THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT PHÂN TÁCH HỖN HỢP KHÍ HYDROCACBON

BÀI BÁO CÁOTHIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT PHÂN TÁCH HỖN HỢP KHÍ HYDROCACBON TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA HÓA... Đề tàiXây dựng sơ đồ Công nghệ của một phân xưởng phân tách các sản phẩm

BÀI BÁO CÁO

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT PHÂN TÁCH HỖN HỢP KHÍ HYDROCACBON

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA HÓA

NỘI DUNG BÁO CÁO

2

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

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:

Nhiệt độ nguyên liệu là 250C, 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

II Đặt vấn đề

4

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

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

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

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

FENSKE MINIMUM TRAYS 7.67443

MINIMUM REFLUX RATIO 2.23736

Total trays Feed tray R/R-MIN Reflux ratio

Nmin = 7.67 , Rmin = 2.24 Nlt = Rounddown(2*Rmin) = 15

Dự đoán vị trí đĩa nạp liệu bằng hàm trend

15 9.63

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

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

III Thiết kế tháp chưng cất

8

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

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 (QR) 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.

IV Tối ưu hóa đĩa nạp liệu bằng Optimizer

10 Chất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy tăng

Các thông số vận hành của sơ đồ

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

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 khiển đơn giản

V Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất

12

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