Đồ án công nghệ lọc dầu

Mục lục Phần I: Tính tốn thơng số kĩ thuật cho tháp loại Butan (Debutanizer) I.1 Tính nhiệt độ đỉnh, nhiệt độ đáy tháp chưng cất I.2 Tính số đĩa (thực tế) cần có tháp chưng cất Phần II: Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp chưng cất dầu thơ khí (CDU) 10 II.1 Vẽ đường TBP, ASTM, Flash phân đoạn sản phẩm 12 II.2 Tính tốn điều kiện hoạt động vùng tháp 18 II.2.1 Vùng nạp liệu – đáy tháp 18 II.2.1.1 Lưu lượng dòng 19 II.2.1.2 Độ nặng dòng vùng nạp liệu 19 II.2.1.3 Nhiệt độ đĩa nạp liệu 20 II.2.1.4 Nhiệt độ đáy tháp 21 II.2.2 Vùng lấy HGO 22 II.2.3 Vùng lấy LGO 25 II.2.4 Vùng lấy Kerosen 27 II.2.5 Vùng đỉnh tháp chưng cất 30 II.3 Xác định độ phân tách phép chưng cất dầu thô 33 II.4 Hiện tượng ngập lụt 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Danh mục hình Hình 1.1 Các đường đặc trưng chưng cất dầu thô 12 Hình 1.2 Các đường đặc trưng chưng cất Naphta 13 Hình 1.3 Các đường đặc trưng chưng cất Kerosen 13 Hình 1.4 Các đường đặc trưng chưng cất LGO 14 Hình 1.5 Các đường đặc trưng chưng cất HGO 14 Hình 1.6 Các đường đặc trưng chưng cất AR 15 Hình Sơ đồ tháp chưng cất khí 17 Hình 3: Sơ đồ vùng nạp liệu - đáy tháp 18 Hình Sơ đồ dịng vùng HGO 22 Hình Sơ đồ dịng vùng LGO 25 Hình Sơ đồ dòng vùng Keosen 27 Hình 7: Sơ đồ dịng vùng đỉnh tháp 30 Phần I: Tính tốn thơng số kĩ thuật cho tháp loại Butan (Debutanizer) Cần chưng cất để tách nguyên liệu (cho bảng đây) thành sản phẩm distillat chứa không nhiều 3% mol i-C5 sản phẩm đáy (cặn) chứa không nhiều 0,3% mol n-C4: Chất Nguyên liệu C2 C3 40,38 iC4 39 nC4 108 iC5 115,87 nC5 155,33 nC6 251,36 nC7 292,78 nC8 108,62 Tổng 1115,34 Điều kiện hành tháp loại Butan sau:  Áp suất đỉnh tháp:7,4 atm  Áp suất đáy tháp: 8,8 atm  Độ hiệu dụng (trung bình) đĩa 75%  Độ hồi lưu 1,5 lần độ hồi lưu tối thiểu : R=1,5.Rmin Hơi bay đỉnh tháp ngưng tụ hoàn toàn (total condenser) Hỗn hợp nguyên liệu vào tháp chưng cất nhiệt độ sôi u cầu tính tốn: Tính nhiệt độ đỉnh tháp nhiệt độ đáy tháp Tính số đĩa (thực tế) cần có tháp chưng cất Bảng Thành phần nguyên liệu, distillat, cặn (coi nguyên liệu có lưu lượng : 100 kmol/h) Nguyên liệu Distillat Cặn Chất Ci 100Ci YiD=XiD D.XiD XiR C2 0,0036 0,36 0,0206 0,36 - C3 0,0362 3,62 0,2077 3,62 - iC4 0,035 3,5 0,2006 3.497 nC4 0,0968 9,68 0,5412 9,435 0,003 0,248 iC5 0,1039 10,39 0,03 0.523 0,1195 9,86 nC5 0,1393 13,93 - - 0,1687 13,93 nC6 0,2254 22,54 - - 0,273 22,53 nC7 0,2625 26,25 - - 0,3179 26,25 nC8 0,0974 9,74 - - 0,118 9,74 1,0001 17,43 82,58 (≈ 