tính toán thiết bị thu hồi benzen, toluene, xylene, metyl benzene, naphtalen… và với năng xuất 42000 m3 khí trên giờ

Dầu hấp thụ lấy ra từ 1 trongnhững đĩa trên cùng của tháp benzen với số lượng từ 1 - 1,5% được đưa vào ở máytái sinh, người ta thổi vào đây 1 lượng lớn hơi nước, để dầu hấp thụ vào benze

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, khi nguồn dầu mỏ cạn kiệt, người tiêu dùng sẽ quay sang nhữngnguồn cung cấp mới, khi đó, nguồn nguyên liệu hóa thạch truyền thống vẫn là mộtgiải pháp đầy tiềm năng Ngày nay, sản lượng BTX được tiêu thụ trên thế giới đượcsản xuất từ than đá ngày càng tăng Trong quá trình cốc hóa than, không những thuđược than cốc cung cấp cho công nghiệp luyện kim và các sản phẩm hóa học nhưbenzene, toluene, xylene; ngoài ra còn thu được phenol, naphtalen, NH3, khí thansạch,… có giá trị kinh tế cao

Trong đồ án này, nhóm chúng em nhận nhiệm vụ tính toán thiết bị thu hồibenzen, toluene, xylene, metyl benzene, naphtalen… và với năng xuất 42000 m3khí/giờ

Nội dung tính toán bao gồm:

1 Máy gia nhiệt dầu hấp thụ;

2 Tháp chưng cất benzene;

3 Máy tái sinh dầu hấp thụ bằng hơi nước;

4 Thiết bị hồi lưu;

5 Thiết bị ngưng tụ

Chương 1 TỔNG QUAN

Khí cốc là khí ngưng tụ thu được từ các lò luyện cốc than đá, là hỗn hợpphức tạp các chất khí và chất bay hơi như nước ngưng, amoniac, nhựa than đá, cáchidrocacbon benzene…

Khí cốc có thành phần gồm 25% thể tích là metan (CH4), 60% là thể tíchhydro(H2), phần còn lại là các khí như CO, CO2, NH3, N2… là nhiên liệu quý chocông nghiệp

Sau khi tách khỏi nhựa than đá, benzen thô và nước, khí cốc có nhiệt cháycao, khoảng 4000kcal/m3

Benzene thô là hợp chất phức tạp, phần lớn bay hơi ở 1800C Hàm lượngtrung bình của các cấu tử chính (%):

Sunfuacacbon và các hydrocarbon dễ sôi: 1,6-3,4;

Benzene: 59,5-78,3;

Đồng đẳng benzne 12-21;

Solvent (hỗn hợp trimetylbenzene, ethyl-metyl benzene,…): 3-10

Benzen có vai trò quan trọng trong thực tế, là nguyên liệu sử dung 5 cho quátrình ankyl hóa sản xuất etylbenzen, nguyên liệu dehydro hóa để sản xuất stryren,sản xuất cumen, nguyên liệu sản xuất phenol và axetol….sản xuất các loại thuốctrừ sâu, thuốc kháng sinh , chất kích thích tăng trưởng và vô số các ứng dụngkhác trong đời sống, người ta sử dụng benzen sản xuất nước hoa, phẩm nhuộm ,keo dán

Toluen chủ yếu được dùng làm tang chỉ số octan xăng, dùng để chuyển hóathành benzene, dùng làm dung môi hòa tan nhiều loại vật liệu như sơn, chất kếtdính…

Xylene là chất cải thiện chỉ số octan của xăng, là dung môi rất quan trọngcho thuốc trừ sâu, chất béo, parafin, nhựa tự nhiên và nhựa tổng hợp Xylene còndùng làm dung môi, chất pha loãng cho sơn, men, vecni và được sử dụng rộng rãitrong sản xuất mực in, keo dán.

Vì vậy cần thu hồi benzene, toluene, xylene để đáp ứng nhu cầu trong côngnghiệp

Để thu hồi benzene thô bằng phương pháp hấp thụ, ta dùng tháp hấp thụ ở20-250C Chất hấp thụ thường là dầu than đá ở phân đoạn chưng cất nhựa than đá

có nhiệt độ sôi 230-3000C hoặc dầu sôla ở phân đoạn sôi 300-3500C

Dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi, sau khi hấp thụ ta tiến hành chưng cất

