Bài giảng Computer-aided chemical engineering - Chương 9: Thí dụ & Bài tập
Computer-Aided Chemical
Engineering
An Introduction to Process Simulation
- Phaàn meàm Pro/II® -
C9. Thí duï & Baøi taäp
Muïc luïc
Bài toán 2: Mô phỏng thiết bị tách khí - lỏng
Bài toán 3: Tính nhiệt độ sôi của một hỗn hợp hai pha ở một áp suất nhất định
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
Bài toán 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho tháp tách propane bằng công cụ
Optimiser
Bài toán 6: Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu và chỉ số hồi lưu tối thiểu cho
tháp tách propane bằng phương pháp shortcut
2
Bài toán 2: Mô phỏng thiết bị tách khí - lỏng
Cho vào thiết bị tách khí lỏng một dòng nguyên liệu với các dữ liệu sau:
• Lưu lượng : 100 kmol/h; t = 30oC; P = 10 bar
• Thành phần hóa học:
Methane
Ethane
Propane
Butane
Pentane
13 kmol/h
22 kmol/h
38 kmol/h
22 kmol/h
5 kmol/h
Điều kiện làm việc của thiết bị tách: 30oC và 7 bar
Hãy xác định:
1. Phần mol bay hơi của nguyên liệu trong điều kiện của bình tách?
2. Thành phần của lỏng và hơi ra khỏi thiết bị tách?
3. Năng suất nhiệt của thiết bị tách?
3
Bài toán 2: Mô phỏng thiết bị tách khí - lỏng
Bài toán 2: Mô phỏng thiết bị tách khí - lỏng
Keát quaû
Döïa vaøo caùc soá lieäu keát quaû trong Program File, ta xaùc ñònh ñöôïc:
1. Phaàn mol bay hôi cuûa nguyeân lieäu trong ñieàu kieän cuûa bình taùch
MOLE FRAC VAPOUR
0.94580
Vaäy phaàn mol bay hôi cuûa nguyeân lieäu trong ñieàu kieän cuûa bình taùch laø
0,9458 hay 94.58%
2. Thaønh phaàn cuûa loûng vaø hôi ra khoûi thieát bò taùch
- Treân flowsheet, right-click vaøo doøng S2 vaø S3 → hieån thò cöûa soå löïa choïn
- Choïn Display → xuaát hieän cöûa soå Streamline
- Choïn Properties töø drop-down list box ôû muïc Streamline Label Type
- Maëc ñònh ôû muïc Property List laø Material Balance List → seõ hieån thò teân,
traïng thaùi doøng, nhieät ñoä, aùp suaát, löu löôïng vaø thaønh phaàn cuûa doøng → OK
3. Naêng suaát nhieät cuûa thieát bò taùch
DUTY, M*KCAL/HR
0.09956
Vaäy naêng suaát nhieät cuûa thieát bò taùch laø 99560 kcal/h
5
Bài toán 2: Mô phỏng thiết bị tách khí - lỏng
6
Bài toán 3: Tính nhiệt độ sôi của
một hỗn hợp hai pha ở một áp suất nhất định
Nguyên liệu có thành phần như bài toán 2, lưu lượng = 5500 kg/h.
Hãy xác định:
1. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp nguyên liệu này ở áp suất 7 bar?
2. Hằng số cân bằng pha của các cấu tử ?
3. Thành phần hỗn hợp hơi cân bằng với lỏng?
4. Năng suất nhiệt của thiết bị tách?
→ Giải quyết bài toán
Để giải quyết bài toán trên, ta tiến hành các bước:
• Giả thiết cho hỗn hợp nguyên liệu này đi vào một bình tách làm việc ở
áp suất là 7 bar.
