MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ALKYLATION BẰNG PHẦN mềm PRO II HYSYS

 Axit H2SO4 có độ nhớt cao và isobutane hoà tan rất ít trong nó nên công dùngcho khuấy trộn của quá trình lớn và đòi hỏi thời gian lưu lớn hơn so với quátrình dùng xúc tác HF  Phản ứng

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

- 

 -Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cácthầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và thầy cô chuyên ngành CôngNghệ Hóa học- Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy và giúp đỡ em trong suốtthời gian em học tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Lê Thị Như Ý, người trực tiếphướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em Trong quá trình thực hiện đề tài cô đã nhiệt tìnhgiúp đỡ em rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm, giúp em đưa ra cácphương án và giải quyết được các vấn đề thắc mắc

Em xin chúc quý thầy cô sức khỏe và thành công

Trang 2

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ

MÁY LỌC DẦU 1

1.1 Giới thiệu về quá trình Alkylation [1] 1

1.1.1 Phân loại các phản ứng alkylation 1

1.1.2 Các tác nhân alkylation 2

1.2 Giới thiệu quá trình alkylation trong nhà máy lọc dầu 3

1.2.1 Mục đích quá trình 3

1.2.2 Vị trí của phân xưởng Alkylation trong nhà máy lọc dầu 3

1.2.3 Alkylation i-parafin bằng olefin 4

1.3 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình 7

1.3.1 Nguyên liệu 7

1.3.2 Sản phẩm của quá trình 9

1.4 Xúc tác quá trình alkylation 11

1.4.1 Xúc tác H2SO4 11

1.4.2 Xúc tác HF 12

1.5 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình [2] 13

1.5.1 Nhiệt độ phản ứng 14

1.5.2 Tỉ lệ i-C4/olefin 15

1.5.3 Thành phần xúc tác 16

1.5.4 Mức độ khuấy trộn 17

1.5.5 Thời gian lưu 18

1.6 Công nghệ tổng hợp alkylate trong công nghiệp 18

1.6.1 Công nghệ alkylation bằng xúc tác H2SO4 19

1.6.2 Công nghệ alkylation hóa dùng xúc tác HF 26

1.6.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ 28

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROII VÀ HYSYS 30

2.1 Giới thiệu về mô phỏng 30

2.1.1 Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng 30

2.2 Giới thiệu về phần mềm PRO II 31

2.2.1 Tính năng và phạm vi sử dụng 31

2.2.2 Các cụm thiết bị trong PRO II 33

2.2.3 Các bước tiến hành mô phỏng bằng PRO II 34

2.3 Giới thiệu về phần mềm Hysys 34

Trang 3

2.3.1 Tính năng và phạm vị sử dụng 34

2.3.2 Sử dụng chương trình Hysys 36

2.3.3 Ưu điểm của Hysys 37

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ALKYLATION BẰNG PHẦN MỀM PRO II & HYSYS 38

3.1 Dữ liệu ban đầu 38

3.1.1 Thông số các dòng 38

3.1.2 Số liệu về các phản ứng 39

3.2 Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm PRO II 40

3.2.1 Thiết lập sơ đồ mô phỏng theo sơ đồ thực 40

3.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng 41

3.2.3.Chạy chương trình mô phỏng 55

3.2.4.Kết quả mô phỏng 55

3.3 Qúa trình mô phỏng bằng phần mềm Hysys 57

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THU ĐƯỢC TỪ HAI PHẦN MỀM PROII & HYSYS 73

PHỤ LỤC 76

Trang 4

CHƯƠNG 1 DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1 DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU 1

Trang 5

PHỤ LỤC 76

CHƯƠNG 2

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 1 DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION TRONG NHÀ

MÁY LỌC DẦU 1

Trang 7

PHỤ LỤC 76

Trang 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ALKYLATION

TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

1.1 Giới thiệu về quá trình Alkylation [1]

Qúa trình Alkylation là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các hợp chấthữu cơ hoặc vô cơ

Các phản ứng alkylation có giá trị thực tế cao trong việc đưa các nhóm alkyl vàohợp chất thơm, iso parafine, mercaptan, sunfid, amine, các hợp chất chứa liên kết ete ngoài ra trong quá trình alkylation còn là những giai đoạn trung gian trong sản xuất cácmonome, các chất tẩy rửa

Sử dụng quá trình alkylation đã sản suất được một số sản phẩm với quy mô lớn Ở

Mỹ hàng năm người ta sản suất khoản 4 triệu tấn etyl benzen và 1,6 triệu tấn iso propylbenzen, 0,4 triệu tấn alkylation benzen, hơn 4 triệu tấn glycol và các sản phẩm chế biếnalkylationenoxit, khoảng 30 triệu tấn alkylation, khoảng 1 triệu tấn ter-butyl este …

1.1.1 Phân loại các phản ứng alkylation

Có nhiều cách phân loại các phản ứng alkylation, trong đó sự phân loại hợp lýnhất là dựa trên liên kết được hình thành

+ Alkylation theo nguyên tử cacbon (C-alkylation): là quá trình thế nguyên tử hydro nối với cacbon bằng các nhóm alkyl Các parafin có khả năng tham gia phảnứng,nhưng đặc trưng nhất vẫn là alkylation các vòng thơm(phản ứng Fridel- Craffs):

CnH2n+2 + CmH2m → Cn+mH2(m+n)+2

ArH +RCl → ArR +HCl

+ Alkylation theo nguyên tử oxy và lưu huỳnh (O-alkylation hoá, S-alkylation): làcác phản ứng dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm alkyl và nguyên tử oxy hoặc lưuhuỳnh

ArOH +RCl NaOH → ArOR + HCl

+ Alkylation theo nguyên tử nitơ (N-alkylation): là sự thế các nguyên tử hydrotrong NH3 hoặc amin bằng các nhóm alkyl Đây chính là một trong những phươngpháp quan trọng nhất để tổng hợp các amin:

ROH + NH3→ RNH2 + H2O

+ Alkylation theo các nguyên tử khác (Si, Pb, Al-alkylation): là con đường quantrọng để tổng hợp các hợp chất cơ - nguyên tử hoặc cơ - kim:

2RCl + Si →Cu R2SiCl2

Trang 9

4C2H5Cl + 4PbNa → Pb(C2H5)4 + 4NaCl + 3Pb3C3H6 + Al +

2

3

H2→ Al(C3H7)3Một cách phân loại các phản ứng alkylation khác là dựa trên sự khác biệt về cấutạo của nhóm alkyl sau khi đưa vào phân tử hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ

Nhóm alkyl có thể là mạch thẳng hay mạch vòng Trong trường hợp mạch vòngthì người ta gọi là cyclo alkylation hay alkylation mạch vòng:

Khi đưa nhóm phenyl hay là nhóm aryl nói chung thì sẽ hình thành liên kết

trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng thơm (aryl hoá):

C6H5Cl + NH3→ C6H5NH2 + HClViệc đưa nhóm vinyl (vinyl hoá) có một vị trí đặc biệt quan trọng trong tổng hợphữu cơ và được thực hiện chủ yếu bằng tác nhân C2H2:

ROH + CH≡CH  →HO− ROCH=CH2

Các nhóm alkyl còn có thể chứa những nhóm thế khác nhau như nguyên tử Clo,

HO-, COO-

1.1.2 Các tác nhân alkylation

Các tác nhân alkylation có thể chia làm 3 nhóm chính sau:

 Các hợp chất không no (olefin và axetylen) trong đó sẽ phá vỡ các liên kết л củacác nguyên tử cacbon Các olefin được dùng như etylen, propylen, butylen, pentylen

để alkylation các isoparafin thành các isoparafin mới phân nhánh hơn Còn axetylenđược dùng trong quá trình vinyl hoá

 Dẫn xuất Clo với các nguyên tử Clo linh động có khả năng thế dưới ảnh hưởng củacác tác nhân khác nhau Các tác nhân này dùng trong quá trình O-alkylation, S-alkylation

 Rượu, ete, este là các tác nhân mà trong quá trình alkylation liên kết cacbon vàoxy sẽ bị phá vỡ

Olefin là tác nhân alkylation đặc biệt quan trọng Do các olefin có giá thành khá

rẽ nên người ta cố gắng sử dụng chúng trong mọi trường hợp có thể Các chất này chủ

Trang 10

yếu được sử dụng để C-alkylation các parafin và các hợp chất thơm Alkylation bằngolefin trong phần lớn các trường hợp xảy ra theo cơ chế ion qua giai đoạn trung gianhình thành các carbocation và được xúc tác bởi các axit proton hoặc phi proton:

1.2 Giới thiệu quá trình alkylation trong nhà máy lọc dầu

1.2.1 Mục đích quá trình

Hiện nay, do những ràng buộc về ô nhiễm môi trường, xăng pha chì bị cấm sửdụng Đồng thời xu hướng loại bỏ càng nhiều càng tốt các cấu tử có hại trong xăng vì

vậy xăng được sử dụng phải thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu sau [2]:

Loại bỏ hoàn toàn hàm lượng chì

Hàm lượng benzen < 1% vol

Hàm lượng aromatic < 25% vol

Hàm lượng olefin <10% vol

Hàm lượng các hợp chất của Oxi ≈ 2% khối lượng

Áp suất hơi bão hòa 0.46 ÷ 0.56

Và để đảm bảo tiêu chuẩn chỉ số octan của xăng thì phải có một nguồn nguyên liệuphối trộn thay thế có chỉ số octan cao Một trong những nguồn nguyên lệu đó chính làsản phẩm của quá trình Alkylation Xăng alkylate có thành phần chủ yếu là cácisoparafin có chỉ số octan cao, và nó thõa mãn được hầu như tất cả các yêu cầu trên

Vì vậy nó rất phù hợp với các tiêu chuẩn của xăng thương phẩm

1.2.2 Vị trí của phân xưởng Alkylation trong nhà máy lọc dầu

Trang 11

Hình 1.1 Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu

1.2.3 Alkylation i-parafin bằng olefin

Trong công nghiệp lọc dầu dùng quá trình alkylation i-parafin bằng olefin

Phản ứng xảy ra như sau:

Sự tiêu thụ axit khi dùng tác nhân là buten cũng thấp hơn các olefin khác

Propen là nguồn nguyên liệu có giá trị cho các quá trình khác trong công nghiệphóa dầu (sản xuất polypropylen) Do vậy nó ít được dùng làm nguyên liệu choalkylation

Amylen có chỉ số octan cao nên trước đây nó được dùng như là cấu tử trực tiếpphối trộn cho xăng Nhưng do yêu cầu về hạn chế hàm lượng hydrocacbon không notrong xăng, do vậy amylen phải được chuyển hóa thành i-parafin

Phản ứng alkylation là phản ứng cân bằng, toả nhiệt và kèm theo sự giảm số lượngphân tử các chất tham gia phản ứng Vì vậy quá trình xảy ra thuận lợi khi giảm nhiệt độphản ứng, tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng và tăng áp suất của quá trình

Trang 12

Xúc tác được sử dụng cho quá trình là những axit mạnh như H2SO4, HF và hiệnnay đang tiến hành nghiên cứu xúc tác rắn dạng zeolit.

Trang 13

C

C C

C

C C

C

C+ CC

C

C+

CC

C

CC

 Trao đổi proton:

C

C+C

Trang 14

C+

C+i- 8 + C=4 i-C+12

C+i- 12 + i-C4 i-C

12 + i-C+4

C+i- 12 + C=4 i-C+16

 Cracking: xảy ra theo cơ chế đứt mạch tạo ra phân đoạn C5

C+7 + i-C4 C7 + i-C+4

 Trao đổi H:là phản ứng không mong muốn vì tăng lượng tiêu thụ i-C4

C3= +2 i-C4− H → C3− H + 2,2,4 TMP

1.2.2.2 Cơ chế tạo dầu hòa tan

Các phản ứng tạo dầu hòa tan có sự tham gia của hợp chất olefin còn isobutankhông tham gia:

Nguyên liệu lấy từ sản phẩm của quá trình FCC

Nguồn nguyên liệu giàu olefin thu được chủ yếu từ quá trình FCC Ba phân đoạngiàu olefin chính:

 Phân đoạn C4:

Bảng 1.1 Thành phần phân đoạn C4 của quá trình FCC [3]

Trang 15

Trong một số nhà máy lọc dầu, phân đoạn C4 giàu isobuten là nguyên liệu chosản xuất MTBE.

Bảng 1.2 Thành phần của phân đoạn C4 từ FCC [3] sau khi đã qua xưởng ete hóa

Trang 16

Các nhà máy lọc dầu có xu hướng loại bỏ các hợp chất có phân tử lượng thấp rakhỏi xăng, đặc biệt là các olefin C5= (amylen) Và dùng olefin này phối trộn với phânđoạn C4 của FCC để trở thành nguyên liệu cho xưởng alkylation với hàm lượngamylene là 5÷15% m.

