Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất aromatic từ khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)

. 803 / 1000 = 62,616 (calo / mol.độ) Áp dụng công thức: Q = Gi . Cpi Ti . Trong đó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 46 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 , o K . Từ đây ta tính đƣợc: Q1 = 671,8281.52,372 94,6719 . 62,616 ( ).10 .803 44 58 Q1 = 150724309,2 ( kcal / h ) 2.2 Lƣợng nhiệt do xúc tác mang vào: Trong quá trình này ta sử dụng xúc tác ZSM–5 có kích thƣớc mao quản ( 5,5 0A ) 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 . Áp 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 lƣợng 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.độ) 26 26 15,9 16,8 9,63 Bảng 12. Nhiệt dung riêng của chất hoá học. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 47 Từ công thức: C = ( n1 . Ci ) / M . Khối lƣợng mol của xúc tác ZSM – 5 M = 23 . 2 + 2 . 27 + 94 . 28 + 208 . 16 + 16 . 2 = 6092 . C = (2.26 + 2.26 + 94.15,9 + 16,8.208 + 32.9,63)/6092 = 0,8866 (kJ/kg.độ). Vậy nhiệt lƣợng do xúc tác mang vào. Q2 = ( 33,3 . 10 3 . 0,8866 . 803 ) / 4,1868 = 5662461,866 (kcal / h) 2.3. Nhiệt lƣợng cần thiết do lò ống cung cấp cho toàn phản ứng Tổng lƣợng nhiệt mang vào là: QVÀO = Q1 + Q2 + Q3 2.4. Tính nhiệt lƣợng mang ra: a) Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng: Coi Enthapy ( H ) không phụ thuộc vào nhiệt độ , khi đó hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Q4 = ( HS cuối - HS đầu ) . Trong đó: H = Gi . HSi Gi: năng suất của các cấu tử, mol / h HSi: nhiệt sinh của các cấu tử, kcal / mol . tra bảng số liệu HSi của các cấu tử có trong bảng số liệu . Cấu tử H298 kcal / mol Gra (tấn / h) Gvào (tấn / h) C3H8 C4H10 -24,82 -29,812 26,8657 31,6205 71,8281 94,6719 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 48 C6H6 C7H8 C8H10 C9 + H2 19,82 11,95 4,49 4,0 0 23,245 42,0893 22,5413 8,691 10,45 HS cuối = 6 -24,82.26,8657 29,812.31,6205 19,82.23,245 10 .( 44 58 78 11,95.42,0893 4,49.22,5413 4.8,694 ) 92 106 120 = -18789370,51 (kcal / h) HS đầu = -24,82.71,8281 29,812.94,6719610 .( ) 44 58 =-89178934,83 (kcal/h) Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng: Q4 = ( HS cuối - HS đầu ) . = 70389564,32 (kcal / h) b) Lƣợng nhiệt do sản phẩm mang ra: Hỗn hợp sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng sẽ có nhiệt độ là: 510 oC . Hỗn hợp sản phẩm mang ra có thành phần nhƣ sau: Cấu tử Gra (tấn / h) Cp (calo / mol . độ) Nhiệt độ o K C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 26,8657 31,6205 23,245 42,0893 22,5413 51,08 61,17 69,84 37,2 87,25 783 o K ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 49 C9 + H2 8,691 10,45 90,32 6,79 Áp dụng công thức: Q = 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 , o K . Q5= 6 26,8657. 