Mô phỏng công nghệ hóa học và dầu khí - Tháp chưng luyện

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội THÁP CHƯNG LUYỆN Tháp chưng hỗn hợp C1-C9 Nội dung Xây dựng tháp chưng Sử dụng Shortcut Column Xác định kích thước cơ bản của tháp chưng Thay đổi các thiết bị trao đổi nhiệt Kết nối dòng giữa Main & Subflowsheet 2 Mô phỏng các loại tháp Có 4 loại tháp chính:  Tháp hấp thụ đơn giản  Tháp có hồi lưu đỉnh tháp  Tháp có thiết bị gia nhiệt đáy tháp  Tháp có hồi lưu đỉnh và gia nhiệt đáy tháp Phương pháp thay đổi một tháp đã có trước 3 Xác định kích thước tháp chưng Các bước tiến hành: 1. Ước đoán các tham số của tháp chưng bằng công cụ Shortcut Distillation 2. Xây dựng tháp chưng 3. Xác định kích thước đĩa, vách ngăn 4. Chuyển từ tháp đĩa sang tháp đệm 4 Ước đoán kích thước tháp Sử dụng Shortcut Distillation: Công cụ mô phỏng cho phép ước đoán một số thông số của tháp dựa trên 5 thông số chính: 1. Chỉ tiêu phần nhẹ: là phần vật chất dễ bay hơi nhất có trong sản phẩm ở đáy tháp 2. Chỉ tiêu phần nặng: là phần vật chất khó bay hơi nhất có trong sản phẩm ở đỉnh tháp 3. Áp suất của Reboiler: có một quan hệ tuyến tính với nhiệt độ và Hysys có thể ước đoán được 4. Áp suất của thiết bị ngưng tụ 5. Chỉ số hồi lưu: sau khi 4 thông số trên đã được nhập vào thì Hysys sẽ tính ra Chỉ số hồi lưu tối thiểu 5 Bắt đầu mô phỏng Tạo lập cơ sở mô phỏng: Khởi tạo New Case Chọn PR EOS Thành phần hỗn hợp các cấu tử: C1  n-C9 Enter Simulation Environment 6 Nhập các thông số In this cell Enter Name Feed Temperature oC 10 Pressure kPa 500 Molar Flow, kgmole/hr 28200 Component Mole Frac. Component Mole Frac. C1 0.32 n-C5 0.05 C2 0.16 C6 0.03 C3 0.11 C7 0.03 i-C4 0.11 C8 0.02 n-C4 0.11 C9 0.01 i-C5 0.05 7 Shortcut Distillation In this cell Enter Feed Feed Top Product Phase Vapour Overhead Vapour OVHD Product Condenser Duty Condenser Q Bottoms Bttm Product Reboiler Duty Reboiler Q 8 Shortcut Distillation 9 Shortcut Distillation In this cell Enter Light Key in Bottoms Propane 0.03 Heavy Key in Distillate i-Butane 0.001 Condenser Pressure, kPa 300 Reboiler Pressure, kPa 320 External Reflux Ratio 2 Design tab → Parameters page 10 Shortcut Distillation 11 Shortcut Distillation 12 Shortcut Distillation Minimum Number of Trays 6.845 Actual Number of Trays 9.140 Optimal Feed Stage 7.238 Condenser Temperature -53.66 Reboiler Temperature 42.28 Rectify Vapour Flow 48894.591 Rectify Liquid Flow 32596.394 Kết quả tính toán trong Performance table 13 Column Thiết lập liên kết giữa các dòng với Column Hoàn thành trang đầu tiên của Input Expert như sau: 14 Column Điền các dữ liệu sau vào trang tiếp theo của Input Expert In this cell Enter Condenser Pressure, kPa 300 Condenser Pressure Drop, kPa 0 Reboiler Pressure, kPa 320 15 Column 16 Hoàn thành trang tiếp theo của Input Expert như sau: Column Nhập nhiệt độ Shortcut Distillation đã tính toán:  Condenser