Công nghệ sản xuất các hợp chất thơm từ LPG

2,5 + 469039,78 + 561540,6 = 7647672,88 kcal / h . 4.d. Lượng nhiệt mất mát Qm : Thông thường người ta tính nhiệt lượng mất mát là 0,05% lượng nhiệt tiêu tốn : Qm = 0,05 . Q3 ( kcal / h ) . Cân bằng nhiệt lượng cho toàn thiết bị phản ứng : Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 + Qm . Do đó : 0,95 Q3 = Q4 + Q5 + Q6 - Q1 + Q2 Thế số ta được : Q3 = 60486880,92 kcal / h . Nhiệt lượng mất mát môi trường : Qm = 0,05 . Q3 Thế số ta được : Qm = 3024344,05 kcal / h . Bảng cân bằng nhiệt lượng cho toàn bộ hệ thống : Lượng nhiệt vào Kcal / h Lượng nhiệt ra Kcal / h Q1 Q2 Q3 180566849,9 6786111,5 60486880,92 Q4 Q5 Q6 Qm 84329282,39 152838543 7647672,88 3024344,05 Tổng 247839842,3 Tổng 247839842,3 II. 3. TÍNH TOÁN CHO LÒ PHẢN ỨNG : II.3.1 Tính toán cho lò số 1 : 3.1. T ính cân bằng vật chất : Phương trình chính xảy ra trong thiết bị phản ứng : CnH2n + 2 = CnH2n- 6 + 4 H2 . Sự giảm hàm lượng hydrocacbon do chuyển hoá hoá học ở phản ứng trên được biểu diễn bằng phương trình vi phân sau :[11]. - d Np / d Vp = K1 . PP – ( K1 / KP1 ) .PA .( PH )4 . Trong đó : Np : Phần mol của Parafin bị chuyển hoá Vp : đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol ( kg xúc tác / kmol . h nguyên liệu ) . K1 :bằng hằng số tốc độ phản ứng được xác định từ đồ thị (kmol/Pa.h.kg xúc tác ) . KP1 : là hằng số cân bằng hoá học của phản ứng . KP1 = 9,813 . 1012 e 46,15 – 25000 / T ( Pa )3 . Với nhiệt độ phản ứng : T = 803ok . Tính hằng số tốc số tốc độ phản ứng K1 . T =803ok ® 1000 / T = 1000 / 803 = 1,245 Tra đồ thị ( 1 – phụ lục sau ) ta được K1 =11.10-7 kmol / Pa . h .kg xúc tác . Từ phương trình phản ứng ta tính đươc hằng số cân bằng phản ứng . KP1 = 9,813 . 1012 e 46,15 – 25000 / 803 = 14,96 .1020 Pa 3 . Tính áp suất PA và áp suất PH . Đổi đơn vị của các thành phần : Của H2 : 12,518 . 103 / 2 = 6259 kmol / h . Của xúc tác : 39,89 . 103 / 6092 = 6,548 kmol / h . Của C3 : 86,050 . 103 / 44 = 1955,682 kmol / h . Của C4 : 113,416 . 103 / 58 =1955,448 kmol / h . Của hydrocacbon thơm : 128,206 . 103 / 99 = 1295 kmol / h . ( chọn khối lượng phân tử trung bình của hydrocacbon thơm M = 99 ) . Tính toán sự phân bố áp suất của các cấu tử trong hỗn hợp như sau: Pi = P . Yi . Trong đó : P : là áp suất chung của phản ứng , Pa . Yi : là phần mol của cấu tử . Với : P = 3,5 at = 3,43 . 105 Pa ,[ 1 ]. Cuối cùng ta có bảng phân bố áp suất theo từng cấu tử như sau : Cấu tử mi ( kmol / h ) Yi’ = mi / S mi Pi CnH2n + 2 CnH2n- 6 H2 Xúc tác 3911,13 1295 6259 6,548 0,341 0,113 0,545 0,0006 116963 38759 186935 205,8 Tổng 11471,678 1,000 Vậy : - d Np / d Vp = K1 . PP – ( K1 / KP1 ) .PA .( PH )4 . Thay số vào ta được : - d Np / d Vp = 11 .10-7 . 116963 -[11.10-7.38759.(186935)4]/14,96 . 