51,08 31,6205.61,17 23,245.69,84 42,0893.37,2 10 .( 44 58 78 2 22,5413.87,25 8,694.90,32 10,45.6,79 ).783 106 120 2 = 14695800 (kcal / h) c) Nhiệt lương do xúc tác và cốc mang ra: Q6 - Khi xúc tác ra khỏi thiết bị có nhiệt độ là 530 o C . - Nhiệt lƣợng do xúc tác mang ra: Q6’ = Gx tác . C . T ( kcal / h ) . = 33,3 . 10 3 . 0,8866 . 783 / 4,1868 = 5521429,192 (kcal / h) - Nhiệt lƣơng do cốc mang ra:  Đối với Propan: Q1’ = ( 0,431 .10 3 . 51,08 . 783 ) / 44 = = 391775,4736 (kcal / h)  Đối với Butan: Q2’ = ( 0,568 .10 3 . 61,17 .783 ) / 58 = = 469051,56 (kcal / h) Vậy nhiệt lƣợng do xúc tác và cốc mang ra là: Q6 Q6 = Q6’ + Q1’ + Q2’ = 5521429,192 + 391775,4736 + 469051,56 = 6382256,226 (kcal / h) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 50 d) Lƣợng nhiệt mất mát Qm: Thông thƣờng ngƣời ta tính nhiệt lƣợng mất mát là 0,05% lƣợng nhiệt tiêu tốn: Qm = 0,05 . Q3 (kcal / h) Cân bằng nhiệt lƣợng 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 có: Q3 = 36927209,98 (kcal / h) Nhiệt lƣợng mất mát môi trƣờng: Qm = 0,05 . Q3 Thế số ta đƣợc: Qm = 1846360,499 (kcal / h) Bảng cân bằng nhiệt lƣợng cho toàn bộ hệ thống: Lƣợng nhiệt vào Kcal / h Lƣợng nhiệt ra Kcal / h Q1 Q2 Q3 150724309,2 5662461,866 36927209,98 Q4 Q5 Q6 Qm 70389564,32 14695800 6382256,226 1846360,499 Tổng 193313981,046 Tổng 193313981,045 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 51 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: 3.1 Tính toán cho thiết bị phản ứng số 1 3.1.1 Tính cân bằng vật chất: Phƣơng trình chính xảy ra trong thiết bị phản ứng: CnH2n + 2 = CnH2n- 6 + 4 H2 Sự giảm hàm lƣợng hydrocacbon do chuyển hoá hoá học ở phản ứng trên đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình vi phân sau: - d Np / d Vp = K1 . PP – ( K1 / KP1 ) .PA .( PH ) 4 Trong đó: - Np: Phần mol của Parafin bị chuyển hoá -Vp: đại lƣợng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol (kg xúc tác/kmol.h ngliệu ) . - K1:bằng hằng số tốc độ phản ứng đƣợc xác định từ đồ thị (kmol/Pa.h.kg xúc tác). KP1: là hằng số cân bằng hoá học của phản ứng . KP1 = 9,81 3 . 10 12 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 =803 o k 1000 / T = 1000 / 803 = 1,245 Ta có K1 =11.10 -7 kmol / Pa . h .kg xúc tác . Từ phƣơng trình phản ứng ta tính đƣơc hằng số cân bằng phản ứng. KP1 = 9,81 3 . 10 12 e 46,15 – 25000 / 803 = 14,96 .10 20 Pa 3 Tính áp suất PA và áp suất PH Đổi đơn vị của các thành phần : - Của H2 : 10,45 . 10 3 / 2 = 5115 (kmol / h) - Của xúc tác : 33,3 . 103 / 6092 = 5,4662 (kmol / h) - Của C3 : 71,8281 . 10 3 / 44 = 1632,4568 (kmol / h) - Của C4 : 94,6719 . 10 3 / 58 = 1632,2741 (kmol / h) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 52 - Của hydrocacbon thơm : 128,20513 . 