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produccion de oxido de etileno a aprtir de la oxdiacion catalitica de etileno en un reactor multitubular con oxigeno puro como materia prima para ....

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SIMULACIÓN DINÁMICA DEL MONÓMERO DE CLORURO DE VINILO (VCM) REACTOR QUE UTILIZA ASPEN HYSYS

MUHAMMAD NOR ASNIZAN B NAWAWI

UNIVERSITI MALASIA PAHANG

SIMULACIÓN DINÁMICA DEL REACTOR DE MONÓMERO DE CLORURO DE VINILO (VCM) UTILIZANDO

ASPEN HYSYS

MUHAMMAD NOR ASNIZAN B NAWAWI

Tesis presentada en cumplimiento de los requisitos. para la concesión del grado de Licenciatura en Ingeniería Química

Facultad de Ingeniería Química y Recursos Naturales

UNIVERSITI MALASIA PAHANG

FEBRERO DE 2013

ABSTRACTO

El propósito de esta investigación es observar la simulación dinámica del proceso de Monómero de Cloruro de Vinilo (VCM) particularmente en la sección de reacción. La simulación se realiza mediante el software Aspen Hysys aplicando algunos pasos. Para desarrollar la simulación dinámica, el primer paso es desarrollar el

modo de estado estable. Una vez que se haya completado la simulación de estado estable, se debe realizar el dimensionamiento e instalación del controlador. El tercer

paso es el ajuste del controlador. Las características del proceso de reacción se pueden investigar cambiando el caudal de las materias primas. El resultado muestra que las respuestas transitorias del reactor VCM son procesos de respuesta inversa. El resultado final de esta investigación es que la sección del reactor de oxicloración del

monómero de cloruro de vinilo se puede desarrollar mediante el uso de la simulación dinámica como proceso de monitoreo si se producen perturbaciones después de que

se cambia el parámetro en el proceso, mientras que el medio ambiente y la seguridad de los seres humanos se protegen de cualquier contaminación y peligrosidad.

incidente. Aparte de eso, este estudio puede convertirse en una guía para la industria de VCM para mejorar el rendimiento del proceso. Lo significativo del estudio es mejorar el conocimiento de las características del proceso VCM en la sección del reactor mediante la simulación del proceso mediante simulación dinámica. Otro factor

importante es la comercialización de la simulación dinámica para las industrias de VCM que aporta 1001 beneficios a las industrias. este estudio puede convertirse en una

guía para la industria de VCM para mejorar el rendimiento del proceso. Lo significativo del estudio es mejorar el conocimiento de las características del proceso VCM en la sección del reactor mediante la simulación del proceso mediante simulación dinámica. Otro factor importante es la comercialización de la simulación dinámica para las

industrias de VCM que aporta 1001 beneficios a las industrias. este estudio puede convertirse en una guía para la industria de VCM para mejorar el rendimiento del

proceso. Lo significativo del estudio es mejorar el conocimiento de las características del proceso VCM en la sección del reactor mediante la simulación del proceso

mediante simulación dinámica. Otro factor importante es la comercialización de la simulación dinámica para las industrias de VCM que aporta 1001 beneficios a las industrias.

