در ادامه مباحث مربوط به مهندسي شيمي، در اين مطلب آموزشي قصد داريم به سراغ شبيه سازي واحد تقطير در خلا رفته و آن را بررسي کنيم. اين مطلب مفيد آموزشي توسط مهندس سينا فرجي تهيه شده است؛ در صورت داشتن هر گونه سوال يا مشکل يا نياز به ارتباط با مدرس مي توانيد از صفحه مدرسين دايا تيم اقدام کنيد.

مقدمه

جداسازی خلا (Vacuum Distillation) به منظور جداسازی بیشتر ته مانده (Residue) مواد از برج تقطیر اتمسفریک (Atmospheric Residue) که به دماهای بیشتری نیازمند است از کاهش فشار استفاده می‌گردد تا از شکستن گرمایی (Thermal Cracking) جلوگیری گردد. برج های تقطیر در خلا معمولا بین 8 الی 20 عدد سینی دارند.

شماتیک کلی واحد تقطیر در خلاء به صورت زیر است:

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، باقیمانده تقطیر اتمسفریک ابتدا وارد کوره می شود و دمای آن به دمای مد نظر که بستگی به میزان سنگین بودن مواد باقیمانده دارد می رسد (این دما بین 350درجه سلسیوس الی 450 درجه سلسیوس است).

خلا در این ستون های تقطیر به وسیله اجکتور های بخار و کندانسور های بارومتری ایجاد میشود. بعد از گرمایش Residue این جریان وارد ستون تقطیر می شود و طی چند مرحله، چندین محصول نظیر گازوئیل خلاء و محصولات سنگین تر نظیر مواد پایه روغن سازی تولید می شود.

باقیمانده ستون تقطیر در خلا (vacuum residue)  یا میتواند به عنوان سوخت سنگین برخی واحد ها مثل نیروگاه های برق مورد استفاده قرار گیرد و یا میتوان روی آن برخی اعمال دیگر انجام داد و آنرا به سوخت های سبک تر تبدیل کرد و مورد استفاده قرار داد.

واحد تقطیر در خلا را معمولا با دو متد شبیه سازی میکنند:

1. در روش اول خوراک وارد یک برج تقطیر می شود و همه مراحل را در یک برج شبیه سازی میکنیم (که این روش بسیار سخت و پیچیده تر است).
2. در روش دوم که به آن روش ساده شده هم گفته می شود هر مرحله از تقطیر را به صورت جداگانه در یک برج absorber شبیه سازی میکنیم که به مراتب ساده تر از روش اول است.

در این آموزش قصد داریم با روش دوم، یعنی روش ساده شده، واحد تقطیر در خلاء را شبیه سازی کنیم.

شبيه سازي

در واقع ما تصویر ذیل را شبیه سازی خواهیم کرد:

تجهیزات مورد نیاز برای شبیه سازی:

مراحل شبیه سازی:

1. ابتدا مواد اولیه مربوط به جریان نفت خام و جریان گازی میکاپ را اضافه میکنیم این مواد عبارتند از: Ethan , methane , propane , n-C10 , n-C11 , Nitrogen , H₂O

2. از Fluid package مربوط به مواد نفتی، یعنی Peng Robinson استفاده خواهیم کرد.
3. در مرحله بعدی یک برش نفتی به وسیله ابزار Oil Manger ایجاد میکنیم و مانند تصویر زیر Bulk Properties را روی  Used قرار داده و Assay Data Type را هم روی ASTM D1160 قرار می دهیم و اطلاعات مربوطه را وارد میکنیم.

4. بعد از وارد کردن این داده ها وارد قسمت Output Blend می شویم و برش نفتی تعریف شده را اضافه کرده و روی Install Oil کلیک می کنیم تا این برش نفتی وارد محیط شبیه سازی شود.

   

    

5. در مرحله بعدی وارد محیط شبیه سازی شده و جریان نفتی تعریفی را وارد ابزار Petroleum Assay میکنیم.

6. مشخصات مربوط به جریان نفت خام را وارد میکنیم ( T= 420 C , P=13.5 kpa).

7.  بعد از این مرحله، جریان های گازی (میکاپ) را که باید به همراه جریان نفت خام وار برج شوند را ایجاد و باهم ترکيب کرده و جریان بخار برای کارکرد برج را همانند تصوير زير ایجاد میکنيم

جریان  N2 به صورت خالص نیتروژن است و دمای آن 420 درجه سلسیوس و فشار آن 5/13 کیلو پاسکال و دبی آنKg/hr  54است.

جریان  C1 به صورت نصف، نصف از دو ماده سنگین  n-C11 , n-C12 است با دمای 420 درجه سلسیوس و فشار 5/13 کیلوپاسکال و دبی Kg/hr 2000 است.

جریان  C2 هم به صورت نصف، نصف از دو ماده سنگین  n-C11 , n-C12 است با دمای 420 درجه سلسیوس و فشار 5/13 کیلوپاسکال و دبی Kg/hr 1000 است.

جریان gas به صورت 75% مولی اتان و 25% مولی پروپان است، دمای آن 420 درجه سلسیوس و فشار آن 5/13 کیلوپاسکال با دبی جرمی 400 kg/hr  است.

