Mô phỏng công nghệ hóa học và dầu khí - Reactions chem 4

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội REACTIONS Chem 4 Nội dung Thiết lập các phản ứng Conversion và Equilibrium Có 5 kiểu phản ứng được mô phỏng: o Conversion o Equilibrium o Gibbs o CSTR o PFR Các phản ứng có thể có trong: o Tank o Separator o Three Phase Separator o Column 2 Process Overview 3 Defining the Simulation Basis FP: PR EOS Các cấu tử:  Methane  Carbon monoxide  Carbon dioxide  Hydrogen  Water FP đổi tên thành Steam-C1 reformer 4 Adding the Reactions Reaction Name Reaction Reform1 CH4 +H2O → CO + 3H2 Reform2 CO + H2O → CO2 + H2 Shift1 CO + H2O ↔ CO2 + H2 Meth1 CO + 3H2 → H2O + CH4 5 Reform1 6 Reform1 - K vs T Table Temperature Keq 595oC (1100oF ) 0.5 650oC (1200oF ) 3 705oC (1300oF) 14 760oC (1400oF) 63 815oC (1500oF) 243 870oC ( 1600oF ) 817 7 Reform1 - K vs T Table 8 Reform2 9 Reform2 - K vs T Table Temperature Keq 675°C (1250°F) 1.7 705°C (1300°F) 1.5 730°C (1350°F) 1.3 760°C (1400°F) 1.2 790°C (1450°F) 1.1 815°C (1500°F) 1.0 10 Reform2 - K vs T Table 11 Shift1 12 Meth1 13 Meth1 14 Adding the Reaction Set Simulation Basis Manager → Reactions Bấm phím Add Set tạo 3 Reaction Set 15 Name Active List Reformer Rxn Set Reform1, Reform2 Shift Rxn Set Shift1 Methanator Rxn Set Meth1 Adding the Feed Stream In This Cell... Enter... Conditions Name Natural Gas Temperature 20oC (70oF) Pressure 520 kPa Mass flow 800 kg/h Composition Mass Fraction CH4 1.0 16 Adding the Steam In This Cell... Enter... Conditions Name Steam Temperature 180o C Pressure 965 kPa Composition Mass Fraction H2O 1.0 17 Add a Mixer In This Cell... Enter... Connections Name Mix-100 Inlet Natural Gas/Steam Outlet Mixed Feed 18 Add a Mixer 19 Parameters page → Set Outlet to Lowest Inlet Add a Mixer 20 Add a Heater In This Cell... Enter... Connections Name HX1 Inlet Mixed Feed Energy HX1-Q Outlet Reform Feed Parameter Delta P 10 kPa Worksheet Reform Feed , Temperature 760oC 21 Add a Heater 22 Add a Heater 23 Add a Set Operation In This Cell Enter... Connections Name SET-1 Target Object Steam , Molar Flow Source Natural Gas Parameter Multiplier 2.5 Offset 0.0 kgmole/h 24 Add Set-1 25 Add the Steam Reformer Equilibrium mô phỏng Steam Reformer 26 In This Cell.. Enter... Connections Name Reformer Inlet Reform Feed Vapour Outlet Reform Prod Liquid Outlet Reform Liq Energy Reform Q Parameters Delta P 70 kPa Add the Steam Reformer Parameters → Heating radio button Worksheet tab: dòng Reform Prod có nhiệt độ 760°C (1400°F) Reactions tab: Reformer Rxn Set cho Reaction Set 27 Add the Steam Reformer 28 Add the Steam Reformer 29 Add the Steam Reformer 30 Add a Cooler In This Cell.. Enter... Connections Name HX2 Inlet Reform Prod Energy HX2-Q Outlet Shift Feed Parameters Delta P 24 kPa Worksheet Shift Feed 427oC 31 Add a Cooler 32 Add a Cooler 33 Add the Shift Reactor Equilibrium mô phỏng Shift Reactor 34 In This Cell.. Enter... Connections Name Shift Inlet Shift Feed Vapour Outlet Shift Prod Liquid Outlet Shift Liq Energy Shift Q Parameter Delta P 70 kPa Worksheet Shift Prod , Temperature 430o C Add Reaction to Set Parameters tab  chọn Cooling cho Duty Reactions tab  chọn Shift Rxn Set Độ chuyển hoá của CO trong phản ứng này bằng bao nhiêu? 