Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Đánh giá sơ bộ về tính khả thi của dự án

Đánh giá sơ bộ về tính khả thi của dự án

Tải bản đầy đủ - 0trang

4. Mơ tả q trình

Methyl axetat được sản xuất thơng thường bằng cách este hoá axit axetic và methanol.

Một quá trình điển hình cho việc sản xuất methyl axetat được biểu diễn ở hình 1

Methyl acetate được tổng hợp từ phản ứng este hóa của một acid acetic v ới methanol

với sự có mặt của chất xúc tác acid sulfuric:

CH3OH + CH3COOH  CH3COOCH3 + H2O



Khi bắt đầu quá trình, các dòng chất - methanol và axit axetic, được chuẩn bị và đưa đến

nhiệt độ và áp suất vận hành tối ưu (60 0F -l5psia). Các dòng chất (Methanol và axit axetic)

được trộn lẫn trong mixer 1. Áp suất của dòng chất được tăng bằng bơm (từ l5psia đến

125psia). Sau khi nâng áp, dòng chảy đi qua bộ trao đổi nhiệt. Trong bước này, dòng steam

được gia nhiệt đến 1880F. Dòng steam xúc tác H2SO4 đầu tiên của chất xúc tác (ở 60 oF –

l5psia) được thay đổi thành áp suất cao (l25psia) bằng bơm 2. Sau khi nâng áp đến 125 psia,

cả hai chất phản ứng và axit sunfuric được đưa vào máy trộn 2. Giả sử rằng không có đồng

sản phẩm trong phản ứng này.Các dòng steam để rời khỏi máy trộn 2 ở điều kiện 240 0F và

125 psia. Dòng steam này đi vào lò phản ứng nơi q trình este hóa methanol và acid acetic

xảy ra ở 350oF - 125psia. Sản phẩm của phản ứng này là metyl axetat, nước,axit sunfuric và

lượng dư của axit axetic và metanol. Kế đến ở lò phản ứng hỗn hợp sản phẩm được lấy ra ở

phần dưới của phân xưởng để tách hoàn toàn tất cả các cấu tử, phần dưới được thiết kế để sản

phẩm metyl axetat đạt 99% độ tinh khiết theo trọng lượng và khối lượng metyl axetat sẽ là

100.8tr pound mỗi năm. Dòng steam sản phẩm được nâng áp và làm nóng (350 0F và 125

psia) rời khỏi lò phản ứng được đưa vào tháp chưng cất 1.

Chưng cất là một trong những phân xưởng quan trọng nhất trong q trình sản xuất. Mục

đích của cột chưng cất là tách riêng một hỗn hợp các cấu tử thành hai hoặc nhiều sản phẩm

của các hợp phần khác nhau. Bên trong cột chưng cất được cung cấp các đĩa hoặc đệm.



Hỗn hợp lỏng được tách ra được đưa đến tập trung vào một tầng đĩa xếp dọc. Một lò

gia nhiệt được cung cấp ở đáy cột chưng cất để cung cấp nhiệt yêu cầu cho quá trình bay hơi

liên quan đến chưng cất và để bù lượng nhiệt bị mất. Một thiết bị làm lạnh được cung cấp ở

đỉnh cột chưng cất để ngưng tụ và làm lạnh dòng ra ở đỉnh.

Ở tháp chưng cất 1, 30 đĩa (bậc) được thiết lập và dòng steam nguyên liệu từ lò phản

ứng được đặt ở đĩa thứ 20, để tách methyl axetat nhiều nhất có thể. Tại đỉnh tháp chưng cất 1,

ở dòng steam chưng cất đó là lối ra của hầu hết methyl axetat và một lượng nhỏ metanol

chưa phản ứng. Tại đáy là axit sunfuric, nước và dòng hỗn hợp axit axetic.

