Đề tài: Thiết kế phân xưởng Isome hoá

Lời cảm ơn

Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa công nghệ

hoá học trường ĐHBK Hà nội, đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt

thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.

Đặc biệt em xin bầy tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo:PGS.TS. Lê Văn Hiếu

cùng các thầy, cô trong bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu đã tận tình giúp đỡ trong

thời gian em làm đồ án tốt nghiệp tại bộ môn. Tuy nhiên do khả năng và thời

gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiêú sót.

Em rất mong được các thầy, cô giáo trong bộ môn, hội đồng bảo vệ tốt

nghiệp và các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để đồ án tốt nghiệp của em được

hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn

1

Sinh viên:

Bộ giáo dục và đào tạo

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Trường đại học bách khoa hà nội

độc lập – tự do – hạnh phúc

Nhiệm vụ

Thiết kế tốt nghiệp

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Xuân Anh

Khoá: 43

Khoa: Công Nghệ Hóa Học

Ngành học: Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá Dầu

1. Đầu đề thiết kế:

Thiết kế phân xưởng Isome hoá

2. Các số liệu ban đầu:

- Công suất 350.000tấn/năm

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

- Giới thiệu chung

- Tổng quan

- Tính toán : + Tính cân bằng vật chất

+ Tính cân bằng nhiệt lượng

- Thiết kế xây dựng

- An toàn lao động

- Tính toán kinh tế

4. Các loại bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước bản vẽ):

1 bản vẽ dây truyền công nghệ A0

1 bản vẽ thiết bị chính A

1 bản vẽ mặt bằng xây dung A0

2

5. Cán bộ hướng dẫn Họ và tên cán bộ

Phần:

Công nghệ TS. Lê Văn Hiếu

Xây dựng TS. Lê Văn Hiếu

Kinh tế TS. Lê Văn Hiếu

6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 10/2/2003

7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:……………………………………………...

Ngày... tháng... năm 2003.

Chủ nhiệm khoa

Cán bộ hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Kết quả đánh giá:

Sinh viên đã hoàn thành

(và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa)

- Quá trình thiết kế:…………………

Ngày ….. tháng ….. năm 2003

- Điểm duyệt:……………………….

3

- Bản vẽ thiết kế:……………………

Mở đầu

I. Giới thiệu Quá trình iSome hoá

Quá trình isome hoá n-parafin được dùng để nâng cao trị số octan của

phân đoạn pentan-hexan của phần xăng sôi đến 700C, đồng thời cũng cho

phép nhận các izo-parafin riêng biệt như isopentan và isobutan từ nguyên liệu

cho quá trình tổng hợp cao su isopren, isobutan là nguồn nguyên liệu tốt cho

quá trình alkyl hoá, hoặc để nhận izobuten cho quá tổng hợp MTBE.

Như đã nêu trên, công nghiệp chế biến dầu dùng hai quá trình chủ đạo

để nhận xăng có trị số octan cao là quá trình reforming xúc tác và cracking

xúc tác. Nhưng do nhu cầu về xăng chất lượng cao ngày càng tăng, trong khi

đó phần C5 - C6 của công nghiệp chế biến dầu ngày càng có số lượng lớn mà

lại không thể đạt trị số octan cao khi áp dụng các quá trình trên. Trước đây

phân đoạn này chỉ được dùng để pha trộn vào xăng với mục đích đạt đủ áp

suất hơi bão hoà của xăng và thành phần cất, còn trị số octan của phần này

không đủ cao. Các số liệu trích dẫn ở bảng sau cho thấy rõ điều này.

Bảng 1.Trị số octan và điểm sôi của hydrocacbon C5, C10.

Cấu tử Điểm sôi RON MON

36 61.7 61.9 C5: n-pentan

2-metylbutan (izopentan) 28 92. 90.3

66.75 24.8 26 C6: n-hexan

2-metylpentan (izohexan) 60.3 73.4 73.4

3-metylpentan 63.25 74.5 74.3

2.2-dimetylbutan (neohexan) 49.73 94.5 93.5

4

2.3-dimetylbutan 58 10.3 94

Các số liệu của bảng cho thấy, thích hợp nhất cho quá trình nhận xăng

chất lượng cao thì phân đoạn n-C5-C6 nhận được trong khu liên hợp lọc hoá

dầu cần phải được cho quá trình isome hoá.

Công nghệ chế biến dầu mỏ ra đời vào năm 1859, và cho đến nay thế

giới đã khai thác và chế biến một số lượng dầu khổng lồ, với tốc độ tăng

trưởng hàng thập niên rất nhanh chóng (tăng gấp đôi trong khoảng 10 năm

cho đến năm 1980). Ngành công nghiệp dầu do tăng trưởng nhanh đã trở

thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế kỷ 20. Đặc biệt sau Đại chiến Thế

giới II, công nghiệp dầu khí phát triển nhằm đáp ứng hai mục tiêu chính là:

- Cung cấp các sản phẩm năng lượng cho nhu cầu về nhiên liệu động cơ,

nhiên liệu công nghiệp và các sản phẩm về dầu mỡ bôi trơn.

- Cung cấp các hoá chất cơ bản cho ngành tổng hợp hoá dầu và hoá học,

tạo ra sự thay đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại sản phẩm của ngành

hoá chất, vật liệu.

Trong số các sản phẩm năng lượng dầu mỏ, trước hết phải kể tới nhiên

liệu xăng, một loai nhiên liệu có vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống.

Trong chiến tranh thế giới thứ hai, yêu cầu về xăng máy bay tăng lên rất

nhiều, điều đó đã thúc đẩy quá trình isome hoá nhằm chế biến n-butan thành

izobutan để pha vào xăng. Sau chiến tranh, người ta lại chú ý đến quá trình

này chỉ từ năm 1950 trở lại đây. Một mặt là do phải nâng cao hơn nữa chất

lượng của xăng ôtô và xăng máy bay. Mặt khác người ta cần nhận izopentan

để sản xuất cao su nhân tạo.

Xăng loại tốt bao gồm hỗn hợp hydrocacbon thơm của reforming xúc tác

và phân đoạn sôi thấp có đủ độ bốc cho động cơ xăng. Các cấu tử nhẹ của hỗn

hợp cần có trị số octan đủ cao để không gây ra kích nổ. Phân đoạn nhẹ của

xăng cracking xúc tác hay nhiệt phân đều thoả mãn yêu cầu này.

Trong các phân xưởng hay nhà máy chế biến dầu mà không có dây

chuyền cracking thì cần thiết phải có dây chuyền chế biến và sử dụng

izoparrafin C5 và C6. Các cấu tử này có trị số octan đủ cao, có độ bốc và nhậy

5

với PTE (TOC) và đó là ưu điểm so với các cấu tử khác của xăng chưa pha

trộn. Để nhận được izoC5 , C6 người ta có thể dùng quá trình isome hoá. Ưu

điểm của quá trình này là: Biến đổi hydrocacbon mạch thẳng thành cấu tử có

cấu trúc nhánh là cấu tử có trị số octan cao. Nhờ thế làm nâng cao đáng kể

hiệu suất và chất lượng xăng. Ngày nay ở nước ta ngành công nghiệp khai

thác và chế biến đang trên đà phát triển mà hiện nay lượng condensate ngày

càng nhiều do đó ta cần phải thực hiện chuyển chúng thành nhiên liệu có trị

số ON cao. Vì thành phần chủ yếu của condensate là các cấu tử n-C54C6 (n-

parafin) nên nó có trị số octan tương đối thấp bởi thế ta phải thực hiện isome

hoá để tăng trị số octan.

Chính vì tầm quan trọng này, trong công nghiệp chế biến dầu, quá trình

isome hoá đã được rất nhiều công ty lớn trên thế giới chú trọng nghiên cứu và

phát triển, cụ thể như: UOP, Shell, Bp.... Do vậy, với đề tài “ Thiết kế phân

xưởng isome hoá ” sẽ phần nào giúp sinh viên hiểu được vai trò của quá trình

isome hoá trong lọc hoá dầu và sự phát triển của nó.

II. Cơ sở lý thuyết của quá trình Isome hoá

II.1. Đặc trưng về nhiệt động học [I,224]

Các phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan là các phản ứng có tỏa

nhiệt nhẹ. Bảng 2 cho thấy nhiệt phản ứng để tạo thành các isome hoá từ các

cấu tử riêng biệt.

Bảng 2.

Cấu tử DH298 Kcal/ml

- 1,92 C5: 2-metylbutan(isopentan)

2,2.dimetylpropan(neopentan) - 4.67

- 1,70 C6: 2-metyl pentan(isohexan)

3-metylpentan - 1,06

2,2-dimetyl butan(neohexan) - 4,39

6

2,3-dimetylbutan - 2,53

Do đó các phản ứng isome hoá là tỏa nhiệt nên về mặt nhiệt động học

phản ứng sẽ không thuận lợi khi tăng nhiệt độ. Mặt khác, phản ứng isome hoá

n-parafin là phản ứng thuận nghịch và không có sự tăng thể tích, vì thế cân

bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp sẽ tạo điều kiện

thuận lợi tạo thành isome và cho phép nhận được hỗn hợp ở điều kiện cân

bằng và có trị số octan cao. Đồ thị sau cho thấy sự phụ thuộc giữa nồng độ

cân bằng của isome vào nhiệt độ của phản ứng isome hoá n-pentan và n-

hexan được xây dựng từ tính toán thực nghiệm.

Từ đồ thị cho thấy khi tăng nhiệt độ nồng độ các isome đều giảm còn nồng

các n-parafin lại tăng, khi đó nó làm giảm hiệu xuất của quá trình isome hoá.

Dựa vào đồ thị thấy rằng nếu nhiệt độ to < 200oC sẽ thiết lập được một hỗn

hợp cân bằng có trị số octan cao.

Khi isome hoá các n-parafin còn xảy ra một số phản ứng phụ như phản

ứng cracking và phản ứng phân bố lại:

2C5H12 « C4H10 + C￿6H14

Để giảm tốc độ của phản ứng phụ này và duy trì hoạt tính của xúc tác,

người ta phải thực hiện quá trình ở áp suất hydro PH2 =2  4 MPa và tuần

hoàn khí chứa hydro.

Động học và cơ chế phản ứng isome hoá phụ thuộc vào điều kiện tiến

7

hành quá trình và phụ thuộc vào xúc tác.

II.2. Cơ chế của phản ứng isome hoá n-parafin

Phản ứng isome hóa n-parafin trên xúc tác có thể xảy ra theo các hướng

sau (phụ thuộc vào độ axit của xúc tác).[I-246], [II-135]

1. Trên xúc tác với độ axit mạnh của chất mang

Phản ứng isome hoá xảy ra trên các tâm axit. Vai trò của kim loại chỉ làm

nhiệm vụ hạn chế sự tạo cốc và ngăn ngừa sự trơ hoá các tâm axit.

Khi đó các cơ chế phản ứng được miêu tả như sau:

VD: đối với n-butan:

K,H

CH3¾CH￿2¾CH2¾CH3 CH3¾C+¾CH3

½

K

CH3

CH3¾C+¾CH3 + CH3 ¾CH2¾ CH2¾ CH3 CH3¾CH¾CH3

½ ½

CH3 CH3

+ CH3¾+CH¾CH2¾CH3

ở đây K là tâm axit của xúc tác.

Me,-H2

K, +H+

2. Với xúc tác lưỡng chức,cơ chế phản ứng như sau

CH3 ¾CH2¾ CH2¾CH3 CH3¾CH=CH2¾CH3 C H3 CH2¾+ CH

CH3

CH3¾C+¾CH3

CH3 ¾CH2¾+ CH¾ CH3

CH3¾C=CH2

K K, +H ½ ½

CH3 CH3

CH3¾C=CH2 CH3¾CH¾CH3

½ ½ Me, +H2

8

CH3 CH3

ở đây Me là tâm kim loại, K là tâm axit của xúc tác.

3. Giới thiệu chung về xúc tác

Xúc tác được coi là “cây đũa thần” trong một số phản ứng hoá học. Chỉ

cần một lượng nhỏ nó cũng có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng trăm,

hàng nghìn lần. Bản chất của xúc tác là chất xúc tác chỉ có tác dụng đưa hệ

nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng, bằng cách làm giảm năng lượng

hoạt hoá của phản ứng chứ không ảnh hưởng gì đến cân bằng hoá học. Một

phản ứng không có khả năng xảy ra thì xúc tác sẽ vô tác dụng. Chất xúc tác

một phần cũng thúc đẩy phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại. Sau phản ứng,

chất xúc tác không thay đổi gì về thành phần hoá học, chỉ thay đổi một ít về

tính chất vật lý.

Các phản ứng hữu cơ thường xảy ra theo nhiều hướng, xảy ra theo nhiều

cấp (chuyển hoá tiếp tục sản phẩm). Chất xúc tác có khả năng làm tăng nhanh

không đồng đều một số phản ứng nhất định. Tính chất này được gọi là tính

chọn lọc của xúc tác, nhờ đó mà hiệu quả của phản ứng tăng nhiều lần.

Xúc tác được chia làm hai nhóm chính là xúc tác đồng thể và xúc tác dị

thể, mỗi loại lại được chia nhỏ hơn. Với xúc tác dị thể rắn-khí, đặc trưng nhất

là xúc tác Oxít, đa Oxit, ngày nay phổ biến nhất là xúc tác kim loại trên chất

mang.

Xúc tác rắn trong công nghiệp thưòng có các dạng sau:

- Bụi: có đường kính khoảng d = 1-150 mm

- Vi cầu: d = 10-150 mm

- Cầu lớn: d = 3-6 mm

- Trụ: d = 3-4,chiều cao h = 3-5 mm

Xúc tác dạng cầu ít vỡ vụn, chúng có độ bền cơ rất cao. Dạng bụi và dạng

vi cầu dùng trong xúc tác giả sôi, dạng cầu lớn được dùng trong xúc tác

9

chuyển động, còn dạng trụ dùng trong công nghệ xúc tác lớp tĩnh. Kích thước

hạt xúc tác phụ thuộc vào kiểu reactor. Khi các chất phản ứng là khí bay hơi

thì chỉ có hai loại reactor được sử dụng là reactor lớp cố định và lớp sôi.

3.1. Reactor lớp cố định

Là ống đứng đựng xúc tác, dòng chất phản ứng được thổi qua lớp xúc

tác. Do trở lực, áp suất sẽ giảm xuống khi qua lớp xúc tác, vì thế cần tạo ra

một áp suất dương ở đầu vào reactor để đảm bảo tốc độ dòng thích hợp. Độ

giả áp suất qua lớp xúc tác tăng theo chiều tăng của tốc độ dòng, chiều dày

của lớp xúc tác và chiều giảm kích thước hạt.

3.2. Reactor lớp sôi

ở đây lớp xúc tác gồm các hạt mịn và khi dòng khí thổi từ dưới lên qua

lớp xúc tác, dần dần đạt đến tốc độ tới hạn thì lớp xúc tác bắt đầu “sôi”. Thể

tích của lớp giãn ra đáng kể, các hạt ở trạng thái chuyển động liên tục. Lớp

sôi có ưu điểm hơn lớp cố định, chẳng hạn như khả năng truyền nhiệt tốt hơn

nhiều, sự tổn thất áp suất nhỏ hơn so với lớp cố định.

3.3. Xúc tác pha lỏng

Xúc tác cho quá trình isome hoá thuộc loại xúc tác thúc đẩy phản ứng

tạo thành ion cacboni tức là xúc tác mang tính axit. Trước đây người ta dùng

xúc tác Lewis như AlCl3 , được hoạt hoá bằng HCl. Gần đây người ta vẫn sử

0C đã hầu như chuyển hóa

dụng xúc tác trên cơ sở AlBr3 và hỗn hợp AlCl3 + SbCl3 , ưu điểm của loại

xúc tác mới này là hoạt tính rất cao, ở nhiệt độ 93￿￿

hoàn toàn các parafin. Nhược điểm của loại xúc tác này là mau mất hoạt tính,

độ chọn lọc thấp và dễ bị phân huỷ. Độ axit mạnh của xúc tác dễ gây ăn mòn

thiết bị. Ngoài các xúc tác trên thì cũng còn sử dụng một số súc tác như

- H3PO4 ở 26-1350C

- C6H5SOH ở 760C để isome hóa butene 1 và butene 2

- H3PO4/chất mang là đất nung ở 325-3600C để isome hoá n-anken và iso-

aken

10

Xúc tác axit rắn

BEO: dùng để biến đổi xyclohecxane thành metylxyclohecxan ở 4500C.

Cr2O3:dùng để biến đổi heptilene 1,5 thành hecxadiene 2,4 ở

225-250oC

ThO2:isome hoá olefin ở 398-4400C

TiO2 : dùng để biến đổi heptilene thành metylxyclohecxene ở 4500C

Al2O3-Cr2O3 , Al2O3-Fe2O3 , Al2O3-Co, Al2O3-MnO2 (tất cả đều trộn

theo tỷ lệ khối lượng là 4:1) dùng để isome hoá metylbutylene ở 294-3700C.

Cr2O3-Fe2O3 : chuyển vị trí nối đôi, nối ba trong hợp chất không no ở

220-3000C mà không thay đổi cấu trúc mạch cacbon.

MoS￿3 : dùng để biến đổi n-parafin thành iso-parafin.

thành Al2O3-V2O5: đuợc dùng để biến đổi xyclohecxane

metylxyclopentane.

3.4. Xúc tác lưỡng chức [XVIII]

Liên hệ với việc chế tạo xúc tác reforming người ta đã tìm ra xúc tác

mới cho quá trình isome hoá và hydroisome hoá để isome hoá

n-parafin .Thường xúc tác này gồm hai phần:

- Phần kim loại có đặc trưng hyđro hoá, kim loại thường dùng là

Pt ,Pd…

- Phần chất mang axit (alumin ,alumin + halogen ,aluminsilicat…). Loại

xúc tác này có đủ độ chọn lọc cần thiết khi isome hoá nguyên liệu

C5￿-C6 nhưng độ linh hoạt của nó khá thấp vì thế đòi hỏi nhiệt độ phản

ứng phải cao. Vì vậy để đảm bảo được hiệu suất của quá trình thì người

ta cho tuần hoàn.

Xúc tác reforming loại Pt/Al2O3 dùng rất có hiệu quả khi isome hoá

phân đoạn C5-C6 nhưng để đạt được tốc độ phản ứng cần thiết, chúng chỉ

được sử dụng ở nhiệt độ từ 450-5100C.

Độ hoạt tính của xúc tác lưỡng chức được tăng lên bằng cách tăng độ

axit của chất mang. Xúc tác Pt/Al2O3 tạo ra ngay đươc ion cacnboni ở nhiệt

11

độ 500C. Sau này người ta dùng xúc tác Pt/Modenit, zeolite. Với xúc tác

này có thể tạo ra được phản ứng có hiệu quả ở nhiệt độ 2500C. Nhưng phổ

biến nhất vẫn là xúc tác Pt/Al2O3 được bổ xung clo. Xúc tác được quan tâm

nhiều nhất hiện nay là zeolite.

3.5. Zeolite và xúc tác chứa zeolite

Zelit là hợp chất của Alumino-silic. Đó là hợp chất tinh thể có cấu

trúc đặc biệt, cấu trúc của chúng được đặc trưng bằng mạng các lỗ rỗng,

rãnh rất nhỏ thông nhau. Các zeolit được chế tạo cùng lúc với xúc tác

Alumino-silicat hay với đất sét thiên nhiên, rồi sau đó được xử lý bằng các

phương pháp đặc biệt hợp thành xúc tác chứa zeolit. Xúc tác chứa zeolit có

hoạt tính rất cao, độ chọn lọc tốt và lại có giá thành vừa phải có khả năng tái

sinh vì thế chúng được sử dụng rộng rãi.

Thành phần hoá học của zeolit được biểu diễn dưới dạng công thức

như sau:

M2/nAl2O3 .xSiO2.yH2O

Trong đó:x>2 và n là hoá trị của cation kim loại M.

Về cấu tạo zeolit được tạo thành từ các Sodalite. Nếu các đơn vị

này nối nhau theo các mặt bốn cạnh thì tạo nên zeolit mà người ta gọi là

zeolit loại A. Còn khi các đơn vị này nối nhau theo các mặt sáu cạnh thì

zeolit tạo thành người ta thường gọi là zeolit loại X hay Y, có cấu trúc

tương tự như các Faurazite. Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm

loại zeolit khác nhau đủ mọi kích cỡ.

Bảng 3

Đường kính trung bình Zeolit Thành phần hoá học của lỗ A

A 3,6-3,9 Na2O. Al2O3.2SiO2.4,5H2O

X 7,4 Na2O. Al2O3.2,5SiO2.6H2O

Y 7,4 Na2O. Al2O3.4,8SiO2.8,9H2O

Mordenite 2,9-5,7 Na8(Al2O3)4,8(SiO2)40.24H2

12

O

ZSM5 và 11 5,4-5,6

3.6. Zeolite cho phản ứng isome hoá

Trong tất cả các loại zeolit thì zeolit sử dụng phù hợp nhất cho quá

trình isome hoá là ZSM5,11. Vì chúng có kích thước khá phù hợp cho phép

độ chọn lọc của quá trình cao hơn.

Sau đây là một số đặc trưng của quá trình isome hóa.

Tóm tắt điều kiện nhiệt độ làm việc của các loại xúc tác:

Bảng 4

Nhiệt độ phản ứng khi Nhiệt độ phản ứng khi Xúc tác sử dụng sử dụng

Fiedel Crafts 80-1000C Pha lỏng gây ăn mòn AlCl3.AlBr3

200-4500C Pha hơi Oxit Al2O3,Cr2O3,BeO

350-5000C Pha hơi Pt/Al2O3

80-1500C Pha hơi Pt/Al2O3 clo hoá

250-3000C Pt/zeolite Pha hơi

300-3300C Pt/zeolite-X Pha hơi

300-3300C Pt/zeolite-Y Pha hơi

300-3300C Pt/ZSM5 Pha hơi

3.7. Chất mang có tính axit

Xúc tác chỉ có tác dụng ở lớp bên ngoài trên bề mặt có độ dày khoảng 100

4 300 Ao, còn ở phía bên trong chỉ làm nhiệm vụ liên kết mạng tinh thể. Như

vậy người ta thay lớp bên trong bằng một lớp chất mang rẻ tiền và dễ điều chế

hơn. Mặt khác khi dùng chất mang có thể tăng độ bền cơ, độ bền nhiệt và tăng

bề mặt riêng của xúc tác.

