Sử dụng pro II để thiết kế tháp chưng cất

Mô phỏng chưng cất hỗn hợp benzene, toluene, ethylbenzene và o–xylene
bằng Pro/II SIMSCI
I/ Bài toán
Chưng cất hỗn hợp gồm 30% mol benzene, 25% mol toluene, 40% mol ethylbenzene và 5%
o-xylene,dòng nhập liệu FEED có suất lượng mole 100 kmol/h, nhiệt độ 300K với áp suất
101.33 kPa.
a). (Flash) Để tăng hiệu suất tách benzene ở tháp chưng cất nên ban đầu ta cho qua thiết bị
tách sơ bộ lỏng- hơi flash drum ở nhiệt độ 370 K. Dòng lỏng được gia nhiệt lên 400K khi
qua Simple Hx. Dòng vapor và liquid được hòa trộn bởi Mixer rồi tiến hành chưng cất. Xác
định:



Thành phần lỏng hơi của từng dòng vapor, liquid sau thiết bị Flash
Năng suất nhiệt của thiết bị tách.

b). (Shortcut - Distillation – Side column) Dòng đi khỏi mixer đi lần lượt vào các tháp
chưng cất. Người ta tận dụng tháp chưng cất T1 (50 mâm) có gắn 1 tháp phụ (stripper
column- 10 mâm)
Tháp T1: Mong muốn tách 99% benzene ở SP đỉnh và 1% benzene ở đáy, R/ Rmin =1,5.
Nhập liệu được khảo sát ở vị trí mâm 44, chưng ở áp suất dư 200 kPa. Side-column ở áp suất
chân không 40 kPa.
Dòng sản phẩm đáy tháp T1 đi vào tháp 2 nhằm mong muốn thu hồi 99% mol toluene ở
đỉnh, 1% mol toluene cùng hỗn hợp Ethylbenzene- o-Xylene, R/Rmin = 2
Dòng sản phẩm đáy của tháp 2 tiếp tục đi vào tháp chưng cất 3 mong muốn tách thành hỗn
hợp có 99% mol Ethylbenzene ở đỉnh; đáy chứa 99% mol o-xylene, R/Rmin = 2.5
Dòng sản phẩm đỉnh của tháp 1, 2 và dòng sản phẩm đáy của tháp phụ được trộn lại và đi vào
tháp thứ 4 để thu hồi benzene và toluene với nồng độ cao hơn, R/ Rmin = 3,5, nồng độ
benzene ở dòng SP đỉnh và đáy lần lượt mong muốn là 99% va 1%.
Dòng nước từ condenser có suất lượng 4 kmol/h cho cả 4 tháp
Xác định:



Số đĩa lý thuyết tối thiểu của từng tháp bằng phương pháp Shortcut



Chỉ số hồi lưu thực tế từng tháp



Heat duty: nhiệt nồi đun từng tháp

c). (Case study) Vẽ đồ thị biễu diễn nồng độ toluene của dòng sản phầm đáy ra khỏi tháp 2
theo số mâm nhập liệu (Feed tray) của tháp distillation 2

1


d). (Optimizer) Tối thiểu chi phí nồi đun (Heat Duty) cho tháp tách ethylbenzene và oxylene (tháp 3)
II/ Quy trình mô phỏng bài toán:
Bước 1: Chọn hệ đơn vị đo

Bước 2: Nhập các cấu tử trong hệ

Trong bài là: bezene, toluene, ethylbanzene, o-xylene và nước.
Bước 3: Nhập mô hình nhiệt động

2

Tùy thuộc vào từng bài toán cụ thể mà ta sẽ chọn mô hình nhiệt động thích hợp. Ở đây chọn
mô hình Grayson-Streed

Bước 4: Thiết lập mô hình mô phỏng:
1. Flash:
1.1. Thiết bị phân tách lỏng hơi Flash:

3


•

Thông số dòng nhập liệu FEED:

4


•

Thông số của flash

1.2. Thiết bị Simple HX và Mixer:

5


•

Simple HX:

Chọn dòng lạnh

Thông số:

6


•

Mixer:

7


2. Shortcut - Distillation – Side column:
2.1. Thiết bị shortcut:
Nhập các thông số cho
thiết bị shortcut:

8


Chạy phân tích kết quả
Sau khi đã nhập đầy đủ các dữ kiện cần thiết, ta nhấn vào nút run (mũi tên tam giác)
để chương trình phân tích các dữ kiện vừa đưa vào. Ta sẽ biết được suất lượng 2 dòng
ra và số mâm tối thiểu của tháp chưng cất. Ở đây ta do ta tận dụng tháp chưng cất
T1 (50 mâm) có gắn 1 tháp phụ (stripper column- 10 mâm) nên sử dụng số mâm tối
thiểu cho tháp distillation.

2.2. Tháp Distillation:

Ta
thay

shortcut bằng distillation và thêm 1 dòng nước ra ở đỉnh.

9


Nhập các thông số:

10


11


2.3. Side Column

Vào
tháp
distillation T1
thêm dữ liệu cho
side
side
column:

Nhập dữ liệu
cho side column:

12


Bước 5: Tính toán kết
quả:

13


Mô hình trên là mô hình sau cùng khi thêm các tháp T2, T3 và T4. Các tháp này
được thiết lập tương tự tháp T1 bằng cách sử dụng shortcut và sử dụng kết quả số
mâm xuất ra từ shortcut làm số mâm thực.
a). Thành phần lỏng hơi của từng dòng vapor, liquid sau thiết bị Flash

14


15


•

Năng suất nhiệt của thiết bị tách Flash:

•

Số đĩa lý thuyết tối thiểu của từng tháp bằng phương pháp Shortcut:

•

Chỉ số hồi lưu thực tế từng tháp
Tháp T1

b).

Cái này ai chạy mà còn giữ lại kết quả
shortcut gửi t đi chứ có nước làm lại mới
ra 

Tháp T2

16


Tháp T3

Tháp T4

•

Heat duty: nhiệt nồi đun từng tháp

c). (Case study) Đồ thị biễu diễn nồng độ toluene của dòng sản phầm đáy ra
khỏi tháp T2 theo số mâm nhập liệu (Feed tray) của tháp T2

17


d) (OPTIMIZER) Tối thiểu chi phí nồi đun (Heat Duty) cho tháp tách
ethylbenzene và o-xylene (tháp T3)?? Làm lại tháp khác đi Sơn!

Bước 6: Kết quả sau khi tách hỗn hợp:
18


Kết quả dòng benzene

19


•

Kết quả dòng toluene

20


•

Kết quả dòng ethylbenzene:

21


•

Kết quả dòng o-xylene:

22

23