Tài liệu CHƯƠNG 1: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẰNG PHẦN MỀM HYSIS. doc

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

CHƢƠNG 1
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
POLYPROPYLENE BẰNG PHẦN MỀM
HYSIS
1.1. Những thông số ban đầu: [29]
- Công suất của nhà máy : 150.000 (tấn/năm);
- Dải công suất hoạt động của nhà máy : (50 ÷ 100)% công suất thiết kế;
- Nhà máy hoạt động : 8000 (giờ / năm);
- Xúc tác hiệu suất cao, tiêu thụ tối đa đạt (0,033 ÷ 0,05) kg/tấn sản phẩm;
Yêu cầu đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu Propylen
Nguyên liệu propylen từ phân xưởng thu hồi propylen (PRU) của Nhà máy lọc
dầu sẽ được chuyển đến phân xưởng PP bằng đường ống. Phần propylen nhập sẽ được
chuyển đến các bể chứa đặt tại khu bể chứa sản phẩm của Nhà máy . Các đặc tính và
điều kiện biên của nguyên liệu được chỉ ra dưới đây:
Áp suất : 26 kg/cm
2
g
Nhiệt độ : Môi trường
Trạng thái: Lỏng
Bảng 1 : Thành phần của nguyên liệu từ nhà máy lọc dầu

Tinh khiết
Propylen, % thể tích, tối thiểu
99,5
Hyđrô, phần triệu thể tích, tối đa
20
Loại
0,5

Nitơ, Mêtan, phần triệu thể tích, tối đa
100
Etan, phần triệu thể tích, tối đa
200
C4, C5, Hydrocarbon no, phần triệu
thể tích, tối đa
200
Etylen, phần triệu thể tích, tối đa
100
Buten, phần triệu thể tích, tối đa
100
Penten, phần triệu thể tích, tối đa
10

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Độc tố:

Acetylen, phần triệu thể tích, tối đa
5
Metylacetylen, phần triệu thể tích, tối đa
3
Propadien, phần triệu thể tích, tối đa
5
Butadien, phần triệu thể tích, tối đa
50
C6-C12, phần triệu thể tích, tối đa
20
Ôxy, phần triệu thể tích, tối đa
2

CO, phần triệu thể tích, tối đa
0,03
COS, phần triệu thể tích, tối đa
0,02
Lưu huỳnh tổng số, phần triệu khối lượng tối
đa,
1
Metanol, phần triệu thể tích, tối đa
5
Isopropanol, phần triệu thể tích, tối đa
15
Nước, phần triệu khối lượng, tối đa
2
Asen, phần triệu thể tích, tối đa
0,03
Phosphin, phần triệu tểh tích, tối đa
0,03
Ammonia, phần triệu khối lượng, tối đa
5
Cyclopentadien, phần triệu thể tích, tối đa
0,05

 Đặt tính kỹ thuật khí chứa Hydrogen:
Khí chứa hydro từ phân xưởng Reforming của Nhà máy lọc dầu được đưa đến
phân xưởng PP có đặc tính kỹ thuật như sau:
Áp suất: 50 kg/cm
2
g

Nhiệt độ: Môi trường

Trạng thái: Khí




Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Bảng 2 : Thành phần của khí chứa hydro

Tinh khiết
Hyđrô, % thể tích, tối thiểu
99,5
Nitơ, Metan, , % thể tích, tối thiểu
tới 0,5
Độc tố:

CO, phần triệu thể tích, tối đa
0,5
CO2, phần triệu thể tích, tối đa
5
Ôxy, phần triệu thể tích, tối đa
5
Nước, mg/Nm
3
, tối đa
2
Lưu huỳnh tổng thể, phần triệu khối lượng, tối đa
1
Thuỷ ngân (từ điện phân), mg/Nm
3

