Tài liệu Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học: Phần mềm mô phỏng PRO / II ppt

- - -    - - -




Báo cáo đề tài nghiên cứu
khoa học

Phần mềm mô phỏng PRO /
II










Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 3 -

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.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 4 -

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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 5 -

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 ).

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 6 -

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

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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC


Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 8 -
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 Ý Nghóa
Đỏ Dữ liệu bắt buộc
Xanh Lục Dữ liệu lựa chọn hay mặc đònh

Xanh Dữ liệu cung cấp bởi người dùng
Vàng Dữ liệu nghi vấn. Cảnh báo rằng dữ liệu mà người dùng
cung cấp nằm ngoài khoảng bình thường.
Xám Vùng dữ liệu không có sẵn cho người dùng
Đen 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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 9 -
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.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 10 -

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.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 11 -
Cấu tử Phần mol
C
2

C
3

iC
4

nC
4
iC
5
nC
5

0.011
0.5528
0.1716
0.2569
0.0055
0.0020
Tổng 0.9999
Bảng 2-1: Thành phần sản phẩm đỉnh

Cấu tử Phần mol Cấu tử Phần mol
C
2

C
3

iC
4

nC
4
iC
5

0.0087
0.4369
0.1357
0.2056
0.0609
nC
5

nC
6

nC
7
nC

8

nC
9

nC
10

0.0666
0.0532
0.0242
0.0056
0.0020
0.0006
-Lưu lượng (tấn/ngày) 1451
-p suất (bar) 11.5
-Nhiệt độ (
0
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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 12 -
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
Lưu lượng, kgmol/h
1473.4706 308.9442 1164.526
Nhiệt độ, oC
73 147.34 58.27
p suất, atm
11.35 11.5 11
Khối lượng phân tử
56.5558 80.6358 50.1675
Pha
Hỗn hợp Lỏng Hơi
Entanpi, kcal/kg-Mol
4289.7481 7174.11 5422.189
Cp, KCAL/KG-C
0.58 0.7485 0.49
Cấu tử
ETHANE
8.70E-03 1.58E-14 0.011
PROPANE
0.4369 8.11E-08 0.5528
IBUTANE

0.1357 4.41E-04 0.1716
BUTANE
0.2056 0.0118 0.257
IPENTANE
0.0609 0.2723 4.82E-03
PENTANE
0.0666 0.3072 2.77E-03
HEXANE
0.0532 0.2537 1.48E-06
HEPTANE
0.0242 0.1154 1.82E-09
OCTANE
5.60E-03 0.0267 6.01E-13
NONANE
2.00E-03 9.54E-03 3.66E-16
DECANE
6.00E-04 2.86E-03 1.66E-19
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





Bảng 2-4: Tỷ số hồi lưu của tháp C-02
Mol Khối lượng Thể tích
Dòng hồi lưu/ nguyên liệu
Dòng hồi lưu/dòng distillal
0.7087

0.8967
0.6698
0.9554
0.6843
0.9265
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 13 -
Lưu lượng
Lỏng Hơi Nguyên liệu Sản phẩm
Đóa
Nhiệt độ
0 C
Áp suất
ATM
KG-MOL/HR
Công suất nhiệt
M*KJ/HR
1C 58.3 11.00 1041.7 1164.5V -17.9456
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 1301.8 308.9L 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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 14 -
- 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.

Kết quả chưa tối ưu Kết quả tối ưu
Đóa nạp liệu 8 10
Công suất nồi tái đun (10
6
kcal/h) 6.8282 6.5070
Công suất thiết bò ngưng tụ (10
6
kcal/h) -4.6183 -4.2965
Tỷ số hồi lưu (mol) 0.9637 0.8967
Kết quả thiết kế:
• Đường kính (mm)
• Số van trên một đóa
• Bề rộng ống chảy chuyền (mm)
- ống chảy chuyền bên
- ống chảy chuyển giữa
- ống chảy chuyền lệch tâm

2591
470

211.498
157.233

176.044

2438
401

210.391
160.582
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
(10
6
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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 15 -
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 10
6
xkcal/h -4.6185 -6.7691 -7.7689 -8.8155 -9.9825 -11.267
Công suất nồi tái đun
(10
6
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 m

3
/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


Dòng Lưu lượng
Nước loại ra
Naptha
Kerosen
Diesel
AGO
Cặn khí quyển
8750 kg/h
170 m
3
/h
115 m
3
/h
95 m
3
/h
150 m
3
/h
Chưa biết
Bảng 2-9: Số liệu áp suất Bảng 2-10 : Lưu lượng các dòng 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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 16 -
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
0
C F Cấu tử % LV
C2
C3
iC4
nC4

iC5
nC5
0.1
0.2
0.3
0.7
0.5
1.2
3
5
10
20
30
40
50
60
70
80
100
36.1
65.0
97.8
165.5
237.2
310.0
365.6
410.0
462.8
526.7
871.1

97.0
149.0
208.0
329.9
459.0
590.0
690.1
770.0
865.0
980.1
1600.0
Tổng : 3%
Tỷ trọng trung bình: 29.2
0
API
Lưu lượng 5000 thùng/h
Nhiệt độ 233
0
C
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
0
C
Điểm 95% D86 của Naphtha 171
0
C
Điểm 95% D86 của Kerosen 271

0
C
Điểm 95% D86 của Diesel 352
0
C
Điểm 95% D86 của Gasoil 475
0
C
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
0
C).
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.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 17 -

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.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TRUNG Trang - 18 -
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.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -