ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT DẦU THÔ

Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Tính toán thiết kế tháp chưng cất dầu thô Các liệu cho trước Tháp chưng cất: Công suất tháp: 900 m3/h Số đĩa: 30 Áp suất đỉnh tháp 1,5 atm,áp suất gay đĩa mmHg Stripping 5% cho tất phân đoạn Dầu thô Bạch Hổ: Tỉ khối (d): KUOP: 0.824 12,39 Phần chưng Nhiệt độ Tỉ khối tức Phần chưng Nhiệt độ Tỉ khối tức o cất [%V] Bảng [oC]1: Thành thời cất [%V] [ C] phần cất tỉ khối tức thời dầu thôthời 4,38 70 0,528 37,73 270 0.805 7,01 90 0,692 43,88 300 0.817 10,83 120 0,719 49,62 330 0.823 13,91 140 0.735 55,69 360 0.842 18,86 170 0.755 61,27 400 0.864 20,58 190 0.767 70,19 440 0.880 25,17 210 0.777 77,22 480 0.894 30,73 240 0.792 83,53 520 0.906 gentle -1- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Nhiệt độ %V Hình 1: Các đường đặc trưng dầu thô Bạch Hổ Tỉ Khối %V Hình 2: Tỉ khối tức thời đặc trưng dầu thô Bạch Hổ gentle -2- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Căn vào đường TBP chia dầu thô thành phân đoạn tháp chưng cất khí quyển: Phân đoạn khí Phân đoạn xăng nhẹ Phân đoạn xăng nặng Phân đoạn kerosen Phân đoạn gasoil Phân đoạn cặn AR : 3% thể tích : 6% thể tích : 15% thể tích : 9% thể tích : 20% thể tích : 47% thể tích PĐ khí Xăng nhẹ Vùng đỉnh tháp Nước Vùng xăng nặng Xăng nặng Vùng kerosen Kerosen Vùng Gas Oil Dầu thô Vùng nạp liệu Gas Oil Vùng đáy tháp Hơi nước AR Hình 3: Sơ đồ tháp chưng cất gentle -3- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Bảng 2: Đặc trưng phân đoạn Phân đoạn %V Khí Xăng nhẹ Xăng nặng Kerosen GO ∑ AR Dầu thô 15 20 53 47 100 Thể tích (m3/h) 27 54 135 81 180 477 423 900 Tỷ khối Khối lượng d(tấn/m3) (tấn/h) 0,528 14,528 0,664 35,856 0,748 100,98 0,789 63,909 0,822 147,96 0,761 362,997 0,895 378,585 0,824 740,818 Phân tử lượng M 58 101 150 190 240 162 446 240,5 Số Kmol/h 250,48 355,01 673,20 336,36 616,50 2231,55 848,45 3080 Tỉ khối trung bình phân đoạn tính theo công thức: d = ∑Vidi/∑Vi Tỉ khối phân đoạn khí tính cách nội suy từ đồ thị tỉ khối tức thời dầu thô,do phần trăm lượng khí nhỏ (3%) ta d = 0,528 Tính toán nhiệt độ, lưu lượng tháp chưng cất Ta lựa chọn vị trí nạp liệu đĩa thứ 28 cách đáy tháp đĩa Các vị trí lấy phân đoạn sườn cách đĩa ta lấy GO đĩa 18, kerosene đĩa 12 xăng nặng đĩa (tính từ đỉnh tháp xuống),phân đoạn xăng nhẹ khí đỉnh tháp Đối với tháp chưng cất dùng nước nhiệt 220 oC ,P= 3atm để stripping cặn AR, phân đoạn sườn lấy từ sườn tháp chưng cất Toàn nước dùng để stripping bị ngưng tụ thiết bị làm lạnh dòng bay từ đỉnh tháp chưng cất chảy từ đáy bình hồi lưu 1.1 tính nhiệt độ vùng nạp liệu - đáy tháp gentle -4- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Va Vo Wo Dầu thô Lo Ta La Hơi nước Wo AR= m3/h VHình hơiđồbay lênnạp từ nguyên liệutháp dầu thô a – dòng 4: Sơ vùng liệu – đáy La – dòng lỏng chảy xuống từ nguyên liệu dầu thô Vo – dòng sinh nhờ stripping Lo – dòng hồi lưu lỏng Wo – dòng nước stripping đáy tháp Theo điều kiện bảng hình ta có phương trình sau: Tổng phân đoạn gồm GO nhẹ hơn: 53 = V a + Vo – Lo Phân đoạn AR : Trong : 47 = L a + Lo – Vo (1) (2) Va, Vo, Lo, La tính phần trăm thể tích so với dầu thô Va + La = 100 a Lưu lượng dòng Vo, Lo Theo liệu ban đầu tất phân đoạn stripping 5% Vậy theo hình 3-15 ( giáo