Chất mang có thể là ôxit nhôm hoặc hỗn hợp Al2O3-SiO2, sau này người ta

còn dùng zeolit hay modenit vì zeolit là một trong các axit rắn có đặc tính rất

13

quý là: độ axit cao, là một rây phân tử, do vậy có thể cho phép ta tách được

những phân tử có kích thước khác nhau. Tốt hơn cả là dùng xúc tác ZSM-5

của hãng Mobil-Oil (Hoa Kỳ). Tuy nhiên phổ biến hơn cả sử dụng chất mang

Al2O3 có bổ sung Clo. Độ axit của chất mang được quyết định bởi quá trình

xử lý đặc biệt để tách nước bề mặt nhằm tạo ra bề mặt riêng lớn (400m2/g) và

tạo ra các tâm axit.

Chất mang có thể là -Al2O3 hoặc là -Al2O3 với diện tích bề mặt khoảng

250m2/g được bổ sung các hợp chất Halogen như flo, clo hay hỗn hợp của

chúng. Độ axit tăng khi tăng hàm lượng halogen, có khoảng 547% clo trên

xúc tác. Dùng CCl4 hoặc các hợp chất clo hữu cơ khác, hiện nay người ta

thường dùng axit HCl, để có ít nhất 2 nguyên tử Clo trên một nguyên tử Al.

3.8. Kim loại [XVIII]

Kim loại có đặc trưng thúc đẩy phản ứng dehydro hoá parafin thành

olefin, đồng thời hydro hoá các olefin thành các izo-parafin. Thường dùng là

các kim loại quí sau Pt, Pd, Ni, … trong đó Pt là kim loại được sử dụng nhiều

nhất.

Trong quá trình isome hoá, Pt làm tăng tốc độ khử hydrocacbon no, khử

hydro vòng hoá parafin tạo hydrocacbon thơm thúc đẩy quá trình no hoá, làm

giảm lượng cốc bám trên xúc tác. Hơn nữa Pt có khả năng phân ly phân tử

H2SO4 dễ dàng, các anken không bị hấp phụ quá mạnh và Pt là xúc tác yếu

của phản ứng nhiệt phân hydro. Vì vậy các phản ứng isome hoá n-parafin dễ

dàng xảy ra trên Pt ngay cả trường hợp không có tâm axit.

Platin được đưa vào xúc tác ở dạng khác nhau nhưng phổ biến là dùng

dung dịch của axit platin clohiđric (H2PtCl6). Platin là cấu tử tuyệt vời cho

xúc tác đồng phân hoá. Hàm lượng Pt trên xúc tác chiếm khoảng 0,340,7%

khối lượng.

Chất lượng tốt của một chất xúc tác là có độ hoạt tính cao, độ chọn lọc

cao và độ ổn định cao. độ hoạt tính của xúc tác được đánh giá thông qua hiệu

suất và độ chuyển hoá của sản phẩm thu được. Độ hoạt tính phụ thuộc chủ

14

yếu vào hàm lượng kim loại Pt và đặc biệt là độ phân tán của Pt trên chất

mang axit. Qua các kết quả nghiên cứu, người ta cho rằng: Nếu các hạt phân

tán có kích thước nhỏ hơn 10Ao thì có tâm hoạt tính mạnh, còn khi kích thước

hạt lớn hơn 70Ao thì xúc tác không có hoạt tính đối với phản ứng isome hoá.

Vì thế hàm lượng Pt chỉ chiếm tối đa 1% bề mặt chất mang.

Xúc tác lưỡng chức năng có độ chọn lọc cao hơn xúc tác trong pha lỏng

nhưng độ hoạt tính của nó thường thấp hơn, vì thế phải đòi hỏi nhiệt độ phản

ứng phải cao hơn và phản ứng phải được thực hiện trong pha hơi. nhưng do

tăng nhiệt độ mà phản ứng isome hoá n-parafin không thuận lợi về mặt nhiệt

động. Do đó cần phải tuần hoàn nguyên liệu chưa biến đổi để nâng cao hiệu

suất của quá trình isome hoá.

4.Công nghệ isome hoá n-pentan và các hydrocacbon nhẹ khác trên xúc

tác lai hoá. ảnh hưởng của khí hydro đến quá trình [V], [VII], [XVI],

[XVI], [XVII]

Phản ứng isome hoá các parafin nhẹ giữ một vai trò quan trọng trong

công nghệ chế biến dầu khí, nhằm sản xuất ra các cấu tử có trị số octan cao.

Theo tài liệu (Huang et, al 1992) thì phản ứng isome hoá đầu tiên được tiến

hành vào những năm 30 với n-butan. ở đây, lần đầu tiên xúc tác Fiedel -

Crafts được sử dụng cho phản ứng isome hoá. Loại xúc tác này chỉ cho độ

hoạt động cao khi tiến hành phản ứng isome hoá n-butan ở nhiệt độ thấp dưới

900C. Bởi nó có độ chọn lọc thấp, cấu trúc kém ổn định và độ mài mòn cao,

đặc biệt là đối với phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan. Do vậy mà xúc

tác Fiedel - Crafts không thể thoả mãn được những yêu cầu của những dây

truyền phản ứng isome hoá hiện đại.

Để giải quyết vấn đề này mà xúc tác lưỡng chức năng đã ra đời. Loại

xúc tác mới này được sản xuất từ những kim loại quý hiếm như Pt, Pd trên

những bề mặt có khả năng chống mài mòn cao. Như chúng ta đã biết rằng Pt -

Al2O3 có tác dụng xúc tác cho phản ứng isome hoá n-pentan và n-hexan,

nhưng đặc tính này chỉ xuất hiện khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao,

15

thường từ 455 - 5100C. Vì vậy, để cải thiện điều kiện làm việc của xúc tác, hạ

thấp nhiệt độ phản ứng cho loại xúc tác này mà Pt - Al2O3 sẽ được xử lý bằng

AlCl3 và bằng clorua hữu cơ. Do vậy khả năng xúc tác của Pt - Al2O3 sẽ được

hoàn thiện hơn, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp isome hoá.

Trong những năm gần đây, nhiều loại xúc tác lưỡng chức năng mới đã

được phát hiện như: kim loại hiếm/aluminosilicat và kim loại hiếm/zeolit và

chúng ngày càng được hoàn thiện hơn. Những loại xúc tác mới này cho mức

độ chuyển hoá cao, gần giá trị cân bằng của phản ứng, ngay cả khi tiến hành

phản ứng ở nhiệt độ trung bình (260 - 3150C).

Ví dụ như quá trình isome hoá n-pentan được tiến hành trên xúc tác Pt -

Zeolit, trong thiết bị phản ứng kiểu chảy dòng ở áp suất khí quyển. Phản ứng

được tiến hành ở khoảng nhiệt độ 230 - 3000C, áp suất 1at, tỷ lệ phần mol

H2/n-pentan = 9/1, W/F = 10,0 g.h/mol. Thì mức độ chuyển hoá khi đạt cân

bằng phản ứng có thể đạt được khoảng 70% ở 2700C trên xúc tác Pt/HZSM-5

(xúc tác hỗ trợ) hoặc xúc tác Pt-lai hoá (một hỗn hợp dạng bột của Pt/SiO2 và

HZSM-5). Nếu so sánh thì độ chọn lọc isome hoá trên xúc tác Pt-lai hoá cũng

cao hơn Pt/HZSM-5 và hoạt tính của xúc tác Pt-lai hoá cũng cao hơn

Pt/HZSM-5 khi tiến hành phản ứng ở trong khoảng nhiệt độ và áp suất rộng.

Trong phản ứng isome hoá n-pentan thì khí hydro giữ một vai trò quan

trọng trong quá trình tái sinh trung tâm axit Bronsted và giữ ổn định hợp chất

trung gian i-nC5.

5. Các yêu cầu của xúc tác rắn trong công nghiệp

Chất xúc tác chỉ thực sự có tính khả thi khi chúng thoả mãn phần lớn các

yêu cầu công nghệ đặt ra:

- Có hoạt tính và độ chọn lọc cao để đảm bảo hiệu suất của thiết bị.

- Dễ sản xuất, rẻ tiền, có tính tái sinh và bền với những tác nhân gây ngộ

độc xúc tác. Đảm bảo được sản lượng lớn trong quy mô công nghiệp, phù hợp

16

với thực tế là lượng tạp chất rất nhiều.

- Độ ổn định bền cơ, bền nhiệt, bền hoá học và độ thuần khiết về thành

phần hoá học cao. Mặt khác, nó còn có khả năng dẫn nhiệt tốt có khả

năng tạo kích thước và hình dạng phù hợp đồng đều.

Tuy nhiên, trong thực tế không có loại xúc tác nào đáp ứng được các yêu

cầu trên. Vì thế trong từng trường hợp cụ thể mà ta xét xem yêu cầu nào là

quan trọng nhất để chọn xúc tác cho phù hợp.

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình isome hoá [V]

Xúc tác trong công nghiệp có tác dụng thiết thực khi mà nó đi đôi với

một khoảng nhất định nào đó của các yếu tố công nghệ. Các yếu tố công nghệ

liên quan mật thiết với nhau. Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của từng yếu

tố là cần thiết. Các yêú tố đó là: thành phần nguyên liệu, áp suất, nhiệt độ, bội

số tuần hoàn khí hyđro, vận tốc thể tích nạp liệu.

*Nguyên liệu

Trong công nghiệp thì người ta thường dùng nguyên liệu cho quá trình

isome hoá là: C4,C5,C6 hay hỗn hợp của chúng cụ thể là phần naphta nhẹ.

Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định đến chế độ công nghệ và chất lượng

sản phẩm. Thông thường hàm lượng n-parafin chỉ chiếm khoảng nhỏ hơn

60%. Để đạt được hiệu suất cao thì cần phải tách phần iso-parafin ra khỏi

nguyên liệu .

Nguyên liệu từ các nguồn khác nhau do đó thành phần hoá học và sự

phân bố hàm lượng hyđrocacbon có phân tử lượng lớn hay nhỏ cũng sẽ khác

nhau. Ví dụ như nguyên liệu có hàm lượng chất độc lớn hơn qui định thì phải

sử lý, làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào phản ứng. Như vậy nguyên liệu là yếu

tố quan trọng ảnh hưởng đến việc chế tạo xúc tác cũng như xác định các yếu

tố công nghệ khác.

Hàm lượng cho phép của các chất độc trong công nghiệp

Nguyên liệu %Trọng lượng

17

S 2.10-3

N 0,5.10-4

5.10-4 H2O

*áp suất H2

Quá trình isome hoá trong công nghiệp thường được thực hiện với áp

suất cao của H2. Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng thì sự có mặt của H2 sẽ

cản trở quá trình tạo cốc trên tâm kim loại và phản ứng cracking. Do đó các

hyđrocacbon nhẹ ít được tạo ra hơn, hàm lượng cốc giảm đi, hoạt tính của xúc

tác cũng ít bị thay đổi.

Mặt khác hyđro còn đuổi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh. Do

vậy, quá trình isome hoá thực hiện ở áp suất cao của H2 là cần thiết, giá trị của

áp suất H2 phụ thuộc vào hoạt tính, độ chọn lọc của xúc tác và bản chất của

nguyên liệu.

Ngày nay, xúc tác cho quá trình ngày càng hoàn thiện hơn do đó áp

suất H2 ngày càng giảm dần, dao động trong khoảng 21-70 atm.

Mối liên hệ giữa áp suất H￿2 và nhiệt độ là khá rõ rệt. Khi ở nhiệt độ

cao, áp suất của H2 ít ảnh hưởng tới độ chuyển hoá của nguyên liệu và ngược

lại.

Sự ảnh hưởng của áp suất H2 lên mức độ chuyển hóa n-hecxan ở các

18

nhiệt độ khác nhau.

Hình trên chỉ ra ảnh hưởng của H2 lên mức độ chuyển hóa n-hecxan tại

các nhiệt độ khác nhau.

*Nhiệt độ của phản ứng

Nhiệt độ quá trình phản ứng ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần sản

phẩm thông qua hiệu ứng nhiệt các phản ứng và ảnh hưởng tới vận tốc phản

ứng.

Về nhiệt động thì nhiệt độ cao không có lợi cho phản ứng isome hoá

nhưng về động học thì rất tốt. Khi tăng nhiệt độ thì các phản ứng cracking và

các phản ứng đề hyđro hoá chiếm ưu thế.

Nhiệt độ thấp rất có lợi cho phản ứng isome hoá nhưng hiệu suất của

quá trình không cao. Nhược điểm này sẽ được khắc phục bằng cách cải thiện

xúc tác tăng tính axit cho nó. Ngày nay đối với quá trình dùng xúc tác thì

nhiệt độ phản ứng đã được hạ thấp xuống còn khoảng 90 -1250C.

ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần của sản phẩm khi isome hoá

19

được thể hiện ở hình vẽ dưới :

ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần của sản phẩm.

*Tốc độ thể tích

Tốc độ thể tích là nghịch đảo thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và các

sản phẩm trung gian với xúc tác trong phản ứng. Ta có thể điều chỉnh được

giá trị này bằng cách thay đổi lưu lượng của nguyên liệu hoặc lượng xúc tác.

Năng suất của quá trình cao khi khắc phục được giai đoạn chậm. Do đó

người ta cố gắng đưa vận tốc khuyếch tán xấp xỉ với vận tốc động học.

Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 100C thì vận tốc động học tăng lên

2-3 lần còn vận tốc khuyếch tán tăng lên 1-1,5 lần.

Với quá trình isome hoá, khi tăng tốc độ thể tích thì phản ứng isome

hoá chiếm ưu thế. Còn các phản ứng đòi hỏi thời gian lớn như phản ứng khử

H2 xảy ra yếu hơn cho nên khi tốc độ thể tích lớn sẽ khống chế được các phản

ứng đó. Khi tốc độ phản ứng nhỏ ngoài lượng cốc tạo ra lớn thì năng suất của

quá trình cũng bị giảm.

Do đó cần phải chọn tốc độ thể tích phù hợp để đảm bảo được năng

suất là yêu cầu thiết yếu của quá trình.

III. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình Isome hoá [X], [XVIII],

[XIX]

III.1. Nguyên liệu của quá trình isome hoá

Isome hoá thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C4, phân đoạn C5 và

20

C6. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công nghệ và chất lượng

sản phẩm. Thành phần của nguyên liệu tiêu biểu có nguồn gốc khác nhau

được trình bày ở bảng 5.

Bảng 5: Thành phần nguyên liệu tiêu biểu

Mid Xăng Nguồn nguyên liệu Kuwait Arabia Wyoming continent cất

58.5 3.0 42.2 64.3 59.8 C5: n-pentan

2-metylbutan 41.5 36.2 56.2 33.3 36.4

2,2-dimetylpropan - - - - -

Cyclo pentan 0.1 0.8 1.2 2.4 3.8

43.2 41.6 27.7 46.6 37.8 C6: n-hexan

2-metylpentan 22.4 26.3 32.5 40.5 38.2

3-metylpentan 16.9 14.3 12.5

2,2-dimetyl butan 2.0 0.5 0.75 3.9 3.8

2,3-dimetyl butan 4.2 0.5 0.75

Metylcyclo pentan 5.1 14.0 17.0 7.3 18.8

Cyclohexan 4.2 2.2 4.5 - -

Benzen 2.0 0.6 - 2.0 1.4

74.4 72.9 79.2 72.1 73 RON của C5

55.9 57.7 76.4 55.1 61.1 RON của C6

Từ các số liệu trong bảng thấy rằng, hàm lượng n-parafin thường không vượt

quá 65% trong nguyên liệu. Do đó, nếu cho toàn bộ nguyên liệu qua biến đổi

isome hoá là không hợp lý mà cần phải tách các isome khỏi n-parafin và chỉ

cho biến đổi n-parafin. Để hạn chế các phản ứng phụ và sự kìm hãm quá trình

nên tiến hành phản ứng ở mức độ biến đổi vừa phải, rồi sau khi tách cho tuần

hoàn trở lại nguyên liệu chưa biến đổi. Khi tiến hành thao tác như vậy, đã cho

21

phép tăng cao trị số octan của phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị.

Trong thực tế công nghiệp, người ta thường đem isome hoá phân đoạn C5 4C6

còn n-heptan đem isome hoá không tiện lợi vì trong điều kiện tiến hành quá

trình, các parafin cao (>C6) dễ bị cracking và dễ tạo cặn nhựa làm cho sản

pẩm có trị số octan tương đối thấp. Đáng tiếc là khi tiến hành isome hoá phân

đoạn C5 4 C6, trị số octan của xăng chỉ tăng lên đến một giới hạn nhất định và

thường là không vượt quá 100 đơn vị theo phương pháp nghiên cứu. Vì thế nó

không phải là quá trình chủ đạo để thu các cấu tử cho xăng. Xong như trên đã

nói nó là quá trình chính để nhận isopentan để sản xuất isopren.

III.2. Sản phẩm của quá trình isome hoá

Đặc trưng sản phẩm của quá trình isome hoá là các isoparafin đây là

những cấu tử cao octan, rất thích hợp cho việc sản xuất xăng chất lượng cao.

Sản phẩm thu được từ quá trình isome hoá có trị số octan có thể đạt tới

88499(theo RON). Với mỗi hãng khác nhau thì sản phẩm thu được có chứa

%V của các cấu tử khác nhau nhưng nhìn chung nó không có sự chênh lệch

nhiều về trị số octan, cụ thể như sản phẩm của quá trình isome hoá của hãng

Essoresearch và Engineering Co tiến hành trong pha lỏng có kết quả như

trong bảng 6.

Từ số liệu trong bảng thấy rằng trong quá trình biến đổi izome hoá đi từ

nguyên liệu là n-C5, C6 thì sản phẩm chính thu được là izopentan và 2,2

dimetylbutan. Sản phẩm thu được từ quá trình izome hoá có chất lượng cao,

chính vì ưu điểm này nên có nhiều hãng tham gia nghiên cứu và thiết kế dây

chuyền izome hoá để xử lý phân đoạn C5, C6 có trị số octan thấp thành phân

đoạn cao octan cho xăng, để đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng chất lượng cao

như hiện nay.

22

Bảng 6: Thành phần sản phẩm từ các nguyên liệu khác nhau.

Nguyên liệu Arbian Lousianna Cấu tử Nguyên Nguyên Sản phẩm Sản phẩm liệu liệu

% V

n-pentan 16.3 4.8 29.1 7.1

Izo-pentan 11.6 23.1 11.3 33.3

n-pentan 19.0 4.4 30.4 4.1

2,2-dimetyl butan 1.9 20.7 0.0 25.2

2,3-dimetyl butan 2.1 5.0 0.7 4.6

2-metylpentan 15.3 11.4 11.3 12.0

3-metylpentan 9.4 6.2 6.6 5.1

Cyclo pentan 2.3 1.8 0.7 0.1

Cyclohexan 6.4 15.5 1.5 6.6

Metylcyclo pentan 10.8 2.2 5.4 0.9

Benzen 4.8 4.8 1.0 1.0

Trị số octan 98 98.5

RON + 3ml TEP/Gal

Hiêu suất, % V >99 99

IV. quá trình isome hoá trong công nghiệp [i], [IX], [XVI], [XVIII],

[XIX], [XX]

Isome hoá thường dùng nguyên liệu là phân đoạn C4, phân đoạn C5 và

C6 hay hỗn hợp C5 - C6. Đặc trưng của nguyên liệu sẽ quyết định chế độ công

nghệ và chất lượng sản phẩm. Thành phần của nguyên liệu tiêu biểu có nguồn

gốc khác nhau.

hàm lượng n-parafin thường không vượt quá 65% trong nguyên liệu.

Do đó, nếu toàn bộ nguyên liệu qua biến đổi isome hoá là không hợp lý mà

cần phải tách các isome khỏi n-parafin và chỉ cho biến đổi n-parafin. Để hạn

23

chế các phản ứng phụ và sự kìm hãm quá trình, nên tiến hành phản ứng ở mức

độ biến đổi vừa phải, rồi sau khi tách cho tuần hoàn trở lại nguyên liệu chưa

biến đổi. Khi tiến hành thao tác như vậy, đã cho phép tăng cao trị số octan của

phân đoạn lên tối thiểu là 20 đơn vị.

IV.1. Các quá trình pha lỏng với xúc tác AlCl3

Các quá trình isome hoá loại này đã có từ rất lâu và là loại phổ biến để

isome hoá n-butan thành isobutan. Sơ đồ nguyên lý của loại này được trình

bày trên hình dưới

Quá trình này thực hiện hoặc không có tuần hoàn n-parafin. Chúng chỉ

khác nhau bởi cột tách phân đoạn 4. Quá trình hoạt động liên tục và không

cần tái sinh xúc tác.

Xúc tác được dùng là hỗn hợp của AlCl3 và HCl khan. Vùng phản ứng

được duy trì ở áp suất H2 để hạn chế các phản ứng phụ như phản ứng cracking

và đa tụ.

Điều kiện thao tác của quá trình như sau:

24

t0C – 120, p = 50 - 60at; H2/RH = 10 - 18m3/m3 nguyên liệu.

Bảng 7. Quá trình Izomate (Standard Oil Co. Indiana)

Mid

Xăng

Kuwait

Arabia Wyoming

Nguồn nguyên liệu

continant

cất

58.5 63.0 42.2 64.3 59.8 C5: n-pentan

2-metylbutan 41.5 36.2 56.2 33.3 36.4

2.2-dimetyl propan - - - - -

Cyclo pentan 0.1 0.8 1.2 2.4 3.8

43.2 41.6 27.7 46.6 37.8 C6: n-hexan

2-metulpentan 22.4 26.3 32.5 40.2 38.2

3-metylpentan 16.9 14.3 12.5

2.2-dimetyl butan 2.0 0.5 0.75 3.9 3.8

2.3-dimetyl butan 4.2 0.5 0.75

Metylcyclo pentan 5.1 14.0 17.0 7.3 18.8

Cyclohexan 4.2 2.2 4.5 - -

Benzen 2.0 0.6- 2.0 1.4

74.4 72.9 79.2 72.1 73 RON của C5

55.9 57.7 76.4 55.1 61.1 RON của C6

Nguyên liệu được bão hoà bằng HCl khan và H2 trong thiết bị hấp thụ,

sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết và được nạp vào reactor. Xúc tác

đã dùng được tách ra cùng cặn nhựa và phản ứng isome hoá xảy ra trong pha

lỏng.

