Nguyên lý hóa công nghiệp 19 x P Đường làm việc đoạn luyện Đường làm việc đoạn chưng B = x P /(R x +1) x W x F 2.5.6. Xác định số đĩa thực tế N TT Số đĩa thực tế: tb LT TT N N η = 3 WFP tb η +η+η =η Với : η P , η F , η W - hiệu suất của đĩa đầu tiên ở đỉnh tháp, của đĩa nạp liệu và của đĩa cuối cùng ở đáy tháp. Hiệu suất đĩa là một hàm của độ bay hơi tương đối α và độ nhớt µ của chất lỏng: ( ) µ α = η ,f Nguyên lý hóa công nghiệp 20 Trong đó : α - độ bay hơi tương đối của hỗn hợp µ - độ nhớt của hỗn hợp lỏng, N.s/m 2 Độ bay hơi tương đối của các hỗn hợp thực được xác định theo công thức: x x1 y1 y − ⋅ − =α y, x : nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi và pha lỏng Sau khi tính được tích (α , µ) ⇒ Tra đồ thị “Correlation de O’Connel”⇒ xác định được η P , η F , η W ⇒ xác định ηtb ⇒ N TT Nguyên lý hóa công nghiệp 21 THỰC HÀNH VẬN DỤNG PHẦN MỀM PROII ĐỂ MÔ PHỎNG MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA HỌC I- Giới thiệu tổng quan 1- Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng • Thiết kế mô phỏng là quá trình thiết kế với sự trợ giúp của máy tính với các phần mềm chuyên nghiệp • Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một cách hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng dến một quá trình đang hoạt động trong th ực tế. • Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trong cùng thời gian với độ chính xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay. Hơn nữa, chúng ta có thể tự động hóa quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việc phải thực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm. • Thiết kế mô phỏng thường được sử dụng để : - Thiết kế (Designing) một quá trình mới - Thử lại, kiểm tra lại (Retrofitting) các quá trình đang tồn tại - Hiệu chỉnh (Troubleshooting) các quá trình đang vận hành - Tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình vận hành • Để xây dựng một mô hình mô phỏng hiệu quả, chúng ta phải xác định đúng mục tiêu. Bước đầu tiên trong bất cứ một quá trình mô phỏng nào là lượng hóa các mục tiêu càng nhiều càng tốt. Các kết qu ả đạt được thường phụ thuộc vào các Nguyên lý hóa công nghiệp 22 yêu cầu đặt ra. Như vậy, trước khi mô phỏng một quá trình nên đặt ra các câu hỏi sau : - Mục đích sử dụng công cụ mô phỏng trong trường hợp này để làm gì ? - Quá trình mô phỏng sẽ thực hiện những việc gì ? - Sự phức tạp có cần thiết không ? - Cần thiết phải tìm ra các kết quả nào từ quá trình mô phỏng ? • Cần nhớ rằng các giá trị thu được từ k ết quả mô phỏng phụ thuộc rất nhiều vào những lựa chọn ban đầu mà chúng ta đã nhập vào. 2- Các phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học • Trong công nghệ hóa học, người ta sử dụng rất nhiều các phần mềm mô phỏng : - DESIGN II (WINSIM) : sử dụng trong công nghiệp hóa học nói chung - PRO/II (SIMSCI) : sử dụng trong công nghiệp hóa học, công nghiệp lọc - hóa dầu - PROSIM : sử dụng trong công nghiệ p hóa học - HYSIM (HYSYS) : sử dụng trong công nghiệp chế biến khí • Trong các phần mềm kể trên, phần mềm PRO/II là phần mềm nổi tiếng nhất, được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. II- Phần mềm PRO/II 1- Lĩnh vực sử dụng • Phần mềm PRO/II là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung, đặc biệt trong lĩnh vực lọc dầu, hóa dầu, polymer, hóa dược, Đây là phần mềm tính toán rất chính xác các quá trình chưng cất. Là sản phẩm của SIMSCI, hình thành từ năm 1967 và được chính thức sử dụng vào Nguyên lý hóa công nghiệp 23 năm 1988 sau nhiều lần được cải tiến. Hiện nay, chúng ta đang sử dụng phiên bản PRO/II 7.0 • PRO/II vận hành theo các modul liên tiếp, mỗi thiết bị được tính riêng lẽ và lần lượt tính cho từng thiết bị. • PRO/II bao gồm các nguồn dữ liệu phong phú : thư viện các cấu tử hóa học, các phương pháp xác định các tính chất nhiệt động, các kỹ xảo vận hành các thiết bị hiện đại để cung c ấp cho các kỹ sư công nghệ các kỹ năng để biểu diễn tất cả các tính toán cân bằng vật chất và năng lượng cần thiết khi mô phỏng các trạng thái dừng của các sơ đồ công nghệ. • Phần mềm PRO/II được sử dụng theo nhằm 2 mục đích chính: - Thiết kế một phân xưởng