Ở tháp chưng cất 2, mục đích là tách methyl axetat nhiều nhất có thể. Dòng steam rời

khỏi đỉnh của tháp chưng cất 1 là 470F và 2 psia. Dòng steam này sẽ đi vào máy bơm để đạt

áp suất cao là 350 psia trước khi đưa nó vào tháp chưng cất 2. Chúng ta phải bơm dòng steam

này đến một áp suất cao bởi vì chúng ta muốn vượt qua sự tạo thành hỗn hợp đẳng phí của

metanol và metyl axetat. Ở cột này, metanol và metyl axetat được tách dưới điều kiện áp suất

và nhiệt độ cao. Cấu tử nhẹ- metanol được tập trung ở đỉnh cột chưng cất là sản phẩm phụ

thứ 2 (pha hơi). Nó đi qua một cái van để giảm áp suất 350 psia đến 125 psia và giữ áp suất

khơng đổi ở q trình tuần hồn. Sản phẩm chính của cột chưng cất này là cấu tử nặng- metyl

axetat được thu ở đáy. Dòng steam sẽ được làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt 2 trước khi

thu được ở dạng lỏng có độ tinh khiết trên 99,22% theo khối lượng và 100,8tr pound hằng

năm tại 600F và 15 psia.

Ở cột chưng cất 3, tại đáy của cột chưng cất 1, axit sunfuric, nước và hỗn hợp axit

axetic tại 980F và 2psia, dòng steam này được nâng áp bằng bơm trước khi đưa vào tháp

chưng cất 3 để tách thành 2 dòng vật chất khác nhau. Cấu tử nhẹ ở đỉnh tháp chưng cất chứa

một lượng lớn nước và một lượng nhỏ dòng axit axetic và cấu tử nặng. Tại đáy của tháp

chưng cất là số lượng lớn của axit axetic và axit sunfuric. Dòng axit axetic và axit sunfuric

sẽ được tái sử dụng bằng việc bơm qua ống và thêm vào hỗn hợp nguyên liệu trước khi đưa

vào lò phản ứng. Nó được tuần hồn 100% để tối thiểu số lượng của chất thải và giảm chi phí

của đầu vào để lợi nhuận đạt tối đa. Vì vậy, trong nỗ lực để cải thiện hiệu quả năng lượng tất

cả những sản phẩm phải được tận dụng trong quá trình sản xuất.

Phân xưởng metyl axetat của chúng ta được thiết lập vận hành với dòng ngun liệu

có tỷ số của axit axtetic và etanol là 2:1 theo khối lượng. Tỷ số này được chọn bởi vì chỉ số

mol phản ứng trong q trình este hố. Tỷ số này là để giảm thiểu nhất lượng thải và nâng

cao hiệu quả phản ứng. Chúng ta sản xuất được nhiều metyl axetat có khả năng sinh lợi nhất,

và tin rằng thiết kế này là mang lại hiêu quả chi phí lớn nhất ở hiện tại.



5. Mô tả phân xưởng

Mixer: 2 mixer làm việc tại áp suất đầu vào của dòng, và đừng quan tâm về ước tính

nhiệt độ, vậy chúng khơng u cầu quá nhiều điều kiện pha tồn tại là lỏng hơi, và bước lặp

tối đa là 30, sai số lỗi là rất nhỏ (0,0001). Chỉ có sự khác nhau trong nhiệt độ làm việc ở

mixer 1, áp suất là 15 psia (điều kiện tồn chứa của nguồn nguyên liệu) và cho mixer 2 là

125 psia. Mixer 1 trộn axit axetic và metanol trước khi gia nhiệt và nâng áp chúng để đạt

được điều kiện yêu cầu. mixer 2 hoà trộn nguyên liệu tại nhiệt độ và áp suất cao hơn với xúc

tác để làm đầu vào cho lò phản ứng.

Bơm: bơm cung cấp năng lượng cần thiết để nâng áp chất lỏng trong quá trình từ hệ

thống chưng cất chân không được sử dụng cho những phân xưởng khác vận hành tại điều

kiện khí quyển. bơm sử dụng ở đây là bơm ly tâm, cái được sử dụng lực ly tâm để di chuyển

chất lỏng vào dòng steam. Bơm 1 nâng áp dòng ra của nguyên liệu được khuấy trộn từ áp

suất bồn bể, áp suất tồn chứa tới 125 psia là điều kiện vận hành. Bơm 2 làm việc hoàn toàn

giống như bơm 1 nhưng vật chất ở đây là xúc tác (axit sunfuric). Bơm 3 cho ra áp suất tại

