BÀI TẬP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Moles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni(L+Vki) yi=Kixi N2 0.0015 21 0.3187 0.6813 14.627 0.0001026 0.0021536 CO2 0.0324 3.5 0.3187 0.6813 2.7033 0.0119852 0.0419480 C1 0.3493 7 0.3187 0.6813 5.088 0.0686514 0.4805595 C2 0.177 1.75 0.3187 0.6813 1.511 0.1171407 0.2049962 C3 0.201 0.54 0.3187 0.6813 0.6866 0.2927535 0.1580869 iC4 0.0407 0.25 0.3187 0.6813 0.489 0.0832317 0.0208079 nC4 0.096 0.185 0.3187 0.6813 0.4447 0.2158712 0.0399362 iC5 0.0243 0.86 0.3187 0.6813 0.9046 0.0268623 0.0231016 nC5 0.0309 0.68 0.3187 0.6813 0.782 0.0395155 0.0268705 C6+ 0.0469 0.0107 0.3187 0.6813 0.326 0.1438861 0.0015396 Total 1 1.0000000 1.0000000 buble point dew point Moles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni(L+Vki) yi=Kixi N2 0.0015 21 0.3187 0.6813 14.627 0.0001026 0.0021536 CO2 0.0324 3.5 0.3187 0.6813 2.7033 0.0119852 0.0419480 C1 0.3493 7 0.3187 0.6813 5.088 0.0686514 0.4805595 C2 0.177 1.75 0.3187 0.6813 1.511 0.1171407 0.2049962 C3 0.201 0.54 0.3187 0.6813 0.6866 0.2927535 0.1580869 iC4 0.0407 0.25 0.3187 0.6813 0.489 0.0832317 0.0208079 nC4 0.096 0.185 0.3187 0.6813 0.4447 0.2158712 0.0399362 iC5 0.0243 0.86 0.3187 0.6813 0.9046 0.0268623 0.0231016 nC5 0.0309 0.68 0.3187 0.6813 0.782 0.0395155 0.0268705 C6+ 0.0469 0.0107 0.3187 0.6813 0.326 0.1438861 0.0015396 Total 1 1.0000000 1.0000000 buble point dew point

1 Trong một bình chứa accumulator của một quá trình khử propan sau khi qua condenser sản phẩm ngưng tụ hoàn toàn trong accumulator không có gas ra đuốc, hãy tính áp suất accumulator.Dòng sản phẩm như sau:

2 Trong một bình chứa accumulator của một quá trình sau khi qua condenser sản phẩm ngưng tụ một phần trong accumulator sản phẩm gas ra có thành phần ở bảng , áp suất accumulator là 5500kpa, hãy tính nhiệt độ accumulator

Dòng sản phẩm như sau:

bảng

3 Hãy lượng sản phẩm của một quá trình công nghệ sơ đồ như sau:

dòng gas vào máy nén khí có thành phần như sau

Tra đồ thị tại P=7000kpa, T=27 o C có h= 917 kJ/kg

Tra đồ thị tại P=7000kpa, T=49 o C có h= 977 kJ/kg

m= (565000m 3 /d)(1kmol/23,64m 3 )(1d/86400s)(20,3kg/kmol) = 5,62 kg/s

Q = mh = 5,62 (977- 917) = 337 kW

7 Propan lỏng bão hoà qua van giảm áp ở 38oC sau đó vào bình tách ở 552kpa Hãy tính bao nhiêu

% propan lỏng hoá hơi

Giải:

Qua van h2 = h1

Từ đồ thị P-H cho propan C3

h1 tại 38 o C trên đường điểm sôi nên h1 = h2 = 0 kJ/kg

h2 = Vh3 V + Lh3 L = 0

tại bình tách P= 552kpa, 38 o C tra đồ thị ta có h3 V = 280kJ/kg h3 L = -90kJ/kg

do đó ta có phương trình 0=280V-90L

kết hợp V+L = 1

giải ra V= 0,244; L= 0,756

vậy 24,4% propan lỏng bị hoá hơi

8 Một hỗn hợp dầu 27oAPI lưu lượng 6360m3/d được làm lạnh từ 84oC xuống 62oC dòng lạnh là một hỗn hợp 60%MEG, 40%H2O, khi vào có nhiệt độ là 38oC khi ra là 52oC, nhiệt dung riêng C = 3,14kJ/kg.oC Tính công suất nhiệt trao đổi, lưu lượng dòng lạnh