vi

ABSTRAK

Tujuan kajian en adalah untuk memerhati proceso simulasi dinamik vinil kloride monómero terutamanya di dalam seksyen reaksi. Simulasi dijalankan oleh perisisan Aspen Hysys dengan mengunakan beberapa langkah. Untuk membangunkan simulasi dinamik, langkah pertama adalah membangunkan mod keadaan stabil. Setelah simulasi keadaan stabil telah selesai, maka saiz dan memasang kontroler perlu dilakukan. Langkah ketiga adalah mengawal kontroler. Ciri-ciri proses tindak balas boleh disiasat oleh perubahan kadar aliran bahan-bahan mentah. Hasilnya menunjukkan bahawa tindak balas sementara reaktor VCM adalah proses tindak balas songsang. Keputusan hasil kajian ini adalah seksyen oxicloración reaktor vinil klorida monómero boleh dibangunkan dengan menggunakan simulasi dinamik sebagai proses pemantauan jika sebarang gangguan berlaku selepas parámetro berubah dalam proses. Sementara itu, alam sekitar dan keselamatan manusia dipelihara daripada sebarang pencemaran dan kejadian berbahaya. Selain daripada itu, kajian ini boleh menjadi panduan kepada industri VCM untuk meningkatkan prestasi proses. Signifikan kajian meningkatkan pengetahuan tentang ciri-ciri proses VCM dalam seksyen reaktor oleh simulasi proses menggunakan simulasi dinamik. Satu lagi kesan yang ketara adalah pengkomersilan simulasi dinamik kepada industri VCM yang membawa 1001 manfaat kepada industri. alam sekitar dan keselamatan manusia dipelihara daripada sebarang pencemaran dan kejadian berbahaya. Selain daripada itu, kajian ini boleh menjadi panduan kepada industri VCM untuk meningkatkan prestasi proses. Signifikan kajian meningkatkan pengetahuan tentang ciri-ciri proses VCM dalam seksyen reaktor oleh simulasi proses menggunakan simulasi dinamik. Satu lagi kesan yang ketara adalah pengkomersilan simulasi dinamik kepada industri VCM yang membawa 1001 manfaat kepada industri. alam sekitar dan keselamatan manusia dipelihara daripada sebarang pencemaran dan kejadian berbahaya. Selain daripada itu, kajian ini boleh menjadi panduan kepada industri VCM untuk meningkatkan prestasi proses. Signifikan kajian meningkatkan pengetahuan tentang ciri-ciri proses VCM dalam seksyen reaktor oleh simulasi proses menggunakan simulasi dinamik. Satu lagi kesan yang ketara adalah pengkomersilan simulasi dinamik kepada industri VCM yang membawa 1001 manfaat kepada industri.

vii

TABLA DE CONTENIDO

Página

DECLARACIÓN DEL SUPERVISOR

ii

DECLARACIÓN DEL ESTUDIANTE

iii

AGRADECIMIENTOS

v

ABSTRACTO

vi

ABSTRAK

vii

TABLA DE CONTENIDO

viii

LISTA DE TABLAS

X

LISTA DE FIGURAS

xi

LISTA DE ABREVIACIONES

xii

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1

Antecedentes de la investigación

1

1.2

Planteamiento del problema

2

1.3

Objetivos de la pregunta de

3

1.4

investigación del ámbito de

3

1,5

investigación de la investigación

4

1,6

Gastos esperados

4

1,7

Importancia de la conclusión de la

4

1.8

investigación

5

CAPITULO 2

REVISIÓN DE LITERATURA

2.1

Introducción

6

2.2

Proceso de monómero de cloruro de vinilo

7

(VCM) 2.2.1 Proceso de oxicloración

9

2.3

12

Simulación dinámica

viii

CAPÍTULO 3

METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN

3.1

Introducción

15

3.2

Procedimiento

17

3.3

Entorno de estado estable Dinámica de

19

3.4

entorno de simulación Instalación y

37

3,5

ajuste del controlador Investigación de la

39

3.6

respuesta transitoria

44

CAPÍTULO 4

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1

Introducción

50

4.2

Respuesta dinámica / transitoria del producto EDC (componente principal) y el

53

producto de agua (producto secundario)

4.2.1

Cambio de respuesta dinámica / transitoria en la corriente de etileno Cambio de

53

4.2.2

respuesta dinámica / transitoria en la corriente de oxígeno Cambio de respuesta

58

4.2.3

dinámica / transitoria en la corriente de cloro de hidrógeno

62

CAPÍTULO 5

CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES

5.1

Conclusión

66

5.2

Recomendación para la investigación futura

67

REFERENCIAS

68

APÉNDICE A1

69

ix

LISTA DE TABLAS

Tabla No.

3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Título

Página

aumentar el 20% de la corriente de cloruro de hidrógeno SP Resultado de la

27 55 57 59 62 64

disminución del 20% de la corriente de cloruro de hidrógeno SP

sesenta y cinco

Propiedades de la válvula y el calentador para cada flujo Resultado de aumentar un 20% de flujo de etileno SP Resultado de disminuir un 10% y 20% de flujo de etileno SP Resultado de aumentar un 20% de flujo de oxígeno SP Resultado de la disminución del 20% de la corriente de oxígeno SP Resultado de

X

LISTA DE FIGURAS

Figura No.

