Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butane

Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butaneNăng suất: 70 tấnh (theo nhập liệu) = 1423,8 kmolhYêu cầu:•Thành phần C4 ở đỉnh không quá 0,01% khối lượng.•Thành phần C3 ở đáy không quá 0,01% khối lượng.Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau: Bảng 2.1. Phân bố thành phần của nhập liệuCấu tửLưu lượng (kmolh)Tỉ lệ molTỉ lệ khối lượngC2H6 (ethane)17,6550,01240,0075C3H8 (propane)871,790,61230,5480C4H10 (nbutane)525,80,36930,4357C5H12 (npentane)8,5550,0060,0088Tổng1423,81,00001,0000Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butaneNăng suất: 70 tấnh (theo nhập liệu) = 1423,8 kmolhYêu cầu:•Thành phần C4 ở đỉnh không quá 0,01% khối lượng.•Thành phần C3 ở đáy không quá 0,01% khối lượng.Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau: Bảng 2.1. Phân bố thành phần của nhập liệuCấu tửLưu lượng (kmolh)Tỉ lệ molTỉ lệ khối lượngC2H6 (ethane)17,6550,01240,0075C3H8 (propane)871,790,61230,5480C4H10 (nbutane)525,80,36930,4357C5H12 (npentane)8,5550,0060,0088Tổng1423,81,00001,0000Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butaneNăng suất: 70 tấnh (theo nhập liệu) = 1423,8 kmolhYêu cầu:•Thành phần C4 ở đỉnh không quá 0,01% khối lượng.•Thành phần C3 ở đáy không quá 0,01% khối lượng.Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau: Bảng 2.1. Phân bố thành phần của nhập liệuCấu tửLưu lượng (kmolh)Tỉ lệ molTỉ lệ khối lượngC2H6 (ethane)17,6550,01240,0075C3H8 (propane)871,790,61230,5480C4H10 (nbutane)525,80,36930,4357C5H12 (npentane)8,5550,0060,0088Tổng1423,81,00001,0000

1 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa MỤC LỤC TỔNG QUAN .3 1.1 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Thành phần condensate .3 1.1.3 Ứng dụng condensate 1.2 Lý thuyết chưng cất 1.2.1 Phương pháp chưng cất 1.2.2 Thiết bị chưng cất 1.3 Giới thiệu Condensate .3 Thuyết minh quy trình cơng nghệ DỮ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 Dữ liệu đầu vào 2.2 Cân vật chất 2.3 Tính độ bay tương đối 2.4 Tính Nmin 2.5 Tính số hồi lưu tối thiểu 10 2.6 Xác định bậc lý thuyết N tương ứng với số R hợp lý 12 2.7 Tính hiệu suất đĩa .13 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 14 3.1 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ .14 3.2 Cân nhiệt lượng thiết bị đun sôi đáy tháp 14 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH .15 4.1 Tính sơ đường kính đĩa 15 4.2 Sắp đặt sơ mặt đĩa 16 4.2.1 Số đường Lỏng 16 4.2.2 Khoảng cách mâm 16 4.2.3 Các kích thước khác .16 4.2.4 Bước lỗ 17 4.2.5 Chiều dài ngưỡng chảy tràn chiều rộng kênh chảy truyền .17 4.3 Vòng tính lặp .18 4.3.1 Kiểm tra sặc đĩa 18 4.3.2 Kiểm tra tắt nghẽn kênh chảy truyền lỏng 19 4.4 Vòng tính lặp số 21 -Trang 1- Đồ án Quá trình Thiết bị 4.4.1 Sắp xếp lại mặt đĩa .21 4.4.2 Chiều dài ngưỡng chảy tràn chiều rộng kênh chảy truyền .21 4.4.3 Kiểm tra sặc đĩa 22 4.4.4 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền 22 4.5 Chế độ làm việc mâm 22 4.5.2 Xác định lượng lỏng theo .23 4.5.3 Thời gian lưu lỏng kênh chảy truyền 24 4.5.4 Trở lực mâm 24 4.5.5 Kiểm tra chiều cao mực chất lỏng kênh chảy truyền : 25 Chiều cao tháp .27 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ .28 5.1 Tính bề dày thân 28 5.2 Tính nắp đáy 30 5.3 Bích ghép thân, đáy nắp 33 5.4 Tính đường kính bích ghép loại ống dẫn 33 5.4.1 Vị trí nhập liệu .33 5.4.2 Ống đỉnh tháp .34 5.4.3 Ống dẫn lỏng hoàn lưu 34 5.4.4 Ống dẫn vào đáy tháp 35 5.4.5 Ống dẫn chất lỏng vào nồi đun 36 5.4.6 Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy) 