Giải:

Xét dòng dầu Q= mCp t

 = 141,5/(131,5+ o API) = 141,5/(131,5+ 27) = 0,893) = 141,5/(131,5+ 27) = 0,893

lưu lượng dòng dầu m = (6360 m 3 /d)(893kg/m 3 )(1d/86400s)= 65,7 kg/s

Tính nhiệt dung riêng dầu theo công thức (hoặc tra đồ thị)

9 Lưu lượng 0,283x106 std m3/day của dòng gas có  = 0,6 vào máy nén khí một cấp từ 690kpa

27oC lên 2070kpa Hiệu suất đoạn nhiệt máy nén là 83% Tính công suất máy nén và nhiệt độ khí đầu ra

Giải:

Từ P1,= 690kpa, T1 = 27 o C tra đồ thị ta có h1 = 1100kJ/kmol s1=-14,9 kJ/(kmol.K)

Qua máy nén s1=s2 =-14,9 kJ/(kmol.K) ; P2 = 2070kpa tra đồ thị T2isen = 103 o C, h2isen= 4200kJ/kmol -Wtheo = mhisen = 0,139kmol/s (4200-1100)kJ/kmol = 431KW

-Wact = (mhisen)/isen = 431/0.83 = 519kW

h2act = h1 + (h2isen – h1)/ isen = 1100+(4200-1100)/0.83= 4835 kJ/kmol

tại h2act = 4835 kJ/kmol và P2 = 2070kpa tra ra T2act = 117 0 C

có thể tính -Wact = mhact = 0,139x(h2act – h1) =0,139(4835 - 1100) = 519kW.

(lưu ý kW = KJ/s)

Đồ thị tra h-s cho khí thiên nhiên tỉ trọng 0,65~0,75

h2act = h1 + (h2isen – h1)/ isen = 501,9+(689-501,9)/0.85=722 kJ/kg

tại h2act = 722 kJ/kg và P2 = 4000kpa tính ra T2act = 143 0 C { solution 26 }

có thể tính -Wact = mhact = mx(h2act – h1) =18,927(722 – 501,9) =4164kW.

(lưu ý kW = KJ/s)

11 Dòng gas 1,7x106 std m3/d qua máy nén khí cấp 2 theo sơ đồ công nghệ sau Hãy tính công suất của máy nén khí cấp 2, nhiệt độ đầu ra máy nén khí Công suất quạt làm mát cấp 2 (lưu ý công suất này là do sự trao đổi nhiệt giữa không khí và dòng gas chứ không phải công suất môtơ quạt)

h2act = h1 + (h2isen – h1)/ isen = 483,29+(625-483,29)/0.85=650 kJ/kg

tại h2act = 650 kJ/kg và P2 =12500kpa tính ra T2act = 134 0 C { solution 31 }

có thể tính -Wact = mhact = mx(h2act – h1)

(lưu ý kW = KJ/s)

tính công suất quạt làm mát cấp 2

Giả sử nhiệt độ sau quạt là 48 o C thì qua quạt dòng khí không chuyển pha

Trước quạt ta đã tính được h1 = 650kj/kg

Sau quạt t=48 o C, P=12400kpa h2 = 393,7kj/kg ( solution 32 )

Công suất quạt là Q = m(h2-h1) = 18,33(393,7-650) = -4698kW

= 25psi, hC = -692Btu/lbm

tại điểm B có hB = hA = -795 Btu/lbm tại đây PB = 25psi lưu ý Tc = Tb = -20 o F trong thiết bị làm lạnh propan nhận nhiệt và giãn nở đẳng nhiệt.