để tách benzene thô ra khỏi dầu hấp thụ bão hòa benzene

Tiếp sau đó là quá trình tách benzene thô thành hai loại benzene

So sánh các loại tháp chưng cất được trình bày trong bảng 1

Chương 2

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THU HỒI HAI BENZEN

Trong hình 1 mô tả sơ đồ công nghệ quá trình thu hồi bezene bằng phươngpháp dầu hấp thụ nhằm thu được hai loại benzen : loại nhẹ có nhiệt độ sôi 1500C,loại nặng có nhiệt độ sôi khoảng 140 – 2200C Theo sơ đồ dầu hấp thụ bão hòabenzen được đưa vào thiết bị hồi lưu (4) bao gồm 4 chùm ống nằm ngang đặt cái

nọ chồng lên trên cái kia Dầu bão hòa benzene được chuyển động bên trong cácống của chùm ống trên cùng rồi lần lượt đi qua các chùm ống dưới Dầu được gianhiệt ở trong thiết bị hồi lưu đến 70-750C đi tiếp vào máy gia nhiệt hơi nước số (3)

để đun nóng đến 135-1400 Tại đây dầu chuyển động trong ống còn hơi nước có ápsuất từ 6 đến 8 atm đi vào khoảng không gian giữa các ống Từ máy gia nhiệt số(3) dầu bão hòa nóng được đưa vào tháp chưng cất (1) Ở phần dưới đáy tháp người

ta đưa hơi nước trực tiếp áp suất 3 – 4 atm nhằm chưng cất hydrocacbon benzen rakhỏi dầu Từ phần dưới của tháp dầu đã được khử benzen đưa vào thùng chứa trunggian rồi từ đây nó được bơm đưa đi đến giàn tưới để làm lạnh tới 25 - 300 Tái sinhdầu hấp thụ được tiến hành ở trong máy tái sinh Dầu hấp thụ lấy ra từ 1 trongnhững đĩa trên cùng của tháp benzen với số lượng từ 1 - 1,5% được đưa vào ở máytái sinh, người ta thổi vào đây 1 lượng lớn hơi nước, để dầu hấp thụ vào benzenethô hoàn toàn bốc hơi cùng với hơi nước tái sinh Nhiệt độ trong tháp tái sinh đạtkhoảng 1800C Các hợp chất không no trong dầu và các phần nặng của dầu nhưasphalten sẽ bị trùng hợp hóa được tháo ra ở đáy tháp tái sinh vào thùng chứapolime Hiệu suất của dầu khi tái sinh dao động từ 80 - 90% (tùy thuộc vào chấtlượng của dầu)

Hỗn hợp của hơi hydrocacbon benzen, dầu và nước đi ra từ phần trên củatháp chưng đưa vào không gian giửa các chùm ống dưới của máy hồi lưu (4) Ở đây

nó sẽ được làm lạnh và nó sẽ gia nhiệt cho dầu bão hòa benzen đi ở trong ống theochiều ngược lại Hồi lưu tạo thành khi làm lạnh hơi là nước ngưng của solven -napthalene, dầu hấp thụ và nước chảy ra từ chùm ống của máy hồi lưu (4) đi vàothùng phân ly để tách nước ra khỏi hồi lưu Sau khi tách nước hồi lưu sẽ đưa vào

vòng tuần hoàn của dầu hấp thụ Nước đưa vào thùng lắng đặc biệt, tại đây diễn ratách lần chót nước ra khỏi dầu.

Hỗn hợp benzen và hơi nước từ máy hồi lưu (4) được đưa vào cột chưng cất(5) đễ phân chia hỗn hợp hydrocacbon benzen thành 2 loại: nặng, nhẹ Cột phânđoạn bao gồm 2 phần: dưới là phần bốc hơi, trên là phần chưng luyện Ở phần dướicủa cột có 3 máy gia nhiệt bằng hơi gián tiếp để đun nóng bezen nặng, phần trêncủa tháp chưng luyện bao gồm 12 đĩa chóp Nước ngưng thu được ở những đĩa trêncủa phần bốc hơi bao gồm hỗn hợp benzen nặng và nước được đưa vào thùng phân

ly (7) Benzen nặng tách ra khỏi nước được đưa lại phần bốc hơi của cột Tại đâyngười ta đưa hơi gián tiếp để chưng những phần nhẹ ra khỏi phần nặng

Benzen nặng từ phần dưới của cột 5 đưa vào máy làm lạnh (12), từ đây bằngbơm số (13) đưa vào kho Hơi benzen nhẹ và hơi nước từ phần trên của cột phânchia 5 đưa vào máy ngưng tụ (8) cấu tạo từ 4 chùm ống nằm ngang tương tự máyhồi lưu