 Các nguồn nguyên liệu khác

Đối với i-butan ngoài các nguồn trên ta có thể thu được từ quá trình đồng phânhoá (isome hoá) Quá trình đồng phân thực hiện sự chuyển hoá các n-parafin thành cácisoparafin nói chung và n-butan thành i-butan nói riêng dùng làm nguyên liệu cho quátrình alkylation

1.3.2 Sản phẩm của quá trình

Sản phẩm chính của quá trình là xăng alkylate có RON cao, là cấu tử tốt để phatrộn xăng Thành phần của alkylate tuỳ thuộc vào thành phần khí trong nguyên liệuđem sử dụng

Bảng 1.4 Thành phần alkylate theo nguyên liệu olefin [2]

Trang 17

Ta thấy sản phẩm chủ yếu là i-octan Tuy nhiên tuỳ vào nguồn olefin khác nhau

mà thành phần C8 thu được sẽ khác nhau:

Bảng 1.6 Thành phần alkylate theo nguồn olefin [2]

Thành phần C8 Nguyên liệu olefin

Buten-1 Buten-2 i-buten Hỗn hợp buten2,2,3-trimetylpentan

45.23.223.616.43.03.64.40.6

49.63.419.112.73.25.07.07.1

43.32.122.220.33.63.64.60.1Chất lượng alkylate thu từ các quá trình khác nhau, sử dụng xúc tác khác nhaucũng khác

So sánh với các nguồn nhiên liệu khác:

Như vậy alkylate thu được có trị số octan khá cao (>90), do đó chúng là mộtnguồn nguyên liệu rất tốt để tạo xăng thương phẩm đòi hỏi chỉ số octan cao mà khôngpha chì Mặc khác những tính chất khác như tỷ trọng, áp suất hơi và các hàm lượngaromatic và phần trăm cặn không cháy, các điểm sôi đều phù hợp với các yêu cầutương ứng của xăng thượng phẩm

Alkylate thu được từ quá trình alkylation so với các phối liệu cơ bản tạo xăng từcác quá trình khác như cracking xúc tác và reforming có các tính chất sau:

Bảng 1.7 So sánh tính chất xăng alkylate với các xăng khác[2]

Thành phần cấu tử %Vi-pentan

i-hexani-heptani-octani-nonan

8.45.96.573.16.1

Trang 18

PVR Aromatic Olefin(bar) (%vol) (%vol)

Do đặc trưng của quá trình alkylation nên sản phẩm alkylate thu được có hàmlượng hợp chất thơm aromatic rất bé (0.4% vol) điều này rất quan trọng vì ngày nayyêu cầu càng giảm hợp chất thơm trong xăng do vấn đề ô nhiễm môi trường Mặc khác

so với xăng FCC thì alkylate có hàm lượng olefin rất nhỏ ( 0.5% vol) do đó tính ổnđịnh hoá học của alkylate rất cao điều này thuận lợi khi phải tồn chứa xăng trong điềukiện dễ bị oxy hoá và trong thời gian lâu dài

Để alkylation i-butan bằng olefin, quá trình dùng axit được sử dụng rộng rãi với

H2SO4 94-98%m Ở nồng độ này thuận lợi cho cả quá trình alkylation và đồng phânhóa, cho nhiều 2,2,4-trimetylpentan là cấu tử có trị số octan cao Nồng độ axit đậm đặchơn không mong muốn vì tính oxi hoá mạnh của nó và tính chất này làm phức tạp thêmquá trình như dễ tạo nhựa, dễ tạo SO2, SO3 và H2S, làm giảm hiệu suất alkylation Khinồng độ axit quá thấp, quá trình vận chuyển H+ bị khó khăn dẫn đến làm chậm tốc độphản ứng

Trang 19

Alkylation bằng H2SO4 tiến hành ở nhiệt độ 2-10oC Dưới 2oC axit quá nhớt Trên

10oC thuận lợi cho sự hình thành alkylsunfat Đồng thời nhiệt độ cao cũng tạo thuận lợicho quá trình hình thành dầu hòa tan

Trong quá trình alkylation hóa thì các sản phẩm nặng i-C12 hình thành tạo nêndầu hòa tan trong axit làm giảm nồng độ axit Do vậy ta phải bổ sung liên tục lượngaxit mới 98÷ 99,5% m và đồng thời lấy ra một lượng axit tương ứng

Quá trình alkylation hoá dùng xúc tác H2SO4 tiến hành ở nhiệt độ thấp Do đóviệc lấy nhiệt ra khỏi vùng phản ứng dễ dàng hơn Thông thường ta sử dụng một tronghai cách sau để tải nhiệt:

 Sử dụng tác nhân lạnh như: metanol, NH3,

 Cho một phần isobutane bay hơi trong vùng phản ứng

Axit H2SO4 sau khi sử dụng thường được tái sinh bằng phương pháp phân huỷ ởnhiệt độ cao

Nhược điểm của xúc tác H2SO4 [2]

 Tiêu hao xúc tác lớn 40-100 kg axit/m3 alkylate

 Axit H2SO4 có độ nhớt cao và isobutane hoà tan rất ít trong nó nên công dùngcho khuấy trộn của quá trình lớn và đòi hỏi thời gian lưu lớn hơn so với quátrình dùng xúc tác HF

 Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ thấp nên vấn đề làm lạnh khó khăn hơn quátrình dùng axit HF

 Năng suất thiết bị bé hơn: 0.15÷0.44 m3 alkylate/m3 thiết bị

 Tỷ lệ butan/olefin trong qúa trình lớn 5÷15 nên chi phí cho việc tái sinh butan lớn

i- Axit H2SO4 khó tái sinh vì nó dễ lẫn tạp chất

1.4.2 Xúc tác HF

Để xúc tác cho quá trình alkylation, người ta thường dùng xúc tác HF với nồng độ

≥ 87% Do sự có mặt của các sản phẩm nặng do bị polyme hoá và nước mà axit HF bịgiảm nồng độ trong quá trình alkylation Độ hoạt tính tốt nhất đạt được khi trong xúctác chứa lượng nhỏ hơn 1.5% H2O và 12% hydrocacbon hoà tan Khi nồng độ HF

<87% nó được đưa đi tái sinh Quá trình alkylation sử dụng xúc tác HF hoạt động ởnhiệt độ 10-45oC Do đó ta có thể sử dụng nước để làm nguội thiết bị phản ứng Axitsau khi lắng được đưa qua tháp tách tách hydrocacbon và HF

 Ưu điểm của xúc tác HF:

Trang 20

 Tiêu tốn axit ít hơn so với khi dùng axit H2SO4: 1kg/m3alkylate (chiếm 5 %chi phí của cả quá trình).

