KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Bộ môn Quá Trình Thiết Bị -oOo - Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer GVHD: Bùi Ngọc Pha Nhóm – Lớp HC12CHC (A01) Sinh viên: Đoàn Thị Ngọc Minh Nguyễn Hoàng Phúc Hồ Duy Phương 61001923 61002457 61002507 MỤC LỤC A - TỔNG QUAN VỀ PRO/II I Giới Thiệu Phần Mềm Pro/II II bước sử dụng phần mềm PRO/II Vẽ sơ đồ qui trình sản xuất Định rõ thành phần Lựa chọn phương thức tính toán nhiệt động Định rõ dòng nhập liệu Cung cấp điều kiện cho quy trình Chạy mô Xem kết III Sơ đồ quy trình dùng phần mềm PRO/II IV Nhập liệu chọn thuật toán Nhập liệu Chọn thuật toán V Kiểm tra độ tin cậy kết B – CÁC THIẾT BỊ VÀ CÔNG CỤ ĐƯỢC SỬ DỤNG I Batch Distillation II BatchFrac III Calculator Tổng quan Calculator setup Calculator procedure IV Optimizer Tổng quan Các tham số tối ưu V Case study C - VÍ DỤ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT ETHANOL I Đặt vấn đề (ví dụ toán:Chưng cất Ethanol) II Xây dựng hệ thống sản xuất - Tiến hành mô Nhập sơ đồ thiết bị Nhập thông số tháp chưng cất Chạy mô Xuất kết cần thiết cho trình công nghệ Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer A - TỔNG QUAN VỀ PRO/II I Giới Thiệu Phần Mềm Pro/II Tính phạm vi sử dụng: Pro/II sản phẩm hãng SIMSCI (Simulation Science), có tác dụng mô trình công nghệ hoá học mà chủ yếu lĩnh vực dầu khí Pro/II dễ dàng cài đặt hầu hết máy tính, với thư viện liệu rông lớn modun tính toán, đa dạng phương pháp nhiệt động đáp ứng gần hết công việc thiết kế, nghiên cứu ngành công nghệ hoá chất , hoá dầu hệ thống xử lý khí Pro/II có giao diện đẹp, phần mềm chạy môi trường Windows nên dễ dàng giao tiếp chương trình người sử dụng Pro/II đáp ứng cho hầu hết quan tâm đến trình mô phỏng, từ chuyên gia đến người học Việc nhập liệu vào chương trình tiến hành đơn giản trình tự công việc hướng dẫn cụ thể, thông qua hiển thị màu Màu sắc cho biết viêc phải làm, chẳng hạn màu đỏ yêu cầu nhập liệu, màu vàng cho biết phải xem lại liệu nằm giá trị giới hạn, màu xanh dương chúng tỏ chương trình hội tụ, màu xanh có nghĩa giá trị chương trình mặc định thay đổi hay không tuỳ người sử dụng Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Chương trình mô chạy với số lần lặp xác định, thiết bị mô (unit) xuất màu đỏ, có nghĩa chương trình không hội tụ, màu xanh dương nghĩa chương trình hội tụ Việc điếu hành tính toán thông số công nghệ dòng thiết bị quy trình có tính linh động cao Việc thêm hay bớt thiết bị đơn giản, không đòi hỏi nhập lai số liệu ban đầu thiết lập lại quy trình Để báo hiệu tình trạng mô hành, Pro/II sử dụng màu khóa, màu tương ứng với trạng thái mô Người dùng tuỳ biến màu khóa cách vào cửa sổ Set Colors cách chọn Option/Colors… từ menu Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Một số nút công cụ pro/II: Chương trình pro/II cố gắng mô phương pháp tính toán tay người, tự động biên dịch thông tin đưa vào thực tính toán từ thông tin Chương trình pro/II dựa cấu trúc không tuần tự, tức nhập thông tin vào chương trình người thiết kế không cần phải tuân theo thứ tự định từ đầu vào đến đầu Chương trình có số đặc trưng sau:  Khả tính phần: biết đủ thông số cần thiết dòng chảy chương trình tự động tính thông số lại  Khả tính hai chiều khả sử dụng thông tin phần: chương trình chia thành nhiều modun khác nhau, modun thiết bị nhu van, cột chưng cất, bơm,… Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Mỗi modun có khả tự xác định xem thông số biết thông số tính toán từ dòng chảy nối với modun  Khả truyền liệu:khi pro/II cung cấp thông tin mới, chương trình thưc tính toán truyền kết đến thiết bị sử dụng chúng.Quá trình tiếp diễn đến tất tinh toán nhờ thông tin hoàn tất  Khả tự động tính toán lại: người thiết kế loại bỏ thông số đó, chương trình loại bỏ tất thông số tính từ thông số giả định chúng “chưa biết” Các thông số không liên quan (trực tiếp hay gián tiếp) đến thông số bị loại giữ lại Kết chạy pro/II xuất qua chươnng trình Word, Excel, Autocard,… Pro/II sử dụng lĩnh vực sau: - Lọc dầu - Xử lý khí - Hoá dầu - Công nghệ hoá học Pro/II ứng dụng để: - Thiết kế quy trình - Nghiên cứu việc chuyển đổi chế độ hoạt động nhà máy - Hiện đại hoá nhà máy có - Đánh giá làm tư liệu - Giải cố trình nhà máy - Tối ưu hoá, cải thiện lợi nhuận sản phẩm Pro/II mô trình tiêu biểu sau: - Trong lĩnh vực lọc dầu: + Chưng cất dầu thô áp suất khí + Gia nhiệt dầu thô ban đầu + Quá trình cốc hoá + Tách isobutan + Quá trình FCC + Các trình tách khí + Quá trình ổn định naptha gasoline + Tách naphta + Các trình phản ứng lọc dầu + Stripping sử dụng nước + Ankyl hoá + Chưng cất chân không Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer - Trong việc xử lý khí: + Rửa Amine + Làm lạnh tác nhân lạnh + Nén khí cấp hay nhiều cấp + Tách etan metan + Tách nước + Tối ưu hoá Turbo-Expander - Trong lĩnh vực hoá dầu: + Tách hợp chất thơm + Tách propan + Sản xuất cyclohexan + Sản xuất etylen + Tách MTBE + Thu hồi Naphtalen + Sản xuất olefin + Sản xuất hợp chất có oxi + Clo hoá propylene - Trong hoá học nói chung: + Tổng hợp amoni + Chưng trích ly đẳng phí + Kết tinh + Tách nước + Xử lý vô + Trích ly lỏng- lỏng + Chung cất phenol + Xử lý rắn + Polymer hoá Các cụm thiết bị Pro/II: Trong thư viện pro/II có lưu sẵn số thiết bị dùng để tạo sơ đồ công nghệ ngành công nghiệp khí, hoá dầu, dầu, hoá chất Mỗi thiết bị xác định chức nhiệt động, lượng vật chất, lượng trao đổi tham số nội (hiệu suất đoạn nhiệt, hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp,…) chúng Các thiết bị liên kết với dòng chảy liên kết, dòng chảy vào khỏi thiết bị xác định trạng thái làm việc thiết bị Các thiết bị tự động cập nhật có thông tin liên quan đến chúng tự cập nhật cho dòng chảy nối với chúng Các thiết bị chương trình pro/II là: - Thiết bị trao đổi nhiệt (heat Exchanger): thiết bị trao đổi nhiệt hai phía đơn giản hay phức tạp Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer - Thiết bị làm nguội đun nóng (Cooler, Heater)thiết bị trao đổi nhiệt phía có dòng chảy cung cấp lượng - LNG: thiết bị trao đổi nhiệt kiểu LNG đơn giản - Bộ trộn (Mixer): thiết bị trộn dòng chảy lại với - Van (Valve): thiết bị cân đẳng enthanpygiữa hai dòng chảy - Cột (Column) : cột dùng trình chưng cất, hấp thụ, trích ly,… - Thiết bị chia dòng (Splitter): thiết bị chia dòng thành nhiều dòng chảy theo tỉ lệ tuỳ ý - Bộ tách (Seperator): gốm loại- thiết bị tách pha lỏng- hơi, thiết bị tách bapha: hơi-lỏng nhẹlỏng nặng, thiết bị tách chất rắn khỏi dòng hay dòng lỏng - Thiết bị phản ứng (Reactor): mô hình phản ứng Stoichiometric, Gibbs, hay cân CSTR - Thiết bị nén/ giãn nở (Compressor/Expander): máy nén hay thiết bị giãn nở đoạn nhiệt hay đa hướng - Bơm (Pump): bơm tiêu chuẩn - Thiết bị cân (Balance): thiết bị cân lượng hay vật chất tổng cộng - Đoạn ống (Pipe-Sediment): đoạn ống nối dòng chảy dùng để tính độ giảm áp tổn thất nhiệt - Thiết bị điệu khiển (Controller): thay đổi thông số thông số đạt giá trị cần thiết - Thiết bị hoàn lưu (recycle): thiết bị hoàn lưu dòng chảy vào dòng chảy khác II bước sử dụng phần mềm PRO/II 1.Vẽ sơ đồ qui trình sản xuất Lựa chọn hoạt động đơn vị thích hợp từ PRO/II từ biểu tượng thích hợp Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Di chuyển trỏ vào nút biểu tượng, kích chuột thả đơn vị phạm vi hoạt động cách kích lần Để xác định dòng, cần kích nút STREAM kích chuột cho đầu vào đơn vị công nghệ Định rõ thành phần Kích nút biểu tượng thành phần để vào danh sách tất thành phần trình Chọn từ 1,700 thành phần xây dựng sở liệu SIMSCI cách đánh vào tên thành phần lựa chọn từ danh sách xác định trước Lựa chọn phương thức tính toán nhiệt động Kích nút sơ đồ pha để chọn phương thức nhiệt động từ danh sách phương thức thường sử dụng, khái quát hóa, phương trình trạng thái, phương thức chất lỏng hoạt động gói liệu đặc biệt Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer • • Để lựa chọn mô hình nhiệt động, nên dựa vào yếu tố sau: Bản chất đặc trưng hệ như: số cân lỏng trình chưng cất, bốc hơi, cô đặc, trình trích ly,… • Thành phần hỗn hợp • Phạm vi nhiệt độ áp suất • Tính sẵn có thông số hoạt động thiết bị Hyprotech Recommendations 10 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Chọn hệ nhiệt động NRTL hình Nhấp vào biểu tượng chọn thiết bị Batch Distillation thiết lập dòng hình vẽ 36 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nhập thong số dòng nhập liệu sau: 37 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nhấp đôi chuột vào thiết bị Batch Distillation nhập thong số sau: Trong phần Pressure Profile nhập thông số sau Trong phần Liquid Holdup nhập thông số sau: 38 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nhấp chọn Enter Data nhập thong số sau Chọn Description nhập thông số sau: Sau hoàn thành cửa sổ Batch Distillation-Policy segment có dạng sau: 39 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Hoàn thành xong thiết bị Batch Distillation đầy đủ sau: 40 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Chạy chương trình xem sơ kết sau: Dòng sản phẩm đỉnh: Dòng sản phẩm đáy:  BATCHFRAC Nhập cấu tử: 41 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Chọn hệ nhiệt động Thiết lập mô hình BatchFrac sau: 42 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Thiết lập thông số dòng Hoàn thành dòng nhập liệu sau: 43 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Hiển thị BatchFrac có dạng sau: 44 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Thiết lập phần Pressure Profile sau: 45 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Thiết lập Product : Thiết lập phần Liquid Holdup sau: 46 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nhấp vào Enter Data: Thiết lập cho Charge Specification sau: 47 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Hoàn thành cửa sổ Policy Segment sau: Chạy chương trình Hiển thị màu xanh dương nên chương trình hộ tụ 48 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Xuất kết sau: Dòng sản phẩm S2 Dòng sản phẩm S3 Dòng sản phẩm đáy S4 49 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Ta thấy dòng sản phẩm đỉnh không có, hệ dùng cho BATCHFRAC ( chương trình cho kết hội tụ đúng) 50 [...]... xuất - Tiến hành mô phỏng  BATCH DISTILLATION Mở cửa số Pro II như hình Bật thanh PFD Mô tả thông tin 34 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Thay đổi hệ đơn vị như trong hình Nhập cấu tử như trong hình 35 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Chọn hệ nhiệt động NRTL như trong hình Nhấp vào biểu tượng chọn thiết bị Batch Distillation và thiết lập... Temperature 20 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Trong mục Allow Heat Exchanger model as alternative in distill policy, nếu ta click chọn sẽ kích hoạt nút HX Configuration Ta nhấn nút HX Configuration để mở bảng Batch Distillation- Condenser HX, cho phép ta thiết lập thiết bị ngưng tụ như một thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản 21 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, ... lại trên mỗi đĩa 22 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nếu ta chọn mục