IV, Tổng quan về các công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp
3. Các thiết bị chính có trong qúa trình chế biến bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ
nhiệt độ thấp.
Nhìn chung các thiết bị trong quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc có tách sơ bộ etan rất đa dạng và phong phú. Tùy theo sản lượng, thành phần khí và mức độ yêu cầu ta có các thiết bị khác nhau. Ta có các cụm thiết bị chính như sau:
3.1. Thiết bị nén khí
Trong sơ đồ công nghệ nêu trên, có 2 thiết bị nén khí: máy nén khí dòng nguyên liệu vào và máy nén propan trong chu trình lạnh. Thiết bị này thường dùng là máy nén pittông hoặc máy nén ly tâm.
+ Máy nén pittông: được sử dụng nhiều trong công nghiệp với quy mô vừa và nhỏ. Do nó cho phép áp suất vào và ra khá linh động, tỉ số nén cao và giá thành thấp khi năng suất thấp.
+ Máy nén ly tâm: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học. Nó có ưu điểm so với máy nén pittông là: năng suất lớn, cấu tạo đơn giản, chi phí bảo dưỡng thấp.
Phạm Anh Tuấn 28 Trong sơ đồ công nghệ trên, áp suất nguyên liệu cần nén tới 3,0 – 4,0 Mpa, công suất thiết bị lớn, theo đồ thị 13-3 [6], ta nên dùng máy nén ly tâm nhiều cấp.
3.2, Thiết bị phân tách lỏng – hơi[6]
Thiết bị này có nhiệm vụ phân tách lỏng – hơi sau khi ngưng tụ nguyên liệu vào. Hoạt động của thiết bị dựa vào trọng lực, chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn lắng xuống đáy thiết bị, hơi nhẹ hơn đi lên trên. Tuy nhiên, trong quá trình hơi tách ra khỏi lỏng, hơi cuốn theo những giọt lỏng có kích thước nhỏ tạo thành sương mù mà không thể tách bằng trọng lực. Trong quá trình đi lên, những hạt này kết hợp lại thành những hạt lớn hơn và có thể lắng xuống dưới tác dụng trọng lực.
Dựa vào hình dạng và chế độ mà ngươi ta phân loại thiết bị thành dạng nằm đứng và dạng nằm ngang.
Cấu tạo của thiết tách gồm 4 phần cơ bản sau. Đầu vào A, có tác dụng giảm tốc độ dòng chảy, phân tách sơ bộ lỏng – hơi. Phần tách khí B được thiết kế để dùng trọng lực tách các giọt lỏng bị lôi cuốn theo. Nó là vùng không gian trống mà khí di chuyển với vận tốc thấp, trong thiết bị nằm ngang, còn lắp thêm các cánh quạt thẳng để giảm sự rối loạn và chiều dài của thiết bị. Vùng tách lỏng C có nhiệm vụ thu hồi các giọt lỏng rơi xuống,
Phạm Anh Tuấn 29 đồng thời cung cấp thời gian lưu đủ lớn để tách hơi. Phần tách sương D sử dụng các tấm lưới, hệ thống cánh quạt hoặc các cyclone. Nó có tác dụng loại bỏ những hạt lỏng có kích thước nhỏ, có thể đến 3 micromet.
Để lựa chọn loại thiết bị không có quy tắc cụ thể nào. Thông thường ta dùng chỉ tiêu kinh tế để lựa chọn.Các ứng dụng, và so sánh được thể hiện dưới đây:
Nằm ngang Thẳng đứng
Phạm vi ứng dụng
- Thể tích hỗn hợp vào lớn.
- Tỉ lệ hơi/lỏng không quá cao.
- Lưu lượng dòng vào nhỏ.
- Tỉ lệ hơi/lỏng cao.
- Không gian lắp đặt bị hạn chế.
Ưu điểm
- Đường kính nhỏ hơn khi cùng lượng khí so với dạng thẳng đứng.
- Bề mặt bay hơi lớn.
- Dòng khí không cản trở sự thoát nước của phần tách sương
- Việc kiểm soát mức chất lỏng không quá quan trọng.
- Có đủ không gian thoát khí ở trên và lỏng ở dưới.
- Chiếm ít diện tích.
Nhược điểm
- Chỉ có một phần không gian nhỏ để thoát khí.
- Chiếm nhiều diện tích.
- Điều khiển mức chất lỏng đặc biệt quan trọng.
- Đường kính lớn hơn so với thiết bị nằm ngang.
- Khó khăn trong lắp các thiết bị kiểm tra, an toàn.
3.3, Tháp tách etan
Tháp tách etan thực tế là một tháp chưng cất. Sản phẩm đỉnh tháp là hỗn hợp gồm metan (20 – 70% thể tích), etan (30 – 75% thể tích), propan (không quá 5% thể tích). Áp suất làm việc của tháp từ 3,0 – 3,5 Mpa. Việc duy trì áp suất cao không yêu cầu tiêu tốn thêm năng lượng do áp suất của phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp vào khoảng 4,0 Mpa. Áp suất cao hơn không có lợi do khó khăn trong việc tách khí. Ở điều kiện áp suất đó, nhiệt độ đỉnh tháp từ -30 đến 0oC, nhiệt độ đáy tháp từ 90 đến 120oC.
Có 2 loại tháp chưng phổ biến là tháp đệm và tháp đĩa. Tháp đĩa có nhiều dạng như: đĩa lỗ, van, đĩa chóp. Đĩa lỗ và van được dùng phổ biến hơn dạng chóp do có hiệu
Phạm Anh Tuấn 30 suất cao, khoảng vận hành rộng, chi phí thấp và dễ bảo trì. Tháp đệm cũng có nhiều loại, được chia thành: đệm đổ lộn xộn và đệm cấu trúc. Đệm đổ lộn xộn thường dùng trong các tháp loại nhỏ, trong khi đệm cấu trúc được sử dụng trong các cột lớn hơn.
* Tháp đệm
Các đệm trong tháp là các vòng bằng gốm: Để bề mặt tiếp xúc phía trong vòng gốm người ta làm các tấm chắn, người ta xếp đệm trên các đĩa có hai loại lỗ khác nhau. Các lỗ nhỏ (phía dưới) để chất lỏng đi qua và lỗ lớn (phía trên) để cho hơi đi qua. Nhược điểm của loại đĩa này là: tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng không tốt. Nhưng khi dùng tháp có đường kính nhỏ hơn 1 m, thì hiệu quả của tháp này không kém tháp đĩa chóp, vì vậy chúng thường dùng để chưng luyện gián đoạn với công suất thiết bị không lớn
Phạm Anh Tuấn 31
* Tháp chóp
Tháp chóp có các đĩa kim loại mà trong đó có cấu tạo nhiều lỗ để cho hơi đi qua. Theo chu vi các lỗ người ta bố trí trong nhánh có độ cao xác định gọi là cốc, nhờ có ống nhánh này giữ mức chất lỏng xác định. Phía trên các ống nhánh là các chụp. Khoảng giữa ống nối và chụp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên.
Phạm Anh Tuấn 32 Lớp chất lỏng một có chiều cao khoảng 25 30mm. Giữ ở trên các đĩa, hơi qua các lỗ sàng 2, và làm sủi bọt qua lớp chất lỏng, lớp chất lỏng trên đĩa mà dư thì chảy tho ống chảy chuyền 3 xuống dưới. Loại đĩa này yêu cầu chế độ không đổi, vì rằng như khi giảm hiệu suất thiết bị sẽ làm giảm sự gặp nhau giữa dòng hơi và dòng lỏng, dò hết xuống, làm cho đĩa trở ra, khi tăng công suất thì làm tăng dòng hơi gặp nhau, và lượng lớn hơi, cấu tử nặng đi ra khỏi chất lỏng làm phá vỡ cân bằng trong tháp và làm giảm sự phân chia trong tháp.
Trước đây, các tháp chưng trong nhà máy chế biến khí thường sử dụng tháp đĩa, tuy nhiên gần đây tháp đệm cấu trúc lại được dùng phổ biến hơn. Ưu điểm của tháp đệm là độ giảm áp nhỏ (17 – 50 mmH2O trên 1m đệm) và năng suất hơn (trên 1m đường kính) khi tỉ lệ lỏng/hơi cao. Ngoài ra, kích thước tháp đệm cũng nhỏ hơn nên chi phí ban đầu thấp. Nhược điểm của tháp đệm là dễ tắc khi có lẫn bui bẩn và phân bố lỏng không đều khi đường kính tháp lớn.
Phạm Anh Tuấn 33
TÍNH TOÁN