Phân tích quá trình công nghệ với tư cách là đối tượng của quá trình điều chỉnh tự động (tháp hấp thụ

mục lục Lời mở đầu I Quá trình c«ng nghƯ sÊy kh« khÝ I.1 Mục đích việc sấy khô khí .4 I.2 Phơng pháp sÊy kh« khÝ I.2.1 Sơ đồ nguyên lí sấy khô khí phơng pháp hấp thụ I.2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến mức độ hấp thụ nớc I.2.3 Các thông số trình II Phân tích trình công nghệ với t cách đối tợng trình điều chỉnh tự động .7 II.1 S¬ đồ thông số trình công nghệ II.2 Mô hình toán học điều chỉnh hàm ẩm khí khô II.3 Mô hình toán học điều chỉnh mức chất láng th¸p hÊp thơ 11 III Đo điều chỉnh tự động qúa trình công nghệ sấy khô khí 14 III.1 Điều chỉnh hàm ẩm khí khô 15 III.2 §iỊu chØnh møc chÊt láng th¸p hÊp thơ 15 III.3 Điều chỉnh nhiệt độ làm việc tháp hấp thụ 16 III.4 Điều chỉnh áp suất làm việc tháp hấp thụ 16 III.5 Điều chỉnh nhiệt độ nạp liệu 16 III.6 Điều chỉnh máy tính 17 IV ThiÕt lập hệ tự động điều chỉnh trình công nghệ 18 V Các thiết bị đo lờng .20 V.1 Dông ®o nhiƯt ®é 20 V.2 Dơng ®o møc .20 V.3 Dông cô ®o lu lỵng 21 V.4 Dụng cụ đo hàm ẩm 21 V.5 Dông cô ®o ¸p suÊt 21 KÕt luËn 23 Tµi liƯu tham kh¶o 24 Lời mở đầu Đất nớc ta đờng đờng công nghiệp hóa, đại hóa Ngày nay, tất nhà máy xí nghiệp thuộc nghành kinh tế quốc dân, có nghành dầu khí, đà đợc trang bị hệ thống tự động mức cao Những hiệu mà tự động hóa mang lại cho phát triển kinh tế đất nớc phủ nhận Đó là: nâng cao chất lợng sản phẩm, nâng cao suất lao động, giảm chi phí sản xuất, cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân viên công đoạn có tính độc hại cao Các hệ thống tự động hoá giúp theo dõi, giám sát qui trình công nghệ thông qua số hệ thống đo lờng kiểm tra Các hệ thống tự động hóa thực chức điều chỉnh thông số công nghệ nói riêng điều khiển toàn qui trình công nghệ nói chung Hệ thống tự động hóa bảo đảm cho qui trình công nghệ xảy điều kiện cần thiết bảo đảm nhịp độ sản xuất mong muốn công đoạn qui trình công nghệ Chất lợng sản phẩm suất lao động phân xởng, nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc lớn vào chất lợng làm việc hệ thống tự động hóa nớc ta, dầu khí đà đợc phát từ năm đầu thập kỉ 70 Tuy nhiên, phải đến năm 1986, dầu đợc khai thác mỏ dầu Bạch Hổ Kể từ đến nay, sản lợng dầu khí khai thác đợc ngày nhiều thêm Riêng năm 1997, đà khai thác đợc 10,1 triệu dầu Sự đóng góp nghành dầu khí phát triển kinh tế đất nớc thời gian vừa qua có ý nghĩa, nhng điều trở lên hiệu thiếu hệ thống tự động hóa Vai trò hệ thống tự động hóa đặc biệt quan trọng lĩnh vực chế biến dầu khí Tiểu luận thực việc tự động hóa trình sấy khô khí Đây công đoạn đầu tiên, thiếu việc chế biến khí thiên nhiên khí dầu mỏ Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Minh Hệ, ngời thầy đà tận tình truyền đạt cho chúng em kiến thức sở cần thiết môn học tự động hóa trình công nghệ hóa học-thực phẩm I Quá trình công nghệ sấy khô khí: I.1 Mục đích sấy khô khí: Khí đồng hành khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thờng bÃo hoà nớc hàm lợng nớc phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ thành phần hoá học khí Mỗi giá trị nhiệt độ, áp suất tơng ứng với hàm lợng nớc cực đại có định Hàm lợng ẩm tơng ứng với nớc bÃo hoà tối đa đợc gọi hàm lợng ẩm cân Hàm lợng nớc khí đồng hành khí thiên nhiên cần phải biết nớc bị ngng tụ hệ thống công nghệ xử lí khí sau này, kết tạo điều kiện hình thành hiđrat (các tinh thể rắn) dễ đóng cục chiếm khoảng không ống dẫn hay thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thờng dây chuyền khai thác, vận chuyển chế biến khí Ngoài ra, có mặt nớc hợp chất chứa lu huỳnh (H2S chất khác) tiền đề thúc đẩy ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ thời gian sử dụng thiết bị, công trình I.2 Phơng pháp sấy khô khí: Khí đợc sấy khô với mục đích tách nớc tạo cho khí có nhiệt độ điểm sơng theo nớc thấp so với nhiệt độ cực tiểu mà khí đợc vËn chun hay chÕ biÕn Trong c«ng nghiƯp, mét phơng pháp sấy khô khí hay đợc dùng hấp thụ chất lỏng hút ẩm Phơng pháp đợc sử dụng rộng rÃi để sấy khô khí công trình ống dẫn khí nh nhà máy chế biến khí Chất hấp thụ-sấy khô dung dịch nớc đậm đặc mono-, di- trietylglycol Sự sấy khô khí chất hấp thụ dựa khác biệt áp suất riêng phần nớc khí chất hấp thụ Giá trị điểm sơng khí, nguyên tắc đợc đảm bảo dung dịch glycol Lợng ẩm đợc tách từ khí chất hấp thụ-sấy khô đợc xác định khả hút ẩm chất hấp thụ, nhiệt độ áp suất, tiếp xúc khí với chất hấp thụ, khối lợng chất hấp thụ tuần hoàn hệ độ nhớt I.2.1 Sơ đồ nguyên lí công nghệ sấy khô khí phơng ph¸p hÊp thơ: II III VI IV I V Hình 1: Sơ đồ nguyên lí công nghệ sấy khô khí hấp thơ 1- ThiÕt bÞ hÊp thơ; 2,4- ThiÕt bÞ trao đổi nhiệt; 3- Thiết bị thổi khí; 5Thiết bị giải hấp thụ; 6- Thiết bị tái sinh hơi; 8- Bồn chứa DEG; I- Khí ẩm; II- Khí đà sấy khô; III- Khí thổi ra; IV- Hơi nớc vào khí quyển; VDEG bổ sung; VI- DEG tái sinh Trong sơ đồ trên, khí ẩm (I) đợc đa vào phần dới thiết bị hấp thụ 1, glycol đậm đặc đợc đa vào đĩa thiết bị Khí sấy khô (II) từ phía thiết bị, glycol đà hấp thụ nớc phía dới Khí đà sấy khô, sau đó, đợc đa sử dụng, glycol tiếp tục đợc đun nóng thiết bị trao đổi nhiệt vào hệ thống thổi khí 3, tách phần hyđrocacbon đà bị hấp thụ Tiếp theo glycol đợc đun nóng thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị giải hấp Từ phía thiết bị 5, lấy nớc (IV), phần lại phía dới glycol tái sinh đợc làm nguội thiết bị trao đổi nhiệt 4, sinh hàn 7, vào bồn chứa 8, từ vào thiết bị hấp thụ (bồn chứa đợc bổ sung lợng glycol cần thiết) I.2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến mức độ hấp thụ nớc: Để đặc trng cho lợng nớc đợc hấp thụ lợng nớc có khí ẩm, ngời ta đa đại lợng hệ số tách hay gọi hiệu hấp thụ Ngời ta nhận thấy tăng nhiệt độ giảm áp suất trình hấp thụ làm giảm hiệu hấp thụ Còn tăng lu lợng riêng dung môi làm tăng hiệu hấp thụ ảnh hởng lớn đến hiệu hấp thụ số đĩa lí thuyết tháp hấp thụ: Khi tăng số đĩa lí thuyết lên 6-8 đĩa (tơng ứng với khoảng 30 đĩa thực) lu lợng riêng dung môi giảm điều kiện khác không đổi, điều dẫn đến việc giảm chi phí vận hành Nhng số đĩa lí thuyết tăng lên ảnh hởng đến hiệu trình không rõ rệt Hiệu hấp thụ phụ thuộc vào tỉ trọng khối lợng phân tử dung môi; tỉ trọng khối lợng riêng dung môi thay đổi, nhng tỉ số chúng không đổi hệ số hấp thụ không đổi Sử dụng dung môi có khối lợng phân tử nhỏ làm tăng khả hấp thụ nớc, đồng thời làm tăng hiệu trình I.2.3 Các thông số trình: thiết bị công nghiệp, sấy khô khí đến điểm sơng cân không thực đợc v× khÝ chØ tiÕp xóc víi chÊt hÊp thơ (glycol) có nồng độ đà tính toán đĩa cùng, mâm dới nồng độ glycol giảm hấp thụ nớc Do đó, thiết bị công nghiệp, điểm sơng thực tế khí sấy cao từ đến 11 0C so với điểm sơng cân Thông thờng sấy khí glycol đợc thực đến điểm sơng không thấp 25 0C đến 300C Muốn sấy triệt để cần phải dùng dung dịch glycol có nồng độ đậm đặc Khi đó, phát sinh thêm khó khăn có gia tăng tiêu hao glycol với khí khô Nhiệt độ giới hạn trình sấy hấp thụ đợc xác định tiêu hao cho phép bay thực tế, nhiệt độ vào khoảng 380C Còn nhiệt độ giới hạn dới phụ thuộc vào giảm khả hút ẩm chất hấp thụ gây tăng độ nhớt glycol Nhiệt độ cực tiểu tiếp xúc với glycol vào khoảng 10 0C Khi hàm lợng nớc chất hấp thụ tăng ảnh hởng tiêu hao chất hấp thụ đến độ hạ điểm sơng giảm ảnh hởng tiêu hao chất hấp thụ đến mức độ sấy khí giảm đạt đến giá trị định Nồng độ glycol yếu tố ảnh hởng mạnh đến điểm sơng khí Khi tăng nồng độ glycol độ hạ điểm sơng mạnh so với tăng tiêu hao tác nhân sấy Nồng độ glycol chất hấp thụ đợc xác định nhiệt độ tái sinh nhiệt độ 164,40C, DEG bị phân huỷ phần, 206,70C, TEG phân huỷ Nếu tái sinh glycol áp suất khí thực tế không thu đợc dung dịch có nồng độ lớn 9798% khối lợng, nhiệt độ phía dới thiết bị giải hấp lớn nhiệt độ nêu nên chúng bị phân hủy Do vậy, glycol thờng đợc tái sinh chân không * Tại tháp hấp thụ 1: - Nhiệt độ tiến hành: 200C - áp suất tiến hành: 2- MPa - Lu lợng riêng chất hấp thụ: 30- 35 lít TEG/1 kg nớc - Nồng độ chất hấp thụ tái sinh: 99,0-99,5% kl (TEG) - Điểm sơng khí: -180C đến -250C * Tại tháp giải hấp 5: - Nhiệt độ đáy tháp giải hấp: 190- 2040C - áp suất tiến hành: 10- 13 kPa II Phân tích trình công nghệ với t cách đối tợng trình điều chỉnh tự động (tháp hấp thụ): II.1 Sơ đồ thông số của trình hấp thụ khí Èm: w1 V w2 L G H W H×nh 2: Sơ đồ thông số trình hấp thụ khí ẩm sơ đồ trên: - Các tác động điều chØnh : V , L, W , G - Các tác động nhiễu : w - Các thông số đặc trng trình: w , H Trong ®ã: V : ThĨ tÝch khÝ Èm ®i vào tháp hấp thụ(m3/h) L : Lu lợng chất hấp thơ (glycol) t¸i sinh (m3/h) G : ThĨ tÝch khÝ khô đỉnh tháp hấp thụ (m 3/h) W : Dung dịch glycol đà bÃo hoà nớc (m3/h) w : Hàm ẩm khí cần sấy khô (kg/m3) w : Hàm ẩm khí khô (kg/m3) H : Møc chÊt láng th¸p hÊp thơ (m) II.2 Mô hình toán học trình điều chỉnh hàm ẩm khí khô: Tháp hấp thụ đợc sử dụng để sấy khô khí tháp đệm Nh đà biết, chất vật lí trình hấp thụ hình thành cân pha hai pha khí-lỏng khuếch tán chất từ pha sang pha Động lực trình khuếch tán chênh lệch áp suất riêng phần cấu tử pha lỏng pha khí Nếu áp suất riêng phần cấu tử pha khí lớn pha lỏng xảy trình hấp thụ (chất lỏng hấp thụ khí) Trong thực tế, động lực trình khuếch tán tính toán đợc tính qua nồng độ cấu tử (vì áp suất riêng phần tỉ lệ thuận với nồng độ) Trong đó, suất làm việc tháp đệm đợc xác định tốc ®é khÝ ®i qua tiÕt diƯn tù cđa th¸p; tốc độ khí phụ thuộc vào khả cho phép lớn khí qua tháp Năng suất lớn lợng khí cho phép qua tháp lớn hay đạt trị số tới hạn Trong tháp đệm, chất lỏng hấp thụ vào tháp phía trên, khí ẩm men theo bề mặt đệm lên Trạng thái xảy vận tốc khí bé Với tăng vận tốc khí, lực ma sát phần phim hai pha bị giảm lớp bọt xuất Nếu tăng vận tốc tiếp, chất lỏng bị kéo lên Trạng thái đợc gọi điểm sặc biểu diễn giới hạn phụ tải Tuỳ thuộc vào tỷ số cđa vËn tèc pha khÝ (v ) víi vËn tèc ®iĨm sỈc (v s ) , cã thĨ chia phạm vi sau: - v/ v s