mới (Sizing) - Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong th ực tế để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự vận hành của nó (Rating) như : thay đổi nguồn nguyên liệu, điều kiện vận hành hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm, 2- Quá trình mô phỏng bằng phần mềm PRO/II • Trước khi tiến hành mô phỏng, chúng ta phải diễn đạt các dữ liệu từ sơ đồ thực tế thành mô hình mô phỏng. Quá trình này bao gồ m các bước sau : - Xác định hệ đơn vị đo : có 3 hệ đơn vị đo : hệ Anh, hệ Mét và hệ SI. Tuỳ trường hợp, chúng ta chọn hệ đơn vị đo cho thích hợp, thông thường chọn hệ Mét; - Xác định thành phần cấu tử có trong hệ : được chọn từ nguồn dữ liệu phong phú các cấu tử của PROII; - Lựa chọn các phương trình nhiệt động thích h ợp : trên cơ sở thành phần hóa học của nguyên liệu và điều kiện vận hành của thiết bị ; Nguyên lý hóa công nghiệp 24 - Lựa chọn các dòng nguyên liệu và sản phẩm : xác định thành phần, trạng thái nhiệt của các dòng; - Xác định các dữ liệu về thiết bị và điều kiện vận hành cho các thiết bị. • Hơn nữa, trong nhiều trường hợp chúng ta phải thay đổi sơ đồ công nghệ thực tế sang mục đích mô phỏng. Mặc dù có sự tương ứng giữa sơ đồ công nghệ th ực tế và sơ đồ mô phỏng nhưng vẫn có những sự khác biệt cần chú ý. • Vì công cụ mô phỏng chỉ mô tả trạng thái dừng nên trong sơ đồ mô phỏng không nên bố trí các thiết bị điều khiển, kiểm tra. • PRO/II mặc định Condenser được xem là 1 bậc thay đổi nồng độ (1 đĩa lý thuyết) và Reboiler cũng được xem là một bậc thay đổi nồng độ và dạng Kettle được mặc định sử dụng. III- Lý thuyết nhiệt động học Các tính chất nhiệt động là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất cho việc tính toán quá trình phân tách toàn hệ thống. Có nhiều phương pháp tính toán các tính chất này, trong đó, quan trọng nhất là 2 phương pháp : - Phương pháp tương quan : API và Rackett - Phương pháp phương trình trạng thái : phương trình bậc ba tổng quát, công thức Alpha, các qui luật hỗn hợp, phương trình SRK, phương trình PR, phương trình SRKP, SRKM, SRKS, Phương pháp API và Rackett tính toán khá chính xác tỉ trọng của pha lỏng, còn các tính chất nhiệ t động khác như : enthalpie, entropie lỏng và hơi, tỉ trọng pha hơi, thì được tính toán rất chính xác bằng các phương trình trạng thái như : SRK, SRKM, Nguyên lý hóa công nghiệp 25 IV- Cơ sở lựa chọn mô hình nhiệt động • Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp cho một ứng dụng cụ thể đóng một vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả mô phỏng • Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính các thông số sau : - Hằng số cân bằng pha K : thể hiện sự phân bố cấu tử giữa các pha ở điều kiện cân bằng - Enthapie củ a các pha lỏng và pha hơi : xác định năng lượng cần thiết để chuyển một hệ từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái khác - Enthapie của các pha lỏng và pha hơi : nhằm phục vụ việc tính toán các máy nén, giản nở và năng lượng tự do tối thiểu ở các thiết bị phản ứng - Tỉ trọng của pha lỏng và pha hơi : để tính toán quá trình truyền nhiệt, trở lực và xác đị nh kích thước tháp chưng cất • Để lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp, nên dựa vào các yếu tố sau : - Bản chất của các đặc trưng nhiệt động của hệ như : Hằng số cân bằng lỏng-hơi (VLE : Vapor Liquid Equilibrium) của các quá trình chưng cất, cô đặc hoặc bốc hơi, quá trình trích ly, - Thành phần của hỗn hợp - Phạm vi nhiệt độ và áp suất - Tính sẳn có của các thông số hoạt động của các thiết bị • Cụ thể, ta có thể dựa vào sơ đồ sau : Nguyên lý hóa công nghiệp 26 Nguyên lý hóa công nghiệp 27 . PRO/II (SIMSCI) : sử dụng trong công nghiệp hóa học, công nghiệp lọc - hóa dầu - PROSIM : sử dụng trong công nghiệ p hóa học - HYSIM (HYSYS) : sử dụng trong công nghiệp chế biến khí • Trong. số hoạt động của các thiết bị • Cụ thể, ta có thể dựa vào sơ đồ sau : Nguyên lý hóa công nghiệp 26 Nguyên lý hóa công nghiệp 27 . trong công nghệ hóa học • Trong công nghệ hóa học, người ta sử dụng rất nhiều các phần mềm mô phỏng : - DESIGN II (WINSIM) : sử dụng trong công nghiệp hóa học nói chung - PRO/II (SIMSCI) : sử