IV.1.2. Quá trình của Shell Devlopment Co

Quá trình này được dùng để chế biến phân đoạn n-butan thành izo-

25

butan và cũng được dùng để chế biến phân đoạn C5. Trong các tài liệu hiện

có, chưa thấy nói đến số liệu áp dụng cho phân đoạn C6 và nặng hơn. Đây

cũng là một quá trình liên tục và không tái sinh xúc tác. Xúc tác là một dung

dịch của HCl khan và tricloantimoan được hoạt hoá bằng HCl khan. Vùng

phản ứng được giữ ở áp suất hydro để hạn chế các phản ứng phụ.

Điều kiện thao tác của quá trình công nghệ này như sau:

Bảng 8

- Nhiệt độ 0C 80 - 100

- áp suất ở reactor, at 21

- áp suất riêng phần của hydro, at 4,3

1,3 - H2/nguyên liệu, %mol

5 & khối lượng của H2/nguyên liệu

3 % khối lượng của AlCl3 trong xúc tác

- Tỷ lệ xúc tác/RH (V) 1

- Thời gian tiếp xúc (phút) 15 (~ V/H/V = 2,5)

IV.1.3. Quá trình của hãng Esso Research & Engineering Co

Quá trình này thực hiện ở nhiệt độ từ 25 đến 500C. Đặc điểm chính của

quá trình là tiến hành ở độ chuyển hoá cao nên không cần phải tuần hoàn lại

nguyên liệu chưa phản ứng. Sản phẩm của quá trình từ các loại nguyên liệu

khác nhau được dẫn ra ở bảng dưới đây.

Ngoài ra hãng ABB Lumunus Global đã thiết kế dây truyền isome hoá

để xử lý phân đoạn C5/C6 có trị số octan thấp thành phân đoạn có trị số octan

cao cho xăng. Xúc tác dùng là AlCl3 hoạt hoá nên xúc tác có độ hoạt tính rất

26

cao và độ chọn lọc cũng lớn, do vậy mà không cần phải tách iso-parafin khỏi

n-parafin nhưng vẫn đạt được sản phẩm có trị số octan cao và hiệu suất đạt

đến 99,5% từ nguyên liệu có RON bằng 68 - 70.

Nguyên liệu Louisiana Arbian

Cấu tử Nguyên Nguyên Sản Sản phẩm liệu liệu phẩm

% V

n-pentan 16.3 4.8 29.1 7.1

Izo-hexan 11.6 23.1 11.3 33.3

n-hexan 19.0 4.4 30.4 4.1

2.2- dimetylbutan 1.9 20.7 0.0 25.2

2.3-dimetylbutan 2.1 5.0 0.7 4.6

2- metyl pentan 15.3 11.4 11.3 12.0

3- metyl pentan 9.4 6.2 8.6 5.1

Xyclopentan 2.3 1.8 0.7 0.1

Xyclohexan 6.4 15.5 1.5 6.6

Metyl cyclopenyan 10.8 2.2 5.4 0.9

Benzen 4.8 4.8 1.0 1.0

Trị số octan 98 98.5

RON + 3ml TEP/Gal

Hiệu suất, % V > 99 99

IV.2. Quá trình công nghệ của Kolleg & Root

Dùng để tăng trị số ốc tan từ nguyên liệu giầu Parfin C5, C6 mạch thẳng.

27

Nguồn nguyên liệu này lấy từ Naphtha nhẹ mạch thẳng, lấy Raffinat từ tách

hydrocacbon thơm, phần nhẹ của hyđrô cracked, Condensate của khí thiên

nhiên. Quá trình này cho phép nguyên liệu có thể lẫn tạp chất lưu huỳnh lên

tới 100 ppm .

Quá trình này tiến hành thì làm tăng trị số óc tan của nguyên liệu lên từ 10

– 18 đơn vị. Điều này nó còn phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu và vấn

đề hồi lưu các cấu tử chưa chuyển hoá.

Xúc tác cho phép nguyên liệu làm việc với nguyên liệu bẩn, có một hàm

lượng lưu huỳnh và nước ở trong nguyên liệu. Xúc tác của quá trình cũng có

thể tái sinh được. Nguyên liêu của quá trình không nhất thiết phải sử lý hyđrô

trước (nếu nguyên liệu không có mặt của nước tự do). Để giảm chi phí cho tái

sinh và chống ăn mòn thiết bị thì chúng ta nên sử dụng nguyên liệu có

100ppm lưu huỳnh.

Nguyên liệu và Hyđrô được gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết sau đó thì dẫn

nó vào thiết bị phản ứng. Sản phẩm của quá trình thu được đưa qua tháp ổn

định, ở đó thì phần phía trên đỉnh tháp là khí hyđrô mang qua máy để đưa hồi

lưu trở lại thiết bị phản ứng. Còn phần nặng thì được đưa qua tháp tách

Butan(các cấu tử C4-) để đưa đi làm khí nhiên liệu. Phần nặng còn lại là sản

phẩm của quá trình. Tuỳ thuộc vào yêu cầu mà ta có thể mang đi pha trộn

xăng ngay hay là tách lấy các cấu tử chưa chuyển hoá cho tuần hoàn trở lại

thiết bị phản ứng.

Sơ đồ công nghệ của Kolleg & Root

1) thiết bị phản ứng 2) thiết bị gia nhiệt

3) tháp ổn định tách hyđrô 4) Tháp tách Butan

28

5)Thiết bị nén khí tuần hoàn

IV.3.Công nghệ ISOME hoá của IFP

Nguyên liệu của quá trình sử dụng phân đoạnC5 C6 giầu các cấu tử parafin

có trị số ốc tan thấp , thu được các cấu tử có trị số ốc tan cao.

Quá trình này sử dụng xúc tác Zeolit hoặc Al-Cl. Sự lựa chọn loại xúc tác

phụ thuộc vào yêu cầu nâng cao trị số ốc tan. Quá trình này có tuần hoàn các

cấu tử mạch thẳng chưa chuyển hoá lại thiết bị, quá trình cải tiến được trị số

ốc tan thấp trở thành trị số ốc tan khá cao. Điều này được minh hoạ ở bảng 9

dưới đây.

Quá trính ISORB ISOM có dùng một thiết bị để tách I-Petan ra khỏi

nguyên liệu . Một lượng hyđrô được trộn với nguyên liệu và đem vào lò phản

ứng. Các quá trình ISOME hoá nó diễn ra ở nhiệt độ trung bình đạt được cân

bằng giữa iso-Parafin và n-Parafin. Thời gian làmviệc của xúc tác là khá lâu.

Quá trình này làm việc trong pha khí

Bảng 9

Công nghệ Zeolit Al-Cl

Không tuần hoàn nguyên 80 83 liệu chưa chuyển hoá

tách iso-Petan và không tuần 82 84 hoàn n-Parfin

Có tách và tuần hoàn các cấu 86 88 tử chưa chuyển hoá

Có tuần hoàn cấu tử mạch 88 90 thẳng _ISORB

29

Tách iso-pentan và mạch 92 92 thẳng , có tuần hoà - Hexorb

Sơ đồ công nghệ của IFP

(1). Thiết bị tách iso- Petan (2). Cụm thiết bị trộn & phản ứng

(3). Cụm thiết bị tách sản phẩm

IV.4. Công nghệ ISOMe hoá của Shell

(UCC Shell Hysomer)

Nguyên liệu của công nghệ này là phân đoạn naphtha nhẹ Chứa nhiều

cấu tử n-Parafin mạch thẳng từ các nhà máy lọc dầu. Nó bao gồm C5- C7 và

lên tới cả C8. Trong nguyên liệu thì chỉ số ốc tan thấp nó chỉ vào khoảng trên

dưới 60. Sản phẩm của quá trình rất thích hợp để pha trộn vào xăng

Quá trình này có tên là quá trình Hysomer là quá trình với lớp xúc tác lớp

cố định xẩy ra trong pha hơi.

Điều kiện của công nghệ:

1) nhiệt độ của quá trình : 245-2470C

2) áp suất của quá trình : 300-500Psig

3) Tỷ lệ H2/RH (mol) : 1-4

30

4) Thời gian làm việc xúc tác là: 5-10 năm

5) Tốc độ nạp liệu (h-1) : 1-3

Xúc tác của quá trình này là không nhạy với các loại hợp chất của lưu

huỳnh và nước. Do vậy mà hàm lượng lưu huỳnh cho phép trong nguyên liệu

là 35ppm về khối lượng, và hàm lượng nước cho phép là 10-20ppm.

Quá trình này tiến hành nó cho phép cải tiến chỉ số ốc tan từ 10-20 đơn vị.

Trị số ốc tan của sản phẩm có thể đạt từ 79-82 theo RON.

Ngoài các phản ứng chính ra quá trình này có phản ứng phụ:

Aromantic bị chuyển hoá thành các Naphthenic

Naphthenic bị hyđrrô hoá thành Parafin

C7+ thì phản ứng Crack thành các phân tử nhẹ hơn

Hiệu suất của quá trình từ 97 đến 98 % (theo LV).

Sơ đồ công nghệ của Shell

(1) thiết bị phản ứng (2) Tháp tách

(3) máy nén (4) Tháp ổn định

31

Olefin bị hyđrô hoá thành các Parafin

IV.5. Công nghệ ISOME của BP

Nguyên liệu là C5C6 , được hyđrô háo làm sạch các tạp chất lưu huỳnh và

sấy khô trước khi đưa vào thiết bị phản ứng.

Xúc tác dùng cho quá trình là AlumoPlatin được hoạt hoá bằng clo hữu cơ

nên có độ hoạt tính và độ chọn lọc cao. Thời gian làm việc kéo dài. Để duy trì

độ hoạt tính và độ chọn lọc ta bổ xung một lượng nhỏ Clo hữu cơ vào nguyên

liệu. Chính vì có bổ sung một lượng rất nhỏ này mà ta cần chú ý tới vấn đề ăn

mòn thiết bị.

Sản phẩm chính của quá trình có trị số ốc tan khá cao lớn hơn 80. Ngoài ra nó

cũng có các sản phẩm phụ từ C1 đến C3 được đem đi làm khí nhiên liệu.

32

Quá trình này được tiến hành trong pha hơi

Sơ đồ dây truyền công nghệ của BP

1) Lò gia nhiệt nguyên liệu 2) lò phản ứng

3) Tách khí 4) Cột ổn định

5) Máy nén khí 6) Ngưng tụ

IV.6. Công nghệ Butamer của UOP

Mục đích của quá trình này là đi sản xuất iso-Butan từ Butan để cung cấp

nguyên liệu cho công nghệ alkyl hoá và sản xuất MTBE. Nguyên liệu của quá

trình chính là n- Butan.

Quá trình này sử dụng xúc tác là AluminoPlatin hoạt hoá bằng clo. Quá

trình isome hoá được tiến hành trong pha hơi, với sự có mặt của hydro.

Điều kiện nhiệt độ của quá trình là 120-2400C.

Sơ đồ công nghệ Butamer:

1) Cột tách izoButan 2) Cột ổn định 3) Lò phản ứng

4)Lò đốt 5) Máy nén 6)Thiết bị tách

Hiệu suất cho iso –Butan là > 50% cho một chu trình. Độ chọn lọc của xúc

tác khá cao nên ít xảy ra phản ứng phụ. Hiệu suất của quá trình trên 90 % tiêu

33

hao một lượng nhỏ hyđrô. Trong công nghệ cần phải có tháp tách n và iso

–Butan ra khỏi nhau. Đối với các cấu tử chưa chuyển hoá thì phải được tuần

hoàn trở lại thiết bị. Trong công nghệ không mô tả đường tuần hoàn nguyên

liệu.

IV.7. Công nghệ Penex của UOP

Quá trình này cũng nhằm đi sản xuất xăng có chất lượng cao từ các phân

đoạn có trị số ốctan thấp. Phản ứng này muốn thu được hiệu suất cao thì ta

phải thực hiện điều kiện thuận lợi cho phản ứng isome hoá và hạn chế các

phản ứng phụ thì phải có sự có mặt của hyđrô.

Xúc tác của quá trình thuộc loại Fidel_ Craft và xúc tác hyđrô hoá. Trong

quá trình phát triển của công nghệ thì xúc tác cũng được ngày càng hoàn thiện

hơn, trong công nghệ này thì hãng UOP dã sử dụng thế hệ 3 của xúc tác

Fidels_ Craft. Khi đó xúc tác được biểu diễn dưới dạng HAlX4 (H+ A-)

Cơ chế của nó có thể được miêu tả dưới dạng sau:

- +H2

RH + HAlX4  R+ + AlX4

CH3-CH2-CH2-CH3 +H+ A-  CH3-CH2-CH+-CH3 + A+ + H2

CH3-CH2-CH+-CH3 CH3-C+-CH3

CH3

CH3-C+-CH3 D CH3-C+-CH3

CH3 CH3

CH3-C+-CH3

CH3

Đối với hệ xúc tác này thì rất nhạy với các loại tạp chất vì vậy cần phải làm

sạch trước khi đưa vào thiết bị phản ứng. Qúa trình làm sạch này được sử lý

bằng hyđrô hoá làm sạch và sấy khô.

Sản phẩm của quá trình được đem ra thiết bị ổn định để thu hồi hydro và

34

đem hồi lưu. Sau đó nó được đưa ra thiết bị tách khí nhẹ, khí này phải được

lọc sạch HCl hình thành từ lượng Clo hữu cơ mang vào. Cần phải tách nó để

tránh ăn mòn thiết bị và đảm bảo chỉ tiêu mang đi làm nhiên liệu. Tuỳ theo

điều kiện và yêu cầu về sẩn phẩm thì ta có thêm quá trình tách n-Parafin tuần

hoàn trở lại.

Quá trình này diễn ra ở lớp xúc tác cố định

Nhiệt độ phản ứng :120-2600C

áp suất của quá trình này là: 2,1-7 MPa

Sơ đồ công nghệ Penex của UOP

(1) Thiết bị sấy khí (2) Máy nén

(3) Thiết bị phản ứng (4) Thiết bị tách

(5)Tháp ổn định (6) Thiết bị lọc khí

IV.8. Công nghệ TIPcủa UOP(Total isomerization process)

Quá trình thực hiện isome hoá nguyên liệu thuộc phân đoạn từ C5 –C6

chiếm 40 đến 50% là mạch thẳng. Trong nguyên liệu nếu có mặt của Bezen

35

thì nó sẽ bị hydro hoá thành CycloHexan.

Công nghệ này có sử dụng quá trình hấp thụ vào để tách cấu tử mạch nhánh

và mạch thẳng ra khỏi nhau. Chất hấp phụ thường dùng trong quá trình này

này ở dạng sàng phân tử. Trong đó nó chỉ cho phép n-Parafin đi qua còn lại

thì nó không cho đi qua. Sau khi tách ra khỏi hỗn hợp thì các cấu tử có trị số

ốctan cao được đem đi pha trộn xăng. Còn phần bị hấp phụ thì đem đi tách và

tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. Quá trình nhả dùng hydro để nhả hấp phụ.

Quá trình này khi tiến hành cũng cần phải có mặt của hyđrô để tránh sự tạo

cốc trên xúc tác và tránh mất hoạt tính xúc tác.

Điều kiện của công nghệ

1) Nhiệt độ của quá trình 200-3700C

2) Điều kiện áp suất của công nghệ là: 1365- 3415 KPa

Công nghệ này cho phép ta đi theo hai hướng khác nhau:

1. Thu cực đại sản phẩm xăng, theo cách này thì nguyên liệu chưa

cho đi qua thiết bị phản ứng mà đưa đi tách. Cho tuần hoàn n-

Parafin quay trở lại thiết bị phản ứng. Còn các cấu tử mạch

nhánh được đưa đi pha trộn vào với xăng.

2. Hướng phát triển thứ hai là thu được trị số ốc tan là cao nhất.

Muốn được thì ta phải cho nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng

Sản phẩm của phản ứng đem sang thiết bị tách bằng hấp phụ và

36

cho tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng

Công nghệ isome hoá của UOP(TIP)

(1) Thiết bị ISOME hoá (2) Tháp tách (5) Thiết bị hấp phụ

(3) Máy nén (4) Thiết bị nhả hấp phụ (6) Tháp ổn định

IV.9. Lựa chọn công nghệ và loại xúc tác

Mục tiêu của phân xưởng isome hoá cần thiết kế là nhằm thu được xăng

có trị số octan cao từ phân đoạn xăng của quá trình chưng cất trực tiếp.

Nguyên liệu ở đây là phân đoạn C5 4 C6 , hay phân đoạn C5, C6 riêng biệt. Vì

ở đây ta sử dụng nguyên liệu là phân đoạn là n-C54C6 nên ta chọn công nghệ

thích hợp là công nghệ Penex của UOP. Đây là công nghệ được thiết kế riêng

cho quá trình isome hoá xúc tác của pentan, hexan và cả hỗn hợp của chúng.

Nghiên cứu công nghệ Penex

Quá trình UOP Penex thì được thiết kế đặc biệt cho xúc tác đồng phân

hoá pentan, hexan và hỗn hợp của chúng. Các phản ứng diễn ra với sự có mặt

của hiđro và được thực hiện trên bề mặt xúc tác, tại điều kiện thích hợp mà ở

37

đó đẩy mạnh các quá trình đồng phân hoá và qúa trình hydrocracking là bé

nhất. Điều kiện thực hiện phản ứng thì không khắt khe, phản ánh áp suất làm

việc vừa phải, nhiệt độ thấp và yêu cầu áp suất riêng phần của hyđro thấp.

Xúc tác quá trình đồng phân hoá sẽ chuyển hoá tất cả các nguyên liệu

parafin chuyển thành các cấu trúc mạch nhánh có trị số octan cao: n-pentan

(nC5)thành isopentan(iC5) và n-hexan(nC6) thành 2,2 và 2,3-dimetylbutan.

Phản ứng thì được điều khiển ở đó có sự cân bằng nhiệt động và thuận lợi hơn

ở nhiệt độ thấp.

Với các parafin C5, tham gia vào quá trình chuyển hoá bởi n-pentan và

iso-pentan. Quá trình isome hoá parafin C6 thì có phần phức tạp hơn. Bởi vì

sự hình thành 2 và 3-metylpentan và 2,3-dimetylbutan thì có một giới hạn bởi

sự cân bằng, mạng lưới phản ứng bao gồm chủ yếu là quá trình chuyển hoá n-

hexane thành 2,2-dimetylbutan. Tất cả benzen trong nguyên liệu thì được

hyđro hoá tạo cyclohexan, và một cân bằng nhiệt động được thiết lập giữa

metylcyclopentan và cyclohexan. Trị số octan tăng lên 14 lần.

* Miêu tả quá trình công nghệ

Nguyên liệu xăng nhẹ thì được đưa vào thiết bị sấy. Các thiết bị này

được điền đầy bằng các rây phân tử, ở đây nước được tách ra để bảo vệ xúc

tác. Nguyên liệu thì được trao đổi nhiệt bởi nhiệt của thiết bị phản ứng trước

khi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt. Hỗn hợp nguyên liệu được trộn với hyđro

trước khi vào thiết bị phản ứng. Có hai thiết bị phản ứng chính được chọn.

Nhiệt toả ra từ thiết bị phản ứng thì được làm lạnh trước khi đưa vào

thiết bị tách sản phẩm. Các thiết kế mới hơn của Penex, bao gồm cả tuần hoàn

khí nén và tách sản phẩm. Hyđro nạp vào chỉ cần độ tinh khiết vừa phải, loại

này được cung cấp bởi quá trình reforming xúc tác. Lượng hơi trên đỉnh tháp

tách thì được thu gom trong thiết bị lọc hơi để tách HCl từ dạng clo hữu cơ

thêm vào nguyên liệu trong thiết bị phản ứng để duy trì hoạt tính xúc tác. Sau

khi lọc khí, lượng khí thu được ở trên đỉnh thì đưa đi làm nhiên liệu. Sản

phẩm lỏng của quá trình isome hoá ở phần cuối của tháp tách thì được đưa

sang phân xưởng pha trộn xăng. Sự lựa chọn phần cuối của tháp tách có các

38

thành phần n-parafin và iso-parafin bởi quá trình tinh cất hay quá trình tách

bằng rây phân tử hay sự kết hợp của cả hai phương pháp để tuần hoàn các n-

parafin và metylpentan có trị số octan thấp (MeC5). Trị số octan của sản phẩm

trong khoảng 87 đến 92, có thể đạt được bởi việc chọn lựa một trong các hệ

thống có sự xắp xếp khác nhau.

Sự phối hợp dòng chảy tuần hoàn là yêu cầu chủ yếu nhất đạt được bởi

sự kết hơp quá trình Penex với một cột tách hexan. Cột tách hexan tập trung

metylpentan có trị số octan thấp được tách loại theo chiều chuyển động.

Dòng tách loại này được kết hợp với nguyên liệu đầu trước khi vào thiết bị

phản ứng Penex. ở trên đỉnh cột tách hexan, ở đó chủ yếu là iso-pentan, 2,2-

dimetylbutan và 2,3-dimetylbutan thì được thu gom và cho qua phân xưởng

pha trộn xăng. Một lượng nhỏ kéo theo dòng chảy ở dưới đáy tháp tách bao

gồm các C6 naphtan và các C7, thì cũng được tách ra từ cột tách hexan và sử

dụng để pha trộn vào xăng hay dùng làm nguyên liệu reforming.