35 Add the Shift Reactor 36 Add the Shift Reactor 37 Add Cooler In This Cell.. Enter... Connections Name HX3 Inlet/Outlet Shift Prod/Amine Feed Energy HX3-Q Parameters Delta P 35kPa Worksheet Amine Feed, Temperature 38o C 38 Add Cooler 39 Add Cooler 40 Add the Amine Plant Sử dụng Component Splitter Splitts page: Fraction to Overhead bằng 1.0 cho Methane, CO, Hydrogen và H2O Fraction to Overhead cho CO2 sẽ là 0, (tất cả CO2 ở đáy và các cấu tử khác ở đỉnh tháp) 41 Add the Amine Plant Connections Name Amine Plant Inlet Amine Feed Overhead Outlet Sweet Gas Energy Stream AmPI Q Bottoms Outlet CO2 Off Parameters Overhead Pressure 297 kPa Bottoms Pressure 297 kPa Worksheet Sweet Gas , Temperature 138o C 42 Add the Amine Plant 43 Add the Amine Plant 44 Add a Heater In This Cell... Enter... Connections Name HX4 Inlet Sweet Gas Energy HX4-Q Outlet Methanator Feed Parameters Delta P 21 kPa Worksheet Methanator Feed, Temperature 260oC 45 Add a Heater 46 Add a Heater 47 Add the Methanator Reactor • Add Conversion 48 In This Cell... Enter... Connections Name Methanator Inlet Methanator Feed Vapour Outlet Product Liquid Outlet Meth Liq Energy Meth Q Parameters Delta P 35 kPa Worksheet Product , temperature 280o C Add the Methanator Reactor 49  Reactions tab → chọn Methanator Rxn Set cho Reaction Set Add the Methanator Reactor 50 Add the Methanator Reactor 51 Case Study Object Variable Shift Prod Comp Molar Flow CO2 Dep. Product Comp Molar Flow CH4 Ind. SET-1 Multiplier Ind. 52 Tools  Databook Insert Variables: Multiplier: 1.5  4 Step Size 0.5 Case Study 53 Case Study 54 Case Study 55 Exercise: Adjust Operation  Điều chỉnh T phản ứng Shift 1 sao cho tỷ lệ sản phẩm cuối cùng có tỷ lệ H2/C1 = 10/1  Trong trường hợp này tỷ lệ H2/C1 không phải là biến quá trình thông thường  sử dụng công cụ Spreadsheet để tính toán 56  Thiết lập dòng mới Dummy Stream không có specs, để lưu các giá trị tính toán từ Spreadsheet cho Adjust điều chỉnh.  Add Spreadsheet, Import Variable vào các ô:  B1: Mole Fraction of Hydrogen in Product stream  B2: Mole Fraction of Methane in Product stream  B4: công thức tính +B1/B2 (hiện tại ≈ 7) 57 Exercise: Adjust Operation Bấm phím phải chuột vào ô B4  chọn Export Formula Result để xuất giá trị từ ô B4 cho dòng Dummy Stream (rồi chọn Variable, vd Temp) Add Adjust 58 In this Cell... Enter Adjust Variable Shift Prod - Temperature Target Variable Dummy Stream - Temperature Target Value 10 Exercise: Adjust Operation Exercise: Adjust Operation 59 Exercise: Adjust Operation Add Adjust  Parameters tab Start. Xem kết quả trong Monitor tab 60 In this Cell... Enter Method Secant (defaut) Tolerance 0.01 Step Size 25 Maximum Iterations 30 61 Exercise: Adjust Operation 62 Exercise: Adjust Operation