đồ án sấy khí tự nhiên (chế biến khí)

ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng MC LC M U PHN I.TNG QUAN Lí THUYT Chng I Gii thiu chung v quỏ trỡnh I.1 Gii thiu chung v sy khụ khớ I.2 Nguyờn tc ca phng phỏp sy khụ khớ I.3 Cỏc phng phỏp sy khụ khớ Chng II Gii thiu chung v quỏ trỡnh 12 II.1.C s vt lý ca quỏ trỡnh hp th 12 II.2.Tớnh cht lý hoỏ ca h hydrocacbon-nc 16 II.3.S to thnh hydrat ca h hydrocacbon-nc 18 II.4.c im tớnh cht hoỏ lý ca cht hp th 21 Chng III Cỏc quy trỡnh cụng ngh sy khớ bng phng phỏp hp th III.1.S v nguyờn lý cụng ngh sy khớ bng glycol 28 28 III.2.S v nguyờn lý quỏ trỡnh dehydrat hoỏ khớ bng dung mụi TEG 41 III.3.S nguyờn lý cụng ngh sy khụ khớ bng dung mụi glycol 43 III.4 S nguyờn tc cụng ngh hp th-sy khụ khớ vi s tỏi sinh chõn khụng DEG 45 Chng IV: La chn cụng ngh ti u cho quỏ trỡnh sy khớ 48 IV.1.La chn s cụng ngh IV.2.La chn thit b 48 50 PHN II TNH TON THIT K CC THễNG S C BN CA THP LM KHễ KH BNG PHNG PHP HP TH DNG DI ETYLENGLYCOL 51 I.D liu ban u 51 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng II Hm lng m ca hn hp khớ 51 III Tớnh toỏn thit k thit b hp th 54 II.4 Tính toán thiết kế tháp nhả hấp thụ 61 PHN III : TNH TON THIT K THIT B CHNH III.1 Tính toán tháp hấp thụ 67 III.2 Tính toán tháp nhả hấp thụ 71 KT LUN 74 TI LIU THAM KHO 75 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 67 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng M U Khớ t nhiờn v khớ ng hnh l ngun chớnh cung cp cỏc nguyờn liu quan trng cho cụng nghip húa hc v húa du.Vi vai trũ quan trng ca nú vic phỏt trin cụng nghip m nhng nm gn õy nhiu nc ang cú xu hng tng cụng sut cỏc nh mỏy ch bin khớ.Ti cỏc nh mỏy ch bin khớ mi xõy dng ngi ta ó lp t cỏc thit b mi thc hin ng thi mt vi quỏ trỡnh cụng ngh ch bin khớ Ti Vit Nam cụng ngh ch bin khớ cng ang trờn phỏt trin vi cỏc nh mỏy ch bin khớ Dinh C,nh mỏy khớ-in-m Phỳ M, khớ-in-m C Mau khin cho nhu cu v khớ nguyờn liu gia tng.Do ú vic thm dũ v khai thỏc ó v ang c chỳ trng.Vi mt s m ti b Cu Long,b Nam Cụn Sn,b Malay Th Chu thỡ ngun cung cp khớ cho cỏc nh mỏy nc ta n nh.Khớ t nhiờn nc ta l khớ ngt vi hm lng lu hunh thp rt phự hp lm nguyờn liu cho nh mỏy ch bin khớ Trong quy trỡnh ch bin khớ thỡ giai on sy khụ khớ nguyờn liu l giai on trc tiờn nờn nú cú vai trũ quan trng c quỏ trỡnh hot ng ca nh mỏy.Sy khụ nhm mc ớch tỏch hi nc hn hp khớ trỏnh to hydrat cỏc quy trỡnh ch bin tip theo khin cho vic chuyn b cn tr,gim cụng sut bm,qut,mỏy nộn hiu bit k hn v nhng ó v ang hc,trong bi ny chỳng ta i tỡm hiu,kho sỏt v xõy dng dõy chuyn cụng ngh ca mt nhng giai on ca quy trỡnh ch bin khớ ú l sy khụ khớ SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng PHN I.TNG QUAN Lí THUYT Chng I.Gii thiu chung v quỏ trỡnh I.1 Gii thiu chung v sy khớ Trong cụng nghip hoỏ hc,khớ t nhiờn v khớ ng hnh l ngun nhiờn liu quan trng nn kinh t quc dõn v cng l ngun nguyờn liu quan trng cụng ngh tng hp cỏc hp cht hu c.Cỏc sn phm chớnh ca quỏ trỡnh ch bin khớ ú l:xng khớ,khớ hoỏ lng v cỏc khớ khụ,propan,izo-butan,pentan Ti cỏc gin khoan,du m t cỏc giờng khoan c chuyn n cỏc gin ỏp sut cao,trung bỡnh v thp.Ti ú cú s thay i ỏp sut,khớ ho tan thoỏt du m v c dn n nh mỏy ch bin khớ.Du m c chuyn n thựng cha,ti ú lng tỏch nc du,sau ú a sang n nh tc l tỏch cỏc cu t nh:etan,propan,butan v mt phn pentan.Du ó ng nh c dn n nh mỏy ch bin du cũn khớ tỏch t cụng on n nh cng c dung lm nguyờn liu cho nh mỏy ch bin khớ.Nhng khớ m c tỏch t du m ny c gi chung l khớ ng hnh.[1] Mt ngun khớ khỏc c khai thỏc trc tip t m khớ nm sau di long t vi thnh phn ch yu l metan Khớ c khai thỏc t m khớ nh vy c gi l khớ t nhiờn.