, tối đa
2
Acetylen (từ cracking), phần triệu thể tích, tối đa
10
Ammonia (từ n/m đạm), phần triệu khối lượng, tối đa
5
1.2. TÍNH CÁC GIÁ TRỊ BAN ĐẦU CHO QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG
(Thực tế nhà máy có hệ thống điều khiển lưu lượng từng dòng nhưng trong
mô phỏng tỉnh ta phải tính toán các số liệu ban đầu để đưa vào mô phỏng)
Giả thiết : Dòng sản phẩm ra trong mỗi thiết bị phản ứng hầu như không chứa
hydro.
Lượng tiêu thụ xúc tác thấp nhất trong 1 h
Độ chuyển hóa Propylen tổng : 50 %
Bảng 3 : Độ chuyển hóa của Propylen và Hydro trong từng thiết bị phản ứng
TBPƯ preR
C% H2
100%
C% C3H6
5%
TBPƯ R1
C% H2
100%
C% C3H6
50%
TBPƯ R2
C% H2
100%
C% C3H6
40%

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Lượng Propylene nguyên liệu thương mại ban đầu ( make-up) là:
F = 150000 ( Tấn )
Lưu lượng khối lượng Propylene nguyên liệu thương mại ( make-up) là
F
Propylene make-up
=
8000
10*150000
3
= 18750 ( kg/h )
Lưu lượng khối lượng Propylene hồi lưu là
F
Propylene hồi lưu
= 18750 ( kg/h) ( vì hiệu suất PƯ đạt 50% )
Tổng lượng Propylen đưa vào đầu quá trình là
F
Propylene
= F
Propylene make-up
+ F
Propylene hồi lưu
= 37500 ( kg/h )
Tổng lượng Propylen tinh khiết đưa vào đầu quá trình là
F
Propylene
=
100
5,99*37500

= 37312.5 ( kg/h )
Gọi :
X : Tổng lượng propylene đưa vào đầu quá trình ( propylene make-up
và dòng propylen hồi lưu)
X
1
lượng propylene vào thiết bị hòa trộn xúc tác trước khi vào thiết bị
PreR
X
2
là lượng propylene vào trực tiếp thiết bị preR
X3 là lượng propylene vào trực tiếp thiết bị R1
X4 là lượng propylene vào trực tiếp thiết bị R2
→ X1 + X2 + X3 + X4 = 37312.5 ( kg / h) ( a )
Tính :
Xét cả quá trình :
Lượng propylen phản ứng là ; =
100
50*5.37312
= 18656.25 ( kg/h)
PƯ :
2500 C
3
H
6
+ H
2
= PP
105200 2.016 105200.016
X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h)

18656.25 0.358 18656.608 (kg/h)
→ Lượng PP sản xuất được trong 1 h : 18656.608 (kg/h)
Lượng hydro tiêu tốn trong 1 h : 0.358 (kg/h)
Lượng xúc tác tiêu thụ trong 1 h :
1000
033.0*608.18656
= 0.616 (kg/h)

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Lượng propylen còn lại : = 37312.5 - 18656.25 = 18656.25 (kg/h)
Xét trong từng thiết bị phản úng :
Độ chuyển hóa của propylen tại PreR là 5%
→ lượng propylen tham gia phản ứng tại PreR là : 5% ( X1 + X2 )
Độ chuyển hóa của propylen tại R1 là 50%
→ lượng propylen tham gia phản ứng tại R1 là : 50%( 95% ( X1 + X2 ) + X3)
Độ chuyển hóa của propylen tại R2 là 40%
→ lượng propylen tham gia phản ứng tại R2 là : 40% (50% (95% ( X1 + X2 ) +
X3) + X4 )
→ Lượng propylen còn lại là : 60%(50%( 95 %( X1 + X2 ) + X3) + X4)
=18656.25 ( b )
→ Tổng lượng propylen phản ứng là : 5% ( X1 + X2 ) + 50 % ( 95%( X1 + X2
) + X3) +40% ( 50% (95% ( X1 + X2 ) + X3) + X4 ) = 18656.25 ( c )

