thiết kế tháp chưng cất mâm van cố định trong cụm RSU để tách hỗn hợp Xylene từ dòng Reformate,với năng suất nhập liệu là 15000 tấnh.

mang tính thực tế như “Đồ án môn học quá trình và thiết bị” giúp cho sinh viên có một cách tiếp cận sâu hơn về các quá trình thiết kế và vận hành một hệ thống, một thiết bị hoặc một cụm thiết bị trong ngành công nghệ hóa học.Xylene được sản xuất chủ yếu trong công nghiệp LọcHóa dầu.Đi từ các phân đoạn dầu mỏ,trải qua các quá trình phản ứng và chưng tách sẽ thu được hỗn hợp Xylene mong muốn.Nội dung của đồ án là thiết kế tháp chưng cất mâm van cố định trong cụm RSU để tách hỗn hợp Xylene từ dòng Reformate,với năng suất nhập liệu là 15000 tấnh.Nội dung của bài báo cáo được chia làm 6 chương:•Chương 1: Tổng quan•Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng•Chương 3: Tính toán công nghệ thiết bị•Chương 4: Tính toán cơ khí cho thiết bị•Chương 5: Tính toán thiết bị phụ.•Chương 6 : Tính toán chi phí chế tạo thiết bịĐây là lần đầu tiên thực hiện việc thiết kế một hệ thống chưng cất trong công nghiệp nên dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi mang tính thực tế như “Đồ án môn học quá trình và thiết bị” giúp cho sinh viên có một cách tiếp cận sâu hơn về các quá trình thiết kế và vận hành một hệ thống, một thiết bị hoặc một cụm thiết bị trong ngành công nghệ hóa học.Xylene được sản xuất chủ yếu trong công nghiệp LọcHóa dầu.Đi từ các phân đoạn dầu mỏ,trải qua các quá trình phản ứng và chưng tách sẽ thu được hỗn hợp Xylene mong muốn.Nội dung của đồ án là thiết kế tháp chưng cất mâm van cố định trong cụm RSU để tách hỗn hợp Xylene từ dòng Reformate,với năng suất nhập liệu là 15000 tấnh.Nội dung của bài báo cáo được chia làm 6 chương:•Chương 1: Tổng quan•Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng•Chương 3: Tính toán công nghệ thiết bị•Chương 4: Tính toán cơ khí cho thiết bị•Chương 5: Tính toán thiết bị phụ.•Chương 6 : Tính toán chi phí chế tạo thiết bịĐây là lần đầu tiên thực hiện việc thiết kế một hệ thống chưng cất trong công nghiệp nên dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi

LỜI MỞ ĐẦU - Trong xu nay, nhu cầu nguồn lượng hóa chất phục vụ cho cơng nghiệp hóa dầu ngày tăng cao Để đáp ứng điều đó, địi hỏi phải sử dụng q trình phân tách để tạo sản phẩm có độ tinh khiết cao như: chưng cất, cô đặc, hấp thụ, sấy, trích ly, chiết… Vì vậy, song song với việc học mơn lý thuyết, mơn học mang tính thực tế “Đồ án mơn học q trình thiết bị” giúp cho sinh viên có cách tiếp cận sâu trình thiết kế vận hành hệ thống, thiết bị cụm thiết bị ngành cơng nghệ hóa học Xylene sản xuất chủ yếu cơng nghiệp Lọc-Hóa dầu.Đi từ phân đoạn dầu mỏ,trải qua trình phản ứng chưng tách thu hỗn hợp Xylene mong muốn Nội dung đồ án thiết kế tháp chưng cất mâm van cố định cụm RSU để tách hỗn hợp Xylene từ dòng Reformate,với suất nhập liệu 15000 tấn/h Nội dung báo cáo chia làm chương: • Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Cân vật chất lượng • Chương 3: Tính tốn cơng nghệ thiết bị • Chương 4: Tính tốn khí cho thiết bị • Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ • Chương : Tính tốn chi phí chế tạo thiết bị Đây lần thực việc thiết kế hệ thống chưng cất công nghiệp nên dù cố gắng tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý q thầy khoa Kỹ thuật Hóa Học Bộ mơn Q trình Thiết bị để em hồn thành tốt cho mơn học sau Mục Lục Phụ lục bảng hình vẽ Phụ lục bảng Phụ lục hình vẽ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Quá trình thu hồi Xylene từ dịng Reformate 1.1.1 Tính chất vai trị Xylene  Xylene, gọi xylol dimethylbenzene hydorcarbon thơm gồm vòng benzen nhân với hai nhóm methyl vị trí thay khác Ba đồng phân xylene có cơng thức phân tử C8H10 Hỗn hợp chất lỏng không màu,nhờn ,thường gặp dung mơi  Các tính chất vật lý Xylene: Bảng 1.1 :Tính chất vật lý Xylene Các tính chất