chưng cất chân không cặn mazut năng suất 4 triệu tần trên năm

LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .......................................................... 2 1.1 Mục đích và ý nghĩa của quá trình chƣng cất chân không .......................... 2 1.1.1 Mục đích ................................................................................................ 2 1.1.2 Ý nghĩa................................................................................................... 2 1.2 Đặc điểm của nguyên liệu và sản phẩm...................................................... 3 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu ............................................................................ 3 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm................................................................................ 4 1.3 Lý thuyết về quá trình chƣng cất ................................................................. 6 1.3.1 Chƣng đơn giản...................................................................................... 7 1.3.2 Chƣng cất phức tạp ................................................................................ 9 1.3.3 Chƣng cất trong chân không với hơi nƣớc. ......................................... 10 1.4 Công nghệ chƣng cất chân không điển hình............................................. 11 1.4.1 quy trình chƣng cất một tháp ............................................................... 11 1.4.2 Quy trình chƣng cất hai tháp ............................................................... 13 CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .................................................................................................... 15 2.1 Đặc điểm của nguyên liệu.......................................................................... 15 2.2 Lựa chọn công nghệ................................................................................... 16 2.3 Các thiết bị chính trong công nghệ ............................................................ 18 2.3.1 Tháp chƣng cất chân không ................................................................. 18 2.3.2 Lò ống .................................................................................................. 22 2.3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt........................................................................... 23 2.3.4 Thiết bị tạo chân không ....................................................................... 25 2.4 Chế độ công nghệ....................................................................................... 27 2.5 Quy trình công nghệ................................................................................... 28 2.5.1 Bản vẽ quy trình công nghệ ................................................................. 28 2.5.2 Thuyết minh quy trình công nghệ........................................................ 28 2.6 Một số điểm cần lƣu ý trong quá trình chƣng cất chân không ................. 29 2.6.1 Các khí không ngƣng ........................................................................... 29 2.6.2 Các chất thải......................................................................................... 30 2.6.3 Sự ăn mòn ............................................................................................ 30 CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN.................................................................................. 31 3.1. Tính toán công nghệ.................................................................................. 31 3.1.1. Tính cân bằng vật chất........................................................................ 31 3.1.2. Tính cân bằng nhiệt lƣợng .................................................................. 35 3.2. Tính toán thiết bị ....................................................................................... 43 3.2.1. Đƣờng kính tháp ................................................................................. 43 3.2.1.3 Đƣờng kính phần đáy........................................................................ 47 3.2.2. Chiều cao tháp .................................................................................... 48 3.2.2.1 Chiều cao phần đỉnh ......................................................................... 48 3.2.2.2. Chiều cao phần thân......................................................................... 48 3.2.2.3. Chiều cao phần đáy.......................................................................... 49 3.3. Tính toán cơ khí ........................................................................................ 50 3.3.1. Tính chiều dày thân tháp..................................................................... 50 3.3.2. Tính toán các ống dẫn......................................................................... 51 3.3.3. Tính chọn tai treo ................................................................................ 55 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 60

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐỀ TÀI:

CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG CẶN MAZUT VỚI NĂNG SUẤT 4 TRIỆU TẤN/NĂM

Trình độ đào tạo : Đại Học

Hệ đào tạo : Chính Quy

Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học

Chuyên ngành : Hóa Dầu

Bộ giáo dục và đào tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ NghĩaViệt Nam Trường ĐH Bà RịaVũng Tàu Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa hóa học & Công nghệ thực phẩm

- -

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Quy trình công nghệ trong công nghệ hóa học và thực phẩm

Họ và tên SVTH: Nguyễn Văn Nhất

Dương Ngọc Hiếu

Lớp: DL12HD

Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành: Hóa dầu

1 Đề tài: Chưng cất chân không cặn mazut với năng suất 4 triệu tấn/năm

2 Nhiệm vụ:

- Cơ sở lí thuyết quá trình công nghệ và các công nghệ điển hình

- Bản vẽ quy trình công nghệ và thiết bị chính

- Thuyết minh quy trình công nghệ

- Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng cho công nghệ

- Tính toán cơ khí cho thiết bị chính

Ngày giao đồ án: 09/2014

Ngày nộp đồ án: 12/2014

Ngày bảo vệ và chấm đồ án:

Ngày tháng 12 năm 2014 (Giáo viên hướng dẫn)

Th.S Nguyễn Văn Toàn

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN

1 Giáo viên hướng dẫn Nhận xét

Điểm:

Chữ ký 2 Hội đồng bảo vệ Nhận xét

Điểm:

Chữ ký Điểm tổng kết:

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập tại Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu, chúng em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ rất nhiệt tình của quý thầy cô giảng viên tại trường, những người đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quan trọng cần có để hoàn thành khóa học Đặc biệt là Th.s Nguyễn Văn Toàn người đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập, tìm hiểu và thu thập thông tin để chúng em có thể hoàn thành đồ án chuyên ngành này

Đồ án là một môn học mang tính tổng hợp kiến thức khá cao, đòi hỏi sinh viên phải giải quyết được các nhiệm vụ tính toán cụ thể về quy trình công nghệ, kết cấu cũng như điều kiện vận hành của cả hệ thống chưng cất Bằng tất cả kiến thức chuyên môn của bản thân, chúng em hy vọng sẽ đáp ứng được các yêu cầu chính mà đồ án đề ra Đồng thời cũng rất mong nhận được sự bỏ qua cũng như

sự thông cảm và đóng góp giúp đỡ của quý thầy cô về những thiếu xót nhất định của chúng tôi trong quá trình tìm hiểu, đánh giá và trình bày báo cáo về đồ án

Chúng em xin chân thành cám ơn!

VT, ngày……tháng….năm 2014

(sinh viên)

Nguyễn Văn Nhất

Dương Ngọc Hiếu

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

1.1 Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất chân không 2

1.1.1 Mục đích 2

1.1.2 Ý nghĩa 2

1.2 Đặc điểm của nguyên liệu và sản phẩm 3

1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu 3

1.2.2 Đặc điểm sản phẩm 4

1.3 Lý thuyết về quá trình chưng cất 6

1.3.1 Chưng đơn giản 7

1.3.2 Chưng cất phức tạp 9

1.3.3 Chưng cất trong chân không với hơi nước 10

1.4 Công nghệ chưng cất chân không điển hình 11

1.4.1 quy trình chưng cất một tháp 11

1.4.2 Quy trình chưng cất hai tháp 13

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ 15

2.1 Đặc điểm của nguyên liệu 15

2.2 Lựa chọn công nghệ 16

2.3 Các thiết bị chính trong công nghệ 18

2.3.1 Tháp chưng cất chân không 18

2.3.2 Lò ống 22

2.3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt 23

2.3.4 Thiết bị tạo chân không 25

2.4 Chế độ công nghệ 27

2.5 Quy trình công nghệ 28

2.5.1 Bản vẽ quy trình công nghệ 28

2.5.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 28

2.6 Một số điểm cần lưu ý trong quá trình chưng cất chân không 29

2.6.1 Các khí không ngưng 29

2.6.2 Các chất thải 30

2.6.3 Sự ăn mòn 30

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN 31

3.1 Tính toán công nghệ 31

3.1.1 Tính cân bằng vật chất 31

3.1.2 Tính cân bằng nhiệt lượng 35

3.2 Tính toán thiết bị 43

3.2.1 Đường kính tháp 43

3.2.1.3 Đường kính phần đáy 47

3.2.2 Chiều cao tháp 48

3.2.2.1 Chiều cao phần đỉnh 48

3.2.2.2 Chiều cao phần thân 48

3.2.2.3 Chiều cao phần đáy 49

3.3 Tính toán cơ khí 50

3.3.1 Tính chiều dày thân tháp 50

3.3.2 Tính toán các ống dẫn 51

3.3.3 Tính chọn tai treo 55

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

LỜI MỞ ĐẦU

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa Đến thế kỷ 18, dầu mỏ được

sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỷ 19, dầu mỏ được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh

tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Bên cạnh đó, hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu (sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, …) Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sản phẩm phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, cũng là một phần quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, ngành dầu khí Việt Nam cũng đã bắt đầu từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển Ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá Chính vì thế yêu cầu đặt ra là phải tận dụng triệt để các sản phẩm dầu mỏ Điều này đòi hòi sự phát triển không ngừng của các quy trình công nghệ chế biến dầu, Vấn đề đặt ra là chế biến dầu thô không thể dừng lại ở quá trình chưng cất khí quyển để thu các sản phẩm trắng ban đầu và loại bỏ phần cặn mazut mà

nó phải tiến đến việc tận dụng một cách tối ưu phần cặn này Nhận ra được điều

đó, ngành dầu khí đã không ngừng nghiên cứu và xây dựng được những tháp chưng cất chân không hiện đại thay thế cho những nhà máy chưng cất cũ kỹ, đây

là bước phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu mỏ

Với nhiệm vụ “ Thiết kế tháp chưng cất chân không cặn dầu mazut với năng suất 4 triệu tấn/năm” , nội dung gồm các phần sau:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất chân không

1.1.1 Mục đích

Chưng cất chân không là phương pháp chưng cất ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển nhằm mục đích giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp chưng cất để tránh sự phân hủy vì nhiệt của các cấu tử cần chưng cất

Áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng tương tự như dùng chân không là giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn Kết hợp dùng chân không và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo hiệu quả tách sâu hơn Nói chung, tiến hành quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất chân không nhằm thực hiện 2 mục đích chính là:

+ Giảm phân huỷ và phản ứng cracking, tăng các phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron

+ Thu được distilat dầu nhờn cho cụm sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân không là nguyên liệu cho cracking xúc tác

1.1.2 Ý nghĩa

Trong quá trình chưng cất khí quyển, chúng ta chỉ chưng cất dầu thô với mục đích nhận các phân đoạn nhẹ (naphta nhẹ, naphta nặng) phân đoạn diezel (nhẹ, nặng) và phần cặn sau khi chưng cất Khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân đoạn gasoil chân không hay phân đoạn dầu nhờn, người

ta dùng chưng cất chân không Phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu quý cho quá trình chế biến để nhận thêm xăng bằng quá trình cracking Phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn Còn phần cặn của chưng cất chân không gọi là phân đoạn cặn gudron được dùng để làm nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ Nên quá trình chưng cất chân không có ý nghĩa rất qua trọng trong công nghiệp hóa dầu

1.2 Đặc điểm của nguyên liệu và sản phẩm

1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu

Nguyên liệu dùng cho quá trình chưng cất chân không là phân đoạn cặn mazut thu được từ quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

+ Các hợp chất dị nguyên tố chứa oxy, ni – tơ, lưu huỳnh

+ Trong phân đoạn cặn mazut có chứa các hợp chất hydrocacbon với số nguyên tử cacbon từ 21 đến 40 hay cao hơn, có nhiệt độ sôi trên 3000C Do vậy những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hydrocacbon lai hợp tăng lên rất nhiều

+ Loại hydrocacbon n – parafin, izo– parafin thường có số lượng ít hơn so với naphten hay hydrocacbon thơm và dạng lai hợp Các izo– parafin lại có số lượng ít hơn n– parafin và các izo– parafin này có cấu trúc mạch chính dài, ít nhánh phụ và các nhánh chỉ là các nhóm metyl

+ Các hydrocacbon naphten là loại chiếm đa số trong phân đoạn cặn mazut

Số vòng naphten có thể có từ 1 đến 4 là chủ yếu (có một số loại dầu đã phát hiện thấy vòng naphten có thể đến 7 hoặc 9) Xung quanh vòng naphten thường có nhánh phụ là các nhóm metyl và đồng đẳng của nó Những loại naphten 1 hay 2 vòng có nhánh phụ là các hydrocacbon parafin dài, nhánh phụ thường là mạch alkyl thẳng hoặc nhánh và thường ít nhánh

+ Các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn thường gặp là loại 1 , 2 hay 3 vòng thơm, còn loại nhiều vòng thơm ngưng tụ lại tập trung chủ yếu ở phần cặn

gudron Đại bộ phận các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp naphten và hydrocacbon thơm hay parafin

+ Các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất chứa nguyên tố nitơ, lưu huỳnh cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn mazut Ngoài ra còn có cả các hợp chất chứa kim loại nặng như vanadi, niken, sắt cũng gặp trong phân đoạn này Qua nghiên cứu thấy rằng trên 50% lượng lưu huỳnh có mặt chủ yếu tồn tại trong các sunfua, disunfua dị vòng nối với các naphten, các thiofen và thiofen nhiều vòng Các hợp chất chứa oxy nằm trong phân đoạn chủ yếu là các axit Nói chung các hợp chất phi hydrocacbon là các chất có hại , chúng tạo ra màu sẫm cho sản phẩm, làm giảm độ ổn định oxy hoá của sản phẩm

1.2.2 Đặc điểm sản phẩm

1.2.2.1 Phân đoạn dầu nhờn

Cặn mazut đem chưng cất ở điều kiện chân không thu được các phân đoạn dầu nhờn chia theo khoảng nhiệt độ sôi khác nhau Cụ thể gồm:

+ Phân đoạn dầu nhờn nhẹ 350  4200C

+ Phân đoạn dầu nhờn nặng 420  5000C

Dầu nhờn gốc thu được từ quá trình chưng cất chân không cặn mazut là quá trình chế biến vật lý, do đó thành phần hoá học của phân đoạn dầu nhờn giống như thành phần hoá học của phân đoạn cặn mazut Tuy nhiên do tính chất sử dụng của dầu nhờn mà một số hợp chất trong cặn mazut không có lợi cần phải loại ra

Khi nghiên cứu các tính chất sử dụng của phân đoạn dầu nhờn, người ta thấy các hợp chất n– parafin với phân tử lượng lớn thường là parafin rắn (còn gọi là sáp), chúng làm giảm độ linh động của dầu nhờn nên hàm lượng của chúng cũng phải giảm tới mức cần thiết, đặc biệt với các dầu bôi trơn làm việc ở nhiệt độ

âm

Các izo– parafin lại là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng có độ nhớt thích hợp và tính chất nhớt nhiệt tốt Nếu mạch nhánh izo– parafin càng dài thì đặc tính này càng thể hiện rõ ràng hơn

Các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hoặc 2 vòng với mạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt cũng xấp xỉ nhau Khi

tăng chiều dài nhánh, độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số nhớt cũng tốt, đặc biệt là khi mạch nhánh alkyl lại phân nhánh

Còn đối với các naphten và hydrocacbon thơm nhiều vòng hoặc loại lai hợp naphten – hydrocacbon thơm thường có độ nhớt rất cao, song chỉ số nhớt lại rất thấp Như vậy các hợp chất này không phải là cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bôi trơn chất lượng cao Mặt khác, trong quá trình bảo quản hay làm việc, các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhờn

Như vậy, có các hợp chất hydrocacbon với cấu trúc gồm naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng có nhánh izo – parafin dài và các izo – parafin mới là những cất tử lý tưởng cho dầu bôi trơn, vì chúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo

mà còn có chỉ số độ nhớt cao, cho phép chế tạo được dầu nhờn chất lượng cao Trong trường hợp cần sản xuất dầu nhờn có chất lượng cao rõ ràng chúng ta cần phải tiến hành loại bỏ các hợp chất không thích hợp ra khỏi dầu nhờn nguyên liệu Đó là các hydrocacbon nhiều vòng, các hợp chất dị nguyên tố và ngay cả n– parafin có trọng lượng phân tử lớn

1.2.2.2 Cặn Gudron

Phân đoạn cặn gudron là phần còn lại của quá trình chưng cất chân không sau khi đã lấy đi các phân đoạn dầu nhờn Chúng có nhiệt độ sôi lớn hơn 5000

C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41 Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp và có thể chia thành ba nhóm sau:

Trong phân đoạn cặn, nhóm chất dầu chiếm khoảng 45  46% Trong công nghệ sản xuất dầu nhờn ta có thể tận dụng phần chất dầu này để sản xuất dầu nhờn có

độ nhớt cao sử dụng cho các loại động cơ có tốc độ chậm và tải trọng lớn

+ Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm maltene)

Nhóm này ở dạng keo quánh gồm hai thành phần, đó là các chất trung tính và các chất axit

Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hoá mềm nhỏ hơn 1000

+ Nhóm asphanten:

Nhóm asphaten là nhóm chất rắn nhàu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn

1, chứa phần lớn các hợp chất dị vòng, có khả năng hoà tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2) Đun ở 3000C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro

Ngoài ba nhóm chất chính nói trên, trong cặn gudron còn có các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các chất cacben, cacboit rắn giống như cốc, màu sẫm, không tan trong các dung môi thông thường chỉ tan trong pyridin

Phân đoạn cặn gudron được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như sản xuất bitum, than cốc, nhiên liệu đốt lò Trong các ứng dụng trên thì sản xuất bitum là ứng dụng quan trọng nhất

1.3 Lý thuyết về quá trình chưng cất

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng thành các cấu

tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi khác nhau của cấu tử trong hổn hợp

Khi chưng cất ta thu được nhiều sản phẩm khác nhau và thường có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Quá trình chưng cất dầu là một quá

trình vật lý, phân chia dầu thành các phần gọi là phân đoạn Quy trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các thành phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không làm phân hủy chúng Hơi nhẹ bay lên, ngưng tụ thành các phần lỏng Tùy theo các biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành các quá trình: chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng chân không

độ thấp tới nhiệt độ sôi khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết ngưng tụ 3 và thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa 4 Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm

1.3.1.2 Chưng bay hơi một lần

Hình 1.2 Chưng bay hơi một lần Hỗn hợp chất lỏng I được cho liên tục vào thiết bị đun sôi 2 và được đốt nóng đến một nhiệt độ xác định và ở áp suất p cho trước Pha hơi thu được cho qua thiết bị ngưng tụ 3 rồi vào bể chứa 4, từ đó nhận được phần cất II; còn pha lỏng được lấy ra liên tục và ta nhận được phần cặn III

- Ưu điểm của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất dầu, tuy với nhiệt độ chưng cất bị giới hạn nhưng vẫn cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn

- Nhược điểm của phương pháp là độ phân chia chưa cao

1.3.1.3 Chưng bay hơi nhiều lần

Hình 1.3 chưng bay hơi nhiều lần

Nguyên liệu đi vào tháp chưng(1), thành phần nhẹ đi lên qua thiết bị ngưng tụ(3),sản phảm được lấy ra ở bể chứa(4).Phần cặn của quá trình thứ(1)qua nồi sôi lại được gia nhiệtđến nhiệt độ sôi làm giàu cấu tử nhẹ, đi vào tháp chưng(5) tiếp tục quá trình và quá trình này lặp đi lặp lại cho đến hiệu quả tối ưu

1.3.2 Chưng cất phức tạp

1.3.2.1 Chưng cất có hồi lưu

Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bay hơi lên Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn)

so với khi không có hồi lưu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận phân chia đặc biệt và được bố trí phía trên bộ phận

chưng

1.3.2.2 Chưng cất có tinh luyện

Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa

pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau Quá trình này được thực hiện

bằng phương pháp tinh luyện Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha

hơi và pha lỏng trong tháp được trang bị các đĩa hay đệm Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha (số đĩa lý thuyết) vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp

Công nghệ hiện đại chưng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chưng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chưng cất phân đoạn có bố trí nhiều đĩa

1.3.3 Chưng cất trong chân không với hơi nước

Hỗn hợp các cấu trúc trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷ khi tăng nhiệt độ Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt nhất là các hợp chất chứa lưu huỳnh, các chất cao phân tử như nhựa… Các hợp chất paraffinic kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphtenic và các naphtenic lại kém bền nhiệt hơn các hợp chất thơm Độ bền của các cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó Trong thực tế chưng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ cao, người ta cần tránh sự phân huỷ nhiệt của chúng khi đốt nóng Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá 400 ÷ 420o

C với dầu không có hay có chứa rất ít lưu huỳnh và không quá 320 ÷ 340o

C với dầu có nhiều lưu huỳnh

Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất làm việc của sản phẩm, như làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bắt cháy cốc kín của chúng, giảm độ bền oxy hóa Nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chưng cất vì chúng tạo ra các hợp chất ăn mòn và làm tăng áp suất tháp

Để giảm mức độ phân huỷ, thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế Ví dụ trong thực tế chưng cất thời gian lưu của nguyên liệu dầu (phân đoạn cặn chưng cất khí quyển) ở đáy của tháp AD không lớn hơn 5 phút và phân đoạn gudron khi chưng chân không VD chỉ khoảng 2 đến 5 phút Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải dùng chưng trong chân không VD hay chưng cất với hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt Chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng tương tự như dùng chân không: giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn Hơi nước được dùng ngay cả trong chưng cất khí quyển Khi tinh luyện, nó được dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa trong mazut hay gudron, trong nhiên liệu và dầu nhờn Kết hợp dùng chân không và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo hiệu quả tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn (có thể đến 550 ÷ 600oC)

Công nghệ chưng cất dầu với hơi nước có nhiều ưu điểm Ngoài việc giảm áp suất riêng phần của dầu, nó còn tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích nhiệt cục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành những tia và các bong bóng hơi Người ta cũng dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chưng cất trong chân không Khi đó đạt được mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh và ngăn ngừa tạo cốc trong các lò đốt nóng Tiêu hao hơi nước trong trường hợp này khoảng 0,3 ÷ 0,5% so với nguyên liệu