1020 -d Np / d Vp = 0,098 Vậy -Np = 0,098 . Vp . Mà Vp = mXT1 / mngl . Với : mXT1 : lượng xúc tác vào lò 1 kg / h . mngl : lượng nguyên liệu vào lò 1 , kmol / h . mngl = 199,466 . 103 / 52 = 3,836 . 103 kmol / h . Khối lượng phân tử trung bình của nguyên liệu : M . M = 0,4314 . 44 + 0,5686 . 58 = 52 . Vậy : Vp = 3,989 . 103 / 3,836 . 103 = 1,02 . Np = 0,098 .103 . 1,02 = 0,1 . Lượng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò số 1 : 0,1 . 199,466 = 19,9466 tấn / h . Lượng C3 chiếm : 19,9466 . 0,4314 = 8,605 tấn / h . Lượng C4 chiếm : 19,9466 . 0,5686 =11,341 tấn / h . Lượng C3 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất h = 62% . 0,62 . 8,605 = 5,335 tấn / h . Lượng C4 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất h = 66% . 0,66 . 11,341 = 7,485 tấn / h . Hàm lượng cốc tạo thành ở lò 1 : 0,03 . 3,989 = 0,1197 tấn / h . Lượng xúc tác và cốc ra khỏi lò1 : 3,989 + 0,1197 = 4,1087 tấn / h . Hiệu suất tạo cốc : 0,1197 / 19,9466 = 0,006 . Lượng cốc tạo từ C3 : 0,006 . 8,605 = 0,0516 tấn / h . Lượng cốc tạo từ C4 : 0,006 . 11,341 = 0,068 tấn / h . Lượng C3 chưa chuyển hoá ra khỏi lò 1 : 8,605 - 5,335 - 0,0516 = 3,2183 tấn / h . Lượng C4 chưa chuyển hoá ra khỏi lò 1 : 11,341 - 7,4851 - 0,068 = 3,7879 tấn /h . Tính lượng H2 và hydrocacbon thơm : 2 C3H8 = C6H6 + 5H2 7 C3H8 = 3C7H8 + 16H2 8 C3H8 = 3C8H10 + 17H2 3 C4H10 = 2C6H6 + 9H2 7 C4H10 = 4C7H8 + 19H2 2 C4H10 = C8H10 + 5H2 Do đó: Lượng H2 sinh ra do C3: 5,365 . 38 . 2 / ( 17 . 44 ) = 0,542 tấn / h . Lượng H2 sinh ra do C4 : 7,485 . 33 . 2 / ( 12 . 58 ) = 0,7098 tấn /h . Vậy tổng lượng hydro sinh ra tại lò 1: 0,542 + 0,7098 = 1,2518 tấn / h . Lượng hydrocacbon thơm tạo từ C3 : 5,3551 - 0,542 = 4,7931 tấn / h . Lượng hydrocacbon thơm tạo từ C4 : 7,4851 - 0,7098 = 6,7753 tấn / h . Nếu lượng nguyên liệu chỉ có Propan ( C3 ) thì sản phẩm lỏng: B = 27% , T = 43% , X = 21% và C9+ = 9% . Nếu lượng nguyên liệu chỉ có Propan ( C4 ) thì sản phẩm lỏng: B = 22% , T = 44% , X = 25% và C9+ = 9% Do đó : Lượng Benzen sinh ra: 0,27 . 4,7931 + 0,22 . 6,7753 = 2,7847 tấn / h . Lượng Toluen sinh ra: 0,43 . 4,7931 + 0,44 . 6,7753 = 5,0422 tấn / h . Lương Xylen sinh ra : 0,21 . 4,7931 + 0,25 . 6,7753 = 2,7004 tấn / h . lượng C9+ sinh ra : 0,09 . 4,7931 + 0,09 . 6,7753 = 1,0412 tấn / h . Bảng cân bằng vật chất cho lò số 1 : Cấu tử Đầu vào ( tấn / h ) Đầu ra ( tấn / h ) C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 Xúc tác Cốc 86,050 113,416 3,989 80,6633 105,8629 2,7847 5,0422 2,7004 1,0412 1,2518 3,989 0,1197 Tổng 203,455 203,455 Lượng C3 chưa chuyển hoá : 86,050 - 5,3351 - 0,0516 = 80,6633 tấn / h . Lượng C4 chưa chuyển hoá : 113,416 - 7,4851 -0,068 = 105,8629 tấn / h . II. 3.2. Cân bằng nhiệt vào lò : 3.2.a. Lượng nhiệt do nguyên liệu mang vào : Q11 Thành phần nguyên liệu mang vào : Cấu tử G ( tấn / h ) Cp ( cal /mol .