Giả sử lượng propylen vào thiết bị trộn trước khi vào thiết bị PreR là :
X1 = 1000 (kg/h) ( d )
Từ ( a ), ( b ), ( c ), ( d ) giải hệ phương trinh ta được
X2 = 4035.043 (kg/h)
X3 = 6845.017 (kg/h)
X4 = 25437.47 (kg/h)

Ví độ tinh khiết của Propylen là 99.5 % nên
→ Lưu Lượng propylene thực vào thiết bị hòa trộn xúc tác trước khi vào thiết
bị PreR :
F
pro1
= 1000 (kg/h)
Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị preR :
F
pro2
= 4035.043 (kg/h)
Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị R1 :
F
pro3
= 6845.017 (kg/h)
Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị R2 :
F
pro4
= 6845.017 (kg/h)
Lượng propylen tham gia phản ứng tại PreR là : 251.752
→ Lượng propylen tham gia phản ứng tại R1 là : 5814.154
→ Lượng propylen tham gia phản ứng tại R2 là : 12500.638


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Tại thiết bị PreR:
PƯ:
2500 C
3
H

6
+ H
2
= PP
105200 2.016 105200.016
X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h)
251.752 0.00482 251.757 (kg/h)

Tại thiết bị R1:
PƯ:
2500 C
3
H
6
+ H
2
= PP
105200 2.016 105200.016
X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h)
5814.154 0.11142 5814.265 (kg/h)
Tại thiết bị R2:
PƯ:
2500 C
3
H
6
+ H
2
= PP
105200 2.016 105200.016

X X*2.016/105200 X*105200.016/105200 (kg/h)
15200.638 0.23956 12055.877 (kg/h)
Lượng PP trong thiết bị PreR : 251.757 (kg/h)
Lượng PP trong thiết bị R1: 251.757 + 5814.265 = 6066.022 (kg/h)
Lượng PP trong thiết bị R2: 6066.022 + 12055.877 = 18658.606 (kg/h)
Lượng hydro ( tinh khiết )vào thiết bị preR là : 0.0482 ( kg/h)
Lượng hydro vào thiết bị R1 là : 0.11142 ( kg/h)
Lượng hydro vào thiết bị R2 là : 0.23956 ( kg/h)
Vì độ tinh khiết của hydro là 99.5 % nên ta có :
Lưu lượng hydro thực vào thiết bị preR là : 0.0485 ( kg/h)
Lưu lượng hydro thực vào thiết bị R1 là : 0.11198( kg/h)
Lưu lượng hydro thựcvào thiết bị R2 là : 0.24076 ( kg/h)
Tổng Lượng hydro đưa vào là : 0.358 ( kg/h)
Bảng cân bằng vật chất các dòng vào ra của các thiết bị :
( vì qua bơm và tb trao đổi nhiệt thành phần và lưu lượng các dòng vật chất
xem như không đổi nên ta chỉ lập bảng cho các thiết bị PreR, R1, R2, tb tách )

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5



Bảng 4 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị PreR
Thiết bị PreR

Vào (kg/h)
Ra(kg/h)
Propylen
5009
4758
Hydro

0,005
0
Catalyst
0,62
0,62
Propan lẫn trong Propylen
25,2
25,2
Metan lẫn trong H2
1,5.10
-5
1,5.10
-5
N2 lẫn trong H2
1.10
-5

1.10
-5
PP
0
252
Tổng
5036
5036

Bảng 5 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị R1
Thiết bị R1

Vào (kg/h)

Ra(kg/h)
Propylen
11569
5755
Hydro
0,11
0
Catalyst
0,62
0,62
Propan lẫn trong Propylen
59,6
59,6
Metan lẫn trong H2
3,5.10
-4