 Thời gian phản ứng ngắn 10-20 phút

 Ít tốn công khuấy trộn vì HF có khả năng hoà tan của i-butan trong axit HFlớn hơn đồng thời HF có độ nhớt nhỏ hơn H2SO4

 Xúc tác làm việc dễ tái sinh hơn

 Năng suất thiết bị tính theo m3Alkylation/m3 thiết bị lớn hơn axit H2SO4

 Quá trình tiến hành ở nhiệt độ cao 10-45oC, do đó quá trình có thể dùngnước làm lạnh thuận lợi hơn quá trình dùng H2SO4

 Nhược điểm của xúc tác HF:

 Các phản ứng oxy hoá xảy ra mạnh hơn

 Dây chuyền cồng kềnh hơn do phải bố trí một thiết bị tách HF ra khỏialkylate

 Một điều đặc biệt quan trọng là axit HF dễ bay hơi ở nhiệt độ thường(tsôi=19.4oC) quá trình thực hiện ở áp suất cao hơn do đó đòi hỏi thiết bị phảiđảm bảo độ kín khít và chịu áp HF lại rất độc đối với con người nên nếu rò

rỉ ra ngoài thì hết sức nguy hiểm Chính vì lý do này mà quá trình alkylationdùng xúc tác ít được sử dụng hơn quá trình dùng axit H2SO4

Ngày nay, UOP đã cải tiến xúc tác HF chuyển nó sang dạng rắn Khi đó xúc tác

HF có những ưu điểm như:

 Thay thế được axit HF dạng lỏng có tính ăn mòn mạnh và độc hại do đó thaotác an toàn hơn và môi trường sạch hơn

 Độ hoạt tính tương đương HF dạng lỏng

 Dễ tách alkylate

1.5 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình [2]

Quá trình alkylation được vận hành trong điều kiện olefin được chuyển hóa hoàntoàn Có 5 yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình:

Trang 21

1.5.1 Nhiệt độ phản ứng

Nhiệt độ là một thông số quan trọng của quá trình alkylation Sự ảnh hưởng của

nó đến quá trình là rất phức tạp Sự tăng hoặc giảm nhiệt độ quá mức đều ảnh hưởngrất lớn đến quá trình

Khi nhiệt độ của quá trình tăng lên thì độ nhớt của tác nhân (các hydrocacbon và

cả axit xúc tác) sẽ giảm Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc khuấy trộn để cáctác nhân tiếp xúc với nhau tốt hơn Do đó mà giảm công tiêu tốn cho việc khuấy trộn.Nhưng khi tăng nhiệt độ thì các phản ứng polyme hoá, cracking, oxy hoá lại tăng lên

và có tốc độ mạnh hơn so với các phản ứng chính alkylation Như vậy độ lựa chọn củaquá trình sẽ giảm xuống, làm tăng lượng tiêu hao xúc tác đồng thời làm giảm hiệu suấtthu sản phẩm và chất lượng alkylate cũng giảm

Khi nhiệt độ của quá trình được hạ thấp đến một giới hạn nhất định nào đó thì sẽtạo điều kiện thuận lợi cho quá trình alkylation, tăng độ lựa chọn của quá trình do hạnchế của các phản ứng phụ, giảm tiêu hao xúc tác và làm tăng hiệu suất cũng như chấtlượng của alkylate Nhưng một hạn chế khi giảm nhiệt độ của phản ứng là làm tăng độnhớt của axit xúc tác, điều này làm tăng tiêu hao năng lượng cho quá trình khuấy trộn

và trong trường hợp này khó tạo thành nhũ tương thích hợp cho quá trình phản ứng.Trong công nghiệp tuỳ thuộc vào loại xúc tác được sử dụng mà người ta duy trìkhoảng nhiệt độ thích hợp cho quá trình alkylation:

• Khi dùng xúc tác là H2SO4 thì nhiệt độ phản ứng được duy trì trong khoảng

Trang 22

Hình 1.2 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến RON của alkylation đối với công nghệ

dùng xúc tác HF[3]

1.5.2 Tỉ lệ i-C4/olefin

Do olefine hầu như hoà tan hoàn toàn và tức thời trong axit, điều này sẽ làm tăngcác phản ứng phụ không mong muốn nên lượng olefin đưa vào phải được khống chế ởmức độ sao cho vừa đủ để đảm bảo phản ứng alkylation và hạn chế phản ứng phụ.Muốn vậy thì trong thực tế sản xuất người ta khống chế thông qua tỷ lệ giữa i-butan vàolefin Tỉ số i-butan/olefin đối với công nghệ dùng xúc tác H2SO4 là 5÷15 và 10÷15 đốivới xúc tác HF

Khi nguyên cứu quá trình alkylation bởi xúc tác axit H2SO4 thì người ta thấy tỉ sốcủa isobutan/olefin ảnh hưởng đến chỉ số octan của alkylate như sau: khi tỉ số này càngtăng thì alkylate thu được càng có MON cao như đồ thị sau:

Trang 23

Hình 1.3 Ảnh hưởng của tỉ số này đến chỉ số Octan

1.5.3 Thành phần xúc tác

Để alkylation phân đoạn C4 người ta thường dùng axit H2SO4 có nồng độ từ

88÷98%.Trị số octan của xăng đạt cực đại khi nồng độ axit đạt 95÷96% Người ta giảithích điều này là do có thể ở nồng độ đó sẽ thuận lợi cho quá trình vừa alkylation vàvừa đồng phân hoá để tạo ra nhiều cấu tử 2,2,4-trimetylpentan là cấu tử có trị số octancao Nếu nồng độ axit H2SO4 quá đậm đặc thì tính oxy hoá mạnh của nó sẽ ảnh hưởngđến quá trình Còn nếu nồng độ H2SO4 quá loãng thì quá trình vận chuyển ion H+ bịhạn chế dẫn đến tốc độ phản ứng giảm

Trong quá trình làm việc, nồng độ axit bị giảm do các nguyên nhân sau:

 Nước đến từ dòng i-C4 hồi lưu (nước lẫn vào dòng hydrocacbon do giaiđoạn xử lí bằng axit và kiềm trước khu vực phân tách)

 Dầu hòa tan tạo ra từ các phản ứng không mong muốn

Trang 24

Hình 1.4 Ảnh hưởng của hàm lượng nước và dầu hòa tan đến chất lượng

alkylate [3].