350 psia cần thiết cho hiệu suất cao của cột chưng cất, nó tăng áp suất của dòng chưng cất,

của tháp chưng cất 1 trước khi vào tháp chưng cất 2. Bơm 4 nâng áp dòng đáy của tháp

chưng cất 1 từ 2 lên 15 psia. Tất cả các bơm làm việc với chất lỏng có tính axit vì vậy độ ăn

mòn là rất quan trọng để chọn vật liệu phù hợp hiệu quả cho tất cả là 0,75 và năng lượng là

điện

Thiết bị trao đổi nhiệt: quá trình sử dụng tổng cộng 2 bộ biến đổi trạng thái nhiệt độc

lập với cột chưng cất. nguyên liệu sau khi được khuấy trộn và nâng áp được gia nhiệt bởi

thiết bị trao đổi nhiệt 1 tới 1880F. pha tồn tại là lỏng hơi và năng lượng là LP. Trong khi thiết

bị trao đổi nhiệt 2 chỉ chấp nhận pha khí, năng lượng là REFRIG. Giảm dòng ở đáy của tháp

chưng cất 2 từ 371 xuống 600F, nhiệt độ có thể lưu trữ tất cả các thiết bị dạng ống là loại thiết

bị trao đổi nhiệt dạng ống và vỏ TEMA

Lò phản ứng: q trình chỉ sử dụng 1 lò phản ứng hợp thức ở Aspen Plus cái mà mơ

hình của một lò phản ứng khuấy liên tục bằng cách chỉ định độ chuyển hoá overall. Dữ liệu

hệ số tỷ lượng được cung cấp bởi phòng thí nghiệm nghiên cứu Just-in-time R&D cho xúc

tác đặc trưng và những kết quả từ cơ sở mô phỏng. Sau khi đạt được những yêu cầu nguyên

liệu và xúc tác đi vào CSTR làm việc ở 125 psia. The duty là không PTU/HR và pha hiện tại

chỉ pha lỏng. Thể tích tổng của lò phản ứng đầu tiên là gần 800 ft 3 chỉ 65,2% độ chuyển hố

theo dòng mol methanol đạt được

Tháp chưng cất: cột tháp chưng cất được sử dụng để tách 1 cấu tử từ một hỗn hợp

bằng điểm sôi khác nhau. Hiệu suất tách dựa vào số bậc, chỉ số hồi lưu và tỷ lệ dòng steam.

Trong q trình này chúng ta sử dụng 3 cột tháp chưng cất RADFRAC cho việc tách metyl

axetat từ hỗn hợp nguyên liệu sản phẩm và xúc tác.

 Tháp chưng cất 1: chúng ta sử dụng cột chưng cất đầu tiên để tách hỗn hơp thành

một hỗn hợp metyl axetat và metanol. Chúng có điểm sôi xấp xĩ nhau và một hỗn hợp

của nước, axit axetic, axit sunfuric tại đáy. Cột chưng cất này được thiết lập tại cân

bằng, 30 bậc. dòng khối lượng chưng cất là 15000 lb/h và chỉ số hồi lưu mol là 3. Bậc

1/ áp suất ngưng tụ là 2 psia, năng lượng ngưng tụ là REFRIG và cho vào lò tái đun là

MP. Tại sản phẩm đỉnh, chúng ta thu được độ tinh khiết của metyl axetat theo khối

lượng là 91,9%. Hầu hết axit axetic, nước và axit sunfuric ra khỏi cột chưng cất tại

đáy, chuẩn bị cho tuần hoàn.