Trong máy ngưng tụ diễn ra sự ngưng tụ của benzen thô và nước Hơi đưavào khoảng không gian giửa các ống, đi từ trên xuống lần lượt qua cả 4 chùm ống.Phần nước làm lạnh đi trong ống theo hướng ngược lại từ chùm ống dưới của máylàm lạnh lên chùm ống trên và đi ra với nhiệt độ từ 45 - 50oC Benzen nhẹ và nước

từ máy ngưng (8) đưa vào thùng phân ly (9) và từ đây sau khi tách khỏi nướcbenzen nhẹ vào thùng chứa (10), thùng đong (11) sau đó vào kho Một phần benzennhẹ dùng làm hồi lưu từ thùng (10) được bơm (13) đưa lên đĩa trên cùng của cộtphân đoạn 5 Máy phân ly (6) dùng để tách hồi lưu khỏi nước Nước sẽ được ngưng

tụ ở các đĩa trên cùng của cột phân đoạn khi làm lạnh hơi nước

Máy trao đổi nhiệt dầu trở thành một phần không thể thiếu trong sơ đồ côngnghệ thu hồi 1 loại hay 2 loại benzen

Hình 1: Sơ đồ công nghệ thu hồi 2 benzen

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1 Tính toán cân bằng vật chất ban đầu

Dựa vào cân bằng vật chất của khí cốc ở nhiệt độ 60 0C và áp suất là 860mmHg, nhiệt độ điểm sương của khí cốc là - 450C

Lượng khí cốc vào máy lạnh được trình bày trong bảng 2:

Bảng 2 Lượng khí cốc vào máy lạnh

Nhiệt độ ra khỏi máy làm lạnh là 270C, áp suất là 855mmHg

Mất mát hydrobenzen theo khí đi ra là 2 g/ m 3 khí khô

Lượng khí ra khỏi máy lạnh được trình bày trong bảng 3

Bảng 3 Lượng khí ra khỏi máy lạnh

32 /

37764  g mMức độ thu hồi là:

Lượng khí đi vào tháp hấp thụ được trình bày trong bảng 4

Bảng 4 Lượng khí đi vào tháp hấp thụ

1208.1000.273.855

31,14 /39717.300.760

Và của khí đi ra là:

3 2

75.1000.273.825

1,87 /39717.300.760

Hàm lượng cực đại của các hydrocacbon benzene trong dầu đưa vào đượcxác định gần đúng là:

2 2

h ht

a P C

P M



α2: hàm lượng hydrobenzen trong khí đi ra g/m3

P2: áp suất của khí ra khỏi tháp (mmHg)

Mtd: khối lượng phân tử của dầu hấp thụ

Ph: áp suất hơi của hydrobenzen ở dầu đưa vào

Áp suất khi ra khỏi tháp thừa nhận là: 825 mmHg.

Dầu hấp thụ là dầu than đá có khối lượng phân tử Mtd =170

Xác định áp suất hơi của hydrobenzen trên dầu thừa nhận thành phần nhưsau:

Benzene: 73%, toluene: 21%, xylen: 4%, solven: 2%

Áp suất hơi của những cấu tử đó ở 300C

Benzene……… 118,4Toluene………39,5Xylen………23,5Solven……… 5Khối lượng phân tử trung bình của benzen thô là:

Xylen

Khối lượng của solven là:

0, 017120.100

p B: áp suất hơi của benzen nguyên chất (mmHg)

V: thể tích của khí cho vào m3/h (ở đktc không tính thể tích củahydrobenzen)

η : mức độ thu hồi thực tế của hydrobenzen

η ∞: mức độ thu hồi hidro benzen thô từ khí cốc ở điều kiện cân bằng trênđỉnh tháp hoặc khi bề mặt hấp thụ vô cùng lớn

2 1

1 1,1.

a a

   1,87

Cân bằng vật chất của tháp hấp thụ được trình bày trong bảng 5

3.2 Máy gia nhiệt dầu bão hòa benzen

3.2.1 Ý nghĩa và cấu tạo

Máy gia nhiệt dùng để gia nhiệt dầu trước khi đưa vào tháp chưng benzen.Trong quá trình gia nhiệt, nhiệt độ của dầu sẽ tăng từ 90 đến 135 - 140oC Ở trongmáy gia nhiệt diễn ra sự bốc hơi một phần hydrocacbon benzen hòa tan vào trongdầu hấp thụ (với lượng khoảng 25% lượng chung của nó trong dầu hấp thụ), còndiễn ra quá trình bốc hơi nước (nước của dầu), cũng như chuyển sang dạng hơitrong một phần dầu hấp thụ (khoảng 1%)