Hàm lượng nước tối ưu đối với công nghệ dùng xúc tác H2SO4 là 1% wt

Hàm lượng dầu tối ưu đối với công nghệ dùng xúc tác H2SO4 là 4÷8% wt

Do vậy người ta tiến hành bổ sung liên tục axit mới có nồng độ 98÷99.5% vàochu trình đồng thời liên tục tháo axit đã sử dụng để tái sinh

Đối với công nghệ dùng xúc tác HF, hàm lượng nước tối ưu trong xúc tác là 2.8%

wt Nếu hàm lượng nước cao hơn 10% dẫn đến hình thành i-propylfluoric

1.5.4 Mức độ khuấy trộn

Mức độ khuấy trộn ảnh hướng lớn đến quá trình khi ta sử dụng xúc tác H2SO4 do

độ hoà tan của i-butan là nhỏ hơn so với xúc tác là axit HF Đồng thời độ nhớt của

H2SO4 lớn nên việc khuấy trộn là cần thiết

Khuấy trộn nhằm làm tăng sự trộn lẫn giữa hydrocacbon và axit Sự trộn lẫn cũng

là một tham số quan trọng ảnh hưởng đến phản ứng alkylation mà nó tuỳ thuộc vào sựtạo thành nhũ tương hydrocacbon trong axit Phản ứng alkylation xảy ra trên bề mặtcủa axit và hydrocacbon cho nên quá trình trộn lẫn tạo ra nhiều hạt tơi mịn càng làmcho phản ứng xảy ra dễ dàng hơn Một thiết bị kiểm tra được lắp đặt nhằm kiểm tra sựtạo thành nhũ tương Nếu tỷ lệ axit/hydrocacbon nhỏ hơn 40%, sự tiêu thụ axit tăng và

Trang 25

alkylate có chỉ số octan thấp; nếu tỷ lệ này tăng lên quá 65% thì thời gian lưu củahydrocacbon trong thiết bị giảm.

1.5.5 Thời gian lưu

Giảm thời gian lưu sẽ giảm được các phản ứng phụ Các phản ứng phụ chủ yếuxảy ra đối với olefin cho nên ta chi xét thời gian lưu đối với olefin

Tốc độ nạp liệu thể tích đối với olefin là thể tích olefin qua thiết bị phản ứngtrong 1h chia cho thể tích axit chứa trong thiết bị phản ứng Khi giá trị này tăng lên thì

sẽ làm tăng lượng axit tiêu thụ đồng thời làm giảm chỉ số octan của sản phẩm Thêmvào đó nhiệt phản ứng cũng sẽ tăng một lần nữa lại ảnh hưởng xấu đến xúc tác và chỉ

1.6 Công nghệ tổng hợp alkylate trong công nghiệp

Trong thực tế công nghiệp, alkylation hoá isoparafin bằng olefine đã và đang pháttriển hai quá trình với hai loại xúc tác khác nhau là axit H2SO4 và HF

Hình 1.5 Sơ đồ khối quá trình alkylation với tác nhân là olefin, xúc tác là axit

Nguyên liệu gồm olefin và i-butan được cho vào thiết bị phản ứng Hỗn hợp sauphản ứng qua thiết bị lắng Tại đây, axit được thu hồi và cho hồi lưu lại thiết bị phảnứng Hỗn hợp hydrocacbon cho qua khu vực phân tách Propan, n-butan, alkylate đuợcthu hồi I-butan cũng được thu hồi và cho hồi lưu lại quá trình

Thiết bị phản ứng

Phân tách sản phẩm

Buồng lắng Axit i-butane

Trang 26

Dòng i-C4 bổ sung phải đủ để bù lại lượng i-C4 tiêu thụ trong thiết bị phản ứng

và lượng i-C4 mất mát trong quá trình chưng cất

1.6.1 Công nghệ alkylation bằng xúc tác H 2 SO 4

Có 2 công nghệ chính:

 Exxon/Kellogg

 Stratco

Hai công nghệ đều được chia thành 3 vùng:

• Vùng phản ứng: tạo nhũ tương axit với hydrocacbon để tiến hành phản ứngalkylation hoá

• Vùng lắng: là vùng tiến hành phân riêng hai pha axit với hydrocacbon Axitđược cho hồi lưu lại thiết bị phản ứng Pha hydrocacbon cho qua vùng phântách

• Vùng phân tách: là nơi tiến hành phân riêng alkylate với các hydrocacbon đểthu alkylate sạch hơn Quá trình này được thực hiện nhờ các tháp chưngphân đoạn

Hiện nay trong công nghệ alkylation với xúc tác H2SO4 sử dụng hai loại thiết bịphản ứng:

 Thiết bị phản ứng thẳng đứng: Thiết bị phản ứng thuộc loại ống chùm, bên trongống ta cho chất tải nhiệt phản ứng đi qua Còn các tác chất tham gia phản ứng đibên ngoài ống Với loại thiết bị phản ứng này do thời gian lưu trong thiết bịphản ứng không đồng đều cho nên chất lượng alkylate thấp

 Thiết bị phản ứng nằm ngang: Nhược điểm của thiết bị phản ứng thẳng đứng làtiêu tốn axit rất lớn, mặc khác thời gian lưu của xúc tác cũng như củahydrocacbon không đồng đều dẫn đến chất lượng alkylate kém ổn định Nhằmkhắc phục những nhược điểm này, một số tập đoàn như Stratco, Kellogg, đãnghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất dây chuyền công nghệ alkylation loại thiết

bị phản ứng nằm ngang

1.6.1.1 Công nghệ của Strattco

Thiết bị phản ứng Stratco cho phép tối thiểu thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu

và xúc tác, do đó giảm thiểu phản ứng tạo dầu hòa tan Thiết bị phản ứng được đặt nằmngang nhưng không phân chia thành nhiều bậc Quá trình được làm lạnh bằng dòng hồilưu nội thông qua hệ thống trao đổi nhiệt dạng ống chùm đặt trong thiết bị phản ứng.Điều này làm cho cấu tạo của thiết bị phản ứng loại này phức tạp và khó chế tạo Dòng

Trang 27

hồi lưu nội chính là hỗn hợp sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng Dòng này còn có tácdụng pha loãng olefin trong thiết bị phản ứng và điều khiển nhiệt độ phản ứng chínhxác đến 1oC Đầu nạp liệu được bố trí một tuabin khuấy để tăng cường quá trình tạonhũ tương Phản ứng xảy ra gần như tức thời khi 2 pha axit và hydrocacbon đi quacánh tuabin.