Việc chọn lựa quá trình tuần hoàn có hiệu suất cao bao gồm sự kết hợp

quá trình Penex với qúa trình UOP Molex, quá trình Molex sử dụng các rây

phân tử để tách các sản phẩm tách ra trong quá trình Penex chuyển thành

dòng iso-parafin có trị số octan cao và dòng n-prafin có trị số octan thấp thì

được đưa vào quá trình Penex. Các Hydrocacbon mạch thẳng thì được tách ra

trong thiết bị Molex và sản phẩm đồng phân hóa được thu gom cho qua phân

xưởng pha trộn xăng. Nhiều dạng thiết bị tách được chỉ ra trong hình 8. Sự

chuẩn bị điều kiện tốt nhất để pha trộn vào thành phần nguyên liệu và đạt yêu

cầu về trị số octan của sản phẩm.

3C

Panex

Nguyªn liÖu

Cét t¸ch hexan

MeC vµ nC

6

5

S¶n phÈm

Chän lùa tuÇn hoµn MeC5 vµ nC6

C3

39

Molex

Panex

Nguyªn liÖu

S¶n phÈm

5

6

nC vµ C

5

TuÇn hoµn nC vµ nC kÕt hîp thiÕt bÞ Molex

6

nC5

C3

Cét

Nguyªn

panex

t¸ch

T¸ch b»ng r©y

liÖu

hexan

ph©n tö

S¶n

phÈm

Chän lùa tuÇn hoµn MeC vµ nC , nC

6

5

5

Lựa chọn dòng chảy của công nghệ Penex [7]

Để làm tăng thêm trị số octan, lợi ích khác nhau của sự phối hợp dòng

chảy cơ bản của quá trình Penex nhằm bảo hoà tất cả benzen chuyển thành

cyclohexan. Hướng phát triển này có vai trò quan trọng đối với các quá trình

lọc dầu ở đó người ta muốn loại bỏ lượng lỏng benzen trong hổn hợp xăng

nghèo của chúng.

Một vài nguyên liệu, như nguyên liệu reforming nhẹ, có thể chứa một

lượng lớn benzen lỏng. Việc thực hiện quá trình Penex có thể gây ra tác hại

khi quá trình sử dụng loại nguyên liệu này bởi vì benzen bị hyđrohoá ở đó

phản ứng toả nhiệt lớn. Nhiệt phát ra bởi phản ứng hyđro hóa benzen là

nguyên nhân mà thiết bị phản ứng làm việc tại điều kiện đó thì không thuận

lợi cho việc làm tăng trị số octan (không thuận lợi cho quá trình isome hoá).

Thực hiện với các ứng dụng, UOP đề nghị quá trình Penex, ở đó bao gồm hai

thiết bị phản ứng. Thiết bị thứ nhất thì được thiết kế để bão hoà benzen

chuyển thành cyclohexan. Thiết bị thứ hai thì được thiết kế để đồng phân hoá

nguyên liệu cho trị số octan cao. Mỗi thiết bị phản ứng thì hoạt động tại điều

kiện mà ở đó thuận lợi cho quá trình chuyển hoá các phản ứng theo mong

muốn là lớn nhất.

Các ứng dụng của quá trình

Với sự đề cập trên, mục đích đầu tiên của quá trình Penex là cải thiện

trị số octan của phân đoạn xăng nhẹ mạch thẳng (LSR). Mức độ cải thiện trị

số octan cho nguyên liệu C5-C6 thì được đưa ra bởi các mô hình chọn lựa khác

nhau được chỉ ra ở (bảng 10)

RON

Nguyên liệu vào

69

Sản phẩm:

Chọn lựa 1: không tuần hoàn

83

Chọn lựa 2: Tuần hoàn 2 và 3-MeC5+nC6

88

Chọn lựa 3: Tuần hoàn nC5+nC6

89

Chọn lựa 4: Tuần hoàn nC5+nC6+ 2 và 3MeC5

92

40

Bảng 10. Dạng nguyên liệu và sản phẩm octan

Nếu như yêu cầu về trị số octan có phù hợp bởi sự tuần hoàn của các

metylpentan, sự tinh chế hầu như chọn lựa quá trình tinh cất là lý do trên hết.

ở đó có giá trị thực tiễn cao, sự tinh chế có thể chọn lựa một thiết bị Molex,

khi đó sẽ tách cả nC5 và nC6 để tuần hoàn. Sự tách nC5 và nC6 bằng thiết bị

Molex thì có giá trị thực tiễn thấp hơn khi tách các metylpentan bởi quá trình

tinh cất, và khi đó sẽ đạt được trị số RON cao hơn.

Thiết kế dây chuyền

Vì mục đích của quá trình là ta đi isome hoá phân đoạn n-C5,C6 để có

sản phẩm có trị số octan cao pha vào xăng do đó ta không cần tách riêng từng

cấu tử, do đó em lựa chọn thiết kế dây chuyền công nghệ isme hoá có tuần

KhÝ nhiªn liÖu

hoàn n-C5,C6. Đó là sự kết hợp giữa penex và molex:

penex

Nguyªn liÖu

S¶n phÈm

n-Parafin tuÇn hoµn

m o l e x

* Điều kiện phản ứng:

- Sử dụng xúc tác Pt/ZSM-5

- nhiệt độ phản ứng 230 4 290oC

- áp suất 14 4 42 kg/cm2

- tốc độ nạp liệu thể tích 1,4 4 2,2 h-1

41

1 44 - tỷ lệ H2/nguyên liệu

- Sử dụng Zeolit loại có mao quản trung bình làm rây phân tử để hấp phụ

( ZSMA-5).

*Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Nguyên liệu đầu được bơm từ bể chứa cho qua thiết bị sấy (1) bằng rây

phân tử để tách nước để bảo vệ cho xúc tác. Hydro được bổ sung cũng được

cho qua thiết bị sấy (1) để tách nước. Sau đó khí hydro bổ sung được trộn với

khí hydro tuần hoàn và đem trộn với hỗn hợp nguyên liệu vào và được trộn

với n-parafin tuần hoàn từ công nghệ tách Molex. Hỗn hợp sau trộn lẫn được

trao đổi nhiệt với sản phẩm của từng thiết bị phản ứng trước khi đi vào thiết bị

gia nhiệt. Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu được gia nhiệt tới 230OC

trước khi đi vào thiết bị phản ứng. ở thiết bị phản ứng thứ nhất (3) xẩy ra các

phản ứng hydro hoá làm no hoá các hydrocacbon thơm, naphten… Sau thiết

bị phản ứng thứ nhất (3) hỗn hợp được trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ đến

230OC vì các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng thứ nhất (3) đều toả nhiệt

mạnh do đó ưu tiên xảy ra trước phản ứng đồng phân hoá. Sau khi hỗn hợp

sản phẩm lò thứ nhất (3) được hạ nhiệt độ thì được cho qua lò thứ hai (3). Tại

đây sẽ xẩy ra các phản ứng đồng phân hoá và có xẩy ra cả phản ứng crackinh.

Sản phẩm ra khỏi lò thứ hai (3) được cho qua thiết bị ngưng tụ và vào thiết bị

tách (4). Tại đây lượng hydro được tách ra tuần hoàn trở lại còn hỗn hợp sản

phẩm được cho qua tháp ổn định (5). Khí nhiên liệu được tách ra ở đỉnh còn

sản phẩm ISOME hoá được đưa sang hệ thống tách bằng công nghệ Molex.

Công nghệ Molex ở đây sử dụng sàng phân tử là loại Zeolit 5A và dùng

chất nhả hấp phụ là khí nhẹ. Sản phẩm lỏng Isome hoá được cho vào cột hấp

phụ (6) nhờ van quay (7). Trong cột hấp phụ (6) xẩy ra đồng thời quá trình

hấp phụ và nhả hấp phụ. Sản phẩm ra khỏi van quay (7) gồm có, một là gồm

các sản phẩm izome hoá và chất nhả hấp phụ được đưa qua cột Rafinat (8),

hai là các n-parafin cùng chất nhả hấp phụ đi qua tháp chưng cất (9). ở cột (8)

sản phẩm izome hoá được tách ra ở đáy đi vào hệ thống chứa và sẽ được đưa

sang phân xưởng pha chế xăng, còn chất nhả hấp phụ được tách ra ở đỉnh và

42

được hồi lưu lại. ở tháp (9) n-parafin được tách ra ở đáy và hồi lưu lại thiết bị

phản ứng, còn ở đỉnh thì chất nhả hấp phụ được tách hồi lưu lại cột hấp phụ

(6). Tất cả chất nhả hấp phụ hồi lưu đều được cho qua thiết bị gia nhiệt (10).

Sơ đồ công nghệ lựa chọn dùng cho phân xưởng isome

1. thiết bị sấy khí 2. máy nén khí 3. thiết bị phản ứng

4. Thiết bị tách 5. Tháp ổn định 6. Cột hấp phụ

7.Van quay 8. Cột Rafinat 9.tháp tách

10. Thiết bị gia nhiệt 11. Lò đốt

43

12. Thiết bị làm lạnh hồi lưu

Phần II

Tính toán công nghệ [VII], [X], [XI], [XII], [XIII]

tính thiết bị chính

s¬ ®å cÊu t¹o lß ph¶n øng lo¹i xuyªn t©m

ghi chó:

1. Vá lß

2. Líp lãt chÞu lùc

3. Cèc thÐp cã ®ôc lç

4,7. Pin nhiÖt ®iÖn

5. Bi xø

6. Xóc t¸c

I. Nguyªn liÖu

II. Cöa thao t¸c

III. S¶n phÈm

IV. Cöa tho¸t khÝ khi t¶i

I. Cơ sở và nhiệm vụ của quá trình tính toán

Mặt cắt của thiết bị phản ứng

Tính toán lò phản ứng dựa trên các số liệu ban đầu đã cho như: công

suất, đặc tính của nhiên liệu. Ngoài ra còn một số thông số thông số công

nghệ được chọn theo tài liệu.

 Trình tự tính toán.

1. Chọn các thông số ban đầu.

- áp suất trong thiết bị phản ứng

- Nhiệt độ hỗn hợp nguyên liệu vào.

- Tốc độ nạp liệu.

- Tỷ số H2/RH.

2. Tính cân bằng vật chất.

3. Tính cân bằng nhiệt lượng.

44

4. Chọn và tính kích thước chính của lò phản ứng.

I.1. Những số liệu cần thiết cho trước

- Công suất, tấn/năm 350.000

- Nhiệt độ phản ứng, oC 230  290 oC

- Tốc độ thể tích, h-1 1,999  2

- áp suất, Mpa 2  4

- Tỷ lệ thể tích giữa khí tuần hoàn và nguyên liệu: 4

I.2. Tính Toán:

* Các phản ứng chính xảy ra trong thiết bị phản ứng:

- Phản ứng đồng phân hoá:

(1) n-C5 i- C5

(2) n- C6 i- C6

- Phản ứng chuyển hóa Naphten thành Parafin.

(3) CnH2n + H2 CnH2n+2

- Phản ứng chuyển hoá Hydrocacbon thơm thành Naphten.

(4) CnH2n- 6 + 3H2 CnH2n

- Phản ứng Hydrocracking Naphten.

CnH2n + n/3 H2 n/15(C1 + C2 + C3 + C4 + C5). (5)

- Phản ứng Hydrocracking Parafin.

CnH2n+2 + (n-3)/3H2 n/15(C1 + C2 + C3 + C4 + C5). (6)

Trong đó:

k16: Hằng số tốc độ của phản ứng thuận 16.

KP16: Hằng số cân bằng của các phản ứng 16.

Ta có thể mô tả sự giảm hàm lượng của các Hydrocacbon trong hỗn

dN

p

.



hợp bằng hệ phương trình vi phân sau:[18]

Pk . 1

  Cn 5

P Ci  5

dV

k 1 K

R

P 1

P

2

.



- (7).

Pk . 2

  Cn

P Ci 

6

6

dN dV

k K

R

P

2

N

3

.

.





- (8).

PPk 3 N H

P P

2

dN dV

k K

R

P

3

45

- (9).

A

4

.







3 . PPk HA

4

P N

2

dN dV

k K

R

P

4

N



k 5

(10)

dN dV

P N P

R

P



k 6

(11)

dN dV

P P P

R

(12)

VR: Đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol,[kg xt/kmol/h]

NP, NA, NN: Phần mol của Parafin, aromatic, Naphten trong hỗn hợp

nguyên liệu.

P: áp suất toàn phần, Mpa.

PN, PP, PA: áp suất riêng phần của Naphten, Parafin và aromatic, Mpa.

k3: Hằng số tốc độ của phản ứng (3) được xác định theo đồ thị

(3.13),[kmol/h.Pa.kgxtác].

k4 Hằng số tốc độ của phản ứng (4) được xác định theo đồ thị (3.13),

[kmol/h.Pa.kgxtác].

k5, k6: Hằng số tốc độ của phản ứng (5), (6) được xác định theo đồ thị

(3.15), [kmol/h.Pa.kgxtác].

KP3, KP4: Hằng số cân bằng của phản ứng (3),(4) được xác định theo

12,7





1 

4450 T

K

1  10.1,98

3 e .

(

Pa

)



phương trình sau:

P

3

15,46



12

3

25600 T

K

3 10.81,9

e .

(

Pa

)



(13) [18]

P

4

46

(14) [18]

10 9 8 7 6 5

4

3

- 7

5 1 -

2

2

1

0 1 x k

0 1 x k

1

1,25

1,30

1,35

1,25

10, 0 5, 0 2, 0 1, 00, 60, 4 0, 2 0, 1

1000 T

1 k

1 k

1,35100 0 T

1,30 hình 3.14

hình 3.13

0,500

0,200

0,100

0,050

0,020

-

3

0 1 x k

0,010

0,005

1,25

1,30

1,35

100 0 T

1 k

hình 3.15

47

Đồ Thị:[VI]

Bảng 1: Thành phần của nguyên liệu

Nhiệt độ Cấu tử Tỷ trọng, % khối % mol

sôi, oC g/cm3 lượng

47,5 51,78 C5 – Parafin

29 Iso- pentan 21,75 0,617 42,0

36,05 n- pentan 0,625 58,0 30,03

45,2 41,26 C6- Parafin

49,72 2,2- dimetylbutan 0,650 0,9 0,37

2,3- dimetylbutan 58 0,655 5,0 2,06

60,27 Metylpentan 0,700 48,2 19,89

66,72 n- hecxan 0,647 45,9 18,94

7,3 6,96 C6 - Cyclics

71,19 Metylcyclopentan 0,780 57,0 3,89

80,72 Cyclohecxan 0,770 17,0 1,16

80,11 Benzen 00,860 26,0 1,91

X



Với công thức chuyển đổi từ % khối lượng sang % số mol:

i

)

Ma / i i / Ma ( j

j



[4].

Trong đó:

Xi: phần mol của cấu tử i, %.

ai, aj : Phần khối lượng của cấu tử i j %.

Mi, Mj: khối lượng mol phần tử của của cấu tử i, j gam(g)

Để tính thành phần của hỗn hợp dùng công thức:

Mc.yi=Mi.yi’

Trong đó:

48

Mc: khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp nguyên liệu.

Mi: khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon trong nguyên

liệu.

yi, yi’: phần khối lượng và phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu.

Mặt khác: Mc= 0,4.T50-45.

Trong đó T50: nhiệt độ sôi tại 50% thể tích nguyên liệu.

Ngoài ra ta tính theo công thức sau:

=51,78x72+ 41,26x86+ 5,05x84+ 1,91x78= 78,5 Mc=  i i Mx .

Khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu được tính theo bảng

sau:

Bảng2

Hydrocacbon Công thức hoá học Công thức khối lượng

Parafin CnH2n+2 MP=14.n+2

Naphten CnH2n MN=14.n

Aromat CnH2n-6 MA=14.n-6

Bảng 3: Phần khối lượng của các cấu tử

Cấu tử Hàm lượng trong nguyên liệu Mi

% khối lượng, ai phần mol xi

78,21 0,9270 0,9304 CnH2n+2

84 0,0540 0,0505 CnH2n

78 0,0190 0,0191 CnH2n-6

1,0000 1,0000 

† Tỷ trọng của nguyên liệu rc:

áp dụng công thức:



1  C

a i  i

[ 9]

49

Trong đó:

ri: Tỷ trọng của cấu tử thứ i có trong nguyên liệu.

ai: Phần % khối lượng của cấu tử thứ i có trong nguyên liệu. Từ bảng số

liệu 1 ta tính được thành phần từng cấu tử như trong bảng 4:

Bảng 4: % khối lượng của từng cấu tử trong toàn bộ nguyên liệu

Cấu tử Tỷ trọng, % khối lượng % mol (xi)

g/cm3 (ai)

C5-Parafin

Iso- pentan 0,617 19,95 21,75

0,625 27,55 30,03 n- pentan

C6-Parafin

2,2-dimetylbutan 0,650 0,407 0,370

2,3-dimetylbutan 0,655 2,26 2,060

Metylpetan 0,700 21,79 19,89

n-hexan 0,647 20,75 18,94

C6 - Cyclics

Metylclopentan 0,780 4,16 3,89

Cyclohecxan 0,770 1,24 1,16

Benzen 0,860 1,9 1,91

,0













 

,0 1995 ,0 617

,0 2755 ,0 625

00407 650 ,0

,0 0226 ,0 655

,0 2179 ,0 700

,0 ,0

2075 647

x i  i

,1

5284









1  C ,0 0416 ,0 780

,0 0124 ,0 770

,0 019 860,0

Thay số ta được:

=> rc = 0,6543 g/cm3.

†Năng suất của thiết bị được tính theo công thức:

(kg/h). Gc = L/24.n

50

Với L là công suất năm, L = 350.000 tấn/năm.

n: Là số ngày hoạt động trong năm.

Chọn số ngày nghỉ của thiết bị phản ứng trong 1 năm để sửa chữa lớn và

nhỏ là 30 ngày.

Vậy số ngày hoạt động của thiết bị trong 1 năm là 365 – 30 = 335 ngày.

3

350000

10.

43532

34,



CG

Do đó ta có:

24.335

34,

C

n

552,554





(kg/h).

G  C M

43532 5,78

C

(kmol/h).

Bảng 5: Số mol của các họ cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu trong 1h

Cấu tử xi nci= nc.xi(kmol/h)

0,9304 515,955 CnH2n+2

0,0505 28,004 CnH2n

0,0191 10,591 CnH2n-6

1,000 554,552 

†Tính lượng khí tuần hoàn cần thiết :

n

n .4

.4

552,554

2218 ,

208







Với tỷ lệ H2/RH = 4 mol.

H

C

2

(kmol/h).

†Lượng chất xúc tác cho toàn bộ quá trình trong 1h.

V



xt

- Thể tích xúc tác:

G C . V OC

[18]

Trong đó:

Vo: Tốc độ thể tích, chọn Vo = 1,8 h-1.

rc : Khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3.

rc = 0, 6543.1000 = 654,3 kg/m3.

51

Vậy thể tích xúc tác là :

962,36



43532 34, 8,1.3,654

(m3). Vxt=

Khối lượng xúc tác:

mxt = Vxt. rxt (kg).

Trong đó:

rxt : Khối lượng riêng của xúc tác, thường được chọn trong khoảng

550 600 kg/m3.

600

43532

m

22177

563,







xt

.  xt

Ta chọn rxt = 600, kg/m3.

.34, 8,1.3,654

G C . V  C O

Vậy (kg)

ở đây thực hiện phản ứng ở 2 lò phản ứng do đó ta có sự phân bố xúc tác ở hai

lò như sau: 1: 4

Bảng 6: Phân bố xúc tác trong các lò

Lò phản ứng Vxt (m3) mxt(kg)

1 9,2405 5544,3907

2 27,7215 16633,172

†Thành phần và áp suất riêng phần.

Pi= P.yi

Trong đó:

Pi: áp suất riêng phần cấu tử i (Pa).

P: áp suất chung của lò phản ứng (Pa).

yi: nồng độ phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp.

P= 20x105 (Pa).

Bảng 7: Thành phần và áp suất riêng phần

52

Cấu tử ni, kmol/h Pi￿ = 20.105. yi ,(Pa) yi = ni/ni

515,955 0,1861 3,722.105 CnH2n+2

28,004 0,0101 0,202.105 CnH2n

10,591 0,0038 0,076.105 CnH2n- 6

2218,208 0,8000 16,000.105 H2

2772,760 1,0000 20,000.105 

II. Tính toán cho từng lò phản ứng

II.1. Tính toán cho lò phản ứng thứ nhất

Với giả thiết là các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng có tác dụng là làm

no hoá các hydrocacbon vòng, vì rằng là phản ứng hydro hoá benzen toả nhiệt

lớn hơn những phản ứng khác do đó ta phải thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn để

tránh xảy ra những phản ứng Refocming. Thật vậy quá trình hai lò cho phép

phản ứng xảy ra ở lò 1 gồm phản ứng (3) và (4). nhiệt độ xảy ra ở lò này là

230oC.

II.1.1. Tính cân bằng vật chất lò 1

† Hằng số tốc độ của phản ứng chuyển hoá hydrocacbon thơm thành

Naphten: k4 được tra ở đồ thị (3.13).

Tv: Nhiệt độ trung bình ở trong lò phản ứng là 230oC.

Tv = 503oK  1000/Tv = 1,988.

E  RT

k

C





. ek O

áp dụng phương trình Arrhenius về hằng số vận tốc:

Trong đó:

- k là hằng số vận tốc phản ứng ở nhiệt độ T.

- kO là hằng số.

- E là năng lượng hoạt hoá.

- C là hằng số.

Theo đồ thị (3.13):

1000/Tv=1,3 tra được k= 2,55.10-7

53

1000/Tv=1,35 tra được k= 2,00.10-7

 k4 = 1,35.10-7 ,[kmol/h.Pa.kgxtác].

†Tính hằng số cân bằng KP4.

15,46

(

)



12

3

25600 503

3 10.81,9

12 e .

,8

10.212

(,

Pa

)





K P

4

- Theo (14) ta có:

- Độ giảm tương đối hàm lượng các Hydrocacbon thơm do phản ứng chuyển

dN

)4(

4







3 PPk . 4 HA

P . N

2

k K

A dV R

P

4

7



5



10.35,1

7 .

0,076

10.

5 35 )10.16.(

,0.

202

10.





12

10.35,1 ,8 212 10.

13

10.25,420



hoá aromatic thành Naphten.