103 / 99 = 1295 (kmol / h) (chọn khối lƣợng phân tử trung bình của hydrocacbon thơm M = 99) Tính toán sự phân bố áp suất của các cấu tử trong hỗn hợp nhƣ 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 nhƣ sau: Cấu tử mi ( kmol / h ) Yi’ = mi / mi Pi CnH2n + 2 CnH2n- 6 H2 Xúc tác 3264,731 1295 5225 5,4662 0,33347 0,13227 0,5337 0,00056 114380,21 45368,61 183059,1 192,08 Tổng 9790,1971 1,000 Vậy: - d Np / d Vp = K1 . PP – ( K1 / KP1 ) .PA .( PH ) 4 Thay số vào ta đƣợc: - d Np/d Vp = 11.10 -7 .114380,21 - 11.10 -7 .45368,61.(183059) 4 / (14,96 . 10 20 ) -d Np / d Vp = 0,088357 Vậy -Np = 0,088357 . Vp Mà Vp = mXT1 / mngl Với: mXT1: lƣợng xúc tác vào lò 1 kg / h . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 53 mngl : lƣợng nguyên liệu vào lò 1 , (kmol / h) mngl = 166,5 . 10 3 / 52 = 3201,9231 (kmol / h) Khối lƣợng phân tử trung bình của nguyên liệu: M . M = 0,4314 . 44 + 0,5686 . 58 = 52 Vậy: Vp = 3,33 . 10 3 / 3,836 . 10 3 = 1,04 Np = 0,088357 . 1,04 = 0,085 Lƣợng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò số 1: 0,085 . 166,5 = 14,1252 (tấn / h) Lƣợng C3 chiếm: 14,1252 . 0,4314 = 6,1054 (tấn / h) Lƣợng C4 chiếm: 14,1252 . 0,5686 = 8,0471 (tấn / h) Lƣợng C3 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất = 62% . 0,62 . 6,1054 = 3,78535 (tấn / h) Lƣợng C4 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất = 66% . 0,66 . 8,0471 = 5,3111 (tấn / h) Hàm lƣợng cốc tạo thành ở lò 1: 0,03 . 3,33 = 0,0999 (tấn / h) Lƣợng xúc tác và cốc ra khỏi lò1: 3,33 + 0,0999 = 3,4299 (tấn / h) Hiệu suất tạo cốc: 0,0999 / 14,1525 = 0,006 Lƣợng cốc tạo từ C3: 0,006 . 5,3111 = 0,0436 (tấn / h) Lƣợng cốc tạo từ C4: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 54 0,006 . 8,0471 = 0,0562 (tấn / h) Lƣợng C3 chƣa chuyển hoá ra khỏi lò 1: 6,1054 - 3,8535 - 0,0427 = 2,2092 (tấn / h) Lƣợng C4 chƣa chuyển hoá ra khỏi lò 1: 8,0471 - 5,3111 - 0,0562 = 2,6798 (tấn /h) Tính lƣợng 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: Lƣợng H2 sinh ra do C3: 3,8535 . 38 . 2 / ( 17 . 44 ) = 0,3846 (tấn / h) Lƣợng H2 sinh ra do C4: 5,3111 . 33 . 2 / ( 12 . 58 ) = 0,50364 (tấn /h) Vậy tổng lƣợng hydro sinh ra tại lò 1: 0,3846 + 0,50364 = 0,88824 (tấn / h) Lƣợng hydrocacbon thơm tạo từ C3: 3,78535 - 0,3846 = 3,4 (tấn / h) Lƣợng hydrocacbon thơm tạo từ C4: 5,3111 - 0,50364 = 4,80746 (tấn / h) Nếu lƣợng nguyên liệu chỉ có Propan ( C3 ) thì sản phẩm lỏng: B = 27% , T = 43% , X = 21% và C9 + = 9% Nếu lƣợng nguyên liệu chỉ có Propan ( C4 ) thì sản phẩm lỏng: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 55 B = 22% , T = 44% , X = 25% và C9 + = 9% Do đó: Lƣợng Benzen sinh ra: 0,27 . 3,4 + 0,22 . 4,80746 = 1,97564 (tấn / h) . Lƣợng Toluen sinh ra: 0,43 . 3,4 + 0,44 . 4,80746 = 3,5773 (tấn / h) Lƣơng Xylen sinh ra: 0,21 . 3,4 + 0,25 . 4,80746 = 1,91586 tấn / h . lƣợng C9 + sinh ra: 0,09 . 3,4 + 0,09 . 