36 5.5 Chân đỡ tháp 37 5.5.1 Tính tải trọng tháp 37 5.5.2 Chân đỡ tháp 38 5.6 Kiểm tra thủy lực 22 4.5.1 4.6 GVHD: Tạ Đăng Khoa Tai treo 38 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHU 39 6.1 Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp 39 6.2 Thiết bị đun sôi đáy tháp .43 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 -Trang 2- Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Condensate 1.1.1 Định nghĩa Về bản, condensate hỗn hợp hydrocarbon lỏng tách từ khí đồng hành khí thiên nhiên Thành phần condensate chủ yếu hydrocarbon mạch thẳng, bao gồm pentane hydrocarbon nặng (C5+) Condensate có điểm sơi nằm dải điểm sôi xăng Tỷ trọng condensate vào khoảng 80 API Cụ thể, condensate gọi khí ngưng tụ hay lỏng đồng hành, dạng trung gian dầu khí có màu vàng rơm Condensate hỗn hợp hydrocarbon lỏng tỷ trọng thấp có mặt thành phần thể khí (người ta thường gọi phần lỏng ngưng khí) đặc trưng cho phân đoạn C5+ Condensate khơng thu từ q trình khai thác dầu mỏ, mà đươc hình thành chất lỏng ngưng tụ, từ dòng khí đường ống Độ API condensate từ 50 đến 120 Trong q trình khai thác dầu khí, condensate bị lơi theo khí đồng hành hay khí thiên nhiên, ngưng tụ thu hồi sau qua bước xử lý, tách khí phương pháp làm lạnh ngưng tụ, chưng cất nhiệt độ thấp, hấp thụ dầu Tính chất tùy thuộc vào nguồn, ứng dụng nó: nhà máy lọc dầu, tùy vào tính chất condensate, tốt làm cấu tử pha trộn xăng, xấu người ta trộn với dầu thô chưng cất lại 1.1.2 Thành phần condensate Thành phần condensate hydrocarbon no pentane, hexane, heptane (C5+), ngồi có hydrocarbon mạch vòng, nhân thơm số tạp chất khác Condensate sử dụng chủ yếu để pha chế xăng, dung môi pha sơn, dung môi công nghiệp Thành phần condensate hydrocacbon no có phân tử lượng tỷ trọng lớn butan pentane, hexane, heptane Ngồi chứa hydrocacbon mạch vòng, nhân thơm, số tạp chất khác Chất lượng phụ thuộc vào mỏ khai thác, cơng nghệ chế độ vận hành q trình tách khí 1.1.3 Ứng dụng condensate Condensate dùng để chế biến sản phẩm sau: - Naphtha: xăng gốc, dùng để pha xăng - White spirit: dung môi pha sơn - IK (Illuminat kerosene): dung môi, dầu hỏa - Diesel oil -Trang 3- Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa - Fuel oil 1.2 Lý thuyết chưng cất 1.2.1 Phương pháp chưng cất Khái niệm - Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí – lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cac cấu tử khác nhau) - Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha trình hấp thu nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ - Quá trình chưng cất đơn giản trình đặc có chất tương tự nhau, nhiên có khác biệt trình chưng cất dung mơi chất tan bay hơi, q trình đặc có dung mơi bay chất tan khơng bay (nếu có bay điều khơng mong muốn) - Đối với sản phẩm trình chưng cất, thường hệ có cấu tử ta thu bấy nhiêu sản phẩm Nếu hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm 1.2.2 Thiết bị chưng cất Yêu cầu thiết bị chưng cất diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Ta có hai loại tháp chính:  Tháp mâm: tháp có thân hình trụ, thẳng đứng, phía bên có gắn mâm tạo điều kiện cho hai pha tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo ta có loại mâm sau:  Mâm chóp: mâm có bố trí chóp (gồm ống mũ chóp) dạng tròn, vng  Mâm xun lỗ: mâm có nhiều lỗ rãnh  Tháp chêm (tháp đệm): tháp có thân hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Tương tự chọn phương pháp chưng cất, chọn thiết bị chưng cất cần tùy thuộc vào điều kiện sẵn có, tính chất hỗn hợp, yêu cầu độ tinh khiết mà ta chọn phương