Độ giảm này là rất lớn điều đó chứng tỏ lượng Hydrocacbon thơm chuyển

hoá thành Naphten là gần như hoàn toàn. Ta coi toàn bộ lượng Hydrocacbon

thơm đã chuyển hoá toàn bộ thành Naphten.

Vậy lượng H2 phản ứng ở phản ứng (4) là:

(kmol/h). H2(4) = 3.ar = 3. 10,591 = 31,773

Lượng Naphten tạo ra ở phản ứng (4) là: nN(4) = ar = 10,591 (kmol/h).

† Hằng số tốc độ của phản ứng chuyển hoá Naphten thành Parafin.

Tv = 503oK  1000/Tv = 1,988.

Theo đồ thị (3.14)

1000/Tv=1,25 tra được k= 2,45.10-15

1000/Tv=1,3 tra được k= 1,45.10-15

 k3 = 0,975.10-15 ,[kmol/h.Pa.kgxtác].

†Hằng số cân bằng KP3.

12,7



3





1 

4450 503

1  10.1,98

3 e .

,0

05563

10.

(

Pa

).





- Theo (13) ta có:

K P

3

.

Điều đó chứng tỏ phản ứng thuận chuyển từ Naphten sang Parafin

54

chiếm ưu thế hơn.

dN

)3(

3

.

.







PPk 3 N H

P P

2

k K

N dV R

P

3

15



5

5



.

1,2408

10.

975,0

10.

15 .

0,202

10.

5 .16

10.





3



10.975,0 ,0 0556 10.

5



,0

9765

10.



dN

)3(

5



,0

9765

10.



- Sự giảm hàm lượng Naphten do phản ứng (3) là:

N dV R

V

999,1

(

kg

/

kmol

h ).







R 1

Suy ra

xt n

5544 , 3907 2772 760 ,

i

m 

Mặt khác

nN(3) = -0,9765.10-5.1,999 = -0,0000195

(kmol/h).

Lượng H2(3) tham gia phản ứng 3 chính bằng lượng lượng Naphten

tham gia phản ứng:

H2(3) = nN(3).nc = 0,0000195.554,552 = 0,0108 (kmol/h).

Vậy sau phản ứng (3) thì hàm lượng Naphten sẽ là:

nN(3) = (yN’ - nN(3)).nc = (0,0505 - 0,0000195).554,552

= 27,994 (kmol/h).

Vậy hàm lượng Naphten tổng cộng sau phản ứng (4) là:

(kmol/h). nN tổng = nN(3) + ar = 27,994 + 10,591 = 38,585

Vậy tổng lượng Parafin C6 là:

nP6= 0,4126.554,552 + 0,0000195.554,552 = 228,818 (kmol/h)

,0(

72.

21,78



Vậy ta có khối lượng phân tử trung bình của Parafin là:

4126 ,0(

,0 5178  0000195 )

0000195 86). ,0  5178 4126 ,0 ,0  

MP =

Mà MP = 14.n + 2 = 78,21.

n = 5,4436.

Bảng 8: Cân bằng vật chất cho lò phản ứng 1

55

Cấu ni (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h)

tử

Đầu vào

A 10,591 0,0038 78 826,098

N 28,004 0,0101 84 2352,336

P 515,955 0,1861 78,21 40329,769

2218,208 0,8000 2 4436,416 H2



2772,760 1,0000 47944,644

Đầu ra

A - 0,0000 - 0,00

N 84 38,585 0,0141 3241,74

72 287,14709 0,1048 20674,586 P5

86 228,818 0,0835 19677,502 P6

2 2218,208 0,7976 4436,416 H2



2772,7482 1,0000 47944,644

II.1.2. Tính cân bằng nhiệt lượng lò 1

Ta có phương trình cân bằng nhiệt:

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5

Q1 : Nhiệt lượng mang vào bởi nguyên liệu và khí tuần hoàn ở 25oC.

Q2 : Nhiệt lượng của lò đốt cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nguyên

liệu và khí tuần hoàn từ 25oC đến 230oC.

Q3 : Nhiệt lượng mang ra khỏi lò phản ứng do các sản phẩm phản ứng

và khí tuần hoàn.

Q4 : Nhiệt phản ứng.

Q5 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh.

Lượng nhiệt được tính theo công thức:

Qi=nC-i.Ci.ti (KJ/h)

56

Trong đó : nC-i lưu lượng của từng cấu tử i (kmol/h).

Ci Nhiệt dung riêng của cấu tử i (J/mol.độ).

ti: Nhiệt độ cấu tử i 0C.

Cc=  nci. Ci (kJ/h.độ)

Trong đó các: ni: là các thành phần phần khối của cấu tử thứ i.

Nhiệt dung riêng của một chất được tính theo:

Cp = a0+a1.T+a2.T2

Cp = a0+a1.T+a-2.T-2

Trong đó các giá trị a0 ;a1 ;a2 ;a-2 : là các hằng số thực nghiệm.

T : Nhiệt độ tuyệt đối 0k.

Ta có các công thức tính nhiệt dung riêng của các loại Hydrocacbon như sau:

- Đối với Parafin: [5-415]

Cp= (-2,1 + 4,8.n) + (27,60 + 69,11.n).10-3.T – (0,53 + 2,19.n).10-5.T2

(j/mol.K)

Với n là số nguyên tử cacbon có trong parafin.

- Đối với Naphten:

+ Alkylcyclopentan:

Cp= (-19,49 + 3,75.n’) + (399,96 + 70,73.n’).10-3.T – (12,65 +

2,21.n’).10-5.T2 (j/mol.K)

Với n’= n-5.

+ Akylcyclohecxan:

Cp= (-25,61 + 5,56.n”) + (517,53 + 68,30.n”).10-5.T2 (j/mol.K)

Với n” = n- 6.

57

Bảng 9: Giá trị hiệu ứng nhiệt của từng phản ứng

 Q, kcal/mol

Phản ứng

1 2

2 2

3 27

4 50

5 20

6 11

Bảng 10: Giá trị nhiệt dung riêng

Cấu tử a0 a1.103 a-2.10-5 a2.106 Cp 250C Cp

J/mol.độ 2300C

J/mol.độ

47,71 35,24 - 6,730 10,200 -1,118 C1

78,62 52,59 - 3,890 29,600 - C2

114,07 72,98 -22,582 0,410 64,710 - C3

147,58 99,28 -22,145 4,357 72,552 - n-C4

142,07 96,76 -38,792 2,296 82,407 - i-C4

-35,500 123,69 187,19 3,140 100,532 - n-C5

- Benzen -5,040 95,63 -40,600 81,9990 137,28

- -7,701 124,675 -41,584 105,75 186,27 CycloC6

- 7,313 104,906 -32,397 147,67 217,23 n-C6

Ngoài ra còn có các thành phần khác ta sẽ tra được từ bảng ở [5- 436].

Bảng 11: Nhiệt dung riêng của các cấu tử khác tra được

Cấu tử Cp 250C Cp 2300C

58

J/mol.độ J/mol.độ

Iso-pentan 119,41 182,88

2,2-Dimetylbutan 142,63 219,66

2,3-Dimetylbutan 141,25 217,15

Metylpentan 143,00 216,80

Metylcyclopentan 110,71 188,03

Bảng12: Nhiệt dung riêng của hyđrô

A0 a1.103 a-2.10-5 a2.106 Cp 250C Cp 2300C

J/mol.độ J/mol.độ

6,95 -0,2 - 0,48 29,025 29,19

Bảng 13: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp nguyên liệu đầu vào và hydro tuần

hoàn ở 250C và ở 2300C:

Cấu tử nci,(kmol/h) Ci.nci 250C Ci.nci

kj/h.độ 2300C

kj/h.độ

P

iso- Pentan 120,61506 14402,644 22058,082

n- Pentan 166,53197 20598,339 31173,119

2,2-Dimetylbutan 2,05184 292,6543 450,707

2,3-Dimetylbutan 11,42377 1613,6077 2480,6719

Metylpentan 110,3003 15772,956 23913,125

n- Hexan 105,0321 15510,098 22816,134

N

Metyl-Cyclopentan 21,57207 2388,2442 4056,1969

Cyclohexan 6,4328 680,2689 1198,2383

59

A

Benzen 10,5919 864,3025 1454,0619



2218,2080 64383,487 64749,492 H2

136505,6 174349,83

a, Tính Q1:

Lượng nhiệt mang vào của nguyên liệu và khí tuần hoàn ở 25oC:

Q1= Qnl + QH￿

Trong đó:

Qnl =  ni.Ci.t1 = nc.Cc.t1

QH = nH.CH.t1

 Q1 = 136505,6 . 25 = 3412640

(kj/h)

b, Tính Q2:

Lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của nguyên liệu từ 25o đến

230oC:

Q2 = Qt2 - Qt1

Từ bảng thống kê ta có:

Q2= 174349,83 . 230 - 136505,6 . 25 = 36687821 (kj/h)

c, Tính Q4:

Lượng nhiệt sinh ra do quá trình phản ứng. ở thiết bị phản ứng 1 xảy ra

các phản ứng (3) và phản ứng (4).

Vậy Q4 =  n3 .  Q3 +  n4 .  Q4

Ta có:

 Q3 = 27 . 4,186 = 113,022

(kj/mol)

 Q4 = 50 . 4,186 = 209,3

(kj/mol)

 n3 = 0,0108

60

(kmol/h)

 n4 = 10,591

 Q4 = 0,0108. 113,022 . 103 + 10,591. 209,3 . 103

(kmol/h)

(kj/h) Q4 = 2217916,9

d, Tính Q3:

Chọn nhiệt lượng mất mát ra khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt

lượng của sản phẩm mang ra:

Q5 = 0,05 . Q3

 1,05 . Q3 = Q1 + Q2 – Q4

Vậy tổng lượng nhiệt của đầu ra là = Q3 + 0,05 . Q3 = 1,05 .Q3

Mà ta có các phản ứng là toả nhiệt do đó:

(kj/h) 1,05 . Q3 = 3412640 + 36687821 + 2217916,9 = 42318378

 Q3 = 40303217

(kj/h)

 Q5 = 2015160,9

(kj/h)

Bảng 14: Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng 1

Dòng Lượng Nhiệt lượng

Kmol/h Kj/h

Đầu vào

3412640 Q1

36687821 Q2



2217916,9 Q4

2772,760 42318378

Đầu ra

40303217 Q3



2015160,9 Q5

61

2772,7492 42318378

II.1.3. Tính toán kích thước chính của lò phản ứng 1

Lò phản ứng là loại lò xuyên tâm. Việc lựa chọn đường kính của lò

XTP

] tại lớp xúc tác không vượt quá phải thoả mãn sao cho tổn thất áp suất [

giá trị cho phép. Theo một số tài liệu thì tổn thất áp suất này được tính theo

.5,0

công thức:

XTP

610.158,0 Pn

[ ] = (Pa) [6-269]

 [

Trong đó: nP = 1 là số lò phản ứng.

XTP

35,0

2

35,1

) 

x



] = 0,5 . 0,158 . 106 = 0,79.105 (Pa)

P  xt H

. d

d

1(255  29,0 

1

td

td

  hh hh  .  

  

(*)

Trong đó:

- H1: chiều dày của lớp xúc tác.

Pxt 1H

- : Tổn thất áp suất trên 1m chiều dày của lớp xúc tác (Pa/m).

-  : Độ rỗng của lớp xúc tác, m3/m3.

-  : Vận tốc của dòng hơi qua lớp xúc tác, m/s.

hh : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí, kg/m3.

hh : Độ nhớt động học của hỗn hợp khí, m2/s. -

-

tdd : Đường kính tương đương của hạt xúc tác, m.

-

62

*Công thức tính các giá trị trên như sau:



V C V

TT

ØTính :

Trong đó:

VC: Thể tích hạt chất xúc tác hình cầu tương đương với thể tích một hạt

xúc tác hình trụ, m3.

VTT: Thể tích hình lập phương ngoại tiếp hình cầu của hạt chất xúc tác.

2

005,0.

9



2 Hd . .

10.325,35







Nếu chọn đường kính hình trụ d= 0,003 (m), và chiều cao H=0,005 (m) thì:

VC

 4

003,0.14,3 4

,m3

9 

3



3

3

d

10.07,4







Đường kính tương đương của hạt xúc tác

td

10.325,35.6 14,3

V .6 C 

,m

9 

  =

Do đó:

10.35,35  10.07,4(

33 )

= 0,524 (m3/m3)

ØTính :

Vận tốc theo phương bán kính của hỗn hợp khí ở thiết diện nhỏ nhất tại



lưới của ống trung tâm được tính:

V G F C

[6-250]

63

Trong đó:

VG: Thể tích hỗn hợp khí đi qua tiết diện tự do trong 1 giây, m3/s.

FC: là tiết diện của lưới ống, m2.

z



V G

.4,22 3600

. TG tb M .

6 .10.1,0. P . 273 . tb

tb

*Tính VG:

Trong đó:

G: Hỗn hợp khí ở trong lò, kg/h.

Ttb: Nhiệt độ trung bình trong lò phản ứng, oK.

Z: Hệ số nén của hỗn hợp khí.

Mtb: Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí, kg/kmol.

5

5

.2

P

]

10.20.2

10.79,0

5

P xt

,19

605

10.









Ptb: áp suất trunh bình trong lò phản ứng, Pa.

P tb

[  2

 2

503

523

513



(Pa).

 Ttb =

 2

 Mtb = 0,0038.78+ 0,101.84+ 0,1861.78,21+ 0,8.2=16,18.

 Z = 1.

 G = 54820

(oK).

(kg/h).

6

,2

021



Vậy thay số vào ta có:

.4,22 3600

54820 273.18,16.

1.10.1,0.513. 5 605,19. 10.

(m3/s). VG=

ØDiện tích lưới tại ống trung tâm được tính như sau:

FC 

. HD 1.

1

64

[6-271]

Trong đó:

-D1: Đường kính lưới, m.

-H1: Chiều cao lưới, m.

Đường kính của lò phản ứng được chọn là 1,4 m, đường kính lưới là 0,5 m.

Chiều cao của lưới xúc tác:

[6-271] H1 = Hxt – 0,4

Hxt : Chiều cao của lớp xúc tác trong lò phản ứng, m.

 Hxt =Vxt/F.

0,4: Chiều cao của ống trung tâm không đục lỗ.

Vxt: Thể tích xúc tác trong lò, m3.

2

.2







2 D  1

F: Tiết diện vòng giữa của các ống lọc.

 D ( 



F



)02,0.2 4

[6-271]

Trong đó:

-D: Đường kính của lò phản ứng, m.

-D1: Đường kính lưới, m.

  =0,04, m.

-: Khoảng cách trong thân lò và vỏ lò, m.

-2.0,02: là tổng chiều dày của thân và vỏ ống trung tâm.

2

2

)02,0.2

5,0

04,0.22(14,3 



2



,578,2

m

F

 



 4

65

Vậy:

 Hxt= 9,2405/2,578= 3,58436(m).

 H1 =3,58436– 0,4 = 3,18436(m).

 FC = 3,14. 0,5. 3,18436= 4,99944(m2).

Vậy:

  = VG/FC = 2,021/4,4999= 0,40408 (m/s).

Do đó:

+Khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng:

 hh

y. i

i



[9]

Trong đó:

i : khối lượng riêng của cấu tử i, kg/m3.

-

2,0.

8,0.

,0.2,0.3,654

0898

93,130









-yi: phần mol của cấu tử i.

  c

hh

 H

(kg/m3).

1



 hh

+Tính độ nhớt động học của hỗn hợp theo công thức sau:

... 

y y 1 2   2

1

y n  n

[6-272]

Trong đó:

-yi : Phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp.

- i : Độ nhớt động học của cấu tử i tại nhiệt độ phản ứng, m2/s.

Bảng 15: Độ nhớt động học của các cấu tử ở 230oC

i .106, m2/s

Cấu tử yi yi/( i .106)

0,1036 6,716 0,015426 P5

0,0825 5,352 0,015415 P6

0,0101 0,265 0,038113 CnH2n

0,0038 0,277 0,013718 CnH2n-6



0,8000 295 0,002712 H2

66

0,085384

6



10.

,11

712

10.

2 / sm

6  

 hh

Từ kết quả tính toán ta được:

1 085384

,0

.

35,0

35,1

2

6



)

,4

40408

712

x



Thay vào (*) ta được:

93,130 3

3





Pxt  H

524,01(255  29,0 524,0

. 10.07,4

,11 40408

10. 10.07,4.

,4

1

  

  

=105072,79,Pa/m.

.2

5,0

04,0.24,1

02,0.2

5,0

 D









38,0





Chiều dày của lớp xúc tác:

02,0.2 2

 2



xtP = 0,41.105072,79= 39927,661 (Pa).

(m). H1 =

Ta thấy:

xtP

XTP

< [ ] = 0,79.105, Pa.

Do đó: D = 2 (m) là thoả mãn.

Khi đó chiều cao là:

 H = 3,58+0,2 +1,4 + 0,225 + 1,4 + 0,425

H = Hxt + 0,2 + D +0,225 + D +0,425

H = 7,234(m).

Qui chuẩn thành 7 (m).

Vậy lò phản ứng 1 có D = 2 (m) và chiều cao H = 7 (m).

II.2. Tính toán cho lò phản ứng thứ 2

ở lò này thực hiện ở nhiệt độ cao hơn lò 1 và sẽ xảy ra các phản ứng

isome hoá và phản ứng Cracking. Nhiệt độ phản ứng trong lò là 230oC. Độ tụt

áp giữa các lò thường là: 0,15-0,35 at.

II.2.1. Tính cân bằng vật chất lò 2

67

Bảng 16: Thành phần nguyên liệu vào lò 2:

Cấu ni (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h)

tử

N 38,585 0,0141 84 3241,74

287,14709 0,1048 72 20674,586 P5

228,818 0,0835 86 19677,502 P6

2218,208 0,7976 2 4436,416 H2



2772,7482 1,0000 47944,644

Ta chọn độ tụt áp ở lò thứ 2 là: 0,3 at.

Khi đó áp chung của hỗn hợp khí nguyên liệu vào lò thứ 2 là:

P2= 20 – 0,3 = 19,7 at = 19,7 . 105 Pa

Bảng17: Thành phần áp suất nguyên liệu và khí tuần hoàn vào lò 2

Cấu ni (kmol/h) yi Mi Pi=19,7.105.yi(Pa) Gi=Mi.ni

(kg/h) tử

38,585 0,0141 84 0,27777.105 3241,74 N

515,9552 0,1883 78,21 3,70951.105 40352,088 P

2218,208 0,7976 2 15,71272.105 4436,416 H2



2772,7482 1,0000 19,7.105 47944,644

†Hằng số tốc độ của phản ứng Hydrocracking Naphten.

Từ Tv = 563oK  1000/Tv = 1,776 theo đồ thị (3.15) ta có :

k5 = 0,002647 (kmol/h.kgxtác).

5

,0

N

k

,0

002647

.

,0

0000373









5

Sự giảm hàm lượng Naphten tương đối do phản ứng (5) là:

10. 5

dN dV

P N P

27777 10.7,19

R

V

,5

9988 (

kg

/

kmol

h ).







R

2

.

xt n

16633 2772 ,

172, 7482

i

m 

Mặt khác

=> - NN = 0,0000373.VR2 = 0,0000373.5,9988 = 0,0002237 (kmol/h).

68

Vậy hàm lượng Naphten tham gia phản ứng Cracking là:

,0

0002237

.

552,554

,0

12408





Nn

)5(

(kmol/h).

Do đó hàm lượng Naphten còn lại sau phản ứng (5) là:

nN = nN tổng – nN(5) = 38,585– 0,12408 = 38,4609 (kmol/h).

Lượng H2 tham gia phản ứng (5) :

H2(5) = 2.nN(5) = 0,12408.2 = 0,24816 (kmol/h).

† Hằng số tốc độ của phản ứng hydrocracking Parafin.

(kmol/h.kg). Theo đồ thị (3.15) ta có k6 = 0,002647

5

dN

)6(

4



k

,0

002647 .

,4

9843

10.









6

10. 5

P dV

P P P

3,70951 10.7,19

R

- Sự giảm tương đối Parafin phản ứng (6) là:

 -NP(6) = 4,9843.10-4.VR2 =4,9843.10-4.5,9988 = 0,002989(kmol/h).

 Lượng Parafin bị cracking là:

(kmol/h). nP(6) = NP(6).nc =0,002989.554,552 =1,65807

,5

 Lượng H2 tham gia phản ứng (6) :

3  =1,35055 (kmol/h).

3n 3

4436 3

69

= 1,65807. H2(6) = nP(6)

Bảng 18: Thành phần các cấu tử trong nguyên liệu vào lò 2

Cấu ni (kmol/h) yi Mi

tử

N 38,585 0,0696 84

515,9552 0,5178 72 P5

228,81816 0,4126 86 P6



783,34841 1,0000

† Tính lượng n-C5 chuyển hóa trong phản ứng (1).

Theo đồ thị(3.16). Ta có nồng độ % mol ở trạng thái cân bằng ở nhiệt độ

563oK.

% n-C5 = 26.

% i-C5 = 74.

Trong phân đoạn C5 nồng độ phần mol của i-C5 chiếm 42%, còn n-C5 là

58%. Như vậy tại trạng thái cân bằng thì n-C5 trong phân đoạn C5 chuyển hoá

là: 58 – 26 = 32%.

%57,16



78,51.32 100

Do đó phần mol n-C5 chuyển hóa là:

.57,16

,91

88926





Lượng n-C5￿ đã chuyển hoá sau phản ứng (1) là:

 Cnn

5

552,554 100

n

,91

88926



(kmol/h).

C

n  Ci

5

5

(kmol/h). => Lượng i-C5 tạo thành là:

n

n

n

,0(

3003

,0

1675

).

552,554

,73

644506











Lượng n-C5 còn lại được tách cho tuần hoàn là:

(

)



Cn 

Cn 

thCn 5

5

5

kmol/h.

† Tính lượng n-C6 chuyển hoá trong phản ứng (2).

Theo đồ thị (3.17), nồng độ phần mol của n-C6 ở trạng thái cân bằng tại

70

nhiệt độ 563oK là :

%n-C6 = 19.

%i-C6 = 81.