4,80746 = 0,73867 (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 71,8281 94,6719 3,33 68 89,3046 1,97564 3,5773 1,91586 0,73867 0,88824 3,33 0,0999 Tổng 169,83 169,83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 56 3.1.2. Cân bằng nhiệt: a. Lƣợng nhiệt do nguyên liệu mang vào: Q11 Thành phần nguyên liệu mang vào: Cấu tử G ( (tấn / h) ) Cp ( cal /mol .độ) Nhiệt độ o K C3H8 C4H10 71,8281 94,6719 52,372 62,616 803 Áp dụng công thức: Q = 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 , o K . Từ đây ta tính đƣợc: Q11 = 10 6 . ( 71,8281 . 52,372 / 44 + 94,6719 . 62,616 / 58 ) . 803 Q11 = 150724309 ( kcal / h ) b. Lƣợng nhiệt do xúc tác mang vào: Trong quá trình này ta sử dụng xúc tác ZSM–5 có kích thƣớc mao quản ( 5,5Å) 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 . Ap dụng công thức tính nhiệt dung riêng của một hợp chất hoá học . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 57 M. C = n1. C1 + n2 . C2 + n3 . C3… Trong đó: - M: là khối lƣợng 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 . độ) 26 26 15,9 16,8 9,63 Từ công thức: C = ( n1 . Ci ) / M . Khối lƣợng 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 = 0,8866 (kJ/kg.độ) Vậy nhiệt lƣợng do xúc tác mang vào . Q12 = ( 33,3 . 10 3 . 0,8866 . 803 ) / 4,1868 = 5662461,866 (kcal / h) c. Nhiệt lƣợng cần thiết do lò ống cung cấp cho lò1 . Tổng lƣợng nhiệt mang vào là: QVÀO = Q11 + Q12 + Q13 . d. Lƣợng nhiệt do hiệu ứng nhiệt tiêu tốn ở lò 1 . Q14 = ( HS cuối - HS đầu ) . Trong đó: - H = Gi . HSi - Gi: năng suất của các cấu tử, mol / h . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 58 - HSi: nhiệt sinh của các cấu tử , kcal / mol . Tra bảng số liệu HSi của các cấu tử có trong bảng số liệu . Cấu tử H298 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 68 89,3046 1,97564 3,5773 1,91586 0,73867 0,88824 71,8281 94,6719 HS cuối = 6 -24,82.68 -29,812.89,3046 19,82.1,97564 10 .( 44 58 78 11,95.3,5773 4,49.1,91586 4.0,73867 ) 92 106 120 = -83183309,93 (kcal / h) HS đầu = 10 6 ( -24,82 . 71,8281 / 44 - 29,812 . 94,6719 / 58 ) = - 89178934,83 (kcal / h) Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng: Q14 = ( HS cuối - HS đầu ) . = 5995624,9 (kcal / h) e. Lƣợng nhiệt do sản phẩm mang ra: Sản phẩm mang ra tại nhiệt độ 510oC, hỗn hợp sản phẩm đi ra có thành phần nhƣ sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 59 Cấu tử (tấn / h) Cp (calo / mol . độ) Nhiệt độ oK C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9 + H2 68 89,3046 1,97564 3,5773 1,91586 0,73867 0,88824 51,08 61,17 69,84 37,2 87,25 90,32 6,79 783 o K Ap dụng công thức: Q = 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, o K . Q15 = 6 68. 51,08 89,3046.61,17 1,97564.69,84 3,5773.37,2 10 .