Cấu tạo máy gia nhiệt dầu hấp thụ là một chùm ống thông thường đặt trên bệ

đỡ bằng gang Dầu hấp thụ có nhiệt khoảng 90oC sau máy trao đổi nhiệt đưa vàocửa dưới của chùm ống và đi ở trong ống rồi sau vào buồng trên tại đây sẽ tách phahơi ra khỏi pha lỏng Hơi dưới áp suất khoảng 6 – 8 atm đưa vào khoảng khônggian giữa ống và cấp nhiệt cho dầu cần đun nóng

Nước ngưng tụ từ chùm ống sẽ đưa qua cốc ngưng tụ Sản phẩm hơi tách ra

từ dầu hấp phụ được đưa qua cửa đặt ở phần trên để vào tháp benzen Người ta đưavào đây còn có dầu đã được đun nóng

Hiện nay người ta đã nghiên cứu loại máy gia nhiệt hấp phụ có hệ số truyềnnhiệt cao bằng cách tăng tốc độ chuyển động của dầu trong ống nhờ vào việc tăng

số ngăn trong máy ống chùm

3.2.2 Tính toán thiết bị gia nhiệt

3.2.2.1 Cân bằng vật chất máy gia nhiệt

Đưa vào máy gia nhiệt bằng hơi có dầu hấp thụ đã bão hòa benzen từ máy

trao đổi nhiệt với lượng như sau (kg/h):

Dầu hấp thụ 59734Hydrocacbon benzen 1248

Thừa nhận hàm lượng nước đưa vào bằng 1% tồng lượng dầu, tương ứng

609,82 kg/h.

Như vậy, tổng lượng dầu, nước, hydrocacbon benzen là: 61591 kg/h.

Thành phần benzen thô: benzen – 73%; toluen – 21%; xylen – 4%; solven – 2%

Vậy khi chưng 1148 kg hydrocacbon benzen từ dầu sẽ tách ra (kg/h):

Benzen 1148 0, 73 = 838Toluen 1148 0, 21 = 241Xylen 1148 0, 04 = 46Solven 1148 0, 02 = 23

Tổng: 1148Thừa nhận thành phần hydrocacbon benzen ở trong dầu đã khử benzen là: benzene – 2,5%; toluen – 19%; xylen – 31% và solven – 47,5% Khi hàm lượng còn lại tổng cộng của hydrocacbon benzen trong dầu 114 kg/h thì hàm lượng từng

cấu tử còn lại sẽ là (kg/h):

Benzen 114 0, 025 = 3 Toluen 114 0, 19 = 22 Xylen 114 0, 31 = 35 Solven 114 0, 475 = 54

Tổng: 114

Như vậy, lượng cấu tử riêng biệt đưa vào máy gia nhiệt (kg/h): Benzen 841

Toluen 263

Xylen 81

Solven 77

Tổng: 1262 Đưa vào máy gia nhiệt lượng chất sau đây:

Dầu hấp thụ 59734 351,38 Benzen 841 10,78 Toluen 263 2,86 Xylen 81 0,76 Solven 77 0,64 Nước 609,82 33,88

Tổng: 61605,82 400,3

Để xác định lượng sản phẩm chưng cất ở trong máy gia nhiệt khi đun nóng dầu ta thừa nhận nhiệt độ gia nhiệt đến 1350C; áp suất hơi khi ra khỏi máy gia nhiệt

là 830 mmHg; toàn bộ nước được chưng khỏi dầu

Kí hiệu  , b  , t  , x  , s  , d  là phần benzen, toluen, xylen, solven, dầun

và nước, còn lại ở trong dầu Những giá trị đó có thể xác định được từ hệ phươngtrình sau đây:

(1 )

b b t

Trong đó: b, t, x, s , d , n - Áp suất hơi của các cấu tử, mmHg.

P - Áp suất chung của hơi khi ra khỏi máy gia nhiệt, mmHg

Gi - Lượng cấu tử đưa vào máy gia nhiệt, kg

Mi - Khối lượng phân tử của cấu tử

Để xác định i cần thiết phải cho trước giá trị  sau đó ta tính được b t,

Chọn b  0,7 ; khi đó:

