Nguyờn liệu (I) qua thiết bị đun núng (2) rồi đưa vào thỏp chưng (1) phần hơi đi lờn đỉnh thỏp sau đú qua thiết bị làm lạnh và thu được sản phẩm (II). Phần đỏy được thỏo ra là cặn (III) một phần được gia nhiệt hồi lưu trở lại đỏy thỏp thực hiện tiếp quỏ trỡnh chưng cất thu được sản phẩm.
b.Chưng cất cú tinh luyện:
Vũ Quang Chỉnh Hoỏ dầu 1 - K48 32 Chất lỏng Thõn thỏp Mỏng chảy chuyền Tới thỏp bay hơi phụ Hồi lưu trung gian Đĩa chụp
Cửa thỏo hồi lưu Hơi Ln-1 Vn Ln Vn+1
gh
Chưng cất cú tinh luyện cho độ phõn chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu. Cơ sở quỏ trỡnh tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phớa giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau. Quỏ trỡnh này thực hiện trong thỏp tinh luyện. Để đảm bảo sự tiếp xỳc hoàn thiện hơn giữa pha lỏng và hơi, trong thỏp được trang bị cỏc đĩa hay đệm. Độ phõn chia một hỗn hợp cỏc cấu tử trong thỏp phụ thuộc vào số lần tiếp xỳc giữa cỏc pha (số đĩa lý thuyết), vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh thỏp.
Cỏc quỏ trỡnh chưng cất sơ khởi dầu thụ dựa vào quỏ trỡnh chưng cất một lần và nhiều lần cú tinh luyện.
Quỏ trỡnh tinh luyện xảy ra trong thỏp chưng cất phõn đoạn cú bố trớ cỏc đĩa. Hoạt động của thỏp được mụ tả như hỡnh vẽ ở trờn.
Pha hơi Vn bay lờn từ đĩa thứ n lờn từ đĩa thứ n-1 được tiếp xỳc với pha lỏng Ln-1 chảy từ đĩa n-1 xuống, cũn pha lỏng từ đĩa Ln từ đĩa n chảy xuống đĩa phớa dưới n+1 lại tiếp xỳc với pha hơi Vn+1 bay từ dưới lờn. Nhờ quỏ trỡnh tiếp xỳc như vậy mà quỏ trỡnh trao đổi chất xảy ra tốt hơn. Pha hơi bay lờn
ngày càng chứa nhiều cỏc cấu tử nặng. Số lần tiếp xỳc càng nhiều, quỏ trỡnh trao đổi chất càng tăng cường và sự phõn tỏch của thỏp càng tốt, hay núi cỏch khỏc, thỏp cú độ phõn chia cao. Đĩa trờn cựng cú hồi lưu đỉnh, cũn đĩa dưới cựng cú hồi lưu đỏy, nhờ đú làm cho thỏp hoạt động liờn tục, ổn định cú khả năng phõn chia cao. Ngoài đỉnh và đỏy, nếu cần người ta cũn thiết kế hồi lưu trung gian, bằng cỏch lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn thỏp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào thỏp. Cũn khi lấy sản phẩm cạnh sườn thỏp, người ta trang bị thờm cỏc bộ phận tỏch trung gian cạnh sườn thỏp. Như vậy theo chiều cao của thỏp tinh luyện, ta sẽ nhận được cỏc phõn đoạn cú giới hạn sụi khỏc nhau tuỳ thuộc vào chế độ cụng nghệ chưng và nguyờn liệu dầu thụ ban đầu.
II.1.3. Chưng cất trong chõn khụng và chưng cất bằng hơi nước
Hỗn hợp cỏc cấu trỳc trong dầu thụ thường khụng bền, dễ bị phõn huỷ khi tăng nhiệt độ. Trong số cỏc hợp chất dễ bị phõn huỷ nhiệt nhất là cỏc hợp chất chứa lưu huỳnh, cỏc chất cao phõn tử như nhựa… Cỏc hợp chất parafinic kộm bền nhiệt hơn cỏc hợp chất naphtenic và cỏc naphtenic lại kộm bền nhiệt hơn cỏc hợp chất thơm. Độ bền của cỏc cấu tử tạo thành dầu khụng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà cũn phụ thuộc cả vào thời gian tiếp xỳc ở nhiệt độ đú. Trong thực tế chưng cất, đối với cỏc phõn đoạn cú nhiệt độ cao, người ta cần trỏnh sự phõn huỷ nhiệt của chỳng khi đốt núng. Tuỳ theo loại dầu thụ, trong thực tế khụng nờn đốt núng quỏ 400 ữ 420oC với dầu khụng cú hay cú chứa rất ớt lưu huỳnh và khụng quỏ 320 ữ 340oC với dầu cú nhiều lưu huỳnh [1].
Sự phõn huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi cỏc tớnh chất làm việc của sản phẩm, như làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bắt chỏy cốc kớn của chỳng, giảm độ bền oxy húa. Nhưng quan trọng hơn là chỳng gõy nguy hiểm cho quỏ trỡnh chưng cất vỡ chỳng tạo ra cỏc hợp chất ăn mũn và làm tăng ỏp suất thỏp.
Vũ Quang Chỉnh Hoỏ dầu 1 - K48 34
Để giảm mức độ phõn huỷ, thời gian lưu của nguyờn liệu ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế. Vớ dụ trong thực tế chưng cất thời gian lưu của nguyờn liệu dầu (phõn đoạn cặn chưng cất khớ quyển) ở đỏy của thỏp AD khụng lớn hơn 5 phỳt và phõn đoạn gudron khi chưng chõn khụng VD chỉ khoảng 2 đến 5 phỳt.
Khi nhiệt độ sụi của hỗn hợp ở ỏp suất khớ quyển cao hơn nhiệt độ phõn huỷ nhiệt của chỳng, người ta phải dựng chưng trong chõn khụng VD hay chưng cất với hơi nước để trỏnh sự phõn huỷ nhiệt. Chõn khụng làm giảm nhiệt độ sụi, cũn hơi nước cũng cú tỏc dụng tương tự như dựng chõn khụng: giảm ỏp suất riờng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chỳng sụi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nước được dựng ngay cả trong chưng cất khớ quyển. Khi tinh luyện, nú được dựng để tỏi bay hơi phõn đoạn cú nhiệt độ sụi thấp cũn chứa trong mazut hay gudron, trong nhiờn liệu và dầu nhờn. Kết hợp dựng chõn khụng và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phộp đảm bảo hiệu quả tỏch sõu hơn phõn đoạn dầu nhờn (cú thể đến 550 ữ 600oC).
Tuy nhiờn tỏc dụng của hơi nước làm tỏc nhõn bay hơi cũn bị hạn chế, vỡ nhiệt độ bay hơi khỏc xa so với nhiệt độ đốt núng chất lỏng. Vỡ thế nếu tăng lượng hơi nước thỡ nhiệt độ và ỏp suất hơi bóo hoà của dầu giảm xuống và sự tỏch hơi cũng giảm theo. Do vậy lượng hơi nước cú hiệu quả nhất chỉ trong khoảng 2 ữ 3% so với nguyờn liệu đem chưng cất khi số cấp tiếp xỳc lý thuyết là 3 hoặc 4. Trong điều kiện như vậy, lượng hơi dầu tỏch ra từ phõn đoạn mazut đạt tới 14 ữ 23%. Khi chưng cất với hơi nước, số lượng phõn đoạn tỏch ra được cú thể tớnh theo phương trỡnh sau:
G = z P P P M . . 18 f f f − Trong đú:
G và z - số lượng hơi dầu tỏch được và lượng hơi nước. Mf - phõn tử lượng của hơi dầu.
Pf - ỏp suất riờng phần của dầu ở nhiệt độ chưng.
Nhiệt độ của hơi nước cần phải khụng thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu trỏnh sản phẩm dầu ngậm nước. Do vậy người ta thường dựng hơi nước nhiệt độ trong khoảng 380 ữ 450oC, ỏp suất hơi từ 0,2 ữ 0,5 Mpa.
Cụng nghệ chưng cất dầu với hơi nước cú nhiều ưu điểm. Ngoài việc giảm ỏp suất riờng phần của dầu, nú cũn tăng cường khuấy trộn chất lỏng trỏnh tớch nhiệt cục bộ, tăng diện tớch bề mặt bay hơi do tạo thành những tia và cỏc bong búng hơi. Người ta cũng dựng hơi nước để tăng cường đốt núng cặn dầu trong lũ ống khi chưng cất trong chõn khụng. Khi đú đạt được mức độ bay hơi lớn cho nguyờn liệu dầu, trỏnh và ngăn ngừa tạo cốc trong cỏc lũ đốt núng. Tiờu hao hơi nước trong trường hợp này khoảng 0,3 ữ 0,5% so với nguyờn liệu.
Trong một vài trường hợp chẳng hạn như khi nõng cao nhiệt độ bắt chỏy của nhiờn liệu phản lực hay diesel, người ta khụng dựng chưng cất với hơi nước mà dựng quỏ trỡnh bay hơi một lần để trỏnh tạo thành nhũ tương nước bền trong nhiờn liệu.
II.2. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh chưng cất :
Cỏc yếu tố cụng nghiệp cú ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng của quỏ trỡnh chưng cất là nhiệt độ, ỏp suất và phương phỏp chưng cất.
Chế độ cụng nghệ chưng cất phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu thụ ban đầu, vào mục đớch và yờu cầu của quỏ trỡnh, vào chủng loại và sản phẩm cần thu và phải cú dõy chuyền cụng nghệ hợp lý.
Vỡ vậy khi thiết kế quỏ trỡnh chưng cất, ta phải xột kỹ và kết hợp đầy đủ tất cả cỏc yếu tố để quỏ trỡnh chưng cất đạt hiệu quả cao nhất. Cỏc yếu tố cụng nghệ chưng cất dầu chớnh là cỏc yếu tố ảnh hưởng tới quỏ trỡnh làm viẹc của thỏp chưng cất.
II.2.1.Chế độ nhiệt của thỏp chưng luyện.
Vũ Quang Chỉnh Hoỏ dầu 1 - K48 36
Nhiệt độ là thụng số quan trọng nhất của thỏp chưng cất. Bằng cỏch thay đổi nhiệt độ của thỏp sẽ điều chỉnh được nhiệt độ và hiệu suất của sản phẩm. Chế độ nhiệt của thỏp gồm nhiệt độ của nguyờn liệu vào thỏp, nhiệt độ đỉnh thỏp, nhiệt độ trong thỏp và nhiệt độ đỏy thỏp.
Nhiệt độ của nguyờn liệu (dầu thụ) vào thỏp chưng phụ thuộc vào bản chất của loại dầu thụ, mức độ phõn tỏch của sản phẩm, ỏp suất trong thỏp và lượng hơi nước đưa vào đỏy thỏp, nhưng chủ yếu phải trỏnh sự phõn huỷ nhiệt ở nhiệt độ cao. Nếu dầu thụ thuộc loại dầu nặng mực độ phõn chia lấy sản phẩm ớt thỡ nhiệt độ vào thỏp chưng luyện sẽ khụng cần cao. Trong thực tế sản phẩm khi chưng cất ở ỏp suất khớ quyển, nhiệt độ nguyờn liệu vào thỏp chưng luyện thường trong giới hạn 320 ữ 3600C cũn nhiệt độ nguyờn liệu mazut vào thỏp chưng ở ỏp suất chõn khụng thường khoảng 400 ữ 4400C.
Nhiệt độ đỏy thỏp chưng luyện phụ thuộc vào phương phỏp bay hơi và hồi lưu đỏy. Nếu bay hơi phần hồi lưu đỏy bằng thiết bị đốt núng riờng biệt thỡ nhiệt độ đỏy thỏp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cõn bằng ở ỏp suất tại đỏy thỏp, nếu bốc hơi bằng cỏch dung hơi nước quỏ nhiệt thỡ nhiệt độ đỏy thỏp sẽ thấp hơn vựng nạp liệu. Nhiệt độ đỏy thỏp phải chọn tối ưu, trỏnh sự phõn huỷ cỏc cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tỏch hết hơi nhẹ khỏi phần nặng.
Nhiệt độ đỉnh thỏp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi.
Nhiệt độ đỉnh thỏp chưng luyện ở ỏp suất thường để tỏch xăng ra khỏi dầu thụ thường là 110 ữ 1300C, cũn đối với thỏp chưng chõn khụng, khi ỏp suất chưng la 10 ữ 70 mmHg thường nhiệt độ khụng quỏ 1200C. Với mục đớch để giảm bớt mất mỏt Gasoil chõn khụng hay mất mỏt cỏc cấu tử trong phõn đoạn dầu nhờn.
Để bảm bảo chế độ nhiệt của thỏp, cũng như đó phõn tớch ở trờn là để phõn chia cỏc quỏ trỡnh hoàn thiện thỡ phải cú hồi lưu.
Cỏc dạng hồi lưu: Ở đỉnh thỏp cú hai dạng hồi lưu: Hồi lưu núng và hồi lưu nguội.
cỏch ngưng tụ một phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sụi của nú. Khi tưới trở lại thỏp, chỳng chỉ cần thu nhiệt để bốc hơi. Tỏc nhõn lạnh cú thể dựng là nước hay chớnh sản phẩm lạnh. Xỏc định lượng hồi lưu núng theo cụng thức:
Rn i Q
= Trong đú:
• Rn - lượng hồi lưu núng, kg/h.
• Q - Nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi, Kcal/h • i - Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng, Kcal/h
Do thiết bị hồi lưu núng khú lắp rỏp và khú cho việc vệ sinh, đặc biệt khi cụng suất của thỏp lớn, nờn ớt phổ biến và bị hạn chế.
Hồi lưu nguội: Được thực hiện bằng cỏch làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lại thỏp chưng. Khi đú lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cần thiết để đun núng nú đến nhiệt độ sụi cần thiết để đun núng nú đến nhiệt độ sụi và nhiệt độ cần để hoỏ hơi.
Xỏc định hồi lưu nguội theo cụng thức: Rn i t t c Q q q Q t j t h1+ 2 = +( 2 − 1). Trong đú:
• Rng: Nhiệt hồi lưu nguội, kg/h.
• Q: Nhiệt lượng hồi lưu lấy đi, Kcal/h. • qh
t1: Hàm nhiệt của hơi phần tinh cất với nhiệt độ t1 đi ra khỏi đỉnh thỏp chưng, Kcal/h.
• ql
t2: Hàm nhiệt của pha lỏng lượng hồi lưu nguội với nhiệt độ t2
vào thỏp chưng, Kcal/h.
Vũ Quang Chỉnh Hoỏ dầu 1 - K48 38
• i: Nhiệt lượng phần hơi
• c: Nhiệt dung riờng của sản phẩm hồi lưu. • t1, t2: Nhiệt độ của hơi và lỏng tương ứng
Từ cụng thức trờn ta thấy lượng hồi lưu nguội càng nhỏ thỡ nhiệt độ hồi lưu vào thỏp (t1) càng thấp. Thường nhiệt độ hồi lưu t1 tưới vào thỏp chưng khoảng 30ữ400C.
Hồi lưu nguội sử dụng rộng rói vỡ lượng hồi lưu thường ớt, làm tăng rừ ràng chất lượng mà khụng giảm nhiều năng suất của thỏp chưng.
Hồi lưu trung gian: Quỏ trỡnh hồi lưu trung gian thực hiện bằng cỏch lấy một phần sản phẩm lỏng nằm trờn cỏc đĩa cú nhiệt độ là t1, đưa ra ngoài làm lạnh đến t0 rồi tưới trở lại thỏp, khi đú chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun núng từ nhiệt độ t0ữt2.
Xỏc định hồi lưu trung gian qua cụng thức: Rtg 2 t0 t t t q q Q − = Trong đú:
• Q: Lượng hồi lưu lấy đi, Kcal/h. • qt
t2, qt
t0: Hàm nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng với nhiệt độ t2 và t0, Hồi lưu trung gian cú nhiều ưu điểm như: Giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh thỏp, tận dụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của thỏp chưng để đun núng nguyờn liệu ban đầu, tăng cụng suất làm việc của thỏp.
Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phộp điều chỉnh chớnh xỏc nhiệt độ chưng dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất lượng sản phẩm của quỏ trỡnh.
Khi chưng luyện dầu mỏ ở ỏp suất thường thỡ ỏp suất trong toàn thỏp và ở một tiết diện cũng cú khỏc nhau.
Áp suất trong thỏp cú thể cao hơn một ớt hay thấp hơn một ớt so với ỏp suất khớ quyển, tương ứng với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏi thỏp.
Khi thỏp chưng cất mazut trong thỏp chưng chõn khụng thỡ thường tiến hành ỏp suất từ 10 ữ 70 mmHg.
Áp suất trong mỗi tiết diện của thỏp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh khi hơi qua cỏc đĩa, nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trỳc đĩa, lưu lượng riờng của chất lỏng và hơi. Thụng thường từ đĩa này sang đĩa khỏc, ỏp suất giảm từ 5 ữ 10 mmHg từ dưới lờn khi chưng cất, ở ỏp suất chõn khụng qua mỗi đĩa ỏp suất giảm từ 1 ữ 3 mmHg.
Áp suất làm việc của thỏp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyờn liệu và ỏp suất riờng phần của từng cấu tử trong thỏp. Nếu thỏp chưng luyện mà dựng hơi nước trực tiếp cho vào đỏy thỏp thỡ hơi nước làm giảm ỏp suất riờng phần của hơi sản phẩm đầu, cho phộp chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn. Lượng hơi nước tiờu hao phụ thuộc vào ỏp suất chung của thỏp và ỏp suất riờng phần của cỏc sản phẩm đầu.
Lượng hơi nước tiờu hao cho thỏp ở ỏp suất khớ quyển khoảng 1,2 ữ 3,5% trọng lượng, đối với thỏp chưng ở ỏp suất chõn khụng khoảng 5 ữ 8% trọng lượng so với nguyờn liệu.
II.2.3.Những điểm cần chỳ ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của thỏp chưng cất.
Để duy trỡ chế độ làm việc của thỏp chưng cất chỳng ta phải đảm bảo và nắm vững cỏc nguyờn tắc sau.
Điều chỉnh ỏp suất trong thỏp sẽ làm thay đổi điểm sụi của chất lỏng.
Vũ Quang Chỉnh Hoỏ dầu 1 - K48 40
Nếu ỏp suất riờng tăng lờn chất lỏng sụi ở nhiệt độ cao hơn. Nếu ỏp suất tăng cao quỏ lượng chất lỏng trong thỏp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng “sặc thỏp”, làm giảm hiệu suất phõn tỏch, phõn chia.
Nếu cỏc điều kiện trong thỏp cố định thỡ sản phẩm đỉnh, sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm đỏy trở nờn nhẹ hơn nếu ỏp suất trong thỏp tăng lờn.
Nếu nhiệt độ đỏy thỏp quỏ lớn thỡ sản phẩm đỏy chứa nhiều phần nhệ hơn.
Nếu nhiệt cấp liệu vào đỏy thỏp thấp, lượng hơi trờn cỏc khay chứa đĩa sẽ nhỏ như vậy phần lỏng sẽ nhiều và chỳng chảy xuống phớa dưới vào bộ phận chưng sẽ càng nhiều. Với sơ đồ chưng cất cú sử dụng thiết bị Reboile, nếu nhiệt
độ của Reboile quỏ thấp sẽ khụng tỏch hết phần nhẹ trong