Temperature: -53.66oC  Reboiler Temperature: 42.28oC Nhiệt độ giữa tháp ước tính -40oC Chỉ số hồi lưu 2.0 Bấm Done → trở về giao diện chính Column Property View 17 Column 18 Hoàn thành trang tiếp theo của Input Expert như sau: Column 19 Hoàn thành trang tiếp theo của Input Expert như sau: Column 20 Column Nhập các thông số phần nhẹ như trong Shortcut Distillation: Giao diện Column Property View → Design Tab → Specs → Add chọn Column Component Fraction từ danh sách xuất hiện → Add Specs  Nhập vào các thông tin OVHD Product vào cửa sổ xuất hiện, Target Type được chọn là Stream Trở về màn hình chính và active 2 Specs: Reflux Ratio và Component Fraction (phần nặng không cần nhập) 21 Column 22 Add Specs OVHD Product Column 23 Kết quả tính 24 Xác định kích thước tháp Công cụ xác định kích thước tháp (Trays Sizing) rất đơn giản cho việc thiết kế tháp chưng cất Có thể xác định kích thước toàn bộ tháp hay một phần bằng các thông tin chính xác về đĩa, cấu tạo tháp, đĩa chảy tràn và các vách ngăn Công cụ xác định kích thước tháp có thể xây dựng dựa trên những tham số nhập vào 25 Xác định kích thước tháp Các bước tiến hành: Nhập Mol Flow 300 kgmole/hr (660 lbmole/hr) còn các thông số khác, chỉ số hồi lưu không ảnh hưởng tới tháp. Chọn Tools/Utilities từ MainMenu, (Ctrl_U) Chọn Tray Sizing từ danh sách và bấm Add Utility Bấm vào Select TS...,và chọn T-101 và Main TS Chọn Add Section. Chấp nhận các giá trị mặc định Hysys sẽ tính toán kích thước của tháp dựa trên các tham số đã có về cấu tạo tháp và các số liệu đã nhập vào 26 Xác định kích thước tháp Results Page hiển thị tóm tắt kết quả:  Số lượng đường dẫn: số lần chất lỏng chảy qua đĩa, kể cả đĩa đơn  Khả năng lớn nhất của đĩa chảy truyền: lượng chất lỏng lớn nhất trên đĩa có thể trước khi đầy tràn  Khả năng lớn nhất của vách ngăn: lượng chất lỏng chảy qua vách ngăn  Độ giảm áp: độ giảm áp trên từng bộ phận và trên cả đĩa Xem hình dạng của đĩa: Results page → Trayed Section Results → Geometry 27 Thay đổi thiết bị trao đổi nhiệt Thay đổi thiết bị gia nhiệt: cho phép người dùng cung cấp các dòng (ví dụ dòng năng lượng) và thay đổi kích thước hay tỷ lệ, bộ phận trao đổi nhiệt Bấm phím “Run” để tính toán lại tháp đã sửa đổi Trong môi trường cơ sở (Basis Environment) thêm Water vào danh sách các cấu tử Trở về môi trường mô phỏng (Simulation Environment) và xóa thiết bị gia nhiệt đã có và dòng năng lượng đã có trong PFD 28 SubFlowsheet SubFlowsheet 29 Kết nối dòng giữa Main & Subflowsheet Mở Main PFD (dòng hơi vào và dòng hơi ra không xác định - đó là do chúng được tạo ở trong Column Subflowsheet, không thể kết nối được trong Main Flowsheet) Dòng được kết nối giữa Main và Subflowsheet trên Connection Page:  Có 2 loại dòng: dòng bên trong và dòng bên ngoài  Dòng hơi vào và ra đều là dòng bên trong Dòng bên trong được kết nối tới Main Flowsheet bằng cách đánh tên vào cột dòng bên ngoài 30