Nồng độ n-C6, i-C6 trong phân đoạn C6 theo bảng 1 của nguyên liệu là:

n-C6 = 45,9%.

i-C6 = 54,1%.

Như vậy:

9,45

19

%9,26







N



Cn 

6

% n-C6 đã chuyển hoá ở trạng thái cân bằng đối với C6- Parafin:

4126

%1,11



,0.9,26 100

Phần mol n-C6 đã chuyển hoá so với hỗn hợp nguyên liệu:

111,0

n .

111,0

.

552,554

,61

5552







Vậy lượng n-C6 chuyển hoá sau một lần phản ứng:

C

N   Cn

6

(kmol/h).

n

N

,61

5552





Lượng i-C6 tạo thành là:

Ci 

Cn 

6

6

(kmol/h).

n

n

N

,0(

1894

111,0

).

552,554

,43

4768











Lượng n-C6 tách tuần hoàn:

(

)



Cn 

Cn 

thCn 6

6

6

(kmol/h).

†Tính lượng H2 tuần hoàn.

H2(th) = H2(nguyên liệu) - H2(5) - H2(6).

Thay số ta có:

H2(th) = 2218,208 – 0,2481 – 1,35055 = 2216,6093

= 2216,6093 (kmol/h).

†Lượng C1  C5 sinh ra trong quá trình phản ứng:

Theo phương trình phản ứng (5) và (6) ta có thể tính được tương đối

71

lượng C1  C5 sinh ra:

,5

,5

n

.(

n

)

(

n

)

,0(

12408 )

,1(

6580

)

,0

65136









N

)5(

P

)6(



CC 1

5

6 15

4436 15

6 15

4436 15

P*=

72

=0,65136(kmol/h).

*Cân bằng vật chất của lò phản ứng 2 được mô tả ở bảng sau:

Bảng 19: Cân bằng vật chất của lò 2

Cấu nC-i (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h)

tử

Đầu vào

N 38,585 0,0141 84 3241,74

P 515,9552 0,1883 78,21 40352,088

2218,208 0,7976 2 4436,416 H2



2772,7482 1,0000 47944,644

Đầu ra

A 0,0000 - - 0,00

N 38,4609 84 0,01404 3230,7169

73,6445 72 0,02689 5302,4044 n-C5

43,4768 86 0,01587 3739,0114 n-C6

212,5043 72 0,07759 15300,312 i -C5

185,3312 86 0,06767 15938,49 i -C6

P* 0,65136 44 0,00029 28,6598



2216,6093 2 0,79763 4433,2186 H2

2730,6786 1,00000 47944,644

Bảng 20: Lượng tuần hoàn

Cấu tử nC-i, kmol/h

2216,6093 H2

73,6445 n- C5



43,4768 n- C6

73

2333,7307

Bảng 21: Lượng sản phẩm

Cấu tử nC-i, kmol/h

212,50433 i-C5



185,3312 i-C6 II.2.2. Tính cân bằng nhiệt N 38,4609 lượng lò 2 P* 0,65136 Ta có phương trình 436,9478 cân bằng nhiệt:

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5

Q1 : Nhiệt lượng mang vào bởi sản phẩm và khí tuần hoàn sau lò 1.

Q2 : Nhiệt lượng của thiết bị trao đổi nhiệt thu được để giảm nhiệt độ

của sản phẩm và khí tuần hoàn sau lò phản ứng 1 từ 250oC đến 230oC.

Q3 : Nhiệt lượng mang ra khỏi lò phản ứng do các sản phẩm phản ứng

và khí tuần hoàn.

Q4 : Nhiệt phản ứng.

Q5 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh.

Lượng nhiệt được tính theo công thức:

Qi=nC-i.Ci.ti (KJ/h)

Trong đó :

nC-i lưu lượng của từng cấu tử i (kmol/h).

Ci Nhiệt dung riêng của cấu tử i (J/mol.độ).

ti: Nhiệt độ cấu tử i 0C.

Cc=  nci. Ci (kJ/h.độ)

Trong đó các: ni: là các thành phần phần khối của cấu tử thứ i.

74

Nhiệt dung riêng của một chất được tính theo:

Cp = a0+a1.T+a2.T2

Cp = a0+a1.T+a-2.T-2

Trong đó các giá trị a0 ;a1 ;a2 ;a-2 : là các hằng số thực nghiệm.

T : Nhiệt độ tuyệt đối 0k.

Ta có các công thức tính nhiệt dung riêng của các loại Hydrocacbon như sau:

- Đối với Parafin: [5-415]

Cp= (-2,1 + 4,8.n) + (27,60 + 69,11.n).10-3.T – (0,53 + 2,19.n).10-5.T2

(j/mol.K)

Với n là số nguyên tử cacbon có trong parafin.

- Đối với Naphten:

+ Alkylcyclopentan:

Cp= (-19,49 + 3,75.n’) + (399,96 + 70,73.n’).10-3.T – (12,65 +

2,21.n’).10-5.T2 (j/mol.K)

Với n’= n-5.

+ Akylcyclohecxan:

Cp= (-25,61 + 5,56.n”) + (517,53 + 68,30.n”).10-5.T2

(j/mol.K)

Với n” = n- 6.

Bảng 22: Giá trị hiệu ứng nhiệt của từng phản ứng

 Q, kcal/mol

Phản ứng

1 2

2 2

3 27

4 50

5 20

75

6 11

Bảng 23: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp nguyên liệu và hydro tuần hoàn

vào lò 2 ở 2300C

Cấu tử nci,(kmol/h) Ci 2300C Ci.nci

j/mol.độ 2300C

kj/h.độ

515,9552 P

120,61506 199,17 24022,902 iso- Pentan

166,53197 198,31 33024,955 n- Pentan

2,05184 239,43 491,2726 2,2-Dimetylbutan

11,42377 236,39 2700,4652 2,3-Dimetylbutan

110,3003 238,38 26293,407 Metylpentan

105,0321 235,73 24759,229 n- Hexan

44,1050 N

Metyl-Cyclopentan 21,57207 207,77 4482,0296

Cyclohexan 17,0247 212,28 3614,0131

A

Benzen 0 - -



2218,208 29,30 64993,494 H2

2851,9825 184381,77

a, Tính Q2:

Lượng nhiệt cần cung cấp của lò đốt để nâng nhiệt độ của sản phẩm lò

1 lên 230oC để làm nguyên liệu cho lò 2:

Q2 = Q12 – Q1

Lượng nhiệt mang vào của nguyên liệu và khí tuần hoàn ở 230oC:

Q12= Qnl + QH￿

Trong đó:

Qnl =  ni.Ci.t1 = nc.Cc.t1

76

QH = nH.CH.t1

Theo giá trị tính toán ở bảng ta có:

 Q12 =184381,77. 230 =53470713

(kj/h)

(kj/h) Mà ta có Q1 = 40303217

 Q2 =53470713– 40303217 =13167496

(kj/h)

b, Tính Q4:

Lượng nhiệt sinh ra do quá trình phản ứng. ở thiết bị phản ứng 2 xảy ra

Qn .

Qn .

các phản ứng (1), (2), (5) và phản ứng (6).

Qn .  1 1

 2

2

 5

Qn . 5

 6

6

Vậy Q4 =

i Qn  , i

Ta có các giá trị cho trong bảng sau:

Bảng 24

in

iQ

i Qn  . i

TT

kmol/h kcal/mol kj/h

1 91,8892 2 769296,93

2 61,5552 2 515340,74

5 0,12408 20 10388,304

6 1,65807 11 76347,744

(kj/h) Vậy Q4 =1371373,7

c, Tính Q3:

Chọn nhiệt lượng mất mát ra khỏi môi trường phản ứng = 5% nhiệt

lượng của sản phẩm mang ra:

Q5 = 0,05 . Q3

 1,05 . Q3 = Q1 + Q2 – Q4

Vậy tổng lượng nhiệt của đầu ra là = Q3 + 0,05 . Q3 = 1,05 .Q3

Mà ta có các phản ứng là toả nhiệt do đó:

1,05 . Q3 = 40303217+13167496 + 1371373,7 =5482087 (kj/h)

 Q3 =52230559

77

(kj/h)

 Q5 = 2611527,9

(kj/h)

Bảng 25: Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng 2

Dòng Lượng Nhiệt lượng

Kmol/h Kj/h

Đầu vào

40303217 Q1

13167496 Q2



1371373,7 Q4

2772,7492 54842087

Đầu ra

52230559 Q3



2611527,9 Q5

2772,7492 54842087

II.2.3. Tính toán kích thước chính của lò phản ứng 2

Lò phản ứng là loại lò xuyên tâm. Việc lựa chọn đường kính của lò

XTP

] tại lớp xúc tác không vượt quá phải thoả mãn sao cho tổn thất áp suất [

giá trị cho phép. Theo một số tài liệu thì tổn thất áp suất này được tính theo

.5,0

công thức:

XTP

610.158,0 Pn

[ ] = (Pa) [6-269]

 [

Trong đó: nP = 1 là số lò phản ứng.

XTP

35,0

2

35,1

) 

x



] = 0,5 . 0,158 . 106 = 0,79.105 (Pa)

P  xt H

. d

d

1(255  29,0 

1

td

td

  hh hh  .  

  

(*)

78

Trong đó:

- H1: chiều dày của lớp xúc tác.

Pxt 1H

- : Tổn thất áp suất trên 1m chiều dày của lớp xúc tác (Pa/m).

-  : Độ rỗng của lớp xúc tác, m3/m3.

-  : Vận tốc của dòng hơi qua lớp xúc tác, m/s.

hh : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí, kg/m3.

hh : Độ nhớt động học của hỗn hợp khí, m2/s. -

-

tdd : Đường kính tương đương của hạt xúc tác, m.

-

*Công thức tính các giá trị trên như sau:



V C V

TT

ØTính :

Trong đó:

VC: Thể tích hạt chất xúc tác hình cầu tương đương với thể tích một hạt

xúc tác hình trụ, m3.

VTT: Thể tích hình lập phương ngoại tiếp hình cầu của hạt chất xúc tác.

2

005,0.

9



2 Hd . .

10.325,35







Nếu chọn đường kính hình trụ d= 0,003 (m), và chiều cao H=0,005 (m) thì:

VC

 4

003,0.14,3 4

,m3

9 

3



3

3

d

10.07,4







Đường kính tương đương của hạt xúc tác

td

10.325,35.6 14,3

V .6 C 

,m

9 

  =

Do đó:

10.35,35  10.07,4(

33 )

= 0,524 (m3/m3)

ØTính :

Vận tốc theo phương bán kính của hỗn hợp khí ở thiết diện nhỏ nhất tại



lưới của ống trung tâm được tính:

V G F C

[6-250]

79

Trong đó:

VG: Thể tích hỗn hợp khí đi qua tiết diện tự do trong 1 giây, m3/s.

FC: là tiết diện của lưới ống, m2.

z



V G

.4,22 3600

. TG tb M .

6 .10.1,0. P . 273 . tb

tb

*Tính VG:

Trong đó:

G: Hỗn hợp khí ở trong lò, kg/h.

Ttb: Nhiệt độ trung bình trong lò phản ứng, oK.

Z: Hệ số nén của hỗn hợp khí.

Mtb: Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí, kg/kmol.

5

5

.2

P

]

10.20.2

10.79,0

5

P xt

,19

605

10.









Ptb: áp suất trunh bình trong lò phản ứng, Pa.

P tb

[  2

 2

503

523

513



(Pa).

 Ttb =

 2

 Mtb = 0,0038.78+ 0,101.84+ 0,1861.78,21+ 0,8.2=16,18.

 Z = 1.

 G = 54820

(oK).

(kg/h).

6

,2

021



Vậy thay số vào ta có:

.4,22 3600

54820 273.18,16.

1.10.1,0.513. 5 605,19. 10.

(m3/s). VG=

ØDiện tích lưới tại ống trung tâm được tính như sau:

FC 

. HD 1.

1

[6-271]

Trong đó:

-D1: Đường kính lưới, m.

-H1: Chiều cao lưới, m.

Đường kính của lò phản ứng được chọn là 1,4 m, đường kính lưới là 0,5 m.

Chiều cao của lưới xúc tác:

80

[6-271] H1 = Hxt – 0,4

Hxt : Chiều cao của lớp xúc tác trong lò phản ứng, m.

 Hxt =Vxt/F.

0,4: Chiều cao của ống trung tâm không đục lỗ.

Vxt: Thể tích xúc tác trong lò, m3.

2

.2







2 D  1

 D ( 



F



F: Tiết diện vòng giữa của các ống lọc.

)02,0.2 4

[6-271]

Trong đó:

-D: Đường kính của lò phản ứng, m.

-D1: Đường kính lưới, m.

  =0,04, m.

-: Khoảng cách trong thân lò và vỏ lò, m.

-2.0,02: là tổng chiều dàycuar thân và vỏ ống trung tâm.

2

2

)02,0.2

5,0



2



F

,4

25245 ,

m



 

04,0.25,2(14,3   4

 Hxt= 27,7215/4,25245= 6,5189 (m).

Vậy:

 H1 = 6,5189 – 0,4 = 6,1189 (m).

 FC = 3,14. 0,5. 6,1189 = 9,6115(m2).

Vậy:

  = VG/FC = 2,021/9,6115= 0,21026m/s).

Do đó:

+Khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng:

 hh

y. i

i



[9]

Trong đó:

i : khối lượng riêng của cấu tử i, kg/m3.

-

2,0.

8,0.

,0.2,0.3,654

0898

93,130









-yi: phần mol của cấu tử i.

  c

hh

 H

(kg/m3).

81

+Tính độ nhớt động học của hỗn hợp theo công thức sau:

1



 hh

... 

y y 1 2   2

1

y n  n

[6-272]

Trong đó:

-yi : Phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp.

- i : Độ nhớt động học của cấu tử i tại nhiệt độ phản ứng, m2/s.

Bảng 26: Độ nhớt động học của các cấu tử ở 230oC

i .106, m2/s

Cấu tử yi yi/( i .106)

0,1036 6,716 0,015426 P5

0,0825 5,352 0,015415 P6

0,0101 0,265 0,038113 CnH2n

0,0038 0,277 0,013718 CnH2n-6



0,8000 295 0,002712 H2

0,085384

6



10.

,11

712

10.

2 / sm

6  

Từ kết quả tính toán ta được:

 hh

1 085384

,0

.

35,0

35,1

2

6 

)

,0

21026

x



Thay vào (*) ta được:

93,130. 3

3





Pxt  H

524,01(255  29,0 524,0

10.07,4

712,11 21026

10. 10.07,4.

,0

1

  

  

=35756,87Pa/m.

.2

5,0

04,0.24,1

02,0.2

5,0

 D









38,0





Chiều dày của lớp xúc tác:

02,0.2 2

 2



xtP = 0,38.35756,78= 13587,613(Pa).

(m). H1 =

Ta thấy:

xtP

XTP

xtP

< [ ] = 0,79.105, Pa.

Do đó: D = 1,4 (m) là thoả mãn.

Khi đó chiều cao là:

 H = 6,5189+0,2 +1,4 + 0,225 + 1,4 + 0,425

82

H = Hxt + 0,2 + D +0,225 + D +0,425

H = 10,1689(m).

Qui chuẩn thành 10 (m).

Vậy lò phản ứng 1 có D = 2,5(m) và chiều cao H = 10 (m).

Phần III.xây dựng [XIV]

I. Giới thiệu chung

Phân xưởng sản xuất là phân xưởng ISOME Hoá công suất 350.000

t/năm. Đặc điểm của phân xưởng là có nhiều chất gây ô nhiễm môi trường,

ảnh hưởng đến sinh thái và ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người.

Do đó việc xác định địa điểm xây dựng nhà máy cần phải được tính

toán cân nhắc cẩn thận để đảm bảo yêu cầu là giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi

trường và sức khoẻ của người lao động trực tiếp cũng như dân trong vùng lân

cận nhà máy. Ngoài ra việc xác định địa điểm xây dựng hợp lý sẽ tạo điều

kiện tốt cho giai đoạn chuẩn bị đầu tư, là cơ sở phát triển sản xuất, kinh doanh

của nhà máy, vốn đàu tư cũng như giá thành sản phẩm của nhà máy, trước

mắt cũng như lâu dài.

II. Phân tích địa điểm xây dựng nhà máy

Phân xưởng ISOME Hoá với năng xuất 350000t/năm được đặt tại Dung

Quất - Quảng Ngãi.

1. Địa điểm xây dựng

Địa điểm xây dựng tại Dung Quất – Quảng Ngãi là nơi được chính phủ

phê duyệt xây dựng khu công nghiệp. Đối với địa điểm này có nhiều yếu tố

83

thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy như:

Mạng lưới giao thông: Hướng đông cách khoảng 6 km là biển, với độ

sâu rộng rất thuận tiện cho tàu trọng tải lớn cập bến và có thể nhiều tàu cập

bến một lần. Hướng tây nam là mạng lưới giao thông quốc gia cả đường bộ và

đường sắt. Hướng bắc giáp với khu kinh tế mở Quảng Nam. Do đó về vấn đề

giao thông là hết sức thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu cũng như

việc xuất sản phẩm ra khỏi nhà máy.

Về vấn đề xây dựng thì nguyên vật liệu xây dựng được cung cấp ngay

trong nội tỉnh, nguồn nhân công dồi dào, đây là một yếu tố rất thuận lợi cho

quá trình xây dựng cũng như vận hành nhà máy.

Với địa hình nhà máy là hướng đông giáp biển và hướng gió chủ đạo là gió

tây nam vì vậy các chất khí, bụi của nhà sẽ ít hoặc không ảnh hưởng đến khu

dân cư.

2. Khu đất xây dựng

Với kích thước và hình dạng của khu đất rất thuận lợi cho việc xây

dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy sau này. Khu đất cao ráo,

không bị ngập lụt, độ dốc tự nhiên của khu đất khoảng 1% với nền đất sét kết

hợp với đất đá ong nên đảm bảo tính chịu tải trọng lớn.

Khu đất được kiểm tra trước khi được chính phủ quy hoạch làm khu

công nghiệp, dưới lòng đất không có mỏ khoáng sản .

Diện tích khu đất đẵ được tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đòi hỏi của

dây truyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình.

Khu đất nằm trong khu công nghiệp do đó nó đảm bảo tốt mối quan hệ

với các nhà máy lân cận trong việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ

thuật, xử lý nước thải chống ô nhiễm môi trường và các công trình phục vụ

công cộng khác.

3. Bảo vệ môi trường

Với địa hình địa lý như trình bày ở trên cho thấy nhà máy khi hoạt động

84

đảm bảo vệ sinh môi trường rất tốt. Vấn đề nước thải hay khí thải được xét

đến một cách cẩn thận và có quy hoạch đồng bộ theo phương pháp phân khu

và bố trí hướng hợp lý.

III. Phân tích thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng ISOME Hóa

1.Nguyên tắc phân vùng

Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người thiết kế sẽ vận dụng

nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiễn thiết kế thì biện pháp phân

chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng phổ biến nhất. Tổng mặt

bằng nhà máy được chia ra làm 4 vùng chính:

+ Vùng trước nhà máy.

+ Vùng sản xuất.

+ Vùng phụ trợ phục vụ sản xuất.

+ Vùng kho tàng và phục vụ giao thông.

-Vùng trước nhà máy bao gồm các nhà hành chính quản lý, hội trường,

nhà ăn, gara để xe đạp, xe máy, ôtô, nhà y tế, cổng ra vào và phòng bảo vệ,

nhà hoá nghiệm, tuỳ theo diện tích nhà máy, quy mô sản xuất mà vùng này

chiếm từ 4-20% diện tích nhà máy.

-Vùng sản xuất bao gồm phân xưởng sản xuất, phòng điều khiển trung

tâm, các công trình thuộc dây truyền sản xuất. Vùng này thường chiếm từ 22-

25% diện tích nhà máy.

-Vùng phụ trợ sản xuất bao gồm xưởng cơ điện, lò đốt, khu thiết bị trao

đổi nhiệt, nhà cứu hoả, hệ thống bơm, thiết bị tạo hơi nước, khu thiết bị ngưng

tụ và làm lạnh, khu làm sạch nước thải.

-Vùng kho tàng và đường giao thông bao gồm kho chứa nguyên liệu, kho

chứa sản phẩm, hệ thống đường giao thông. Đường ôtô là hệ thống đường bê

tông, 2 làn xe chạy mỗi làn 2,5 m, vỉa hè đi bộ chiều rộng 1 m. Diện tích phù

hợp thường chiếm từ 23-37%.

85

Các hạng mục công trình (Bảng 1)

Kích thước Số Diện tích TT Tên công trình (m2) lượng dài(m) rộng(m)

1 Thiết bị sấy khí 2 12 12 144

2 Thiết bị phản ứng 2 12 12 144

3 Máy nén và bơm 1 12 12 144

4 Thiết bị tách 1 12 12 144

5 Tháp ổn định 1 12 12 144

6 Cột hấp phụ và van quay 1 12 12 144

7 Tháp chưng cất 1 12 12 144

8 Lò đốt và thiết bị nồi hơi 1 12 9 108

9 Cột Rafinat 1 12 12 144

10 Nhà điều khiển 1 12 9 108

11 Bể chứa nước 1 24 12 288

12 Nhà sản xuất nước 1 12 9 108

13 Trạm điện 1 12 12 144

14 Nhà cứu hoả 1 12 9 108

15 Nhà cơ khí 1 24 12 144

16 Phòng hoá nghiệm 1 12 9 108

17 Nhà để xe 1 30 12 360

18 Nhà hành chính 1 30 12 360

19 Nhà ăn 1 30 12 360

20 Hội trường 1 30 12 360

21 Bể chứa nguyên liệu 6 30 30 5400

22 Bể chứa xăng 4 12 12 576

23 Thiết bị chứa Hyđro 2 6 6 72

24 Bể chứa khí nhiên liệu 2 6 6 72

25 Bể chứa khí nhẹ 2 6 6 72

86

26 Phòng bảo vệ 4 6 6 144

27 Đất dự trữ 1900

28 Trạm nhập nguyên liệu 1 12 9 108

29 Trạm xuất sản phẩm 1 12 9 108

Tổng 12160

2. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng

+ Ưu điểm:

- Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn

của quá trình sản xuất.

