Tài liệu Thiết bị chưng cắt doc

Hình 1 : c trng ca đa THIT B CHNG CT Mun có hiu qu phân tách tt, quá trình tip xúc lng hi trong ct chng ct phi đc xy ra đng đu, trit đ. Do vy ngi ta phi trang b các c cu bên trong ct nhm đt đc mc đích này. Trong thc t, thng ch to ct chng ct vi các loi khác nhau nh : đa chóp, đa li, đa lóng máng hay đa supap (van), đm, Phn phía trên đa np liu ca ct thc hin quá trình làm tng nng đ ca các t nh trong pha hi, gi là phn luyn (rectification). Còn phn phía di thc hin quá trình phân tách pha hi khi pha lng và làm tng nng đ ca cu t nng trong cn chng nên đc gi là phn chng. Do vy phn đáy phi cung c p thêm nhit hoc phi đa thêm tác nhân bay hi vào. Mc đ phân tách tt hay không ph thuc vào s đa đc b trí trong tháp và t s hi lu. Nu s đa lý thuyt quá ít thì tách không rõ ràng, nhng s đa lý thuyt quá ln thì dn đn chiu cao ca tháp quá ln, gây khó khn cho ch to lp ráp, tng vn đu t… Trong thc t, thit b chính s dng trong quá trình chng ct th ng có 2 loi sau : tháp loi đa và tháp đm. I. Thit b chng ct loi đa: I.1 Nhng đc trng chung ca mt đa : Hình bên gii thiu các đc trng hình hc ca mt đa : D T : ng kính thit b h: chiu cao ca vách chy chuyn T: khong cách gia hai đa D: đ rng ca khe chy chuyn e : chiu cao khe vào ca lng h od : Mc cht lng phía trên vách chy chuyn AD : din tích khe chy chuyn AA: din tích hot đng ca đa. S đ trên đng thi cng cho thy mt s đim quan trng nh hng đn hot đng ca tháp chng ct: + Din tích vùng thoát hi tng ng vi tit din ca tháp tr đi tit din ca các khe chy chuyn. + ng chy chuyn: có th có nhiu dng nhm thay đi vùng chy ca cht lng. + V trí ca cht lng vào đa đc thit k di dng tm chn. Nó đóng vai trò rt quan trng trong vic phân phi cht lng vào đa. C u trúc ca đa ca đa cho phép các dòng lu th tip xúc vi nhau theo phng vuông góc. Dòng lng đi qua dòng hi đang chuyn đng theo phng thng đng t đa này sang đa khác to nên s chuyn đng ziczc ca hai pha lng và hi. I.2 S lu thông ca dòng lng và hi trong ct chng ct. Dòng hi lu thông t di lên trên dc theo ct chng ct, xuyên qua các đa nh các l trên đa (ng hi ca chóp, l van ) đi vào pha lng lu trên đa nh các tm chn  các vách chy chuyn. - Lu lng lng, hi và vn tc ca chúng hình thành nên bt hoc nh tng, thm chí gây nên hin tng phun ca cht lng. - Pha hi khi xuyên qua đa luôn luôn kéo theo mt lng lng di dng git, và ri tr li đa. - Khong cách ca đ a s đc chn la thích hp sao cho đm bo thi gian cho pha lng ri tr li đa và s tt áp (pressure drop) ca pha hi. Pha lng: Pha lng chuyn đng t trên xung di nh trng lc, cht lng chuyn đng xuyên qua đa và đi vào đa di thông qua ng chy chuyn. - Cht lng sau khi đi qua vùng hot đng ca đa, tip tc đ i vào ng chy chuyn di dng hn hp lng hi, nh vy, thi gian lu cht lng trong ng chy chuyn đóng vai trò rt quan trng trong vic tách hi ra khi pha lng trc khi vào đa phía di. - Nh vy vic tính toán kích thc ca đa gn lin vi vic tìm kim các thông s cho đa hot đng mt cách hiu qu. Trong thc t , tn ti nhiu dng đa khác nhau ví d nh dng đa xuyên tâm thng ng dng trong ct chng ct có đng kính ln hoc trong ct chng ct chân không. Hình 2 : S chuyn đng ca hai pha lng hi trong tháp Hình 3 : S chuyn đng ca pha lng trên đa I.2.1 Quá trình tip xúc lng hi trong tháp có vách chy chuyn ¬ Dòng hi : Hi đi t di lên qua các l van hay l li trên đa nh vách chy chuyn. Khi dòng hi sc vào dòng lng, vn tc ca dòng hi s nh hng đn trng thái ca dòng lng. Hi có th to bt trong lp cht lng. Khi vn tc dòng hi càng tng thì rt d to h nh tng. Nu vn tc dòng hi quá ln thì s kéo theo mt phn ca dòng lng to sng trên b mt cht lng gây ra hin tng phun sng ca cht lng. ¬ Dòng hi khi đi qua lp cht lng thì luôn luôn kéo theo mt lng lng nht đnh nào đó, vì vy khi thit k tháp phi la chn kho ng cách hai đa sao