Các thông số chính của công nghệ Strattco:

Trang 28

Hình 1.7 Sơ đồ công Strattco[3]

Trang 29

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nguyên liệu và axit được đưa vào thiết bị phản ứng theo hai đường nạp khác nhaunhờ tuabin tạo nhũ tương và xảy ra phản ứng alkylation Hỗn hợp ra khỏi thiết bị phảnứng được đưa vào thiết bị lắng axit để tách axit đưa lại thiết bị phản ứng còn alkylateđược giãn nở đến 0.6( bar ), -70C và được đưa lại vào thiết bị phản ứng để làm lạnh.Sau đó qua thiết bị tách lỏng, phần hơi được đưa tiếp vào thiết bị phân chia lỏng Khí

từ đây qua máy nén cùng với phần lỏng qua thiết bị làm lạnh và vào tiếp thiết bị phânchia lỏng Một phần nhờ bơm bơm vào trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt và đượcđưa vào tháp cất propan Một phần khác được đưa vào thiết bị tách lỏng để thu khícùng với khí từ thiết bị tách lỏng cho vào thiết bị phân chia lỏng Tại tháp tách propan

ta thu được propan trên đỉnh và sản phẩm đáy được đưa vào thiết bịtách lỏng Lỏng đi

ra từ thiết bị tách lỏng được tuần hoàn lại thiết bị phản ứng (i-butan) Phần lỏngalkylate thu được từ thiết bị tách lỏng được đưa vào thiết bị rửa bằng xút và nước sau

đó vào tháp tách i-butan để thu i-butan tuần hoàn lại thiết bị phản ứng và alkylate sảnphẩm

1.6.1.2 Công nghệ Exxon/Kellogg

Hình 1.8 Thiết bị phản ứng nằm ngang Exxon/Kellogg

Bộ phận chính của dây chuyền là thiết bị phản ứng nằm ngang nhiều bậc (thườngkhoảng 4-7 bậc) Mỗi bậc thiết bị phản ứng đều có bộ phận khuấy trộn mạnh tạo nhũtương thích hợp và các bậc được phân biệt bằng những tấm ngăn hình chữ L Ngoài ra

Trang 30

còn có 2 phòng lắng: phòng lắng đầu dùng để tách axit, phòng lắng sau dùng để ổnđịnh hydrocacbon Với thiết bị phản ứng loại này thì olefin được đưa vào từng bậcriêng lẻ, do vậy nồng độ thực tế là rất nhỏ điều này cho phép hạn chế phản ứng phụ.Mặc khác mỗi một bậc đều có bộ phận khuấy trộn riêng nên dễ dàng tạo được nhũtương thích hợp và tăng cường sự hoà tan của i-butan vào pha axit để tiến hành phảnứng.

I-butan và axit được đưa vào cấp thứ nhất sau đó hỗn hợp nhũ tương sẽ chảy từ từqua các vách ngăn kế tiếp Sau khi tách khỏi hydrocacbon thì axit được tuần hoàn trởlại Tương tự lượng i-butan thừa sau khi bay hơi để làm lạnh thiết bị phản ứng cũngđược tuần hoàn trở lại Alkylate thu được được đưa qua các tháp chưng cất để tách i-butan, n-butan

 Các thông số hoạt động của quá trình:

 Nhiệt độ: 4-10oC

 Áp suất : bậc đầu tiên: 1.4-1.75 bar

bậc cuối cùng 0.35-0.84 bar

 Thời gian lưu trong phòng lắng: 30 – 50 phút

 Năng suất: 0.15-0.18 m3alkylation/m3TBPU/h

 Tỉ lệ axit/hydrocacbon: ≥1

Trang 31

Alkylate nhẹ

Alkylate nặng

219

20 18

116

410

Trang 32

Thuyết minh sơ đồ:

Nguyên liệu olefin đầu tiên được làm lạnh trước và được đưa vào các bậc riêng lẽvới lưu lượng bằng nhau Hai dòng isobutan và axit hồi lưu được đưa vào thiết bị phảnứng ở ngăn thứ nhất.Với sự có mặt của thiết bị khuấy trộn thì sự tiếp xúc của các chấttham gia phản ứng và xúc tác tốt hơn Dưới tác dụng của axit sulfuric thì i-butan vàolefin phản ứng với nhau rất nhanh, tạo alkylate và tỏa nhiệt Với hệ thống làm lạnh tựđộng, nhiệt phản ứng được tách loại bằng cách cho bay hơi i-butan từ hỗn hợp phảnứng Hơi này đi từ thiết bị phản ứng đến vùng làm lạnh để trao đổi nhiệt với i-butantuần hoàn sau đó chúng được nén lại, dòng hơi đi ra sau máy nén được trộn lẫn vớidòng sản phẩm đỉnh đi ra từ thiết bị tách i-butan (Deisobutanizer) sau đó được cho traođổi nhiệt với dòng alkylate đi ra từ tháp tách n-butan để đi vào tháp tách propan.Propan đi ra từ đỉnh thiết bị tách, sản phẩm đáy chứa đa số là isobutan, sau đó đượclàm lạnh và quay lại thiết bị phản ứng Quá trình tách propan nhằm mục đích tránh sựtăng nồng độ của nó trong thiết bị phản ứng

Sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng được đưa vào thiết bị lắng gạn(Settler), ở đó pha axit được tách ra khỏi pha hydrocarbon và được đưa quay trở lạithiết bị phản ứng Sản phẩm của phản ứng alkylation chứa isobutan, n-butan và mộtlượng nhỏ các cấu tử nhẹ chưa bốc hơi hết trong thiết bị phản ứng được đưa qua thiết

bị xử lý bằng KOH, thiết bị rửa bằng nước để tách loại các cấu tử axit trước khi đưavào thiết bị tách i-butan, tại đây i-butan đi ra từ đỉnh tháp được đưa qua trộn lẫn vớidòng đi ra từ máy nén và qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng alkylation nói trên trướckhi vào tháp tách propan sản phẩm đỉnh là propan được đưa về lưu trữ , sản phẩm đáy

là i-butan được đưa đi làm lạnh và sau đó quay trở lại thiết bị phản ứng Sản phẩm đáy

là alkylation chứa n-butan được đưa quá thiết bị tách n-butan, sau thiết bị này ta thuđược n-butan ở đỉnh và alkylation ở đáy, các sản phẩm được đưa đi thu hồi nhiệt vàvào bồn chứa

Trong thiết bị phản ứng một phần olefin của nguyên liệu sẽ bị polyme hóa tạo dầuhòa tan trong axit làm giảm hoạt tính xúc tác của axit sulfuric Như đã đề cập ở phầntrên, tạp chất trong nguyên liệu cũng làm tăng xu hướng này Vì vậy quá trình làm sạchaxit sau khi sử dụng phải bắt đầu từ phân xưởng tách loại dầu này, axit mới được đưavào thay thế cho lượng axit đem đi tái sinh và duy trì nồng độ của axit đủ cao để giữnguyên hoạt tính của xúc tác Quá trình tái sinh xúc tác là nhiệm vụ khó khăn đối vớiquá trình alkylation hóa bằng axit sulfuric Ở Mỹ đã tái sinh axit đã sử dụng bằngphương pháp lắp đặt thêm phân xưởng sản xuất axit sulfuric Tuy nhiên ở các nước

Trang 33

khác như Nhật Bản có quá trình sản xuất alkylation với xúc tác axit sulfuric với năngsuất tương đối nhỏ, vì vậy quá trình điều hành thiết bị alkylation có lắp đặt thiết bị táisinh axit dễ dàng, việc thao tác đối với những thiết bị này tương đối đơn giản nhưng lạităng nguồn đầu tư.