độ) Nhiệt độ oK C3H8 C4H10 86,050 113,416 52,372 62,616 803 Áp dụng công thức : Q = S Gi . Cpi . Ti . Trong đó : Gi : là năng suất của các cấu tử, ( mol / h ) . Cpi : nhiệt dung của các cấu tử, calo / mol . độ . Ti : nhiệt độ của các cấu tử , oK . Từ đây ta tính được : Q11 = 106 . ( 86,050 . 52,372 / 44 + 113,416 .62,616 / 58 ) . 803 Q11 =180566849,9 ( kcal / h ) . 3.2.b. Lượng nhiệt do xúc tác mang vào : Trong quá trình này ta sử dụng xúc tác ZSM – 5 có kích thước mao quản ( » 5,5Ao ). Công thức tổng quát ô mạng cơ sở ZSM – 5 là : NaxAlxSi96-x O192 16 H2O . Ta sử dụng ZSM – 5 có tỉ lệ : Si / Al = 47 . Vậy x = 2 . Do đó công thức ô mạng cơ sở : Na2Al2Si94 O192 16 H2O . Aùp dụng công thức tính nhiệt dung riêng của một hợp chất hoá học . M. C = n1. C1 + n2 . C2 + n3 . C3… Trong đó : M : là khối lượng mol của hợp chất . C : là nhiệt dung riêng của hợp chất hoá học . n1 , n2 , n3 : là số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất . C1 , C2 , C3 : nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố , kj / kg.độ. Nguyên tố Na Al Si O H Ci ( kj / kg . đô) 26 26 15,9 16,8 9,63 Từ công thức : C = ( S n1 . Ci ) / M . Khối lượng mol của xúc tác ZSM – 5 . M = 23 . 2 + 2 . 27 + 94 . 28 + 208 . 16 + 32 = 6092 . C = ( 2 . 26 + 2 .26 + 94 .15,9 + 208 . 1,28 + 32 .9,63 ) / 6092 = 0,887 kj / kg . độ . Vậy nhiệt lượng do xúc tác mang vào . Q12 = ( 39,89 . 103 . 0,887 . 803 ) / 4,1868 = 678611,2 kcal / h . 3.2.c. Nhiệt lượng cần thiết do lò ống cung cấp cho lò1 . Tổng lượng nhiệt mang vào là : QVÀO = Q11 + Q12 + Q13 . 3.2.d. Lượng nhiệt do hiệu ứng nhiệt tiêu tốn ở lò 1 . Q14 = ( SDHS cuối - SDHS đầu ) . Trong đó : SDH = S Gi . DHSi . Gi : năng suất của các cấu tử, mol / h . DHSi : nhiệt sinh của các cấu tử , kcal / mol . tra bảng số liệu DHSi của các cấu tử có trong bảng số liệu . Cấu tử DH298 kcal / mol Gra tấn / h Gvào tấn / h C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 -24,82 -29,812 19,82 11,95 4,49 4,0 0 80,6633 105,8629 2,7847 5,0422 2,7004 1,0412 1,2518 86,050 113,416 SDHS cuối = 106 ( -24,82 . 80,6633 / 44 - 29,812 . 105,8629 / 58 + 19,82 . 2,7848 / 78 + 11,95 . 5,0422 / 92 + 4,49 . 2,7004 / 106 + 4,0 . 1,0412 / 120 ) = - 98403,31kcal / h . SDHS đầu = 106 ( -24,82 . 86,050 / 44 - 29,812 . 113,416 / 58 ) = = - 106835846,7 kcal / h . Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng : Q14 = ( SDHS cuối - SDHS đầu ) . = 106737443,4 kcal / h . Vậy nhiệt lương tiêu thụ cho phản ứng là : Q14 = 106737443,4 kcal / h . 3.2.e. Lượng nhiệt do sản phẩm mang ra : Sản phẩm mang ra tại nhiệt độ 510oC, hỗn hợp sản phẩm đi ra có thành phần như sau : Cấu tử Tấn / h Cp (calo / mol . độ) Nhiệt độ oK C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 80,6633 105,8629 2,7847 5,0422 2,7004 1,0412 1,2518 51,08 61,17 69,84 37,2 87,25 90,32 6,79 783 oK Aùp dụng công thức : Q = S Gi . Cpi . Ti . Trong đó : Gi : là năng suất của các cấu tử, ( mol / h ) . Cpi : nhiệt dung của các cấu tử, calo / mol . độ . Ti : nhiệt độ của các cấu tử, oK . Q15 = 106 ( 80,6633 . 