cho đm bo có th thu hi lng lng b kéo theo. ¬ Dòng lng: đi t trên xung qua vách chy chuyn và qua vùng tip xúc pha. Và c nh th s đi xung phía di các đa tip theo qua vách chy chuyn, trong quá trình đi t trên xung dòng lng s mang theo mt lng hi nht đnh vì vy khi thit k tháp phi la chn chiu cao vách chy chuyn sao cho đm bo có th thu hi lng hi b kéo theo Nh vy, đi vi tháp đa có ng chy chuyn thì ng chy chuyn có chc nng hng dòng lng đi t trên xung và tách hi ra khi dòng lng trc khi đi vào đa phía di. I.2.2 Ch đ hot đng thu lc ca đa, vùng hot đng: - Tính cht quan trng đu tiên nh hng đn ch đ hot đng ca đa là s tách hai pha lng và hi sau khi đi qua vùng hot đng ca đa. Nu nh s tách pha hi ra khi pha lng kém hoc s kéo theo ca pha lng trong pha hi s hình thành nên s hi l u không mong mun ca các pha, điu này s làm gim hiu qu hot đng ca đa. + Trong trng hp pha lng, đ tách pha hi ra khi pha lng sau khi đi qua đa ch cn đn gin tng thi gian lu ca lng trong ng chy chuyn. + i vi pha hi thì phc tp hn. Nu nh kích thc ca ct chng ct ln, ho c vn tc ca pha hi bé, thì s tip xúc ca hai pha rt bé, dn đn s chuyn pha xy ra  mc đ có gii hn. Trong trng hp vn tc ca pha hi ln, xu hng kéo theo pha lng ca pha hi rt ln, trong trng hp này tng khong cách gia hai đa s giúp cho pha lng tách khi pha hi. - Tính cht quan trng th hai: S cân bng thy đng l c to ra trên đa. Các pha lu thông trong ct đu kéo theo s tt áp, và s tt áp này phi đt cân bng đ đm bo s lu thông ca pha hi qua các đa. Dòng hi đi qua đa và lp lng s to nên mt s tt áp (h p ), s tt áp này ph thuc vào lu lng ca các dòng lu th, đc trng vt lý ca hai pha, và các đc trng hình hc ca đa. S tt áp này bng vi tng tr lc hình thành khi pha hi đi qua các l trên đa (l li, l van, ng hi ca chóp…) và chiu cao cht lng trên đa (h cl ). Chiu cao ca lp cht lng trên đa bng tng chiu cao ca tm chn (h) và chiu cao ca cht lng chy tràn trên đa (h od ). Dòng lng trên đa ph thuc vào vách chy chuyn nhng đng thi cng ph thuc vào tr lc hình thành do các vt cn (van, chóp …), tr lc ca pha hi. Nhng nguyên nhân này gây ra mt gradient ca lng  ni cht lng vào đa và cui đa. Chiu cao thc ca lp cht lng trong ng chy chuyn (H d ) s nh hng đn chiu cao ca lp cht lng trên đa, chênh lch áp sut gia hai đa cng nh s tt áp do h thng tip liu trên đa (h s ). Thông thng chiu cao ca lp cht lng trong ng chy chuyn cao hn so vi tính toán do hn hp đi vào ng chy chuyn là hn hp lng – hi. Tng chiu cao ca hn hp lng hi trong ng chy chuyn s ln hn do h s thoát hi trung bình , và bng H d /. Khi tháp chng ct hot đng bình thng thì h s này gn bng 0,6. Chính vì vy chiu cao ca cht lng trong ng chy chuyn không đc vt quá 50% ca chiu cao ng chy chuyn. Nhng nhn xét trên cho thy mi quan h gia các thành phn cu to ca đa, chng hn khi tng lu lng ca pha lng s gây nên lng lng lu gi nhi u hn. Kt qu là s tng đng thi tr lc pha hi cng nh lng lng trong ng chy chuyn, dn đn ng chy chuyn có th chy tràn, ct chng ct s b ngp đy cht lng và hiu qu ca quá trình phân tách s gim. S tt áp ca pha hi đc biu din nh sau: Hình 4 : Cân bng thy đng lc hc trên đa Tóm li, đ cho đa hot đng bình thng, hai thông s cn phi đc kim soát : vn tc pha hi và lu lng pha lng hay mt cách chính xác hn là lu lng trên mt đn v chiu dài ca vách chy chuyn. La chn không chính xác các đi lng này có th gây nên các s c v thy lc và làm gim hiu sut ca tháp. I.2.3 Các hin tng bt thng xy ra trong tháp: • Hin tng sc tháp (flooding - engorgerment): hin tng này xy ra do pha hi hoc pha lng. Ü Soufflage flooding: Xy ra khi lng hi ln hn lng lng, khi đã có hin tng sng mù phân tán trên vùng ti p xúc nh hng phía trên vùng chuyn khi. ng thi có hin tng to bt trên đa và các ht lng có kích thc bé s b lôi lên đa phía trên. Ü Jet footding: Xy ra do s lôi