By individual Stages thì mục Individual stage specification đuợc kích hoạt ta phải nhập các thông số:  Condenser L holdup  Luợng liquid holdup tại đĩa số 2 và 5 9/ Global Stop Criteria: các tiêu chuẩn dừng toàn hệ thống 23 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer  Nhấp vào... từ Calculator được sử dụng cho việc vận hành các thiết bị khác trong quy trình 2 Calculator setup 28 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nhấn vào Edit/View Declarations trong cửa sổ Calculator để mở View Area Parameters… để nhập các thông số từ sơ đồ quy trình cho Calculator Những thông số này sẽ được truy cập vào Calculator procedure như là các phần tử của ma trận P Calculator. .. dụ: ảnh hưởng của suất lượng hồi lưu lên nhiệt nồi đun, cho khoảng giới hạn của suất lượng Case study tính toán nhanh chóng nhiệt nồi đun ứng với từng suất lượng hồi lưu nằm trong giới hạn đó 33 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer C – Bài toán toán thiết kế tháp chưng cất Batch Distillation I Đặt vấn đề Cần tách rượu từ dung dịch rượu ethanol – nước bằng tháp chưng cất... cụ Optimizer được chỉ ra bằng cách click vào Options… trong cửa sổ chính Optimizer - Số vòng lặp: Số vòng lặp mặc định của Pro/II là 20 cộng với số biến hiện tại Tuy nhiên ta có thể thay đổi số vòng lặp theo ý muốn bằng cách check vào Specified Number và nhập số vòng lặp 32 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer - Scaling of Optimization Variables: Theo mặc định, công cụ Optimizer. .. động cho thiết bị ReboilerHX 27 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer II Calculator 1 Tổng quan Calculator là một module rất linh hoạt, nhiều tiện ích và được sử dụng thường xuyên trong quá trình mô phỏng quy trình công nghệ Các thông số cho quá trình tính toán được lấy từ quy trình và việc tính toán sử dụng ngôn ngữ FORTRAN Tính năng cơ bản của Calculator:  Tính toán tính... thành việc khai báo trong Setup, click Hide Declarations để đóng cửa sổ View Area 29 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer 3 Calculator procedure Đây là phần bắt buộc trong việc lập trình cho Calculator Các dòng lệnh theo ngôn ngữ FORTRAN được nhập trực tiếp vào Procedure trong cửa sổ chính của Calculator + Nhập code vào Procedure: $ CHI PHI DAU TU V(1) = P(1)*C(1) + P(2)*C(2)... lẻ • Nhấp chuột trái vào nút Initial Pressure Profile để hiện lên bảng Batch Distillation- Pressure Profile • Trong mục Pressure Specification Mode, ta chỉ có thể chọn 1 trong 2 thông số +Overall: tính cho tất cả các bậc +By Individual Stages: tính cho từng bậc riêng lẻ 17 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nếu ta chọn Overall: thì mục Overall Specification sẽ được thực... sôi đáy tháp Mục này chỉ thực hiện được khi hệ thống VLLE đã được chọn ở cửa sổ Thermodynamic Data 26 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer 11/ Calculation Options: các tùy chọn về cách tính toán 12/ Reboiler: thiết bị đun sôi đáy tháp - Nhấn vào nút Reboiler để mở bảng Batch Distillation – ReboilerHX - Nếu ta chọn Reboiler Hx Configuration Data thì ta thiết kế nó như là một ... sau: 39 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Hoàn thành xong thiết bị Batch Distillation đầy đủ sau: 40 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer. .. đáy:  BATCHFRAC Nhập cấu tử: 41 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Chọn hệ nhiệt động Thiết lập mô hình BatchFrac sau: 42 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, ... 46 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer Nhấp vào Enter Data: Thiết lập cho Charge Specification sau: 47 Batch Distillation, Batch Frac, Case study, calculator, optimizer