1) (≈17,4) (≈82,6) Tổng R.XiR 100 Theo điều kiện cho, tính thành phần distillat D cặn R: Các phương trình cân khối lượng: A.C1 = D.Y1D + R.X1R A.C2 = D.Y2D + R.X2R A.C3 = D.Y3D + R.X3R A.C4 = D.Y4D + R.X4R A.C5 = D.Y5D + R.X5R A.C6 = D.Y6D + R.X6R A.C7 = D.Y7D + R.X7R A.C8 = D.Y8D + R.X8R A.C9 = D.Y9D + R.X9R Thay giá trị số, coi X1R, X2R, X3R, Y6D, Y7D, Y8D, Y9Dbằng không: 100 0,0036 = D.Y1D + (100- D).0 (1) 100 0,0362 = D.Y2D + (100- D).0 (2) 100 0,035 = D.Y3D + (100- D).0 (3) 100 0,0968 = D.Y4D + (100- D) 0.003 (4) 100 0,1039 = D.0,03 + (100-D) X5R (5) 100 0,1393 = D.0 + (100-D) X6R (6) 100 0,2254 = D.0 + (100-D) X7R (7) 100 0,2625 = D.0 + (100-D) X8R (8) 100 0,0974 = D.0 + (100-D) X9R (9) ∑ XR = (10) ∑ XD = ∑ YD = (11) Cộng phương trình (5),(6),(7),(8),(9) với : 82,84 = D 0,03 + (100-D) (X5R+X6R+X7R+ X8R+X9R) (*) Từ (10) rút ra: X5R+X6R+ X7R+ X8R+X9R= 1- X4R= 0,997 Thay vào (*) ta được: 82,84 = 0,03.D +99,7- 0,997.D =>> D = 17,44 kmol/h R = 100 – 17,44 = 82,56 kmol/h biết D R ta tính :  Y1D = 0,0206  X4R = 0,003  Y2D = 0,2077  X5R = 0,1195  Y3D = 0,2006  X6R = 0,1687  Y4D = 0,5412  X7R = 0,273  Y5D = 0,03  X8R = 0,3179  X9R = 0,118 Kết ghi hệ thống bảng I.1 Tính nhiệt độ đỉnh, nhiệt độ đáy tháp chưng cất Dựa vào phương pháp tính gần giả sử - kiểm tra để tính nhiệt độ đỉnh tháp thực nhờ công thức (2-10), [1]: ∑Xi = ∑ Yi 𝐾𝑖 =1 Ki tìm hình 2.8, [1-27] Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất áp suất đỉnh 7,4 atm Chất Ki chọn 59oC, 7,4 atm YiD ≡ XiD 𝑌i 𝐾𝑖 C2 6,55 0,0206 0,003 C3 2,23 0,2077 0,093 i-C4 1,09 0,2006 0,184 n-C4 0,84 0,5412 0,644 i-C5 0,39 0,03 0,077 Tổng 1,001 ≈ Vậy nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất áp suất đỉnh 7,4 atm 59 oC Biết thành phần cặn bảng tìm Ki hình 2.8 [1] với áp suất đáy 8,8 atm dung hệ thức: ∑Yi = ∑ Ki Xi = Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đáy tháp chưng cất áp suất đáy 8,8 atm Chất Ki chọn 161oC, 8,8 atm Xi Ki Xi nC4 3,1 0,003 0,0093 i-C5 1,84 0,1195 0,2199 nC5 1,77 0,1687 0,2986 nC6 0,97 0,273 0.2648 nC7 0,54 0,3179 0,1717 nC8 0,31 0,118 0.0366 Tổng 1,0009 ≈ Vậy nhiệt độ đáy tháp chưng cất áp suất đáy 8,8 atm 161oC I.2 Tính số đĩa (thực tế) cần có tháp chưng cất - Căn vào số liệu bảng chọn n-C4 LK , i-C5 HK - Nhiệt độ trung bình tháp chưng cất : Tđỉnh + Tđáy 59+161 = = 110oC 2 - Áp suất trung bình tháp chưng cất : P đỉnh + P đáy 7,4+8,8 = = 8,1 atm 2 - Theo biểu đồ hình 2.8 áp suất 8,1 atm, nhiệt độ 110 oC số cân Ki n-C4 i-C5 1,8 0,98 1,8 𝛼LH = = 1,837 0,98 - Theo phương trình