Trong một vài trường hợp chẳng hạn như khi nâng cao nhiệt độ bắt cháy của nhiên liệu phản lực hay diesel, người ta không dùng chưng cất với hơi nước mà dùng quá trình bay hơi một lần để tránh tạo thành nhũ tương nước bền trong nhiên liệu

1.4 Công nghệ chưng cất chân không điển hình

1.4.1 quy trình chưng cất một tháp

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không loại 1 tháp

K-10- Tháp chân không; T-35- tháp ngưng tụ; T-1, T-3, T-4, T-16, T-18, T-25, T-34- thiết bị trao đổi nhiệt ; T-25a- thiết bị ngưng tụ bằng không khí; T-24, T-

28, T-30, T-31- máy lạnh; H-1-bơm chân không phun hơi; H- máy bơm; E- bể chứa; L-3- lò nung dạng ống, B- bể chứa

Nguyên liệu mazut từ dưới đáy tháp chưng cất khí quyển được bơm vào ống xoắn của lò nung L-3 và sau khi nung nóng đến 400-4100C được dẫn vào đáy tháp chưng cất chân không K-10 Để giảm sự phân hủy của mazut khi nung nóng ở to

cao, tránh tạo cốc trong các ống lò nung và để tăng phần cất người ta thêm hơi nước quá nhiệt vào từng dòng chảy qua lò nung tại cửa vào tháp K-10

ở đỉnh tháp chân không K-10 giử áp suất không quá 50mmHg Khí sinh ra khi phân hủy mazut cùng hơi nước dẫn sang thiết bị ngưng tụ T-35, trong đó hơi nước được ngưng tụ lại, còn khí được hút bằng máy bơm chân không- phun 3 cấp H-1 Phần ngưng tụ từ T-35 được đưa vào bể chứa E-22, từ đó vào bể chứa

B, nước từ đó được thải ra, còn sản phẩm dầu tích tụ trong bể lắng được máy bơm H-40 đưa vào cửa nạp của máy bơm nguyên liệu

Từ mâm 12 của tháp chân không K-10 dòng hồi lưu đỉnh được máy bơm 24 hút ra và bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt T-25, thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-25a , máy lạnh T-28 và với nhiệt độ 500

C được đưa trở lại mâm 14 của tháp K-10 Phân đoạn có nhiệt độ dưới 3500

C được máy bơm H-24 bơm trở lại tháp khí quyển hoặc vào ống dẫn nguyên liệu diesel Cũng có thể đưa dòng hồi lưu nóng vào mâm 11 nhờ máy bơm H-24

Từ mâm thứ 9 trích phân đoạn 350- 5000C dưới dạng trích ngang , sau đó được máy bơm H-25 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-16 , tiếp theo một lượng phân đoạn 350- 5000

C cần thiết quay trở lại tháp như dòng hồi lưu sau khi đã qua máy làm lạnh T-30, phần dư qua thiết bị trao đổi nhiệt T-1 và lấy ra ngoài

Từ mâm thứ 5 của tháp K-10 dòng hồi lưu tuần hoàn dưới được máy bơm

H-26 bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt T-18 và thiết bị làm lạnh T-31, trong đó nó được làm lanh đến 1700C đưa trở về mâm 6 còn phần dư đưa về tháp chưng cất khí quyển K-2 Từ bơm H-25 và H-26 hai dòng nóng trở lại tương ứng tại mâm

8 và mâm 4 Từ đáy tháp K-10 cặn gudron được máy bơm H-27 bơm qua thiết

bị trao đổi nhiệt T-3,T-4,T-34, máy lạnh T-24 và với nhiệt độ không quá 1000C

được đưa vào bể chứa

1.4.2 Quy trình chưng cất hai tháp

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không loại 2 tháp

1- lò nung ống; 2- tháp chưng chất chân không 1; 3- tháp chưng cất chân không 2; 4- trao đổi nhiệt; 5- thiết bị làm lạnh; 6- thiết bị ngưng tụ khí áp; 7- ejector; 8- tháp bay hơi I – mazut; II – distilat < 350oC; III – phân đoạn dầu nhờn rộng 350-375oC; IV – distilat 350-460oC; V – distilat 460-490oC; VI – distilat > 490oC; VII – gudron; VIII – hơi nước; IX – nước; X – khí và hơi không ngưng tụ

Nguyên liệu là dòng mazut ban đầu đưa qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) để tận dụng nhiệt từ dòng ra của hai tháp chưng cất, rồi vào lò đốt t0 400-4300C, rồi đưa vào tháp chưng cất thứ nhất (2), từ tháp chưng cất ta thu được các phân đoạn dầu nhờn ở khoảng nhiệt độ khác nhau

Ở đỉnh tháp khí và hơi không ngưng tụ qua thiết bị ngưng tụ (6) hệ thống bơm phun tạo chân không, phần ngưng đưa vào bể chứa

Hai sản phẩm đỉnh thu được là các distilat (II) t0 <350, phân đoạn dầu nhờn rộng (III) ở khoảng (350 – 5000C) được chia làm hai dòng, một dòng đi trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu đầu sau đó tưới trở lại tháp, một dòng đưa qua

tháp chƣng cất chân không thứ hai, ở đáy tháp thu đƣợc cặn gudron

Trong tháp chƣng cất thứ hai thu tiếp các phân đoạn distilal (IV)