2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3,5 3.6 3,7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3,14 3,15 3,16 3,17 3,18 3,19 3,20 3,21 3,22 3,23 3,24 3,25 3,26 3,27 3,28 3,29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39

Título

Página

Diagrama de flujo de proceso para el proceso de oxicorinación

7 9

Procedimiento de simulación dinámica del proceso VCM (sección del reactor) Lista de

dieciséis

Diagrama de bloques del proceso VCM

componentes Propiedades de los componentes

Paquetes de fluidos Cuadro de diagrama de flujo de proceso (PFD) Diagrama de flujo de la válvula

Diagrama de flujo de válvula y corriente Composición de entrada Cuadro de condiciones y parámetros Propiedades de la corriente de salida Diagrama de flujo del intercambiador de calor Propiedades del calentador Ventana de libro de trabajo de hoja de flujo de estado estable Propiedades del mezclador

Diagrama de flujo de estado estacionario Administrador básico de simulación Cuadro de configuración de reacciones Reacción de conversión

Administrador básico de simulación Selección de paquete de propiedades Cuadro de propiedades del reactor

Caja de diseño de reactor

Detalle caja de reacción Cuadro de reactor de hoja de trabajo de hoja de flujo de estado estacionario completo

Asistente de Aspen Hysys Paso para simulación dinámica Lista de elementos en el asistente de dinámica Propiedades del controlador Cuadro de selección de PV

Cuadro de selección OP Caja de placa frontal

Placa frontal del controlador

Parámetro del controlador Apertura del libro de datos y la caja del libro de datos Inserción del flujo másico de la composición maestra Inserción del flujo másico Agregar gráfico de bandas

xi

20 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 28 29 29 30 31 31 32 33 34 35 35 36 36 37 38 39 40 40 41 42 43 44 45 46 46 46

3,40 3,41 3,42 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4,7 4.8 4.9

Pestaña de página general del control de gráfico Curvas Pestaña de página del control de gráfico Configuración del registrador

El resultado de la simulación de estado estable

Caudal de reactivo y producto (+ 20% del punto de ajuste inicial) Caudal de reactivo y producto (-20% del punto de ajuste inicial) Caudal de reactivo y producto (-10% del punto de ajuste inicial) Caudal de reactivo y producto (- 20% del punto de ajuste inicial) Caudal de reactivo y producto (-20% del punto de ajuste inicial) Caudal de reactivo y producto (-10% del punto de ajuste inicial) Caudal de reactivo y producto (+ 20% del punto de ajuste inicial) Caudal másico de reactivo y producto (-20% del punto de ajuste inicial)

xii

47 48 48 52 53 55 56 58 60 60 62 64

LISTA DE ABREVIACIONES

CLORURO DE POLIVINILO

Monómero de polivinilo

VCM

Monómero de cloruro de Vinly

SP

Punto fijo

OP

Señal de salida

PV

Variables de proceso

EDC

Dicloruro de etileno / 1,2-dicloroetano

OSHA

Normas de salud y seguridad

PPM

Parte por millón

HCI

Cloruro de hidrogeno

xiii

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1

ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN

El cloruro de vinilo es el cloruro orgánico más importante en la industria química. utilizado para producir el polímero cloruro de polivinilo (PVC). El compuesto químico 1,2dicloroetano o dicloruro de etileno (EDC), es un hidrocarburo clorado, utilizado principalmente para

producir monómero de cloruro de vinilo (VCM,) EDC es un líquido incoloro con un cloroformo-

como olor. VCM y EDC son sustancias muy nocivas en las que ambas sustancias son tóxicas.

e inflamables, entonces la fabricación de VCM y EDC debe preocuparse por peligro, seguridad y contaminación. El desarrollo requerido del software de procesos químicos. da un impacto significativo en la simulación de procesos químicos. Con la pequeña cantidad de VCM

industria que utilizando la simulación en su proceso, esta investigación traerá la oportunidad a la industria donde la simulación dinámica puede ser una herramienta para reducir el tiempo de diseño de la planta al permitir

1

diseñador para probar rápidamente varias configuraciones de plantas sin afectar la sociedad y medio ambiente. Una simulación de proceso también muestra características importantes y características de

el sistema que se desea estudiar, predecir, modificar o controlar. También representa algunos El sistema dinámico se utilizará para obtener información importante cuando los costos, riesgos o logística de

Está prohibido manipular el sistema real en planta. Por lo tanto, esta investigación es importante para La industria demuestra a la sociedad que la industria moderna de VCM es más segura y más limpia.

1.2 DECLARACIÓN DEL PROBLEMA

El aumento de cloruro de polivinilo (PVC) influye en el aumento de la producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM). El VCM se produce a partir de la reacción exotérmica. La herida

materiales de producción VCM es etileno, cloro y oxígeno donde todo el material es 100% puro. Como reacción exotérmica, dará el mayor problema que está fuera de control. reacción en proceso. Además de los dos de la materia prima que son el etileno y el oxígeno Sustancia inflamable y de toxicidad. Por lo tanto, una representación de simulación dinámica consistente con la planta real debe desarrollarse como un punto de referencia para los ingenieros de procesos químicos para mejorar el desempeño del proceso. Luego, el efecto de peligro para las personas, el medio ambiente. y las propiedades pueden evitarse.