0,7.3160

0,8220,7.3160 0,3.1600

t

0,7.3160

0,910,7.3160 0,3.720

x

0,7.3160

0,9550,7.3160 0,3.346

s

0,7.3160

0,9890,7.3160 0,3.78

d

395,19

i i

Toluen 2,86 0,822 = 2,35 216

Xylen 0,76 0,91 = 0,69 73

Solven 0,64 0,955 = 0,61 73

Tổng: 358,77 60033Thành phần pha hơi:

của dầu nguyên chất

Cân bằng vật chất trong máy gia nhiệt được trình bày trong bảng 6

Bảng 6 Cân bằng vật chất trong máy gia nhiệt

Còn lại trong pha

lỏng Chuyển vào pha hơi

Dầu hấp thụ

Benzen

Toluen

59734841

351,3810,782,86

59077594

347,517,612,35

65825447

3,873,260,51

Solven

Nước

2638177609,82

0,760,6433,88

2167373-

0,690,61-

84610

0,070,0333,88

d

d

t C

C = 0,383 + 0,001043 t = 0,838 + 0,001043 90 = 0,47 kcal/kg.độ.

Nhiệt mang vào bởi nước có ở trong dầu:

Q3 = 609.82 1.90 = 54884 kcal/h

Nhiệt do hơi nước cung cấp – Q4

Tổng cộng nhiệt mang vào:

Qvào = Q1 + Q2 + Q 3 +Q4Qvào = 2596790 + Q4

Nhiệt tiêu hao

Nhiệt mang ra bởi dầu lỏng ở 1350C:

Q5 = 59077 0,498 135 = 3971747 kcal/h,Trong đó:

1 (0, 403 0,00081.135) 0, 498

C = 0,383+0,001043.135 = 0,52 kcal/h.độ.

Tổng cộng nhiệt mang ra bởi pha lỏng : 4038858 kcal/h.

Nhiệt mang ra bởi hơi dầu hấp thụ:

Q7 = 649 116,7 = 76789 kcal/h,Trong đó hàm nhiệt của hơi dầu ở 1350C:

i= 62,2+ 0,403.t = 62,6+0,403.135 =116,7 kcal/kg.

Nhiệt dộ hơi hydrocacbon benzen mang ra:

Q8 = 313 142,4 = 44571 kcal/h,Trong đó hàm nhiệt của hơi hydrocacbon benzen:

20,7 0,026.135

0, 29283

656 – hàm nhiệt của hơi nước, kcal/kg.

Tổng cộng nhiệt mang ra bởi pha hơi là :521401 kcal/h.

Tổng cộng nhiệt mang ra bởi pha lỏng và pha hơi là: 4560259 kcal/h.

Thừa nhận mất mát nhiệt mang ra môi trường xung quanh bằng 0,5% lượng nhiệt do hơi cung cấp, nghĩa là:

10 0,005 4

Tổng tiêu hao nhiệt:

Qra = 4560259 + 0,005Q4Cân bằng nhiệt vào và ra ta sẽ thu được lượng nhiệt do hơi nước cung cấp:

2596790 + Q4 = 4560259 + 0,005Q4

Ta thu được:

Q4 = 1973336 kcal/hMất mát nhiệt:

Q10 = 0,005.1941900 = 9867 kcal/h

Tiêu hao hơi cho quá trình gia nhiệt không kể đến sử dụng nhiệt của nướcngưng:

4

h

Q G





Trong đó  - nhiệt ngưng tụ hơi, kcal/kg.

Thừa nhận hơi bão hòa có áp suất p = 6 atm, nhiệt độ 158,10C, = 499,9

kcal/kg Ta được:

h

G = 1973336499,9 = 3947 kg/h.

Cân bằng nhiệt của máy gia nhiệt được trình bày trong bảng 7

Bảng 7 Cân bằng nhiệt của máy gia nhiệt

Nhiệt do dầu mang vào 2596790 Nhiệt mang ra bởi pha lỏng 4038858Nhiệt do hơi đốt cung cấp 1973336 Nhiệt mang ra bởi pha hơi 521401

Xác định bề mặt truyền nhiệt và kích thước của máy gia nhiệt

Để chế tạo máy gia nhiệt ta dùng ống có đường kính 21/25 mm.

Tốc độ chuyển động của dầu trong các ống 0,9 m/s.

Độ nhớt của dầu ở nhiệt độ trung bình 112,5oC bằng 0,37 cp.

Khối lượng riêng của dầu trung bình ở 112,50C:

d t

V S

d

Thừa nhận máy gia nhiệt có 8 ngăn, như vậy số ống trong máy gia nhiệt54.8 = 432

Xếp trong 11 hình lục giác, thì phải có 439 ống.( V.11 [2] - trang 48)

Khi đó tiết diện tổng cộng:

V S

 

= 1000

0,88.0, 021.10200,37 = 51000.