(350-4600C), ở đáy thu đƣợc distilat (VI) (460- 4900C), thu các sản phẩm sau khi đã qua trao đổi nhiệt (4) Còn hàm lƣợng phân đoạn nhẹ trong dòng distilat (V) đƣợc điều chỉnh trong tháp bay hơi (8), phần hơi và khí không ngƣng cũng đƣợc đƣa sang hệ thống ngƣng tụ bơm phun chân không ở đỉnh tháp

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Đặc điểm của nguyên liệu

Để chọn sơ đồ công nghệ thì trước hết phải xét đến chất lượng thành phần của dầu mazut ban dầu

Nguyên liệu dầu thô là dầu của nga với các đặc điểm sau:

 Tỷ trọng : = 0,840 (thuộc dầu tương đối nặng)

 Khối lượng phân tử: : M = 191 g/mol

 Nhiệt độ đông đặc : – 35 oC

 Hàm lượng lưu huỳnh : 0,770 %

 Áp suất hơi bão hoà ở 38o

C :176 mmHg

Đặc điểm phân đoạn dầu mazut như sau:

Bảng 2.1 Đặc điểm phân đoạn dầu mazut

Phân đoạn riêng

2.2 Lựa chọn công nghệ

Có 2 loại công nghệ chƣng cất chân không:

Hình 2.1 Sơ đồ chƣng cất chân không 1 tháp

Hình 2.2 Sơ đồ chƣng cất chân không 2 tháp

Để tăng phần cất và tăng độ phân tách distilat, cần chƣng cất mazut trong hai tháp chƣng cất Tháp thứ nhất cho phép thu đƣợc phân đoạn dầu nhờn rộng với

độ thu hồi không cao Khi qua tháp thứ 2 có chân không thấp hơn, phân đoạn dầu nhờn đƣợc phân cắt thành các phân đoạn hẹp hơn

Tuy nhiên, sơ đồ 2 tháp lại có nhƣợc điểm: Thao tác phức tạp và chi phí đầu

tƣ, chi phí hoạt động quá cao

Với mục đích nhận các phân đoạn dầu nhờn để sản xuất dầu nhờn gốc, trong bài đồ án này chúng em chọn sơ đồ công nghệ chƣng cất dầu mazut loại 1 tháp

để nhận các phân đoạn dầu nhờn

Hình 2.3 Sơ đồ chƣng cất chân không thu các phân đoạn dầu nhờn gốc Phần cặn từ quá trình chƣng cất khí quyển (gọi là phần cặn rộng) đƣợc đƣa thẳng tới tháp chân không, tại đây phần cặn này đƣợc tách thành các phần cất dầu bôi trơn khác nhau và phần cặn cất chân không (phần cặn hẹp)

2.3 Các thiết bị chính trong công nghệ

2.3.1 Tháp chưng cất chân không

Hình 2.4 Tháp chưng cất chân không

Tháp chưng cất chân không được ứng dụng để chưng cất hỗn hợp hydrocarbon sôi cao (mazut) ở áp suất chân không cao (trên 760mm Hg) và nhiệt độ sôi cao (đến 430oC) thành các phân đoạn dầu nhờn và cặn chân không Kết cấu của tháp chưng cất chân không khác với các tháp khác là phần trên và phần dưới nhỏ hơn Điều này là do thể tích hơi ở vùng trên và phần chưng cất thấp hơn nhiều so với vùng hơi giữa và cần phải giảm phân huỷ gudron nên thời gian lưu của nó trong vùng nhiệt độ cao phải giảm Cấu tạo của tháp bao gồm:

1 Đầu nối cho hơi vào

2 Lối vào của hồi lưu đáy (hồi lưu nóng)

3.Lối ra của hồi lưu tuần hoàn giữa

4 Khớp nối thiết bị đo chân không

5 Tấm chắn (sàng)

6 Lối ra hơi đi vào thiết bị tạo chân không

7 Van không khí

8 Lối ra hồi lưu

9 Lối vào hồi lưu tuần hoàn đỉnh (hồi lưu lạnh)

10 Lối vào hồi lưu tuần hoàn giữa (hồi lưu lạnh)

11 Đầu nối để rửa tấm chắn loại sàng

12 Lối vào của mazut từ lò sang

13 Lối lấy gudron ra

độ trong tháp và nhiệt độ đáy tháp

Nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất của loại dầu thô, mức độ phân tách của sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp, nhưng chủ yếu phải tránh sự phân huỷ nhiệt ở nhiệt độ cao Nếu dầu thô thuộc loại dầu nặng mức độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độ vào tháp chưng luyện sẽ không cần cao Trong thực tế sản phẩm khi chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng luyện thường trong giới hạn

320 ÷ 360ºC còn nhiệt độ nguyên liệu mazut vào tháp chưng ở áp suất chân không thường khoảng 400 ÷ 440ºC

Nhiệt độ đáy tháp phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và hồi lưu đáy Nếu bay hơi phần hồi lưu đáy bằng thiết bị đốt nóng riêng biệt thì nhiệt độ đáy tháp

sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp, nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn vùng nạp liệu Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối ưu, tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần nặng

Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi Nhiệt độ đỉnh tháp ở áp suất khí quyển để tách xăng ra khỏi dầu thô thường là 110 ÷ 130ºC, còn đối với tháp chưng chân không, khi áp suất chưng là 10 ÷ 70 mmHg thường nhiệt độ không quá 120ºC với mục đích để giảm bớt mất mát gasoil chân không hay mất mát các cấu tử trong phân đoạn dầu nhờn

