chất lượng dòng khí khô và một số
thông số khác.
2.3.2 Các dữ liệu của quá trình
Dòng nguyên liệu được thiết lập bằng cách trộn lẫn dòng khí HC khô (dòng ‘1G’ và
dòng nước (dòng ‘1W’) để tạo ra dòng khí ướt thực (dòng ‘1’). Bảng 4.1 trình bày
thành phần dòng kèm theo các điều kiện nhiệt của 2 dòng nguyên liệu và dòng TEG
nghèo (dòng ‘3’). Hệ đơn vò được dùng cho số liệu đầu vào là hệ đơn vò Anh còn số
liệu đầu ra là hệ SI.
Tên dòng
Cấu tử
1 CO2
2 H2S
3 C1
4 C2
5 C3
6 iC4
7 nC4
8 iC5
9 nC5
10 nC6
11 nC7
12 H2O
13 TEG
Lưu lượng
3 (TEG nghèo)
%khối lượng
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
1.400
98.600
2.2712 m3/h (600
gal/h)
0
Nhiệt độ ( C)
26.67 (80 F)
26.67 (80 F)
54.44 (130 F)
Áp suất (atm)
50 (720 psig)
50 (720 psig)
50 (720 psig)
Bảng 2-29 : Thành phần và điều kiện các dòng
Tháp
C-01
C-02
Áp suất
đỉnh, atm
50
1.0068
1G (khí khô)
Phần mol
1.365
1.700
88.140
6.410
1.710
0.181
0.239
0.069
0.071
0.054
0.061
0.000
0.000
1.104*106 m3/ngày
1W (nước)
kg/ngày
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
380.34
0.000
380.34 kg/ngày
Độ sụt áp
tổng (atm)
0
0.068
Sản phẩm
SPEC
VARY
đỉnh (kgmol/h)
1995.8
4.5359
Nhiệt độ
Công suất
reboiler: 204.44 reboiler
0
C (400 F)
Bảng 2-30: Điều kiện làm việc và thông số kỹ thuật của tháp
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 27 -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ loại nước bằng glycol điển hình
Khí ướt đi vào đáy tháp tiếp xúc, ở đó nó bay lên và gặp dòng TEG sạch từ
trên đỉnh tháp đi xuống. Dòng khí khô sẽ đi ra đỉnh tháp. Pha lỏng đi ra khỏi đáy tháp
tiếp xúc được giảm áp nhờ van giảm áp, áp suất đầu ra của van là 60 psig. Sau đó
dòng lỏng này trao đổi nhiệt với dòng TEG nghèo tại thiết bò trao đổi nhiệt HE-01,
để nâng nhiệt độ lên 170 F. Dòng TEG giàu sau khi qua HE-01 sẽ được đưa qua bồn
chứa tách khí S-02, tại đây các hrocacbon hòa tan sẽ được tách ra. Sau đó dòng
TEG giàu sẽ tiếp tục trao đổi nhiệt với dòng TEG nghèo đi ra từ đáy tháp tái sinh để
nâng nhiệt độ lên 240 F, rồi đi vào tháp tái sinh. Dòng TEG nghèo cùng với dòng
TEG bổ sung được bơm P-01 đưa qua thiết bò làm mát HE-03 để giảm nhiệt độ xuống
còn 130 F, rồi đi vào tháp tiếp xúc
2.3.3 Các phương pháp nhiệt động và dữ liệu
Để tính toán các dữ liệu cân bằng và entanpi cho hệ loại nước bằng glycol, ta
sử dụng gói dữ liệu đặc biệt GLYCOL của chương trình. Các dữ liệu chứa trong gói
này được điều chỉnh cho một khoảng rộng các giá trò nhiệt độ và áp suất điển hình.
2.3.4 Lập mô hình mô phỏng
Tháp tiếp xúc được mô hình hóa thành tháp có 3 đóa lý thuyết, không có
reboiler và thiết bò ngưng tụ.
Tháp tái sinh có 3 đóa lý thuyết kể cả reboiler. Dòng glycol giàu được đưa vào
đóa thứ nhất. Trong trường hợp muốn đưa thiết bò ngưng tụ vào thì nên nhập vào giá
trò lưu lượng dòng hồi lưu và công suất của thiết bò ngưng tụ sẽ được chương trình
tính.
Thuật toán dùng cho cả hai tháp là thuật toán I/O.
Cũng có thể mô hình hóa tháp tái sinh có sử dụng khí stripping. Trong trường
hợp này thì dùng thêm một tháp có hai hoặc ba đóa lý thuyết để mô phỏng.
Để tạo ra dòng nguyên liệu thực đi vào C-01, sử dụng mô hình Flash S-01 để
trộn đẳng nhiệt hỗn hợp nước và khí tự nhiên theo tỷ lệ đã cho
Các thiết bò trao đổi nhiệt được mô phỏng bằng mô hình Simple HE.
Mô hình SCAL ‘Stream Calculator’ được dùng để tạo ra dòng TEG bổ sung.
Để tính lượng TEG bổ sung, tại đây thừa nhận sự mất mát TEG xảy ra ở các dòng ra
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG
Trang - 28 -