[1] Khớ t nhiờn v khớ ng hnh c khai thỏc t lũng t thng bóo ho hi nc v hm lng hi nc ph thuc vo nhit ,ỏp sut v thnh phn hoỏ hc ca khớ.Mi giỏ tr nhit v ỏp sut tng ng s cú hm lng nc cc i cú th cú nht nh.Hm lng nc khớ cú th to cỏc hydrat,cn tr quỏ trỡnh hnh ca cỏc thit b quỏ trỡnh ch bin khớ (nh bm,qut,mỏy nộn ). hn ch tỏc hi ca hin tng ny,khớ cn c dehydrat bng cỏch sy khớ hoc trn thờm vo khớ tỏc nhõn c ch quỏ trỡnh to hydrat [1] I.2 Nguyờn tc ca phng phỏp sy khụ khớ Khí đợc sấy khô nhằm mục đích tách nớc tạo cho khí có nhiệt độ điểm sơng theo nớc thấp so với nhiệt độ cực tiểu mà khí đợc vận chuyển hay chế biến SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng Nguyên tắc chung ngời ta dùng dung môi lỏng rắn để hấp thụ nớc, nớc bị ngng tụ tách khỏi khí dới dạng sơng Còn khí khô thoát đỉnh tháp hấp thụ, trình sấy khí thờng dùng dung môi để hấp thụ hấp phụ nớc I.3 Cỏc phng phỏp sy khụ khớ Trong công nghệ chế biến khí, có nhiều phơng pháp làm giảm hàm lợng ẩm có khí đợc sử dụng cho áp riêng phần nớc nhỏ áp suất bão hoà hydrat Nhng đa số trờng hợp làm lạnh không đủ khó điều khiển trình Hiện phơng pháp hấp thụ hấp phụ phổ biến I.3.1 Sy khụ khớ bng phng phỏp c ch: [1] Bn cht ca phng phỏp l a vo dũng khớ m cht c ch ho tan nc,kt qu dn ti lm gim ỏp sut riờng phn ca hi nc v h nhit to thnh hydrat.Hin cỏc cht c ch ngn nga s to thnh hydrat thụng dng nht l: S dng cht c ch l CH3OH,cn cú khu vc kh hydrat v kh axit S dng cht c ch glycol,trong thc t thng s dng cỏc loi glycol:EG,DEG,TEG vi nng khong 60-80% lng.Vic la chn mt loi glycol s dng t hiu qu cao cho mt quỏ trỡnh x lý no ú ph thuc vo: - Nhit ụng c v nht ca glycol - h nhit to thnh hydrat i vi nng glycol ó cho - Kh nng ho tan ca glycol hydrocacbon ngng t - Thnh phn khớ h nhit im sng ca khớ ph thuc vo loi cht c ch,nng ca nú v nhit khớ tip xỳc vi cht c ch Bng So sỏnh cỏc u nhc im ca cht c ch glycol v metanol Glycol Metanol Khụng gõy c vi ngi v mụi Gõy c hi vi ngi v mụi trng trng SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng Cú ỏp sut hi bóo ho rt thp v cú kh nng thu hi rt cao bng phng phỏp vt lý n gin l cụ c cỏc dung dch nc cha glycol p sut hi bóo ho cao vy khú tỏch dũng khớ,vic tỏi sinh nú rt phc nờn lng tiờu hao cht c ch ln quỏ trỡnh lm vic Ch s dng c nhit cao hn Cú th s dng hiu qu bt k nhit -10oC. nhit di -10oC DEG cú no nht cao v khú tỏch pha lng nu cú du ú Nhit sụi cao nờn khú b bay hi Trỏnh mt mỏt thit b Nhit sụi thp nờn kh nng tht thoỏt rt cao Khụng gõy n mũn thit b Mt s phõn xng ụi ki cn thit k thờm cỏc thit b loi axit cú th sinh I.3.2 Sy khụ khớ bng phng phỏp hp ph [1] Cỏc phng phỏp hp ph cho phộp t h im sng ti 100 oC .120oC v cú th sy sõu khớ n im sng -60 oC -90oC.Trong cụng nghip ch bin khớ ngi ta thng dung cht hp ph l silicagel,boxit hot tớnh,oxit nhụm hot tớnh,zeolit 4A v 5A Bng 2.Cỏc i lng c trng ca cỏc cht hp ph i lng c trng Khi lng riờng,g/cm3 -Khi lng riờng thc -Khi lng riờng -Khi lng riờng biu kin Nhit dung,Kcal/kg. Hm lng nc, Silicagel Oxit nhụm hot tớnh Boxit hot tớnh 2,1 2,2 3,25 3,4 0,61 0,72 0,8 0,86 0,8 0,83 0,69 0,72 1,2 1,6 1,6 2,0 1,1 0,22 0,24 0,24 0,2 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang Zeolit 4A v 5A ỏn chuyờn ngnh % trng lng Nhit tỏi sinh, o C Kh nng hp ph hi nc,kg nc/100kg cht hp ph GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng 4,5 121 232 7,0 177 315 >177 Thay i 150 350 12 Cỏc cht hp ph u cú b mt riờng ln 200 800 m 2/g.im sng ca cỏc khớ sn phm sau cụng on sy ph thuc vo cht hp ph ó chn v cụng ngh ó thit k.Khi tớnh toỏn thit k s cụng ngh s dng giỏ tr im sng cú th t c vi cỏc cht hp ph thng dựng nh sau: Cht hp ph im sng ca khớ sau sy Silicagen -60oC (-76oF) Oxit nhụm hot tớnh -73oC (-100oF) Zeolit (rõy phõn t) -90oC (-130oF) Cỏc quỏ trỡnh hp ph cú th thc hin giỏn on cỏc thit b vi tng hp ph c nh