• Tiến hành mô phỏng như bài toán 2
• Vì muốn xác định nhiệt độ sôi của hỗn hợp → ở cửa sổ Flash Drum, ở
mục Second Specification → Chọn Bubble point ở mục Unit Specification
• Do phải xác định hằng số cân bằng pha của các cấu tử → ở cửa sổ Flash
7
Drum, ở mục Print Option → Chọn Include Component K - Values
Bài toán 3: Tính nhiệt độ sôi của
một hỗn hợp hai pha ở một áp suất nhất định
8
Bài toán 3: Tính nhiệt độ sôi của
một hỗn hợp hai pha ở một áp suất nhất định
Keát quaû
Döïa vaøo caùc soá lieäu keát quaû trong Program File, ta xaùc ñònh ñöôïc:
1. Nhieät ñoä soâi cuûa hoãn hôïp nguyeân lieäu naøy ôû aùp suaát 7 bar
FLASH ID
F1
NAME
FEEDS
S1
PRODUCTS VAPOR
LIQUID
S2
S3
TEMPERATURE, C
PRESSURE, BAR
-78.756
7.000
Vaäy nhieät ñoä soâi cuûa hoãn hôïp nguyeân lieäu naøy ôû aùp suaát 7 bar laø -
78,756oC
2. Haèng soá caân baèng pha cuûa caùc caáu töû vaø thaønh phaàn hoãn hôïp hôi caân
baèng vôùi loûng
VAPOR-LIQUID COMPOSITIONS AND K-VALUES FOR UNIT 1, 'F1'
COMPONENT
-------------------
1 METHANE
2 ETHANE
3 PROPANE
4 BUTANE
VAPOR
LIQUID
----------
0.13000 7.1605E+00
0.22000 2.6761E-01
0.38000 2.5507E-02
0.22000 2.4877E-03
K-VALUE
----------
----------
0.93087
0.05887
0.00969
5.4730E-04
9
5 PENTANE
1.8438E-05
0.05000 3.6877E-04
Bài toán 3: Tính nhiệt độ sôi của
một hỗn hợp hai pha ở một áp suất nhất định
3. Naêng suaát nhieät cuûa thieát bò taùch
DUTY, M*KCAL/HR -0.62892
Vaäy naêng suaát nhieät cuûa thieát bò taùch laø -628920 kcal/h
10
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
Tính cho tháp Depropanizer với các dữ liệu ban đầu như sau :
• Nguyên liệu :
- năng suất : 400 tấn/ngày
- P = 18 bar
- có thành phần 40% hơi gồm : 26% khối lượng C3 và 74
% khối lượng C4
• Tháp : - 22 đĩa lý thuyết; nạp liệu ở đĩa 13
- áp suất đỉnh : 16,5 bar; trở lực : 10 mbar/đĩa lý thuyết
- thiết bị ngưng tụ hoàn toàn ; áp suất bình tách : 16,2 bar
• Chỉ tiêu chất lượng sau:
- sản phẩm đỉnh : có 1 % khối lượng C4
- sản phẩm đáy : có 2 % khối lượng C3
→ Hãy xác định :
- Chỉ số hồi lưu ?
- Năng suất nhiệt của thiết bị đun sôi lại và thiết bị ngưng tụ (MkCal/ngày)
- Lưu lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy ?
11
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
12
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
Caùc böôùc moâ phoûng
1. Xaùc ñònh heä ñôn vò ño
Choïn heä ñôn vò METRIC
1 ton = 1014.04 kilograms
2000 pounds = 1 short ton = 0.907 tonne
2240 pounds = 1 long ton = 1.016 tonne
→ Choïn kg
2. Xaùc ñònh thaønh phaàn caáu töû coù trong heä
Heä 2 caáu töû: Propane vaø Butane
3. Löïa choïn caùc phöông trình nhieät ñoäng thích hôïp
Choïn heä GS (Grayson-Streed)
4. Thieát laäp caùc thieát bò coù trong sô ñoà vaø caùc doøng ra vaø vaøo caùc thieát bò
❖ Thieát bò: Thaùp → click choïn bieåu töôïng thaùp töø floating PFD → hieån thò
cöûa soå Column Configuration → nhaán choïn Condenser vaø Reboiler →
13
nhaäp giaù trò 22 ôû muïc Number of Theoretical Trays → OK
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