Fenske ta có : 0,5412 0,1195 ) 0,03 0,003 lg( Nmin + = lg 1,837 = 10,8 Hay Nmin= 9,8 đĩa Bảng Số liệu liên quan đến phần giả sử - kiểm tra để tìm E phương trình (2-13), q =1, p= 8,1atm 110oC; [1] E = 0,8 Chất XiA Ki 𝛼i C2 0,0036 10,5 5,83 C3 0,0362 i-C4 0,035 nC4 E = 0,78 E = 0,781 𝛼i XiA 𝛼i - E X 𝛼i- E X 𝛼i - E X 0,021 5,03 0,004 5,053 0,0042 5,052 0,0042 2,22 0,08 1,42 0,056 1,442 0,0558 1,441 0,0558 2,1 1,17 0,041 0,37 0,111 0,387 0,1056 0,386 0,1059 0,0968 1,8 0,097 0,2 0,484 0,22 0,44 0,219 0,442 i-C5 0,1039 0,98 0,54 0,057 -0,26 -0,2213 -0,236 -0,2402 -0,237 -0,239 nC5 0,1393 0,86 0,48 0,067 -0,32 -0,2065 -0,302 -0,2202 -0,303 -0,219 nC6 0,2254 0,42 0,23 0,053 -0,57 -0,0928 -0,547 -0,0962 -0,548 -0,096 nC7 0,2625 0,2 0,11 0,029 -0,69 -0,0423 -0,669 -0,0436 -0,67 -0,044 nC8 0,0974 0,11 0,06 0,006 -0,74 -0,0081 -0,719 -0,0083 -0,72 -0,008 ∑ 0,085 -0,0029 0,0014 X = 𝛼i XiA / (𝛼i – E ) Ki lấy nhiệt độ trung bình 110oC áp suất trung bình 8,1 atm Vậy E = 0,781 - Thay E= 0,781 vào phương trình Underwood (2-12) ta bảng Bảng Áp dụng phương trình Underwood (2-12) với E= 0,781 𝛼i.XiD Chất XiD 𝛼i 𝛼i XiD 𝛼i – E C2 0,0206 5,83 0,1201 5,049 0,0238 C3 0,2077 2,22 0,4611 1,439 0,3204 i-C4 0,2006 1,17 0,2347 0,389 0,6033 nC4 0,5412 0,5412 0,219 2,4712 i-C5 0,03 0,54 0,0162 -0,241 -0,0672 nC5 - - nC6 - - nC7 - - nC8 - - Hmin +1 = Tổng 𝛼i − E 3,3515 Bảng cho thấy độ hồi lưu tối thiểu Rmin = 2,35 Theo đề : độ hồi lưu 1,5 lần độ hồi lưu tối thiểu : R =1,5 Rmin ta lấy R = 1,5 2,35= 3,525 - Khi đó: 𝑅−𝑅𝑚𝑖𝑛 𝑅+1 = 3,525−2,35 3,525+1 = 0,2597 Dựa vào hình 2.9 quan hệ Gilliland, [1-29]: 𝑁−𝑁𝑚𝑖𝑛 𝑁+1 = 0,36 hay 𝑁−9,8 𝑁+1 = 0,36 N =16 đĩa Do độ hiệu dụng đĩa 75% nên số đĩa thực tế tháp chưng cất 16 : 75% = 22 đĩa Vậy kể đĩa ứng với reboiler, tháp chưng cất gồm 22 đĩa R = 3,525 Phần II: Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp chưng cất dầu thơ khí (CDU) Dầu thơ Dubai (ngun liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất) có đặc trưng sau:  oAPI = 31,2  Kuop = 11,78  Đường cong chưng cất (TBP) tỉ khối bảng đây: Nhiệt độ (oC) Phần chưng cất (%V) Tỉ khối 49 3.67 - 71 0,675 104 10 0,725 132 15 0,750 160 20 0,770 193 25 0,790 221 30 0,810 260 35 0,830 288 40 0,845 316 45 0,865 343 50 0,875 371 55 0,890 399 60 0,900 427 65 0,915 454 70 0,930 488 75 0,950 521 80 0,970 566 85 0,995 638 90 1,020 760 95 10 Bảng 2.3 Số liệu liên quan đến vùng HGO (Nhiệt độ giả định 295oC) Nhiệt độ Tỉ khối Thể tích [oC] d [m3/h] Va (hơi) 340 0,821 493,1 Vo (hơi) 340 0,758 25,6 R1(lỏng) 295 