51,08 / 44 + 105,8629 . 61,17 / 58 + 2,7847 . 69,84 / 78 + 5,0422 . 37,2 / 92 + 2,7004 / 87,25 /106 +1,0412 . 90,32 / 120 + 1,258 . 6,79 / 2 ) . 783 = 169973691,6 kcal / h . Q15 = 169973691,6 kcal / h . 3.2.f. Lượng nhiệt do xúc tác mang ra : Khi xúc tác ra khỏi thiết bị có nhiệt độ là 510oC . Nhiệt lượng do xúc tác mang ra : Q6’ = Gx tác . C . T ( kcal / h ) . Q6’ = 3,989 . 103 . 0,887 . 783 / 4,1868 = Q6’ = 661709,3 kcal / h . Nhiệt lương do cốc mang ra : * Đối với Propan : Q1’= ( 0,0516 .103 . 51,08 . 783 ) / 44 = Q1’= 46903,98 kcal / h . * Đối với Butan : Q2’ = ( 0,068 .103 . 61,17 .783 ) / 58 = Q2’ = 56154,06 kcal / h . Vậy nhiệt lượng do xúc tác và cốc mang ra là : Q6 Q16 = Q6’ + Q1’ + Q2’ = 661709,3 + 46903,98 + 56154,06 = 764767,3 kcal / h . 3.2.g. Lượng nhiệt mất mát Qm : Thông thường người ta tính nhiệt lượng mất mát là 0,05% lượng nhiệt tiêu tốn : Qm = 0,05 . Q13 ( kcal / h ) . Cân bằng nhiệt lương cho toàn thiết bị phản ứng : Q11 + Q12 + Q13 = Q14 + Q15 + Q16 + Qm . Do đó : 0,95 Q13 = Q14 + Q15 + Q16 - Q11 + Q12 Thế số ta được : Q13 = 101295201,2 kcal / h . Nhiệt lượng mất mát môi trường : Qm = 0,05 . Q13 Thế số ta được : Qm = 5064760,1 kcal / h . Bảng cân bằng nhiệt lượng cho toàn bộ hệ thống : Lượng nhiệt vào Kcal / h Lượng nhiệt ra Kcal / h Q11 Q12 Q13 180566849,9 678611,2 101295201,3 Q14 Q15 Q16 Qm 106737443,4 169973691,6 764767,3 5064760,1 Tổng 282540662,4 Tổng 282540662,4 II.3.3. Tính kích thước của lò 1 : Lượng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò 1: 19,9466 tấn / h . Vì độ chuyển hoá là 64% nên ta có. 19,9466 . 103 . 0,64 = 12765,824 kg / h . Đổi thể tích từ điều kiện chuẩn sang điều kiện làm việc: P . V / T = Po . Vo / To . V = Po . Vo . T / P . To . Thế số : V = 1 . 22,4 . 803 / ( 3,5 . 273 ) = 18,2 m3 . Thể tích của lò 1 làm việc :[ 8 ]. Vr = 12765,824 . 18,2 / 51,96 = 4471,19 m3 / h . Mà : Vr = Wr . S . 3600 . Trong đó : Wr : là vận tốc dài của hỗn hợp, Wr = 0,8 m / s . S : thiết diện ngang của thiết bị , m3 . S = P . Dt2 / 4 . Dt : đường kính trong của thiết bị, m . Vậy : Dt2 = Vr . 4 / Wr . P . 3600 . Thế số vào ta được : Dt =1,5 m . Số lượng xúc tác lò 1 chiếm : 3,989 tấn / h . Mật độ của xúc tác là : r = 680 kg / m3 . Vậy thể tích lò chứa xúc tác là : VXT 1 = GXT 1 / r = 3989 / 680 = 5,866 m3 . Chiều cao của lò xúc tác xác định : Với : VXT 1 = H . S = H . P . Dt2 / 4 . Vậy : H = 4 . VXT 1 / . P . Dt2 . Thế số vào ta được: H = 1,82 m . Chọn H = 2 m . Nếu chọn đường kính chứa ống xúc tác là : d = 0,4 m . Với : d : là đường kính ngoài chứa ống xúc tác . Số ống xúc tác được xác định : S = n . s . Với : s : là diện tích ngang ống chứa xúc tác chiếm . n : số ống trong lò . Mà : P . Dt2 / 4 = n . P . d2 / 4 . n = Dt2 / d2 . Thế số n = 14 ống . Vậy lò phản ứng 1 có : Dt = 1,5 m . H = 2 m . N = 14 ống . II.3.4. Tính toán cơ khí của lò 1. Chọnkim loại làm thiết bị là thép X18H10T . Do thiết bị làm việc ở điều kiện nhiệt độ cao và phải có tính chống chịu mài mòn . Với sản phẩm chứa Benzen, Toluen là những chất dễ cháy nổ và độc hại, nên về tính kinh tế ta chọn vật liệu là thép X18H10T. Thân thiết bị được tạo bằng cách uốn các tấm vật liệu lại, sau đó hàn ghép nối . * Chiều dày của thành thiết bị được tính theo công thức : ( m),[ 8-385 ]. Trong đó : Dt : là đường kính trong của thiết bị, ( m ) . Pt : là áp suất trong của thiết bị, N / m2 . C : hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, (mm). C = C1 + C2 + C3 . Trong đó : C1 : hệ số bổ sung do ăn mòn , thép X18H10T có vận tốc gỉ là, C1= 0 . C2 : bổ sung do bào mòn, C2 = 0 . C3 : bổ sung do dung sai về chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu . [ d] :ứng suất cho phép của thép X18H10T . Theo giới hạn thang bền được xác đinh theo công thức :[8 - 356]; N/m3 Do thiết bị cánh li với nguồn đốt nóng cần thiết nên h = 0,9 . NK : hệ số an toàn theo giới hạn kéo , NK = 2,6 . dk : ứng suất kéo của thép X18H10T ; dk =540 . 106 N / m2 . Do đó : [ dk ] = dk . h / NK =540 . 106 . 0,9 / 2,6 =186,92 . 106 N /m2 . Ứng suất theo giới hạn bền chảy được xác định theo công thức sau : [II-356] . [ dc ] = dc . h / Nc . N / m3 dc : ứng suất theo giới hạn chảy ; dc =220 . 106 N /m2 . Nc : hệ số an toàn theo giới hạn chảy ; Nc = 1,5 . Do đó : [ dc ] = dc . h / Nc =220 . 106 . 0,9 / 1,5 =132 . 106 N / m3 . Để đảm bảo bền ta lấy giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị trên : [ d ] = [ dc ] =132 . 106 N / m3 . Với : Pt = 3,5 at = 3,43 . 105 N / m2 . Vì : [ d ] . j / Pt =132 . 106 . 0,95 / 3,43 . 105 = 365,6 > 50 . Nên bỏ qua đại lượng Pt ở mẫu phương trình tính chiều dày . Vậy chiều dày của thiết bị là : S = ( 1,5 . 3,43 . 105 ) / ( 2 . 132 . 106 . 0,95) + C . S = 0,002 + C ( m ) . Dung sai về chiều dày C3 = 0,8 ( mm ) . C = C1 + C2 + C3 = 0,8 mm Do đó : S = 2.8 mm . Ta chọn S = 4 mm . Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử bằng nước:[8-368]. S : là chiều dày thiết bị, m . Po :áp suất thử , N / m2 . Po = Pth + Pt . Pth : áp suất thuỷ lực, N / m2 . Pth = 1,5 . P = 1,5 . 3,43 . 105 = 5,15 N / m2 . Pt : áp suất thử thuỷ tĩnh của nước , N / m2 . [ 8- 360 ] Vậy : Pt = r . g . h = 1000 . 9,8 . 2 = 19600 N / m2 . Thế số vào ta được : Po = 5,15 . 105 + 19600 = 0,5346 . 106 N / m2 . Thay vào công thức : Vậy chiều dày 4 mm là chấp nhận được . * Chiều dày của nắp thiết bị số 1 : Ta chọn nắp elip có gờ , chiều dày của elip được tính theo công thức : Trong đó : hp : chiều cao phần lồi của nắp ; hb = 0,375 m; [ 8 - 388 ] . Dt : đường kính trong của thiết bị , Dt = 1,5 m . d : là đường kính của lỗ không tăng cứng , d = 0,3 m . K : hệ số không thứ nguyên và xác định theo công thức sau : [8 - 385]. K = 1 - 0,3 / 1,5 = 0,8 . C : là đại lượng bổ sung ; C = 0,8 mm . [ dk ] : 132 . 