cun lng theo hi, khi tng đng thi lu lng lng hi thì d gây ra hin tng này. Hin tng này còn xy ra khi mun tng nng sut ca tháp. Khi xy ra hin này lng b lôi cun lên đa phía trên và lúc này lng lng trên đa phía trên s tng lên, dn đn không gian hi gim, hot đng ca tháp không n đnh, và làm hiu qu quá trình phân tách pha. Ü Sc do lu lng lng quá ln: khi lng lng trong vách chy chuyn quá ln cng nh trên đa ln s làm nh hng đn quá trình phân tách hi ra khi lng, cng nh s nh hng đn cân bng thy đng c a đa. • Hin tng gây ma (weeping): Các loi đa l (li) hoc đa van, do đc đim ca chúng không kín hoàn toàn: luôn luôn có mt lng nh pha lng chy qua đa nhng không nh hng đn hiu sut ca đa. Tuy nhiên, khi vn tc pha hi tng lên, áp sut thy tnh trên đa không đm bo, pha lng s chy qua các l li hoc l van gây nên hin t ng ma. Hin tng này có nh hng xu đn quá trình hot đng ca đa do s trn ln li pha lng và pha hi. • Hin tng dumping: là trng thái ca tháp khi hin tng gây ma xy ra mnh. Pha lng chy qua l vi lu lng ln làm gim mnh hiu sut ca đa. Do các hin tng trên, chúng ta có th phân bit ch đ làm vic c a tháp tùy theo lu lng ca các pha (hình 5) : Hình 5 : Vùng hot đng ca đa ¬ Lu lng hi quá ln: Vn tc dòng hi đi qua các l trong vùng làm vic tng lên có th dn đn các hin tng nh: soufflage, tng chiu cao ca lng trên đa gây nên hin tng sc tháp. Tt c các hin tng đó đu dn đn hin tng lôi cun pha lng lên đa phía trên làm gim hiu sut đa. ¬ Lu lng lng quá ln: Lu lng lng quá ln s dn đn hin tng sc trong ng chy chuyn do s tách pha không đm bo. Nó có th gây nên hin tng phân b lng không đu trên vùng hot đng ca đa làm gim hiu sut đa. ¬ Lu lng hi quá bé: có th dn đn hin tng gây ma trong tháp hoc hin tng dumping và làm gi m hiu sut ca tháp do s tip xúc pha gim. ¬ Lu lng lng quá bé: có th dn đn hin tng lng b lôi cun theo pha hi khi mà lu lng hi quá ln hoc hi có th đi lên đa phía trên qua ng chy chuyn, điu này cng s làm gim hiu sut ca tháp. I.3 Các loi đa : Các loi đa thng đc s dng là: đa chóp, đa li, đa van. • a chóp: đm bo đ kín gia 2 tng đa luôn luôn có lng trên đa. a này có nng sut không cao nhng đ linh đng ln. Tuy nhiên loi đa này có nhng nhc đim: s lng chóp nhiu, chim ch nên gim b mt hot đng, nng sut, hiu sut bé do lng lng đi qua hn ch. • a li : đa li đc cu to đn gin, r nhng khi s dng nguyên liu có kh nng n mòn làm thay đi đng kính l, nh hng đn quá trình chng ct, vì v y trong trng hp này phi s dng vt liu chng n mòn. Mt khác nu lng hi ln, cht lng không chy đc, còn nu lng hi bé thì cht lng chy qua l làm khô tháp. • a van : loi đa này hn ch đc hin tng sc tháp khi vn tc hi ln và hin tng ma trong tháp khi vn tc hi nh. a van làm vic tùy theo vn tc ca dòng khí, khi vn tc tng dn thì van s m dn t nh đn ln và có lúc đc nâng lên hoàn toàn, còn khi vn tc dòng hi nh hn quy đnh thì lng không chy xung đc, gây hin tng khô tháp. Trong tháp đa van, các van đc cài đt  mt áp sut nht đnh, do đó các van nh s làm vic trc các van nng. Khi vn tc tng dn lên vn đm bo đc hot đng ca tháp. A: a chóp B: a l vi ng chy chuyn C: a van hình tròn D: a van hình ch nht So sánh hai loi đa : đa l (sieve tray), đa van (valve tray) : Hai dng đa này hoàn toàn ging nhau, chúng ch khác nhau là có van và không có van. i vi dng đa van, van s m hoàn toàn khi ct chng ct hot đng bình thng. Van đóng mt phn hoc hoàn toàn khi lu lng ca pha hi gim xung. Hai dng đa này v mt tính toán hoàn toàn ging nhau. i vi đa dng l, còn có mt dng không dùng ng chy chuyn, nhng loi này it dùng, hiu qu hot đng ca đa kém. Hình 6 : Van Norton * a không có ng chy chuyn: S lu cht lng trên đa thông thng rt ít, và đc hình thành nh vào s cân bng thy đng hc ca quá trình chy hai pha lng và pha hi. u đim: cu to đn gin, giá thành r. Nhc đim : Hiu sut làm vic thp.