Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ.

CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ.

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Dòng isobutylen từ tháp qua bơm P-101 trộn với dòng metanol ban đầu và metanol

tuần hoàn qua thiết bị trao đổi nhiệt E-101 để đạt được nhiệt độ 60 oC-80oC rồi vào thiết bị

phản ứng tổng hợp MTBE R-101. Tại đây isobutylen sẽ phản ứng với metanol tạo thành

MTBE. Độ chuyển hóa trong thiết bị này khoảng 90%. Dòng sản phẩm sau đó tiếp tục

được đưa qua bơm P-102 sang thiết bị chưng phản ứng T-101. Tại đây vừa xảy ra phản

ứng tổng hợp MTBE vừa xảy ra quá trình chưng cất lấy sản phẩm MTBE. Độ chuyển hóa

qua q trình này có thể đạt đến trên 99%. MTBE thu được ở đáy tháp này được đưa đến

bể chứa. Còn sản phẩm đỉnh chủ yếu là metanol chưa phản ứng và hỗn hợp khí C4 được

đưa qua tháp rửa T-102. Nước được đưa đến đỉnh tháp rửa này để hấp thụ metanol dư.

Đỉnh tháp sẽ thu được hỗn hợp khí C4, còn đáy tháp là hỗn hợp metanol và nước. Dòng

này được bơm P-105 đưa đến tháp chưng tách metanol T- 103. Dòng metanol thu được ở

đỉnh sẽ được tuần hồn trở lại trộn với dòng metanol ban đầu. Ở đáy tháp thu được nước

thải.

4.1.3 Điều kiện cơng nghệ

Q trình tổng hợp MTBE ( Công nghệ Ethermax):

-



Nhiệt độ: 50oC-90oC.

Áp suất: 1,2-1,5 Mpa

Xúc tác: Amberlyst 15.

Tỷ lệ MeOH/Isobutylen: 1-1,1.



4.2 Tính tốn cân bằng vật chất và nhiệt lượng

4.2.1 Tính tốn cân bằng vật chất

Dây chuyền sản xuất MTBE từ nguyên liệu khí Iso Butylen với công suất 50.000

tấn/ năm.

Dây chuyền sản suất 24h/ ngày và 1 năm làm việc 330 ngày còn 35 ngày nghỉ để

sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ.

Năng suất MTBE: 50.000 tấn/ năm.

Như vậy năng suất dây chuyền tính theo giờ là:

50000.1000/ (330.24) = 6313,13 (Kg/h)

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 38



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Năng suất dây chuyền tính theo Kmol/ h là:

6313,13 : 88 = 71,74 (Kmol/h)

Thành phần nguyên liệu:

Metanol kỹ thuật (% trọng lượng): 99,5%

Hàm lượng Methanol, %TL

Hàm lượng Nước, %TL

Isobuten (% trọng lượng )



> 99.85

< 0.15



Cấu tử



% trọng lượng



Isobutene



99.98



1-Butene



0.005



2-Butenes



0.01



Butanes



0.005



1,3-Butadiene



< 0.001



tert-Butanol



< 0.0005



Nước



< 0.003



Sulfur



< 0.0001



4.2.1.1. Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng R-101

Lượng vật chất đi vào thiết bị phản ứng bao gồm: Metanol kĩ thuật, Iso buten

Các phản ứng xảy ra :



-



Phản ứng chính:



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 39



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



CH3



CH3

xt



CH3OH



+



CH2



C



CH3



0



0



CH3



O



CH3



C



t =50-90



CH3

(MTBE)

-



Phản ứng phụ:



CH3



CH3

CH3



+



CH2



C



H+



H2O



CH3



OH



C

CH3



Tert-butylalcohol ( TBA)

CH3

C



CH3



CH3

CH2



+



CH3



CH3



CH2



C



C



CH



CH3



CH3



C

CH3



Diisobuten



2CH3OH



H+

t0 =1400



CH3



O



Dimetyl ete



Chọn



= 1,1 ( tỉ lệ mol )



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 40



CH3 + H2O



CH3



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Gọi lưu lượng Isobuten tinh khiết ban đầu là x (kg/h)

Hiệu suất phản ứng là 85% nên lượng isobuten phản ứng là 0,85x (kg/h)

Giả thiết mức độ chọn lọc isobuten la 98%

98% tạo thành MTBE, 0,3% tạo TBA, 1.7% tạo di-isobuten

Trong phản ứng chính, lượng isobuten trong phản ứng tạo MTBE:

0,98.0,85x = 0,833x (kg/h)



CH3



CH3

xt



CH3OH



+



CH2



C



CH3



0



t =50-90



0



CH3



C



O



CH3



CH3

(MTBE)

32



56



0,476x



88



0,833x



1,309x Kg/h



Trong phản ứng phụ:

Lượng isobuten tạo TBA là:

0,003.0,85x = 0,00255x (kg/h)



CH3



CH3

CH3



C



CH2



+



H+



H2O



CH3



OH



C

CH3



Tert-butylalcohol ( TBA)

56

Vũ Ngọc Đức - 20123024



18

Page 41



74



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



0,00255x



0,0008x



Lượng isobuten tạo di-isobuten là:



CH3

C



0,017.0,85x = 0,0145x (kg/h)



CH3



CH3

CH2



+



CH3



C



0,0034x (kg/h)



CH3



CH2



C



CH



CH3



CH3

56



112

0,0145x (kg/h)



Lượng isobuten dư là:

x - 0,85x = 0,15x (kg/h)

Lượng isobuten kĩ thuật là:

x.100

99,98



= 1,0002x (kg/h)

Nên lượng 1-buten là:

1, 0002 x.0, 005

100



= 5,001.10-5x (kg/h)



Lượng 2-buten:

1, 0002 x.0, 01

100



=10,002.10-5x (kg/h)



Lượng butan:

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 42



C

CH3



CH3



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ

1, 0002 x.0, 005

100



= 5,001.10-5x (kg/h)



Lượng metanol tinh khiết phản ứng chính: 0,476x (kg/h)

Lượng nước phản ứng: 0.0008x (kg/h)

Lượng MTBE tạo thành: 1,309x (kg/h)

Lương TBA tạo thành: 0,0034x (kg/h)

Lượng diisobuten tạo thành: 0,0145x (kg/h)

Lượng metanol tinh khiết nguyên liệu là: 1,1x (kg/h)

Lượng metanol kĩ thuật là:

1,1.100 x

99,85



=1,1017x (kg/h)

Lượng nước chứa trong metanol là:

0,15%.1,1017x = 0,0017x (kg/h)

Giả sử hiệu suất tạo phản ứng phụ đimetyl ete của metanol là 2%

Lượng metanol tinh khiết phản ứng phụ:

1,1x.2

100



2CH3OH



H+

0



t =140



0



CH3



= 0,022x (kg/h)



O



CH3 + H2O



32



46



18



0,022x



0,0158x



0,0062x (kg/h)



Vậy lượng metanol tinh khiết dư là:

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 43



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



1,1x - 0,476x - 0,022x = 0,602x (kg/h)

Lượng nước dư là:

0,0017x + 0,0062x - 0.0008x = 0,0071x (kg/h)

Ta có bảng cân bằng vật chất cho thiết bị R-101

Dòng vào(kg/h)



Dòng ra(kg/h)



Metanol kĩ thuật (1)



1,1017x



Metanol tinh khiết



1,1x



Metanol tinh khiết



0,602x



Nước



0,0017x



Nước



0,0071x



Isobuten kĩ thuật (2)



1,0002x



isobuten



x



isobuten



0,15x



1-buten



5,001.10-5x



1-buten



5,001.10-5x



2-buten



10,002.10-5x



2-buten



10,002.10-5x



butan



5,001.10-5x



butan



5,001.10-5x



MTBE



1,309x



TBA



0,0034x



Diisobuten



0,0145x



Dimetyl ete



0,0158x



Tổng ra



2.1019x



Tổng vào (1) + (2)



2,1019x



4.2.1.2. Cân bằng vật chất cho thiết bị chưng tách R-102

Dòng vào của thiết bị R-102 gồm tất cả dòng ra của thiết bị R-101. Trong đó:

Phần tạp chất C4 (1-buten,2-buten.butan ) đi vào thiết bị là:

5,001.10-5x + 10,002.10-5x + 5,001.10-5x = 2,0004.10-4x (kg/h)

Lượng Isobuten là: 0,15x (kg/h)

Giả sử hiệu suất phản ứng của isobuten là 99,7%, lượng isobuten phản ứng là:

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 44



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



0,15x.99,7% = 0,1496x (kg/h)

Trong đó: 98% tạo MTBE, 0,3% tạo TBA, 1,7% tạo di-isobuten

Trong phản ứng chính:

Lượng isobuten tạo MTBE là: 0,1496x.98% = 0,1466x (kg/h)



CH3



CH3

xt



CH3OH



+



CH2



C



CH3



0



t =50-90



0



CH3



CH3



C



O



CH3

(MTBE)

32



56



0,0838x



88



0,1466x



0,2304x Kg/h



Tổng lượng MTBE tạo thành là:

0,2304x + 1,309x = 1,5394x(kg/h)

Trong phản ứng phụ:

Lượng isobuten tạo TBA là: 0,003.0,1496x = 4,488.10-4x (kg/h)