Qua máy nén sD = sC và PD = 190 psi ta tìm được điểm D

Từ D qua A chính là quá trình trong condenser

Lưu lượng tuần hoàn của propan m = Qchiller /(hC - hB) = 1x10 6 /(-692- -795) = 9709 lbm/h

Công suất máy nén khí –W = m(hD - hC) /E = 9709(-650 - -629) /0,8 = 200hp

Công suất condenser Qcond = W- Qchiller = -200x2545 – 10 6 = -1,51x10 6 Btu/h

P-T-s-h cuûa Propan

tại E có Pe = Py=Pg = Pf = 517psi , E nằm trên đường điểm sôi nên he = -110kj/kg

tại B có hb = he = -110kj/kg (qua van h=const)

Qchiller = 3000kW=mb(hc-hb) =>mb=mc=me=3000/(250+110)=8,3kg/s

Tại F có Pf = 517 psi nằm trên đường điểm sương hf=280kj/kg

Qua economizer ta có mk*hk = me*he + mf*hf => mf = 3,2 kg/s

 mk = me+mf = 3,2+8,3 = 11,5kg/s

tại y trùng f nên hf=hy = 280kj/kg

E comp = 75% nên hy’ = hc+(hy-hc)/E = 250+ (280-250)/0,75 = 290kj/kg

Công suất máy nén cấp 1 là –W1 = mc(hy’-hc) = 8,3(290- 250) = 332kW

Tại G ta có my*hy’ + mf*hf = mg*hg => hg = (8,3x290+3,2x280)/11,5 = 287kj/kg

Tại D có hd = 345kj/kg , hd’ = hg + (hd-hg)/E = 287+(345-287)/0.75 = 364kj/kg

Công suất máy nén cấp 2 là –W2 = mg(hd’-hg) = 11,5(364-287 = 885kW

Tổng công suất hai máy nén khí –W = 332 + 885 = 1217kW

Công suất condenser Qcond = W- Qchiller = -1217- 3000= -4217kW

16 Một hỗn hợp dầu thô gồm các hydrocacbon gốc parafin nặng hơn propan có khối lượng riêng ởĐKC là 750kg/m3 hãy tính khối lượng riêng của hỗn hợp ở 3500kpa, 50OC , ước lượng khối lượng phân tử của hỗn hợp

Tra đồ thị ta có C1 = 0,995

xét hỗn hợp ở trạng thái 2 có T=39 o C, TR = (39+273)/ 479,85 =0,6502, PR = 3200/3232=0.99 Tra đồ thị ta có C2 = 0,97

2 = 1(C2/C1)= 645.77 (0,97/0,995)=628.3kg/m 3

tính theo cách khác:

ta dùng công thức Kreg

18 Tính áp suất hơi bão hoà Pv (Phbh) của C3H8, C2H6 , C4H10 tại 30oC

Giải:

Khi biết số liệu về Ts, Pc, Tc có thể xác định Phbh

Ts(K) Tc(K) Pc(kpa) Tsr beta deva ln(Pbhqd) Phbh(kpa) Tr T(k) Ts(C)

C1 111.48 190.55 4604 0.58504 5.144602 1.099017 2.154263 39692.22 1.59 303 -161.5 C2 184.42 305.43 4880 0.6038 5.59954 1.132323 -0.04503 4665.15 0.992 303 -88.58 C3 230.93 369.82 4249 0.62444 6.009085 1.152176 -1.37173 1077.85 0.819 303 -42.07 iC4 261.19 408.13 3648 0.63997 6.306419 1.160577 -2.32932 355.19 0.742 303 -11.81 nC4 272.51 425.16 3797 0.64096 6.364656 1.16163 -2.76872 238.24 0.713 303 -0.49 iC5 300.84 460.39 3381 0.65345 6.627434 1.163968 -3.8181 74.28 0.658 303 27.84 nC5 309.06 469.6 3369 0.65813 6.76356 1.163625 -4.14784 53.23 0.645 303 36.06 C6 341.74 507.4 3012 0.67351 7.147244 1.156954 -5.49171 12.41 0.597 303 68.74 C7 371.42 540.2 2736 0.68756 7.532532 1.141778 -6.7721 3.13 0.561 303 98.42

19 Tính toán thành phần khí, lỏng khi dòng hai pha đi qua các bình tách 1-V-252 trên giàn nén khí trung tâm (white tiger field)

Giải:

Dòng khí qua bình tách 1-V-252 sẽ có dòng khí ra và condensate trắng có thành phần như sau:

Moles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi

21 Hỗn hợp khí hydrocacbon sau được gia nhiệt lên 105oC trước khi vào bình tách có áp suất làm việc 1000kpa hãy tính thành phần của các dòng khí, lỏng khi chúng ra khỏi bình tách, và hãy vẽ giản đồ pha trước và sau bình tách, nhận xét gì