Chuẩn số Pr:

Pr =

3,6Cz

 ,Trong đó: z = 0,37 cp, là độ nhớt của dầu;

C – Tỉ nhiệt của dầu ở 112,50C tính bằng được tính theo côngthức :

C =

11,06 (0,403 + 0,00081.112,5) = 0,48 kcal/kg.độ;

Trong đó : khối lương riêng của dầu là 1,06 kg/cm 3

 - hệ số dẫn nhiệt của dầu ở 112,50C;

Nu = 0,023 Re0,8 Pr0,4 ,Hay:

Hệ số cấp nhiệt riêng phần từ hơi đến thành ống thừa nhận:

1

 = 10000 kcal/m 2 h.độ.

Hệ số truyền nhiệt tổng cộng từ hơi đến dầu K bằng:

K = 1 2

1

1  1

   kcal/m 2 h.độ.

Hệ số truyền nhiệt tổng cộng có kể đến lớp cặn dày 2 mm và độ dẫn nhiệt là

1 kcal/m.h.độ, khi đó hệ số truyền nhiệt K tổng cộng là:

41, 668,1

2,3lg23,1

1

120

4,15 3,14.0,021.439

F l

3.3 Tính toán tháp chưng cất benzen thô từ đầu

3.3.1 Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo

Trong nhà máy cốc hóa học mới hiện đại chưng cất hydrocacbon benzen rakhỏi dầu hấp thụ người ta dùng cột chưng cất công suất từ 80 đến 180 m3 dầu trong

1 giờ Tháp và một loạt những thiết bị khác như (máy tái sinh, gia nhiệt, hồi lưu,trao đổi nhiệt) thì đặt ở ngoài trời Chưng cất hydrocacbon ra khỏi dầu hấp thụtrong tháp bằng hơi trực tiếp áp suất 3 – 4 atm (hơi thải ở tuabin hơi)

Nguyên tắc hoạt động của tháp benzen (Hình 2 Tháp chưng cất benzen).Dầu hấp thụ đã bão hòa hydrocacbon benzen, sau khi gia nhiệt ở trong máygia nhiệt được liên tục đưa vào phần trên tháp

Quá trình chưng cất hydrocacbon benzen trong tháp được thực hiện sao chodầu chảy trong các đĩa từ trên xuống và dòng hơi đi ngược lại sẽ thổi hydrocacbonbenzen ra khỏi dầu và cuốn nó lên phần trên của tháp Đưa vào đây còn có hơi từmáy gia nhiệt

Do đó phần dưới của tháp dùng để giải phóng dầu ra khỏi benzen nên đượcgọi là phần chưng của tháp

Phần trên (phần hồi lưu) tiến hành ngưng tụ hơi dầu và sau đó tách hơi dầu rakhỏi hydrocacbon nhẹ

Đĩa cấu tạo từ 12 máng bằng thép dập trong một khung kim loại (bệ đỡ),máng đó sẽ có những cái chóp đậy lên Hơi đi từ mỗi đĩa dưới đồng đều đi qua 12cái khe giữa máng dập vào dưới chóp, sau đó sục qua dầu nằm trên máng

Tiết diện tươi của đĩa được đặc trưng bằng tổng diện tích các khe dọc

Chiều cao của mức chất lỏng trên máng nhờ vào việc đặt những tấm kim loại

có chiều cao khác nhau Những tấm kim loại sẽ được nâng lên hoặc hạ xuống

20mm để điều chỉnh chiều cao lớp chất lỏng trên mặt đĩa.

3.2.2 Tính toán tháp benzen thô

Tính toán vật chất phần chưng của tháp

Đưa vào phần dưới của tháp pha lỏng từ máy gia nhiệt dầu (kg/h)

Dầu hấp thụ 59077Benzen 594Toluen 216Xylen 73Solven 73

Tổng: 60033Mức độ chưng cất cấu tử từ dầu ở phần dưới của tháp phụ thuộc vào các yếutố:

a) Áp suất hơi của cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ đun nóng dầu;

b) Áp suất trong tháp;

c) Số đĩa;

d) Lượng hơi nước đưa vào tháp

Tất cả 4 yếu tố trên liên quan với mức độ chưng cất của mỗi cấu tử bằng phương trình sau:

2

1 2

Trong đó: i- mức độ chưng cất của mỗi cấu tử

n - số đĩa ở phần dưới của tháp chưng cất.

i k

- hằng số cân bằng của mỗi cấu tử được tính bằng phương trình:

i i

p k P



Với: p i - Áp suất hơi của mỗi cấu tử, mmHg.

