đồ án công nghệ lọc dầu

Phần 1: Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp loại butan (Debutanizer) Cần chưng cất để tách nguyên liệu (cho bảng 1) thành sản phẩm distillat chứa không nhiều 6% mol i-C5 sản phẩm đáy (cặn) chứa không nhiều 0,3% mol n-C4 Bảng Thành phần nguyên liệu Chất Nguyên liệu (mol/h) 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 vân 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: h = 1,3 hmin Hơi bay đỉnh tháp ngưng tụ hoàn toàn (total condenser) Hỗn hợp nguyên liệu vào tháp chưng cất nhiệt độ sơi u cầu tính tốn: Tính nhiệt độ đỉnh tháp đáy tháp Tính số đĩa (thực tế) cần có tháp chưng cất Bài làm Các phương trình cân khối lượng: AC2 = D.y1D + R.x1R AC3 = D.y2D + R.x2R AiC4 = D.y3D + R.x3R AnC4 = D.y4D + R.x4R AiC5 = D.y5D + R.x5R AnC5 = D.y6D + R.x6R AnC6 = D.y7D + R.x7R AnC7 = D.y8D + R.x8R AnC8 = D.y9D + R.x9R Thay giá trị số, coi x1R, x2R, x3R, y6D, y7D, y8D y9D không: = D.y1D + (1115,34 – D).0 40,38 = D.y2D + (1115,34 – D).0 39 = D.y3D + (1115,34 – D).0 108 = D.y4D + (1115,34 – D).0,003 115,87 = D.0,06 + (1115,34 – D).x5R (1) 155,33 = D.0 + (1115,34 – D).x6R (2) 251,36 = D.0 + (1115,34 – D).x7R (3) 292,78 = D.0 + (1115,34 – D).x8R 108,62 = D.0 + (1115,34 – D).x9R (4) (5) Cộng phương trình (1), (2), (3), (4) (5) lại với được: 923,96 = (1115,34 – D)(x5R + x6R + x7R + x8R + x9R) + 0,06.D Theo điều kiện trên: x4R + x5R + x6R + x7R + x8R + x9R = = 0,003 + x5R + x6R + x7R + x8R + x9R →x5R + x6R + x7R + x8R + x9R = 1- 0,003 = 0,997 Do đó: 923,96 = (1115,34 – D).0,997 + 0,06.D →D = 200,6766 kmol R = 1115,34-200,6766=914,6634 kmol Biết D ta tính đại lượng sau: y1D = 0,01993 y2D = 0,20122 y3D = 0,19434 y4D = 0,52451 Kết ghi bảng sau: Bảng Thành phần nguyên liệu, distillat, cặn (coi nguyên liệu có lưu lượng: 1115,34 mol/h) Chất Nguyên liệu Ci Ci distillat 1115,34 yiD Ci ≅xiD Cặn D.xiD xiR R.xiR C2 0,003 0,0199 4,000 - - C3 0,036 40,38 0,2012 40,380 - - iC4 0,034 39 0,1943 39,000 - - nC4 0,096 108 0,5245 105,25 0,003 2,7440 iC5 0,103 115,87 0,06 12,041 0,1135 103,82 nC5 0,139 155,33 - - 0,1698 155,33 nC6 0,225 251,36 - - 0,2748 251,36 nC7 0,262 292,78 - - 0,3201 292,78 nC8 0,097 108,62 - - 0,1187 108,62 Tổng 1115,3 200,6 766 914,66 34 Phương pháp tính gần giả sử - kiểm tra để tính nhiệt độ đỉnh tháp áp suất đỉnh tháp 7,4 atm nhờ công thức sau (Trang 28, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) Và tính nhiệt độ đáy tháp áp suất đáy tháp 8,8 atm nhờ Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất Chất yiD=xiD C2 0,01993 C3 0,20122 iC4 0,19434 nC4 0,52451 iC5 0,06000 Tổng 60oC, 7,4atm Ki Yid/ki 0,0030 6,6 0,0914 2,2 63 0,1689 1,15 94 0,6170 0,85 65 0,1538 0,39 46 1,0343 89 61oC, 7,4 atm Ki Yid/ki 6,7 0,00298 2,25 0,08943 1,2 0,16195 0,87 0,59944 0,4 0,15000 1,00379 ≅1 62oC, 7,4 atm Ki Yid/ki 0,0028 48 2,3 0,0856 25 0,1494 1,3 94 0,5827 0,9 84 0,4 0,1463 41 0,9670 93 Từ bảng ta tìm nhiệt độ đỉnh 61oC Biết thành phần cặn bảng tìm ki Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) dùng hệ thức (Trang 26, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng): Kixi = Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đáy tháp tháp chưng cất Chất xiR 160oC 8,8atm 162oC 8,8atm Ki Ki.xiR Ki Ki.xiR nC4 0,003 0,009 0,31 