 Tháp chưng cất 2: với hầu hết metyl axetat và methanol tại đỉnh của tháp chưng cất 1

chúng ta cần thêm một cột chưng cất và áp suất hỗn hợp đẳng phí vận hành cao để

chia metyl axetat tại đáy và các cấu tử khác tại đỉnh. có 30 bậc tại cột chưng cất này

được thiết lập tại cân bằng. Tốc độ dòng đáy là 12000 lb/hr và chỉ số hồi lưu mol là

1,8. Bậc 1/áp suất ngưng tụ là 350 psia. Năng lượng cho ngưng tụ là CW và cho tái

đun là HP. Độ tinh khiết của metyl axetat theo khối lượng ở đáy là 99,2%. Dòng ở

đỉnh quay trở lại hồ trộn với ngun liệu cho lò phản ứng

 Tháp chưng cất 3: chúng ta cần thêm 1 cột chưng cất để tách axit sunfuric ở đáy của

tháp chưng cất 1 cho việc tái sử dụng xúc tác trong lò phản ứng. Tháp chưng cất 3 có

30 bậc tại cân bằng. Chỉ số hồi lưu mol là 3 và tốc độ dòng đáy là 5000 lb/hr. Bậc 1/áp

suất ngưng tụ là 15 psia. Năng lượng cho ngưng tụ là CW và tái đun là FIRE ( bề

mặt ). Chúng ta cần lấy gần 100% khối lượng của axit sunfuric tại đáy, trở lại mixer 2

cho phản ứng tiếp theo. Điều đó có nghĩa rằng, chúng ta có thể tiết kiệm lượng lớn

tiền cho xúc tác



Van: dòng chưng cất của tháp chưng cất 2 được tuần hoàn trở lại mixer 2 nhưng áp

suất quá cao vì vậy chúng ta cần 1 van để giữ áp suất không đổi, giảm từ 350 còn 125 psia.

Thực hiện mơ phỏng mơ hình thiết kế trên phần mềm mơ phỏng hysys aspen: (có

file đính kèm)



6. Tóm tắt vốn đầu tư cố định

ISBL: chúng ta có giá của thiết bị liên quan trong giá trình sản xuất và chi phí lắp đặt

của thiết bị đó

Bơm

Thiết bị trao đổi nhiệt

Tháp chưng cất

Chi phí thiết bị

$56400

$31800

$1107200

Chi phí lắp đặt

$162300

$219000

$3653500

Chi phí tổng cộng (ISBL) bằng tổng chi phí thiết bị và chi phí lắp đặt (ISBL:

6.588.400 USD). Dựa vào bảng, chúng ta có thể thấy rằng chi phí cho các cột tháp chưng cất

chiếm phần lớn nhất trong ISBL. Trong quá trình chưng cất, một phần tiêu năng lượng nhất

cũng như là tiền là lò tái đun. Trong quá trình, chúng ta sẽ thấy sự xuất hiện của một van

trong đầu ra của sản phẩm chưng cất của cột chưng cất 2 để điều chỉnh nhiệt độ cũng như áp

suất của dòng tuần hồn. Tuy nhiên, giá của van có thể khơng đáng kể khi so sánh với lượng

lớn tiền của những thiết bị khác. Do đó chúng ta khơng thể nhìn thấy nó trong bảng liệt kê

giá trị trong bảng Aspen.



số tiền tổng cộng của vật liệu là $3025454 và OSBL được tính tốn dựa vào ISBL và vật liệu

là gần $5397278 trong đó OSBL= 25%ISBL + 4%ISBL + 1%ISBL + vật liệu lắp đặt +

6%ISBL. FCA tổng cộng là bằng tổng của ISBL và OSBL là gần $11985678. Tổng vốn khấu

hao (TDC) là gần $15581381 là nhỏ hơn so với thu nhập của chúng ta $55440000 như ước

tính. TDC được tính tốn bằng tổng của FCA và dự phòng (30% ISBL)

Tómtắtnănglượng:

Bảng 2 sẽ hiển thị giá của năng lượng mà chúng ta sử dụng vận hành q trình

Nước

Steam

Khí

Nhiênliệuđốt

Điện

$99332

$646616

$365355

$1536901

$147005

Chúng ta có thể thấy Steam (dòng hơi nước) và nhiên liệu đốt là 2 năng lượng đáng kể tiêu

tốn tiền bạc nhiều nhất



năng lượng yêu cầu cho nhà máy là CW (nước lạnh), ELEC (điện), 3 loại: LP, MP, HP

(steam), REFGIR (khí propan), và FIRE (nhiên liệu đốt). điện được sử dụng là năng lượng

cho tất cả các máy bơm. 2 mixer và lò phản ứng được giả sử là không sử dụng năng lượng.