Khối lượng phân tử Tỉ trọng Nhiệt độ sơi Nhiệt độ nóng chảy o-Xylene 106 g/mol 0,88 g/ml o 144 C o -25 C m-Xylene 106 g/mol 0,86 g/ml o 139 C o -48 C p-Xylene 106 g/mol 0,86 g/ml o 138 C o 13 C Độ hịa tan Độ nhớt (20 oC) Khơng 0,812 cP Không 0,62 cP Không 0,34 cP  Ứng dụng Xylene : o P-Xylene tiền chất để tổng hợp terephthalic acid dimethyl terephthalate , hai momome sử dụng việc sản xuất polyehtylen terephthalate (PET) làm chai nhựa polyester o Hỗn hợp Xylene (có lẫn tỷ lệ phần trăm nhỏ ethylbenzene) khơng màu,có mùi thơm dễ cháy ,là dung môi phổ biến ngành mực in ,cao su ,nha khoa (hòa tan gutta percha) ,dầu khí ( hịa tan parafin )và chất kết dính o Sử dụng phịng thí nghiệm : Xylene dùng làm mát phản ứng ,loại bỏ dầu hỏa từ kính hiển vi khơ trước nhuộm  Độc tính Xylene: o Làm trầm cảm hệ thần kinh trung ương (CNS), với triệu chứng đau đầu,chóng mặt,buồn nơn ói mửa o Với nồng độ 100ppm, người cảm thấy buồn nôn,đau đầu 1.1.2 Quá trình reforming xúc tác  Quá trình Reforming xúc tác bao gồm phản ứng biến đổi cấu trúc phân tử Hydrocacbon từ mạch thẳng sang mạch nhánh.Từ cấu trúc vòng no sang cấu trúc thơm  Đối với cơng nghiệp sản xuất Benzen,Toluen Xylene Các vịng thơm tạo từ Quá trình Reforming xúc tác với nhập liệu phân đoạn Naptha nặng ( chứa chủ yếu vòng no Napthene) o  Quá trình xảy nhiệt độ từ 500-525 C  Xúc tác sử dụng thường tâm kim loại Pt chất mang Alumina 1.1.3 Thu hồi Xylene từ dịng reformate  Dịng Reformate ngồi chứa chủ yếu Benzen,Toluen hỗn hợp Xylene lẫn Parrafin,Cyclo Paraffin,Olefins,cặn nhựa,cốc  Vì vậy,dịng Reformate đưa qua tháp debuthanizer cụm Platformer/CCR để loại bỏ cấu tử nhẹ noaromatic, sau dịng sản phẩm đáy từ tháp debuthanizer chuyển qua tháp reformate splitter (cụm Reformate Splitter unit –RSU ) để thu hồi xylene 1.2 Giới thiệu chưng cất Khái niệm chưng cất 1.2.1 Chưng cất trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay tương đối khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hịa cấu tử khác nhau) • Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha q trình hấp thụ nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc hơi- • ngưng tụ cất đặc giống , nhiên khác trình chưng cất dung môi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện pha với tỉ lệ khác nhau) , trình đặc có dung mơi bay cịn lại chất tan không bay 1.2.2 Phương pháp chưng cất Các phương pháp chưng cất phân loại theo : o Áp suất làm việc áp thấp, thường ,cao  Nguyên tắc làm việc : dựa theo nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sơi cấu tử q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử  Nguyên lí làm việc : chưng bậc, chưng lôi theo nước, o Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp đuợc sử dụng trường hợp sau: • Khi nhiệt độ sơi cấu tử khác xa • Khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao • Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay • Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử o Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn o Chưng nước trực tiếp: Dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay hơi, thường áp dụng trường hợp chất tách không tan nước  Cấp nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp,cấp nhiệt gián tiếp 1.2.3 Các loại tháp chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Những trường hợp tháp mâm thường sử dụng; o Lưu lượng dịng lỏng/hơi khơng ổn định o u cầu đường kính lớn, lưu lượng dịng lớn o Thời gian lưu lỏng mâm lớn o Dịng q trình bẩn ,điều kiện nhiệt độ áp suất cao  Tùy theo cấu tạo mâm, ta có: o Tháp mâm chóp: mâm bố trí có chóp dạng trịn… o Tháp mâm xun lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh o Tháp mâm van : mâm gắn van cố định hay tự  Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Đệm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Tháp đệm thường dùng trường hợp: o Đường