Đề án Thiết kế dây chuyền sản xuất MTBE từ iso-Butan năng suất 50.000 tấn/năm

ph¶n øng (1) ®Ó trén vµo dßng Metanol vµ isobutylen. HÖ thèng thiÕt bÞ nµy cho phÐp dÔ dµng thay xóc t¸c mµ kh«ng ph¶i dõng qu¸ tr×nh l¹i. Qu¸ tr×nh cho phÐp thu håi MTBE víi hiÖu suÊt cao. 2.S¶n xuÊt MTBE tõ khÝ butan tõ má khÝ [9], [10], [2]. §©y lµ xu h­íng s¶n xuÊt míi sö dông nguyªn liÖu lµ phÇn butan t¸ch tõ khÝ tù nhiªn víi tr÷ l­îng lín. S¬ ®å qu¸ tr×nh s¶n xuÊt MTBE tõ khÝ n-butan nh­ sau: Qu¸ tr×nh bao gåm 3 giai ®o¹n: +Isome ho¸ khÝ má n-butan t¹o thµnh isobutan, qu¸ tr×nh isome ho¸ x¶y ra ë nhiÖt ®é thÊp (150-200oC) vµ ¸p suÊt lµ 200-400psig trong pha h¬i. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh lµ Pt hoÆc Al2O3 hoÆc Pt/Al2O3 cã tÈm mét l­îng hîp chÊt h÷u c¬ dÉn xuÊt clo. KhÝ n-butan ®­a vµo sÏ chuyÓn ho¸ thµnh isobutan ë gÇn ®iÓm c©n b»ng. Mét sè qu¸ tr×nh isome ho¸ ®Ó thùc hiÖn isome n-butan t¹o thµnh isobutan lµ : qu¸ tr×nh isome ho¸ cña Lummus (h×nh 6), qu¸ tr×nh Butamer (UOP) (h×nh 7) +Qu¸ tr×nh ®Ò hy®ro ho¸ isobutan thµnh isobuten: Qu¸ tr×nh ®Ò hy®ro ho¸ nµy ®­îc thùc hiÖn ë t=540y760oC vµ ¸p suÊt thÊp. Xóc t¸c ph¶n øng cã thÓ lµ Cr/Al2O3 hoÆc Pt. S¶n phÈm thu ®­îc chøa 75y85% iso buten vµ isobutan. C¸c qu¸ tr×nh ®Ò hy®ro ho¸ hiÖn nay ®Ó s¶n xuÊt iso buten lµ: qu¸ tr×nh Catofin (Lummus) h×nh 8, qu¸ tr×nh oleflex cña UOP (h×nh9), qu¸ tr×nh STAR cña Phillip, qu¸ tr×nh FBD-4 cña Snamprogetti (h×nh10 vµ11) H×nh 8: C«ng nghÖ Catofin cña ABB Lummus Crest Qu¸ tr×nh nµy sö dông xóc t¸c Crom oxit, nhiÖt cÊp cho ph¶n øng b»ng c¸ch ®èt ch¸y cèi t¹o thµnh xóc t¸c nhê dßng kh«ng khÝ nãng. Qu¸ tr×nh nµy thùc hiÖn ë ¸p suÊt h¬i ch©n kh«ng v× vËy ph¶i chÕ t¹o thiÕt bÞ khã kh¨n. Qu¸ tr×nh Oleflex sö dông xóc t¸c Pt, trong qu¸ tr×nh nµy song song víi viÖc thùc hiÖn ®Ò hy®ro ho¸ (thiÕt bÞ tÇng s«i) lµ viÖc thùc hiÖn t¸i sinh xóc t¸c liªn tôc. NhiÖt cÊp cho c¸c ph¶n øng ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸c thiÕt bÞ gia nhiÖt ë tõng giai ®o¹n, vµ nhê dïng H2 tuÇn hoµn mang nhiÖt vµo. Qu¸ tr×nh STAR víi thiÕt bÞ ph¶n øng d¹ng lß, qóa tr×nh nµy ®¹t gÇn ®Õn thùc hiÖn ®¼ng nhiÖt vµ do ®ã t¨ng ® chän läc, xóc t¸c lµ kim lo¹i qóy. Qu¸ tr×nh FBD-4 sö dông xóc t¸c Crom oxit ë d¹ng bét, qu¸ tr×nh nµy thùc hiÖn liªn tôc, xóc t¸c ®­îc t¸i sinh liªn tôc. +Qu¸ tr×nh ete ho¸ isobuten thµnh MTBE: qu¸ tr×nh nµy ®­îc tiÕn hµnh ë to=40-90oC vµ ¸p suÊt tõ 7-29 at, xóc t¸c lµ nhùa trao ®æi ion. Ph¶n øng thùc hiÖn trong qua láng. C«ng nghÖ qu¸ tr×nh ete ho¸ cña mét sè h·ng nh­ qu¸ tr×nh CD Tech (Lummus), Ether max (UOP), Phillip, Etherfication Process (Phillip)... 3.S¶n xuÊt MTBE tõ Tert Butyl Alcohol: §©y lµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt MTBE ®i tõ nguyªn liÖu iso buten cña qu¸ tr×nh ®Ò hy®rat ho¸ TBA. TBA thu ®­îc lµ ®ång s¶n phÈm trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt propylen oxit. §Ò hy®rat ho¸ MTBE MTBE S¬ ®å qu¸ tr×nh: Tert-Butyl Alcohol isobuten Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt MTBE tõ TBA do h·ng Texaco thùc hiÖn cã s¬ ®å nh­ sau: PhÇn II: So s¸nh ®¸nh gi¸ vµ lùa chän c«ng nghÖ I. So s¸nh c¸c c«ng nghÖ: Cã thÓ thÊy r»ng viÖc sö dông c¸c c«ng nghÖ sö dông nguån isobuten trùc tiÕp tõ khÝ cña qu¸ tr×nhcracking h¬i n­íc, sö dông nguyªn liÖu FCC-BB ®Ó s¶n xuÊt MTBE, chØ cã thÓ ¸p dông víi quy m« nhá do nguån nguyªn liÖu h¹n chÕ. C«ng nghÖ MTBE tõ c¸c nguyªn liÖu kh¸c nhau cã thÓ thÊy ë b¶ng 11. B¶ng 11: C«ng nghÖ MTBE n¨m 1995 ë vïng vÞnh [2] Nguån nguyªn liÖu C«ng suÊt 1000tÊn/n¨m Thïng/ngµy KhÝ butan má KhÝ cracking h¬i n­íc KhÝ cracking xóc t¸c Nguyªn liÖu tõ x­ëng PO/TBA 800.000 100.000 80.000 100.000 20.000 2.500 2.000 25.000 Cã thÓ sö dông c«ng nghÖ cña CD Tech ®Ó s¶n xuÊt MTBE tõ nguån nguyªn liÖu hçn hîp C4 Raffinal-1 hay FCC-BB ®Ó ®¹t ®é chuyÓn ho¸ cao vµ ®¬n gi¶n (l¾p ®Æt trong nhµ m¸y ho¸ dÇu). VÒ kinh tÕ ®©y lµ c«ng nghÖ cã vèn ®©ï t­ 14,4 triÖu USD víi gi¸ thµnh s¶n xuÊt 0,096 USD/c©n Anh. MTBE tõ khÝ ho¸ dÇu kh«ng mÊy hÊp dÉn, còng cã thÓ sö dông c¸c c«ng nghÖ nh­ víi nguyªn liÖu Raffinat (Snamprogetti, Hiils, CD Tech...). HiÖn nay c«ng nghÖ míi ®Ó s¶n xuÊt MTBE cã triÓn väng lµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE ®ã tõ khÝ butan má. MÆc dï ®Çu t­ ban ®Çu cho c«ng nghÖ nµy lín, song cã thÓ s¶n xuÊt víi c«ng suÊt lín. C«ng nghÖ míi cña UOP (gåm qu¸ tr×nh Butamer, oleflex vµ Ethermax), cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n qu¸ tr×nh cña ABB Lummus v× qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c tiÕn hµnh liªn tôc vµ do ®ã xóc t¸c lu«n cã ho¹t ®é cao. HiÖn nay ®Ó lùa chän c«ng nghÖ nªn ®i theo ph­¬ng ph¸p nµy. VÒ kinh tÕ vèn ®Çu t­ ®Ó s¶n xuÊt MTBE theo ph­¬ng ph¸p nµy lµ 193,1 triÖu USD, gi¸ thµnh s¶n xuÊt lµ 206 USD/1000 tÊn MTBE. S¶n xuÊt MTBE ®i theo c«ng nghÖ ARCO cña TAXACO cã vèn ®Çu t­ 68,7 triÖu USD. Gi¸ thµnh s¶n xuÊt lµ 264 USD/1000 tÊn. Ph­¬ng ph¸p nµy còng cã thÓ s¶n xuÊt MTBE víi c«ng suÊt lín 1.000.000 tÊn/n¨m, song gi¸ thµnh s¶n xuÊt ®¾t h¬n. Vµ ph¶i kÕt hîp víi qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Propylen oxit. II.Lùa chän c«ng nghÖ: Tõ ph©n tÝch ë trªn cã thÓ thÊy r»ng ®Ó s¶n xuÊt MTBE víi c«ng suÊt lín th× tèt nhÊt lµ nªn ®i theo c«ng nghÖ sö dông nguyªn liÖu lµ khÝ butan má. Song víi hoµn c¶nh ViÖt Nam, nhu cÇu MTBE sÏ ch­a lín l¾m, v¶ l¹i nÕu nhµ m¸y läc dÇu sè 1 ®i vµo ho¹t ®éng th× l­îng nguyªn liÖu C4 tõ c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu sÏ cã thÓ ®ñ ®¸p øng ®Ó s¶n xuÊt MTBE, nguyªn liÖu còng cã thÓ lµ khÝ isobutan tõ qu¸ tr×nh isome ho¸ khÝ butan má. Do vËy nÕu nguyªn liÖu cña ta lµ isobutan th× ta chän c«ng nghÖ cho qu¸ tr×nh ®Ò hy®ro ho¸ lµ c«ng nghÖ Oleflex vµ cho qu¸ tr×nh ete ho¸ isobuten lµ qu¸ tr×nh Ethermax. S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE tõ isobutan dùa trªn c¸c qu¸ tr×nh Ethermax (UOP) nh­ h×nh 13. Chó thÝch: 1.ThiÕt bÞ gia nhiÖt 2.ThiÕt bÞ ph¶n øng dehydo ho¸ 19.ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 3.ThiÕt bÞ t¸i sinh xóc t¸c 20.ThiÕt bÞ ph©n lykhÝ kh«ng 4.ThiÕt bÞ lµm l¹nh ng­ng -IB butan 5.M¸y nÐn 21.Van ®iÒu chØnh l­u l­îng 6.ThiÕt bÞ sÊy 22.ThiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 7.M¸y gi¶m ¸p 23. ThiÕt bÞ ng­ng tô håi l­u 8. Th¸p t¸ch khÝ nhÑ. 24. Pin nhiÖt ®iÖn 9.ThiÕt bÞ lµm l¹nh 25. B¬m 10.ThiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm 11.ThiÕt bÞ ph¶n øng - ch­ng t¸ch 12.Th¸p hÊp thô CH3OH 13.Th¸p ch­ng t¸ch CH3OH - H2O 14. Thïng chøa mªtanol 15.Thïng trén mªtanol vµ iso - C4H8 16.Thïng chøa isobuten 17.Thïng chøa MTBE 18. Thïng chøa isobutan ThuyÕt minh s¬ ®å c«ng nghÖ: KhÝ isobutan láng ®­îc chøa trong thïng chøa nguyªn liÖu, khÝ isobutan ®­îc trao ®æi nhiÖt víi s¶n phÈm ®Ó n©ng nhiÖt ®é vµ ®i vµo thiÕt bÞ gia nhiÖt (1). KhÝ isobutan nguyªn liÖu ®­îc trén lÉn víi khÝ isobutan tuÇn hoµn tõ thiÕt bÞ MTBE (®· xö lý) vµ ®­îc gia nhËp ®Ó n©ng nhiÖt ®é ®Õn nhiÖt ®é yªu cÇu. Sau ®ã isobutan ®­îc ®­a vµo ®Ønh thiÕt bÞ ph¶n øng cïng víi xóc t¸c r¬i tõ ®Ønh th¸p xuèng. HÖ thèng thiÕt bÞ ph¶n øng gåm nhiÒu thiÕt bÞ nèi tiÕp nhau. HÖ thèng t¸i sinh còng ®­îc bè trÝ bªn c¹nh hÖ thèng thiÕt bÞ ph¶n øng. Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng cã thÓ lÊy mét l­îng nhá xóc t¸c ®· gi¶m ho¹t tÝnh tõ ®¸y thiÕt bÞ ph¶n øng, cuèi cïng ®­a sang t¸i sinh, cßn tõ ®¸y thiÕt bÞ kh¸c ®­îc ®­a trë l¹i ®Ønh cña thiÕt bÞ ph¶n øng sau ®ã. Dßng ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt ®­îc gia nhËp vµ ®­a vµo thiÕt bÞ thø hai. Sau khi ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø hai, dßng s¶n phÈm ®­îc gia nhËp ë thiÕt bÞ gia nhiÖt thø ba vµ ®­a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng thø ba vµ cø tiÕp tôc. Dßng ra khái hÖ thèng thiÕt bÞ ph¶n øng ®­îc trao ®æi nhiÖt víi nguyªn liÖu, lµm m¸t, sÊy kh« vµ trao ®æi nhiÖt víi dßng khÝ th¶i tr­íc khi ®i vµo th¸p t¸ch khÝ th¶i giµu H2. KhÝ th¶i nµy lµ phÇn kh«ng ng­ng trong thiÕt bÞ t¸ch ®­îc nÐn vµ mét phÇn tuÇn hoµn l¹i, mét phÇn lín ®­îc ®­a ®i thu håi, s¶n xuÊt ®iÖn cho ph©n x­ëng hoÆc dïng cho c¸c qu¸ tr×nh lµm l¹nh hoÆc sö dông lµm nhiªn liÖu khÝ hoÆc dïng ®Ó s¶n xuÊt H2 tinh khiÕt. S¶n phÈm ®¸y cña thiÕt bÞ lµm l¹nh (9) lµ phÇn láng ng­ng tô chøa chñ yÕu lµ C4 vµ isobuten. Cßn l¹i lµ isobutan ch­a ph¶n øng, n-butan, propan, C3H6,... ®­îc ®­a sang phÇn tæng hîp MTBE nhê b¬m. Dßng khÝ giµu H2 tuÇn hoµn l¹i ®Ó duy tr× æn ®Þnh xóc t¸c ®èt ch¸y cèc t¹o ra vµ gióp cho qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt tèt h¬n. PhÇn hçn hîp láng chøa isobuten ®­îc b¬m sang thiÕt bÞ trén vµ gia nhiÖt ®Ó n©ng nhiÖt ®é lªn 60oC. Metanol s¹ch tõ bÓ chøa ®­îc b¬m lªn vµ trén víi nguyªn liÖu C4 vµ ®i sang thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt sau khi ®· trao ®æi nhiÖt víi dßng s¶n phÈm MTBE ®i ra. ë thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt, xóct¸c ®­îc bè trÝ trong c¸c èng chïm vµ nhiÖt to¶ ra cña ph¶n øng ®­îc lÊy ®i b»ng n­íc lµm l¹nh. Dßng s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt ®­îc ®­a sang thiÕt bÞ ph¶n øng - ch­ng t¸ch ®Ó n©ng nhiÖt ®é chuyÓn ho¸ isobuten lªn 99,9%, ®ång thêi MTBE còng ®­îc t¸ch ra ë ®¸y thiÕt bÞ ph¶n øng - ch­ng t¸ch nµy. Nh÷ng t¸c nh©n ch­a ph¶n øng, Metanol vµ hçn hîp C4 tõ ®Ønh thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng t¸ch ®­îc ng­ng tô, mét phÇn håi l­u, phÇn kh¸c ®­îc ®­a sang th¸p hÊp thô Metanol. T¹i ®©y n­íc ®­îc phun tõ d­íi lªn, hçn hîp h¬i Metanol + C4s ®­îc ®i tõ trªn xuèng, Metanol bÞ tan vµo n­íc vµ thu ®­îc ë ®¸y th¸p, khÝ C4 ch­a ph¶n øng kh«ng tan ®­îc thu håi trªn ®Ønh th¸p vµ ®­îc ®­a ®i xö lý tr­íc khi tuÇn hoµn vÒ d©y chuyÒn dehydro ho¸. Hçn hîp Metanol - H2O ë ®¸y th¸p hÊp thô ®­îc ®­a sang th¸p ch­ng t¸ch. T¹i ®©y Metanol ®­îc t¸ch khái n­íc vµ ®i lªn ®Ønh th¸p, Metanol ®­îc ng­ng tô lµm m¸t vµ tuÇn hoµn vÒ cïng víi Metanol nguyªn liÖu. N­íc thu ë ®¸y th¸p ch­ng t¸ch ®­îc b¬m l¹i th¸p hÊp thô. Mét phÇn n­íc chøa trong nguyªn liÖu r­îu kh«ng ph¶n øng còng ®­îc thu håi ë th¸p nµy. Do ®ã cã thÓ lÊy ra mét phÇn nhá H2O ë ®¸y th¸p nµy. MTBE thu ®­îc sÏ ®­îc ®­a vÒ bÓ chøa MTBE. PhÇn III: TÝnh to¸n thiÕt kÕ d©y truyÒn c«ng nghÖ. I.TÝnh to¸n c©n b»ng vËt chÊt: D©y truyÒn s¶n xuÊt MTBE tõ nguyªn liÖu khÝ isobutan víi c«ng suÊt 50.000 tÊn/n¨m. D©y truyÒn s¶n xuÊt 24h/ngµy vµ mét n¨m lµm viÖc 330 ngµy cßn 35 ngµy nghØ ®Ó söa ch÷a, b¶o d­ìng ®Þnh kú. *C¸c chØ tiªu s¶n xuÊt: N¨ng suÊt MTBE: 50.000 tÊn/n¨m Nh­ vËy n¨ng suÊt d©y truyÒn tÝnh theo giê lµ: TÝnh theo Kmol/h: (khèi l­îng ph©n tö cña MTBE lµ 88) Nång ®é s¶n phÈm: MTBE chiÕm 99% (khèi l­îng) Metanol chiÕm 0,5% Cßn l¹i lµ dime cña i-Butylen, r­îu, TBA, n­íc... Thµnh phÇn nguyªn liÖu: Nguyªn liÖu lµ khÝ iso-butan tiªu chuÈn ®­îc cho ë b¶ng 12 (theo TY38.101492-79) Lo¹i B B¶ng 12: Thµnh phÇn khÝ iso-butan nguyªn liÖu Thµnh phÇn % thÓ tÝch Iso butan Propan Tæng Buten n-butan C C¸c chÊt kh¸c H2S vµ Mercaptan H2O vµ kiÒm 90 4,5 0,5 6 0,5 0,005 0 Metanol nguyªn liÖu lµ metanol th­¬ng phÈm víi thµnh phÇn: Metanol 99,9% (khèi l­îng) N­íc » 0,1% Tèng aceton vµ aldehyd < 30 mg/kg Tèng acid < 30 mg/kg PhÇn cÆn < 10 mg/kg. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt chung: Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt MTBE qua 2 giai ®o¹n: giai ®o¹n ®Ò hy®ro hãa isobutan vµ giai ®o¹n tæng hîp MTBE. Ta tÝnh c©n b»ng vËt chÊt tõng giai ®o¹n: *Giai ®o¹n tæng hîp MTBE: C©n b»ng: å khèi l­îng vµo = å khèi l­îng ra - C¸c dßng khèi l­îng ®i vµo phÇn tæng hîp MTBE gåm cã: + Hçn hîp C4 láng ®i ra tõ phÇn ®Ò hy®ro hãa : G1, kg/h + Dßng nguyªn liÖu Metanol : GMeOH , kg/h - C¸c dßng s¶n phÈm ®i ra khái phÇn tæng hîp MTBE gåm cã: + Hçn hîp khÝ C4 ch­a ph¶n øng : GC ch­a ph¶n øng , kg/h + S¶n phÈm MTBE : GMTBE , kg/h H2 O do trong nguyªn liÖu Metanol chøa 0,1% (W). ë ®©y ®Ó ®­on gi¶n ta coi r»ng trong qóa tr×nh hÊp thô Metanol vµ qóa tr×nh ch­ng t¸ch thu håi Metanol vµ n­íc, l­îng H2O sö dông kh«ng bÞ mÊt m¸t vµ ®­îc tuÇn hoµn l¹i cho qóa tr×nh hÊp thô Metanol vµ l­îng H2O lÊy ra b»ng l­îng n­íc ®­a vµo d©y chuyÒn do cã ë trong nguyªn liÖu Metanol vµ b»ng GHO, kg/h TÝnh to¸n c¸c khèi l­îng G1, GMEOH , GC ch­a ph¶n øng , GMTBE , nh­ sau: + Khèi l­îng s¶n phÈm MTBE ®i ra ph¶i lµ n¨ng suÊt quy ®Þnh cña toµn d©y chuyÒn s¶n xuÊt vµ b»ng 6313,13 kg/h. VËy GMTBE = 6313,13 kg/h + ë giai ®o¹n tæng hîp, ph¶n øng tæng hîp nh­ sau: Iso-buten + MeOH MTBE §©y lµ ph¶n øng thuËn nghÞch, tuy vËy khi qua th¸p ph¶n øng ch­ng cÊt (th¸p CD) theo c«ng nghÖ CD Tech thÞ ®é chuyÓn hãa chung ®¹t 99%, ®é chän läc ®¹t 100% (tÝnh theo iso buten). VËy ®Ó t¹o ra MTBE ®¹t n¨ng suÊt yªu cÇu lµ 71,74 kmol/h th× l­îng iso buten cÇn t¹o ra tõ phÇn ®Ò hy®ro hãa ®Ó tiªu thô cho ph¶n øng tæng hîp lµ: kmol/h (0,99 lµ ®é chuyÓn hãa cña ph¶n øng tæng hîp theo iso buten) ë ®©y ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n ta coi ®é chän läc MTBE ®¹t 100% vµ iso buten kh«ng tiªu thô cho ph¶n øng phô t¹o ra TBA vµ DIB. VËy GIB =72,46 . 