Để bảm bảo chế độ nhiệt của tháp, cũng như đã phân tích ở trên là để phân chia các quá trình hoàn thiện thì phải có hồi lưu

Hồi lưu nóng: Quá trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách ngưng tụ một phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó Khi tưới trở lại tháp, chúng chỉ cần thu nhiệt để bốc hơi Tác nhân lạnh có thể dùng là nước hay chính sản phẩm lạnh Xác định lượng hồi lưu nóng theo công thức:

Trong đó: Rn: lượng hồi lưu nóng, kg/h

Q: Nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi, kcal/h

i: Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng, kcal/kg

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và khó cho việc vệ sinh, đặc biệt khi công suất của tháp lớn, nên ít phổ biến và bị hạn chế

Hồi lưu nguội: Được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lại tháp chưng Khi đó lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi cần thiết và nhiệt độ cần để hoá hơi:

( ) Trong đó:

Rng : Lượng hồi lưu nguội Q : Lượng nhiệt mà hồi lưu cần : Hàm nhiệt của hơi : Lượng nhiệt của lỏng hồi lưu i: Nhiệt lượng phần hơi cần C: Nhiệt dung sản phẩm hồi lưu t1, t2: Nhiệt độ của hơi và của lỏng tương ứng

Hồi lưu nguội được sử dụng tương đối rộng rãi, vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng

Hồi lưu trung gian : Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy một phần sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ là t1, đưa ra ngoài làm lạnh đến t0 rồi tưới trở lại tháp, khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ t0 ÷ t2

Trong đó : Q là lượng hồi lưu lấy đi, kcal

, : Hàm nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng với nhiệt độ t2 và t0, kcal/kg

Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm: Giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận dụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp chưng để đun nóng nguyên liệu ban đầu, tăng công suất làm việc của tháp, tăng cường chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phép điều chỉnh chính xác nhiệt độ chưng dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất lượng sản phẩm của quá trình

* Chế độ áp suất của tháp

Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường thì áp suất trong toàn tháp và ở một tiết diện cũng có khác nhau

Áp suất trong tháp có thể cao hơn một ít hay thấp hơn một ít so với áp suất khí quyển, tương ứng với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏi tháp Khi tháp chưng cất mazut trong tháp chưng chân không thì thường tiến hành

áp suất từ 10 ÷ 70 mmHg

Áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh khi hơi qua các đĩa, nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng và hơi Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác, áp suất giảm

từ 5 ÷ 10 mmHg từ dưới lên khi chưng cất, ở áp suất chân không qua mỗi đĩa áp suất giảm từ 1 ÷ 3 mmHg

Áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu

và áp suất riêng phần của từng cấu tử trong tháp Nếu tháp chưng luyện mà dùng hơi nước trực tiếp cho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi sản phẩm đầu, cho phép chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn Lượng hơi nước tiêu hao phụ thuộc vào áp suất chung của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm đầu

Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp ở áp suất khí quyển khoảng 1.2 ÷ 3.5% trọng lượng, đối với tháp chưng ở áp suất chân không khoảng 5 ÷ 8% trọng lượng so với nguyên liệu

2.3.2 Lò ống

Thiết bị chưng cất chân không đốt nóng trực tiếp thì lò đốt là nguồn nhiệt quan t rọng Phổ biến nhất là loại lò đốt bọc thép với vật liệu cách nhiệt Nhiên liệu được đưa vào lò đốt cháy và toả nhiệt

* Phần bức xạ nhiệt

Là phần quan trọng nhất của lò đốt, nó được gọi là buồng đốt, ở đây nhiên liệu được đốt cháy trực tiếp để tạo ra ngọn lửa Phần bức xạ nhiệt đạt hiệu quả cao so với phần khác của lò chính vì vậy cần quan tâm tới cấu trúc cơ khí và vật liệu của phần bức xạ, phần bức xạ cung cấp 70  80% tổng nhiệt lượng yêu cầu

* Phần đối lưu nhiên liệu

Đây là bộ phận thoát nhiệt là bộ phận quan trong của lò đốt Tạo ra ngọn lửa

và điều chỉnh ngọn lửa tiếp xúc với những ống đốt và nhiên liệu cháy hoàn toàn

* Phần đối lưu nhiệt

Thường đặt trên phần bức xạ, ở phần này sẽ hấp thụ nhiệt của khí cháy tỏa ra

từ vùng đốt bằng phương pháp đối lưu nhiệt

* Phần thông gió

Thiết bị thông gió đóng vai trò quan trọng, nó dẫn không khí vào buồng đốt

và dẫn khí thải ra ngoài lò Hệ thống thông gió có thể là tự nhiên hay cưỡng bức Trong hệ thống thông gió tự nhiên sẽ có những ống khối được lắp đặt để thông gió, không cần năng lượng cơ học nào, các thiết bị như quạt gió sẽ tạo ra sự đối lưu Nhìn chung hệ thống gió tự nhiên sử dụng ống khói được áp dụng rộng rãi

* Phần thu nhiệt thừa

Nhiệt sẽ được thu hồi từ khí cháy tỏa ra từ phần đối lưu, nhiệt thu hồi có thể quay trở lại tuần hoàn cho lò đốt hoặc sử dụng cho mục đích khác

2.3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt

Loại này có bề mặt trao đổi nhiệt hình ống căn cứ vào tính chất làm việc và cấu tạo thiết bị có các kiểu sau:

* Loại ống xoắn ruột gà

Loại thiết bị này được dùng trong công nghệ sớm nhất Nó là những ống dài uốn cong lại thành nhiều vòng xoắn và đặt trong thùng hoặc nhiều ống thẳng nối với nhau vào ống khuỷu Chất tải nhiệt cho vào thùng, chất tải nhiệt khác đi trong ống xoắn Hệ số truyền nhiệt kém do đó người ta cải tiến bằng cách đặt nhiều vòng xoắn để làm cho vận tốc và chất tải nhiệt trong thùng tăng làm cho

hệ số truyền nhiệt tăng Loại thiết bị này dùng để làm nguội và đun nóng, hiệu quả làm việc thấp, loại thiết bị này giá thành rẻ nhưng làm sạch đường ống khó khăn

1- Vỏ thiết bị; 2- Ống xoắn; 3- Giá đỡ

Hình 2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn

* Loại ống lồng ống

Loại thiết bị này dùng để trao đổi nhiệt giữa chất lỏng, khí và hơi Một chất tải nhiệt đi giữa ống còn một chất lỏng đi giữa khoảng không gian giữa các ống Nguyên tắc thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau mỗi đoạn gồm 2 ống lồng vào nhau Ống trong (1) của đoạn này nối thông với ống trong của đoạn khác và ống ngoài (2) của đoạn này nối thông với ống ngoài của đoạn khác Để dễ thay thế và rửa ống người ta nối bằng khuỷu (3) và ống nối) và ống nối (4) Chất tải nhiệt (I) đi trong ống trong (1) từ dưới lên còn chất tải nhiệt (II) đi trong ống ngoài (2) từ trên xuống

* Loại ống chùm

Thiết bị truyền nhiệt này là được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp hóa chất, nó có ưu điểm là gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn thiết bị đơn giản

Hình 2.7 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm

1 Đáy và nắp thiết bị 4 Vỏ thiết bị

2 Lưới ống 5 Tai đỡ thiết bị

3 Ống truyền nhiệt 6 Ống nối Loại này là thiết bị ống chùm kiểu đứng gồm có vỏ hình trụ, hai đầu hàn hai luới ống Các ống truyền nhiệt (3) được ghép chắc chắn, kín vào lưới ống Đáy

và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bu lông ghép chắc Trên vỏ, nắp và đáy có cửa (ống nối) đẻ dẫn chất tải nhiệt, thiết bị được đặt trên giá đỡ nhờ tai đỡ (5) hàn với vỏ (4) Chất tải nhiệt (I) đi vào đáy dưới qua các khoảng trống lên trên

và ra khỏi thiết bị Nguyên liệu (II) đi từ cửa trên của thiết bị vào ống trong rồi

ra phía dưới

2.3.4 Thiết bị tạo chân không

* Bơm phun tia

Nguyên tắc hoạt động: hơi được phun ra từ vòi phun 1 với tốc độ siêu âm nhờ sự trộn rối của tia hơi chuyển động xoáy với các hạt không khí, trong buồng hút 2 diễn ra sự hút khí không ngưng tụ và cuốn chúng vào ống thắt - buồng trộn

3 để trộn hoàn toàn hơi với không khí Buồng trộn 3 kết thúc bằng vòi họng hình trụ Từ họng dòng hơi trộn với khí được hút đi vào buồng khuếch tán 4 để chuyển động năng của dòng thành công khi hỗn hợp rời thiết bị

Hình 2.8 Sơ đồ bơm tia hơi

* Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí áp

Trong sơ đồ này hơi từ trên tháp chân không đưa trực tiếp vào bơm phun, còn độ sâu của chân không không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ khí áp Nhờ đó có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư đạt 5

÷ 10 mmHg) Độ sâu chân không phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun,

vì vậy để tạo chân không sâu cần mắc nối tiếp vài bơm phun

Hình 1.10 Sơ đồ tạo chân không sâu

1-Tháp chân không; 2- thiết bị ngưng tụ;

3- bơm chân không; 4- bơm phun (ejecter) I- Mazut; II- gasoin nặng; III- Gudron;

IV- hồi lưu; V- khí không ngưng tụ ; VI- hơi ; VII- phần ngưng tụ ; VIII- nước

2.4 Chế độ công nghệ

Để duy trì chế độ làm việc của tháp chưng cất chúng ta phải đảm bảo và nắm vững các nguyên tắc sau:

 Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng

 Nếu áp suất riêng tăng lên, chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn Nếu áp suất tăng cao quá, lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng “sặc” tháp, làm giảm hiệu suất phân tách

 Nếu nhiệt độ đáy tháp thấp, sản phẩm đáy chứa nhiều phần nhẹ hơn

 Nếu các điều kiện trong tháp cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm đáy trở nên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên

 Nếu nhiệt cấp liệu vào đáy tháp quá thấp, lượng hơi trên các khay chứa đĩa sẽ nhỏ như vậy phần lỏng sẽ nhiều và chúng chảy xuống phía dưới vào bộ

Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp tránh nhiệt độ cao quá do làm lạnh không đủ (ví dụ do mất nước làm lạnh) dẫn đến thay đổi chế độ hồi lưu, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm

Phải đảm bảo sự tồn tại pha lỏng chuyển động ngược chiều nhau trên toàn bộ chiều cao tháp chưng

Phần cột chưng ở phía dưới đĩa nạp liệu thực hiện quá trình tách các cấu tử nhẹ ra khỏi pha lỏng nên gọi là phần chưng Vì vậy phần đáy tháp phải đưa thêm