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/cm2g
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/cm2g
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/Nm3, tối đa
2
Lưu huỳnh tổng thể, phần triệu khối lượng, tối đa
1
Thuỷ ngân (từ điện phân), mg/Nm3, 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 =
= 37312.5 ( kg/h )
Gọi :
X : Tổng lượng propylene đưa vào đầu quá trình ( propylene make-up
và dòng propylen hồi lưu)
X1 lượng propylene vào thiết bị hòa trộn xúc tác trước khi vào thiết bị
PreR
X2 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 ; =
= 18656.25 ( kg/h)
PƯ :
2500 C3H6 + 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 :
Fpro1 = 1000 (kg/h)
Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị preR :
Fpro2 = 4035.043 (kg/h)
Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị R1 :
Fpro3 = 6845.017 (kg/h)
Lưu lượng propylene thực vào trực tiếp thiết bị R2 :
Fpro4 = 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