hoc liờn tc vi cỏc thit b cha cỏc lp hp ph chuyn ng.Tuy nhiờn cỏc quỏ trỡnh liờn tc rt ớt c s dng cỏc thit b cụng ngh rt phc tp.Trong thc t ngi ta thng s dng ba hoc thỏp ú cú n thỏp hp ph,1 thỏp nh hp ph cũn mt thỏp lm lnh cht hp ph sau ki tỏi sinh Trong quỏ trỡnh lm vic ,kh nng hp ph ca cht hp ph b gim dn to cc trờn b mt khin cho xỳc tỏc mt dn hot tớnh.Vỡ vy theo chu k 2-3 nm ngi ta li phi thay xỳc tỏc mt ln tu thuc vo bn cht v iu kin lm vic i vi tng cht hp ph I.3.3 Sy khụ khớ bng phng phỏp hp th [1] Phng phỏp hp th c s dng rng rói sy khụ khớ ti cỏc cụng trỡnh ng dn khớ cng nh cỏc nh mỏy ch bin khớ Cht hp th sy khụ l nhng dung dch nc m c ca monoetylen glycol (EG) , dietylen glycol (DEG) v, trietylen glycol (TEG),propylene glycol (PG) S sy khụ khớ bng cỏc cht hp th ny da trờn s khỏc bit v ỏp sut riờng phn ca hi nc khụng khớ v cht hp th Giỏ tr im sng ca khớ c m bo bng dung dch Glycol SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng Phng phỏp hp th sy khớ c s dng rng rói cụng nghip vỡ s thit b n gin,d tớnh toỏn thit k,d hnh,quỏ trỡnh liờn tc nờn cú th t ng hoỏ,giỏ thnh thit b thp,ớt tiờu hao tỏc nhõn sy,cỏc cht hp th d ch to.Cỏc loi glycol tan hon ton nc vi bt k t l no,cỏc dung dch ny khụng gõy n mũn nờn thit b cú th ch to khụng cn quỏ t tin Bn cht ca quỏ trỡnh sy bng phng phỏp hp th l dựng cu t cú kh nng hp th hi nc cao ng thi cú kh nng ho tan hydrocacbon khớ thp khin cho hn hp khớ sau hp th cú hm lng m thp Cỏc cht hp th dựng sy khớ phi ỏp ng nhng yờu cu sau: Cú kh nng hp th hi nc khong rng nng ,ỏp sut,nhit - p sut hi bóo ho thp mt mỏt quỏ trỡnh l ớt nht - Nhit sụi khỏc xa nhit sụi ca nc d dng tỏch nc quỏ trỡnh nh hp th - nht thp m bo tip xỳc tt vi hn hp khớ thit b hp th,thit b trao i nhit - chn lc cao i vi cỏc cu t cú mt khớ,kh nng hp th hi nc cao ng thi kh nng hũa tan thp cỏc hydrocacbon cú khớ - Tớnh n mũn kộm - Kh nng to bt kộm tip xỳc vi dũng khớ - Bn nhit,bn oxi hoỏ - Khụng c hi cho ngi lm vic v khụng gõy ụ nhim mụi trng - Giỏ thnh r So sỏnh u nhc im ca cỏc dung mụi hp th nc: - EG u im Nhc im t tan khớ ngng t Dung dch m c khụng b ụng c nht thp tng kh nng tip xỳc vi hn hp khớ Cú kh nng ngn nga to hidrat cao hn DEG v TEG p sut hi bóo hũa hn DEG v TEG nờn nng mt mỏt trỡnh lm vic ln tan cỏc hydrocacbon hn DEG v TEG SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang cao kh quỏ hũa cao ỏn chuyờn ngnh DEG TEG Metanol GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng u im Nhc im hỳt m cao, khỏ bn cú mt cỏc hp cht lu hunh, O2 v CO2 nhit thng Dung dch m c khụng b ụng c nhit cao cú chn lc cao hỳt m cao To im sng cho khớ sy cao (27.8 47.3oC) bn cao cú mt cỏc hp cht lu hunh, O2 v CO2 nhit bỡnh thng Khi tỏi sinh d thu c nng cao >99% Dung dch nng cao khụng b ụng c bay hi TEG thp hn DEG Giỏ thnh r c s dng ch yu cỏc h thng chuyn iu kin thng dung dch m c khụng b ụng c Cú nht thp nht nờn kh nng tip xỳc vi hn hp khớ l cao hn cỏc glicol Tiờu hao tht thoỏt cao hn TEG Khi tỏi sinh khú thu c DEG nng >95% im sng thp hn so vi TEG Giỏ thnh cao ũi hi chi phớ u t cao Dung dch TEG cú kh nng to mng cú mt cỏc hydrocacbon nh hũa tan ca hydrocacbon TEG cao hn DEG Cú ỏp sut riờng phn cao lờn khú tỏch khớ tỏi sinh Tiờu hao ln Bng :So sỏnh mt s c tớnh vt lý ca cỏc Glycol (dựng lm khụ khớ) Cỏc i lng hoỏ lý Khi lng phõn t T trng tng i EG 62,07 1,116 DEG 106,12 1,118 TEG 150,18 1,125 PG 76,9 1,034 Nhit sụi 760 mmHg (oC) Nhit núng chy (oC) Nhit bt u phõn hu (oC) Nhit tỏi sinh (oC) nht 20 oC (Cp) Nhit dung riờng 197,3 244,8 278,3 188,2 -13 - -8 164 -7,2 206 -60 - 165 20,9 2,35 164 35,7 2,09 206 47,8 2,20 56 2,47 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng (Kj/Kg.K) Hỡnh 1: Nhit ụng c ca cỏc dung dch glycol cú nng