pháp cho phù hợp -Trang 4- Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Bảng So sánh ưu nhược điểm loại tháp Tháp mâm xuyên Tháp mâm chóp lỗ - Cấu tạo đơn giản - Trở lực tương đối - Khá ổn định - Trở lực thấp thấp - Hiệu suất cao - Làm việc với chất - Hiệu suất lỏng bẩn cao Tháp chêm Ưu điểm - Hiệu ứng thành nên hiệu suất thấp - Độ ổn định thấp khó Nhược điểm vận hành - Khó tăng suất - Thiết bị nặng nề - Không làm việc với chất lỏng bẩn - Kết cấu phức tạp - Có trở lực lớn - Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp 1.3 Thuyết minh quy trình cơng nghệ Condensate sau qua quy trình xử lý tách phân đoạn naphtha nhẹ (C8-) trộn với hydro, gia nhiệt đưa vào thiết bị phản ứng để vào giai đoạn reforming xúc tác Tại xảy phản ứng tạo aromatic benzene, toluene, p-xylene nhiều loại sản phẩm khác Sản phẩm sau khỏi bình phản ứng đưa vào thiết bị phân tách hydro Phần khí hydro làm tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng Sau phân tách hydro, hỗn hợp lại đưa vào tháp chưng cất phân đoạn để tách hydrocacbon nhẹ khỏi pha lỏng trước sản phẩm lỏng đưa đến tháp chiết tách phân đoạn giàu hydrocacbon thơm -Trang 5- Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa DỮ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 Dữ liệu đầu vào Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane butane Năng suất: 70 tấn/h (theo nhập liệu) = 1423,8 kmol/h Yêu cầu:  Thành phần C4 đỉnh không 0,01% khối lượng  Thành phần C3 đáy không 0,01% khối lượng Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô Aspen Hysys V8.8 Phân bố thành phần nhập liệu cho bảng sau: Bảng 2.1 Phân bố thành phần nhập liệu Lưu lượng (kmol/h) Tỉ lệ mol Tỉ lệ khối lượng C2H6 (ethane) 17,655 0,0124 0,0075 C3H8 (propane) 871,79 0,6123 0,5480 C4H10 (n-butane) 525,8 0,3693 0,4357 C5H12 (n-pentane) 8,555 0,006 0,0088 Tổng 1423,8 1,0000 1,0000 Cấu tử 2.2 Cân vật chất Từ bảng phân bố nồng độ cấu tử thông số đặc trưng cấu tử, tiến hành tính tốn cân vật chất Cân cho tồn tháp: gọi D lưu lượng sản phẩm đỉnh theo kmol/h, W lưu lượng sản phẩm đáy tính theo kmol/h Theo yêu cầu tỉ lệ sản phẩm đề ta lập hệ phương trình sau: Giải hệ phương trình ta nghiệm sau: -Trang 6- Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Bảng 2.2 Thành phần sản phẩm đỉnh Cấu tử C2H6 (ethane) C3H8(propane) C4H10 (n-butane) C5H12 (n-pentane) Tổng Sản phẩm đỉnh Lưu lượng Tỉ lệ mol (kmol/h) 17,6807 0,0199 866,3568 0,9751 4,4424 0,0050 0,0000 0,0000 888,4800 1,0000 Tỉ lệ khối lượng 0,0136 0,9798 0,0066 0,0000 1,0000 Bảng 2.3 Thành phần sản phẩm đáy Cấu tử Sản phẩm đáy Lưu lượng Tỉ lệ mol (kmol/h) Tỉ lệ khối lượng C2H6 (ethane) 0,0000 0,0000 0,000 C3H8 (propane) 5,4067 0,0101 0,0076 C4H10 (n-butane) 521,3481 0,9739 0,9725 C5H12 (n-pentane) 8,5652 0,0160 0,0199 535,3200 1,0000 1,0000 Tổng 2.3 Tính độ bay tương đối Ta cần phải tính độ bay tương đối cấu hỗn hợp tương ứng với vị trí: - Đỉnh tháp: - Đáy tháp: - Nơi nhập liệu: Từ tính độ bay tương đối trung bình [1] Đặt giả thiết áp suất đỉnh tháp Pđỉnh = 1.8 bar, t = 54.3oC đáy tháp Pđáy = 2.5 bar, t = 133.4oC , ta truy xuất hệ số cân pha K từ sở liệu HYSYS -Trang 7- Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Nơi đỉnh tháp Bảng 2.3 Bảng tính tốn độ bay tương đối đỉnh tháp Cấu tử C5 (n-propane) C6 (n-hexane) C7 (n-heptane) C8 (n-octane) C9 (n-nonane) Nhiệt độ: T = 54.23oC; Áp suất: P = 180kPa yi=xiD Ki xi=yi/Ki iD 0.9999 1.0001 0.9999 16.3945 0.0001 0.3701 0.0002 6.0676 0.0000 0.1425 0.0000 2.3366 0.0000 0.0610 0.0000 1.0000 0.0000 0.0240 0.0000 0.3934 Nơi đáy tháp Bảng 2.4 Bảng tính toán độ bay tương đối đáy tháp Cấu tử C5 (n-propane) C6 (n-hexane) C7 (n-heptane) C8 (n-octane) C9 (n-nonane) Nhiệt độ: T = 133.4oC; Áp suất: P = 250kPa xiW Ki yi=Ki xiW iW 0.0001 2.7931 0.0004 8.8254 0.5994 1.3192 0.7908 4.1681 0.2726 0.6426 0.1752 2.0304 0.0851 0.3165 0.0269 1.0000 0.0427 0.1595 0.0068 0.5038 Nơi nhập liệu Nhiệt độ nhập liệu vào tháp : tF = 99oC PF = 2.2bar - Giả thuyết phần trăm bay : L + V = (với L,V lượng pha lỏng cần làm bốc hơi) - Nếu ta gọi Zi nồng độ ban đầu cấu tử i hỗn hợp, xi yi nồng độ cấu tử i pha lỏng pha cân bằng, thì: Z i  xi L  yi V  xi (1  V )  yi V  xi [1  V (K i  1)] � xi  Zi  V (K i  1) -Trang 8- [1] Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa - Tính tốn kiểm tra lại, ta có bảng sau: Bảng 2.5 Bảng tính tốn độ bay tương đối nơi nhập liệu Cấu tử Zi C5 (n-propane) C6 (n-hexane) C7 (n-heptane) C8 (n-octane) C9 (n-nonane) 0.2037 0.4774 0.2171 0.0678 0.0340 Nhiệt độ: T = 133.4oC; Áp suất: P = 250kPa Ki xi li iF 2.5246 0.1398 0.0978 10.4594 1.1254 0.4601 0.3221 4.6624 0.5183 0.2538 0.1776 2.1475 0.2414 0.0878 0.0614 1.0000 0.1153 0.0463 0.0324 0.4779 Bảng 2.5 Bảng tính tốn độ bay tương đối trung bình Cấu tử C5 (n-propane) C6 (n-hexane) C7 (n-heptane) C8 (n-octane) C9 (n-nonane) 2.4 Tính Nmin iD 16.3945 6.0676 2.3366 1.0000 0.3934 iW 8.8254 4.1681 2.0304 1.0000 0.5038 iF 10.4594 4.6624 2.1475 1.0000 0.4779 i 11.4810 4.9037 2.1679 1.0000 0.4559 Số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu Nmin tương ứng với trường hợp hồi lưu toàn phần Đối với hệ hai cấu tử , đại lượng Nmin xác định dễ dàng đồ thị Nói chung, trường hợp sử dụng cơng thức Fenske để xác định số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu N min, Trong đồ án này, ta xem xét dạng công thức Fenske cho hệ nhiều cấu tử: [1] Ta áp dụng cơng thức cho để tính số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu nmin cho đoạn luyện mmin cho đoạn chưng tháp Khi tính nmin ta viết phương trình Fenske cho hai cấu tử khóa đỉnh nơi nhập liệu, ngược lại tính mmin ta tính cho cấu tử khóa nơi nhập liệu đáy Độ bay tương đối trung bình tính cho hai vị trí tương ứng , cụ thể sau: -Trang 9- 10 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa [1] [1] Trong chọn C6 làm cấu tử khóa nhẹ, C8 làm cấu tử khóa nặng Thế số vào ta tính được: 2.5 Tính số hồi lưu tối thiểu Trong chưng cất hệ nhiều cấu tử, Gilliland đề nghị số phương pháp tính tỷ số hồi lưu tối thiếu Rmin nêu lên số vấn đề sau: - Việc hồi lưu cấu tử khóa sở yếu cho việc tính tốn - Việc hồi lưu cấu tử nhẹ nặng có tác dụng trực tiếp đến tồn hỗn hợp, tính tốn bổ sung thêm dạng đại lượng hiệu chỉnh - Trạng thái nhập liệu tương ứng với trường hợp biên sau:  Nhâp liệu trạng thái lỏng: nhiên khơng phải hồn tồn lỏng có cấu tử nhẹ cấu tử khóa nhẹ bay  Nhập liệu trạng thái hơi: khơng phải bay hồn tồn mà cấu tử nặng cấu tử khóa nặng khơng bay Các trường hợp nhập liệu biên cho tỉ số hồi lưu tối thiểu tương ứng từ nội suy tuyến tính cho tỷ số hồi lưu tối thiểu bất kỳ tương ứng với trạng thái nhập liệu nằm hai trạng thái biên kể J.C.Maxwell biến đổi đơn giản hóa cơng thức Gilliland cuối đưa công thức tính hồi lưu tối thiểu Rmin [1] dạng sau: �x � ( j l j )light  �� jD Rmin   � � �� � � lj �  jlight  � �� � � � � �  x jheavyD � �� ilight ( xilightD  lilight x jheavyD ) � � �  ilight  � ilight � � � light � �  iheavy � x  �� ( jlightD  xiheavyD ) �  jlight   iheavy liheavy iheavy � � -Trang 10- 37 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Bảng 4.7 Thông số bích liền để ghép ống dẫn lỏng hồn lưu Dy Dn 200 D 219 290 D Dl mm 255 h 232 db Bu lông Z 22 M16 5.4.4 Ống dẫn vào đáy tháp Lưu lượng khối lượng vào đáy tháp: gGW = 129900 (kg/h) Khối lượng riêng vào đáy tháp: G  74,99 (kg/m3) Lưu lượng lỏng hoàn lưu là: QGW  gGW 129900   1732,31 G 74,99 (m3/h) Chọn vận tốc đỉnh tháp là: vGW= 40(m/s) Đường kính ống nhập liệu: dGW = 4.QGW   vGW [4] 4.1732, 31  0,12(m) 3600. 40  Chọn đường kính ống đỉnh tháp: dGW = 125(mm), Theo tài liệu [5], chọn chiều dài đoạn ống nối ghép mặt bích lGW = 120mm Theo [5], thông số mặt bích tương ứng với P = 0,3633 N/mm2 là: Bảng 4.8 Thơng số bích liền để ghép ống dẫn vào đáy tháp Dy 125 Dn 133 D 235 D mm 200 Dl h 178 -Trang 37- db 20 M16 Bu lơng Z 38 Đồ án Q trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa 5.4.5 Ống dẫn chất lỏng vào nồi đun Lưu lượng khối lượng lỏng vào nồi đun: gLW = 229805 (kg/h) Khối lượng riêng lỏng vào nồi đun:  L  584, 03 (kg/m3) Lưu lượng lỏng vào nồi đun là: QLW  g LW 229805   393, 48 L 584, 03 (m3/h) Chọn vận tốc lỏng đáy tháp là: vLW= 1,5(m/s) Đường kính ống nhập liệu: dLW = 4.QLW   vLW [4] 4.393, 48  0, 29( m) 3600. 1,  Chọn đường kính ống đỉnh tháp: dLW = 300(mm), Theo tài liệu [5], chọn chiều dài đoạn ống nối ghép mặt bích lLW = 140mm Theo [5], thơng số mặt bích tương ứng với P = 0,3633 N/mm2 là: Bảng 4.9 Thông số bích liền để ghép ống dẫn lỏng vào nồi đun Dy Dn 300 325 D 435 D mm 395 Dl h 365 db Bu lông Z 24 M20 12 5.4.6 Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy) Lưu lượng sản phẩm đáy là: QW  165, 78 (m3/h) Chọn vận tốc lỏng sản phẩm đáy là: vW= 1(m/s) Đường kính ống nhập liệu: dW = 4.QW   vW [4] 4.165, 78  0, 24( m) 3600.  Chọn đường kính ống đỉnh tháp: dW = 250(mm) Theo tài liệu [5], chọn chiều dài đoạn ống nối ghép mặt bích lW = 140mm Theo bảng [5], thông số mặt bích tương ứng với P = 0,3633 N/mm2 là: -Trang 38- 39 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Bảng 4.10 Thơng số bích liền để ghép ống dẫn lỏng từ nồi đun Dy 250 Dn 273 D D 370 Dl mm 335 h 312 db 24 M16 Bu lông Z 12 5.5 Chân đỡ tháp 5.5.1 Tính tải trọng tháp Khối lượng toàn tháp bao gồm khối lượng thân tháp, đáy, nắp chất lỏng tháp, bích đĩa Ta có:  X 18 H 10T = 7900 kg/m3  Khối lượng bích ghép thân: m  ( D  D02 ).h. X 18 H 10T  Khối lượng bích ghép ống dẫn: m  ( D  Dn2 ).h. X 18 H 10T  Khối lượng đĩa: gồm khối lượng đĩa thật kênh chảy truyền tính tốn dựa diện tích tự đĩa AN m  AN   X 18 H 10T  LW WDC   X 18 H 10T  Khối lượng thân tháp: m  ( Dng  DT2 ).H. X 18 H 10T  Khối lượng đáy (nắp) tháp: m  Ad Sd  X 18 H 10T  Khối lượng lỏng đĩa: m = AB.hw.Lỏng+ ADB.TS.lỏng -Trang 39- 40 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Ta có bảng sau: Bảng 4.11 Trọng lượng tồn tháp m bích ghép thân (kg) m bích ghép nhập liệu (kg) m bích đỉnh tháp (kg) m bích lỏng hồn lưu (kg) m bích đáy tháp (kg) m bích lỏng vào nồi đun (kg) m bích lỏng từ nồi đun (kg) m đĩa (kg) m 30 đĩa (kg) m thân (kg) m đáy (kg) m nắp (kg) m lỏng mâm (kg) m tháp (kg) P tháp (N) P tháp max (N) 265.59 4.93 3.39 4.93 4.66 12.45 9.29 166.80 5003.91 10890.04 560.58 560.58 128.88 17616 176160 291700 5.5.2 Chân đỡ tháp Tháp đỡ bốn chân Tải trọng chân là: GC = P/4 = 291700/4 = 72925 (N) Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn GC = 8.104 (N) Ta có kích thước chân đỡ sau: Bảng 4.11 Kích thước chân đỡ (mm) [5] L B 300 B1 240 B2 260 H 922 h 1596 -Trang 40- s 946 l 18 d 112 34 41 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa 5.6 Tai treo Tháp gắn thêm tai treo Chọn GC = 8.104 (N) Ta có kích thước tai treo sau: Bảng 4.12 Kích thước tai treo (mm) [5] L B 270 