106 N / m . Pt : 0,343 . 106 N / m . Vì : [ d ] . k . j/Pt = 132 . 106 . 0,8 . 0,95 / 0,343 . 106 = 292,48 > 30 [ II- 368 ] . Do đó ta có thể bỏ qua Pt dưới mẫu , trong công thức chiều dày của nắp elip : Thế số vào ta được : S = 2,7 . 10-3 với 2,7 . 10-3 + C < 4 mm . Do đó ta chọn : C = ( 0,8 + 2 ) . 10-3 ( m ) . Vậy : S = 2,7 . 10-3 + 2,8 . 10-3 = 5,5 . 10-3 mm . Chọn S = 6 mm . Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực bằng công thức :[ 8 – 368 ],[ 7 ]. Thế số vào ta được : d = 173,56 . 106 N / m2 . dc / 1,2 = 220 . 106 / 1,2 = 183,3 N / m2 > 173,56 N / m2 . chọn giá trị : S = 6 mm . ta chọn bích nối thân thiết bị: Dt = 1,5 m, h = 12 mm, hb = 0,25 . 1,5 = 0,375 m. Bảng chọn chỉ số tối thiểu về chỉ tiêu công nghệ : Dt = 1,5 m . D = 1685 mm . Db = 1615 mm . Dl = 1565 mm . Do = 1510 mm . Loại bulông : M 30 . Số bulông = 40 cái . h = 50 mm . II.4. TÍNH TOÁN CHO LÒ PHẢN ỨNG SỐ 2 : II.4.1. Cân bằng vật chất lò 2: Lượng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò số 2 : mng2 = 29,92 tấn / h . Lượng C3 chiếm : 29,92 . 0,4314 = 12,907 tấn / h . Lượng C4 chiếm : 29,92 . 0,5686 = 17,013 tấn / h . Lượng C3 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất h=62% . 0,62 . 12,097 = 8,002 tấn / h . Lượng C4 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất h=66% . 0,66 . 17,013 = 11,229 tấn / h . lượng xúc tác ở lò 2 : 5,9835 tấn / h . Hàm lượng cốc tạo thành ở lò 2 : 0,03 . 5,9835 = 0,1795 tấn / h .. Hiệu suất tạo cốc : 0,1795 / 29,92 = 0,006 . Lượng cốc tạo từ C3 : 0,006 . 12,907 = 0,077 tấn / h . Lượng cốc tạo từ C4 : 0,006 . 17,013 = 0,102 tấn / h . Lượng C3 chưa chuyển hoá ra khỏi lò 2 : 4,828 tấn / h . Lượng C4 chưa chuyển hoá ra khỏi lò 2 : 5,682tấn /h . Tính lượng H2 và hydrocacbon thơm : 2 C3H8 = C6H6 + 5H2 7 C3H8 = 3C7H8 + 16H2 8 C3H8 = 3C8H10 + 17H2 3 C4H10 = 2C6H6 + 9H2 7 C4H10 = 4C7H8 + 19H2 2 C4H10 = C8H10 + 5H2 Do đó : Lượng H2 sinh ra do C3 : 0,813 tấn / h . Lượng H2 sinh ra do C4 : 1,0648 tấn /h . Vậy tổng lượng hydro sinh ra tại lò : 1,8778 tấn / h . Lượng hydrocacbon thơm tạo từ C3 : 7,189 tấn / h . Lượng hydrocacbon thơm tạo từ C4 : 10,1642 tấn / h . Nếu lượng nguyên liệu chỉ có Propan ( C3 ) thì sản phẩm lỏng : B = 27% , T = 43% , X = 21% và C9+ = 9% . Nếu lượng nguyên liệu chỉ có Propan ( C4 ) thì sản phẩm lỏng B = 22% , T = 44% , X = 25% và C9+ = 9% Do đó : Lượng Benzen sinh ra: 0,27 . 7,189 + 0,22 . 10,1642 = 4,177 tấn / h . Lượng Toluen sinh ra: 0,43 . 7,189 + 0,44 . 10,1642 = 7,564 tấn / h . Lương Xylen sinh ra : 0,21 . 7,189 + 0,25 . 10,1642 = 4,051 tấn / h . lượng C9+ sinh ra : 0,09 . 7,189 + 0,09 . 