trình công nghệ lọc dầu – trang 63) để stripping 5% AR cần dùng 0.9 lb nước cho gallon AR, tức khoảng 107 kg nước cho m3 AR Vậy lượng nước cần dùng để stripping 5% AR là: Wo = 423*107 = 45261 kg/h = 2514,5 kmol/h gentle -5- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Thông thường phải làm bay lượng dầu thô vượt tổng phân đoạn distillat (tức phân đoạn phía đĩa nạp liệu lượng 3-5% Ta dùng Vo = 3%, lựa chọn Lo = 5%, nên theo phương trình (1) ta có : 53 = Va + Vo – Lo = Va + –  Va = 55%, La = 45% b Độ nặng dòng vùng nạp liệu Tỉ khối dòng Va tìm nhờ biểu đồ hình 3.17 (sách CNLD) Với độ nghiêng S = (T30- T10)/20 = (235 – 118)/20 = 5.85[oC] /%], tỷ khối dầu thô 0.824 tỉ khối dòng bay lên từ dầu thô Va 0,775, dòng La 0,89 Phân tử lượng phân đoạn 0-53% 162, phân tử lượng phân đoạn 53%55% (được xác định theo hình 3.13 sách CNLD) 312, phân tử lượng trung bình Va (162*53 + 312*2)/55 = 167,45 Khối lượng dòng Va : 0,775* 54%*900 = 376,65 tấn/h Lưu lượng mol dòng Va : 376650/167,45 = 2249,3 kmol/h • đánh giá tỉ khối dòng Vo, Lo vào luận điểm sau : + dòng lỏng La Lo dòng La chứa nhiều hợp phần nhẹ so với dòng Lo, dòng La vốn dòng lỏng dòng dầu thô vừa nạp vào tháp, nằm cân flash với dòng Va, dòng Lo dòng hồi lưu lỏng trao đổi chất tốt với dòng phía đĩa nạp liệu Như dòng La sinh đĩa nạp liệu,còn dòng Lo chảy từ xuống qua đĩa nạp liệu dòng Lo phải nặng dòng La + dòng Lo nặng dòng AR  ta chọn tỉ khối dòng Lo 0,892, theo hình ta có phương trình cân khối lượng : mAR = mLa + mLo – mVo thay số : 378,585 = 45%*900*0,89 + 5%*900*0,892 – 3%*900*ρVo ρVo tỉ khối dòng Vo Từ phương trình suy : ρVo = 0,805 tấn/m3 Như phân tử lượng trung bình dòng Vo 192 Lưu lượng mol dòng Vo : 3%*900*0,805*1000/192 = 113 kmol/h gentle -6- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu c Nhiệt độ đĩa nạp liệu Áp suất đĩa nạp liệu Pa : Pa = 1,5*760 + 28*8 = 1364 mmHg Áp suất riêng phần dầu đĩa nạp liệu Pa, : Pa, = (Va + Vo)*Pa/(Va + Vo + Wo) = 661 mmHg Như vậy, phải vẽ đường flash 661,36mmHg để xác định nhiệt độ đĩa nạp liệu Dầu tiên ta dựng đường flash 1atm suy từ đường TBP áp suất khí Sau dựng đường flash 661,36 mmHg suy từ đường flash 1atm Cuối xác định T55 đường nhiệt độ đĩa nạp liệu • suy từ đường TBP 1atm đường flash 1atm + Vẽ đường gốc DRL cách nối T10 T70 đường TBP kéo dài hai phía + Xác định độ nghiêng đường FRL : Độ nghiêng đường DRL : B = (T70,TBP – T10,TBP)/60 = 5,43 +Theo phần biểu đồ, xác định độ nghiêng FRL ta : A = 3,60 [oC/%) +Căn vào phần biểu đồ độ nghiêng đường DRL tìm hiệu số C = deltaT50 = T50,DRL – T50,FRL = 23oC, suy : T50,FRL = 333 – 23 = 310 + vẽ đường FRL 1atm,sau tịnh tiến xuống 10 oC thu đường FRL 661mmHg + Ta coi đường FRL trùng với đường Flash từ 10-70% Nên lấy T 55 đường FRL 661 mmHg ta nhiệt độ đĩa nạp liệu 316oC (theo hình 1) d Nhiệt độ đáy tháp Nhiệt độ đáy tháp nhiệt độ AR Tính toán nhiệt độ đáy tháp chưng cất dựa vào cân entalpy vùng nạp liệu đáy tháp : ∑Hvao = ∑Hra Entanpy dòng đầu vào lấy từ biểu đồ hình 3.23 trang 83(sách hóa học dầu mỏ khí tự nhiên) Entanpy nước cho hình 3.14 trang 62 (sách CNLD) Số liệu xuất phát để tìm entanpy entanpy cho bảng gentle -7- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Bảng Số liệu liên quan đến vùng nạp liệu – đáy tháp Dòng Nhiệt độ Tỷ khối Thể tích Khối