B1 240 H 240 s l 420 14 a 120 d 25 34 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHU 6.1 Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ - ống loại vỏ - ống đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống: 38x3, đường kính ngồi d = 38mm, đường kính d = 32mm, bề dày ống  t  3mm n tr Chọn nước làm lạnh ống với t1 = 25oC t2 = 40oC Các tính chất nước làm lạnh ứng với ttb  t1  t2 25  40   32,5 o 2 C - Nhiệt dung riêng: Cn = 4,18 (kJ/kg.K) - Khối lượng riêng: n  994,9 (kg/m3) - Độ nhớt động lực: n  0, 7601.10 (N.s/m2) - Hệ số dẫn nhiệt: n  0,622 (W/m.K) 3 - Chuẩn số Prn = 5,16 Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Gn = 161185 (kg/h) = 44,77 (kg/s) Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Ftb  Qnt K tlog Với K: hệ số truyền nhiệt tlog : nhiệt độ trung bình logarit  Hiệu số nhiệt độ trung bình: -Trang 41- 42 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa  Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K 1  �rt  n  nt Với  n : hệ số cấp nhiệt nước ống (W/m2.K)  nt : hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (W/m2.K) �rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu  Chọn vận tốc nước ống = 0,5m/s Gn 44,77 �  �  112 2 � số ống: n = n  �dtr �vn 994,9  �0.032 �0.5 ống Tra bảng, chọn số ống n = 127 ống theo tiêu chuẩn sách � vận tốc thực tế nước ống: = 0.44m/s  Chuẩn số Reynolds: Re n  dtr  n 0, 44.0,032.994,9   18429  104 3 n 0, 7601.10 � Nước chuyển động chế độ chảy rối  Xác định chuẩn số Nusselt công thức: Nun  0.021� L �Re n 0,8 �Prn 0,43 �( Prn 0,25 ) Prw Trong đó:   L hế số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều dài đường kính  ống, tra bảng, L =  Prw hệ số Pr nước nhiệt độ trung bình vách  Hệ số cấp nhiệt nước ống: n  Nun �n dtr Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu bẩn -Trang 42- 43 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa qt  t w1  t w , W / m2 �rt Trong đó: - tv1 nhiệt độ vách tiếp xúc với ngưng - tv2 nhiệt độ vách tiếp xúc với nươc ống - �rt  t  r1  r2 t   t bề dày ống,  t = 0,003m  t hệ số dẫn nhiệt thép, t = 17,5 W/(m.độ)  r1, r2 nhiệt trở lớp cáu ống, tra bảng ta được: = 0.172x10-3 (m2.độ)/W, r2 = 0.172x10-3 (m2.độ)/W r1 � �rt  5,16 �104 (m2.độ/W) Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ống - Hệ số cấp nhiệt phía 1 tính theo cơng thức sau, ống đơn: 1  1, 28 r� �  �d n �(tngung  tw1 ) Trong thơng số vật lí lưu chất tính tốn tra nhiệt độ trung bình màng ngưng tm - Hệ số cấp nhiệt trung bình chùm ống: Trong  nt   tb �1  tb hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống số ống dãy thẳng đứng, tra giản đồ, ứng với số ống đường chéo hình cạnh 37:  tb  0.65 Tính lặp để xác định thơng số q trình truyền nhiệt Để tính giá trị hệ số cấp nhiệt mật độ dòng nhiệt, ta cần biết trước giá trị nhiệt độ vách ống truyền nhiệt Chọn nhiệt độ vách tw1 = 480C tnt  tw1 54, 23  48   51,120 C 2 Nhiệt độ trung bình màng ngưng: tm = -Trang 43- 44 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa Các thơng số vật lí lưu chất ngưng tụ nhiệt độ 51,120C: Khối lượng riêng hỗn hợp  = 601,4kg/m3 Độ nhớt hỗn hợp tính theo công thức: 0,267.10-3 (N.s)/m2 Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp  = 0,098 W/m.K Nhiệt ngưng tụ dòng r = rD = 345,28 kJ/kg Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ chùm ống: r� �  0, 65 �1, 28  �d n �(tngung  tw1 )  nt   1 = 1736,46 W/(m2.