10,1642 = 1,562 tấn / h . Bảng cân bằng vật chất của nguyên liệu và sản phẩm đã vào và ra ở lò 2 : Cấu tử Đầu vào ( tấn / h ) Đầu ra ( tấn / h ) C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 Xúc tác Cốc 80,6633 105,8629 2,7847 5,0422 2,7004 1,0412 1,2518 9,9725 0,1197 72,5843 94,5319 6,9617 12,6062 6,7514 2,6032 3,1296 9,9725 0,2974 Tổng 209,437 209,437 II. 4.2. Cân bằng nhiệt lượng của lò số 2 : 4.2.a. Nhiệt lượng mang vào : Áp dụng công thức : Q = S Gi . Cpi . Ti . Trong đó : Gi : là năng suất của các cấu tử, ( mol / h ) . Cpi : nhiệt dung của các cấu tử, calo / mol . độ . Ti : nhiệt độ của các cấu tử, oK . Bảng số liệu : Cấu tử Lượng vào ( tấn / h ) Cp cal / mol . độ Nhiệt độ oK C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 80,6633 105,8629 2,7847 5,0422 2,7004 1,0412 1,2518 52,372 62,616 71,751 37,571 89,136 93,21 6,79 803 Nhiệt lượng do sản phẩm và nguyên liệu mang vào lò 2 : Q21 = 103 ( 80,6633 . 52,372 / 44 + 105,8629 . 62,616 / 58 + 2,7847 . 71,175 / 78 + 5,0422 . 37,751 / 92 + 2,7004 / 89,136 /106 + 1,0412 . 93,21 / 120 +1,2518 . 6,79 / 2 ) . 803 = 178474339,3 kcal / h . 4.2.b. Lượng nhiệt do xúc tác mang vào : Trong quá trình này ta sử dụng xúc tác ZSM – 5 có kích thước mao quản trung bình ( » 5,5Ao ) . Q22 = ( 9,9725 . 103 . 0,887 . 803 ) / 4,1868 = 1696527,9 kcal / h . 4.2.c. Nhiệt lượng cần thiết do lò ống cung cấp cho lò2 . Tổng lượng nhiệt mang vào là : QVÀO = Q21 + Q22 + Q23 . 4.2.d. Lượng nhiệt do hiệu ứng nhiệt tiêu tốn ở lò 2 . Q24 = ( SDHS cuối - SDHS đầu ) . Trong đó : SDH = S Gi . DHSi . Gi : năng suất của các cấu tử, mol / h. DHSi : nhiệt sinh của các cấu tử , kcal / mol . tra bảng số liệu DHSi của các cấu tử có trong bảng số liệu . Cấu tử DH298 kcal / mol Gvào ( tấn / h ) Gra ( tấn / h ) C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 -24,82 -29,812 19,82 11,95 4,49 4,0 0 80,6633 105,8629 2,7847 5,0422 2,7004 1,0412 1,2518 72,5843 94,5319 6,9617 12,6062 6,7514 2,6032 3,1296 SDHS cuối = - 85754366,34 kcal / h . SDHS đầu = - 98403335,95 kcal / h . Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng 2 : Q24 = ( SDHS cuối - SDHS đầu ) . = 12648969,61 kcal / h . 4.2.e. Lượng nhiệt do sản phẩm mang ra : Q25 Sản phẩm mang ra tại nhiệt độ 510oC , hỗn hợp sản phẩm đi ra có thành phần như sau : Cấu tử Tấn / h Cp (calo / mol . độ) Nhiệt độ oK C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9+ H2 72,5843 94,5319 6,9617 12,6062 6,7514 2,6032 3,1296 51,08 61,17 69,84 37,2 87,25 90,32 6,79 783 oK Aùp dụng công thức : Q = S Gi . Cpi . Ti . Trong đó : Gi : là năng suất của các cấu tử, ( mol / h ) . Cpi : nhiệt dung của các cấu tử, calo / mol . độ . Ti : nhiệt độ của các cấu tử, oK . Q25 = 167119229,2 kcal / h . 4.2.f. Lượng nhiệt do xúc tác mang ra : Khi xúc tác ra khỏi thiết bị có nhiệt độ là 510oC . Nhiệt lượng do xúc tác mang ra : Q26’ = Gx tác . C . T ( kcal / h ) . Q26’ = 9,9725 . 