( 44 58 78 92 1,91586.87,25 0,7387.90,32 0,88824.6,79 ).783 106 120 2 = 153220629,9 (kcal / h) f. Lƣợng nhiệt do xúc tác mang ra: Khi xúc tác ra khỏi thiết bị có nhiệt độ là 510oC . Nhiệt lƣợng do xúc tác mang ra: Q6’ = Gx tác . C . T ( kcal / h ) . Q6’ = 3,33 . 10 3 . 0,88 .66 783 / 4,1868 = Q6’ = 552142,92 (kcal / h) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 60 Nhiệt lƣơng do cốc mang ra: * Đối với Propan: Q1’= ( 0,0427 .10 3 . 51,08 . 783 ) / 44 = Q1’= 38813,95 (kcal / h) * Đối với Butan: Q2’ = ( 0,0562 .10 3 . 61,17 .783 ) / 58 = Q2’ = 46409,679 (kcal / h) Vậy nhiệt lƣợng do xúc tác và cốc mang ra là: Q6 Q16 = Q6’ + Q1’ + Q2’ = 552142,92 + 38813,95 + 46409,679 = 637366,549 (kcal / h) g. Lƣợng nhiệt mất mát Qm: Thông thƣờng ngƣời ta tính nhiệt lƣợng mất mát là 0,05% lƣợng nhiệt tiêu tốn: Qm = 0,05 . Q13 ( kcal / h ) . Cân bằng nhiệt lƣơng 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 đƣợc: Q13 = 3649316,138 (kcal / h) Nhiệt lƣợng mất mát môi trƣờng: Qm = 0,05 . Q13 Thế số ta đƣợc: Qm = 182465,8068 (kcal / h) Bảng cân bằng nhiệt lƣợng cho toàn bộ hệ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 61 Lƣợng nhiệt vào Kcal / h Lƣợng nhiệt ra Kcal / h Q11 Q12 Q13 150724309,2 5662461,866 3649316,138 Q14 Q15 Q16 Qm 5995624,9 153220629,9 637366,549 182465,8068 Tổng 160036078,2 Tổng 160036078,1 56 3.2. TÍNH TOÁN CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SỐ 2: 3.2.1. Cân bằng vật chất thiết bị phản ứng số 2: Lƣợng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò số 2: mng2 = 22,95 (tấn / h) Lƣợng C3 chiếm: 22,95 . 0,4314 = 9,9 (tấn / h) Lƣợng C4 chiếm: 22,95 . 0,5686 = 13,05 (tấn / h) Lƣợng C3 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất =62% . 0,62 . 9,9 = 6,138 (tấn / h) Lƣợng C4 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất =66% . 0,66 . 13,05 = 8,613 (tấn / h) Lƣợng xúc tác ở lò 2 : 4,59 (tấn / h) Hàm lƣợng cốc tạo thành ở lò 2: 0,03 . 4,59 = 0,1377 (tấn / h). Hiệu suất tạo cốc: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 62 0,1377 / 22,95 = 0,006 Lƣợng cốc tạo từ C3: 0,006 . 9,9 = 0,0594 (tấn / h) Lƣợng cốc tạo từ C4: 0,006 . 13,05 = 0,0783 (tấn / h) Lƣợng C3 chƣa chuyển hoá ra khỏi lò 2: 3,7026 (tấn / h) Lƣợng C4 chƣa chuyển hoá ra khỏi lò 2: 4,3587 (tấn /h) Tính lƣợng 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: Lƣợng H2 sinh ra do C3: 0,62822 (tấn / h) Lƣợng H2 sinh ra do C4: 0,81675 tấn /h Vậy tổng lƣợng hydro sinh ra tại lò : 1,44497 (tấn / h) Lƣợng hydrocacbon thơm tạo từ C3: 5,50978 (tấn / h) Lƣợng hydrocacbon thơm tạo từ C4: 7,79625 (tấn / h) Nếu lƣợng nguyên liệu chỉ có Propan ( C3 ) thì sản phẩm lỏng: B = 27% , T = 43% , X = 21% và C9 + = 9% Nếu lƣợng nguyên liệu chỉ có Propan ( C4 ) thì sản phẩm lỏng B = 22% , T = 44% , X = 25% và C9 + = 9% Do đó: Lƣợng Benzen sinh ra: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 63 0,27 . 5,50978 + 0,22 . 7,79625 = 3,202 (tấn / h) Lƣợng Toluen sinh ra: 0,43 . 