THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT PHÂN TÁCH HỖN HỢP KHÍ HYDROCACBON

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA

BÀI BÁO CÁO
THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT PHÂN TÁCH HỖN HỢP KHÍ HYDROCACBON

1
Đà Nẵng ngày 18 tháng 10 năm 2017


NỘI DUNG BÁO CÁO

I. Đề tài
II. Đặt vấn đề
III. Thiết kế tháp chưng cất
IV. Tối ưu hóa đĩa nạp liệu bằng Optimizer
V. Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất

2


I. Đề tài

Xây dựng sơ đồ Công nghệ của một phân xưởng phân tách các sản phẩm với nguyên liệu là hỗn hợp khí hydrocacbon có thành phần lưu lượng như sau:

Cấu tử

Phần mol

nC4

0.1

nC5

0.2

nC6

0.4

nC7

0.3

0
Nhiệt độ nguyên liệu là 25 C, áp suất điểm sôi, lưu lượng F=1000 kmol/h. Áp suất đỉnh tháp 7 bar.
Sản phẩm thu được:

⁺
⁺

Sản phẩm đỉnh: 95% C4 & C5
Sản phẩm đấy: 95% C6 & C7

3


II. Đặt vấn đề
Từ kết quả của bài trước, ta có sơ đồ công nghệ của một phân xưởng phân tách hỗn hợp khí hydrocacbon sử dụng bình tách.

Quá trình phân tách không tốt, chất lượng sản phẩm kém.

Thay bình tách bằng tháp chưng cất.

4


III. Thiết kế tháp chưng cất
1. Xác định số đĩa lý thuyết hợp lý và đĩa nạp liệu bằng tháp shortcut
Thay bình tách bằng Shortcut vào sơ đồ PFD của hệ thống với Condenser và Reboiller như hình

5


III. Thiết kế tháp chưng cất
1. Xác định số đĩa lý thuyết hợp lý và đĩa nạp liệu bằng tháp shortcut
Thiết lập các thông số cho Shortcut:
SHORTCUT UID=SCD1
FEED S5
PRODUCT STREAM=S6, RATE(M)=300, PHASE=L, DP=0
PRODUCT STREAM=S7, PHASE=L, DP=0
CONDENSER TYPE=BUBB
EVALUATE MODEL=CONV, TRIAL=50, KEYLIGHT=2, KEYHEAVY=3, RRMIN=2
FINDEX 2
SPEC STREAM=S6,PCT, COMP=1,2,WET, VALUE=95
SPEC STREAM=S7,PCT, COMP=3,4,WET, VALUE=95

Nmin = 7.67 , Rmin = 2.24

Tiến hành chạy chương trình ta được các thông số sau:

FENSKE MINIMUM TRAYS

7.67443

MINIMUM REFLUX RATIO

2.23736

Total trays
13
12

Feed tray
8.23
7.62

Nlt = Rounddown(2*Rmin) = 15
Dự đoán vị trí đĩa nạp liệu bằng hàm trend
R/R-MIN
1.5
1.75

15

9.63

13

8.23

12

7.62

12

7.19

11

6.87

11

6.63

Reflux ratio
3.356
3.915

12

7.19

2

4.475

11

6.87

2.25

5.034

11

6.63

2.5

5.593
6

Dự đoán số đĩa lý thuyết hợp lý là 15, vị trí đĩa nạp liệu là đĩa số 10


III. Thiết kế tháp chưng cất
2. Mô phỏng tháp chưng cất
Dựa vào các thông số trên ta mô phỏng tháp chưng cất với tiêu chuẩn về sản phẩm đỉnh và đáy.