103 . 0,887 . 783 / 4,1868 = Q26’ = 1654273 kcal / h . Nhiệt lương do cốc mang ra : * Đối với Propan : Q1’= ( 0,077 .103 . 51,08 . 783 ) / 44 = Q1’= 69992,37kcal / h . * Đối với Butan : Q2’ = ( 0,102 .103 . 61,17 .783 ) / 58 = Q2’ = 84231,09 kcal / h . Tổng lượng nhiệt do cốc mang ra : S Q1’ = 69992,37 + 46903,98 = 116896,35 kcal / h . S Q2’ = 84231,09 + 56154,06 = 140385,15 kcal / h . Vậy nhiệt lượng do xúc tác và cốc mang ra là : Q6 Q26 = Q26’ + Q1’ + Q2’ Q26 = 1654273 + 116896,35 + 140385,15 = Q26 = 1911554,5 kcal / h . 4.2.g. Lượng nhiệt mất mát Qm : Thông thường người ta tính nhiệt lượng mất mát là 0,05% lượng nhiệt tiêu tốn : Qm = 0,05 . Q23 ( kcal / h ) . Cân bằng nhiệt lương cho toàn thiết bị phản ứng : Q21 + Q22 + Q23 = Q24 + Q25 + Q26 + Qm . Do đó : 0,95 Q23 = Q24 + Q25 + Q26 - Q21 + Q22 Thế số ta được : Q23 = 1588300,96 kcal / h . Nhiệt lượng mất mát môi trường : Qm = 0,05 . Q23 Thế số ta được : Qm = 79415,05 kcal / h . Bảng cân bằng nhiệt lượng cho toàn bộ hệ thống : Lượng nhiệt vào Kcal / h Lượng nhiệt ra Kcal / h Q21 Q22 Q23 178474339,3 1696527,9 1588300,96 Q24 Q25 Q26 Qm 12648969,61 1167119229,2 1911554,5 79415,05 Tổng 181759168,2 Tổng 181759168,2 II.4.3. Tính toán kích thước cho lò số 2 : Lượng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò 2 : 29,921 tấn / h . Vì độ chuyển hoá là 64% nên ta có . 29,921 . 103 . 0,64 = 19149,44 kg / h . Đổi thể tích từ điều kiện chuẩn sang điều kiện làm việc : P . V / T = Po . Vo / To . V = Po . Vo . T / P . To . Thế số : V = 1 . 22,4 . 803 / ( 3,5 . 273 ) = 18,2 m3 . Thể tích của lò 2 làm việc : Vr = 19149,44 . 18,2 / 51,96 = 6707,46 m3 / h . Mà : Vr = Wr . S . 3600 . Trong đó : Wr : là vận tốc dài của hỗn hợp , Wr = 0,8 m / s . S : thiết diện ngang của thiết bị, m3 . S = P . Dt2 / 4 . Dt : đường kính trong của thiết bị, m . Vậy : Dt2 = Vr . 4 / Wr . P . 3600 . Thế số vào ta được : Dt = 1,8 m . Số lượng xúc tác lò 2 chiếm : 5,682 tấn / h . Mật độ của xúc tác là : r = 680 kg / m3 . Vậy thể tích lò chứa xúc tác là : VXT 2 = GXT 2 / r = 5682 / 680 = 8,799 m3 . Chiều cao của lò xúc tác xác định : Với : VXT 2 = H . S = H . P . Dt2 / 4 . Vậy : H = 4 . VXT 2 / . P . Dt2 . Thế số vào ta được: H = 3,46 m . Chọn H = 3,46 m . Số ống trong lò 2 : n = 20 ống . Vậy : Dt = 1,8 ( m ) . H = 3,46 ( m ) . II.5. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO LÒ SỐ 2 : * Chiều dày của thành thiết bị được tính theo công thức : ( m) Trong đó : Dt : là đường kính trong của thiết bị, ( m ) . Pt : là áp suất trong của thiết bị, N / m2 . C : hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, (mm). C = C1 + C2 + C3 . Trong đó : C1 : hệ số bổ sung do ăn mòn , thép X18H10T có vận tốc gỉ là, C1= 0 . C2 : bổ sung do bào mòn , C2 = 0 . C3 : bổ sung do dung sai về chiều dày , phụ thuộc vào chiều dày tấm vật