2

1.3 OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN

El objetivo de esta investigación es;

1.

Desarrollar la simulación dinámica del proceso de VCM (sección de reacción) usando Aspen Software de Hysys.

2.

Proporcionar una guía de resolución de problemas antes de aplicarlo en la planta real.

1.4 PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN

La pregunta de investigación que se obtendrá de esta investigación es:

1.

Cómo desarrollar la simulación dinámica del proceso VCM (sección de reacción).

2.

¿Puede la simulación dinámica del proceso VCM proporcionar un punto de referencia para

ingeniero para mejorar el rendimiento del proceso?

3.

¿Puede la simulación dinámica siempre que la resolución de problemas ocurra en el proceso de VCM?

3

1.5 ALCANCE DEL ESTUDIO

El alcance de las investigaciones es el comportamiento dinámico de VCM en la sección del reactor. que requieren un procedimiento operativo específico para garantizar que el proceso de reacción sea estable. Además

para el alcance del software para simulación dinámica es ASPEN HYSYS.

1.6 RESULTADO ESPERADO

A partir del estudio, se puede demostrar el monómero de cloruro de vinilo (VCM) utilizando simulación dinámica. El resultado de este estudio puede convertirse en una guía para la industria de VCM para mejorar el rendimiento y la seguridad del proceso.

. 1.7 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO

Lo significativo del estudio es mejorar el conocimiento de la característica de VCM proceso mediante el uso de simulación dinámica. Otro significativo es la comercialización de simulación dinámica para industrias VCM.

4

1.8 CONCLUSIÓN

Este estudio es una investigación muy beneficiosa y muy útil para que las industrias lo analicen.

cualquier pregunta o problema relacionado con la producción anormal del proceso VCM en el reactor

sección utilizando simulación dinámica para obtener producto de calidad y cantidades sin efecto sobre el medio ambiente, la propiedad, la seguridad humana y los costos de organización. Investigar formas de apoyar

la integración de capacidades de representación, orientación, simulación y ejecución para modelos de procesos de software.

5

CAPITULO 2

REVISIÓN DE LITERATURA

2.1

INTRODUCCIÓN

El propósito de este capítulo es proporcionar una revisión de la literatura de esfuerzos de investigación anteriores.

como revistas o artículos relacionados con la sección de reactores y análisis de simulación dinámica para producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM). Además, revisión de otras investigaciones relevantes Se realizan estudios para brindar más información con el fin de comprender más sobre esta investigación.

Las regulaciones de salud y seguridad (OSHA) requieren el monitoreo de concentraciones de peligro especies en todas las instalaciones donde se produce o utiliza VCM. El tiempo para la persona puede estar en

ambiente expuesto a menos de 1 ppm durante más de 8 horas y no puede exceder los 15 minutos

para un entorno de no más de 5 ppm. Las exposiciones a más de 100 ppm pueden traer Enfermedad peligrosa para la persona. La característica de VCM es inflamable al calor, llamas y Agente oxidante a base de triángulo de fuego. El uso de estabilizadores previene la polimerización durante

6

procesamiento y almacenamientoAlexandre 2008). La simulación dinámica es una herramienta que juega un papel importante en la mejora de la calidad del producto, la eficiencia de la planta y la seguridad. La respuesta que

provienen de la simulación dinámica son herramientas útiles que se pueden aplicar a todas las tareas de operación del proceso para predecir el comportamiento de una unidad o proceso específico. Modularidad del software,

Las interfaces fáciles de usar y la potencia informática han abierto cada vez más nuevas oportunidades.

para la aplicación de modelos matemáticos avanzados en operaciones de procesos. En nuevo global competencia para producir una buena calidad de VCM, la organización necesita acelerar el proceso diseño de ingeniería, reducir los costos de capital y optimizar las diversas operaciones del proceso

(Kellner et al, 1999).

2.2 PROCESO DEL MONÓMERO DE CLORURO DE VINILO (VCM)

Figura 2.1: Diagrama de bloques del proceso VCM

7

Basado en la figura 2.1, Monómero de cloruro de vinilo (VCM) o (CH2...