Thích hợp với các nhà máy có những xưởng, những công đoạn có đặc

điểm sản xuất khác nhau.

Đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp, dễ dàng sử lý các bộ

phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi,

cháy nổ.

Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy.

Thuận lợi cho quá trình mở rộng nhà máy.

Phù hợp với đặc điểm khí hậu ở việt Nam

+ Nhược điểm: Dây truyền sản xuất phải kéo dài, hệ thống mạng lưới

kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng, hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp.

3. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Để đánh giá lựa chọn phương án thiết kế tổng mặt bằng nhà máy người

ta dựa vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

Diện tích nhà máy:

Diện tích xây dựng:

Diện tích sử dụng:

%100



XDK

BA  F

Hệ số xây dựng:

87

Hệ số sử dụng:

%100



xdk

CBA  F

Trong đó:

F: Diện tích toàn phân xưởng

A: Diện tích chiếm đất của nhà và công trình

100

%25

K





xd

%100

K



sd

3437 13748 CBA  F

B: Diện tích kho bãi lộ thiên

Trong đó:

F: Diện tích toàn phân xưởng

A: Diện tích chiếm đất của nhà và công trình

B: Diện tích kho bãi lộ thiên

100

%65



sdK

8936 13748

C: Diện tích chiếm đất của đường bộ, sắt,ống kỹ thuật, rãnh thoát nước.

IV.Các nguyên tắc và thông số kỹ thuật trong xây dựng

IV.1 Các nguyên tắc khi xây dựng

Việc xây dựng cần phải tuân theo những nguyên tắc sau :

Cần bố trí các hạng mục chính trong dây chuyền một cách hợp lý để đảm bảo

các hạng mục đó hoạt động thuận tiện và hợp lý nhất.

Các hạng mục công trình cần được thiết kế gọn gàng, hợp lý và tiết kiệm

diện tích nhất

Triệt để việc bố trí mặt bằng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo xả

cặn và sản phẩm cũng như tiết kiệm năng lượng.

Khi bố trí các công trình trên mặt bằng cần phải dự kiến trước các hạng

mục sẽ xây dựng ở giai đoạn sau tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất.

Các công trình phụ trợ cần phải đặt gần các công trình chính để giảm chi

88

phí vận chuyển.

Các công trình gây nhiễm bẩn, độc hại nên bố trí riêng biệt xa công trình

chính, cuối hướng gió và ít người qua lại.

Trạm biến thế nên đặt gần nơi sử dụng nhiều nhất như máy bơm, máy nén

và gần đường bộ.

Đường giao thông nội bộ cần bố trí hợp lý đến từng công trình với chiều

rộng đủ lớn để xe ôtô có thể ra vào được.

Đảm bảo mỹ quan nhà máy.

IV.2 Thông số kỹ thuật trong xây dựng

*. Nhà hành chính, nhà nghỉ, sinh hoạt, nhà bảo vệ, y tế, nhà vệ sinh, nhà

điều khiển trung tâm, nhà để bơm quạt.

-Giằng móng bê tông cốt thép.

-Nền vữa xi măng 30 mm, lát gạch đá hoa.

-Tường gạch bao quanh 220mm, tường ngăn 110mm.

-Kết cấu mái bằng, mái đổ bê tông cốt thép dày 9mm.

*. Nhà để xe đạp , xe máy và ôtô

-Tường gạch 100mm.

-Dầm mái bằng bê tông cốt thép, dầm dốc về hai phía, kết cấu mái bằng

tôn thép, xà gồ bằng thép.

-Nền bê tông xi măng cát sỏi.

-Cột bằng bê tông cốt thép, kích thước 300.400mm.

*. Nhà kho, nhà sửa chữa

-Móng giằng bê tông cốt thép.

-Cột phần trên vai cột 300.400mm, phần dưới vai cột 400.600mm. Chọn

cột một thân nhà có cầu trục nhỏ hơn 30 tấn.

-Dầm mái bằng bê tông cốt thép, nghiêng về hai phía, mái bằng fibrô

ximăng, xà gồ bằng thép.

-Nền kết cấu bằng bê tông xi măng cát sỏi.

-Tường gạch 200 mm trát vữa xi măng.

89

*. Bể chứa

- Bể chứa là các tháp được làm bằng vật liệu CT3 và có bảo ôn.

*. Giao thông trong phân xưởng

Đường giao thông trong phân xưởng được trải nhựa, có chiều rộng 6m

gồm 2 cổng vào phân xưởng: cổng chính và cổng phụ. Cổng chính được nối

liền với đường quốc lộ.

Đường được bố trí thuận lợi cho việc đi lại và vận chuyển các thiết bị khi

lắp đặt cũng như khi sửa chữa. Hai bên đường trồng cây cảnh và các vườn

hoa đảm bảo cảnh quan cho môi trường nhà máy.

Các đường ống chính trong nhà máy như đường ống thoát nước phục vụ

sản xuất, sinh hoạt, đường ống nước thải, nước mưa.

IV.3 Bố trí mặt bằng

Diện tích cần sử dụng cho phân xưởng là 1430 m2. Trong đó hệ số sử

dụng là 65%.

Do yêu cầu của dây chuyền công nghệ các thiết bị được bố trí trong nhà

sản xuất được bố trí giữa phân xưởng. Để phù hợp với dây chuyền công nghệ

ta bố trí các thiết bị sao cho bảo đảm sản xuất một cách liên tục thuận lợi.

Công trình được bố trị lộ thiên, cho nên cần đảm bảo che chắn cục bộ tạo

điều kiện thuận lợi cho công nhân khi làm việc.

V. Tự Động hoá

1. Mục đích

Tự động điều chỉnh là quá trình ứng dụng các dụng cụ, các thiết bị và các

máy móc tự động điều khiển vào quá trình công nghệ. Những phương tiện

này cho phép thực hiện các quá trình công nghệ theo một chương trình tiêu

chuẩn đã được tạo dựng phù hợp với công nghệ, đảm bảo cho máy móc thiết

bị hoạt động theo chế độ tối ưu nhất, việc tự động hoá không chỉ làm đơn giản

các thao tác trong sản xuất, tránh được nhầm lẫn, tăng năng suất lao động và

cho phép giảm số lượng công nhân và còn là biện pháp hữu hiệu trong an toàn

90

lao động.

Để đảm bảo các yêu cầu trên thì việc sử dụng hệ thống tự động đo lường và

các biện pháp tự động hoá trong sản xuất không chỉ là một vấn đề cần thiết

mà còn có tính chất bắt buộc đối với công nghệ này. Trong khi hoạt động chỉ

một thiết bị không ổn định thì chế độ công nghệ của cả dây chuyền bị phá vỡ,

trong nhiều trường hợp phải ngừng hoạt động của cả dây chuyền để sửa chữa

cho dù chỉ một thiết bị. Như vậy từ các đặc điểm đã cho thấy đo lường tự

động hoá và tự động hoá trong dây chuyền công nghệ là một vấn đề hết sức

quan trọng. Nó không chỉ tăng năng suất của công nghệ, công suất của thiết bị

mà là cơ sở để vận hành công nghệ tối ưu nhất, tăng hiệu quả thu hồi sản

phẩm đồng thời giảm đáng kể các chi phí khác, đảm bảo an toàn cho nhà máy

sản xuất, nhờ có tự động hoá mà những nơi có thể xảy ra các hiện tượng cháy

nổ hay rò rỉ hơi sản phẩm độc hại ra ngoài được điều khiển tự động, tự động

kiểm tra tránh được việc sử dụng công nhân.

Tự động hoá đảm bảo các thao tác điều khiển các thiết bị công nghệ một

cách chính xác, tránh được các sự cố xảy ra trong thao tác điều khiển, tự động

báo động khi có sự cố xảy ra.

2. Hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm đối tượng điều chỉnh (ĐT) và bộ

điều chỉnh (BĐC). Bộ điều chỉnh có thể bao gồm bộ cảm biến và bộ khuyếch

đại.

Bộ cảm biến dùng để phản ánh sự sai lệch các thông số điều chỉnh so với

giá trị cho trước và biến đổi thành tín hiệu. Bộ khuyếch đại làm nhiệm vụ

khuyếch đại tín hiệu của bộ cảm biến giá trị có thể điều khiển (CQĐK), cơ

quan này tác động lên đối tượng nhằm xoá đi độ sai lệch của các thông số

điều chỉnh.

Mạch điều chỉnh được khép kín nhờ quan hệ ngược. Quan hệ này được gọi

là hồi tiếp chính.

3. Các dạng điều khiển tự động

91

+ Tự động kiểm tra và tự động bảo vệ:

Tự động kiểm tra các thông số công nghệ (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,

nồng độ,…) kiểm tra các thông số công nghệ đó có thay đổi hay không? Nếu

có thì cảnh báo chỉ thị ghi lại giá trị thay đổi đó, truyền tín hiệu tác động điều

C

chỉnh đến đối tượng.

5.1

đt

CT 1 3 G

1 5.2 2 CB 5 3 BKĐ

PL

N

5. 3 5.4 4

Có thể biểu diễn sơ đồ tự động kiểm tra và tự động điều chỉnh như trên:

1. Đối tượng điều chỉnh

2. Cảm biến đối tượng

3. Bộ khuyếch đại

4. Yếu tố nhiễu.

5. Cơ cấu chấp hành

5.1. Cảnh cáo

5.2. Chỉ thị bằng kim hoặc bằng số

5.3. Ghi lại sự thay đổi

5.4. Phân loại

+ Dạng tự động điều khiển:

ĐT

CB

BKĐ

BĐ

1 2 3 5

N

4

Sơ đồ cấu trúc như sau:

1. Đối tượng điều khiển

2. Cảm biến đối tượng

92

3. Bộ khuyếch đại

4. Yếu tố nhiễu

1. Bộ đặc cho phép ta đặc tín hiệu điều khiển, nó là một tổ chức tác động

có định hướng điều khiển tự động.

ĐT

CB

SS

BĐ

+ Dạng động điều chỉnh:

Sơ đồ cấu trúc:

CCCH

N

BKĐ

1 2 6 5

7 3 4

1. Đối tượng điều chỉnh

2. Cảm biến đối tượng

3. Bộ khuyếch đại

4. Yếu tố nhiễu

5. Bộ đặc

6. Bộ so sánh

7. Cơ cấu chấp hành

Trong tất cả các dạng tự động điều khiển thường được sử dụng nhất là kiểu

hệ thống tự động điều khiển có tín hiệu phản hồi (mạch điều khiển khép kín).

Giá trị thông tin đầu ra của thiết bị dựa trên sự khác nhau giữa các giá trị đo

được của biến điều khiển với giá trị tiêu chuẩn. Sơ đồ được mô tả như sau:

N

Đại lượng đặt Đai lượng ra

x

Y

93

XĐC ΔX XCB phản hồi

Sơ đồ mạch điều khiển phản hồi

Y : Đại lượng đặt ĐT : Phần tử đặt trị

X : Đại lượng ra ĐC : Phần tử điều chỉnh

N : Tác nhân nhiễu XCB : Gía trị cảm biến

O : Đối tượng điều chỉnh XĐT : Gía trị đặt trị

XPH: Tín hiệu phản hồi ΔX ( trị số ) = XĐT - XCB

CB : Cảm biến

SS : Phần tử so sánh

- Phần tử cảm biến: là phần tử làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều chỉnh X và

dịch chuyển nó ra một dạng thông số khác cho phù hợp với thiết bị điều

chỉnh.

- Phần tử đặt trị: là bộ phận ấn định các thông số cần duy trì hoặc giá trị

phạm vi các thông số cần duy trì (XĐT). Khi thông số vận hành lệch ra

khỏi giá trị đó thì thiết bị điều chỉnh tự động phải điều chỉnh lại các thông

số cho phù hợp (thường trên bộ đặt trị có thiết kế các vít hoặc công tắc để

người điều chỉnh dễ dàng thay đổi các giá trị (đặt các thông số điều

chỉnh) cho phù hợp khi vận hành.

- Phần tử so sánh: là cơ cấu tiếp nhận giá trị của phần tử định trị qui định

(XĐT) so sánh với giá trị thông số nhận được từ phần tử cảm biến XCB, xác

định sai lệch của hai thông số ΔX = XĐT - XCB để đưa tín hiệu vào cơ cấu điều

chỉnh.

- Cơ cấu điều chỉnh: có nhiệm vụ biến các tín hiệu đã nhận về sai lệch Δx để

gây ra tác động điều chỉnh trực tiếp.

Gía trị điều chỉnh được thay đổi liên tục tương ứng với sự thay đổi liên tục

của cơ câu điều chỉnh.

4. Hệ điều khiển phản hồi

Sơ đồ điều khiển nồng độ

Thiết bị Bộ điều khiển

94

Dụng cụ đo

LC Van điều chỉnh

Dòng ra

Trong sơ đồ này biến được điều khiển là nồng độ, tốc độ dòng chảy là biến

thao tác. Tín hiệu được điều khiển sinh ra bằng cách so sánh các giá trị của

biến được điều khiển (nồng độ) với giá trị mong muốn (giá trị cài đặt). Sự sai

khác giữa hai tín hiệu này được gọi là tín hiệu sai khác, hệ thống điều khiển

thông tin luôn là hàm của các tín hiệu sai khác. Tín hiệu điều khiển thường

được dùng bằng hơi nước hoặc được dùng bằng điện. Tín hiệu điều khiển

được gửi qua van điều khiển đến các vị trí đặc biệt hoặc đóng, mở. Bất kỳ một

sự thay đổi nào đó trong các tín hiệu điều khiển dẫn đến các thay đổi có thể

tính trước trong tốc độ dòng chảy của chất lỏng khi ra khỏi thiết bị.

Như vậy về nguyên tắc thì nguyên lý điều khiển của hệ thống như trên hầu

như là giống nhau cho tất cả các hệ thống. Hệ thống điều khiển thiết bị gia

nhiệt không cần thiết tại sao giá trị nhiệt độ tại đầu ra của dòng được gia nhiệt

lại thay đổi nhưng tốc độ của dòng tác nhân vẫn có thể thay đổi được một

cách đơn giản để cho nhiệt độ đầu ra của dòng được gia nhiệt được tương

thích với giá trị nhiệt độ được cài đặt.

TC Nhiệt độ mong muốn

TC

Nhiệt độ

TI thực

Hơi tác nhân

mang nhiệt

Dòng vào Dòng ra

Dòng tác

95

nhân ra

5. Cấu tạo của một số thiết bị tự động cảm biến

a. Bộ cảm biến áp suất

Trong các bộ điều chỉnh thường sử dụng bộ cảm ứng áp suất kiểu màng,

hộp xếp, Piston, ống cong đàn hồi,… việc chọn bộ cảm ứng áp suất phụ thuộc

vào việc cảm ứng và độ chính xác theo yêu cầu.



p

p



Bộ cảm ứng suất kiểu màng kiểu piston

p



F

p

Cảm biến kiểu hộp xếp Cảm biến kiểu cung tròn

b. Bộ cảm ứng nhiệt độ

Hoạt động của cảm ứng nhiệt độ dựa trên nguyên lí giãn nở nhiệt, mối

quan hệ giữa nhiệt độ của chất khí và áp suất hơi bão hoà của nó trong hệ kín,



96



dựa trên nguyên lí nhiệt điện trở.



Cảm ứng nhiệt độ kiểu màng. Cảm ứng nhiệt độ kiểu hộp xếp.

Cảm ứng nhiệt độ kiểu thanh Cảm ứng nhiệt độ kiểu điện trở

c. Bộ cảm ứng mức đo chất lỏng

Mức các chất lỏng có thể đo bằng nhiều cách khác nhau nhưng phương





pháp đơn giản và có độ chính xác cao là đo bằng phao.

Kiểu phao Kiểu màng

d. Bộ cảm biến lưu lượng

Bộ cảm biến lưu lượng được xây dựng trên sự phụ thuộc

Q = f.V

f: Diện tích của đường ống dẫn

2



V

 S

V: Tốc độ chất lỏng chảy trong ống dẫn theo định luật Becnuli



Với S: Tỷ trọng của chất lỏng;

97

: Độ chênh lệch áp suất chất lỏng



Nếu tỷ trọng không đổi thì lưu lượng thể tích phụ thuộc vào hai thông số là

tiết diện f và độ chênh lệch áp suất

Ta có hai cách đo lưu lượng:

+ Khi tiết diện không đổi đo lưu lượng bằng độ chênh lệch áp suất trước và

sau thiết bị có ống hẹp.

+ Khi độ chênh lệch áp suất không đổi đo diện tích tiết diện của ống dẫn xác

định được lưu lượng của dòng chảy.

An Toàn Lao Động Và Bảo Vệ Môi Trường

I. Khái Quát

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy hoá chất nói chung và nhà máy

lọc dầu nói riêng thì vấn đề an toàn lao động và bảo vệ môi trường là hết sức

quan trọng. Chi phí dành cho công tác này có thể chiếm đến 40% chi phí vận

hành. Một trong những vấn đề cần đươc quan tâm nhất là: an toàn cháy, nổ.

Tất nhiên là còn có những nguyên nhân gây tai nạn khác. Có thể phân chia

98

những nguyên nhân gây tai nạn thành ba nhóm:

1.Nguyên nhân do kỹ thuật

Nguyên nhân này phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng máy móc, thiết bị

đường ống, nơi làm việc bao gồm:

+Sự hư hỏng các máy móc chính và các dụng cụ, phụ tùng.

+Sự hư hỏng các đường ống.

+Các kết cấu thiết bị, dụng cụ, phụ tùng không hoàn chỉnh.

+Không đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các máy móc.

+Thiếu rào chắn, ngăn che.

2.Nguyên nhân do tổ chức

Nguyên nhân này phụ thuộc vào việc tổ chức hoặc giao nhận công việc

không đúng quy định bao gồm:

+Vi phạm quy tắc quy trình kỹ thuật.

+Tổ chức lao động, chỗ làm việc không đúng yêu cầu.

+Giám sát kỹ thuật không đầy đủ.

+Phạm vi chế độ làm việc.

+ Sử dụng lao động không đúng ngành nghề, chuyên môn.

+Người lao động chưa nắm vững được điều lệ, quy tắc an toàn trong lao

động.

3.Nguyên nhân do vệ sinh

+Môi trường không khí bị ô nhiễm

+Điều kiện khi hậu không thích nghi

+Công tác chiếu sáng và thông gió không được tốt.

+Tiếng ồn và chấn động mạnh

+Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân

II.Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ

Như chúng ta đã biết nguyên liệu cũng như sản phẩm của quá trình

isome hoá đều dễ bị cháy nổ. Vì vậy vấn đề quan tâm là phòng chống cháy

99

nổ. Dưới đây là những yêu cầu về cháy nổ.

1.Phòng chống cháy

Để phòng chống cháy phải thực hiện các biện pháp sau đây:

+Ngăn ngừa những khả năng tạo ra môi trường cháy.

+Ngăn ngừa những khả năng xuất hiện những nguồn cháy trong môi trường

có thể cháy được.

+Duy trì nhiệt độ của môi trường thấp hơn nhiệt độ cho phép lớn nhất có thể

cháy được.

+Duy trì áp suất của môi trường thấp hơn áp suất cho phép lớn nhất có thể

cháy được.

2. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy

Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy trong môi trường

cháy phải tuân theo những quy tắc về:

+Nồng độ cho phép của các chất cháy ở dạng khí, hơi hoặc dạng lơ lửng

trong không khí. Nói cách khác là phải tiến hành quá trình ngoài giới hạn

cháy nổ của hỗn hợp hydrocacbon với không khí và ôxy.

+Nồng độ cần thiết của các chất giảm độ nhạy trong chất cháy ở dạng khí,

hơi hoặc lỏng.

+Tính dễ cháy của các chất, vật liệu, thiết bị và kết cấu.

3. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy

+Tuân theo những quy định về sử dụng, vận hành và bảo quản máy móc,

thiết bị cũng như vật liệu và các sản phẩm khác có thể là nguồn cháy trong

môi trường cháy.

+Sử dụng thiết bị phù hợp với loại gian phòng sử dụng và các thiết bị bên

ngoài phù hợp với nhóm và hạng của các hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ.

+áp dụng quy trình công nghệ và sử dụng thiết bị bảo đảm không phát sinh

ra tia lửa điện .

+Có biện pháp chống sét, nối đất cho nhà xưởng, thiết bị .

+Quy định nhiệt độ đun nóng cho phép lớn nhất của bề mặt thiết bị, sản

100

phẩm, vật liệu tiếp xúc với môi trường cháy.

+Sử dụng những thiết bị không phát ra tia lửa điện khi làm việc với những

chất dễ cháy nổ.

+Loại trừ những điều kiện có thể dẫn đến tự cháy do nhiệt độ, do tác dụng

hoá học và do vi sinh vật đối với các vật liệu và kết cấu của cơ sở sản xuất.

III. An toàn về trang thiết bị trong nhà máy hoá chất từ khâu thiết kế

đến khâu vận hành

1. Khi thiết kế tổng mặt bằng và xí nghiệp

Sự an toàn trong xí nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào khu đất và bố trí xây

dựng trên đó. Khu đất phải tương đối bằng phẳng, có độ dốc đủ để tiêu thoát

nước, thấm nước, có mực nước ngầm thấp hơn chiều sâu tầng hầm. Khi quy

hoạch phải nghiên cứu các biện pháp tránh chất độc hại thải ra, tránh tàn lửa

bởi xăng dầu rất dễ cháy nổ.

Trong nhà máy chế biến phải có đầy đủ trang thiết bị phòng chống cháy,

nổ bao gồm: Chăn cứu hoả, bình bọt, xe cứu hoả, máy cứu hoả, cát và hệ

thống nước đủ để cứu hoả bất kỳ núc nào và với thời gian dài đủ để dập tắt

hẳn đám cháy. Tất cả các trang thiết bị này phải được bố trí một cách hợp lý

để khi sự cố xảy ra thì với trang thiết bị phải thao tác kịp thời. Đường đi trong

nhà máy phải đảm bảo cho xe cứu hoả đi lại thuận tiện, các thiết bị chữa cháy

phải được đặt tại nơi dễ thấy, dễ lấy và phải được kiểm tra thường xuyên.