khỏc So sánh qua u, nhợc điểm chất hấp thụ việc lựa chọn dung môi hấp thụ DEG u việt giá thành cao nhng bền tạp chất học có mặt khí có áp suất bão hoà thấp, dễ nhả hấp thụ nhiệt độ sôi DEG lớn nhiệt độ sôi nớc, không bị đông đặc điều quan trọng không tạo màng Độ hoà tan hyđrocacbon DEG thấp Vì sử dụng dung môi DEG trình sấy khô khí phơng pháp hấp thụ kinh tế, phạm vi rộng sấy lợng khí tơng đối lớn SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 10 ỏn chuyờn ngnh Ttb = t + Tb GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng (IV 173); Ttb = = 46,187 ( 0C ) IV Tính toán thiết kế tháp nhả hấp thụ Chế độ làm việc thiết bị: - Lu lợng dung dịch DEG bão hoà từ thiết bị hấp thụ vào thiết bị tái sinh Ggr; Ggr = 4348,9 Kg/h; áp suất làm việc thiết bị tái sinh P = 6,8MPa; Yêu cầu dung dịch DEG khỏi thiết bị nh hấp thụ có: + Hàm lợng DEG x1 = 0,99 phần khối lợng; + Nhiệt độ t1 = 1600C (chọn nhiệt độ nh cao 1700C DEG bị phân huỷ); + Nhiệt độ dung dịch DEG bão hoà vào thiết bị 1050C; + Nhiệt độ khí khỏi thiết bị, tx =1000C; + Nhiệt độ nớc tới vào dung dịch để giảm mát mát DEG t0 = 900C; Nhiệt độ dòng vật chất ra, vào thiết bị tái sinh đợc thể sơ đồ sau: IV.1 Tính toán cân vật liệu cho thiết bị nhả hấp thụ Phơng trình cân vật liệu có dạng: Ggr + Go + GL2 = Ghh + GL1 + Go Trong đó: Kg/h; Ggr : Dòng dung dịch DEG bão hoà từ thiết bị hấp thụ đa sang thiết bị tái sinh, Go : Nớc đa vào tới đĩa thiết bị để giảm mát DEG, Kg/h; GL1 : Dòng lỏng DEG 99% i ỏy thỏp GL2 : Dòng dung dịch DEG tái sinh, Kg/h; Ghh : Dòng khỏi thiết bị, Kg/h; - Dung dịch bay lần giai đoạn có: + Lu lợng khối lợng lỏng, GL SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 58 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng GL = Ggr = 4348,9 = 4085,33 ( kg/h ) Do chng 105oC thỡ ta t c nng DEG l 98,5% Lng GL1 em i tỏi sinh : GL1 = GL = 4085,33 = 4064,36 ( kg/h ) Vy GL2 c hi lu : GL2 =GL GL1 = 4085,33 - 4064,36 = 20,97 ( kg/h ) Ghh = Ggr + GL2 GL1 = 4348,9 + 20,97 - 4064,36 = 305,51 ( kg/h ) Cân vật liệu tháp nhả hấp thụ nh sau: Bảng 13: Cân vật liệu cho tháp nhả hấp thụ Dòng vào Lu lợng Kg/h Dòng Lu lợng Kg/h Dung dịch bão hoà, Ggr, Kg/h 4348,9 Hỗn hợp hơi, Ghh, Kg/h 305,51 Lu lợng lỏng hi lu, GL2, Kg/h 20,97 Lu lợng i tỏi sinh, GL1, Kg/h 4060,36 Nớc tới, Go, Kg/h Go Nớc tới ra, Go, Kg/h Go Tổng vào, Kg/h 4369,87+ Go Tổng ra, Kg/h 4369,87+ Go Vậy ta thấy tổng lợng vào tổng lợng IV.2 Tính toán cân nhiệt lợng cho tháp nhả hấp thụ Phơng trình cân nhiệt lợng có dạng: QGgr + QGL2 + QGoa = QGhh + QGL1 + QGob; Trong đó: kw; QG gr : Nhiệt lợng dung dịch DEG nguyên liệu đa vào thiết bị, QGoa : Nhiệt lợng nớc tới mang vào, kw; QGL2 : Nhiệt lợng dung dịch DEG mang vo thỏp, kw; QGL1 : Nhiệt lợng lợng lỏng dung dịch DEG mang khỏi thiết bị, kw; SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 59 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng QGhh : Nhiệt lợng hỗn hợp khí, mang ra, kw; QGob : Nhiệt lợng nớc tới mang ra, kw; Tớnh QGgr QGgr = Ggr C to (kW) C : Nhiệt dung riêng hn hp lng i vo thỏp nh hp th Bảng 14: Nhiệt dung riêng hn hp lng i vo thỏp 105oC Cấu tử Nồng độ phần khối lợng i p C i p C (Kj/Kg0 C) DEG 0.93 2,7 2,511 H2O 0.07 2229,47 156,0629 Tng 158,5739 QGgr = 4348,9 158,5739 105 = 72410313,54 ( KJ/h ) QGgr = = 20113,976 ( kW ) Tính QGL2 QGL2 = GL2 CP t Với ( kW ) CP : Nhiệt dung riêng hn hp lng hi lu Bảng 15: Nhiệt dung riêng hn hp lng hi lu 105oC Cấu tử Nng phn lng CPi CPi ( KJ/KgoC ) (KJ/Kg0C) DEG 0,985 2,7 2,6595 H2O 0,015 2229,47 33,442 Tổng QGx = 20,97 36,1015 105 = 79490,088 ( KJ/h ) SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 60 36,1015 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng QGx = = 22,08 ( kW ) Tính QGL1 QGL1 = GL1 C t Với ( kW ) CP : Nhiệt dung riêng hn hp lng tỏi sinh Bảng 16: Nhiệt dung riêng hn hp lng i ỏy thỏp 160oC Cấu tử Nồng độ phần khối lợng i p i p C C (Kj/Kg0 C) DEG 0.99 7,598 7,522 H2O 0.01 2093,4 20,934 Tng 28,456 QGL1 = 4060,36 28,456 160 = 18486656,67 ( KJ/h ) QGL1 = = 5135,182 ( kW ) Tính QGhh QGhh = Ghh Cp t Với ( kW ) CP : Nhiệt dung riêng hn hp hi i nh thỏp Bảng 17: Nhiệt dung riêng hn hp hi i nh thỏp 100oC Cấu tử Nồng độ phần khối lợng Nng phn mol i p C i p C (Kj/Kg0 C) DEG 0.01 0,017 10,81 0,184 H2O 0.99 0,983 2256,685 2218,321 Tng 1 QGhh = 305,51 2218,505 100 = 67777500,07 ( KJ/h ) QGhh = = 18827,097 ( kW ) SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 61 2218,505 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng Bảng 18: Tổng lợng nhiệt vào tháp nhả hấp thụ Nhiệt lợng vào, kw Nhiệt độ , 0C Lợng nhiệt, kw Dung dịch DEG bão hoà, QGgr, kw 105 20113,976 Lợng lỏng hi lu, QGL1, kw 105 22,08 Lợng nớc tới, QGoa, kw 90 QG0a Tổng dòng vào thiết bị, kw 20134,056 + QGoa Bảng 19: Tổng lợng nhiệt khỏi tháp hấp thụ Nhiệt lợng mang ra, kw Nhiệt độ, oC Lợng nhiệt, kw Dòng lỏng thỏp nh hp th, QGL1, kw 160 5135,182 Hỗn hợp khí, QGhh, kw 100 18827,097 Lợng nớc tới, QGob, kw 100 QGob Tổng dòng khỏi thiết bị, kw, 23962,279 + QGob Từ cân nhiệt lợng thiết bị nhả hấp thụ ta có tổng lợng nhiệt vào tổng lợng nhiệt 20134,056 + QGoa = 24095,694 + QGob QGoa QGob = 23962,279 - 20134,056 = 3828,223 ( kW ) Lợng nớc tới Go đợc xác định theo phơng trình: H100 : entanpi nớc t = 1000C; H100 = 2677 Kj/Kg , (III - 80); H97 : entanpi nớc t = 900C; H97 = 406 Kj/Kg, Vậy : (III - 80); Go = = 6068,517 ( Kg/h ) SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 62 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng PHN III : TNH TON THIT K THIT B CHNH III.1 Tính toán tháp hấp thụ I Tính kích thớc tháp hấp thụ: - Tính số đĩa lý thuyết tháp hấp thụ: + xác định hệ số tách ẩm thực tế đợc tính theo phơng trình: T = W1 W2 W1 , (IV - 236); Trong đó: W1 : Hàm ẩm hỗn hợp khí ban đầu, W1 = 690 kg /106 m3 = 0,69.10-3 kg /m3 W2 :Hàm ẩm khí sấy khô tơng ứng, W2 =82 kg /106 m3 = 0,082.10-3 kg /m3 Vậy: T = =0,881 + Xác định yếu tố hấp thụ A A= L' K V ' (IV 235); Trong đó: V : Lợng khí đợc làm khô, Kmol/h; L : Lợng chất hấp thụ tái sinh, Kmol/h; K : Hằng số cân nớc hệ thống khí_chất làm khô đợc xác định từ phơng trình: K= W2 [ (1 ).M o + 18. ] 748,44.M o (1 ) (IV 235); (hay x1) : Phần lợng chất làm khô tinh khiết dung dịch tái sinh SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 63 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng = 0,96; Mo : Khối lợng phân tử chất làm khô DEG, K= Vy Mo = 106,12; = 5,555.10-6 Lợng chất hấp thụ tái sinh, Kmol/h; L1 = V (W1 W2) (II 235); V : Thể tích khí cần sấy khô, V = 208333,33 m3/h; L = ( W W2 ) 208333,33 = (0,69.10-3 - 0,082.10-3)208333,33=126,667 (kg / h) L = = 1,194 Kmol/h; Lợng khí đợc làm khô: Gy V = Mx Kmol/h; Mx : Khối lợng phân tử trung bình hỗn hợp khí, Mx = 20,2 (kg/kmol); Vậy V = = 19008,523 Kmol/h; Yếu tố hấp thụ A : A = = 11,3 Với T = 0,881 A = 11,3 (tra từ đồ thị Kremcer ) ta xác định đợc số đĩa lý thuyết NLT = 0,8 Do hiu sut lm vic ca a t 0,2 - 0,4 nờn ta i tớnh s a thc t : Chn hiu sut lm vic chung ca cỏc a l 0,25,ta cú : Số đĩa thực tế làm việc: NTT = = 3,2 Quy chun : NTT = a II Tính đờng kính tháp hấp thụ Đờng kính tháp hấp thụ đơc xác định theo công thức sau: SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 64 ỏn chuyờn ngnh D= GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng 4.Vtb 3600. tb ,m (III - 181); Trong đó: Vtb : Lợng hơi, khí trung bình tháp hấp thụ tb Chn Tính tb Vtb = : Tốc độ khí, tháp.