3,5.10
-4
N2 lẫn trong H2
2,34.10
-4

2,34.10
-4
PP
251.7
6066
Tổng
11881

11881


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


Bảng 6 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị R2
Thiết bị R2

Vào (kg/h)
Ra(kg/h)
Propylen
31065
18564
Hydro
0,24
0
Catalyst
0,62
0,62
Propan lẫn trong Propylen
187,4
187,4
Metan lẫn trong H2
1,07.10
-3
1,07.10
-3

N2 lẫn trong H2

7,15.10
-4
7,15.10
-4

PP
6066
18656
Tổng
37319
37409

Bảng 7 : Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách PP
Thiết bị tách PP

Vào (kg/h)
Ra (kg/h)

đỉnh( kg/h)
đáy(kg/h)
Propylen
18564
18564
0
Hydro
0
0
0
Catalyst
0,616

0,616
0
Propan lẫn trong Propylen
187
187
0
Metan lẫn trong H2
7,15.10
-4

7,15.10
-4

0
N2 lẫn trong H2
7,15.10
-4

7,15.10
-4
0
PP
18656
0
18656
Tổng
37409
18752
18656

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


1.3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NHỜ MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM
HYSYS[30]
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn các sản phẩm dầu mỏ cả về số lượng và chất
lượng, chúng ta phải không ngừng cải tiến về công nghệ và phương pháp sản xuất. Vì
vậy, các công trình nghiên cứu khoa học, các dự án thiết kế được tiến hành, và cùng
với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ
cao, các hệ điều hành siêu việt, các lập trình viên đã góp phần to lớn cho sự ra đời của
các phần mềm mô phỏng.
Trước đây để lên kế hoạch cho một dự án đòi hỏi rất nhiều thời gian, và khả
năng thực hiện dự án đó là khó có thể không thể biết trước được. Nhưng khi các phần
mềm mô phỏng ra đời, thì công việc trở nên nhẹ nhàng đi rất nhiều, chúng ta có thể
mô phỏng hoạt động của các nhà máy trong các chế độ vận hành khác nhau, thay đổi
các thông số làm việc của bất kỳ đơn vị hoạt động nào mà không ảnh hưởng đến quá
trình hoạt động chung của nhà máy. Ngoài ra, với những tính năng của các phần mềm
mô phỏng ta có thể thiết kế được các dự án khác nhau, tìm được phương án tối ưu,
nhanh, cho kết quả khả quan và đạt hiệu quả kinh tế, quan trọng hơn nữa là áp dụng
được cho hầu hết các lĩnh vực của ngành dầu khí và các ngành công nghệ hoá học,
đảm bảo được tính khả thi cho những kế hoạch lớn sẽ được thực hiện trong tương lai.
Một số phần mềm mô phỏng:
- Simsci (PRO//II).
- Hyprotech (HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK).
- Bryan research & engineering (PROSIM, TSWEET).
- Winsim (DESIGN II for Windows).
- IDEAS Simulation.
- Simulator 42.
- RSI.
- Chemstations.

1.3.1. Giới thiệu về phần mềm Hysys
Hysys là phần mềm chuyên dụng dùng để tính toán và mô phỏng công nghệ
được dùng cho chế biến dầu và khí, trong đó các quá trình xử lý và chế biến khí được
sử dụng nhiều nhất.
Hysys chạy trên Windows là phiên bản mới của Hysim, phần mềm này trước
đây dùng trên hệ điều hành MS.Dos.
Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech - Canada thuộc công ty AEA
Technologie Engineering Software - Hyprotech Ltd. Là một phần mềm có khả năng
tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật
toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong
quá trình thiết kế nhà máy chế biến khí. Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

sử dụng tạo các thư viện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng. Ngoài ra Hysys còn có
khả năng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đây chính là
điểm mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử
dụng những dữ liệu ban đầu khác nhau.
Hysys đƣợc thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng:
 Steady Mode: Trạng thái tỉnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá
trình.
 Dynamic Mode: Trạng thái động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở
trạng thái đang vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo
sự thay đổi của một vài thông số.
1.3.2. Các bước mô phỏng sơ đồ công nghệ sản xuất Polypropylene
1.3.2.1. Xây dựng mô hình, điều kiện phản ứng
Xây dựng một quá trình mô phỏng mới bằng cách kích chuột vào New. Kích
chuột vào nút Add trong hộp thoại Simulation Basis Manager mở ra hộp thoại Fluid
Pacakge chọn mô hình nhiệt động là: UNIQUAC – Peng Robinson