23 Tính toán lượng nước có trong khí trên sơ đồ công nghệ của giàn nén khí trung tâm, với lưu lượng khí về bờ là 6x106 std m3/day

24 Dòng gas bão hoà nước vào máy nén khí cấp 2 trên giàn nén khí trung tâm Hãy tính lượng nước ngưng tụ sau quạt theo các thông số trên sơ đồ công nghệ sau:

Giải:

khí sau bình tách 1-V-252A giàn nén khí lớn dữ liệu trong báo cáo khí 9-4-2004

Tci(k) Pci(kpa) yi MWi Mwi*yi Pci*yi Tci*yi

Trước khi vào máy nén khí thì dòng khí có P = 4000kpa, t = 40 o C bão hoà nước tra đồ thị thì trong

1 triệu m3 std khí thì lượng hơi nước là Win = 1500kg

Sau khi làm mát ở chế độ P=12400kpa, t = 45 o C thì lượng hơi nước bão hoà trong dòng khí là Wout = 800kg/1triệu std m3 khí

Vậy lượng nước ngưng tụ khi qua quạt là W = W_in – W_out = 1500 – 800 = 700kg/1 triệu m3 Nếu mỗi máy công suất là 1,7 triệu m3 std/day thì lượng nước mà bình tách giữ lại là 700x1,7 = 1190kg/day.

Theo Trekell và Campbell

(phương pháp này dùng cho các cấp áp suất 6900kpa trở lên đến 41400kpa)

Do đó P = 995x0,57 + 322x0,43 = 705 kpa

Từ đồ thị P-H cho propan C3

h1 tại 40 o C trên đường điểm sôi nên h1 = h2 = 4 kJ/kg

xét 1 mole C3 lỏng bão hoà qua van

h2 = Vh3 V + Lh3 L = 4

tại bình tách P= 540kpa, 40 o C tra đồ thị ta có h3 V = 280kJ/kg h3 L = -90kJ/kg

do đó ta có phương trình 4=280V-90L

kết hợp V+L = 1

giải ra V= 0,255; L= 0,745

vậy hoá hơi 25,5%

32 Tính toán các thông số cho hệ thống làm khô khí giàn nén khí trung tâm để xử lý 3x106 std m3/day (1 tổ) (độ sạch, lưu lượng glycol sạch, lưu lượng stripping gas, nhiệt độ regenerater, công suất quạt làm mát, nhiệt trao đổi qua exchanger, lượng nước tách ra…)

Giải:

Hệ thống làm khô khí cho dòng khí 3x106 std m3 /d, =0,75, áp suất 12500kpa và

40oC, nhiệt độ điểm sương yêu cầu 0oC contactor có số mâm lí thuyết N=1.5 Tính toánnồng độ tối thiểu của glycol sạch và lưu lượng tuần hoàn

Để đạt được nhiệt độ điểm sương cân bằng là 0 oC thì trong tính toán ta phải lấynhiệt độ điểm sương tính toán thấp đi thêm 10 oC khi đó nhiệt độ điểm sương tính toánlà -10oC Tra đồ thị ứng với nhiệt độ điểm sương -10 oC và nhiệt độ bình contactor 40 oC

ta tra ra nồng độ glycol sạch yêu cầu là Xgl = 99%

Lượng nước bão hoà của khí gas khi vào contactor (12500kpa, 40 oC) tra đồ thịW_inlet:= 700kg nước /1 triệu m3 khí gas * Cg = 700x0,99 = 693kg nước /1 triệu m3khí gas

Lượng nước bão hoà của khí gas khi ra contactor (12500kpa, 0 oC) tra đồ thịW_outlet: 80kg nước /1 triệu m3 khí gas

(W_inlet - W_outlet)/ W_inlet = (693-80)/693) = 0,885

tra đồ thị ra lưu lượng TEG tuần hoàn là 0,025 m3TEG/kg H2O

lượng nước tách ra từ dòng khí là 3x(693-80)/24 = 77kg/h

vậy lượng TEG sạch tuần hoàn là 25(liter)x77 = 1925 lit/h

Để tra lưu lượng stripping gas ta dùng đồ thị tra được 1 std m3 stripping gas/ m3 TEG

x 1,925 = 1,925 std m3/h

34 Đường ống dẫn khí ngoài khơi mỏ Bạch hổ là ống 16 inches (STD), khoảng cách về bờ là 110km, tại nơi tiếp nhậân trên bờ có áp suất 80 bar Hãy tính khả năng vận chuyển của đường ống này