lượng [oC] d [m3/h] [kg/h] 316 316 220 0,89 0,892 405 45 360450 40140 45261 180 179 696 64881000 7185060 31501656 Tđ 316 316 0,895 0,805 423 27 378585 21735 45261 x 241 750 378585.x 5238135 33945750 Vào La (lỏng) Lo (lỏng) Wo Ra AR (lỏng) Vo (hơi) Wo Entanpy H kcal/kg kcal/h ∑Hvao = 64881000 + 7185060 + 31501656 = 103567716 kcal/h ∑Hra = 378585x + 5238135 + 33945750 =39183885 + 378585x kcal/h Ta có : 103567716 = 39183885 + 378585x suy x = 170 Tra ngược lại đồ thị hình 3.23 trang 83(sách hóa học dầu mỏ khí tự nhiên) ta 304oC 1.2 Tính nhiệt độ đĩa lấy GO W1 V1 R1 W0 S1 Đĩa lấy HGO R1 L1 Tháp strip ping W1 Hơi nước HGO Ta = 340 oC Nguyên liệu L1’ = 180 m3/h Va Vo Wo Lo Hình 5: Sơ đồ dòng vùng gas oil Ta stripping 5% so với GO lấy ra, theo hình 3.15, trang 63 (sách CNLD ) cần 0,25 pound nước cho gallon GO, tức cần 29,75 kg nước cho m3 GO Từ đó, tổng lượng nước cần dùng 29,75.180 = 5355 kg/h hay 297,5 kmol/h gentle -8- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Trong sơ đồ hình vùng Gas-Oil, ta có: V1: tổng phân đoạn = 477 m3 S1: dòng bị stripping từ dòng lỏng L1 S1 = L1 – L’1 Có thể coi S1 có tỷ khối tỷ khối Kerosen, 0,789 S1 = (5/95).180 = 9,47 m3/h = 7474,7 kg/h Cân dòng dầu vào tháp stripping 180*0,822 + 9,47*0,789 = (180 + 9,47)*ρL1 Suy khối lượng riêng L1 0,82 Vậy tỉ khối dòng R1 0,82, khối lượng dòng L1 155365 kg/h Theo phương pháp tính dựa cân nhiệt, ta tính số liệu cho bảng : Bảng Số liệu liên quan đến vùng lấy Gas Oil (Nhiệt độ giả định T1 = 248oC) Dòng Vào Va (hơi) Vo (hơi) R1 (lỏng) Wo Ra V1 (hơi) Lo (lỏng) R1 (hơi) Wo Nhiệt độ Tỷ khối Thể tích Khối lượng Entanpy H kcal/kg kcal/h [oC] d [m3/h] [kg/h] 316 316 248 316 0,775 0,805 0,82 495 27 383625 21735 R1 45261 242 241 152 750 92837250 15238135 152R1 33945750 248 316 248 248 0,761 0,892 0,82 477 45 362997 40140 R1 45261 213 179 207 718 77318361 718770 207R1 32497398 ∑Hvao = 142021135 + 152R1 ∑Hra = 110534529 + 207R1 Suy R1 = 572483,7 kg/h Lưu lượng mol dòng L1, 616,5 kmol/h Lưu lượng mol dòng S1 : 9,47*0,789*1000/190 = 39,3 kmol/h Phân tử lượng dòng L1 : 189,47*0,82*1000/(616,5 + 39,3) = 236 Lưu lượng mol dòng R1 : 572483,7/236 = 2425,78 kmol/h gentle -9- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Tổng số mol qua đĩa lấy GO : 2231,55 + 2425,78 + 2514,5 = 7171,83 kmol/h Số mol đĩa lấy GO : 2425,78 + 616,5 = 3042,28 kmol/h Áp suất riêng phần P1, GO : P1, = (3042,28/7171,83)*(1,5*760 + 18*8) = 544,67 mmHg Như ta phải vẽ đường Flash GO 544,67 mmHg Coi chưng cất hoàn hảo tức nhiệt độ phân cắt nhiệt độ phân cắt nhiệt độ kết thúc GO trùng nhau, hay đương chưng cất TBP phân đoạn GO đoạn đường TBP tương ứng với phân đoạn GO dầu mỏ ( hình 2) Đó đường TBP GO hình Từ vẽ flash GO 1atm Theo hình 3.12 (Hóa Học Dầu Mỏ Khí Tự Nhiên trang 72) cần tịnh tiến đường flash xuống đoạn tương ứng 6oC ta đường flash GO 544,67 mmHg ( Hình 6) ( cách dựng đường Flash tương tự cách dựng đường Flash dầu thô) Dựa vào đường Flash ta tìm nhiệt độ đĩa lấy GO nhiệt độ giả định 248oC chấp nhận gentle - 10 - T o = 246oC Vậy 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Số đĩa Ni Dòng hồi lưu nội Ri (m3/h) Dòng lấy Vi (m3/h) Độ hồi lưu hi=Ri/Vi F=Ni.hi T50,TBPpđ nặng (oC) T50,TBPcác pđ nhẹ (oC) ΔT50,TBP(oC) Độ phân tách 6 R2 = 798,026/0,787 = R3 = 880,306/0,744 