56 = 4057,76 kg/h (MIB = 56) + Khèi l­îng Metanol ®­a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng MTBE theo tØ lÖ: 1,1 (tØ lÖ mol). VËy l­îng Metanol ®­a vµo lµ: 72,46 . 1,1 = 79,706 kmol/h Hay 79,706 . 32 = 255,60 kg/h L­îng Metanol ®­a vµo thiÕt bÞ = l­îng metanol (99,9% W) míi ®­a vµo + l­îng metanol tuÇn hoµn. Trong ®ã: L­îng Metanol tuÇn hoµn = l­îng Metanol cßn l¹i sau ph¶n øng- l­îng Metanol trong s¶n phÈm MTBE. L­îng Metanol cßn l¹i sau ph¶n øng = L­îng Metanol ®­a vµo - Metanol tiªu thô cho ph¶n øng. L­îng Metanol tiªu hao cho ph¶n øng còng b»ng sè kmol MTBE t¹o ra (theo ph¶n øng tæng hîp) vµ b»ng 71,74 kmol/h. VËy l­îng Metanol cßn l¹i sau ph¶n øng lµ: 79,76 -71,74 = 7,966 kmol/h Hay 7,17. 32 = 254,91 kg/h. Ta coi c¸c s¶n phÈm phô kh¸c trong MTBE s¶n phÈm chØ gåm cã Metanol vµ kh«ng chøa DIB, TBA... L­îng Me cßn l¹i trong s¶n phÈm MTBE chiÕm 1% khèi l­îng tøc lµ b»ng: 0,01. 6313.13 = 63,13 kg/h. Coi r»ng Metanol ®­îc thu håi theo dßng s¶n phÈm chÝnh ra khái th¸p ph¶n øng 2 lµ 100%. Nh­ vËy l­îng Metanol tuÇn hoµn lµ: 254,91. 63.13 = 191.78 kg/h. L­îng Metanol (100% W) míi cÇn ®­a vµo lµ: 2550,60 - 191,78 = 2358,82 kg/h. L­îng Metanol (99,9%) míi cÇn ®­a vµo d©y chuyÒn lµ: VËy l­îng n­íc ®­a vµo d©y chuyÒn lµ: GHO = 2361,18 - 2358,82 = 2,36 kg/h. C©n b»ng ta cã: G1 + GMeOH (99,9%) = GC ch­a ph¶n øng + GMTBE + GMeOH trong MTBE + GHO Hay G1 + 2361,18 = GC ch­a ph¶n øng + 6313,13 + 63,13 + 2,36 §Ó tÝnh G1 vµ G ta tÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho giai ®o¹n ®Ò hy®ro hãa. * C©n b»ng vËt chÊt giai ®o¹n ®Ò hy®ro hãa: Khi c©n b»ng: å khèi l­îng vµo = å khèi l­îng ra. C¸c dßng vËt chÊt ®i vµo phÇn ®Ò hy®ro hãa gåm: + Hçn hîp C4 láng iso butan nguyªn liÖu: Giso- , kg/h C¸c dßng vËt chÊt ®i ra gåm: + Hçn hîp láng C4 s¶n phÈm cã chøa iso buten: Giso- , kg/h + Hçn hîp khÝ th¶i giµu H2: GkhÝ th¶i , kg/h VËy c©n b»ng ta cã: Giso- nguyªn liÖu = Giso- s¶n phÈm + GkhÝ th¶i TÝnh to¸n c¸c khèi l­îng nh­ sau: + Giso- nguyªn liÖu : Ta cã ph¶n øng: iso-C4H10 ® iso-C4H8 + H2 (*) L­îng iso-C4H8 cÇn t¹o ra ë giai ®o¹n ®Ò hy®ro hãa ®Ó tæng hîp ®­îc 6313,13 kg nh­ ta ®· tÝnh: 72,46 kmol/h. Ph¶n øng ®Ò hy®ro hãa (*) thùc hiÖn trong d©y chuyÒn ®¹t ®é chuyÓn hãa 40%, vµ ®é chuyÓn hãa ®¹t 92% mol [2] Nh­ vËy l­îng iso-C4H10 cÇn ®Ó ®Ò hy®ro hãa cÇn lµ: kmol/h. V× ®é chuyÓn hãa cña (*) ®¹t 40%, vËy l­îng iso-C4H10 nguyªn chÊt cÇn ®­a vµo d©y chuyÒn lµ: kmol/h. Trong ®ã 72,46 kmol/h iso-C4H10 sÏ tiªu hao cho ph¶n øng chÝnh (*) ®Ó t¹o ra 72,46 kmol/h iso-C4H8 vµ 78,76 - 72,46 = 6,3 kmol/h sÏ tham gia ph¶n øng phô iso-C4H10. Gi¶ sö iso-C4H10 chØ tham gia c¸c ph¶n øng phô cracking: iso-C4H10 ® C2H6 + C2H4 (1) x (kmol/h) x x iso-C4H10 ® CH4 + C3H6 (2) x (kmol/h) x x §Ó ®¬n gi¶n ta gi¶ sö c¸c ph¶n øng (1) vµ (2) x¶y ra víi tèc ®é nh­ nhau, tiªu thô l­îng iso-C4H10 nh­ nhau, c¸c ph¶n øng cã hiÖu suÊt nh­ nhau vµ b»ng 100%. VËy l­îng iso-C4H10 tiªu thô cho mçi ph¶n øng lµ: kmol/h. L­îng iso-C4H10 cßn l¹i kh«ng chuyÓn hãa lµ: 196,90 - 78,76 = 118,14 kmol/h. VÒ khèi l­îng nguyªn liÖu iso-C4H10 cßn chøa c¸c thµnh phÇn khÝ kh¸c nh­ propan, n-butan, buten... vµ iso-C4H10 chØ chiÕm 90% thÓ tÝch. VËy l­îng khÝ iso-C4H10 nguyªn liÖu cÇn ®­a vµo lµ: Giso- nguyªn liÖu kmol/h VËy thµnh phÇn vµ khèi l­îng khÝ iso-C4H10 nguyªn liÖu ®­a vµo nh­ sau: B¶ng 13: Thµnh phÇn vµ khèi l­îng khÝ iso-C4H10 nguyªn liÖu ®­a vµo: STT Tªn cÊu tö % kmol/h kg/h 1 2 3 4 5 6 iso-C4H10 Propan n- C4H10 Tæng n- C4H8 C H2Svµ Meroaptan 90 3 6 0,5 0,495 0,005 196,90 0,03. 218.78 = 6,56 0,06. 218,78 = 13,127 0,005. 218 78 = 1,09 0,495. 10-2.218,78 = 1,08 0,005 . 10-2.218,78 = 0,01 196,90. 58 = 11420,2 6,56. 44 = 288,79 13,127. 58 = 761,35 1,09. 56 = 61,26 1,08. 72 = 77,97 0,01. MTB = 0,45 Tæng 100 å = 218,78 Víi MTB VËy Giso- nguyªn liÖu = 11420,2 + 288,79 + 761,35 +31,26 +77,97 +0,45 = 12610,02 kg/h. Gi¶ sö chØ cã c¸c ph¶n øng ®Ò hy®ro hãa vµ c¸c ph¶n øng nµo còng chuyÓn hãa 40%. C3H8 ® C3H6 + H2 (3) 6,56 2,62 2,62 n-C4H10 ® n-C4H8 + H2 (4) 13,127 5,25 5,25 L­îng C3H8 tham gia ph¶n øng (3) lµ: 0,4. 6,56 = 2,62 kmol/h. L­îng n-C4H8 tham gia ph¶n øng (4) lµ: 13,127. 0,4 = 5,25 kmol/h. + Giso- s¶n phÈm : Dßng vËt chÊt ®i ra khái thiÕt bÞ ®Ò hy®ro hãa sÏ ®­îc ng­ng tô c¸c cÊu tö tõ C3 trë lªn sÏ ng­ng khi bÞ nÐn ë ¸p suÊt. C¸c cÊu tö C2 trë xuèng sÏ kh«ng ng­ng vµ ®i ra khái d©y chuyÒn ë thÕ khÝ (khÝ th¶i). VËy hçn hîp láng Iso- C4H8 s¶n phÈm ®i ra khái phÇn ®Ò hy®ro hãa cã khèi l­îng vµ thµnh phÇn nh­ sau: Iso- C4H8: lµ l­îng Iso- C4H8 t¹o ra: 72,46 kmol/h = 405,76 kg/h Iso- C4H10: b»ng l­îng Iso- C4H10 cßn l¹i ch­a chuyÓn hãa vµ b»ng: 196,90 - 78,76 = 118,14 kmol/h = 6852,12 kg/h n-C4H10 : b»ng l­îng cã ban ®Çu - l­îng tham gia ph¶n øng vµ b»ng: 13,127 - 5 25 = 7 88 kmol/h = 456,87 kg/h. n-C4H8 : b»ng l­îng cã ban ®Çu trong nguyªn liÖu + l­îng t¹o ra ë ph¶n øng (4): 1,09 + 5 25 = 6 34 kmol/h = 355,04 kg/h. C3H8 : b»ng l­îng cã ban ®Çu trong nguyªn liÖu - l­îng ph¶n øng theo (3): 6,56 - 2,62 = 3,94 kmol/h = 177,36 kg/h. C3H6 : b»ng tæng l­îng t¹o ra do ph¶n øng (2) vµ (3): 3,16 + 2,62 = 5,77 kmol/h = 242,34 kg/h. C: b»ng l­îng cã ban ®Çu: 1,08 kmol/h = 77,97 kg/h. VËy Giso- s¶n phÈm = 12215,46 kg/h. +GkhÝ th¶i : khÝ th¶i gåm cã H2, CH4, C2H4, C2H6, H2S vµ Mercaptan khèi l­îng vµ thµnh phÇn hçn hîp khÝ th¶i nh­ sau: H2 lµ tæng l­îng khÝ th¶i t¹o ra do c¸c ph¶n øng (*), (3) vµ (4) b»ng: 72,46 + 2,62 + 5,25 = 80,33 kmol/h = 160,66 kg/h. CH4: lµ l­îng t¹o ra do ph¶n øng (2) lµ: 3,15 kmol/h =50,4 kg/h. C2H4: lµ l­îng C2H4 t¹o ra do ph¶n øng (1): 3,15 kmol/h = 88,2 kg/h. C2H6: lµ l­îng C2H6 t¹o ra do ph¶n øng (1): 3,15 kmol/h = 94,5 kg/h H2S: lµ l­îng H2S cã ban ®Çu: 0,01 kmol/h = 0,45 kg/h. VËy GkhÝ th¶i = 394,21 kg/h. VËy c©n b»ng : Giso- nguyªn liÖu = Giso- s¶n phÈm + GkhÝ th¶i 12610,02 = 12215,46 + 394,21 » 2610,02 Hçn hîp C (iso-C4H8) s¶n phÈm ®i ra khái phÇn ®Ò hy®ro hãa cã khèi l­îng Giso- s¶n phÈm vµ còng lµ G1: G1 = 12215,46 kg/h Trong ®ã thµnh phÇn vµ khèi l­îng nh­ trong b¶ng 14. B¶ng 14: Thµnh phÇn vµ khèi l­îng khÝ ra khái phÇn ®Ò hy®ro hãa: Thµnh phÇn % Kmol/h Kg/h iso-C4H8 iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C 33,6 54,8 3,7 2,9 1,8 2,7 0,5 72,46 118,14 7,88 6,34 3,94 5,77 1,08 4057,76 6582,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 Tæng 100 215,61 12215,46 Hçn hîp nµy lµ dßng nguyªn liÖu ®i vµo phÇn tæng hîp MTBE. B©y giêi ta thay G1 = 12215,46 kg/h vµo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cho giai ®o¹n tæng hîp MTBE ta cã: G1 + GMeOH (99,9%) = Gch­a