1.6.2 Công nghệ alkylation hóa dùng xúc tác HF

Có 2 công nghệ chính là:

 UOP

 Phillips

Công nghệ dùng xúc tác HF không có hệ thống khuấy trộn cơ học Do xúc tác HF

có độ nhớt bé và khả năng hòa tan rất tốt của isobutan vào xúc tác nên quá trình tạonhũ tương được thực hiện rất dễ dàng Pha hydrocacbon được phun liên tục vào phaaxit thông qua lỗ ở đáy thiết bị Nhũ tương chuyển động từ đáy lên đỉnh thiết bị và quátrình lắng được thực hiện trong thiết bị lắng Nhiệt độ phản ứng xấp xỉ 30oC, do đó cóthể sử dụng tác nhân làm lạnh là nước

Trang 34

1.6.2.1 Công nghệ Phillips

7

6

Acide HF

3 1

1 11

2

4

HC đi tách xút

isobutane tuần hoàn

5

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA SỬ DỤNG XÚC TÁC HF

10 7

5

11

5 11

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ Phillips

Hỗn hợp nguyín liệu mới vă i-butan hồi lưu được phun văo xúc tâc HF Từ đỉnhcủa thiết bị phản ứng, nhũ tương được đưa văo zone lắng Axit được tâch vă hồi lưu lạithiết bị phản ứng sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt Một phần nhỏ axit được lấy ra khỏichu trình vă được đưa đi tâi sinh Xúc tâc sau khi được tâi sinh được hồi lưu lại chutrình Pha hydrocacbon được đưa đến thâp chưng Đỉnh thâp thu được propan có chứa

HF HF vă propan được phđn tâch bằng stripping

Câc thông số hoạt động của quâ trình:

Trang 35

 Thời gian lưu: 20÷40 s

 Năng suất riêng: ≈4÷7m3 alkylate/m3 thiết bị phản ứng/h

 Tỉ lệ HF/hydrocacbon: 1÷4

1.6.2.2 Công nghệ UOP

Hình 1.11 Sơ đồ công nghệ UOP

Nguyên tắc hoạt động tương tự như công nghệ Phillips Thiết bị phản ứng thẳngđứng hoạt động như 1 thiết bị trao đổi nhiệt Pha hydrocacbon được phân tán vào trongpha axit qua các lỗ Hydrocacbon đưa vào thiết bị theo chiều cao khác nhau, pha axitđược đưa vào ở đáy thiết bị Nhiệt phản ứng tỏa ra được loại bỏ bằng tác nhân làm mát

là nước

1.6.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ

Trong thực tế các công nghệ dùng xúc tác H2SO4 được sử dụng phổ biến hơn vì

xúc tác HF rất độc và dễ bay hơi Do vậy ta chỉ phân tích 2 công nghệ dùng xúc tác

H2SO4

 Với sơ đồ alkylation hóa của hãng Strattco:

Trang 36

• Công tiêu tốn cho quá trình khuấy ít hơn.

• Thiết bị lắng axit của sơ đồ này được bố trí riêng ở ngoài nên làm sơ đồ phứctạp vì tăng số thiết bị

• Cấu tạo thiết bị phản ứng phức tạp

 Với sơ đồ alkylation hóa của hãng Kellogg:

• Công nghệ alkylation của hãng Kellogg với thiết bị phản ứng nằm nganggồm nhiều bậc và mỗi bậc đều có bộ phận khuấy trộn mạnh do đó cho phéptạo được hệ nhũ tương thích hợp dẫn đến tạo điều kiện thuận lợi cho sự hòatan i-butan vào axit để thực hiện phản ứng alkylation

• Với việc đưa olefin vào từng bậc riêng rẽ đã hạn chế được các phản ứng phụkhông mong muốn

• Phương pháp lấy nhiệt bằng cách cho bay hơi một phần i-C4 thừa trong thiết

bị phản ứng nên không cần hệ thống chùm ống trao đổi nhiệt và không làmgiảm hiệu suất làm lạnh do vận chuyển

• Việc bố trí thiết bị lắng gồm 2 buồng ngay trong thiết bị phản ứng làm cho

hệ thống sơ đồ ít phức tạp nhưng lại tăng kích thước chung của thiết bị phảnứng

• Việc bố trí các hệ thống khuấy ở các bậc phản ứng làm tăng tính phức tạpcủa thiết bị chính cũng như cách bố trí hệ thống khuấy và công tiêu tốn choquá trình khuấy lớn hơn

So sánh ưu nhược điểm của 2 sơ đồ công nghệ alkylation dùng xúc tác H2SO4, tathấy sơ đồ công nghệ của hãng Exxon-Kellogg có những ưu điểm hơn và phù hợp hơn

Vì vậy ta chọn sơ đồ công nghệ của hãng Exxon-Kellogg để sử dụng và mô phỏng

Trang 37

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG

PROII VĂ HYSYS

2.1 Giới thiệu về mô phỏng

2.1.1 Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng

 Thiết kế mô phỏng là quá trình thiết kế với sự trợ giúp của máy tính với các phầnmềm chuyên nghiệp

 Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một cách hiệuquả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnhhưởng dến một quá trình đang hoạt động trong thực tế

 Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trong cùngthời gian với độ chính xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay Hơn nữa, chúng tacó thể tự động hóa quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việc phải thựchiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm Ví dụ, chúng ta có thể sử dụngmột mô hình mẫu để nghiên cứu sự vận hành của một phân xưởng khi thay đổinguồn nguyên liệu hoặc các điều kiện vận hành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệusuất thu và chất lượng sản phẩm như thế nào ? Điều này sẽ đơn giản, nhanh chóngvà tiết kiệm hơn nhiều so với thử trên phân xưởng thực tế Vì rằng cơ sở tính toáncác công cụ mô phỏng thường dựa trên các bộ cơ sở dữ liệu chuẩn hóa, nên một khiđã xây dựng một mô hình hợp lý thì bất kỳ một kỹ sư nào cũng có thể sử dụng nó đểtính toán và cho các kết quả chính xác

 Thiết kế mô phỏng thường được sử dụng để :

• Thiết kế (Designing) một quá trình mới

• Thử lại, kiểm tra lại (Retrofitting) các quá trình đang tồn tại

• Hiệu chỉnh (Troubleshooting) các quá trình đang vận hành

• Tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình vận hành

 Để xây dựng một mô hình mô phỏng hiệu quả, chúng ta phải xác định đúng mụctiêu Bước đầu tiên trong bất cứ một quá trình mô phỏng nào là lượng hóa các mụctiêu càng nhiều càng tốt Các kết quả đạt được thường phụ thuộc vào các yêu cầuđặt ra Như vậy, trước khi mô phỏng một quá trình nên đặt ra các câu hỏi sau :

• Mục đích sử dụng công cụ mô phỏng trong trường hợp này để làm gì ?

• Quá trình mô phỏng sẽ thực hiện những việc gì ?

• Sự phức tạp có cần thiết không ?

• Cần thiết phải tìm ra các kết quả nào từ quá trình mô phỏng ?

 Cần nhớ rằng các giá trị thu được từ kết quả mô phỏng phụ thuộc rất nhiều vàonhững lựa chọn ban đầu mà chúng ta đã nhập vào

 Trong công nghệ hóa học, người ta sử dụng rất nhiều các phần mềm mô phỏng :

Trang 38

• DESIGN II (WINSIM) : sử dụng trong công nghiệp hóa học nói chung

• PRO/II (SIMSCI) : sử dụng trong công nghiệp hóa học, công nghiệp lọc hóa dầu

-• PROSIM : sử dụng trong công nghiệp hóa học

• HYSIM (HYSYS) : sử dụng trong công nghiệp chế biến khí

 Trong các phần mềm kể trên, phần mềm PRO/II là phần mềm nổi tiếng nhất, đượcsử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp

2.2 Giới thiệu về phần mềm PRO II

2.2.1 Tính năng vă phạm vi sử dụng

 PRO II lă sản phẩm của hêng SIMSCI có tâc dụng mô phỏng câc quâ trình trongcông nghệ hóa học mă chủ yếu lă lĩnh vực dầu khí PRO II có thể dễ dăng căi đặttrín hầu hết câc mây tính với một thư viện dữ liệu rộng lớn, câc modun tính toân vă

sự đa dạng về phương phâp nhiệt động đê đâp ứng được hầu hết câc công việc thiết

kế, nghiín cứu trong công nghệ hóa chất, hóa dầu cũng như chế biến khí

 PRO II có giao diện đẹp, lă phần mềm chạy trín môi trường Windows nín rất dễdăng giao tiếp giữa chương trình vă người sử dụng

 Việc nhập dữ liệu văo chương trình được tiến hănh rất đơn giản vì trình tự côngviệc được hướng dẫn cụ thể thông qua sự hiển thị mău trín măn hình Chương trình

mô phỏng được chạy với số lần lặp xâc định Chương trình mô phỏng phương phâptính toân bằng tay, tự động biín dịch thông tin đưa văo vă thực hiện quâ trình tínhtoân từ câc thông tin đó Chương trình có một số đặc trưng sau:

• Khả năng tính từng phần: khi đê biết đủ câc thông số cần thiết thì chương trình

sẽ tự động tính câc thông số còn lại

• Khả năng tính hai chiều vă khả năng sử dụng thông tin một phần: chương trìnhđược chia thănh nhiều modun khâc nhau, mỗi modun lă một thiết bị như van,bơm, cột chưng cất,… Mỗi modun có khả năng xem thông số năo đê biết văthông số năo cần thiết cho quâ trình tính toân

• Khả năng truyền dữ liệu: khi PRO II được cung cấp một thông tin mới,chương trình sẽ thực hiện câc tính toân có thể rồi truyền kết quả mới năy đếnmỗi thiết bị có thể sử dụng chúng Quâ trình năy tiếp diễn cho đến khi tất cảcâc tính toân nhờ thông tin mới năy được hoăn tất

• Khả năng tự động tính toân lại: khi người thiết kế loại bỏ một thông số năo đó,chương trình sẽ loại bỏ tất cả câc kết quả tính được từ thông số đó, câc kết quảkhông liín quan sẽ được giữ lại

Trang 39

• Kết quả chạy PRO II có thể xuất qua các chương trình khác như Word, Excel,Autocad,

PRO II được ứng dụng để:

• Thiết kế quy trình mới

• Nghiên cứu việc chuyển đổi chế độ hoạt động của nhà máy

• Hiện đại hóa các nhà máy hiện có

• Giải quyết sự cố trong quá trình vận hành của nhà máy

• Tối ưu hóa, cải thiện sản lượng và lợi nhuận

PRO II mô phỏng những quá trình tiêu biểu sau:

• Trong lĩnh vực lọc dầu:

 Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

 Gia nhiệt dầu thô

 Quá trình cốc hóa

 Quá trình Cracking xúc tác tầng sôi (FCC)

 Các quá trình tách khí

 Quá trình ổn định xăng

 Quá trình alkylation hóa

 Chưng cất chân không

 Stripping hơi nước

Trang 40

2.2.2 Các cụm thiết bị trong PRO II

Trong thư viện PRO II có lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra các sơ đồ côngnghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghệp hóa chất Mỗi thiết bị đượcxác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng lượng trao đổi và cáctham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp, ) Các thiết bị liên hệ với nhau bằngcác dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy vào và ra khỏi thiết bị này sẽ xác địnhtrạng thái làm việc của thiết bị Các thiết bị sẽ tự động cập nhật thông tin mới có liênquan đến chúng và tự cập nhật cho các dòng chảy nối với chúng

 Các thiết bị chính trong chương trình PRO II:

• Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)

• Thiết bị làm nguội, đun nóng (Cooler, Heater)

• Bộ trộn (Mixer)

• Van (Valve)

• Cột, tháp(Column): dùng trong các quá trình chưng cất, hấp thụ, trích ly,

• Thiết bị chia dòng (Splitter): chia dòng chảy thành nhiều dòng theo tỷ lệ tùy ý

• Bộ tách (Seperator): gồm có thiết bị tách 2 pha, thiết bị tách 3 pha và thiết bịtách chất rắn ra khỏi dòng lỏng hoặc hơi

• Thiết bị điều khiển (Controller)

• Thiết bị hoàn lưu (Recycle)

Ngoài những thiết bị chính trên trong thư viện PRO II còn cung cấp cho ta một hệthống các thiết bị khác nhằm bổ trợ cho quá trình mô phỏng

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	2,87 MB