1014 = 1183 R4=868,329/0,69 = 1258 V2 = 297 V3 = 216 V4 = 81 3,4 20,4 295 228 67 +7 Gap 5,47 32,82 228 158 70 +9 Gap 15,5 93 158 78 80 +23 Gap Kết độ phân tách cho thấy phép chưng cất tương đối tốt, phân đoạn lẫn vào đặc biệt phân doạn Xăng nhẹ-Xăng nặng 1.7 Tính toán hồi lưu vòng cho tháp chưng cất a Xem xét phân bố dòng lỏng vào đĩa Lưu lượng đĩa lấy phân đoạn sườn là: Ri + Vi Lưu lượng lỏng đĩa lấy phân đoạn sườn là: Ri + Li a, đĩa lấy GO: R1 + L1 = 572483,7 + 155365 = 727848,7 (kg/h) R1 + V1 = 572483,7 + 362997 = 9354807 (kg/h) b, Tại đĩa lấy kerosene: R2 + L2 = 798026 + 67099,62 = 865125,62 (kg/h) R2 + V2 = 798026 + 215028 = 1013054 (kg/h) c, Tại đĩa lấy xăng nặng: R3 + L3 = 880306 + 105722,4 =986028,4 kg/h) R3 + V3 = 880306 + 151200 = 1031506 (kg/h) d, Tại đỉnh tháp: R4 + V4 = 868329 + 50382 = 918711 (kg/h) L + V4 = 694663,8 + 50382 = 745045 (kg/h) e, Tại đĩa nạp liệu: Lo + La = 40140 + 360450 = 400590 (kg/h) gentle - 21 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Vo + Va = 21735 + 376650 = 398385 (kg/h) Nhìn vào sơ đồ phân bố dòng ta thấy lưu lượng lỏng vùng phía Kerosen lớn so với vùng khác.Do để nguyên ta phải thiết kế tháp có tiết diện thiết kế tháp có đường kính hơn, ta điều chỉnh lưu lượng lỏng vùng phía đĩa Kerosen để lưu lượng vùng đồng cách trích bớt lưu lượng lỏng đĩa Kerosen (218oC) đem làm lạnh cách dùng để gia nhiệt cho dòng dầu thô(để tận dụng lượng nhiệt thải ra) cho nhiệt độ dòng Kerosen giảm xuống 120oC, cho dòng hồi lưu lại tháp chưng cất vi trí đĩa phía đĩa lấy Kerosen 2-3 đĩa Việc làm làm giảm lưu lượng lỏng vùng phía ( Lưu lượng lỏng vùng xăng nặng lớn nhiệt độ vùng xăng nặng kerosen thấp nên hồi lưu vòng không tận dụng nhiệt Mặt khác hồi lưu vòng đĩa lấy Kerosen làm giảm lượng lỏng đĩa lấy xăng nặng ) Ta rút 100 Kerosen lỏng để thực hồi lưu vòng Lượng nhiệt cần lấy 100000*(125 - 62) = 6300000 (125 la enthalpy Kerosen lỏng tai 218oC, 62 enthalpy Kerosen lỏng 120o) Lưu lượng dòng tháp thay đổi sau: - dòng hồi lưu lạnh: L’ = L – 6300000/(128 – 18) = 694663,8 – 57273 = 637390,8 (Kg/h) - Dòng khỏi đỉnh tháp: L’ + V4 = 637390,8 + 50382 = 687772,8 (kg/h) - Dòng hồi lưu nóng R4’ R4’ = R4 – 6300000/(128 - 40) = 278471 – 71591 = 206880 (kg/h) - Dòng bay lên vào đĩa R4’ + V4 = 206880 + 50382 = 257262 (kg/h) - Dòng hồi lưu nóng R3’ R3’ = R3 – 6300000/(154 - 85) = 880306 – 91304 = 789002 (kg/h) - Dòng hồi lưu nóng chảy vào đĩa lấy phân đoạn xăng nặng R3’ + L3= 789002 + 105722,4 = 894724,4 (kg/h) - Dòng bay lên từ đĩa lấy xăng nặng: R3’ + V3= 789002 + 151200 = 940202 (kg/h) gentle - 22 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu - Dòng hồi lưu nóng chảy vào đĩa lấy kerosen R2 + L2 + 100000 = 965125,62 (kg/h) Tính toán thông số công nghệ tháp chưng cất khí Theo giả thiết ta sử dụng đĩa tháp đĩa chụp nên ta áp dụng công thức tính toán đĩa chụp[1] để xác định thông số cần thiết: - Lưu lượng thể tích dòng lỏng qua đĩa (đĩa có lưu lượng lớn nhất) - Lựa chọn chụp dựa vào lưu lượng lỏng hơi, qua lựa chọn tỉ lệ vùng đĩa xác định đường kính đĩa - Sắp xếp đĩa - Tính thông số liên quan đến hoạt động ổn định tháp: Gradien mặt lỏng, áp suất đĩa, thời gian lưu chất lỏng ống chảy chuyền đánh giá khả không bị ngập lụt tháp Kết tính toán phần A cho thấy lưu lượng dòng pha vùng Xăng