❖ Caùc doøng:
- Thieát laäp doøng nguyeân lieäu S1 naïp vaøo ñóa thöù 11 cuûa thaùp
- Doøng saûn phaåm ñænh S2 laø doøng loûng ñi ra töø ñaùy bình taùch sau khi
ñaõ cho hoài löu moät phaàn veà ñænh thaùp (ngöng tuï hoaøn toaøn)
- Doøng saûn phaåm ñaùy S3
5. Xaùc ñònh thaønh phaàn, traïng thaùi cuûa caùc doøng, xaùc ñònh caùc döõ lieäu veà
thieát bò
Ta nhaän thaáy raèng chæ coù doøng S1, thaùp T1 laø ñöôïc vieàn ñoû → yeâu caàu
nhaäp döõ lieäu
5.1 Doøng S1
❖ Double-click vaøo doøng S1 → hieån thò baûng Stream Data → ôû muïc
Description ta coù theå nhaäp teân FEED (nhaäp lieäu cho doøng naøy) → click
choïn Flowrate and Composition → choïn Total Fluid Rate → nhaäp giaù trò
400. Chuù yù raèng, löu löôïng nhaäp lieäu ñöôïc tính baèng taán/ngaøy, maø ôû
ñaây laø KG-MOL/HR → click vaøo UOM → xuaát hieän baûng Convert Unit of
Measure → choïn Mass → TON → DAY → nhaán Change Units → OK
14
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
❖ Nhaäp thaønh phaàn caùc caáu töû cuûa doøng S1: nhaäp giaù trò 26 cho caáu töû 1
→ nhaán phím TAB → nhaäp 74 cho caáu töû 2 → nhaán OK ñeå quay laïi cöûa
soå chính Stream Data.
❖ Xaùc ñònh nhieät ñoä vaø aùp suaát cuûa doøng S1 ôû muïc Thermal Condition: ôû
doøng First Specification → choïn Pressure → nhaäp giaù trò 18. Xong nhaán
choïn Liquid Weight Fraction ôû muïc Second Specification → nhaäp giaù trò
0.6 → OK
5.2 Thaùp T1
❖ Double-click vaøo C1 → xuaát hieän cöûa soå Column
❖ ÔÛ muïc Description nhaäp teân DEPROP
❖ Nhaáp choïn vaøo oâ thöù hai ñöôïc vieàn ñoû Feeds and Products → xuaát hieän
cöûa soå Column – Feeds and Products → ôû baûng treân, xaùc ñònh doøng S1
ñöôïc naïp vaøo ñóa 11 → ôû baûng döôùi, vôùi doøng S2 → choïn Fixed Rate
Draw ôû muïc Type of Product → choïn Liquid ôû muïc Phase → nhaäp giaù trò
1 ôû muïc Tray → nhaäp giaù trò löu löôïng 104. Chuù yù raèng, löu löôïng saûn
phaåm ñöôïc tính baèng taán/ngaøy, maø ôû ñaây laø KG-MOL/HR → click vaøo
UOM → xuaát hieän baûng Convert Unit of Measure → choïn Mass → TON
→ DAY → nhaán Change Units → OK
15
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
❖ Nhaán choïn vaøo oâ thöù nhaát ñöôïc vieàn ñoû Pressure Profile → xuaát hieän cöûa soå
Column – Pressure Profile → nhaäp giaù trò 15,5 bar laø aùp suaát ôû ñóa treân cuøng cuûa
thaùp ôû muïc Overall Specification → ôû muïc Pressure Drop → choïn muïc Per Tray
→ nhaäp giaù trò 0,01 bar → OK ñeå trôû veà cöûa soå Column.
❖ ÔÛ muïc Condenser, nhaán choïn Bubble Temperature ôû muïc Condenser Type →
nhaäp giaù trò 16.2 bar ôû muïc Pressure trong cöûa soå Condenser Data.
❖ ÔÛ muïc Performance Specification:
- Nhaán choïn → xuaát hieän cöûa soå Column – Specifications and Variables → click
vaøo oâ choïn Add Specifications and Variables → click vaøo Parameter (chöõ ñoû vaø
gaïch döôùi ñoû) trong muïc Specifications → xuaát hieän cöûa soå Parameter → choïn
Stream ôû muïc Stream/Unit vaø choïn doøng S3 ôû muïc Stream Name laø doøng saûn
phaåm ñaùy cuûa thaùp.