ph¶n øng + GMTBE + GMeOH trong MTBE + GHO G1 = 12215,46 kg/h GMeOH (99,9%) = 2361,18 kg/h GMTBE = 6313,13 kg/h GMeOH trong MTBE = 63,16 kg/h GHO =2,36 kg/h Ta ®­îc Gch­a ph¶n øng = 8198,02 kg/h X¸c ®Þnh thµnh phÇn vµ khèi l­îng dßng C4 ch­a ph¶n øng: Ph¶n øng: Iso- C4H8 + MeOH ® MTBE 71,74 71,74 71,74 (kmol/h). NÕu coi r»ng ph¶n øng ®¹t ®é chuyÓn hãa 90% mol (theo iso-C4H8) vµ ®é chän läc ®¹t 100% th× l­îng MTBE t¹o ra 71,74 kmol/h. L­îng iso-C4H8 cÇn ®Ó t¹o ra l­îng 71,74 kmol/h MTBE lµ: kmol/h L­îng iso-C4H8 ch­a chuyÓn hãa lµ: 72,74 - 71,74 = 0,72 kmol/h. Ngoµi ra c¸c cÊu tö kh¸c trong hçn hîp lµ tr¬ kh«ng ph¶n øng. VËy thµnh phÇn vµ khèi l­îng cña khÝ Cch­a ph¶n øng theo b¶ng 15 sau: B¶ng 15: Thµnh phÇn vµ khèi l­îng cña khÝ Cch­a ph¶n øng. Thµnh phÇn % Kmol/h Kg/h iso-C4H8 iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C 0,5 82,1 5,5 4,4 2,7 4,0 0,8 0,72 118,14 7,88 6,34 3,94 5,77 1,08 40,32 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 Tæng 100 143,87 8198,02 Tãm l¹i ta cã b¶ng c©n b»ng vËt chÊt chung cho toµn bé ph©n x­ëng ë b¶ng sau: B¶ng 16: C¸c dßng vËt chÊt cho toµn ph©n x­ëng. C¸c dßng vËt chÊt ®i vµo (kg/h) C¸c dßng vËt chÊt ®i ra (kg/h) Giso- nguyªn liÖu = 12610,02 GMeOH (99,9%) = 2361,18 GMTBE = 6313,13 Gcha ph¶n øng = 8198,02 GMeOH trong MTBE = 63,13 GHO =2,36 GkhÝ th¶i = 394,21 Tæng å= 14971,20 Tæng å= 14970,85 *TÝnh l­îng nguyªn liÖu míi cÇn thiÕt ®­a vµo d©y chuyÒn: KhÝ Raffinat-2 sau khi thu håi ®­îc ®em xö lý lo¹i c¸c cÊu tö chøa oxi nh­: Metanol, MTBE, H2O (víi l­îng nhá), lo¹i Propan vµ Propylen... ®Ó ®¹t tiªu chuÈn nh­ khÝ iso-butan nguyªn liÖu råi ®­îc tuÇn hoµn trän víi nguyªn liÖu míi. Ta cã: Dßng iso-C4H10 + l­îng iso-C4H10 tuÇn hoµn = l­îng iso-C4H10 ®i vµo d©y chuyÒn. TÝnh theo cÊu tö iso-butan ta cã: 196,90- 118,14 = 78,76 (kmol/h). V× trong Iso-butan nguyªn liÖu th× isobutan chØ chiÕm 90% thÓ tÝch. VËy trong isobutan nguyªn liÖu míi cÇn ®­a vµo d©y chuyÒn lµ: kmol/h B¶ng 17: L­îng iso-butan nguyªn liÖu míi cÇn ®­a vµo d©y chuyÒn. Thµnh phÇn % Kmol/h Kg/h iso-C4H10 Propan n-C4H10 Tæng n-C4H8 C H2S vµ Mercaptan 90 3 6 0,5 0,495 0,005 78,76 0,03. 87,51= 2,63 0,06. 87,51= 5,25 0,005. 87,51= 0,44 0,495. 10-2. 87,51= 0,43 0,005. 10-2. 87,51= 4,4.10-3 4568,08 2,63. 44= 115,51 5,25. 58= 304,54 0,44. 56= 24,50 0,43. 72= 31,19 4,4.10-3. 41= 0,18 Tæng 100 87,51 5044 Giso- nguyªn liÖu míi = 5044 kg/h. Isobutan tuÇn hoµn cã thµnh phÇn gièng nh­ nguyªn liÖu míi vµ khèi l­îng nh­ sau: B¶ng 18: Thµnh phÇn vµ khèi l­îng cña dßng tuÇn hoµn. Thµnh phÇn % Kmol/h Kg/h iso-C4H10 90 118,14 6852,12 Propan 3 0,03. = 3,94 3,94. 44 = 137,27 n-C4H10 6 0,06. = 7,88 7,88. 58 = 456.81 Tæng n-C4H8 0,5 0,005. = 0,66 0,66. 46 = 36,75 C 0,495 0,495. 10-2. = 0,65 0,65. 72 = 46,78 H2S vµ Mercaptan 0,005 0,005. 10-2. = 0,0066 0,0066. 41= 0,27 Tæng 100 131,28 7566 C©n b»ng ta cã: L­îng iso-C4H10 míi vµo + l­îng iso-C4H10 tuÇn hoµn = l­îng iso-C4H10 vµo d©y chuyÒn. 5044 + 7566 = 12610,02 12160,00 = 12160,02 2.TÝnh to¸n c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm thø nhÊt: Khi c©n b»ng: å Khèi l­îng vµo = å khèi l­îng ra GIso- nguyªn liªu + GMeOH = GMTBE + GMeOH d­ + Ghçn hîp cßn l¹i TÝnh to¸n c¸c khèi l­îng nh­ sau: GIso- nguyªn liÖu = 12610,02 kg/h GMeOH = L­îng Metanol míi + L­îng Metanol tuÇn hoµn = 2361,18 + 191,78 = 2552,96 kg/h GMeOH = 2552,96 kg/h C¸c cÊu tö ®i ra thiÕt bÞ ph¶n øng gåm: .GMTBE: ë thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt ®é chuyÓn ho¸ ®¹t 85%, ®é chän läc ®¹t 100%. Iso-C4H8 + MeOH MTBE 72,46Kmol/h 61,591Kmol/h L­îng MTBE t¹o ra lµ: GMTBE = 0,85 + 72,46 . 88 = 5420,01 Kg/h .L­îng Iso-C4H8 cßn l¹i ch­a ph¶n øng lµ: 72,46 - 61,591 = 10,87 Kmol/h = 608,66 Kg/h L­îng Meta nol ch­a ph¶n øng lµ: 79,760 - 61,591 = 18,115 kmol/h = 579,68 kg/h. C¸c cÊu tö kh¸c kh«ng tham gia ph¶n øng: B¶ng 19: C¸c cÊu tö kh«ng tham gia ph¶n øng trong thiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm thø nhÊt. Thµnh phÇn Kmol/h Kg/h iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C 118,14 7,88 6,34 3,94 5,77 1,08 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 VËy: Ghçn hîp cßn l¹i = 608,66 + 6852,12 + 456,87 + 355,04 + 173,36 + 242,34 + 77,97 Ghçn hîp cßn l¹i = 8766,36 kg/h. VËy ta tãm t¾t c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt theo b¶ng 20: B¶ng 20: C©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt. CÊu tö L­îng vµo, kmol/h L­îng ra, kg/h iso-C4H8 Metanol MTBE iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C Tæng H2O 4077,76 2550,6 0 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 ¾ 14766,06 2,36 608,66 579,68 5420,01 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 ¾ 14766,05 2,36 å 14768,42 14768,41 3.TÝnh to¸n c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng t¸ch: Dßng s¶n phÈm ®i ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt ®­îc ®­a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng cÊt. V× vËy c¸c cÊu tö vµ khèi l­îng cña chóng còng lµ c¸c cÊu tö vµ khèi l­îng cña dßng ra thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt. Ta cã: Gvµo = 14768,41 Kg/h ë thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng cÊt nµy do viÖc ch­ng t¸ch s¶n phÈm MTBE liªn tôc khái m«i tr­êng ph¶n øng lªn c©n b»ng chuyÓn ho¸ ®¹t cao h¬n vµ lµm ®é chuyÓn ho¸ chung cña qu¸ tr×nh ®¹t 99%. Ph¶n øng: Iso-C4H8 + MeOH MTBE 10,149Kmol/h 10,149Kmol/h 10,149Kmol/h S¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ nµy lµ 71,74 Kmol/h (øng víi 6313,13 Kg/h) trong ®ã MTBE t¹o ra ë thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt lµ 61,591 Kmol/h L­îng t¹o ra ë thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng cÊt: 71,74 - 61,591 = 10,149 Kmol/h = 893,112 Kg/h L­îng iso-C4H8 cßn l¹i kh«ng ph¶n øng lµ: 10,87- 10,149 = 0,721 kmol/h = 40,376 kg/h L­îng Metanol cßn l¹i sau th¸p ph¶n øng ch­ng cÊt lµ: 579,68- 10,149. 