0,877 Wo 340 Dòng Khối lượng Entanpy Kcal/kg Kcal/h 404874 243 98384382 19395 255 4945725 R1 170 170.R1 64730,4 770 49842408 [kg/h] Vào Ra V1 (hơi) 295 0,804 467,6 375950,4 217 81581237 Lo(lỏng) 340 0,94 51,17 48104 195 9380280 R1 (hơi) 295 0,877 R1 212 212.R1 Wo 295 64730,4 736 47641574 Các số liệu dòng hồi lưu nội R1 đĩa lấy HGO xác định dựa cân khối lượng dòng đầu vào khỏi tháp stripping : 61,7.0,8787+ 3,938.0,842= (61,7+ 3,938).ρL1 = 65,638.ρL1 Theo khối lượng riêng L1 ρL1 =0,876 Vậy tỉ khối dòng R1 0,876 Khối lượng dòng L1 574989 [kg/h] Từ bảng 2.3, dựa vào cân Entanpy ta có: R1 = 346891 [kg/h] Lưu lượng mol dòng L1’ =186,31 [kmol/h] Lưu lượng mol dòng S1 = 3,938.0,842.1000/216= 15,35 [kmol/h] 23 Phân tử lượng dòng L1  65,402 ,877  285 186,31  15,35 Lưu lượng mol dòng R1  336891  1217 ,16 [kmol/h] 285 Tổng số mol qua đĩa lấy HGO là: Σn=nV1 + nR1+ nWo = 2502,35 + 1217,16 + 3596,13 = 7315,64 [kmol/h] Số mol HGO đĩa lấy HGO là: n = nR1 + nL1’ = 1217,16 + 186,31= 1403,47 [kmol/h] Áp suất đĩa lấy HGO là: P1 = 1,5.760 + 38.8 = 1444 [mmHg] Áp suất riêng phần HGO là: P1'  n 1403,47 P1  1444  276 [mmHg] n 7315,64 Vẽ đường Flash HGO 276 mmHg tương tự cách vẽ vùng nạp liệu To đường flash HGO 276 mmHg 297oC Vậy nhiệt độ giả định T1 = 295oC đĩa lấy HGO chấp nhận 24 II.2.3 Vùng lấy LGO Hình Sơ đồ dịng vùng LGO Quyết định stripping 6% so với LGO lấy Theo hình 3.15 [1] cần dùng 0.3 pounds nước để stripping gallon LGO (tương ứng 36 kg nước cho m3LGO) Khi lượng nước cần dùng là: W2 = 36.165,8=5968,8 [kg/h] = 331,6 [kmol/h] Trong sơ đồ hình 5, ta có: V2 tổng phân đoạn bay qua đĩa lấy LGO, nên : V2 = 170,6 + 69,5 + 165,8 = 405,9 [m3/h] Khối lượng riêng dòng V2 : ρV2 = (127,182 + 54,864 + 139,604)/405,9 = 0,792 Hay tỉ khối dòng V2 0,792 S2 dòng stripping từ dòng lỏng L2 : S2 = L2 – L2’ Ta coi rằng: S2 có tỉ khối tỉ khối phân đoạn kerosen, dS2 = 0,7894 tích là: 100 S2  165,8  10,583 [m /h] 100 94 25 ... 15 Hình Sơ đồ tháp chưng cất khí 17 Hình 3: Sơ đồ vùng nạp liệu - đáy tháp 18 Hình Sơ đồ dòng vùng HGO 22 Hình Sơ đồ dịng vùng LGO 25 Hình Sơ đồ dịng vùng... R = 3,525 Phần II: Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp chưng cất dầu thơ khí (CDU) Dầu thơ Dubai (nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất) có đặc trưng sau:  oAPI = 31,2  Kuop = 11,78  Đường... 768,57 Dầu thô 100 852,9 0,8700 742 226 3270,92 Khí + Naphta 16 Hình Sơ đồ tháp chưng cất khí 17 II.2 Tính tốn điều kiện hoạt động vùng tháp II.2.1 Vùng nạp liệu – đáy tháp Hình 3: Sơ đồ vùng