جریان Steam هم به صورت 100% آب با دمای 180 درجه سلسیوس و فشار 350 کیلو پاسکال با دبی جرمی1*10^4 kg/hr است.

و جریان CG هم به صورت 75% مولی اتان و 25% مولی پروپان است، دمای آن 420 درجه سلسیوس و فشار آن 5/13 کیلوپاسکال با دبی جرمی 700kg/hr است.

انجام شبيه سازي

برای بخش اول شبیه سازی ابتدا از یک برج absorber استفاده خواهیم کرد:

محصول این قسمت Vacuum Residue  است که از قسمت پایین برج خارج میشود.

مشخصات برج :

1. دارای تنها 2 سینی است.
2. جریان نفت خام و جریان گاز های میکس شده وارد برج می شوند.
3. و جریان Steam هم که برای کارکرد برج است هم وارد برج می شود(چون برج ریبویلر ندارد برای همین از این جریان بخار استفاده میکنیم).
4. برج Pump around ندارد.
5. فشار بالای برج 5/13 کیلو پاسکال و فشار پایین برج 5/25 کیلو پاسکال است.
6. چون دما های بالا و پایین برج به صورت optional هستند پس میتوانیم دماها را وارد نکنیم.
7. چون degree of freedom صفر است پس میتوانیم بدون اضافه کردن Spec خاصی برج را  Run  کنیم.

قسمت بعدی شبیه سازی مربوط به محصول “دیزل سنگین خلاء” است. (heavy vacuum gas oil)

باز هم از یک برج absorber است که اطلاعات آن به صورت ذیل است:

1. برج دارای 5 سینی است.
2. برج دارای pump around است.
3. فشار بالای برج 11 و پایین برج 13 کیلو پاسکال است.
4. دما را وارد نمیکنیم.
5. برای pump around مربوطه flow basis را وارد میکنیم که مقدار آن ، تقریبا برابر با 9e5 است.

و d_T را با مقدار 50درجه سلسیوس وارد میکنیم.

6. در قسمت monitor مقدار Spec مربوط به دبی heavy vacuum gas oil را 10^5 وارد میکنیم.
7. و در مرحله آخر برج را Run میکنیم.

همانطور که در تصویر ابتدای آموزش مشاهده کردید، جریان خروجی از قسمت پایین برج دوم به درون برج اول برگشت داده خواهد شد، برای این کار ابتدا از یک ابزار recycle استفاده خواهیم کرد و بعد از آن برای آن که دمای جریان را به دمای مطلوب ورود به برج برسانیم (برای جلوگیری از شوک حرارتی)، جریان را از یک هیتر عبور میدهیم تا دمای آن به 420 درجه سلسیوس برسد و بعد از آن جریان را وارد سینی دوم برج اول میکنیم و مجددا برج را Run  میکنیم.

محصول مرحله بعدی تقطیر  light vacuum gas oil است که در این مرحله هم از یک برج absorbed استفاده خواهیم کرد که این برج هم مشخصات زار را دارد:

1. برج دارای 2 سینی است.
2. برج دارای pump around است.
3. فشار بالای برج 5/10 و پایین برج 5/11 کیلو پاسکال است.
4. دما ها را برای بالا و پایین برج وارد نمیکنیم.
5. یک Spec برای pump around وارد میکنیم آن هم d_T است که مقدار آن 60 درجه سلسیوس است.
6. وارد قسمت monitor شده و یک  Spec  برای دبی خروجی light vacuum gas oil به صورت جرمی ایجاد میکنیم که مقدار آن برابر با  7e4 kg/hr است.
7. و در مرحله آخر برج را Run میکنیم.

در مرحله آخر جداسازی هم از یک برج absorber دیگر استفاده میکنیم که مشخصات آن بصورت ذیل است:

1. برج دارای 2 سینی است.
2. pump around دارد.
3. فشار بالایی برج 33/13 و فشار پایین 33/25 کیلو پاسکال است.
4. دما ها را وارد نمیکنیم.
5. d_T را برای pump around وارد میکنیم که مقدار آن برابر با 40 درجه سلسیوس است.
6. و در آخر یک Spec دمایی مربوط به سینی اول را وارد میکنیم که مقدار آن 90 درجه سلسیوس است.
7. و در آخر برج را Run میکنیم و شبیه سازی واحد تقطیر اتمسفریک به صورت ساده شده به پایان می رسد.

کل مجموعه شبیه سازی شده بصورت زیر است:

نکته

نکته مهمی که وجود دارد این است که هدف ما در این مقاله صرفا آموزش شبیه سازی واحد تقطیر است نه شبیه سازی دقیق واحد صنعتی، برای همین لازم است بگوییم که اعداد و داده های استفاده شده در این آموزش اعدادی تقریبی هستند نه داده های واقعی مربوط به یک واحد صنعتی.

از همين مدرس بخوانيد :

شبیه سازی واحد ریفرمینگ (تبدیل) کاتالیستی پالایشگاه

شبیه سازی واحد بازیافت گوگرد مربوط به پالایشگاه

دوره آموزشی نرم افزار اسپن هایسیس

توضيحات مربوط به برج هاي خنک کننده مرطوب

کانال اطلاع رسانی تیم علمی و آموزشی دایا (کلیک کنید)