Thiết bị trong nhà máy phải kín, không rò rỉ, các bể chứa nguyên liệu

phải được nối đất bằng dây tiếp điện dề phòng xăng dầu khi bơm chuyển tích

điện sẽ phóng điện, sét đánh gây cháy nổ, xung quanh khu bể chứa phải được

xây tường ngăn cách với các khu vực khác.

Bố trí kết cấu, màu sắc, các bộ phận, dụng cụ đo để đảm bảo dẽ thao tác

không nhầm lẫn khi vận hành. Bố trí đặt các nguồn điện, trang thiết bị điện,

các loại cầu dao ngắt điện phù hợp với môi trường, đảm bảo an toàn. xây

dựng các khu phân xưởng dễ cháy nổ ở vị trí cách ly với các khu vực khác, sử

dụng vật liệu xây dựng bền, chịu nhiệt, nhẹ, bố trí nhiều cửa ra vào, đảm bảo

101

quy chế an toàn.

2. Cơ sở kỹ thuật an toàn phòng chống cháy trong công nghiệp

Do đặc thù của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ: sản phẩm của quá

trình là những chất dễ cháy nổ. Chính vì vậy vấn đề phòng chống cháy nổ

được đặt lên hàng đầu khi nói đến an toàn trong một nhà máy nói chung và

một phân xưởng nói riêng. bao gồm an toàn với trang thiết bị kỹ thuật của các

quá trình sản xuất, an toàn với các điều kiện làm việc của công nhân, an toàn

môi trường.

An toàn với thiết bị nhiệt (Nồi hơi, thiết bị trao đổi nhiệt, sử dụng nhiệt).

Để đun nóng nguyên liệu dễ cháy nổ như dầu mỏ và dễ sinh ra cháy cục

bộ khi có cặn đồng vào thành thì người ta không dùng phương pháp đun bằng

ngọn lửa mà dùng “áo bọc” chứa chất mang nhiệt bền (difenil, difenil oxit).

Các vật liệu dùng làm nồi hơi và nồi phải làm bằng thép đúc (ống không

hàn). đối với loại áp suất cao dùng thép chất lượng cao chứa Si,Mo và Cr.

Gang đúc dùng cho thiết bị đun nóng không quá 300oC và áp suất nhỏ, đường

kính không lớn, có thể dùng gang có thêm Mo để đun nóng trên 3500C.

Nồi hơi cần phải có van an toàn, áp kế, ống thông, van đóng và van xả

nước 1 chiều, van đóng và van xả hơi, van an toàn. Đặc biệt van an toàn thì

nồi hơi phải có hai van, tác dụng độc lập hẳn với nhau.

Nồi hơi phải được đặt trên nền móng riêng, không liên hệ với tường nhà,

đặt ở các gian nhà một tầng, có tường và có mái không cháy.

Trước khi sử dụng nồi hơi phải được kiểm tra kỹ thuật để xác định tình

trạng nồi hơi. Trong thời gian sử dụng cứ 3 năm phải xem xét bên trong một

lần, thuỷ lực ít nhất 6 năm một lần.

An toàn đối với máy nén, đường ống dẫn và bể chứa khí.

Khi nén khí do áp suất, nhiệt độ tăng cao và do có những quá trình hoá

học do vậy có thể xảy ra cháy nổ gây tai nạn. Để hệ thống máy nén làm việc

an toàn thì cần làm lạnh liên tục, máy nén áp suất thấp và năng suất thấp thì

có thể làm lạnh bằng không khí. Do hiện tượng giảm nhiệt độ cháy bùng của

dầu bôi trơn liên quan tới sự tăng áp suất nên nhiệt độ của máy nén không

102

được quá 160)C ở trong máy nén 1 xy lanh và không quá 1400C ở trong máy

nén nhiều xi lanh. Với máy nén 4-6 cấp nếu cần nén cao hơn thì phải có máy

làm lạnh trung gian đặt ở ngoài và giữa mỗi cấp nén.

Đường ống dẫn dùng vận chuyển chất lỏng nguy hiểm, chịu áp suất

cần phải đảm bảo yêu cầu chịu áp suất, đường ống chế tạo từ các ống kéo liền

không hàn, nối mặt bích tiến hành chỉ trong trường hợp cần thiết để lắp giáp

và sửa chữa. ống dẫn sản phẩm đun nóng cần phải đặt cách xa đường ống dẫn

khí hoá lỏng một khoảng 0,5 m và phải được bảo ôn.

Đề phòng hỏng hóc thiết bị dùng van chỉnh lưu, để giảm áp suất quá

lớn của hơi, khí và khí không nén. Sau van chỉnh lưu ta đặt van an toàn để

điều chỉnh áp suất său khi van chỉnh lưu đẵ điều chỉnh.

Tất cả các đường ống khi lắp ráp phải chú ý đến hiện tượng biến dạng và nứt

do ứng suất nhiệt khi thay đổi nhiệt độ.

+ không được đặt ống ngay trên nền nhà hoặc mặt đất.

+ Đường ống cần sơn màu khác nhau để dễ phân biệt

3. An toàn cháy nổ trong nhà máy nói chung và trong phân xưởng nói

riêng

Tất cả các chất lỏng cháy đều có khả năng bốc hơi và cháy chỉ xảy ra trong

pha hơi. Trên bề mặt của chất lỏng, ở bất cứ nhiệt độ nào đều có hơi của nó,

lượng hơi phụ thuộc vào thành phần chất lỏng và nhiệt độ của nó.

Để đảm bảo tránh được cháy và nổ khi tiến hành các quá trình kỹ thuật

cần có các biện pháp său:

+ Thay thế các khâu sản xuất nguy hiểm bằng các khâu ít nguy hiểm hơn.

+ Cơ khí hoá tự động hoá liên tục các quá trình sản xuất.

+ Thiết bị đảm bảo kín, hạn chế hơi, khí cháy bay ra khu vực sản xuất.

+ Dùng các chất phụ gia trơ, các chất ức chế, các chất chống cháy nổ để

giảm tính cháy nổ của hỗn hợp.

+ Loại trừ mọi khả năng phát sinh mồi lửa tại những nơi có liên quan đến

chất cháy nổ.

+ Tránh mọi khả năng tạo ra nồng độ nguy hiểm của các chất chống cháy

103

nổ.

+ Trước khi ngừng sửa chữa hoặc cho thiết bị hoạt động trở lại phải thổi khí

trơ, hơi nước vào thiết bị đó.

4. An toàn về điện

An toàn về điện là một trong những vấn đề quan trọng của công tác an

toàn. Phải tuân theo nguyên tắc về kỹ thuật tránh gây ra tai nạn điện.

+ Dây điện phải được cải tiến bằng vỏ cao su và có thể nồng vào ống kim

loại để tránh bị dập.

+ Cầu dao được lắp đặt sao cho dễ điều khiển nhưng cũng không quá thấp

và phải để nơi khô ráo và an toàn đối với người điều khiển.

IV. An toàn lao động và phòng chống độc hại với công nhân, môi trường

Công nhân làm việc trong nhà máy phải được học tập các thao tác về

phòng cháy chữa cháy, nắm được kiến thức về độc hại và bảo vệ môi trường.

Trong công việc đòi hỏi công nhân phải có tay nghề để tránh hiện tượng xảy

ra rơi vãi, gây sự cố dẫn đến cháy nổ thiệt hại đến tính mạng và tài sản. Trong

nhà máy người công nhân phải nghiêm chỉnh chấp hành mọi qui tắc, nội quy

trong nhà máy như: trong nhà máy cấm mọi hình thức dùng lửa, cấm va trạm

gây ra tia lửa điện. Khi sửa chữa không dùng điện 220 V mà chỉ dùng điện

120 V thắp sáng. Cấm dùng búa sắc, giầy có đinh đi lại làm việc trong khu

vực sản xuất.

Trong công tác bảo quản bể chứa đòi hỏi phải đuổi hết hơi xăng dầu ra

khỏi bể mới được vào trong.

Công nhân làm việc trực tiếp phải được trang bị dụng cụ bảo hộ lao

động như: ủng, mũ áo, găng tay… trong nhà máy chế biến dầu phải được tự

động hoá để đảm bảo an toàn phòng chống cháy, tránh độc hại cho con người.

Trong nhà máy bơm xăng dầu nên trang bị các thiết bị phòng cháy tự

động. xăng dầu là các hợp chất bay hơi nên cần phải cần xử lý hơi xăng dầu

nhằm đảm bảo sức khoẻ cho người lao động.

Người lao động cần phải đượpc khám sức khoẻ định kỳ và phải có chế

104

độ bồi dưỡng độc hại thích hợp với công việc.

Nguồn nước thải trong nhà máy phải được xử lý sạch các hợp chất có

hại bằng các hệ thống sử lý nước thải rồi mới được thải ra ngoài tránh ô

nhiễm môi trường và nguồn nước của dân cư lân cận nhà máy.

Phần IV. tính toán kinh tế [VI], [VIII]

i- Mục đích và nhiệm vụ của việc tính toán kinh tế

Sau khi thiết kế phương án về kỹ thuật và công nghệ sản xuất cho phân

xưởng Isome hoá công suất 350000tấn/năm công việc kế tiếp là phải tính toán

kinh tế.

Tính toán kinh tế là một phần quan trọng trong đồ án thiết kế nó quyết

định xem trong phương án thiết kế có tính khả thi hay không. Một phương án

thiết kế tốt đảm bảo về trình độ kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm đồng

thời đem lại hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất.

Với 3 nhiệm vụ chính:

105

Xác định chi phí cho phương án sản xuất

Xác định giá bán sản phẩm

Xác định hiệu quả kinh tế của phương án kỹ thuật để đánh giá được tính

khả thi về mặt kinh tế của phương án kỹ thuật.

II- Các loại chi phí

I.1- Chi phí đầu tư xây dựng cơ bản

Chi phí xây dựng nhà xưởng = 1.458 (m2) * 1,2 (triệu đồng) = 1749,6

(triệu đồng).

Chi phí xây dựng công trình phụ trợ (cầu cống, đường xá, khu chứa)

54(m2) * 0,5 (triệu đồng) = 277 (triệu đồng).

Chi phí khảo sát và thiết kế xây dựng được tính bằng 1% chi phí xây dựng

1% (1749,6 + 277) = 30,3 (triệu đồng).

Tổng chi phí xây dựng = 1749,6 + 277 + 30,3 = 2056,9 (triệu đồng).

II.2- Chi phí cho mua máy móc thiết bị

Mua máy móc thiết bị của hãng UOP (đổi theo tỉ giá 1$ = 14.600đồng)

(Mua máy móc thiết bị theo giá được tính cả chi phí vận chuyển, lắp đặt).

Tháp tách 350000$ . 5 = 100.000$ = 10.000 triệu đồng.

Thiết bị gia nhiệt 220.000$ = 3.241,2 triệu đồng

Lò đốt 296.000$ = 4.321,6 triệu đồng

Bơm 44.000$ = 642,4 triệu đồng

106

Thiết bị hydro hoá 100.000$ . 2 = 2.842 triệu đồng

Hệ thống máy nén, làm lạnh, sấy: 3.299.000$ = 48.165,4 triệu đồng

Thùng, bình 34.000$ = 496,4 triệu đồng.

II.3- Các loại chi phí khác

Chi phí chuyển giao công nghệ 1.268.000$ - 18.512,8 triệu đồng.

Chi phí chạy thử = 100 triệu đồng.

Chi phí khác (chi phí đàm phán, chi phí hải quan) = 100 triệu đồng.

II.4- Tính khấu hao

Nhà xưởng và các công trình phụ trợ khấu hao trong 20 năm

Khấu hao trong 1 năm của nhà xưởng và các công trình phụ trợ là

1749,6 + 227 = 101,2 triệu đồng 20

Chi phí khảo sát và thiết kế được khấu hao ngay năm đầu = 30,3 triệu đồng.

Vậy khấu hao cho đầu tư xây dựng cơ bản là:

101,2 + 30,3 = 131,5 triệu đồng.

Thiết bị phản ứng, thiết bị gia nhiệt, tháp tách được tính khấu hao trong 10

năm.

10.000 + 3241,2 + 4321,6 + 2812 + 48165,4 = 6854 triệu đồng 10

496,4 Thùng chứa khấu hao trong 5 năm = 99,28 triệu đồng 5

642,4 Bơm khấu hao trong 2 năm = 321,2 triệu đồng 2

Vậy chi phí dài hạn là.

107

Bảng 1: Các loại chi phí dài hạn

chi phí Thành tiền, triệu đồng Khấu hao, triệu đồng

Đầu tư xây dựng cơ bản 2056,9 40,824

Mua máy móc thiết bị 68079,8 7114,58

Chi phí khác 18712,8 1871,28

Tổng 87479,804 9026,684

III- Chi phí lưu động

III.1- Chi phí mua nguyên vật liệu

Phân xưởng hoạt động 24h/ngày, 335 ngày/năm

Do đó nguyên liệu cần dùng là: 350000 tấn

Xúc tác cần cho quá trình trong một năm là: 22177,563Kg = 22,177tấn

Xúc tác được tái sinh trong 2 ngày với ngày hiệu suất là 98%. Do vậy trong 1

lần xúc tác cần phải bổ sung 2%. Sau 20 lần tái sinh cần phải thay xúc tác

mới. Số lần cần phải thay xúc tác là:

335/40 =8,4 lần

Số lần phải tái sinh là: ( 335/2 ) – 8,4 =159 lần

Bảng 2: Chi phí mua nguyên vật liệu

TT Số lượng, T Đơn giá, triệu đồng/T Thành tiền, triệu

đồng

Xúc tác 16,098 70.5 1563,5182

Nguyên liệu 350000 3.5 1225000

Tổng 1226563,5

Bảng 3: Chi phí nhiên liệu

108

TT Lượng tiêu Đơn giá, triệu đồng Thành tiền, triệu

thụ đồng

Nhiên liệu 8071,371 tấn 0.5 4035.685

290000Kw 0,0012 Điện 3480

7100000 m3 0,0006 Nước 426

Tổng 7941,685

III.2- Nhân công sản xuất trực tiếp

TT Lượng tiêu Đơn giá, triệu đồng Thành tiền, triệu

thụ đồng

1 Quản đốc 3 3

1 Phó quản đốc 2,5 2,5

3 Kỹ sư 2,5 7,5

3 Thợ điện 2 6

3 Thợ cơ khí 2 6

30 Công nhân 1.5 45

Tổng 70

Chi trả lương công nhân tổng 1 năm là: 70.12 = 840 triệu đồng

Bảo hiểm xã hội 17%, phúc lợi xã hội 10% lương.

840 (17% + 10%) = 226,8 triệu đồng

Tổng chi phí cho nhân công sản xuất trực tiếp là: 1066,8 triệu đồng

Bảng 5: Chi phí biến đổi

Thành tiền, triệu đồng Chi phí

Nguyên liệu, xúc tác 1226563,5

Nhiên liệu 7941,685

Nhân công 1066,8

109

Tổng 1235572

III.3- Các chi phí chung

Chi phí bảo dưỡng và sửa chữa máy hàng năm 60 triệu đồng.

Chi phí văn phòng: Chi phí điện thoại 20 triệu/năm.

Bảo vệ 9.12 x 0,7 = 75,6 triệu đồng

Quản lý hành chính 60 triệu đồng

Lãi vay để đầu tư.

áp dụng lãi vay dài hạn của ngân hàng để đầu tư và phát triển là 0,6%

Lãi = lãi suất x vốn đầu tư ban đầu.

Vốn đầu tư ban đầu = chi phí cố định + chi phí biến đổi.

Vậy vốn đầu tư ban đầu:

Bảng 6: Tổng vốn đầu tư cần

Tiền, triệu đồng Vốn

Cố định 87479,804

Nguyên vật liệu 703245,84

Nhiên liệu 11847,68

Nhân công 1066,8

Quản lý chung 53,9

Tổng 803694,024

Vốn lưu động: 803694,024 – 87479,804 = 716214,22 triệu đồng

(Ta xem toàn bộ vốn lưu động là đi vay)

Lãi phải trả trong 1 năm = 716214,22 x 0,6% = 4297,285triệu đồng

Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn có phế phẩm, do sự cố lãng phí nguyên

liệu = 5% chi phí biến đổi = 5% x 700000 = 35000triệu đồng.

Bảng 7. Chi phí sản xuất của 350000 tấn sản phẩm

110

Chi phí Thành tiền, triệu đồng

Khấu hao 9026,684

Chi phí biến đổi 716214,22

Chi phí quản lý chung 53,9

Lãi 4297,285

Phế phẩm 35000

Tổng 764592,089

Giá thành của 1 đơn vị sản phẩm tại nơi sản xuất

764592,089 = 2,1845 triệu đồng/tấn 350000

Giá thành sản phẩm = giá thành sản xuất + chi phí bán hàng + thuế + lãi.

Trong đó:

Chi phí bán hàng = 10% giá bán.

Lãi dự kiến là 5% giá bán

GB = GT + (5% + 10% + 5%)GB

GB = 2,1845+ (0,05 + 0,1) 2,1845= 2,5122triệu đồng/tấn

IV- Xác định hiệu quả kinh tế

Xác định điểm hoà vốn

Q0 là sản lượng hòa vốn

Q0 x GB = V0 + C1 + Q0 x c

c: chi phí biến đổi cho 1 đơn vị sản phẩm 2,1845triệu đồng

C1: chi phí chung

C1 = 755565,405 triệu đồng

V0 khấu hao tài sản cố định trong 1 năm

111

V0 = 9026,684 triệu đồng

1,

,6

6656





V0 + C1 7764592,089 Q0 = = = 2332986,1 tấn GB - c 0,3277

Qo Qo

2332986 350000

Vậy thời gian thu hồi vốn là: năm

Lợi nhuận thu được trong một năm:

Ln = (GB - GT) x 350000 = 0,3277´350000 = 114705,89 triệu đồng/năm

E = LN/vốn = 114705,89/803694,024= 0,14 = 14%

Phương án được coi là khả thi nếu thời gian hoà vốn nhỏ hơn thời gian khấu

hao. Trên đây ta đã tính khấu hao trong 20 năm. Vậy thời gian hoà vốn là 6,66

năm hoàn toàn khả thi và có thể thực hiện được.

Phần kết luận

Quá trình izome hoá tuy hiện nay chưa được đề cập đến trong kế hoạch

112

xây dựng những nhà máy lọc dầu đầu tiên ở Việt nam. Song nếu nhìn nhận xa

hơn trong tương lai, với mức độ sử dụng nhiên liệu xăng như hiện nay, nhu

cầu về xăng chất lượng cao, xăng không chì của xã hội, thì ngoài Reforming

xúc tác, Cracking xúc tác là hai quá trình chế biến cơ bản, quá trình izome

hoá vẫn là một phương án đầy triển vọng.

Cùng với những bước đi đầu của ngành công nghệ chế biến dầu nước

nhà, tích luỹ kiến thức, nghiên cứu những quá trình chế biến công nghiệp, hy

vọng chúng ta sẽ xây dựng nên một ngành công nghiệp mũi nhọn thực sự cho

đất nước.

Qua một thời gian miệt mài nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn

tận tình của thầy giáo Lê Văn Hiếu, em đã hoàn thành bản đồ án. Thiết kế

phân xưởng izome hoá. Tuy còn nhiều sai sót, hạn chế song về cơ bản em đã

nắm được những lý thuyết cốt lõi của quy trình, nắm được những nguyên tắc

quan trọng trong thiết kế của một người kĩ sư hoá dầu. Em rất mong nhận

được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của thầy giáo. Em xin chân thành cảm

ơn !

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2003.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Anh

Tài liệu tham khảo

1. TS. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. NXB Khoa học kỹ thuật

2001.

2. PGS.TS. Đinh Thị Ngọ. Hoá học dầu mỏ. ĐHBKHN 2001.

113

3. Bộ môn nhiên liệu. Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí ĐHBK 1983.

4. Bộ môn nhiên liệu. Tính toán các công nghệ chế biến dầu mỏ ĐHBK 1973.

5. Kiều Đình Kiểm –Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu, 1999.

6. Khuất Minh Tú – Bài giảng an toàn lao động và bảo vệ môi trường.

7. Zhorov Yu.M.LeibG. Thermodynamics of chemical processes

petrochemical suythesis processing of petroleum goal, and natural gas.

M.Mir.1987.

8. À.À.ấểầHÅệẻÂ, ẹ.è. ấÀÃÅéèÀHẻÂ, Å.H. ẹểÄÀấẻÂ. éÀẹìÅềÛ ẽéẻệÅẹẹẻ ẩÀẽẽÀéÀềẻÂ

HÅễềÅẽÅéÀỏÀềÛÂÀỵÙÅẫ ẽéẻèÛỉậÅHHẻẹềẩ, 1974

9. Robert.A.Meyers - Hanbook of petroleum refining processes, second

edition. 1986.

10. ĐHBKHN, Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý, NXB ĐHBKHN , 1963

11. Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý - Bộ môn hoá lý BK

TPHCM.11/1983.

12.Hiệu đính: PTS. Trần Xoa. PTS. Nguyễn Trọng Khuông, KS. Lê Viên –

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (tập 1).

NXB KHKT - HN 1992.

13. Hiệu đính: PTS. Trần Xoa. PTS. Nguyễn Trọng Khuông, PTS. Phạm

Xuân Toản - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (tập 2). NXB

KHKT - HN 1982.

14. PGS. Ngô Bình - Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp - ĐHBKHN - Bộ môn

xây dựng công nghiệp - HN 1997.

15. IFP - Hydrocacbon processing, November 1998.

16.Hydrocacbon processing, November 2000

17. Applied CatalysisA. Vol 135 .1996 . Trang 287-299

18. Hydrocacborn Processing . November/2000 .trang 131-134

19. ApPlied CtalysisA .Vol 147 .1996 trang 145-147

20. ApPlied CtalysisA .Vol 147 .1996 trang 145-147

21. Lưu Cẩm Lộc, Hồ Sỹ Thoảng. Tạp Chí Hoá Học. T37, Số 1-3, 1999.

22. Japan. Energy Research Center Co., Ltd,3-17-35 Niizo-Minami, Toda-

114

Shi, Saitama 335-8502 Japan

115