32 = 254,912 kg/h. Do vËy cã thÓ tãm t¾t ë b¶ng 21. B¶ng 21: C©n b»ng ph¶n øng cho thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng cÊt. CÊu tö L­îng vµo, kmol/h L­îng ra, kg/h iso-C4H8 Metanol MTBE iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C H2O 608,66 579,68 5420,01 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 2,36 40,376 254,91 6313,13 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 2,36 å 14768,41 14768,98 II.TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng: ViÖc tÝnh to¸n nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ ph¶n øng ch­ng t¸ch lµ rÊt phøc t¹p v× vËy trong khu«n khæ b¶n ®å ¸n nµy, vÊn ®Ò tÝnh to¸n nhiÖt cho thiÕt bÞ nµy kh«ng ®­îc ®Ò cËp ®Õn. Víi thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt cã thÓ tÝnh to¸n c©n b»ng nhiÖt l­îng nh­ sau: C¸c dßng nhiÖt vµo = c¸c dßng nhiÖt ra -C¸c dßng nhiÖt vµo gåm cã: +Dßng nhiÖt do hçn hîp nguyªn liÖu vµo: Q1 = Gnguyªn liÖu . Cp nguyªn liÖu . tng.liÖu NhiÖt ®é nguyªn liÖu vµo lµ: tng.liÖu = 60oC Hçn hîp nguyªn liÖu vµo ®­îc tãm t¾t ë b¶ng 22. B¶ng 22: Thµnh phÇn cña hçn hîp nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt. Thµnh phÇn Kg/h %khèi l­îng Kmol/h I so-C4H8 I so-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C Metanol H2O (trong MeOH) 4057,76 6852,12 456,87 355,04 173,36 212,34 77,97 2550,6 2,36 27,48 46,40 3,09 2,40 1,17 1,64 0,53 17,27 0,02 72,46 118,14 7,88 6,34 3,94 5,77 1,08 79,706 0,131 Tæng GngliÖu=1476,42 100 GngliÖu=295,447 TÝnh CP hçn hîp nguyªn liÖu mang vµo: CP cña hçn hîp láng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: CP hçn hîp [12] Trong ®ã: : nhiÖt dung riªng cña c¸c cÊu tö i trong dung dÞch. xi: phÇn tr¨m khèi l­îng cña cÊu tö i. TÝnh cña c¸c cÊu tö trong hçn hîp: [13] CP (iso-láng) =596,89 - 4,6387. T + 1,44.10-2.T2- 1,372.10-5.T3 KJ/kmol.®é CP(MeOH) =1391,6- 12,364.T + 3,781.10-2.T2 - 3,179.10-5.T3 KJ/kmol.®é CP (MTBE) =53,176 + 0,7173.T - 0,1533. 10-2.T2+ 0,202. 10-5.T3 KJ/kmol.®é CP (n-) = 4,347 + 72,552. 10-3.T - 18,14.10-6.T2 Kcal/mol.®é CP (n-) = 20,762 + 250,637. 10-3.T - 75,854. 10-6.T2 KJ/mol.®é CP (iso-) = 9,597 + 344,46. 10-3.T - 162,15. 10-6.T2 KJ/mol.®é CP () = 0,41 + 64,71. 10-3.T - 22,582. 10-6.T2 Kcal/mol.®é CP () = 2,974 + 45,024. 10-3.T - 11,38. 10-6.T2 Kcal/mol.®é V× C phÇn trong hçn hîp lµ nhá nªn khi tÝnh to¸n ta bá qua. Thay nhiÖt ®é t0= 600C (T = 3330K) ta tÝnh ®­îc: CP (iso- ) = 142,38 KJ/kmol.®é CP (MeOH) = 293,22 KJ/kmol.®é CP (iso-) = 106,32 KJ/kmol.®é CP (n-) = 95,72 KJ/mol.®é CP (n-) = 110,95 KJ/mol.®é CP() = 4190 J/kg.®é = 75,22 KJ/mol.®é CP () = 81,44 KJ/mol.®é CP () = 69,93 KJ/mol.®é Thay sè vµo c«ng thøc: CP (nguyªn liÖu) CP nguyªn liÖu = x iso- . CP iso- + x iso- . CP (iso-) + x n-. CP (n-) + x n-. CP (n-) + x. CP ()+ x. CP ()+ xMeOH.CP (MeOH) CP nguyªn liÖu = 146,922 KJ/mol.®é VËy Q1= QngliÖu. CP ngliÖu . tngliÖu = 295,447. 146,922. 60 = 2604457,597 KJ/h. +Dßng nhiÖt do n­íc lµm l¹nh mang vµo: Q2 = GHO.CP HO. t1 HO Chän nhiÖt ®é n­íc lµm l¹nh lµ = 250C Tra sæ tay ta ®­îc: CP (HO) = 75,22 KJ/mol.®é + NhiÖt táa ra do ph¶n øng tæng hîp lµ: Q3= Qr= H.n Trong ®ã: H: nhiÖt ph¶n øng n: sè mol MTBE t¹o thµnh Thay sè ta ®­îc: Q3= 61,591. 103. 37 = 2278867 KJ/h - C¸c dßng nhiÖt ®i ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng gåm: + NhiÖt l­îng do dßng s¶n phÈm mang ra: Q4= Gsp. Gsp. Tsp Dßng s¶n phÈm ®i ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt ®­îc tãm t¾t ë b¶ng 23. B¶ng 23: Thµnh phÇn cña dßng ®i ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt Thµnh phÇn Kmol/h Kg/h % khèi l­îng iso-C4H8 Metanol MTBE iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C H2O 10,87 18,115 61,591 118,14 7,88 6,34 3,94 5,77 1,08 0,131 608,66 579,68 5420,01 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 77,97 2,36 4,12 3,93 36,70 46,40 3,09 2,40 1,17 1,64 0,53 0,02 Tæng 233,857 14768,41 100 Thay sè vµo c¸c cña c¸c cÊu tö ë nhiÖt ®é s¶n phÈm ra chän tsp = 800C CP (iso- ) = 150,297 KJ/mol.®é CP (MeOH) = 340,228 KJ/mol.®é CP (MTBE) = 204,211 KJ/mol.®é CP (n-) = 110,986 KJ/mol.®é CP (n-) = 115,98 KJ/mol.®é CP (iso-) = 99,785 KJ/mol.®é CP () = 85,556 KJ/mol.®é CP () = 73,043 KJ/mol.®é CP (HO) = 75,42 KJ/mol.®é VËy CPsp CPsp= 157,73 KJ/mol.®é Do ®ã: Q4= Gsp. Gsp. Tsp= 233,857. 159,733. 80 = 2988372,684 KJ/h. +Dßng nhiÖt do chÊt t¸i nhiÖt mang ra: Q5 = GHO.CP (HO). t2 HO Chän nhiÖt ®é cña n­íc ®i ra lµ = 500C Tra CP cña H2O ë 500C ta ®­îc: CP (HO) = 75,285 KJ/mol.®é [12] C©n b»ng nhiÖt l­îng do thiÕt bÞ ta cã: å NhiÖt l­îng ®i vµo =å NhiÖt l­îng ®i ra Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 Hay: QngliÖu. CP ngliÖu. tngliÖu+ GHO. t1 HO. CP (HO) + H.n = Gsp. Gsp. Tsp + GHO. t2 HO. CP (HO) Thay sè vµo: 295. 447. 146,922. 60 + GHO.75,42. 25 + 61,591. 10. 37 = 233,857. 159,733. 80 + GHO. 75,285. 50 VËy l­îng n­íc cÇn lµm l¹nh lµ: GHO= 1005,947 Kmol/h Hay: GHO = 18107,039 kg/h. VËy c©n b»ng nhiÖt l­îng ®­îc biÓu diÔn ë b¶ng sau: B¶ng 24: C©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt. NhiÖt vµo (KJ/h) NhiÖt ra (KJ/h) Q1= 2604457,597 Q2= 1891683,334 Q3= 2278867,0 Q4= 2988327,684 Q5= 3786635,247 Qvµo= 6775007,931 Qra= 6775007,931 III. TÝnh to¸n thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh: 1.TÝnh to¸n thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ ph¶n øng: Ph¶n øng tæng hîp MTBE ®­îc tiÕn hµnh trong ®iÒu kiÖn t0= 60¸800C Iso-C4H8 + MeOH ® MTBE §©y lµ ph¶n øng bËc 2. Ph­¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng cã thÓ viÕt : (coi C (iso-) = CMeOH) - LÊy tÝch ph©n 2 vÕ ta ®­îc: , (**) Trong ®ã: t: thêi gian l­u K: h»ng sè vËn tèc ph¶n øng C0, Ct : nång ®é lóc ban ®Çu vµ sau thêi gian l­u t X¸c ®Þnh h»ng sè vËn tèc k: Ta x¸c ®Þnh k tõ nh÷ng sè liÖu dùa theo (5). r = 0,0151 mol/h.mequiv C = 4,75 mequiv/gxt XMeOH = 7,2%. Ta cã: W = k. C1. C2 Þ (Trong ®ã: C1, C2 lµ nång ®é cña iso-C4H8 vµ Metanol) Ta ®i x¸c ®Þnh C1 vµ C2 nh­ sau: Trong 1l dung dÞch hçn hîp: V× rMeOH = 0,7649g/cm3= 764 g/l = 23,875 mol/l riso- = 0,588 g/cm3 = 588g/l = 10,5 mol/l VËy trong 1l dung dÞch th×: Sè mol cña Metanol lµ 23,875 mol/l Sè mol cña iso-C4H8 lµ 10,5 mol/l. VËy nÕu gäi x lµ thÓ tÝch cña Metanol trong 1l dung dÞch hçn hîp thÝ (1-x) lµ thÓ tÝch cña iso-C4H8 V× tû lÖ mol: =1,1 nªn: x. 23,875 = 1,1. [(1-x). 10.5] Do ®ã x = 0,326 l VËy = 0,326. 23,875. 0,336 = 2,615 mol/l = mol/l Ph¶n øng: Iso-C4H8 + MeOH ® MTBE Ban ®Çu 2,378 2,615 0 t 2,378 - 2,615xMeOH 2,615-2,615 xMeOH 2,615 xMeOH Vµ ta cã xMeOH = 7,2% VËy sau ph¶n øng: C iso- = 2,378 - 2,615. 0,072 = 2,19 mol/l CMeOH = 2,615 - 2,615. 0,072 = 2,427 mol/l. VËy Ta sö dông lo¹i xóc t¸c Amberlyst 15 víi c¸c th«ng sè nh­ sau: [5] dh¹t= 0,74mm BÒ mÆt riªng A= 42m2/g Träng l­îng riªng ®èng: r®èng= 760 kg/m3 = 760.000 g/m3 Do ®ã: *X¸c ®Þnh C0 vµ Ct : 3 0 m , C vµo hîp hçn tÝch ThÓ liÖu) n (nguyª vµo hîp hçn trong H C - iso mol Sè 8 4 = Thµnh phÇn hçn hîp vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh dùa vµo b¶ng 25: B¶ng 25: Thµnh phÇn hçn hîp vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. Thµnh phÇn Kmol/h Kg/h r (g/l) ThÓ tÝch mol (l/mol) V(l/h) iso-C4H8 72,46 4057,76 587,9 = 0,095 0,095.72,46.103=6902,1 iso-C4H10 118,14 6852,12 540 = 0,107 0,107.118,14.103= 126899,11 n-C4H10 7,88 456,87 573 = 0,101 0,101.7,88.103= 797,63 n-C4H8 6,34 355,04 598,4 =0,0936 0,0936. 