7


III. Thiết kế tháp chưng cất
2. Mô phỏng tháp chưng cất
Thiết lập các thông số cho tháp chưng cất:
COLUMN UID=T1
PARAMETER TRAY=15,IO

FEED S5,10
PRODUCT OVHD(M)=S6, BTMS(M)=S7,700
CONDENSER TYPE=PART, PRESSURE=6.5
DUTY 1,1,,CONDENSER
DUTY 2,15,,REBOILER
PSPEC PTOP=7, DPTRAY=0.01
PRINT PROPTABLE=PART
ESTIMATE MODEL=CONVENTIONAL, RRATIO=3
SPEC ID=COL1SPEC1, STREAM=S6,PCT, COMP=1,2,WET, VALUE=95
SPEC ID=COL1SPEC2, STREAM=S7,PCT, COMP=3,4,WET, VALUE=95
VARY DNAME=CONDENSER,REBOILER
REBOILER TYPE=KETTLE
Tiến hành chạy chương trình ta được các thông số sau:
QR = 5.9612 M*KCAL/HR
Rf = 3.846
D0 = 277.8 KG-MOL/HR
L0 = 1068.42 KG-MOL/HR
8


IV. Tối ưu hóa đĩa nạp liệu bằng Optimizer

Tối ưu hóa đĩa nạp liệu bằng Optimizer với mục tiêu là làm sao giảm năng suất nhiệt (Q R) của thiết bị đun sôi lại là bé nhất. Với đĩa nạp liệu ban đầu là
đĩa số 10 ta tiến hành mô phỏng với khoảng chạy của đĩa nạp liệu từ 2 đến 14.
OPTIMIZER UID=OP1
VARY ID=OPT1VARY1, COLUMN=T1, FTRAY(1), MINI=2, MAXI=14
OBJECTIVE COLUMN=T1, DNAME(KC/H)=REBOILER, MINIMIZE
Kết quả thu được:

⁺

Đĩa nạp liệu tối ưu là đĩa số 9.

⁺

Năng suất nhiệt của thiết bị đun sôi lại là QR = 5.8733 M*KCAL/HR.

⁺

Tỉ số hồi lưu Rf= 3.7869 .

⁺

Lượng lỏng hồi lưu L0 = 1052 KG-MOL/HR.

⁺

Sản phẩm đỉnh lấy ra D0 = 277.8 KG-MOL/HR
ΔQ = 5.9612 –5.8733= 0.0879 M*KCAL/HR

9


IV. Tối ưu hóa đĩa nạp liệu bằng Optimizer
Các thông số vận hành của sơ đồ

Chất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy tăng.

10

V. Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất

1.

Xác định đĩa nhạy cảm

Đĩa nhạy cảm là đĩa mà ở đó có sự thay đổi nhiệt độ nhanh nhất khi điều kiện làm việc của tháp thay đổi. Trong công nghiệp người ta cho phép sai số trong vận
hành là 5% so với thiết kế. Ứng với sự thay đổi lưu lượng ±5% thì nhiệt độ trên đĩa nhạy cảm sẽ thay đổi nhanh nhất và đều nhất so vơi các đĩa khác.

Đĩa

TD

TD+5%

TD-5%

TD-TD+5%

TD-5%-TD

2

98.2

98.2

98.2

0

0

3

107

106.9

107

0.1

0

4

113.6

113.5

113.8

0.1

0.2

5

119.3

119.1

119.5

0.2

0.2

6

124.4

124.1

124.7

0.3

0.3

Khi lưu lượng nguyên liệu thay đổi ±5% thì ta
thấy nhiệt độ trên các đĩa thay đổi không đáng
kế, do đó chỉ lựa chọn thiết bị đo và điều

7

129

128.6

129.4

0.4

0.4

8

133.5

133.1

133.9

0.4

0.4

9

138.6

137.7

138.6

0.9

0

10

141.2

140.8

141.6

0.4

0.4

11

143.8

143.5

144.1

0.3

0.3

12

146.2

146.1

146.4

0.1

0.2

13

148.8

148.7

148.9

0.1

0.1

14

152

151.9

152

0.1

0

khiển đơn giản.

11


V. Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất
2. Sơ đồ điều khiển đơn giản tháp chưng cất

Giá trị setpoint của các thiết bị điều khiển:

⁺
⁺
⁺
⁺

PRC: p=7 bar
FRC(L0): L0 = 1052 KG-MOL/HR
FRC(QR): QR = 5.8733 M*KCAL/HR.
LRC: 1051.9 KG-MOL/HR

12


1/17/18

13