độ) Mật độ dòng nhiệt từ màng ngưng vào thành ống: qngưng =  nt (tngung  tw1 )  1736,46 �(54, 23  48)  10818,15 W/m2 Nhiệt độ vách ống: tw2 = tw1 – qt �rt = 48 – 10818,15 5,16.10-4 = 42,420C Giá trị Pr tính theo nhiệt độ vách: Prw = 4,13 � Nun  0,021� L �Re n 0,8 Prn 0,43 ( Prn 0,25 ) Prw = 116,21 Hệ số cấp nhiệt phía nước: n  Nun n  2258,83(W / m2 K ) dtr Mật độ dòng nhiệt từ thành ống vào dòng nước lạnh: qn   n �(tw  t f )  2258,83 �(42,42  37,5)  11113,4 Sai số mật độ dòng nhiệt qngưng qn:  qn  qngung qn  2, % < 5% (thỏa mãn) Cấu tạo thiết bị ngưng tụ Hệ số truyền nhiệt tổng quát: -Trang 44- W/m2 45 Đồ án Quá trình Thiết bị K GVHD: Tạ Đăng Khoa 1   651, 64 1 1  �rt   5,16 �10 4  n  A 2258,83 1736, 46 W/(m2K) Bề mặt truyền nhiệt: F Qnt  206, 72m K tlog Chiều dài ống truyền nhiệt: L F  14,8m d n  dtr n � � Chọn chiều dài ống L = 5m tổng số ống 367 Vậy tổng số ống 367 ống, đường kính 0,032m, dày 0,003m, chiều dài ống 5m Sắp xếp ống theo hình cạnh Số hình sáu cạnh 6, ống xếp đỉnh hình sáu cạnh ống tâm Đường kính thiết bị tính theo cơng thức: D  t �(b  1)  4d ng , m Trong đó:  t bước ống, chọn t = 1.3dng = 0.05m  b số ống đường chéo hình sáu cạnh cùng, b = 23 � D  0.05 �(23  1)  �0.038  1, 252m Chọn đường kính thiết bị D = 1,3 m 6.2 Thiết bị đun sôi đáy tháp Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp nồi đun Kettle Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T Chọn kích thước ống 38x3, đường kính ngồi d = 38mm, đường kính d = 32mm, bề dày ống  t  3mm n tr Hơi nước bão hòa ống dung dịch lỏng đáy tháp ống Chọn đốt nước atm ống 38x3  Nhiệt hóa hơi: r = 2189,5 (kJ/kg)  Nhiệt độ sôi: t = 152,25 oC Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ:  Trước vào nồi đun (lỏng): tS1 = 109,3oC -Trang 45- 46 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa  Sau đun sôi (hơi): tS2 = 113,4oC Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Ftb  Qnt K tlog Với K: hệ số truyền nhiệt tlog : nhiệt độ trung bình logarit Hiệu số nhiệt độ trung bình: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K 1  �rt  n s Với  n : hệ số cấp nhiệt đốt (W/m2.K)  s : hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy (W/m2.K) �rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu bẩn qt  t w1  t w , W / m2 �rt Trong đó: tw1 nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt (trong ống) tw2 nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống) �rt   t  r1  r2 t  t bề dày ống,  t = 0,003m -Trang 46- 47 Đồ án Quá trình Thiết bị  GVHD: Tạ Đăng Khoa t hệ số dẫn nhiệt thép, t = 17,5 W/(m.độ)  r1, r2 nhiệt trở lớp cáu ống, tra bảng ta được: = 0.172x10-3 (m2.độ)/W, r2 = 0.172x10-3 (m2.độ)/W � �rt  5,16 �104 (m2.độ/W) Hệ số cấp nhiệt phía lỏng ngồi ống  s tính theo cơng thức  h rw 0.033  0.333 w 0,75 q 0,7  s  7,77 �10 ( ) ( ) w  h w  w 0,45Cw 0,117Ts 0,37 2 Nhiệt độ trung bình dòng sản phẩm ống: TS  ts1  ts  111,35( o C ) Khối lượng riêng pha hơi:  h  75 (kg/m3) Khối lượng riêng sản phẩm đáy:  W  585,1 (kg/m3) Độ nhớt hỗn hợp:  W  0, 00165 (N.s/m2) Nhiệt dung riêng: CW  2650 (J/kg.K) Nhiệt hóa hơi: rW = 335,6 (kJ/kg) Sức căng bề mặt:  w  0, 0103 (N/m) Hệ số dẫn nhiệt: w  0, 0932 (W/m.K) Hệ số cấp nhiệt ống:  n  1, 28 r� �  �d n �(tngung  tw1 ) Dùng phép lặp: chọn tW1 = 150oC Nhiệt độ trung bình vách: tm  tnt  t w1 152, 25  150   151,13 o 2 C Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng nước:  n  916,8 (kg/m3) -Trang 47- r1 48 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa 3 Độ nhớt nước: n  0,184.10 (N.s/m2) Hệ số dẫn nhiệt nước: n  0, 683 (W/mK) Nhiệt ngưng tụ dòng hơi: r = 2149,8 (kJ/kg) 2149,8.103 �916,82 �0, 6833 �  n  1, 28  17703,8(W / m2 K ) 3 0,184.10 �0,038 �(152, 25  150) qt = qnt =  n (tng – tw1) = 17703,8.