6,34. 103= 593,32 C3H8 3,94 173,36 490 = 0,0898 0,0898. 3,94. 103= 353,8 C3H6 5,77 242,34 510 = 0,0824 0,0824. 5,77. 103= 475,18 Metanol 79,706 2550,6 736,7 = 0,101 0,042. 79,706.103= 3339,78 H2O ( trong MeOH) 0,131 2,36 983 = 0,0183 0,0183. 0,131. 103= 2,399 Tæng thÓ tÝch cña hçn hîp nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ lµ: V= 6902,1 + 12698,11 + 797,63 + 593,32 + 353,80 + 475,18 + 3339,78 + 2,399 V= 25153,32.l/h= 25,15 m3/h VËy C0 == 288,11 mol/m3 Hçn hîp s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng theo b¶ng 26: B¶ng 26: Thµnh phÇn s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. Thµnh phÇn Kmol/h Kg/h r (g/l) ThÓ tÝch mol (l/mol) V(l/h) iso-C4H8 iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 Metanol H2O MTBE 10,87 118,14 7,88 6,34 3,94 5,77 79,706 0,131 61,591 4057,76 6852,12 456,87 355,04 173,36 242,34 2550,6 2,36 5420 587,9 540 573 598,4 490 510 736,7 983 730,4 0,095 0,107 0,101 0,0936 0,0898 0,0824 0,042 0,0183 0,12 1035,41 12689,11 797,63 593,32 353,80 475,18 759,04 2,40 7420,6 ThÓ tÝch cña dßng s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: V= 1035,41 + 12689,11 + 797,63 + 593,32 + 353,8 + 475,18 + 759,04 + 2,40 + 742,6 V= 24126,49 l/h = 24,13 m3/h VËy Ct = mol/m3 Thay vµo (*) ta ®­îc: Þ t = 0,1896 h. VËy thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ lµ: Vr=m. Fv. t [15] Trong ®ã: m: hÖ sè dù tr÷ (lÊy m = 1,5) Fv: ThÓ tÝch hçn hîp dßng vµo, m3/h t : Thêi gian l­u, h VËy Vr = 1,5. 25,15. 0,1896 = 7,153 ,m3 2.TÝnh to¸n kÝch th­íc thiÕt bÞ ph¶n øng: ThiÕt bÞ ph¶n øng lµ thiÕt bÞ èng chïm cã cÊu t¹o bªn ngoµi lµ vá bäc, bªn trong lµ c¸c èng chøa xóc t¸c nhùa trao ®æi ion. Hçn hîp nguyªn liÖu ®­îc ®­a vµo thiÕt bÞ ë ®Ønh vµ tõ ch¶y trong èng chøa xóc t¸c. Ph¶n øng x¶y ra trong èng ë t0= 60-800C. §©y lµ ph¶n øng táa nhiÖt, ®Ó ®¶m b¶o nhiÖt ®é kh«ng t¨ng cao ta cÇn thiÕt kÕ ®­êng kÝnh èng phï hîp vµ chïng n­íc l¹nh ®Ó ®i ngoµi èng lÊy nhiÖt ®i. Tèc ®é dßng trong èng lÊy w= 0,01 m/s VËy chiÒu cao cña èng lµ: hèng= w.T= 0,01. 0,1896. 3600 = 6,8256 m. LÊy hèng= 6,9 m §­êng kÝnh cña thiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm ®­îc x¸c ®Þnh dùa trªn sè èng theo c«ng thøc: D = t(b-1) + 4d ,m [16] Trong ®ã: D: ®­êng kÝnh thiÕt bÞ, m. t: b­íc èng, m. b: sè èng trªn ®­êng chÐo h×nh lôc gi¸c (bè trÝ èng theo h×nh lôc gi¸c). d: ®­êng kÝnh ngoµi cña èng, m. Ta cã: Vr= h.S Trong ®ã: h: chiÒu cao thiÕt bÞ (h = hèng). S: tiÕt diÖn ngang. V× hçn hîp ph¶n øng chØ ®i vµo trong c¸c èng chøa xóc t¸c nªn tiÕt diÖn ngang S lµ tæng c¸c tiÕt diÖn ngang cña c¸c èng chïm. S = n. S Trong ®ã; n: sè èng. S: tiÕt diÖn ngang 1 èng. Ta cã: (dèng lµ ®­êng kÝnh trong cña èng, m) Th­êng th× ta lÊy dèng = 25¸50 mm Ta chän dèng = 50 mm vµ chiÒu dµy èng 3 mm. VËy VËy Vr= h. S = h. n. S Þ Sè èng cña thiÕt bÞ lµ; èng Ta quy chuÈn sè èng cña thiÕt bÞ. NÕu xÕp èng theo h×nh lôc gi¸c th× ta cã c«ng thøc: n= 3a(a-1) + 1 [16] Trong ®ã: n: sè èng. a: sè èng trªn 1 c¹nh cña h×nh lôc gi¸c. Thay n = 533,996 vµo c«ng thøc ta cã: 533,996 = 3a(a-1) + 1 Gi¶i ph­¬ng tr×nh nµy ta ®­îc a = 13,829 Ta lÊy a = 14 èng. Vµ sè èng cña thiÕt bÞ theo quy chuÈn ph¶i lµ: n = 3a(a-1) + 1 = 3. 14914-1) + 1 n = 547 èng. NÕu ta xÕp èng thªm ë phÇn kho¶ng kh«ng gi÷a c¸c c¹nh h×nh lôc gi¸c vµ thµnh thiÕt bÞ th× sè èng sÏ lµ 613 èng. §­êng kÝnh thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: D = t(b-1) + 4.d B­íc èng t th­êng lÊy lµ t= 1,25d d: ®­êng kÝnh ngoµi cña èng, d= 0,05 + 0,003. 2= 0,056 VËy t= 1,25. 0,056= 0,07 m b= 2a-1= 2. 14 - 1= 27 èng. VËy D = 0,07(27-1) + 4. 0,056 D = 2,044 m. Ta quy chuÈn chän D= 2,2 m [17 - 115] Chän vËt liÖu lµm thiÕt bÞ la thÐp CT3. Tãm l¹i: kÝch th­íc cña thiÕt bÞ ph¶n øng nh­ sau: ChiÒu cao thiÕt bÞ: h= 6,9 m §­êng kÝnh thiÕt bÞ: D= 2,2 m Sè èng: n= 534 èng §­êng kÝnh èng: d= 0,056 m ChiÒu dµy èng; 3mm= 0,003 m B­íc èng: t= 0,07 m. *TÝnh to¸n c¬ khÝ mét sè chi tiÕt chñ yÕu cña thiÕt bÞ: -ChiÒu dµy th©n th¸p. ,m [17-360] Trong ®ã: D1: ®­êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ, m. j: hÖ sè bÒn thµnh h×nh trô theo ph­¬ng trôc däc, j=0,95. C: hÖ sè bæ sung do ¨n mßn, bµo mßn vµ dung sai vÒ chiÒu dµy, m Víi thiÕt bÞ hµn däc, mµn tay b»ng hå quang ®iÑn øng víi thÐp CT3 vµo 2 líp th× j=0,95. Pt: ¸p suÊt trong cña thiÕt bÞ, N/m2. ¸p suÊt trong cña thiÕt bÞ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Pt = PLV + Ptt , N/m2 [17- 366] Trong ®ã: PLV: ¸p suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ N/m2. PLV= 1,03. 105 N/m2 Ptt: ¸p suÊt thñy tÜnh cña n­íc. Ptt = r. g. h , N/m2 Trong ®ã: g lµ gia tèc träng tr­êng, g= 9,91 m/s2 h lµ chiÒu cao cña cét chÊt láng, h= 7m r lµ khèi l­îng riªng trung b×nh cña hçn hîp chÊt láng, r= 676 kg/m3. Do ®ã: Ptt = r. g. h = 9,81. 676. 7 = 46420,92 N/m2 VËy ¸p suÊt ë trong thiÕt bÞ lµ: Pt = 1,03. 105 + 46420,92 = 1,49421. 105 N/m2. Ta tÝnh hÖ sè bæ sung do ¨n mßn, bµo mßn, dung sai vµ chiÒu dµy. C = C1 + C2 + C3 , m2 [17-363] Víi: C1: bæ sung ¨n mßn: víi thÐp CT3 tèc ®é gØ lµ 0,06 mm/n¨m, thêi gian lµm viÖc tõ 15¸20 n¨m. C1 = 1mm C2: bæ sung do bµo mßn, C2 = 0. C3: Dung saivÒ chiÒu dµy, C3 = 0,8 mm. Do ®ã: C = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 mm = 0,0018 m. *øng suÊt cho phÐp cña thÐp CT theo giíi h¹n bÒn ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc [17-355]: , N/m2. Trong ®ã: h: hÖ sè ®iÒu chØnh. h: hÖ sè an toµn theo giíi h¹n bÒn. skt: øng suÊt giíi h¹n bÒn, N/m2. ThiÕt bÞ ®­îc c¸ch ly víi nguån nãng trùc tiÕp nªn thuéc lo¹i II. Tra b¶ng XIII.2 [17-356] ta ®­îc h = 1. Tra b¶ng XIII.3 [17-356] ta ®­îc h = 2,6. Tra b¶ng XII.4 [17-309] ta ®­îc skt = 380. 