Hình 1 : Chọn mô hình nhiệt động cho quá trình
Trong phần Components ta chọn các cấu tử cho trong quá trình.






Phan Duy Dương BKĐN - 05h5



Hình 2 : Chọn cấu tử trong thƣ viện Hysys cho quá trình
Riêng đối với cấu tử Polypropylene, trong thư viện Hysys không có, do vậy ta
phải xây dựng một cấu tử giả. Các bước làm như sau:
Chọn Hypothetical, click vào Quick Create A Solid Hypo…và đặt tên là PP.
Double Click vào PP, đưa vào một số dữ liệu cần thiết như: Khối lượng phân tử, khối
lượng riêng, %C, %H, nhiệt phản ứng. Sau đó Click Estimate Unknown Props để
Hysys tự động tìm những dữ liệu còn lại


Hình 3 : Xây dựng cấu tử giả cho quá trình


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


Hình 4 : Quá trình xây dựng cấu tử giả PP

Trong phần Rxns, Add các cấu tử phản ứng và phương trình phản ứng bằng
cách click chọn Simulation Basis Mgr…, xuất hiện phần Reactions (những phương
trình phản ứng) trong hộp thoại Simulation Basis Manager, sau đó click vào Add
comps để chọn các cấu tử tham gia trong phương trình phản ứng hoá học bằng cách
click chuột vào Add This Group of Component, tiếp tục chọn nút Add Rxn để xác
lập loại phương trình phản ứng xảy ra trong thiết bị, ở đây chọn phương trình phản
ứng dạng chuyển hoá (Conversion) và chọn Add reaction xuất hộp thoại Conversion
Reaction: Rxn 1, sau đó chọn các cấu tử tham gia trong phương trình phản ứng và
nhập các hệ số tỉ lượng (Stoich Coeffs) của phương trình phản ứng. Trong phần Basis
chọn cấu tử Hydrogen (độ chuyển hoá theo Hydrogen). Xong đóng tất cả các hộp hội
thoại, click vào Enter Simulation Environment (vào môi trường mô phỏng) trong
hộp hội thoại Simulation Basis Manager.

Hình 5 : Xây dựng phƣơng trình phản ứng cho quá trình

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


Hình 6 : Xác định cấu tử và hệ số tỉ lƣợng cho phản ứng

Hình 7 : Xác định độ chuyển hóa của phản ứng
Trên thanh công cụ Case (Main) chọn dòng vật chất Material Stream (Hình
mũi tên màu xanh). Click vào hình mũi tên giữ chuột và kéo đặt trên nền cần xây
dựng, Double click vào hình mũi tên vừa xây dựng để nhập các thông số cho dòng
như: Tên dòng, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng của dòng trong phần Conditions.



Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Hình 8 : Xác lập nhiệt độ, áp suất, lƣu lƣợng cho dòng


Hình 9 : Xác lập thành phần cho từng cấu tử trong dòng



Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Trong phần composition ta nhập thành phần ( phần mol hoặc phần khối lượng )
của các cấu tử trong dòng nguyên liệu. Khi dòng chuyển sang màu xanh đậm là đã
thực hiện đúng quá trình.
Các dòng vật chất cho Hydrogen và Xúc tác cũng được xây dựng tương tự.
1.3.2.2. Xây dựng thiết bị phản ứng
Trên thanh công cụ Case (Main) Click vào Conversion Reaction. Double
click vào thiết bị để nhập tên cho dòng nguyên liệu vào, dòng sản phẩm ra, dòng nhiệt
- trong phần Connections