P - Áp suất chung ở trong tháp, mmHg.

l - Tỉ lệ số mol dầu trên số mol hơi nước đưa vào.

Để xác định mức độ chưng cất của mỗi cấu tử cần phải cho trước nhiệt độdầu, áp suất trong tháp, số đĩa và lượng tiêu hao hơi nước Kết quả tính toán mức

độ chưng cất mỗi cấu tử có thể xác định hàm lượng còn lại của từng cấu tử ở trongdầu khi ra khỏi tháp, nghĩa là trong dầu đã khử benzen Nếu như hàm lượng cáchydrocacbon benzen thu được sau tính toán ở trong dầu đã khử benzen mà cao hơngiá trị cần thiết đã cho thì hoặc là tăng số đĩa trong tháp, hoặc tăng tiêu hao hơinước hoặc tăng nhiệt độ đun nóng dầu

Nếu như hàm lượng còn lại của hydrocacbon benzen thấp hơn thì tất cả các yếu tố trên phải giảm đi

Thừa nhận nhiệt độ dầu đi ra t = 1300C; tiêu hao hơi Gh = 41000 kg/h; số đĩa

G M

mol dầu/mol hơi.

Áp suất hơi của các cấu tử ở 1300C, mmHg :

t

;

0, 755830

s

;60

0,0723830

d

.Như vậy mức độ chưng cất mỗi cấu tử sẽ là :

6

7

1,531

3, 4

0,9951,53

1,63

0,881,53

11,63

0, 4901,53

10,755

0, 2401,51

1,53

10,364

0,04781,51

1,53

10,0723

Tổng : 3657

Còn lại trong pha lỏng, kg/h :

Benzen 594 – 591 = 3Toluen 216 – 190 = 26Xylen 73 – 36 = 37Solven 73 – 16 = 57 Tổng : 120

Dầu hấp thụ, kg 59077 – 2824 = 56253

Tổng : 56373

Vì rằng lượng benzen thô còn lại trong dầu đã khử bằng 118 kg/h và điều đó tương ứng với hàm lượng đã cho của dầu đã khử benzen đưa vào trong tháp, cho nên chế độ đã chọn (nhiệt độ, tiêu hao hơi, số đĩa) là hợp lí

Cân bằng vật chất ở phần dưới của tháp được trình bày theo bảng 8

Bảng 8 Cân bằng vật chất ở phần dưới của tháp

Cấu tử

Đưa vàophần dướicủa tháp,kg/h

Đi ra khỏi phần dưới của tháp, kg/hĐưa lên phần

Đưa vào phần trên của tháp hơi của máy gia nhiệt và hơi từ phần dưới của tháp

Tổng lượng của hơi đưa ra khỏi tháp được trình bày trong bảng 9

Bảng 9 Tổng lượng của hơi đưa ra khỏi tháp

Cấu tử

Đưa vào, kg/h

Đưa vào,mol/h

Từ máy gianhiệt

đi ra khỏi tháp cần phải cao hơn một chút so với nhệt độ etecti của dầu và nước

Số đĩa cực đại ở phần trên của tháp khi đạt được nhiệt độ etecti khi ra khỏitháp được xác định theo công thức sau:

ax





và X N e.  1 X D e.Trong đó: P : áp suất tổng cộng khi ra khỏi tháp, mmHg;

e

t : nhiệt độ Etecti tính bằng độ.

Nhiệt độ etecti được xác định theo phương trình :

76,833,5

76,8 100,533,5

D e

và X N e. 0,9782.Nhiệt độ ngưng tụ của một mol dầu:

62, 2.170 10574

Để xác định mất mát nhiệt q ta thừa nhận đường kính của tháp là 2,5 m,khoảng cách giữa các đĩa là 0,75 m, nhiệt độ của tường là t tb 1250C , nhiệt độkhông khí t k 250C.

Bề mặt truyền nhiệt tính cho một đĩa là :

Thành phần thực tế của hơi đi ra khỏi tháp khi chọn 10 đĩa được xác định

theo phương trình sau:

1

1 1

N N

m X

Lượng đó sẽ được đưa vào tháp hồi lưu để ngưng tụ tiếp tục

Cân bằng vật chất ở phần trên của tháp được trình bày trong bảng 10

Bảng 10 Cân bằng vật chất ở phần trên của tháp

Cấu tử Đi vào, kg/h

Đi ra, kg/h

Vào máy hồi

-2074-

-845273442034824702

Cân bằng vật chất của to àn tháp được đưa ra ở bảng 11

Bảng 11 Cân bằng vật chất của toàn tháp

Cân bằng của tháp tính theo cấu tử được trình bày trong bảng 12

Bảng 12 Cân bằng của tháp tính theo cấu tử

Pha lỏng Pha hơi Tổng Pha lỏng Pha hơi TổngBenzen

-

-2544784658

6024100

8412638177597344702

326365756253

-845273442013794702

8412638177597344702

2 Nhiệt do pha hơi mang vào (xem tính toán máy gia nhiệt):

1 Nhiệt của hơi mang ra từ tháp ở 1020C:

a) Nhiệt của hơi dầu:

Trong đó, hàm nhiệt của hơi nước ở 1020C là 640 kcal/kg;

c) Nhiệt của hơi hydrocacbon benzen:

5 1 2 3 3354032

Q q q q  kcal/h.

2 Nhiệt mang bởi pha lỏng từ tháp ở nhiệt độ t:

a) Nhiệt mang ra bởi dầu:

Trong đó: 1300 là nhiệt độ dự kiến của dầu khi ra khỏi tháp;

b) Nhiệt do hydrocacbon benzen mang ra:

3 Nhiệt mất ra môi trường xung quanh:

a) Nhiệt mất ở phần trên của tháp:

1 13000.10 130000

Trong đó : 10 - Số đĩa;

13000 - Lượng nhiệt mất tương với một đĩa, kcal/h.

b) Nhiệt mất ở phần dưới của tháp:

Thừa nhận rằng phần dưới của tháp được cách nhiệt, khi đó:

2 12 dl bx tb k

Cân bằng nhiệt tổng cộng được trình bày trong bảng 13

Bảng 13 Cân bằng nhiệt tổng cộng

Với pha lỏng từ máy gia nhiệt 403885

8

Với pha hơi từ máy gia nhiệt

S D



m.

Theo chuẩn (XIII.27 [2] - trang 417) chọn D = 2,4m

Chiều cao của thân tháp (IX.54 [2] – trang 169):

Hthân = Ntt.(hmâm+ mâm ) + 0,8 = 22.(0,6 + 0,006) + 0,8 = 14,13 m

Trong đó Nt t - số đĩa thực tế;  - chiều dày của đĩa: 0,8 – 1 (m); hmâm- khoảng cách giữa các đĩa

Chiều cao của đáy và nắp thiết bị:

Hđ = Hn = ht + hgờ = 0,6 + 0,025 = 0,625 m

 Vậy chọn chiều cao tháp:

Htháp = Hthân + Hn + Hđ = 14,13 + 0,625 + 0,625 = 15,38 m

Tính chiều dày thân tháp

Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn, nhiệt độ làm việc 25oC, áp suất môi trường 1 atm (1,01325.105 N/m2) Nên ta chọn vật liệu là thép không rỉ, bền nhiệt

và chịu nhiệt để chế tạo thiết bị

Chọn thép: X18H10T (C < 0,1%, Cr khoảng 18%, Ni khoảng 10%, Ti khôngquá 1 – 1,5%)

Thông số giới hạn bền và giới hạn chảy của loại thép X18H10T:

550.10 ( / )220.10 ( / )

k c

Trong đó: Plv: áp suất làm việc của môi trường

 : khối lượng riêng chất lỏng

: hệ số bền của thành thân trụ theo phương dọc, với thân hay có có lỗ gia

cố hoàn toàn thì  h đối với mối hàn đặc Với hàn tay bằng hồ quang điện,thép không gỉ ta có  h 0,95

Co: hế số bổ sung quy tròn kích thước Co = 1 mm

Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường Thời hạn sử dụng 20năm, nên tốc độ ăn mòn là 0,05 mm/năm

Cb: hệ số bổ sung do ăn mòn cơ học của môi trường chọn Cb = 0 mm

Cc: hệ số sai lệch do lắp ghép, chế tạo, có thể bỏ qua

Vậy: C = Co + Ca = 1 + 0,05.20 = 2 mm

 St   S C '  2, 6 2 4, 6   mm

Vậy chọn bề dày thân St = 5 mm

Kiểm tra điều kiện:

3

5 2

1, 25.10 0,1 2400





Thỏa mãn yêu cầu

 Áp suất tính toán cho phép ở bên trong thiết bị

 

 

2 2

2.[ ]*.( ) 2.146.(5 2)

0,36 / (S C) 2400 (5 2)

0,3 /

t t

75

t h

D n

Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 0 ÷ 25 mm Chọn 15 mm

Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp h1 = 15 ÷ 40 mm Chọn 30 mm

Số lượng khe hở của mỗi chóp: