2. Tháp hấp thụ; 5.Bồn chứa tách khí; 7 Thiết bị tái sinh glycol; 8 Bồn chứa glycol.Khí khô
3.4.1. Tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ 1.Cơ sở của phơng pháp ngng tụ
3.4.1.1. Cơ sở của phơng pháp ngng tụ
- Đối với khí riêng lẻ:
Giản đồ trạng thái P-T của hệ một chất có dạng tổng quát ở hình 3.5 (vẽ không theo tỷ lệ chính xác).
Đờng OB biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ nóng chảy vào áp suất. Nhiệt độ thăng hoa của pha rắn phụ thuộc vào theo đ- ờng OA. Đờng OC cho biết sự phụ thuộc áp suất của nhiệt độ sôi. Ba đờng đó gặp nhau
tại O. Chúng chia giản đồ pha thành 3 vùng: vùng rắn R ở nhiệt độ thấp áp suất cao; vùng hơi H có nhiệt độ cao, áp suất thấp và vùng lỏng L có áp suất cao và nhiệt độ trung bình. Điểm C đợc gọi là điểm tới hạn.
Dựa vào giản đồ trạng thái ta thấy nếu muốn chuyển khí sang thể lỏng thì có thể chuyển theo ba cách sau:
- Làm lạnh đẳng áp: giữ nguyên áp suất của khí và giảm nhiệt độ theo đ- ờng x0x1.
- Nén đẳng nhiệt: giữ nguyên nhiệt độ và tăng áp suất của khí theo đờng x0x2.
- Kết hợp giữa làm lạnh và nén: giảm nhiệt độ và đồng thời tăng áp suất của dòng khí theo đờng x0x3.
Muốn nén một khối khí thì nhiệt độ của khối khí phải nhỏ hơn nhiệt độ tới hạn. C L H R O x1 x2 x3 x0 TC TX T P Hình 3.5: Giản đồ trạng thái hệ một chất A B
- Đối với hỗn hợp khí:
Giản đồ trạng thái hệ nhiều chất đợc biểu diễn trên hình 3.6. Trong đó:
CA: Đờng điểm bong bóng (đờng bắt đầu sôi). CB: Đờng điểm sơng (đ-
ờng bắt đầu ngng tụ). C: Điểm tới hạn.
M: Điểm áp suất ngng tới hạn.
N: Điểm nhiệt độ ngng tới hạn. CMNC: Vùng ngng tụ ngợc.
Đờng E1E4 biểu diễn quá trình ngng tụ đẳng nhiệt của một khối khí bất kỳ. Tại điểm E1 chất lu tồn tại ở pha hơi sẽ đợc giảm áp đến E2. tại E2 hệ khí bắt đầu quá trình ngng tụ. Tiếp tục giảm áp suất, lợng lỏng hình thành nhiều hơn. Trong vùng ngng tụ ngợc, sự ngng tụ lỏng xảy ra khi giảm áp suất hoặc tăng nhiệt độ (ngợc với sự ngng tụ thông thờng). Từ điểm E3 đến điểm E4 áp suất giảm dần đồng thời lợng lỏng cũng giảm và lợng hơi tăng đến đểm sơng E4. Phía dới điểm E4 không còn trạng thái lỏng, chỉ còn trạng thái hơi.
Quá trình làm lạnh đẳng áp theo đờng D1D4 cũng xẩy ra hiện tợng ngng tụ ngợc nh quá trình ngng tụ đẳng nhiệt theo đờng E1E4.
Khi giãn nở đẳng nhiệt hay làm lạnh đẳng áp thì hiệu suất của các quá trình đó không cao. Do đó khi giãn nở đẳng nhiệt hay làm lạnh đẳng áp phải tránh vùng ngng tụ ngợc.
- Làm lạnh đẳng áp và nén đẳng nhiệt
Mức độ ngng tụ các hydrocacbon sẽ tăng khi áp suất tăng ở nhiệt độ không đổi hoặc khi giảm nhiệt độ ở áp suất không đổi. Tuy nhiên, quá trình ngng tụ của hai trờng hợp trên sẽ xảy ra khác nhau. Khi tăng áp suất và giữ nhiệt độ không đổi mức độ ngng tụ sẽ tăng lên, nhng sự phân tách các cấu tử hydrocacbon sẽ kém đi: trong pha lỏng cùng với các cấu tử nặng sẽ có một l- ợng đáng kể các cấu tử nhẹ hoà tan. Ngợc lại, khi giảm nhiệt độ và giữ nguyên
E1
T P P
Hình 3.6: Giản đồ trạng thái hệ nhiều chất A C B N M 100 80 60 40 20 0 E2 E3 E4 D1 D2 D3 D4 Hơi Lỏng
áp suất mức độ ngng tụ càng nhiều, độ hoà tan của các cấu tử nhẹ vào trong nặng ít hơn nên hệ số tách cao. Do đó ngời ta thờng sử dụng phơng pháp ngng tụ nhiều hơn.
Khi nén khí cần áp suất cao nên phải tìm vật liệu có độ bền tơng đối khi thay đổi áp suất. Trên thực tế, ngời ta tìm vật liệu chịu nhiệt lạnh dễ hơn tìm vật liệu chịu áp.
Nhiệt độ và áp suất là hai yếu tố ảnh hởng trực tiếp đến hệ số tách. Từ những nghiêm cứu trớc đây, ngời ta thấy tuỳ thuộc vào nguồn khí và yêu cầu của sản phẩm mà ta chọn sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp hợp lý.
1.2.4 Phân loại
Công nghệ tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp có thể đợc phân loại nh sau:
- Tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh ngoài.
- Tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong.
- Tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh tổ hợp (kết hợp làm lạnh ngoài và làm lạnh trong).