kính tháp nhỏ (ít 0,6 m) o Q trình địi hỏi vật liệu chống ăn mòn cao o Đòi hỏi tổn thất áp suất tháp thấp (ở điều kiện chân khơng) o Dịng lỏng dễ tạo bọt, vật liệu nhạy cảm với nhiệt So sánh ưu nhược điểm loại tháp mâm : Bảng 1.2 : Bảng so sánh ưu nhược điểm loại tháp mâm (trích từ bảng 7.3 ,p 28,[3]) Thơng số Mâm xuyên lỗ Mâm van cố định Mâm van chuyển động Năng suất Cao Cao Cao đến cao Hiệu suất Cao Cao Cao Tỉ số vận hành (khoảng Khoảng 2:1 Nhìn chung làm việc ) khơng phù hợp với điều kiện tải trọng thay đổi Khoảng 2,5:1 Nhìn chung không phù hợp với điều kiện tải trọng thay đổi Khoảng 4:1 đến 5:1 Một số phương án thiết kế đại tỷ số vận hành ≥ 8:1 Lượng lỏng bị Trung bình theo dịng Trung bình Trở lực Trung bình Trung bình Cao Giá thành Thấp Thấp Cao 20% Giá bảo dưỡng ,sữa Thấp chữa Thấp Trung bình Khả tắt nghẽn Thấp đến thấp Thấp đến thấp Trung bình Khả ăn mịn Thấp Rất thấp Trung bình Phạm vi ứng dụng Ứng dụng rộng rãi khoảng làm việc mâm tiêu chuẩn định ,môi trường có khả tắc nghẽn ăn mịn cao Ứng dụng rộng rãi Được sử dụng rộng rãi khoảng làm việc Khi khoảng làm việc mâm tiêu tiêu chuẩn định chuẩn định ,mơi trường có khả tắc nghẽn ăn mịn cao  Trung bình Dựa theo tiêu chí kinh tế ưu nhược điểm loại tháp mâm nêu :Đối với hệ : Benzene,Toluene, hỗn hợp đồng phân Xylene : ta dùng hệ thống chưng luyện tháp mâm van hoạt động liên tục áp suất thường,cấp nhiệt đáy tháp nồi đun.Trong phạm vi đồ án này, sử dụng cách tính gần với hỗ trợ công cụ mô HYSYS V7.3 1.3 Sơ Đồ Quy trình Cơng Nghệ ( vẽ đính kèm )  Thuyết minh qui trình cơng nghệ: Dịng Reformate đưa qua tháp debuthanizer cụm Platformer/CCR để loại bỏ cấu tử nhẹ noaromatic, sau dịng sản phẩm đáy từ tháp debuthanizer chuyển qua tháp reformate splitter (cụm Reformate Splitter unit –RSU ) Dòng nhập liệu vào tháp gồm dòng reformate (C6-C10) từ cụm Platformer/CCR loại bỏ noaromatic dòng AC8+ thu từ dòng sản phẩm đáy tháp Toluene column cụm Shell Sulfolane Nhiệt độ áp suất dòng nhập liệu : 105 oC 1atm Tháp RSU chưng cất thu Xylene chiếm 99,5% khối lượng đáy,trong đỉnh lượng Xylene chiếm 1,5 % khối lượng hỗn hợp với Benzen Toluen Dòng đỉnh tháp RSU đưa qua thiết bị ngưng tụ để ngưng tụ hoàn toàn,một phần dùng làm sản phẩm đỉnh,một phần hoàn lưu lại tháp.Ở đáy gia nhiệt nồi đun ống chùm ,sử dụng nước bảo hòa 10 atm để cấp nhiệt Sản phẩm đỉnh dòng light reformate ( AC7- ) dẫn qua cụm Shell Sulfolane thực trình xử lý thu hồi lượng AC8+ cịn thất thốt.Sản phẩm thu đáy tháp dẫn qua làm nguyên liệu cho cụm Xylene & aromatics Chương :CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1 Cân vật chất Các số liệu ban đầu 2.1.1 Bảng 2.1 Thành phần nguồn nhập liệu vào tháp : Cấu tử Cylohexane (C6H4) Xylene (C8H10) Cyclononane (C9H18) n-Decane (C10H22) n-C12 (C12H24) TỔNG o o kg/h 44097.84 10349.48 10767.73 12136.69 72648.21 150000 % khối lượng 0.2940 0.0690 0.0718 0.0809 0.4843 100 Phân tử khối 84 106 126 142 168 122.16 Tỉ lệ mol 0.43 0.08 0.07 0.07 0.35 kmol/h 523.9762 97.4839 85.2984 85.2984 426.4922 1218.5491 Suất lượng nhập liệu : 150 tấn/h Yêu cầu : Hàm lượng C9+ sản phẩm đáy nhỏ 0, 01 % khối lượng, hàm lượng C8- sản phẩm đỉnh nhỏ 0,4% khối lượng Các quy ước kí hiệu F : suất lượng kmol nhập liệu (kmol/h) mF : suất lượng khối lượng nhập liệu (kg/h) D : suất lượng kmol sản phẩm đỉnh (kmol/h) mD :suất lượng khối lượng sản phẩm đỉnh (kg/h) W : suất lượng kmol sản phẩm đáy (kmol/h) m w : suất lượng khối lượng sản phẩm đáy (kg/h) xF(i) : Nồng độ phần mol cấu tử i nhập liệu xD(i) : Nồng độ phần mol cấu tử i sản phẩm đỉnh xA(i) : Nồng độ phần mol cấu tử i sản phẩm đáy m(i) : suất lượng khối lượng cấu tử i vị trí A ( nhập liệu ,Đỉnh hay Đáy i : B (Benzen ), T( Toluen), P( para –xylene) ,O( Ortho-Xylene), M( Methaxylene) A ( F,D,W) (kg/h) 2.1.3 Cân vật chất – Xác định thành phần cấu tử • Theo yêu cầu, hàm lượng C9+ đỉnh