Giải:

P1(kpa) P2(kpa) d (m) rel den L (m) T1(K) T2 (K) T round T mean P mean Z mean E qsc (m3/d)

1943.9 1000 0.38 0.9 46000 320 303 298 309.474 1522.39 0.831842 0.9 1500000

Solution 53

37 Hãy tính tóan độ dày thành bình, đường kính, chiều cao cho những bình tách khí phục vụ cho

sơ đồ công nghệ như sau:

38 Trong trường hợp hệ thống làm khô khí trên giàn nén khí trung tâm phải ngưng để sửa chữa, bạn hãy tính lượng methanol cần bơm vào đường hồi chính là bao nhiêu để tránh hidrate Cho lưu lượng hồi là 50000 std m3/h (1,2x106scmd)

Tính lượng Methanol nồng độ XL =100% cần thiết để tránh tạo hydrate tại PCOLT = 1000kpa, TCOLT

= -6oC

Giải:

1 Tính mW (kg) : khối lượng nước tự do trong hệ thống

WH2O tại P= 12000kpa, T = 40oC = 700kg/106 std m3

WH2O tại PCOLT = 1000kpa, TCOLT = -6oC là 340 kg/106 std m3

mW = F(A-B) = 1,2x(700 – 340) = 432 kg H2O/d

2 Tính d

d = HFT - TCOLT = 5- (-5)= 10

HFT nhiệt độ tạo hydrate tại PCOLT tra nhanh đồ thị khoảng 5oC

3 Tính nồng độ chất ức chế người ta đã xây dựng công thức thực nghiệm sau:

5 Phần Methanol bốc hơi bị mất theo pha khí và lỏng được xác định theo

mất trong pha lỏng HCLIQ = 0,4x0x1,2= 0 kg/d

mất trong pha khí HCVAP = C*F*XR = 33x1,2x20 = 792 kg/d

C = 33 tra từ đồ thị

6.mI_TOTAL =( mI WATER + mI HC LIQUID + mI VAPOR) SF

=(151+792+0)1,1 = 1037 kg/d = 42kg/h

39 Hãy chọn van cho đường hồi chính trên giàn nén khí trung tâm (PCV6902) khi lưu lượng khí là

50000 scmh áp suất trước van là 5000kpa, sau van là 1000kpa, nhiệt độ dòng khí 25oC = 536oRGiải:

ta chọn van 6” class 900 có CvR = 123 van mở khoảng 50%

CV thực tế / CvR = 49% chấp nhận được

40 Hãy chọn van điều khiển cho đường cấp khí nhiên liệu cho máy phát điện trên giàn nén khí trung tâm (PCV3405) khi lưu lượng khí là 5000 scmh áp suất trước van là 2800kpa, sau van là 1250kpa, nhiệt độ dòng khí 52oC

ta chọn van 2” class 600 có CvR = 14 van mở khoảng 77%

C thực tế / C = 80% chấp nhận được

43 Hãy chọn lựa tổ hợp máy nén khí và phần dẫn động, ống vận chuyển khí cho giàn nén khí có công suất dự kiến 20 triệu m3 /ngày Khu mỏ cách bờ 370 km (Nam côn Sơn)

44 Hãy tính nhiệt trị cho hỗn hợp khí như sau:

45 Van hồi khí trên giàn nén khí trung tâm 4” class 600 làm việc ở P1 = 35 bar, T1 = 39oC, P2 =

10 bar Van mở khỏang 70% Bạn hãy dự đóan lưu lượng khí qua van

46 Hãy vẽ giản đồ pha cho các điểm trên sơ đồ công nghệ tổ máy nén khí cao áp trên giàn nén khí trung tâm có sơ đồ như sau:

solution 50

ĐỒ THỊ TRA K ÁP SUẤT HỘI TỤ 2000 PSI

ĐỒ THỊ TRA ENTHANPY THEO NHIỆT ĐỘ VÀ Mw