Hình 10 : Xây dựng các dòng vào – ra và các thuộc tính cho TBPƢ
Trong phần Parameters xác định các điều kiện, thông số hoạt động của tháp
như số pha, tổn thất áp suất, thể tích thiết bị, cung cấp nhiệt hay làm lạnh…

Conversion
Reaction

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Hình 11 : Xác lập các điều kiện và thông số cho TBPƢ
Tiếp theo, Click vào Reactions, để xác lập loại phản ứng và phương
trình phản ứng xảy ra trong thiết bị.


Hình 12 : Xác lập các điều kiện phản ứng xảy ra trong TBPƢ
Trong phần Rating, xác lập thiết bị loại hình cầu hay trụ, kiểu đứng hay nằm
ngang (hình 3.13)
Đến đây, về cơ bản đã thiết lập được các điều kiện cũng như thông số kĩ thuật
cần thiết cho một thiết bị phản ứng. Trong sơ đồ công nghệ Spheripol, có ba thiết bị
phản ứng và các bước thực hiện tương tự nhau.


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Hình 13 : Chọn loại trong TBPƢ chuyển hoá
1.3.2.3. Xây dựng các thiết bị tách loại
Trong sơ đồ công nghệ Hypol II thiết bị tách dòng khí ra khỏi sản phẩm
Polypropylene (HPS) là thiết bị lọc dạng túi. Khí thu được ở phần đỉnh đưa đi thu hồi
Propylene để tuần hoàn lại quá trình. Sản phẩm thu được ở đáy.
Trên thanh công cụ Case (Main) Click vào Solid Ops→ Baghouse Filter.
Double click vào thiết bị để nhập tên cho dòng nguyên liệu vào, dòng sản phẩm ra, -
trong phần Connections ( hình 3.14); Trong phần Parameters nhập tổn thất áp suất cho
các túi ( hình ) Baghouse Filter


Hình 14 : Xây dựng các dòng vào – ra và các thuộc tính cho thiết bị tách

Hình 15 : Xác lập tổn thất áp suất trong các túi

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


Sau khi thực hiện xong các thao tác xây dựng trên, ta được một sơ đồ mô phỏng
chung cho dây chuyền sản xuất của phân xưởng Polypropylene như hình
sau


Hình 16 : TỔNG QUAN SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN
XUẤT POLYPROPYLENE THEO CÔNG NGHỆ Hypol II
1.3.3. Kết quả thu được từ quá trình mô phỏng
Sau khi chạy mô phỏng, thu được kết quả cân bằng vật chất của quá trình như
sau:

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5



Bảng 8 : Cân bằng vật chất của các thiết bị
Thiết bị PreR

Vào (kg/h)
Ra(kg/h)
Propylen
5029
4778
Hydro
0,05
0
Catalyst

0,77
0,77
Propan lẫn trong Propylen
25,28
25,28
Metan lẫn trong H2
1,44.10
-4

1,44.10
-4
N2 lẫn trong H2
9,6.10
-5
9,6.10
-5

PP
0
251,6
Tổng
5056
5056
Thiết bị R1

Vào (kg/h)
Ra (kg/h)
Propylen
11614
5799

Hydro
0.066
0
Catalyst
0,77
0,77
Propan lẫn trong Propylen
59,68
59.68
Metan lẫn trong H2
3,44.10
-4
3,44.10
-4

N2 lẫn trong H2
2,26.10
-4
2,26.10
-4

PP
252
6066
Tổng
11926
11926

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5



Thiết bị R2

Vào (kg/h)
Ra(kg/h)
Propylen
31237
18647
Hydro
0,24373
0
Catalyst
0,77
0,77
Propan lẫn trong Propylen
187,5
187,5
Metan lẫn trong H2
1,074.10
-3
1,074.10
-3

N2 lẫn trong H2
7,16.10
-4

7,16.10
-4

PP
6066
18656
Tổng
37491
37491


Thiết bị tách PP

Vào (kg/h)
Ra(kg/h)

đỉnh( kg/h)
đáy(kg/h)
Propylen
18647
18647
0
Hydro
0
0
0
Catalyst
0,77
0,77
0

Propan lẫn trong Propylen
187,5
187,5
0
Metan lẫn trong H2
7,16.10
-4
7,16.10
-4
0
N2 lẫn trong H2
7,16.10
-4
7,16.10
-4
0
PP
18656
0
18656
Tổng
37491
18835
18656


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Bảng 9 : Bảng tổng kết các dòng vào ra của quá trình mô phỏng

Nhiệt
độ
(
o
C)
Áp
suất
(bar)
Lưu
lượng
(kg/h)
Nhiệt lượng
(kJ/h)
Phần
hơi
Propylene
26
25
18750
3,931.10
6

0
Hydrogen
26
49,03
0,359
4,318

1
Xúc tác
10
25
0,778
-3307
0
Polypropylene
84,35
34,28
1866
-1,225.10
8
0
Propylene hồi lưu
84,35
34,28
1884
8793.10
6
1
Nước làm mát thiết bị preRvào
13,33
1,5
1,959.10
6
-3,108.10
10
0
Nước làm mát thiết bị R

1
vào
26
1,5
8,275.10
4

-3,127.10
8

0
Nước làm mát thiết bị R
2
vào
26
1,5
3,176.10
5

-5,021.10
9
0
H
2
O làm lạnh Pro vào tb trộn
6
1
2200
-3,497.10
7

0
Hơi H
2
O gia nhiệt

Pro vào R1
151
2,7
293
-3,849.10
6

1
Hơi H
2
O gia nhiệt

Pro vào R2
151
2,7
730
9,598.10
6
1
Hơi nước hóa hơi Pro
151
2,7
2400
-3,155.10

7

1






Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


CHƢƠNG 2
TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
2.1. TÍNH TOÁN KÍCH THƢỚC CHO THIẾT BỊ CHÍNH
2.1.1. Các thiết bị phản ứng
Trong Hysys không hỗ trợ việc tự động tính toán thể tích thiết bị phản ứng khi
mô phỏng ở trạng thái tĩnh (với tháp chưng cất thì có) mà chỉ hỗ trợ việc tính toán các
giá trị còn lại như đường kính, bề dày vỏ thiết bị,…khi đã xác lập một giá trị thể tích
nào đó.
Theo tính chất của quá trình như: Phản ứng ở pha lỏng, xúc tác được hoà trộn
trong dòng vật chất, cho nên khi tính toán giá trị kích thước các thiết bị phản ứng phải
thông qua các giá trị như: Lưu lượng thể tích thực (F
v
) và thời gian lưu (T
R
) của lưu
chất trong thiết bị phản ứng.
Các giá trị từ Hysys như sau:
TBPƯ

preR
R
1

R
2

F
v
(m3/h)
9,75
2299
75,97

Theo yêu cầu công nghệ, các thiết bị phản ứng PreR, R1, R2 có thời gian lưu
lần lượt là 6’, 1.25h, 0.75h.
Vậy thể tích hoạt động của các thiết bị phản ứng là:
V (m
3
) = F
v
* T
R
TBPƯ
preR
R1
R2
V (m
3
)

0,975
28,
74
56,9
76
2.1.2. Thiết bị tách loại
Đối với thiết bị loại khí Propylen và rắn Polypropylen với lưu lượng 246.4
(m3/h) thì Hysic có thể tính toán được tất cả các thông số về kích thước thiết bị.
2.1.3. Kết quả thu được từ mô phỏng
Sau khi ta tính toán được các giá trị thể tích của các thiết bị nói trên. Tiến hành
chạy Hysys để hiệu chỉnh các kích thước trên mang tính kinh tế hơn và các kích thước
về bơm, thiết bị trao đổi nhiệt cũng được xác lập. Ta được kết quả sau:


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


TBPƯ
p
reR
R
1

R
2

V (m
3
)
0

,975
2
8,74
5
6,976
Đường kính (m)
0
,939
2
,9
3
,643
Chiều cao (m)
1
,408
4
,35
5
,465

Đối với thiết bị tách loại với lưu lượng 246.4 (m3/h) ta được kết quả như sau:

Thiết bị tách PP
Thời gian lưu (h)
25.74
Số ngăn
1
Diện tích 1 ngăn (m2)
14,2
Tổng diện tích (m2)

14,2
Đường kích hạt (mm)
1
Diện tích túi (m2 )
1,48
Đường kính túi (m)
0,3
Số túi / ngăn
78
Tốc độ dòng khí(m/s)
0,005
Bước túi(m)
0,02
2.2. CÁC THIẾT BỊ PHỤ KHÁC
 Các máy bơm
Có 3 máy bơm kí hiệu lần lượt P-100, P-101, dùng bơm dòng Propylene
nguyên liệu, và xúc tác.Với độ tăng áp qua các bơm là 11 bar. Khi chạy Hysic ta thu
được các thông số kĩ thuật của bơm như sau.
Thiết bị
P-100
P-101

Phan Duy Dương BKĐN - 05h5

Năng suất (m
3
/s)
73,4
38,5.10
-5

Áp suất toàn phần (m)
219,8
55,56
Công suất toàn phần (kcal/h)
2573
0,135
Hiệu suất bơm ( %)
75
75
Tốc độ quay của bơm(rpm)
1800
1800
NPSH
279
126

 Thiết bị trao đổi nhiệt
 Thiết bị trao đổi nhiệt E-01 làm lạnh dòng propylene trước khi vào thiết
bị trộn xúc tác trước khi vào thiết bị tiền phản ứng (PreR);
 Thiết bị trao đổi nhiệt E-02, gia nhệt dòng propylen trước khi đi vào thiết
bị phản ứng thứ nhất ( R1 );
 Thiết bị trao đổi nhiệt E-03, gia nhiệt dòng propylene trước khi vào thiết
bị phản ứng thứ hai ( R2 )
 Thiết bị trao đổi nhiệt E-04, hóa hơi propylene lỏng chưa phản ứng trước
khi vào thiết bị tách;
Khi tiến hành mô phỏng ta biết được lưu lượng của dòng nước làm lạnh và làm
nóng dòng propylene qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-01, E-02, E-03, E-04 lần lượt là
2200 (kg/h), 292.7(kg/h), 730(kg/h), 134720(kg/h). Ta tiến hành thiết kế để tính toán
các thông số thiết bị trao đổi nhiệt như sau:
Trên thanh công cụ Case (Main) Click vào Heat exchanger. Double click vào

thiết bị để nhập tên cho dòng nguyên liệu vào, dòng sản phẩm ra, dòng nhiệt - trong
phần Connections.
Dòng vật chất đi trong ống là dòng Propylen, dòng đi ngoài ống là dòng nước
gia nhiệt (Chọn dòng vật chất đi trong ống hay ngoài ống phụ thuộc nhiều yếu tố: nhiệt
độ, loại lưu chất… Nhưng thông thường dòng đi trong ống là dòng lạnh, dòng đi ngoài
ống là dòng nóng).


Phan Duy Dương BKĐN - 05h5


Hình 17 : Xây dựng thiết bị trao đổi nhiệt
Trong phần Parameters chọn cách thức trao đổi nhiệt (Heat Exchanger Model
)là trong phạm vi mô phỏng tĩnh (Steady state rating). Nhập tổn thất áp suất cho dòng
đi trong ống và ngoài ống.

Hình 18 : Xác lập tổn thất áp suất trong thiết bị trao đổi nhiệt
Trong phần Worksheet nhập lưu lượng hơi thấp áp trao đổi nhiêt.