nặng lớn Ta sử dụng số liệu dòng pha đĩa lấy phân đoạn xăng nặng để tính thông số đĩa tháp chưng cất Theo kết tính toán từ phần A, ta có liệu sau: - Khối lượng dòng lỏng: 894724,4 kg/h - Khối lượng riêng dòng lỏng: 748 kg/m3 20 oC - Lưu lượng thể tích dòng lỏng: 894724,4 *10^6/(748*3600) = 332265 (cm3/s) - Khối lượng dòng hơi: R3’ + V3 + Wo + W1 + W2 = 940202 + 52221,5= 992423,5 (kg/h) - Ta coi phân tử lượng R3’ 150 - Phân tử lượng trung bình hơi(R3’ + V3 + Wo + W1 + W2 ) là: Mvtb = 992423,5/(789002/150 + 250,48 + 355,01 + 673,2 + 52221,5/18) = 105 - Khối lượng riêng dòng 170 oC; 1284 mmHg(1,7atm) ρV = P M RT Trong đó: ρ: khối lượng riêng dòng hơi, kg/m3 P: áp suất tổng, atm gentle - 23 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu M: phân tử lượng dòng R: số khí lý tưởng (l.atm/mol.oK) T: nhiệt độ (oK) Vậy: ρV = 1188.105 = 4,73 kg/m3 760.(0.082)(150 + 273) - Lưu lượng thể tích dòng hơi: QV = 992423,5 = 209814,7 (m3/h) = 5,83.107 4,73 (cm3/s) - Khối lượng riêng dòng lỏng 150 oC tính theo công thức(4-1)trang 107 (sách CNLD) ρL = ρo – a(t-20) Trong đó: ρo: khối lượng riêng dòng lỏng 20 oC (kg/m3) t: nhiệt độ, oC a: hệ số phụ thuộc ρo Theo bảng 4/5 [1] a = 0,82 ρL = 748 – 0,84(150- 20) = 638,8 kg/m3 - Lưu lượng thể tích dòng lỏng 150 oC QL = m 894724,4 = = 1400,6 (m3/h) = 389055 (cm3/s) ρL 638,8 2.1 Tính đường kính đĩa Do lưu lượng lớn nên đĩa chắn phải to, ta chọn loại chụp lớn → Chọn loại chụp dùng tháp chụp số theo tiêu chuẩn bảng 4/2 (sách CNLD) Theo công thức (4-6) (sách CNLD), lưu lượng cực đại qua chụp : 1/ qv max  ρ − ρv   = 30,12 L ρ v    a − a  / A  a2    1 + 0,4  H H  a1 + a   a   Theo liệu bảng 4/2 [1] chụp số ta có: H: chiều cao khe chụp, H = 3,81 (cm) ρL, ρV: khối lượng riêng dòngvà khí, kg/m3 a1, a2: chiều rộng đáy khe, đỉnh khe chụp a1 = 0,84cm, a2 = 0,42cm n: số khe; n=39 A: tổng diện tích khe chụp gentle - 24 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu A=n q v max  638,8 − 4,73  = 30,12  4,73   a1 + a H = 93,61 (cm3) 1/ 93,61  0,42    0,84 − 0,42    1 + 0,4 3,813 / 3,81  0,42 + 0,84   , 42   =29736 (cm3/s) Nếu chọn độ mở khe chụp h 3/H = 0,9 theo công thức (4-7)( sách CNLD) , lưu lượng qua chụp : qv = 29736*[0,42+0,4*(0,84-0,42)*0,9]*0,91,5/[0,42+0,4(0,84-0,42)] = 25532 cm3/s Số chụp đĩa: Qv 5,83.10^ = = 2283 (chụp ) qv 25532 (Cm3/s ) Tổng tiết diện tất khe chụp: 93,61.2283 = 213711,63 (cm2) Với số lượng chụp lớn đĩa phải loại dòng Khi đó, dòng chảy pha lỏng đĩa liên tiếp không giống (do khác độ dài bờ chắn ống chảy chuyền) Điều dẫn tới khác biệt diện tích vùng đệm đĩa đó.Vì để đảm bảo lộ trình dòng lỏng vùng đệm đủ lớn, ta cần tăng vùng lên so với đĩa dòng Nói cách khác, tỉ lệ diện tích vùng chứa chụp bé đi.Điều có ảnh hưởng vấn đề công nghệ vấn đề kinh tế ;vì cần tính toán kỹ lưỡng Ta chọn phần trăm vùng theo diện tích đĩa sau : - Vùng chứa chụp 70% - Vùng để kết nối 4% - Vùng đệm 10% - Vùng ống chảy chuyền 16% - Chọn l/d = 0,37 Trong l- khoảng cách mép chụp d- đường kính chụp, theo bảng 4/2(sách CNLD) d= 15,48mm gentle - 25 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu → l = 0,37.15,48 = 5,73 (cm ) Theo bảng 4/3 [1] chọn l/d=0,37 α =0,24( α-tổng diện tích tất khe chụp diện tích vùng hoạt động) Như diện tích vùng chứa chụp : S1= 213711,63/0,24 = 890465 (cm2) Diện tích đĩa : Ađ = 890465/0,7 = 1272093 (cm2) Nên đường kính đĩa : D2 = Ađ/ Π (cm) → D = 1273 cm 2.2 Sắp xếp mặt đĩa 2.2.1.Chọn lựa cấu trúc ống chảy chuyền Ở phần trước ta chọn loại chụp số cho tháp Khi chiều cao lớp lỏng đĩa phải vào khoảng > 10 cm (lớn chiều cao chụp 9,52 cm).Nếu dùng đĩa dòng với tiết diện ống chảy chuyền 8% diện tích đĩa độ dài bờ chắn L ống chảy chuyền 68% D hay 866 cm) - Tỉ số QL 389055 = = 449 L 866 α = l/d =0,37 Theo biểu đồ H 4.19 (sách CNLD) gradien mặt lỏng ∆i ứng với dãy chụp khoảng 12 mm Khi l/d = 0,37 số chụp tối đa dãy : D 1273 = = 60 (chụp) 1,37 d 1,37.15,48 Số dãy chụp tối thiểu là: 2283/60 = 38 (dãy) Vậy gradien mặt lỏng: ∆= 38.∆i = 380 mm >> 25mm (25 mm gradien mặt lỏng tối đa cho phép) Như kết tính sơ cho thấy việc sử dụng đĩa dòng làm cho gradient mặt lỏng lớn nên phải lựa chọn đĩa dòng 2.2.2.Bố trí chụp Trên mặt đĩa, chụp xếp theo quy luật tam giác hình bên gentle - 26 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Phần trước ta chọn đĩa có 16 % diện tích ống chảy chuyền Trong ống chảy chuyền chiếm 8%; ống chảy chuyền bên ống 4% Theo biểu đồ H 4.30 (sách CNLD) chiều dài bờ chắn ống chảy chuyền bên : 52% D hay 662 cm Ống chảy chuyền chiếm 8% diện tích đĩa hay 101767 cm 2, bề rộng ống chảy chuyền khoảng 80 cm Hình 14: Mặt đĩa từ xuống Ta sử dụng đĩa dòng bước nên, bước có 2283/2 ≈ 1142 chụp xếp thành 24-25 dãy tùy thuộc vào hướng dòng chảy đĩa Độ dày trung bình h lớp lỏng đĩa đánh giá cách gần : h = h5 + h6 + ∆ h5: độ chênh mặt chất lỏng bờ chắn ống chảy chuyền với mặt bờ chắn Theo công thức (4-15) (sách CNLD): Q  h5 = 0,15. L   L  2/3 Fo (cm) Hệ số Fo tra theo biểu đồ Hình 4.23 (sách CNLD) Với QL 389055 / = = 0,017 L2,5 662 2,5 L/D = 0,52 Thì Fo = 1,03  389055  Nên: h5 = 0,15.   2.662  2/3 1,03 = 6,83 (cm) Lấy h1 = 2,5 cm, theo bảng 4/2 (sách CNLD) với chụp số 6, chiều cao ống : h6 = 8,25 (cm ) Một cách gần ta lấy ∆i = 1,8 (cm) Khi h = 6,83 + 8,25 + 1,8 = 16,88 (cm) Với h = 16,88 cm, QL/L = 294 cm, h1 = 2,5cm, α = 0,37 ∆i = 4,5 mm Sơ ta tính gradien mặt lỏng ứng với bước đĩa : gentle - 27 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu ∆ = 4,5.24 = 108 mm >> 25 mm Như đĩa dòng bước đáp ứng yêu cầu kỹ thuật tháp Ta định sử dụng đĩa dòng bước Hình 15: Hướng dòng lỏng đĩa Đối với đĩa dòng bước, lớp lỏng mặt đĩa chia làm vùng 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 Mỗi vùng có hay 10 dãy Do đĩa liên tiếp có số ống chảy chuyền khác nên gradien mặt lỏng vùng khác gentle - 28 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Hình 16: vùng khác đĩa Ta có quy tắc sau: ∆1-2 = ∆4-5, ∆2-3 = ∆3-4 Q2 = Q3 = Q4 = 2Q1 = 2Q5 S2 = S3 = S4 = 2S1 = 2S5 Theo hình 4.30 ( sách CNLD) thì: S1 = 2% Ađ nên L1/D = 0,42  L1 = L5 = 535 (cm) S2 = 4% Ađ nên L2/D = 0,52  L2 = L4 = 662 (cm) S3 = 4% Ađ = 50883,72 (cm2 ) Do bề rộng ống chảy chuyền khoảng 40 (cm) 2.3.Tính thông số liên quan đến hoạt động ổn định tháp 2.3.1 Gradient mặt lỏng Ta có: Tra biểu đồ H 4.23 (sách CNLD) với : L1/D = 0,42 QL 389055 / = = 0,0147 L22,5 535 2,5 Fo = 1,03 Q h5 = 0,15. L  L1    2/3  389055  Fo = 0,15.   4.535  2/3 1,03 = 4,96 (cm) Lấy h1 = 2,5 cm h6 = 8,25 cm Giả sử ∆ = 2,39 cm gentle - 29 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Khi h = h5 + h6 + ∆ = 4,96 + 8,25 + 2,39 = 15,6 (cm) Theo biểu đồ H 4.19(sách CNLD) ∆i = 2,5 (mm) Có u o ρV = 5,83 *10^ 4,73.10 −3 = 3,75 1272093.0,84 Theo H 4.20 (sách CNLD) hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng dòng 0,98  ∆1-2 = ∆4-5 = 0,98.2,5.10 = 22,05 (mm) * Gradien mặt lỏng đĩa Theo biểu đồ H 4.23 (sách CNLD) F = 1,02 Khi QL 389055 / = = 0,0086 L22,5 662 2,5 L2/D = 0,52 Q h5 = 0,15. L  L2    2/3  389055  Fo = 0,15.   4.662  2/3 1,02 = 4,26 (cm) Lấy h1 = 2,5 cm h6 = 8,25 cm Lấy gradien mặt lỏng ∆ = 3,25 cm Khi h = h5 + h6 + ∆ = 4,26 + 8,25 + 3,25 = 15,76 (cm) Theo biểu đồ H 4.19 (sách CNLD) ∆i = 2,8 (mm) Theo H 4.20 (sách CNLD) ,hệ số hiệu chỉnh tác động với: u o ρV = 3,75 ; QL 389055 = = 147 L2 4.662 → hệ số hiệu chỉnh 0,97 Vậy Gradien mặt lỏng vùng : ∆2-3 = ∆3-4 = 0,97.2,8.9 = 24,4 (mm) 2.4 Áp suất đĩa Hệ thống ống –chụp tồn lớp lỏng mặt đĩa tạo trở lực dòng qua đĩa Do áp suất phía đĩa phải bé áp suất phía đĩa, nghĩa đĩa gây độ giảm áp suất Ta gọi ngắn gọn áp suất đĩa Áp suất đĩa bị gây lớp chất lỏng đĩa, độ giảm áp dòng qua hệ thống ống hơi-chụp sức căng bề mặt Trong nhiều trường hợp bỏ qua độ giảm áp gây sức căng bề mặt gentle - 30 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Độ giảm áp gây chui luồn dòng qua hệ thống ống hơi-chụp ho tính theo công thức (4-11) (sách CNLD):  ρV ho = k o   ρ L − ρV   QV .   Ao    Hệ số ko có giá trị phụ thuộc tỉ số tiết diện hình vành khăn so với ống Theo bảng 4/2 (sách CNLD): Tiết diện hình vành khăn =90,30 (cm2 ) Tiết diện ống = 76,00 (cm2 )  tiết diện vành khăn/tiết diện ống = 90,30/76,00 = 1,19 Theo H 4.22(sách CNLD) ko = 0,00145 4,73    5,83 *10^  . Vậy ho = 0,00145  = 1,2 (cm)  638,8 − 4,73   76.2283  Theo công thức (4-13)(sách CNLD) độ giảm áp h l gây lớp lỏng hoạt động đĩa phải chiều cao lớp lỏng từ mặt lớp lỏng đến vị trí thấp khe chụp mà dòng chui qua : hl = h3 + h4 + h5 + ∆/2 = 0,9H + (h6 – h1 – h2 – H) + h5 + ∆/2 = 0,9.3,81 + (8.25 - 2,5 - 0,65 - 3,81) +4,36 + 2,27/2 = 10,214 (cm) Vậy theo (4-14) (sách CNLD) : hđ = ho + hl = 1,2 + 10,214 = 11,414 (cm) 2.5 Thời gian lưu chất lỏng ống chảy chuyền 2.5.1 Ống chảy chuyền trung tâm(3) Theo H 4.5 công thức (4-16)(sách CNLD) chiều cao lớp chất lỏng ống chảy chuyền là: hc = (h6 + h5 + ∆) + hđ + hk hk độ giảm áp gây chảy chất lỏng từ chân ống chảy chuyền qua khe ống chảy chuyền để tràn qua mặt đĩa Có thể tính hk theo công thức (4-16a)(sách CNLD) : Q hk = 1,65.10  L  Ah −2    Ak tiết diện khe ống chảy chuyền , Ak = L.hk’ gentle - 31 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Khe ống chảy chuyền phải đủ nhỏ cho mép chắn phải ngập lớp lỏng mặt đĩa1khoảng đủ sâu để ngăn không cho dòng từ đĩa chui qua ống chảy chuyền lên đĩa Đồng thời khe ống chảy chuyền phải đủ lớn để tốc độ chảy dòng lỏng ống chảy chuyền đĩa vừa phải ,tránh gây tượng dồn ứ ngập lụt Như độ cao khe phải nhỏ mực chất lỏng đĩa: hk' < h = h5 + h6 + ∆ = 15 ÷ 16 cm Lấy hk’ = 10 cm Ak = L.hk’ = 1273.10 = 11900 (cm2 )  389055  hk = 1,65.10   = 0,96 (cm )  4.12730  −2 hc = 15 + 11,414 + 0,96 = 27,374 (cm) Thời gian lưu chất lỏng ống chảy chuyền trung tâm : t= Ađ 0,04.hc 1272093.0,04.27,374 = = 14,3 QL 389055 / (s) Tốc độ chảy xuống chất lỏng ống chảy chuyền : 27,374/14,3 = 1,9 (cm/s) 2.5.2 Hai ống chảy chuyền quanh trục (2 4) Tương tự ta tính giá trị: Ak = L.hk’ = 662.10 = 6620 (cm2 )  389055  hk = 1,65.10 −2.  = 3,56 (cm )  4.6620  hc = 15 +11,414 + 3,56 = 29,974 (cm) t= Ađ 0,04.hc 1272093.0,04.29,974 = = 15,68 (s) QL 389055 / Tốc độ chảy xuống chất lỏng ống chảy chuyền là: 29,974/15,68 = 1,9 (cm/s) 2.5.3.Hai ống chảy chuyền (1 5): gentle - 32 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Ak = L.hk’ = 535.10 = 5350 (cm2 )  389055  hk = 1,65.10   = 1,36 (cm)  8.5350  −2 hc = 16 +11,414 + 1,36 = 28,774 (cm) t= Ađ 0,02.hc 1272093.0,02.28,774 = = 15,05 (s) QL 389055 / Tốc độ chảy xuống chất lỏng ống chảy chuyền là: 28,774/15,05 = 1,91 (cm/s) Như ống chảy chuyền, thời gian lưu chất lỏng không bé (> 5s), tránh xảy tượng bóng không kịp thoát hết khỏi khối lỏng để bay lên đĩa trên, gây tượng bóng khí ảnh hưởng đến hiệu suất tách cấu trúc đĩa, tháp 2.6 Hiện tượng ngập lụt Hiện tượng ngập lụt (flooding) tượng tràn ngập chất lỏng toàn không gian đĩa Khi bị ngập lụt, tháp chưng cất bị tắc dẫn tới ngừng hoạt động chất lỏng không chảy kịp, không bay lên Ngoài ,nó gây nổ tháp chưng cất tăng áp suất mức (dồn ứ, tích tụ nhiều pha hơi) Hiện tượng ngập lụt xảy chất lỏng ống chảy chuyền không chảy kịp chất lỏng mặt đĩa bị lôi dội tác động dòng bay lên với tốc độ lớn Nói chung phân bố không hợp lý vùng chứa chụp vùng ống chảy chuyền Do tác hại tượng ngập,lụt phải xem xét, đánh giá khả không bị ngậpngập lụt Ta đánh giá khả theo công thức (4-19) (sách CNLD) :  S   S f =  1l  +  2l  1,2S1   1,8S    Trong đó: S1l: diện tích lý thuyết vùng chứa chụp S1: diện tích thực vùng chứa chụp S2l: diện tích vùng ống chảy chuyền S2: diện tích thực vùng chứa ống chảy chuyền gentle - 33 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu f: đại lượng đánh giá khả không bị ngập lụt yêu cầu f < 1,2 Theo công thức (4-20)(sách CNLD) : S1l = QV K1 ( ρ L − ρV ) / ρV (m2) Chọn khoảng cách đĩa T =60 (cm) Theo biểu đồ H.4.24 (sách CNLD) K1 =230 Do : S1l = 209814,7 = 81,65 (m2 ) 220 ( 650 − 4,73) / 4,73 Theo công thức (4-21) (sách CNLD) : S2l = K2.(QL + eS1) Trong đó: K2: hệ số tra theo biểu đồ hình 4.26 (sách CNLD) Với ρL - ρV = 634 kg/m3 ; T = 60 cm K2 = 0,21 theo e : lượng lỏng bị lôi từ m mặt đĩa phút tính biểu đồ H 4.25 (sách CNLD) S1 = 70% Ađ = 0,7.127,2 = 89,04 (m2 ) S2= 16% Ađ = 0,16.127,2 = 20,352 (m2 ) Với S1l/S1 = 0,917 e = 0,03 S2l = 0,21(1400,6/60 + 0,03.89,04) = 5,46 (m2 ) 2  81,65   5,46  Vậy f =   +  = 0,6  1,2 ⋅ 89,04   1,8 ⋅ 20,532  Như f < 1,2 nên tượng ngập lụt song thiết kế chưa đạt hiệu thật cao diện tích vùng chứa chụp ống chảy chuyền lớn gentle - 34 - 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu gentle - 35 - 3/14/2017 ... 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu - Dòng hồi lưu nóng chảy vào đĩa lấy kerosen R2 + L2 + 100000 = 965125,62 (kg/h) Tính toán thông số công nghệ tháp chưng cất khí Theo giả thiết ta sử dụng đĩa tháp. .. đỉnh tháp chưng cất chảy từ đáy bình hồi lưu 1.1 tính nhiệt độ vùng nạp liệu - đáy tháp gentle -4- 3/14/2017 Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu Va Vo Wo Dầu thô Lo Ta La Hơi nước Wo AR= m3/h VHình hơiđồbay... tính theo công thức: d = ∑Vidi/∑Vi Tỉ khối phân đoạn khí tính cách nội suy từ đồ thị tỉ khối tức thời dầu thô, do phần trăm lượng khí nhỏ (3%) ta d = 0,528 Tính toán nhiệt độ, lưu lượng tháp chưng