5,50978 + 0,44 . 7,79625 = 5,8 (tấn / h) Lƣơng Xylen sinh ra: 0,21 . 5,50978 + 0,25 . 7,79625 = 3,1061 (tấn / h) lƣợng C9 + sinh ra: 0,09 . 5,50978 + 0,09 . 7,79625 = 1,1975 (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 68 89,3046 1,97564 3,5773 1,91586 0,73867 0,88824 7,92 0,0999 61,80175 80,639 5,17764 9,3773 5,01986 1,93617 2,33321 7,92 0,2376 Tổng 171,5 171,5025 3.2.2. Cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị phản ứng số 2 a. Nhiệt lƣợng mang vào Áp dụng công thức: Q = Gi . Cpi Ti . Trong đó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 64 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, o K . Bảng số liệu: Cấu tử Lƣợng vào (tấn / h) Cp cal / mol . độ Nhiệt độ o K C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9 + H2 68 89,3046 1,97564 3,5773 1,91586 0,73867 0,88824 52,372 62,616 71,751 37,571 89,136 93,21 6,79 803 Nhiệt lƣợng do sản phẩm và nguyên liệu mang vào lò 2: Q21 = 75218329,67 (kcal/h) b. Lƣợng nhiệt do xúc tác mang vào: Trong quá trình này ta sử dụng xúc tác ZSM – 5 có kích thƣớc mao quản trung bình ( 5,5Ao ) . Q22 = ( 7,92 . 10 3 . 0,8866 . 803 )/4,1868 = 1346747,687 (kcal / h) c. Nhiệt lƣợng cần thiết do lò ống cung cấp cho lò2 . Tổng lƣợng nhiệt mang vào là: QVÀO = Q21 + Q22 + Q23 . d. Lƣợng nhiệt do hiệu ứng nhiệt tiêu tốn ở lò 2 . Q24 = ( HS cuối - HS đầu ) . Trong đó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 65 - H = Gi . HSi - Gi: năng suất của các cấu tử, mol / h. - HSi: nhiệt sinh của các cấu tử , kcal / mol . Tra bảng số liệu HSi của các cấu tử có trong bảng số liệu . Cấu tử H298 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 68 89,3046 1,97564 3,5773 1,91586 0,73867 0,88824 61,80175 80,639 5,17764 9,3773 5,01986 1,93617 2,33321 HS cuối = - 73499886,96 (kcal / h) HS đầu = - 83183309,93 (kcal / h) Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng 2: Q24 = ( HS cuối - HS đầu ) . = 9683422,968 (kcal / h) e. Lƣợng nhiệt do sản phẩm mang ra: Q25 Sản phẩm mang ra tại nhiệt độ 510oC , hỗn hợp sản phẩm đi ra có thành phần nhƣ sau: Cấu tử (tấn / h) Cp (calo / mol . độ) Nhiệt độ o K ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 66 C3H8 C4H10 C6H6 C7H8 C8H10 C9 + H2 61,80175 80,639 5,17764 9,3773 5,01986 1,93617 2,33321 51,08 61,17 69,84 37,2 87,25 90,32 6,79 783 o K Ap dụng công thức: Q = 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, o K . → Q25 = 139927020,6 (kcal / h) f. Lƣợng nhiệt do xúc tác mang ra: Khi xúc tác ra khỏi thiết bị có nhiệt độ là 510oC . Nhiệt lƣợng do xúc tác mang ra: Q26’ = Gx tác . C . T ( kcal / h ) . Q26’ = 7,92 . 10 3 . 0,887 . 783 / 4,1868 Q26’ = 1313204,781 (kcal / h) Nhiệt lƣơng do cốc mang ra: * Đối với Propan: Q1’= ( 0,0594 .10 3 . 51,08 . 