(0,05-0,15) = 0,1 Vd + Vc (III - 183); Trong đó: Vđ : Lu lợng hỗn hợp đầu điều kiện làm việc , m3/h; Vđ = 2963,36 m3/h; Vc : Lu lợng khí khỏi tháp, m3/h; Vc = ; Dkhớ : Tỷ trọng hỗn hợp khí , Kg/m3, d = 1113,28 kg/m3 Go : Lu lợng khí sau hấp thụ, Kg/h; Go = 383845,50 Kg/h; Vậy Vc = = 344,788 m3/h; Lợng (khí) trung bình tháp hấp thụ: Vtb = = m3/h; Đờng kính tháp hấp thụ là: SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 65 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng D = = 2,42 m, Quy chun : D = 2,5 m III Tính chiều cao tháp hấp thụ Chiều cao tháp hấp thụ đợc tính theo công thức sau: H = NTT ( Hđ + ) + (0,8 ữ 1); ( III - 170); Trong đó: NTT : Số đĩa thực tế làm việc, NTT = đĩa; Hđ : khoảng cách đĩa, chọn H đ theo bảng khoảng cách hai đĩa số đĩa hai mặt bích ( III - 184); Với D = 2,5 m Chọn Hđ = 600 mm = 0,6 m; (0,8ữ 1) : Khoảng cách cho phép đỉnh đáy thiết bị, chọn hnh = 1m,hỏy = 1m : Chiều dày đĩa , = 40 mm = 0,04 m; H = ( 0,6+ 0,04) + 1+1 = 4,56 m, Quy chuẩn H = m; Qua số liệu tính toán tính chất loại tháp, Ta lựa chọn tháp hấp thụ tháp đĩa chóp tròn III.2 Tính toán tháp nhả hấp thụ I Tính số đĩa lý thuyết + Xác định hệ số phun ẩm (xem lợng DEG theo nhỏ so với khối lợng tổng cộng) Hệ số phun ẩm đợc xác định theo công thức sau: SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 66 ỏn chuyờn ngnh =1- (1 ) (1 ) GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng (IV - 239); Trong đó: : Khối lợng chất làm khô tinh khiết, = 0,93 phần khối lợng; : Khối lợng chất làm khô tinh khiết bão hoà tơng ứng, = 0,99 phần khối lợng; = - = 0,857 Dựa theo hệ số = 0,857 chọn số đĩa lý thuyết N LT = (do nhiệt độ sôi nớc DEG khác nhiều nên để tách chúng cần đĩa lý thuyết đủ, có đĩa nồi (IV 337); Từ = 0,857, NLT = II Đờng kính thiết bị nhả hấp thụ Công thức tính đờng kính tháp nhả hấp thụ: 4.Vtb 3600. x ,tb D= Trong đó: (III 181); x,tb : Tốc độ trung bình tháp Vtb : Lợng trung bình tháp Lợng trung bình tháp đợc tính theo công thức sau: Vtb = Vd + Vc (III 183); d : Tỷ trọng hỗn hợp DEG - nớc (DEG 93%) SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 67 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng d = 0,93 1,107 + 0,07 1000 = 71,030 kg/m3; Lu lng hn hp DEG i thỏp: L =Ghh + GL2 =4348,9 +20,97 = 4369,87 kg/h Vậy Vd = = 61,521 m3/h; d : Tỷ trọng hỗn hợp DEG - nớc (DEG 99%), d = 0,99 1,107 + 0,01 1000 = 11,096 kg/m3; Vậy Vc = = 27,533 m3/h; Vtb = = 44,527 m3/h; k x ,tb x,tb = Tính (V - 184); Chọn k = 0,818, x,tb = 0,832 m3/Kg (khối lợng riêng pha lỏng); 0,818 x,tb = Vậy 0,832 = 0,896 m3/Kg; D = = 0,133 m , Quy chun : D =0,2 m III Tính chiều cao tháp nhả hấp thụ Chiu cao thỏp nh hp th : H = NTT ( Hđ + ) + (0,8 ữ 1); ( III - 170); Trong đó: NTT : Số đĩa thực tế làm việc, NTT = =16 a; SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 68 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng Hđ : khoảng cách đĩa, chọn H đ theo bảng khoảng cách hai đĩa số đĩa hai mặt bích ( III - 184); Với D = 2,5 m Chọn Hđ = 600 mm = 0,6 m; (0,8ữ 1) : Khoảng cách cho phép đỉnh đáy thiết bị, chọn hnh = 1m,hỏy = 1m : Chiều dày đĩa , = 40 mm = 0,04 m; H = 16 ( 0,6+ 0,04) + 1+1 = 12,24 m, Quy chuẩn H = 13 m; Qua số liệu tính toán tính chất loại tháp, Ta lựa chọn tháp hấp thụ tháp đĩa chóp tròn Bng 20:BNG TNG KT TNH TON Thỏp hp th Thỏp nh hp th Tc hi i thỏp (m3/h) 1654,074 44,527 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 69 ng kớnh (m) 2,5 0,2 Chiu cao (m) 13 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng KT LUN Qua quỏ trỡnh lm ỏn mụn hc thit k dõy chuyn cụng ngh sy khụ khớ chỳng ta ó xõy dng c dõy chuyn cụng ngh v ó xỏc nh c cỏc thụng s k thut ca cỏc thit b chớnh dõy chuyn nh ng kớnh,chiu cao ca thỏp hp th v thỏp nh hp th [Bng 20-trang 74].Ta cng ó xỏc nh c vic la chn cỏc thit b chớnh trờn dõy chuyn cụng ngh nh s dng thit b thỏp loi a chúp cho quỏ trỡnh hp th v nh hp th,s dng thit b tỏch l thit b tỏch pha,thit b un sụi ỏy thỏp l thit b un sụi loi m un.Vi vic thit k v la chn cỏc loi thit b nh trờn ta cú c mt dõy chuyn lm vic n nh sy khụ khớ nguyờn liu u vo ca m Bch H vi cụng sut 5.10 (std m3/ngy ờm) ti ỏp sut khớ nguyờn liu 6,8MPa.Dung mụi sy khụ khớ l Di Etylenglycol (DEG) i vo vi nng 96% v i vi nng 93% Quá trình chuẩn bị khí để chế biến sấy khí công đoạn quan trọng, giai đoạn khởi đầu cho giai đoạn công nghệ chế biến khí, sấy khí phơng pháp hấp thụ phơng pháp tách ẩm khỏi hỗn hợp khí có hiệu quả, nhằm tăng khả sử dụng khí, nh an toàn mặt kỹ thuật cho thiết bị Quá trình làm đồ án giúp cho em có nhìn tổng quan thiết kế dây chuyền công nghệ sấy khí phơng pháp hấp thụ với dung môi sấy khí dietylenglycol, giúp em biết cách tổng hợp kiến SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 70 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng thức, tra cứu tài liệu hình thành t làm việc, thiết kế vấn đề cách khoa học Do hạn chế mặt thời gian, gặp nhiều khó khăn việc tìm kiếm, tra cứu tài liệu, số liệu, lần thiết kế dây chuyền công nghệ sấy khí nên không tránh khỏi bở ngỡ, sai sót Kính mong thầy, cô bảo cho em thiếu xót để em hoàn thiện đồ án TI LIU THAM KHO [1] Nguyn Th Minh Hin Cụng ngh ch bin khớ t nhiờn v khớ ng hnh.Nh xut bn Khoa hc v k thut , 2010 [2] Nguyn Bin Cỏc quỏ trỡnh thit b cụng ngh hoỏ cht v thc phm,tp4.Nh xut bn Khoa hc v k thut,2006 [3] VietSoPetro Cụng ngh x lý khớ.Nh xut bn i hc Bỏch Khoa TPHCM, [4] John Campbell Gas conditioning Processing Vol 2,1992 [5]Engineering data book.Printed and Bound in U.S.A,2004 [6] William C.Lyons Editor.Standard Handbook of Petroleum and Natural Gas Engineering (Vol 2).Gulf professional publishing an imprint of butterworth heinemann,1996 [7] Tập thể tác giả Đại học Bách Khoa Hà Nội Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2006 [8] Tập thể tác giả Đại học Bách Khoa Hà Nội Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2006 [9]Campbell.J.M Gas Conditioning and Processing Vol The Basic Principles Campbell Ptroleum Series Normal, oklahoma October 1992 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 71 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng [10]Campbell.J.M Gas Conditioning and Processing Vol The Equiqment Modules Campbell Ptroleum Series Normal, oklahoma October 1992 SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 72 [...]... 0C Nh vậy, nồng độ dung dịch DEG càng cao, mức độ sấy khí ơng của khí tới -1360 càng cao, tức là khí sau khi sấy có nhiệt độ điểm sơng càng thấp (I-118) 70 80T cho biết mức độ sấy khí của chất hấp thụ trên hình 3 (phụ Độ hạ điểm sơng lục) là đồ thị mô tả độ hạ điểm sơng phụ thuộc vào nồng độ dung dịch DEG và nhiệt độ tiếp xúc của dung dịch khí ẩm Nhờ đồ thị này có thể xác định đợc độ hạ điểm sơng T... dùng DEG vì có độ chọn lọc cao Độ hoà tan của khí tự nhiên trong TEG cao hơn 25% ữ 30% so với DEG Trong quá trình sấy khí mất mát glycol khoảng 0,25 ữ 0,75 lít trên 1000 lít chất lỏng ngng tụ, do sự hoà tan của glycol trong pha ngng tụ phụ thuộc vào thành phần khí đa vào sấy Nhiệt độ đông đặc của DEG thấp (- 40 0C) có thể sử dụng đợc ở những vùng có điều kiện khí hậu thay đổi Độ nhớt của dung dịch DEG... phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng của hỗn hợp khí vào nhiệt độ tiếp xúc 0.1 với dung dịch DEG.