Để có hiệu quả phân tách tốt, quá trình xúc pha trong tinh luyện phải xảy ra đồng đều, triệt để. Do vậy, ngời ta phải trang bị các cơ cấu bên trong tháp nhằm đạt mục đích này. Trong tháp chng gồm hai phần : Phần phía trên đĩa nạp liệu của tháp thực hiện quá trình làm tăng nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi nên gọi là phần tinh luyện. Còn phần phía dới đĩa nạp liệu của tháp thực hiện quá trình tách pha hơi của pha lỏng và làm tăng nông độ cấu tử nặng trong cặn nên gọi là phần chng. Do vậy phần đáy tháp phải cung cấp thêm nhiệt hay phải đa thêm tác nhân bay hơi vào. Mức độ phân tích tốt hay không tốt phụ thuộc vào số đĩa đợc bố trí trong tháp và lợng hồi lu. Nếu số đĩa lý thuyết quá ít thì tách không rõ ràng, nhng nếu số đĩa quá nhiều thì dẫn đến chiều cao của tháp quá lớn, gây khó khăn cho chế độ lắp ráp, tăng vốn đầu t, trong khi chỉ cần đạt đủ độ phân tách để nhận các phân đoạn dầu. Trong thực tế có các loại tháp chng sau :
I.1.Tháp đệm
Trong tháp đệm ngời ta bố trí các ngăn có chứa đệm với hình dạng khác nhau nh hình vành khuyên, hình trụ. Các đệm trong tháp là các vòng bằng gốm. Để tăng bề mặt tiếp xúc trong vòng gốm ngời ta làm bằng các tấm chắn.
Lỏng Khí Lỏng 1. Thân tháp 2. Bộ phận phân phối chất 3. Lớp đệm lỏng hồi lưu 4. Bộ phận phân phối hơi 5. Vòng đệm có tấm chắn Khí 5 2 1 3 4 Hình 16: Loại tháp đệm
Ngời ta xếp đệm trên các đĩa có hai loại lỗ lớn khác nhau. Các lỗ nhỏ ( phía d- ới ) để chất lỏng chảy vào lỗ lớn ( ở phía trên ) cho hơi đi qua.
u đỉêm của loại tháp này : Các ngăn có chứa đệm có hình dạng là hình
trụ có tấm chắn để tăng bề mặt tiếp xúc pha giữa pha lỏng không tốt( nhng khi dùng tháp có đờng kính nhỏ hơn 1m thì hiệu quả tháp này không kém tháp đĩa chóp ). Vì vậy chúng ta thờng dùng chng luyện gián đoạn với công suất thiết bị không lớn.
I.2.Tháp đĩa chụp :
Loại tháp này đợc sử dụng rộng rãi trong chng cất dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ. Các đĩa chụp có nhiều loại khác nhau bởi cấu tạo của chụp, cấu tạo của bộ phận chảy chất lỏng.
Đĩa hình chóp là các đĩa kim loại mà trong đó cấu tạo có nhiều lỗ để cho hơi đi qua. Theo chu vi các lỗ ngời ta bố trí ống nhánh có độ cao xác định gọi là phía trên các ống nhánh là các chụp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dới lên đĩa trên.
Mức chất lỏng ở các đĩa đợc nhờ tấm chắn theo ống chảy truyền chảy xuống đĩa dới. Có rất nhiều loại đĩa chụp nhng đợc dùng phổ biến là đĩa chụp hình máng, đĩa chụp hình chữ S, đĩa chụp hình tròn, đĩa chụp hình xupap.
2 3 1 5 4 1.ống hơi 2.ống chảy chuyền 3.Chụp 4.Thân tháp 5.Tấm ngăn Hinh17: Tháp đĩa chụp
Đĩa chụp hình máng có cấu tạo đơn giản và dễ vệ sinh. Loại này có nh- ợc điểm là diện tích sủi bọt bé ( chỉ khoảng 30% diện tích của đĩa ) điều đó làm tăng tốc độ hơi và tăng sự cuốn chất lỏng đi.
Đĩa chụp hình chữ S khác với đĩa chụp hình máng. Đĩa chụp hình chữ S chất lỏng chuyển động theo phơng của các chụp còn mỗi chụp của đĩa là một lòng máng các đĩa. Đĩa chụp hình chữ S dùng cho các tháp làm việc ở áp suất lớn nh áp suất khí quyển, công suất của đĩa cao, cao hơn các đĩa lòng máng là 20%.
Đĩa chụp xupap loại này có hiệu quả làm việc rất tốt khi mà tải trọng thay đổi theo hơi và chất lỏng và loại này phân chia pha rất triệt để. Đĩa chụp xupáp khác với các đĩa khác làm việc trong chế độ thay đổi và có đặc tính động học, sự hoạt động của van phụ thuộc vào tải trọng của hơi từ dới lên trên hay chất lỏng từ trên xuống.
I.3.Tháp đĩa sàng :
Loại này rất thích hợp cho chng cất các cặn hay sản phẩm có độ nhớt cao.
Lớp chất lỏng có chiều cao khoảng 25 - 30mm giữ ở trên các đĩa hơi đi qua các lỗ sàng và sủi bọt qua lớp chấ lỏng trên đĩa mà d thì chảy truyền xuống phía dới.
Loại đĩa này yêu cầu chế độ không đổi vì rằng khi giảm hiệu suất thiết bị sẽ làm giảm sự gặp nhau giữa dòng hơi và dòng chất lỏng và chất lỏng đi hết xuống làm cho đĩa trơ ra, khi tăng công suất thì làm tăng dòng hơi gặp nhau và lợng hơi lớn. Cấu tử nặng đi ra khỏi chất lỏng làm phá vỡ cân bằng trong tháp và giảm đi sự phân chia trong tháp.
Loại đĩa này có cấu tạo phức tạp làm tiêu hao vật liệu kim loại lớn. Nếu đờng kính của đĩa lớn thì tải trọng lớn dẫn đến cấu tạo phải có giá đỡ. Tuy nhiên loại đĩa này làm việc chắc chắn, có thể áp dụng cho bất kỳ loại dung dịch nào.
II. Lò đốt :
- Lò đốt là nguồn cung cấp nhiệt quan trọng
- Phổ biến nhất là dạng lò đốt vỏ bọc thép với vật liệu cách nhiệt
- Trong công nghiệp lọc hoá dầu lò đốt đợc sử dụng rất phổ biến.
II.1. Phân loại lò ống :
II.1.1. Phân loại theo hình dạng và cấu trúc :
- Loại hộp
- Loại lới
- Loại đờng và trụ
- Loại hộp cao
Kiểu phân loại đợc dựa trên bề ngoài phần bức xạ của lò chúng đợc thể hiện qua tên gọi.
II.1.2. Phân loại theo mục đích sử dụng :
a. Loại lò có ống đợc sử dụng cho nhiều mục đích nh đốt, sấy lò, phản ứng hoặc cracking tuỳ theo yêu cầu của quá trình .
b. Có các loại sau :
+ Lò đốt truyền nhiệt cho chất lỏng trong ống để tạo ra sự biến đổi nhiệt độ . Loại này dùng để truyền nhiệt cho chất lỏng tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của chúng.
+ Lò đốt truyền nhiệt cho chất lỏng trong ống để tạo ra sự biến đổi pha của chất lỏng. Chất lỏng đợc bay hơi từng phần hoặc bay hơi hoàn toàn và sau đó ra khỏi lò ở dạng hơi. Loại lò này sử dụng vào loại cấp nhiệt cho chất lỏng trớc khi vào tháp chng, tháp tách và những thiết bị cạnh s- ờn.
c. Loại lò đợc sử dụng cho các thiết bị phản ứng, các quá trình nh refoming và cracking. Tiêu biểu của dạng này là dạng lò đốt để tách H2S cho dầu FO và những loại nhiên liệu khác. Tất cả các loại lò này có đặc điểm chung là làm việc dới áp suất cao nhng nhiệt độ lại không cao
lắm. Một số loại lò sử dụng trực tiếp nh thiết bị tách H2S cho dầu FO, áp suất ≥ 150 kg/cm2.
d. Lò sử dụng đê đốt nóng khí. Ví dụ tiêu biểu là những thiết bị phản ứng cho việc thực hiện hydrôháo xăng nhẹ và thiết bị refoming. Ngoài ra lò đốt nóng bằng hơi nớc quá nhiệt đốt nóng bằng khí cũng thuộc loại này e. Lò đốt gia nhiệt cho phản ứng cracking ở bên trong ống. Tiêu biểu của
công nghệ cracking. Trong lò này áp suất thấp nhng nhiệt độ cao. Một số loại cracking nhiệt để sản xuất êtylen, nhiệt độ sản phẩm có khi cao tới 8400C. vì vậy cần phải chi phí để nâng cao chất lợng của vật liệu. f. Loại lò mà trong đó có chứa chất xúc tác. Loại lò này sử dụng cho phản
ứng refoming xúc tác.
Ví dụ : tiêu biểu cho loại lò này là lò refoming sử dụng cho sản xuất xăng, khí hydro.
II.2. Cấu trúc của lò ống :
Lò ống cấu tạo bởi 5 phần
a. Phần bức xạ nhiệt :Là phần quan trọng của lò đốt và còn gọi là buồng đốt, ở đây nhiên liệu đợc đốt cháy trực tiếp để tạo ra ngọn lửa. Phần bức xạ nhiệt độ cao nhất so với các phần khác của lò. Vì vậy phải quan tâm tới cấu trúc cơ khí và vật liệu của phần bức xạ.
b. Phần đối lu :Thờng đặt trên phần bức xạ ở phần này sẽ hấp thụ nhiệt của khí cháy toả ra từ vùng đốt bằng đối lu nhiệt, phần này là một hệ thống ống sắp đặt một cách khép kín.
c. Phần thu hồi nhiệt :ở đây sẽ thu hồi từ khí cháy toả ra từ phần đối lu. Nhiệt thu hồi có thể quay trở lại tuần hoàn cho lò đốt hoặc sử dụng vào mục đích khác.
d. Phần đốt cháy : Đây là bộ phận phát nhiệt, nó là phần quan trọng của lò đốt. Điều quan trọng là tạo ra ngọn lửa và điều chỉnh sao cho ngọn lửa tiếp xúc với những ống đốt và làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, quan
tâm đến khoảng cách giữa các ống đốt và ngọn lửa để sự truyền nhiệt đều đặn và hiệu quả.
e. Phần thông gió : Thiết bị phần thông gió đóng vai trò quan trọng, nó dẫn khí cháy vào buồng đốt và thải khí ra ngoài lò đốt. Hệ thống thông gió có thể là tự nhiên hay cỡng bức. Trong hệ thống thông gió tự nhiên sẽ có những ống khói đợc lắp đặt để thông gió, không cần năng lợng cơ học nào, các thiết bị nh quạt gió sẽ tạo ra sự đối lu. Nhìn chung hệ thống thông gió tự nhiên sử dụng ống khói đợc sử dụng rộng rãi vì nó làm mất mát áp suất trong lò không đáng kể, hệ thống thông gió cỡng bức làm mất một áp suất đáng kể trong lò lớn và thờng cấu tạo của lò khi sử dụng hệ thống này phức tạp, có thêm hệ thống thu hồi nhiệt thừa và quạt hút gió.
III.Thiết bị trao đổi nhiệt :
III.1. Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà :
Loại thiết bị này đợc dụng sớm nhất trong công nghiệp hoá chất. Thờng ngời ta dùng cách uốn lại thành nhiều vòng xoắn và đặt vào trong thùng, hoặc gồm nhiều ống thẳng nối lại vơi nhau vào ống khuỷu, một chất tải nhiệt cho vào thùng còn chất tải nhiệt khác đi trong ống xoắn, vì thùng có thể tích lớn hơn nhiều so với thể tích của ống xoắn cho nên vận tốc của chất tải nhiệt chứa trong thùng nhỏ. Vì vậy hệ thống cấp nhiệt ở mặt ngoài của ống bé tức là hệ số truyền nhiệt không thấp, loại thiết bị này thờng đợc làm nguội hoặc đun nóng, hiệu quả làm việc thấp. Bởi vậy ngời ta cải tạo thiết bị này bằng cách đặt nhiều dây vòng xoắn để chiếm nhiều diện tích của thùng chứa làm cho vận tốc của chất tải nhiệt ở thùng tăng lên. Vì thể tích chất lỏng trong thùng lớn, nhiệt độ đều nhau ở mọi chỗ nên làm tăng hiệu số nhiệt độ chung. Thiết bị làm việc tốt cần cho đi trong ống xoắn, các chất lỏng thay đổi trong trạng thái của nó.
Số vòng xoắn trong thiết bị phụ thuộc vào lợng chất lỏng chảy trong ống. Vì ống xoắn có sức cản thuỷ lực cho nên vận tốc của chất tải nhiệt đi
trong ống xoắn thờng bé hơn đi trong ống thẳng, vận tốc của chất lỏng thờng V = 5ữ11 m/s còn vận tốc khí ở P = 1at thờng là V = 5ữ12m/s, chất lỏng đi trong ống xoắn thờng cho vào từ dới, đi ra ở trên để ống xoắn luôn luôn chứa đầy chất lỏng, còn khí hoặc hơi đi từ trên xuống để tránh tạo nút khí, tránh va đập thuỷ lực. Nếu hơi đi trong ống có áp suất 30ữ50N/cm2 nên chọn tỷ số giữa chiều dài và đờng kính của ống xoắn trong khoản từ 225ữ270N/cm2 ( khi hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai chất tải nhiệt là 30 ữ400C ).
Loại này có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền có thể chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, có khả năng chịu đợc áp suất lớn ( đến 2000 N/cm2 ) ít nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ vì nó giãn nở tự do. Tuy nhiên loại này khó làm sạch bề mặt trong ống vì có hệ số truyền nhiệt cao.
Ngoài các thiết bị trên còn có các thiết bị đúc bằng gang, giữa lớp vỏ đúc bằng gang đó đặt ống xoắn bằng thép hay thiết bị dùng ống thép hàn bên ngoài xung quanh vỏ.
III.2. Loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống :
Dùng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng khí và hơi về cấu tạo thiết bị gồm có nhiều loại ống, đoạn này tiếp lên đoạn kia nối lại với nhau nhờ các ống khuỷu, mỗi đoạn gồm hai ống có đờng kính khác nhau, lồng vào nhau. Mỗi chất lỏng tải nhiệt đi ở ống trong còn một chất tải nhiệt đi ở khoảng không gian giữa hai ống và thờng cho hai chất tải nhiệt đi ngợc chiều nhau. Trờng hợp khi cần bề mặt trao đổi nhiệt lớn thì đặt vài thiết bị ghép song song với nhau là các ống tập trung.
Khi đun nóng chất lỏng bằng hơi nớc hoặc khí ngng tụ hơi bão hoà thì cho chất lỏng đi từ phía dới vào ống trong rồi đi ra phía trên, còn hơi đi vào phía trên đi vào khoảng trống giữa hai ống và cùng nớc ngng tụ đi ra phía dới. Nếu trong khi sử dụng không cần làm sạch phía trong ống và khoảng giữa hai ống thì thiết bị trao đổi phía bên trong không cần tháo và ứng dụng khi số nhiệt độ giữa thành ống của hai ống bé hơn 5000C. Nếu hiệu số nhiệt độ giữa thành của hai ống lớn hơn 5000C và cần phải làm sạch khoảng trống giữa hai ống thì làm cơ cấu hộp đệm ở một đầu hoặc hai đầu. để làm giảm mối ghép hình mỗi một giây của thiết bị làm ống có hình chữ U.
Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị này không những tạo bởi ống phẳng mà còn tạo nên bởi ống có gân dọc. ống gân làm cho điều kiện trao đổi nhiệt
ở hai phía bề mặt trao đổi nhiệt đợc đồng đều, các chất lỏng có độ nhớt lớn tức là hệ số cấp nhiệt nhỏ hơn so với chất tải nhiệt khác thì thờng cho nó đi về phía có gân.
Vật liệu chế tạo thiết bị thờng dùng thép cacbon, thép chịu axit, sành sứ, thuỷ tinh Loại thiết bị này có … u điểm là hệ số truyền nhiệt lớn, vận tốc của chất tải nhiệ lớn, không có cặn bám trên thành ống, chế tạo đơn giản. Tuy nhiên thiết bị này lại cồng kềnh, khó cọ sạch khoảng trống giữa hai ống, chi phí cho một m2 bề mặt trao đổi nhiệt độ lớn chúng chỉ thích hợp khi lu lợng chất tải nhiệt bé và trung bình.
III.3. Loại thiết bị ống chùm :
Thiết bị này đợc dùng phổ biến trong công nghiệp hoá chất có u điểm là có cấu tạo gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn. Thiết bị đơn giản của loại này là loại ống chùm kiểu ống đứng, gồm có vỏ hình trụ, hai đầu hàn hai lới ống, các ống truyền nhiệt đợc ghép chắn, vén vào lới ống. Đáy và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bu lông ghép chắc.
Trên vỏ, nắp và đáy có cửa để dẫn chất tải nhiệt. Thiết bị đợc đặt trên giá đỡ nhờ tai treo hàn vào vỏ. Chất tải nhiệt I đi vào đáy dới qua các ống lên trên và ra khỏi thiết bị còn chất tải nhiệt II đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng chông giữa ống và vỏ rồi ra phía dới. Các ống lắp trên lới ống cần phải vén.
Cách bố trí ống trên lới ống thờng có 3 kiểu bố trí theo hình sáu cạnh hoặc theo đờng tròn đồng tâm, có khi ngời ta xếp theo kiểu đờng thẳng hàng.
B
A
Nhợc điểm của thiết bị này là : Vật liệu chế tạo, là vật liệu khó khăn nh gang, thép, silic …ống hồi lu và số đĩa phải kết hợp cho thích hợp.
Phần II: Tính toán thiết kế công nghệ
Các số liệu ban đầu.
B B 1 2 3 4 A 1. Vỏ thiết bị 2.ống truyền nhiệt 3. Lưới ống 4. Nắp