(152,25-150) = 39833,6 (W/m2) tw2 = tw1 – qt �rt = 150 – 39833,6.5,16.10-4 = 129,45oC  s  7, 77 �102 (  h rw 0.033  0.333 w 0,75 q 0,7 ) ( )  2251, 7(W / m K ) 0,45 0,117 0,37 w  h w  w Cw Ts qs   s (t w  t s )  2251, 7.(129, 45  111,35)  40755,8(W / m ) Kiểm tra sai số:  qS  qnt  qs 2,26% < 5% (thỏa mãn) 1   �ri ) 1 K = s n =983,67 W/(m2.độ) ( Bề mặt truyền nhiệt: QC = 14805602480 (J/kg) F= Qc 14805602480   102,3m K tlog 3600 �983, 67 �40,87 Chọn số ống truyền nhiệt 241 ống, chiều dài thiết bị là: F 102,3  3,86m L = n �0.035 = 241�0.035  chọn L = 4m Đường kính thiết bị tính theo cơng thức: D  t �(b  1)  4d ng , m Trong đó:  t bước ống, chọn t = 1.3dng = 0.05m  b số ống đường chéo hình sáu cạnh ngồi cùng, b = 25 � D  0.05 �(25  1)  �0.038  1,352m Chọn đường kính thiết bị D = 1,4 m -Trang 48- 49 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa KẾT LUẬN Đồ án trình bày đề tài thiết kế hệ thống tháp chưng cất để thu hồi naphtha nặng sau hydrotreating Qua q trình tính tốn thiết kế, thấy tháp van đáp ứng yêu cầu đề tách naphtha nặng khỏi hỗn hợp sản phẩm sau hydrotreating Thiết kế thành công hồn chỉnh quy trình cơng nghệ hệ thống chưng cất sơ Tuy nhiên q trình tính tốn khơng tránh khỏi sai số số ngun nhân thiếu số liệu để tính tốn số liệu lấy từ mơ chưa có sở để xác minh độ xác; quy trình tính toán dựa phương pháp số nên tất nhiên sai số rất lớn tăng số lần tính Ngồi ra, tháp thiết kế thông qua số liệu thực nghiệm lý thuyết mà chưa có điều kiện thử nghiệm thực tế để đánh giá độ ổn định suất đạt Trong tương lai, đồ án nên mở rộng thêm củng cố số liệu thông qua phương pháp thực nghiệm để tăng độ tinh cậy Thực kiểm tra hoạt động tháp ngồi -Trang 49- 50 Đồ án Q trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa thực tế điều kiện vận hành Tiến hành mô hệ máy tính để tìm điều kiện thiết kế làm việc tối ưu Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bộ mơn Q trình thiết bị, đặc biệt thầy Tạ Đăng Khoa giúp đỡ, hướng dẫn tận tình việc trình bày, chỉnh sửa hoàn thiện báo cáo vẽ quy trình thiết bị -Trang 50- 51 Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Thị Ngọc Tươi - Hồng Minh Nam, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 14, Chưng cất hỗn hợp nhiều cấu tử, nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2012, 216tr [2] Phạm Thanh Huyền – Nguyễn Hồng Liên, Cơng nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu, nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2006, 293tr [3] Nguyễn Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 2, Tính tốn thiết kế, nhà xuất Bách Khoa-Hà Nội, 2011, 563tr [4] Tập thể tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006, 632tr [5] Tập thể tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006, 447tr [6] Henry Z.Kister, Chemical Engineering: Distillation Design, Nhà xuất McGrowHill, 1992, 711tr [7] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006, 239tr -Trang 51- ... kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane butane Năng suất: 70 tấn/h (theo nhập liệu) = 1423,8 kmol/h Yêu cầu:  Thành phần C4 đỉnh không 0,01% khối lượng  Thành phần C3... khỏi bình phản ứng đưa vào thiết bị phân tách hydro Phần khí hydro làm tuần hồn trở lại thiết bị phản ứng Sau phân tách hydro, hỗn hợp lại đưa vào tháp chưng cất phân đoạn để tách hydrocacbon nhẹ... Quá trình Thiết bị GVHD: Tạ Đăng Khoa TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Condensate 1.1.1 Định nghĩa Về bản, condensate hỗn hợp hydrocarbon lỏng tách từ khí đồng hành khí thiên nhiên Thành phần condensate