Trước khi vào mixer 2, dòng nguyên liệu được gia nhiệt bằng thiết bị trao đổi nhiệt đầu tiên

(HEX 1) cái mà được cung cấp năng lượng bằng steam ở áp suất trung bình (MP) vận hành ở

125 psia. Nhiệt độ của sản phẩm là cao hơn rất nhiều so với điều kịện tồn chứa, vì vậy cần

làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt thứ 2 (HEX 2) bằng năng lượng REFGIR. Loại năng

lượng này cũng được dùng để chuyển hơi thành lỏng tại thiết bị làm lạnh của tháp chưng cất

đầu tiên (DISTIL-1). Nước lạnh được sử dụng trong thiết bị làm lạnh của tháp chưng cấp 2

và 3 (DISTIL -2,3). Lò tái đun của 3 tháp chưng cất là khác nhau về năng lượng, phần này

của cột chưng cất thứ nhất sử dụng steam tại áp suất trung bình (125 psia), trong khi đó cột

chưng cất thứ 2 là dòng steam tại áp suất cao (HP) bởi vì áp suất dòng đầu vào là 350 psia.

Cột chưng cất thứ 3 được thiết lập năng lượng khác- FIRE bằng nhiên liệu đốt. chi tiết về

những năng lượng liên quan của mỗi phân xưởng riêng có thể được tìm thấy trong chú thích

của mỗi phân xưởng

Tóm tắt chi phí và ước tính kinh tế



vì vậy, chúng ta có thể thấy dự án này là sinh lợi bởi vì giá trị sản phẩm tổng cộng là cao hơn

nhiều so với chi phí sản phẩm để cụ thể chúng ta có:

Methanol

Axit axetic

Axit sunfuric

$3617208

$24572856

$28274

Bảng 3: chi phí nguyên liệu mỗi năm

Chi phí nguyên liệu hằng năm được thể hiện ở bảng 3. Giả sử rằng độ chuyển hố

80% đạt được trong phản ứng và có thể thấy từ flow sheet, một lượng lớn methanol được

tuần hồn trong dòng tuần hồn 2 và một lượng lớn axit axetic và axit sunfuric được tuần

hồn trong dòng tuần hồn 2. Hai dòng tuần hồn quay trở lại và hồ trộn với dòng ngun

liệu ban đầu cho mixer. Sự bổ sung này đóng góp một lượng lớn vào giảm chi phí ngun

liệu thơ cũng như chi phí xúc tác và hành động này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ

mơi trường bởi vì chỉ một lượng nhỏ của chất thải là gây nguy hại bên ngoài.



giá trị trong bảng 3 tới 5 được sử dụng để tính tốn chi phí tổng cộng sản phẩm. chi phí tổng

cộng sản phẩm gần bằng $34677152 mỗi năm. Tất cả các thơng tin trong bảng nói trên được

sử dụng để tính toán PTROI cái mà chiếm 98,11% cho vận hành phân xưởng.

Giá trị hiện tại ròng (NPV) được ước tính với lãi suất 10% như đề cập bởi liên doanh

hoá chất Ester (ICC) thực hiện lịch trình khấu hao MACRS 5 năm và tuổi thọ vận hành 10

năm. Vì vậy NPV của nhà máy là $68787549, những minh hoạ chỉ số này nhà máy sẽ tạo ra

một lợi nhuận lớn trong giai đoạn vận hành. Tỉ suất luân chuyển tiền mặt chiết khấu

(DCFROG) là tỷ lệ lãi suất cho ra NPV là 0. DCFROG cho nhà máy này là 69,96%. Sự kiểm

chứng lợi nhuận được sử dụng để xác định tỷ suất lợi nhuận tái đầu tư. Một cái DCFROG

cao sẽ thu hút nhà đầu tư bên ngoài đối với nhà máy và cơng ty. NPV và DCFROG được tính

tốn sử dụng bảng tính trong phụ lục.



7. Bảng chi phí các cụm thiết bị cần cho dự

án:



8. Bảng tính tốn chi phí nguyên liệu



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Đánh giá sơ bộ về tính khả thi của dự án

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×