CH3



CH3

CH3



C



CH2



+



H2O



H+



CH3



C



OH



CH3

Tert-butylalcohol ( TBA)



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 45



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



56



18



74



4,488.10-4x



1,443.10-4 x



5,931.10-4 x (kg/h)



Tổng lượng TBA tạo thành là:

5,931.10-4x + 0,0034x = 3,9931.10-3x (kg/h)

Lượng isobuten tạo di-isobuten là:

0,017.0,1496x = 2,543.10-3x (kg/h)



CH3

CH2



C

CH3



CH3



CH3

+



C



CH3



CH2



C



CH



CH3



CH3

56



C



CH3



CH3

112



2,543.10 -3 x (kg/h)

Tổng lượng diisobuten tạo thành là:

2,543.10-3x + 0,0145x = 0,01704x (kg/h)

Lượng isobuten dư là: 0,15x - 0,1496x = 0,0004x (kg/h)

Lượng isobuten kĩ thuật không phản ứng là:

0, 0004 x.100

99,98



= 4,0008.10-4 x (kg/h)

Lượng tạp chất C4 không phản ứng lần 2 là:

0,1496x.0,02% = 2,992.10-5x (kg/h)

Vậy tổng lượng Isobuten kĩ thuật ra khỏi tháp R-102 là:

4,0008.10-4 x + 2,992.10-5x + 2,0004.10-4x = 6,3004.10-4x (kg/h)

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 46



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Lượng metanol tinh khiết vào tháp R-102: 0,602x (kg/h)

Lượng metanol tinh khiết phản ứng chính lần 2 là: 0,0838x (kg/h)

Lượng nước phản ứng tạo TBA lần 2 là: 1,443.10-4 x (kg/h)

Lượng nước đi vào R-102 là: 0,0071x (kg/h)

Giả sử hiệu suất tạo phản ứng phụ đimetyl ete của metanol là: 2%

Lượng metanol tinh khiết phản ứng phụ lần 2 là

0, 602 x.2

100



H+



2CH3OH



0



t =140



0



= 0,0120x (kg/h)



O



CH3



32



CH3 + H2O



46

8,625.10-3 x



0,0120x



18

3,375.10-3 x (kg/h)



Tổng lượng dimetyl ete tạo thành:

8,625.10-3 x + 0,0158x = 0,0244x (kg/h)

Vậy lượng metanol tinh khiết ra khỏi R-102 là:

0,602x - 0,0120x - 0,0838x = 0,5062x (kg/h)

Lượng nước ra khỏi R-102 là:

0,0071x + 3,375.10-3 x - 1,443.10-4x = 0,0103x (kg/h)

Ta có bảng cân bằng vật chất thiết bị R-102:

Dòng vào(kg/h)



Dòng ra(kg/h)



Metanol tinh khiết



0,602x



Metanol tinh khiết



0,5062x



Nước



0,0071x



Nước



0,0103x



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 47



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Isobuten kĩ thuật



6,3004.10-4x



1,309x



MTBE



1,5394x



TBA



0,0034x



TBA



3,9931.10-3x



Diisobuten



0,0145x



Diisobuten



0,01704x



Dimetyl ete



0,0158x



Dimetyl ete



0,0244x



Tổng vào



2,1019x



Tổng ra



2,1019x



Isobuten



0,15x



Tạp chất C4



2,0004.10-4x



MTBE



4.2.1.3. Cân bằng vật chất cho cụm thu hồi metanol

Dòng vào cho cụm thu hồi metanol bao gồm metanol kĩ thuật, isobuten kĩ thuật

(Rafinat C4) và dimetyl ete từ dòng ra của thiết bị R-102.

Tổng lượng đi vào là: 0,5415x (kg/h)

Lượng nước sử dung cho tháp hấp thụ: 2% tổng lượng đi vào:

0,5415x.2% = 0,0109x (kg/h)

Nước đi ra khỏi cụm quay trở lại tháp hấp thụ để tiếp tục q trình tuần hồn. Gỉa

sử hiệu suất chung cho cụm thu hồi metanol ở 2 tháp T-101 và T-102 là 97%. Vậy lượng

metanol kĩ thuật thu hồi là:

(0,5062x + 0,0103x).97% = 0,5165x.97% = 0,5010x (kg/h)

Lượng metanol kĩ thuật thất thốt:

0,5165x - 0,5010x = 0,0155x (kg/h)



Ta có bảng cân bằng vật chất cụm thu hồi methanol:

Dòng vào (kg/h)



Dòng ra (kg/h)



Metanol



0,5165x



Metanol thu hồi



0,5010x



Nước tuần hoàn



0,0109x



Nước tuần hoàn



0,0109x



Isobuten kĩ thuật



6,3004.10-4x



Rafinat C4



6,3004.10-4x



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 48



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×