108 N/m2. Do ®ã: N/m2 *øng suÊt cho phÐp theo giíi h¹n ch¶y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc [17-355]: , N/m2. Trong ®ã: sct: giíi h¹n ch¶y ë nhiÖt ®é t, tra b¶ng XII.4 [17-309] ta ®­îc = 240.106 N/m2. nc: hÖ sè an toµn theo giíi h¹n ch¶y. Tra b¶ng XIII.3 [17-356] ta ®­îc n= 1,5. Þ N/m2. §Ó ®¶m b¶o bÒ ta lÊy gi¸ trÞ bÐ nhÊt trong hai kÕt qña trªn, tøc lµ: [s] = [sk] = 1,4614.106 N/m2. Tr­êng hîp ë ®©y ®­êng kÝnh thiÕt bÞ Dt = 2,2 m, víi hµn tay b»ng hå quang vµ c¸ch hµn gi¸p mçi hai bªn ta tra b¶ng XIII.8 [17-362] ta chän j= 0,95 Theo [17-360]: th× bá qua ®¹i l­îng P ë mÉu sè trong c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy th©n th¸p [17-360]. Do ®ã chiÒu dµy th©n th¸p ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: 3.TÝnh chiÒu dµy ®¸y vµ n¾p th¸p: §¸y vµ n¾p th¸p còng ®­îc lµm tõ vËt liÖu cïng lo¹i víi th©n th¸p. Ta dïng lo¹i ®¸y, n¾p elÝp cã gê cho th©n hµn. ChiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p lµm viÖc chÞu ¸p suÊt trong ®­îc tÝnh theo c«ng thøc [17-385]. Trong ®ã: jn: hÖ sè bÒn cña mèi hµn h­íng t©m (nÕu cã). hb: chiÒu cao phÇn låi cña ®¸y, m. k: hÖ sè kh«ng thø nguyªn. Tra b¶ng XIII.10 [17-382] ta ®­îc hb= 550 mm. b¶ng XIII.8 [17-362] ta ®­îc jn = 0,95 HÖ sè k ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc [17-385]. Trong ®ã: d lµ ®­êng kÝnh lín nhÊt cña lç kh«ng t¨ng cøng d= 0,15m. N¾p hµn tõ hai phÝa b»ng tay, hµn tõ hai nöa tÊm víi nhau. [sk]= 1,4615.108 N/m2 , sc= 240.106 N/m2. ® Ta tÝnh gi¸ trÞ: Do ®ã ®¹i l­îng P ë mÉu sè cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy ®¸y, n¾p ë trªn cã thÓ bá qua. a.ChiÒu dµy cña n¾p: Þ S = 0,00195 + C ,m. §¹i l­îng bæ sung C: S - C = 0,00195 m = 1,95mm V× S-C < 10. Nªn ta t¨ng thªm 2mm so víi gi¸ trÞ C tÝnh ë th©n th¸p [6-386]. VËy C = 0,0018 + 2. 10-3 = 0,0038 m). VËy S = 0,00195 + 0,0038 = 0,0575 (m). Dùa vµo b¶ng XIII.11 [17-384] ta quy chuÈn chiÒu dµy cña n¾p elÝp cã gê lµ S = 6mm. ChiÒu cao gê h = 50 mm. ChiÒu cao phÇn låi hb= 550 mm. b.ChiÒu dµy ®¸y th¸p: Trong ®ã: Pt- ¸p suÊt ë trong thiÕt bÞ, N/m2. Ptt- ¸p suÊt thñy tÜnh cña cét chÊt láng (khi cã sù cè). S = 0,00175 + C. Ta cã S - C = 0,00175 m = 1,75 mm. V× S - C < 10 nªn ta t¨ng thªm 2mm so víi gi¸ trÞ C tÝnh ë th©n th¸p. tøc lµ C = 0,0018 + 2.10-3= 0,0038 m. Do ®ã: S = 0,00175 + 0,0038 = 0,00555 (m) =5,55mm Ta quy chuÈn chiÒu d¸y ®¸y elÝp cã gê lµ S = 6 mm. ChiÒu cao gê h = 25 mm. ChiÒu cao phÇn låi hb= 550 mm. 4.TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn nguyªn liÖu vµo s¶n phÈm: èng dÉn nguyªn liÖu: d®Ønh Trong ®ã: w: vËn tèc trung b×nh cña hçn hîp dßng chän w= 0,2 m/s v: l­u l­îng thÓ tÝch cña hçn hîp , m3/s. (rhh: khèi l­îng riªng cña hçn hîp, r= 13,5 kg/m3). Víi l­îng nguyªn liÖu vµo th¸p: GP = 14768,42 kg/h = 4,102 kg/s. Þ VËy d®Ønh Ta chän d®Ønh = 200 mm. èng dÉn s¶n phÈm: Gi¶ sö nguyªn liÖu ®i ra cã G®Ønh = G®¸y= 4,102 kg/s vµ rhh= 613,5 kg/m3 th× t­¬ng tù nh­ trªn, ®­êng kÝnh chÊt t¸i nhiÖt tÝnh ®­îc lµ: d = 150 mm. Chi tiÕt ®­îc thÓ hiÖn trªn b¶n vÏ thiÕt bÞ èng chïm. 5.Chän mÆt bÝch cho thiÕt bÞ: MÆt bÝch lµ bé phËn quan träng dïng ®Ó nèi c¸c phÇn cña thiÕt bÞ còng nh­ nèi c¸c bé phËn kh¸c víi thiÕt bÞ. Ta chän bÝch liÒn b»ng kim lo¹i ®en ®Ó nèi c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ vµ èng dÉn. Dùa vµo b¶ng XIII.26 [17 - 409] ta chän kiÓu bÝch 1 øng víi kÝch th­íc nh­ sau; Chän bÝch liÒn b»ng thÐp ®Ó nèi n¾p vµ ®¸y th¸p víi th©n thiÕt bÞ. Tra b¶ng XIII. 27 [17 - 147] ta ®­îc b¶ng sau: B¶ng 27: KÝch th­íc bÝch ®Ó nèi n¾p vµ ®¸y th¸p víi th©n thiÕt bÞ. Py.10-6 N/m2 Dt mm KÝch th­íc nèi h D Db D1 D0 Bul«ng db z mm C¸i 0,1 2200 2350 2300 2260 2215 M24 56 32 Chän bÝch liÒn b»ng kim lo¹i ®en nèi thiÕt bÞ víi èng dÉn [17 - 409]. Ta gäi èng 1 lµ èng dÉn nguyªn liÖu. èng 2 lµ èng dÉn s¶n phÈm. èng 3 lµ èng dÉn chÊt t¸i nhiÖt. Ta cã b¶ng sau: èng dÉn Dy èng Dn KÝch th­íc nèi h D Db D1 Bul«ng mm Db, mm z, c¸i C¸i 1 2 3 0,25 0,25 0,25 200 200 150 219 219 159 290 290 260 255 225 225 232 232 202 M16 M16 M16 8 8 8 16 16 16 PhÇn IV: X©y dùng nhµ m¸y I.Ph©n tÝch ®Þa ®iÓm x©y dùng nhµ m¸y 1.C¸c yªu cÇu chung: Nhµ m¸y ®­îc ®Æt trong khu c«ng nghiÖp Vòng Tµu, cho phÐp tËn dông nguån n¨ng l­îng, nguyªn liÖu vµ sù hîp t¸c tõ c¸c nhµ m¸y l©n cËn> Víi vÞ trÝ nh­ vËy, n¨ng l­îng cho nhµ m¸y cã thÓ lÊy tõ c¸c má khÝ, dÇu gÇn ®ã nh­: má Rång, B¹ch Hæ, §¹i Hïng, Nam C«n S¬n... Nh­ng sÏ chñ yÕu lÊy nguån khÝ ®· qua xö lý lo¹i bá c¸c hîp chÊt nhÑ tõ nhµ m¸y khÝ Dinh Cè. Víi ®iÒu kiÖn x©y l¾p vµ vËn hµnh nhµ m¸y, Vòng Tçu lµ mét khu ®«ng d©n, vµ ®· cã mét sè nhµ m¸y c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i x©y dùng tr­íc ®ã nªn nguån nh©n c«ng x©y dùng c«ng nghiÖp cã kinh nghiÖm kh¸ dåi dµo. Tuy nhiªn do tr×nh ®é kü thuËt ViÖt Nam cßn thÊp, khi x©y dùng vµ vËn hµnh vÉn cÇn cã mét sè chuyªn gia n­íc ngoµi. Nguån c«ng nh©n chñ yÕu lµ c¸c kü s­ tèt nghiÖp c¸c tr­êng ®¹i häc trong n­íc nh­ B¸ch Khoa Hµ Néi, B¸ch Khoa thµnh phè Hå ChÝ Minh, Má, Tæng Hîp... 2.C¸c yªu cÇu vÒ khu ®Êt x©y dùng: a.VÒ ®Þa h×nh: -Khu ®Êt cã h×nh d¹ng ch÷ nhËt (180X250), rÊt thuËn tiÖn cho x©y dùng vµ bè trÝ mÆt b»ng s¶n xuÊt -Khu ®Êt t­¬ng ®èi b»ng ph¼ng, cã ®é dèc tù nhiªn 0,7o, do ®ã chi phÝ cho san lÊp lµ kh«ng ®¸ng kÓ, mÆt kh¸c l¹i thuËn lîi cho viÖc cÊp tho¸t n­íc trong mïa m­a. -Khu ®Êt n»m trªn mét vÞ trÝ cao r¸o, tr¸nh ®­îc ngËp lôt trong mïa m­a. b.VÒ ®Þa chÊt: Khu ®Êt n»m trªn vïng ®Êt ruéng (®Êt sÐt) ®­îc san lÊp nªn gi¶m tèi ®a chi phÝ gia cè nÒn mãng c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh. 3.C¸c yªu cÇu vÒ vÖ sinh c«ng nghiÖp: Do khu ®Êt n»m trong quy ho¹ch khu c«ng nghiÖp nªn c¸c yÕu tè b¶o vÖ m«i tr­êng ®· ®­îc tÝnh to¸n bëi c¸c nhµ m¸y tr­íc. II.Ph©n tÝch thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y: 1.Nguyªn t¾c ph©n vïng: Do cã nhiÒu h¹ng môc c«ng tr×nh vµ ®Æc ®iÓm thiÕt kÕ, nhµ m¸y ®­îc ph©n chia theo ®Æc ®iÓm sö dông. Nguyªn t¾c nµy cã ­u ®iÓm sau: +DÔ dµng qu¶n lý theo c¸c x­ëng, c«ng ®o¹n cña d©y truyÒn s¶n xuÊt. +§¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ vÖ sinh c«ng nghiÖp, dÔ dµng xö lý c¸c bé phËn ph¸t sinh c¸c ®iÒu kiÖn bÊt lîi trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng trong c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt c¸c chÊt dÔ ch¸y næ nh­ MTBE. +DÔ dµng bè trÝ hÖ thèng giao th«ng trong nhµ m¸y. +ThuËn lîi trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn nhµ m¸y. +Phï hîp víi ®Æc ®iÓm khÝ hËu ViÖt Nam. *Nh­îc ®iÓm: +HÖ thèng ®­êng èng kü thuËt vµ m¹ng l­íi giaoth«ng t¨ng lªn. +HÖ sè x©y dùng, sö dông ®Êt thÊp. *Tæng mÆt b»ng nhµ m¸y ®­îc ph©n ra lµm 4 vïng: +Vïng 1: Vïng tr­íc nhµ m¸y bao gåm nhµ hµnh chÝnh, phôc vô sinh ho¹t, gara «t«, xe ®¹p, khu thÓ thao,... ®­îc x©y dùng ë ®Çu h­íng giã chñ ®¹o, gÇn trôc giao th«ng chÝnh cña khu c«ng nghiÖp. +Vïng 2: Bè trÝ d©y truyÒn s¶n xuÊt cña nhµ m¸y, ®©y lµ khu vùc ®­îc bè trÝ khu ®Êt ­u tiªn vÒ ®Þa h×nh, ®Þa lý, ®Þa chÊt. +Vïng 3: Vïng kho tµng vµ phôc vô giao th«ng. Do ®Æc ®iÓm cña nhµ m¸y, n¬i ®©y chØ bè trÝ c¸c nhµ s¶n xuÊt MTBE vµo xitec, gara «t«, nhµ c¬ khÝ, nhµ xe cøu ho¶, nhµ kho,... +Vïng 4: N¬i bè trÝ c¸c c«ng tr×nh phô bao gåm tr¹m ®iÖn vµ xö lý n­íc th¶i. 2.C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh: 1)B¶ng thèng kª c¸c h¹ng môc: (h×nh vÏ) 2)C¸c d÷ liÖu kinh tÕ kü thuËt: Khu ®Êt x©y dùng cã d¹ng ch÷ nhËt gåm: Tæng diÖn tÝch 45000m2 DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña nhµ vµ c«ng tr×nh 9702m2 DiÖn tÝch cho kho b·i lé thiªn 1692m2 DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña ®­êng s¾t, bé, hÌ, r·nh tho¸t n­íc 18454m2 III.ThiÕt kÕ nhµ s¶n xuÊt: Ph©n x­ëng s¶n xuÊt ®­îc x©y dùng trªn khu ®Êt ®­îc ­u tiªn ®Æc biÖt vÒ ®Þa h×nh, ®Þa thÕ, ®¶m b¶o cã ®é chÞu lùc cho phÐp khi x©y dùng vµ vËn hµnh, nÒn t­¬ng ®èi cao , thuËn tiÖn cho cÊp tho¸t n­íc vµ tr¸nh ngËp lôt trong mïa m­a lò. Do quy m« d©y truyÒn kh¸ lín gåm 2 giai ®o¹n dehydro - hãa vµ ete ho¸ nèi tiÕp nhau nªn tiÒm lùc lao ®éng cña ph©n x­ëng bao gåm: Mét qu¶n ®èc Mét phã qu¶n ®èc 6 kü s­ vÒ c«ng nghÖ ho¸ häc 4 kü s­ vÒ ®iÖn, ®iÖn tö 20 c«ng nh©n lµnh nghÒ Tæng sè 32 ng­êi lµm viÖc chia lµm 3 ca. Víi d©y truyÒn s¶n xuÊt phøc t¹p, thiÕt bÞ ph¶n øng ®a d¹ng, ta chän h×nh thøc x©y dùng lé thiªn. §©y lµ h×nh thøc x©y dùng trong ®ã c¸c thiÕt bÞ ®­îc bè trÝ chñ yÕu trªn khung sµn lé thiªn, kh«ng t­êng, m¸i. 1.ý nghÜa vµ t¸c dông Gi¶m tØ träng t¸c dông lªn khung chÞu lùc cña c«ng tr×nh kh«ng cã t¶i trong bao che, lùc giã ngang.. .Do vËy gi¶m ®­îc khèi l­îng x©y dùng tõ 20-40%, tiÕt kiÖm ®­îc ®Çu t­ ban ®Çu. Gi¶m thêi gian thiÕt kÕ ,chuÈn bÞ vµ thi c«ng c«ng tr×nh . N©ng cao tÝnh linh ho¹t cña c«ng tr×nh, dÔ dµng bè trÝ, s¾p xÕp vµ söa ch÷a thiÕt bÞ, ®ång thêi t¹o ®iÒu kiÖn më réng vµ c¶i t¹o nµy . Ýt ph¶i quan t©m ®Õn ®iÖn chiÕu s¸ng, gi¶m nguy c¬ ch¸y næ Tõ nh÷ng ­u ®iÓm trªn, ph©n x­ëng s¶n xuÊt cã thÓ gi¶m x©y dùng 5-20% so víi d¹ng c«ng tr×nh kÝn gi¶m gi¸ thµnh 50% , do ®ã gi¶m giµ thµnh s¶n phÈm tõ 8-18%. 2.C¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n khi x©y dùng lé thiªn ; Trong c¸c ph©n x­ëng lé thiªn do chÞu t¸c ®éng trùc tiÕp nªn c¸c thiÕt bÞ chÞu ®­îc sù ¨n mßn, ph¸ huû cña khÝ hËu ViÖt Nam. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i ®­îc c¬ giíi ,tù ®éng ho¸ tíi mét phßng ®iÒu khiÓn trung t©m , h¹n chÕ tèi ®a lµm viÖc ngoµi trêi , khi ®ã ph¶i cã m¸i che. Nhµ ®iÒu khiÓn trung t©m ph¶i cã kÕt cÊu chèng giã, chèng ån , ®Çy ®ñ tiÖn nghi vµ an toµn nhÊt ,®­îc ®Æt t¹i n¬i cã quan x­ëng khi cÇn thiÕt . 3.Gi¶i ph¸p kÕt cÊu khung ph©n x­ëng . Do yªu cÇu l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ cã kÝch cì kh¸c nhau, ®«ng dùng vµ vËn hµnh, ta chän ph©n x­ëng gåm 3 nhÞp nhµ ( 6+6+6 ) ®é cao kh¸c nhau ( h×nh vÏ ) Toµn bé ph©n x­ëng sö dông cét chÝnh , dÇm chÝnh lµ c¸i ch÷ I ghÐp vµ c¸c thanh dÇm phô thÐp I c¸n ®­îc l¾p ®Æt vu«ng sao cho thuËn lîi khi l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ xuyªn sµn . C¸c mèi ghÐp ch©n cét víi mãng , dÇm víi cét , cét víi dÇm , ®Òu ®­îc cè ®Þnh b¨ng bul«ng , vÝt neo, kÕt hîp víi c¸c kÕt cÊu Do nhu cÇu chÞu lùc t¹i sµn 4 & 5 lµ kh«ng ®¸ng kÓ ta chØ dïng cét mµ dùa vµo c¸c th¸p l¾p ®Æt dµn thao t¸c , ngo¹i trõ khung sinh xóc t¸c . Do sù ¨n mßn lµ kh«ng ®¸ng kÓ , nªn sµng c¸c th¸p gåm t«ng cèt thÐp 100 cã t¸c dông lµm chç dùa cho thiÕt bÞ ,dµn thao t¸ ch¾n. Toµn bé ph©n x­ëng ®­îc bè trÝ 3 dµn cÇu thang thÐp ®Æt t¹i c¸c vÞ trÝ thÝch hîp. 4.Gi¶i ph¸p bè trÝ thiÕt bÞ trªn mÆt b»ng ph©n x­ëng Trong nhµ 2 tÇng c¸c thiÕt bÞ ®­îc l¾p ®Æt thµnh hai tÇng ë hai bªn d·y cét B t¹o hai hµnh lang 4m vµ 2m. +TÇng 1 ; Mét sè thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt èng chïm vµ c¸c thiÐt bÞ ®ung s«i ®¸y th¸p ®­îc ®Æt trªn mét dµn Ðp cao 1,5m, c¸c lß ®èt ®­îc l¾p ®Æt trªn c¸c hÖ thèng bª t«ng cao 0,3m. + TÇng 2 ; L¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ xuyªn sµn , mét sè thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt , vµ mét phßng ®iÒu khiÓn trung t©m 6* 12* 4,8m. Toµn bé b¬m vµ m¸y nÐn ®­îc tËp trung trong nhµ khung thÐp cã m¸i che 6*12 ®Æt riªng ë phÝa ngoµi . Trong nhµ nhÞp 6m, l¾p ®Æt mét th¸p t¸i sinh cao 18m , 3 th¸p ch­ng cÊt cao 16m , mét sè thïng l¾ng vµ thiÕt bÞ ng­ng tô ®Ønh th¸p . KÕt luËn C«ng nghÖ tæng hîp MTBE vÉn ®ang lµ vÊn ®Ò míi trong c«ng nghÖ ho¸ häc trªn thÕ giíi, còng nh­ ë ViÖt Nam. ViÖc lùa chän c«ng nghÖ tiªu chuÈn tèi ­u nh­ theo s¬ ®å c«ng nghÖ cña UOP sÏ cho hiÖu qu¶ cao vÒ mÆt kinh tÕ kü thuËt. ë ViÖt Nam, khi chóng ta khai th¸c cã hiÖu qu¶ hµng lo¹t chÕ biÕn khÝ nh­ Nam C«n S¬n, Lan T©y, Lan §á,... KhÝ ®ång hµnh ë c¸c má B¹ch Hæ, §¹i Hïng... sÏ t¹o ra nguån nguyªn liÖu isobutan dåi dµo cho qu¸ tr×nh tæng hîp MTBE. V× vËy, ph©n tÝch, thiÕt kÕ d©y truyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt MTBE lµ rÊt cÇn thiÕt vµ quan träng ®Ó tiÕn tíi chóng ta x©y dùng nhµ m¸y MTBE ViÖt Nam. §å ¸n thiÕt kÕ ph©n x­ëng s¶n xuÊt MTBE tõ isobutan n¨ng suÊt 50000 tÊn/n¨m ®­îc t«i hoµn thµnh qua mét thêi gian lµm viÖc khÈn tr­¬ng. Víi sù gióp ®ì tËn t×nh cña c¸c thÇy gi¸o vµ b¹n bÌ. Tuy cã nhiÒu cè g¾ng xong ®å ¸n kh«ng thÓ tr¸nh khái sai sãt. V× vËy, rÊt mong ®­îc c¸c thÇy c«, c¸c b¹n ®ãng gãp ý kiÕn bæ sung, söa ch÷a cho b¶n ®å ¸n nµy ®­îc hoµn chØnh h¬n. T«i xin c¶m ¬n! Tµi liÖu tham kh¶o [1].Ullman's encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A16. [2].Chem Systems' Perp - Methyl tertyary - Butyl Ether [3].Hydrocacbon Processing, Vol 77, No 10-1998. [4].Applied Catalysis J., Vol 134, No 1, 1996. [5].Journal of Industrial Engineering Chemical Research. Vol 37, 3575-3581, 1998. [6].Journal of Industrial Engineering Chemical Research. Vol 34, 3817-3825, 1995 [7].Journal of Industrial Engineering Chemical Research. Vol 32, 564-569, 1993 [8].Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A4. [9].Hydrocacbon Processing J., Vol 72, No 1-1993, 89-92. [10].Hydrocacbon Processing J., Vol 72, No 2-1993, 43-51. [11]. [12].Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ ho¸ häc - tËp 1. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt - 1999. [13].Journal of Industrial Engineering Chemical Research. Vol 33, 2830-2835, 1994 [14].Journal of Industrial Engineering Chemical Research. Vol 35, 1996 [15].TrÇn C«ng Khanh, Gi¸o tr×nh thiÕt bÞ tæng hîp h÷u c¬. [16].Gi¸o tr×nh c¬ së c¸c qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ häc. TËp 1 - Nhµ xuÊt b¶n §¹i häc B¸ch Khoa, 1974 [17].Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ häc. TËp 2 - Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt - 1999