- Click vaøo Parameter… (chöõ traéng treân neàn ñoû) → xuaát hieän cöûa soå Parameter
Selection → choïn Composition ôû muïc Parameter → choïn PROPANE laø caáu töû
ñaàu vaø caáu töû cuoái → OK ñeå trôû veà cöûa soå Parameter → nhaán choïn vaøo Mole
Fraction → click vaøo UOM → xuaát hieän baûng Convert Unit of Measure → choïn
Mass → Percent → nhaán Change Units → OK : trôû veà cöûa soå Parameter → OK :
hoaøn thaønh cöûa soå Parameter → Column – trôû veà cöûa soå Specifications and
16
Variables → click vaøo Value → nhaäp giaù trò 2.
Bài toán 4: Mô phỏng tháp tách propane
- Nhaán choïn Insert Specification/Variable → xuaát hieän theâm moät Specification 2.
- Tieáp tuïc nhaán choïn Parameter maøu ñoû cuõõng ôû muïc Specifications → xuaát hieän cöûa
soå Parameter → choïn Stream ôû muïc Stream/Unit vaø choïn doøng S2 ôû muïc Stream
Name → click vaøo Parameter… (chöõ traéng treân neàn ñoû) → xuaát hieän cöûa soå
Parameter Selection → choïn Composition ôû muïc Parameter → choïn BUTANE laø caáu
töû ñaàu vaø caáu töû cuoái → OK ñeå trôû veà cöûa soå Parameter → nhaán choïn vaøo Mole
Fraction → click vaøo UOM → xuaát hieän baûng Convert Unit of Measure → choïn Mass
→ Percent → nhaán Change Units → OK : trôû veà cöûa soå Parameter → OK : hoaøn
thaønh cöûa soå Parameter → trôû veà cöûa soå Column – Specifications and Variables →
click vaøo Value → nhaäp giaù trò 1.
- Click vaøo Parameter (chöõ ñoû vaø gaïch döôùi ñoû) trong muïc Variable 1 → xuaát hieän
cöûa soå Parameter Selection → choïn Heat Duty (naêng suaát nhieät) → ôû muïc Heater
choïn Reboiler → OK : quay laïi cöûa soå Variables → OK : quay laïi cöûa soå Column –
Specifications and Variables → tieáp tuïc click vaøo Parameter (chöõ ñoû vaø gaïch döôùi
ñoû) trong muïc Variable 2 → xuaát hieän cöûa soå Parameter Selection → choïn Heat
Duty (naêng suaát nhieät) → ôû muïc Heater choïn Condenser → OK : quay laïi cöûa soå
Variables → OK : quay laïi cöûa soå Column – Specifications and Variables → OK :
hoaøn thaønh vieäc nhaäp döõ lieäu cho T1
17
Bài toán 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho
tháp tách propane bằng công cụ Optimiser
18
Bài toán 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho
tháp tách propane bằng công cụ Optimiser
Tính cho tháp Depropanizer với các dữ liệu ban đầu như sau :
• Nguyên liệu :
- năng suất : 400 tấn/ngày
- P = 18 bar
- có thành phần 40% hơi gồm : 26% khối lượng propane và 74 % khối lượng
butane
• Tháp :
- 22 đĩa lý thuyết
- áp suất đỉnh : 16,5 bar; trở lực : 10 mbar/đĩa lý thuyết
- thiết bị ngưng tụ hoàn toàn
- áp suất bình tách : 16,2 bar
• Chỉ tiêu chất lượng sau :
- sản phẩm đỉnh : có 0,5% khối lượng C4
- sản phẩm đáy : có 0,5% khối lượng C3
→ Hãy xác định đĩa nạp liệu tối ưu để năng suất của thiết bị đun sôi lại là
19
bé nhất
Bài toán 5: Xác định đĩa nạp liệu tối ưu cho
tháp tách propane bằng công cụ Optimiser
20
Tải về để xem bản đầy đủ
27 trang
21660
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Computer-aided chemical engineering - Chương 9: Thí dụ & Bài tập", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_computer_aided_chemical_engineering_chuong_9_thi_d.ppt