[1] Trên hình 2 (phụ lục) biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng của khí vào nồng độ dung dịch DEG và nhiệt độ tiếp xúc Từ giản đồ ta thấy rằng dung dich DEG nồng độ 95% khi tiếp xúc với khí ở 20 0C có khả năng giảm nhiệt độ điểm s40 60 80 110 150 210 0C, 0còn20 ơng của khí tới-20 -5-10 dung dịch 98% ở cùng nhiệt... DEG [3] Các glycol là những dung môi lỏng (hay các rợu đa chức) dùng trong quá trình sấy khí nhằm mục đích tách ẩm (hay hút nớc) trong khí, các dung môi sử dụng nh : DEG, PG, TEG, EGGlyxerin Những chất hấp thụ trên đều có những u, nhợc điểm riêng nhng trong các chất hấp thụ trên thì ta dùng chất hấp thụ - sấy khô khí là hiệu quả nhất cả về vốn, đầu t và năng suất Bng 4 :Mt s tớnh cht húa lý ca dung... trong nớc tăng lên với sự tăng nồng độ và độ nhớt của dung dich giảm đi khi tăng nhiệt độ Trong thực tế có trờng hợp cần sấy khí ở nhiệt độ thấp, khi đó dung dịch DEG trong nớc có độ nhớt rất cao, chúng trở nên quánh lại làm giảm khả năng tiếp xúc, trao đổi giữa dung dịch DEG và khí ẩm DEG chỉ sử dụng đợc ở nhiệt độ cao hơn -100C, nhiệt độ dới -100C có độ nhớt rất cao, khó tách khỏi pha lỏng nếu có... năng hạ điểm sơng của hỗn hợp khí xuống T = 160C, nghĩa là nếu 99 hỗn hợp khí ẩm ban đầu có nhiệt độ điểm sơng là 60C thì sau khi sấy sẽ có điểm s99,5 ơng là - 100C Độ hạ điểm sơng còn phụ thuộc vào lu lợng tới của dung dịch DEG 99,7 (I-119) 99,85 99,96 Độ hạ điểm sơng T với dung dịch DEG có nồng độ 98%, nhiệt độ tiếp xúc là Hình 9 Sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng của hỗn hợp khí vào nhiệt độ tiếp xúc với... bền vững vì vậy nó dễ dàng hấp thụ nớc Quá trình sấy khí bằng DEG dựa trên những tính chất vật lý của DEG ( vì đây là hấp thụ vật lý ) nh nhiệt độ đông đặc, áp suất hơi bão hoà, nhiệt độ tiếp xúc, độ nhớt, độ hạ nhiệt độ tạo hydrat đối với nồng độ DEG đã cho, nhiệt độ tái sinh, khả năng bền oxy hoá, độ chọn lọc Quá trình hấp thụ dựa trên sự hoà tan của khí trong lỏng, nhiệt độ điểm sơng, nhiệt độ và... thành chất rắn Vì vậy, để giảm độ nhớt của dung dịch DEG ngời ta thêm các dung môi hữu cơ Các SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 23 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng dung môi này cũng đồng thời làm chất sấy và không có khả năng tạo bọt nh rợu, benzylic, phenyletylic, các rợu thơm, rợu thẳng Các chất này đều có độ nhớt nhỏ hơn DEG tan tốt trong DEG (I-121) Bng 5: Giới hạn nồng độ cho phép của... ngời ta sử dụng rộng rãi nồng độ DEG là 60% ữ 80% khối lợng II.4.2 Sự phụ thuộc áp suất hơi bão hoà của dung dịch DEG vào nhiệt độ.[1] Trên hình 4 (phụ lục) là đồ thị biểu diễn áp suất hơi bão hoà cả dung dịch nớc DEG có nồng độ khác nhau Nhờ đồ thị này có thể xác định đợc nhiệt độ sôi của dung dịch DEG ở các áp suất khác nhau ở áp suất 760mmHg nhiệt độ sôi của dung dịch 98% DEG là 1820C, ở áp suất... thấp dới áp suất khí quyển (tháp nhả hấp thụ cần làm việc ở điều kiện chân không) Trong khi đó TEG bắt đầu phân huỷ ở nhiệt độ là 206 0C, vì vậy tái sinh TEG ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tái sinh đối với DEG và không cần chân không (I-120) SVTH:Lờ Anh Tun-CNCN Hoỏ Du-K55 Trang 24 ỏn chuyờn ngnh GVHD:PGS.TS.Lờ Minh Thng 90 85 98 99 100 95 1000 600 200 100 60 20 10 6 2 1 0.6 Hình 8 Đồ thị phụ thuộc ấp ... dịch DEG cao, mức độ sấy khí ơng khí tới -1360 cao, tức khí sau sấy có nhiệt độ điểm sơng thấp (I-118) 70 80T cho biết mức độ sấy khí chất hấp thụ hình (phụ Độ hạ điểm sơng lục) đồ thị mô tả độ hạ... tan khí tự nhiên TEG cao 25% ữ 30% so với DEG Trong trình sấy khí mát glycol khoảng 0,25 ữ 0,75 lít 1000 lít chất lỏng ngng tụ, hoà tan glycol pha ngng tụ phụ thuộc vào thành phần khí đa vào sấy. .. bão hoà V.Hơi nớc khí VI.Hồi lu VII .Khí thổi VIII .Khí thải khí Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Khí ẩm vào phía dới thiết bị hấp thụ Còn DEG đậm đặc đợc bơm vào mâm thiết bị Khí sấy khô sau đợc