0,00093 iC5 0,11352 1,8 0,20433 1,82 0,2066 nC5 0,16982 1,7 0,2887 1,8 0,30568 nC6 0,27481 0,98 0,26932 0,27481 nC7 0,32010 0,54 0,17285 0,56 0,17925 nC8 0,11875 0,3 0,03563 0,32 0,038 tổng 0,97982 1,005276 Từ bảng ta tìm nhiệt độ đáy 162 Vậy nhiệt độ đỉnh nhiệt độ đáy tháp chưng cất 61, 162 Căn vào số liệu tìm bảng lựa chọn nC4 LK, iC5 HK Nhiệt độ trung bình tháp chưng cất =111,5 , áp suất trung bình tháp cất 8,1 atm dựa vào Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) , ta tìm số cân nC4, iC5 1,8 0,95 : Như vậy, dựa vào số liệu thành phần distillat thành phần cặn bảng 2, theo phương trình Fenske: Hay Nmin=8,078 đĩa Ta có : Bảng Số liệu liên quan đến phép tính giả sử - kiểm tra để tìm E, q = Chấ t xiA Ki E=0,7766 E=0,7768 E=0,7770 xiA.ai - E X - E X - E X C2 0,00 36 10, 5,83 33 0,021 5,05 67 0,0041 5,05 53 65 0,0041 5,02 53 58 0,0041 57 C3 0,03 3,9 2,19 0,0794 1,41 0,0560 1,41 0,0560 1,42 0,0560 62 iC4 0,03 49 1,16 2,1 67 0,0407 0,39 17 01 0,1043 0,38 84 99 0,1044 0,39 37 48 0,1035 81 nC4 0,09 68 1,00 1,8 00 0,22 0,0968 34 0,4333 0,22 03 32 0,4336 0,22 92 30 0,4340 81 iC5 0,10 39 0,9 0,52 78 0,0548 0,24 36 88 0,2203 0,24 90 0,2202 0,25 31 0,2151 0,8 0,48 33 0,0673 0,29 28 33 0,2295 0,29 35 0,2294 0,29 81 0,2237 0,4 0,23 33 0,0525 0,54 93 33 0,0968 0,54 35 0,0967 0,54 32 0,0970 0,11 0,2 11 0,0291 0,66 67 55 0,0438 0,66 57 0,0438 0,67 00 0,0419 0,1 0,06 11 0,0059 0,71 52 55 0,0083 0,71 57 0,0083 0,72 07 0,0076 0,0010 0,0002 0,0123 77 0,13 nC5 93 0,22 nC6 54 0,26 nC7 25 0,09 nC8 74 44 39 78 Tổn g 28 76 36 02 E = 0,7768 Thay E = 0,7768 vào phương trình Underwood (2-12) (Trang 29, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) : Bảng Áp dụng phương trình (2-12) với E = 0,7768 Chấ t xiD αi xiD.αi αi - E hmin+1 C2 0,019 93 5,833 0,1162 5,056 0,0229 73 95 C3 0,201 22 2,194 0,4415 1,417 0,3114 65 78 05 iC4 0,194 34 1,166 0,2267 0,389 0,5815 33 65 nC4 0,524 51 1,000 0,5245 0,223 2,3499 06 36 0,060 00 0,527 0,0316 0,249 0,1271 67 iC5 nC5 - - - - nC6 - - - - - nC7 - - - - - nC8 - - - Tổn g 1,0 - - 3,1388 Bảng cho ta thấy độ hồi lưu tối thiểu hmin 2,14 Sau tìm hmin, Nmin ta dùng biểu đồ Gilliland hình 2.9 (Trang 29, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) để tìm số đĩa lí thuyết N Thơng thường độ hồi lưu h có quan hệ với hmin: h = (1,2 1,5)hmin Mà hồi lưu 1,3 lần độ hồi lưu tối thiểu (R = 1,3Rmin) h = 1,3hmin = 1,3.2,14 = 2,782 Khi : Với = 0,1698 ta tra hình 2.9: Quan hệ Gilliland (Trang 29, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) kết sau: Nên N lý thuyết = 15,21 đĩa Do độ hiệu dụng (trung bình) đĩa 75%, nên: N thực tế = = 20,28 đĩa Vậy số đĩa (thực tế) cần có tháp chưng cất 21 đĩa Phần 2: Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp chưng cất dầu thơ khí (CDU) Dầu thô Dubai (nguyên 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 ch o bảng đây: Nhiệt độ (oC) Phần chưng cất (%V, tích lũy) Tỉ khối 49 3,67 - 71 0,67 104 10 0,72 132 15 0,75 160 20 0,77 193 25 0,79 221 30 0,81 260 35 0,83 288 40 0,84 316 45 0.86 343 50 0,87 371 55 0,89 399 60 0,90 427 65 0,91 454 70 0,93 488 75 0,95 521 80 0,97 566 85 0,99 638 90 1,02 760 95 - Cần chưng cất dầu thô thành phân đoạn sản phẩm: Phân đoạn đỉnh (full range naphtha); Phân đoạn đáy (AR, atmospheric residue); phân đoạn sườn: Kerosense, LGO HGO), với nhiệt độ phân cắt (cut point) TBP sau: Sản phẩm Điểm cắt (cut point) TBP (oC) Full Range Naphtha / Kerosene 160 Kerosene / Light Gas Oil (LGO) 200 LGO / Heavy Gas Oil (HGO) 340 HGO/ Atmospheric Residue (AR) 370 Tháp chưng cất dầu thô gồm 48 đĩa: vùng cất (từ đĩa đến đĩa 42) có đường kính 6,7 m, vùng nạp liệu-đáy tháp (từ đĩa 43 đến đĩa 48) có đường kính m Các phân đoạn sườn Kerosense, LGO, HGO lấy đĩa 15, 26, 38; đĩa 2.2.4.Vùng đỉnh tháp chưng cất Hình 2.17 Sơ đồ vùng đỉnh tháp chưng cất Dòng V4là phân đoạn bay lên đỉnh tháp, tích 170,58[m3/h], có khối lượng 127252,68 [kg/h], tỷ khối d = 0,746 L dòng hồi lưu lạnh đỉnh tháp Dòng L tiếp xúc với dòng bay lên làm ngưng tụ lượng lỏng R4 Giả sử chúng làm việc với dịng L có nhiệt độ 30 0C, có tính chất naphta R4 đóng vai trị dịng hồi lưu nóng đỉnh tháp Tại đỉnh tháp chưng cất, dòng V4 qua thiết bị làm lạnh E bình tụ chia làm dịng khí nhẹ bay lên đỉnh tháp dòng lỏng chả đáy tháp chứa naphta Bảng 2.8 Thành phần vùng đỉnh tháp chưng cất Phân đoạn %V Thể tích [m3/h] Tỷ khối Khối lượng Phân tử [kg/h] lượng Số kmol/h Khí Naphta V4 19 20 8,529 162,051 170,58 0,635 0,752 0,746 5415,915 121836,765 127252,68 88,785 1171,507 1311,883 61 104 97 o Giả sử nhiệt độ đỉnh tháp T4 = 105 C Vẫn sử dụng cân entalpy, ta có bảng sau: Bảng 2.9 Số liệu vùng đỉnh tháp chưng cất Dòng Nhiệt độ d Thể tích (m3/h) Khối lượng kg/h Entalpy Kcal/kg Kcal/h Vào V3 (hơi) 170 0,76 R3 (hơi) S3 (hơi) L (lỏng) 170 170 30 0,784 0,746 0,752 W0123 170 Ra V4 (hơi) R3+L3(lỏng) L (hơi) 105 170 105 W0123 105 0,746 0,784 0,752 223,88625 2,806 170,58 169151,392 777549,986 2093,276 L 75425,1753 127167,39 821541,67 L 75425,1753 162 27402525,59 160 165 15 124407997,8 345390,54 660 49780615,74 131 93 130 16658928,09 76403375,36 645 48649238,11 Kết tính L = 523695,549 (kg/h) = 523695,549 /104 = 5035,534 (kmol/h) Áp suất riêng phần hydrocabon đỉnh tháp: (mmHg) Vẽ đường Flash sản phẩm đỉnh 689mmHg, xác định T 100 = 106oC Vậy nhiệt độ giả định T4 = 105oC chấp nhận Hình 2.18 Đường Tflash 760mmHg 689 mmHg vùng đỉnh tháp chưng cất II.3 Xác định độ phân tách phép chưng cất dầu thô Chúng ta đánh giá độ phân tách nhờ biểu đồ Packie hình 3.3 [1] với trường hợp dùng nước: Đại lượng HGO – LGO LGO – Kerosen Số đĩa Ni 12 11 Dòng hồi lưu nội Ri[m3/h] R2 =635,892 / 0,84=757,014 R3=777,550/0,784=99 1,773 Dòng lấy Vi[m3/h] Độ hồi lưu hi = Ri/Vi F = N ih i T50,TBP phân đoạn nặng T50,TBP phân đoạn nhẹ [oC] ΔT50,TBP [oC] Độ phân tách [oC] V2 = 421,674 1,795 V3 = 223,866 4,430 21,54 47,30 354,5 275,93 186,85 142,32 167,65 133,62 +19 +24 Gap Gap Kết độ phân tách cho thấy phép chưng cất tốt, phân đoạn lẫn vào ... 28, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) Và tính nhiệt độ đáy tháp áp suất đáy tháp 8,8 atm nhờ Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng)... phần cặn bảng tìm ki Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) dùng hệ thức (Trang 26, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng): Kixi = Bảng Số... tổng entalpy dòng khỏi vùng xét Entalpy dịng dầu tìm nhờ biểu đồ hình 3.23, hóa học dầu mỏ, trang 83, entalpy nước tìm nhờ hình 3.14, cơng nghệ lọc dầu, trang 62 Các kiện cho bảng sau: Bảng 2.4