783 ) / 44 Q1’= 53994,114 (kcal / h) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 67 * Đối với Butan: Q2’ = ( 0,0783 .10 3 . 61,17 .783 ) / 58 Q2’ = 64659,7485 (kcal / h) Tổng lƣợng nhiệt do cốc mang ra: Q1’ = 53994,114 + 38813,95 = 92808,064 (kcal / h) Q2’ = 64659,7485 + 46409,679 = 111069,4275 (kcal / h) Vậy nhiệt lƣợng do xúc tác và cốc mang ra là: Q6 Q26 = Q26’ + Q1’ + Q2’ Q26 = 92808,064 + 111069,4275 + 1313204,781 Q26 = 1517082,273 (kcal /h ) g. Lƣợng nhiệt mất mát Qm: Thông thƣờng ngƣời ta tính nhiệt lƣợng mất mát là 0,05% lƣợng nhiệt tiêu tốn: Qm = 0,05 . Q23 ( kcal / h ) . Cân bằng nhiệt lƣơng 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 đƣợc: Q23 = 77049629,98 (kcal / h) Nhiệt lƣợng mất mát môi trƣờng: Qm = 0,05 . Q23 Thế số ta đƣợc: Qm = 3852481,499 (kcal / h) Bảng cân bằng nhiệt lƣợng cho toàn bộ hệ thống: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 68 Lƣợng nhiệt vào Kcal / h Lƣợng nhiệt ra Kcal / h Q21 Q22 Q23 75218329,67 1346747,687 77049629,98 Q24 Q25 Q26 Qm 9683422,968 139927020,6 1517082,273 3852481,499 Tổng 153614707,328 Tổng 153614707,34 3.3. TÍNH TOÁN CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SỐ 3: 3.3.1 Cân bằng vật chất thiết bị phản ứng số 3: Lƣợng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò số 3: mng3 = 45,9 (tấn / h) Lƣợng C3 chiếm: 45,9 . 0,4314 = 19,80126 (tấn / h) Lƣợng C4 chiếm: 45,9 . 0,5686 = 26,09874 (tấn / h) Lƣợng C3 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất =62% . 0,62 . 19,80126 = 12,27678 (tấn / h) Lƣợng C4 chuyển hoá thành hydrocacbon thơm và H2 với hiệu suất =66% . 0,66 . 26,09874 = 17,22517 (tấn / h) Lƣợng xúc tác ở lò 3 : 9,18 (tấn / h) Hàm lƣợng cốc tạo thành ở lò : 0,03 . 9,18 = 0,2754 (tấn / h). Hiệu suất tạo cốc: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 69 0,2754 / 45,9 = 0,006 Lƣợng cốc tạo từ C3: 0,1188 (tấn / h) Lƣợng cốc tạo từ C4: 0.115660 (tấn / h) Lƣợng C3 chƣa chuyển hoá ra khỏi lò 3: 7,40568 (tấn / h) Lƣợng C4 chƣa chuyển hoá ra khỏi lò 3: 8,71697 tấn /h Lƣợng H2 sinh ra do C3: 1,24737 (tấn / h) Lƣợng H2 sinh ra do C4: 1,633421 (tấn /h) Vậy tổng lƣợng hydro sinh ra tại lò : 2,8808 (tấn / h) Lƣợng hydrocacbon thơm tạo từ C3: 11,02941 (tấn / h) Lƣợng hydrocacbon thơm tạo từ C4: 15,59175 (tấn / h) Nếu lƣợng nguyên liệu chỉ có Propan ( C3 ) thì sản phẩm lỏng: B = 27% , T = 43% , X = 21% và C9 + = 9% Nếu lƣợng nguyên liệu chỉ có Propan ( C4 ) thì sản phẩm lỏng B = 22% , T = 44% , X = 25% và C9 + = 9% Do đó: Lƣợng Benzen sinh ra: 6,40812 (tấn / h) Lƣợng Toluen sinh ra: 11,603 (tấn / h) Lƣơng Xylen sinh ra: 6,214 (tấn / h) lƣợng C9 + sinh ra: 2,3959 (tấn / h) . Bảng cân bằng vật chất của nguyên liệu và sản phẩm đã vào và ra ở lò 3: Cấu tử Đầu vào (tấn / h) Đầu ra (tấn / h) C3H8 C4H10 C6H6 61,8026 80,6133 5,17764 49,407 63,23153 11,58576 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001