1.3.2.1 Tổng quan về các quy trình vận hành tháp chưng luyện gián đoạn
Vận hành tháp chưng luyện gián đoạn là cả một nghệ thuật đòi hỏi người kỹ sư ngoài chuyên môn vững còn phải có kinh nghiệm trong xử lý các tình huống. Có rất nhiều chiến lược vận hành tháp chưng luyện gián đoạn được ứng dụng trong thực tế. Tùy thuộc vào đối tượng chưng cất, mục tiêu kỹ thuật và cấu hình tháp đi kèm mà áp dụng chiến lược vận hành thích hợp. Một số quy trình vận hành tháp chưng luyện gián đoạn thường gặp trong thực tế:
Quy trình vận hành mở (truyền thống): Có nhiều chiến lược vận hành tháp chưng luyện gián đoạn khác nhau. Chiến lược vận hành truyền thống cho tháp chưng luyện gián đoạn phổ biến:
Chỉ số hồi lưu không đổi (khi đó thành phần đỉnh thay đổi)
Thành phần đỉnh không đổi (khi đó bắt buộc chỉ số hồi lưu thay đổi)
Chỉ số hồi lưu tối ưu (thông thường chỉ số hồi lưu thay đổi theo một quy trình) Chiến lược vận hành với thành phần đỉnh không đổi thường được thực hiện khi
sử dụng vòng điều khiển phản hồi hoặc là dòng hồi lưu hoặc là dòng sản phẩm đỉnh như là các biến điều khiển. Chiến lược vận hành với chỉ số hồi lưu không đổi là quy trình vận hành vòng mở, tức là các giá trị đã được xác định trước được sử dụng mà không có phản hồi từ quá trình.
Quy trình vận hành kín
Quy trình vận hành hồi lưu hoàn toàn (không lấy sản phẩm) thường được sử dụng trong suốt giai đoạn khởi động. Quy trình này được sử dụng để tách triệt để các tạp dễ bay hơi, mà không quan tâm đến thời gian chưng luyện yêu cầu.
Quy trình vận hành này chỉ sử dụng khi tách hỗn hợp có nhiệt độ sôi gần nhau. Cách tiếp cận phản hồi nhiệt độ của Skogestad cho tháp nhiều bình trung gian có
29 thể được sử dụng thành công cho quy trình kín với chưng luyện truyền thống (tương ứng với 2 thùng)
Quy trình vận hành theo chu kỳ
Trong quy trình vận hành theo chu kỳ, có dãy các chu trình kín mà không có tháo sản phẩm giữa các chu trình. Nhiều tác giả đã nghiên cứu tối ưu hóa cho chiến lược vận hành theo chu kỳ và so sánh với chiến lược vận hành truyền thống. Chiến lược vận hành theo chu kỳ phù hợp với các hỗn hợp nhiều cấu tử, mà nồng độ của các cấu tử dễ bay hơi là nhỏ. Quy trình này giảm được hơn 30% thời gian chưng gián đoạn theo quy trình mở.
Quy trình vận hành bán liên tục
Quy trình vận hành tháp gián đoạn có thùng trung gian khi nguyên liệu được nạp vào thùng trung gian. Trong quá trình vận hành, mức chất lỏng trong thùng trung gian này sẽ giảm dần dần. Quá trình này gần như có thể coi là quá trình liên tục. Đôi khi, tháp có thùng trung gian được vận hành với quy trình nạp lại nguyên liệu vào thùng trung gian do vậy thích hợp hơn khi gọi quy trình này là quy trình vận hành bán liên tục bởi vì hỗn hợp nguyên liệu được cung cấp liên tục suốt các giai đoạn.
Trong giới hạn nội dung của luận văn chỉ nghiên cứu đến quy trình vận hành mở truyền thống, do vậy sẽ được đề cập kỹ hơn quy trình vận hành này dưới đây.
1.3.2.2 Chỉ số hồi lưu không đổi với thành phần đỉnh thay đổi
Với chiến lược chỉ số hồi lưu không đổi, chỉ số hồi lưu được duy trì không đổi trong suốt quá trình. Đây là chiến lược đơn giản nhất nhưng kém hiệu quả nhất so với các chiến lược chỉ số hồi lưu thay đổi khác. Hình 8, hình 9 mô tả biến đổi nồng độ sản phẩm đỉnh và đáy khi chưng luyện gián đoạn với chỉ số hồi lưu không thay đổi.
30
Hình 8. Biến đổi nồng độ của cấu tử dễ bay hơi ở đỉnh và đáy trong quá trình chưng luyện gián đoạn với chỉ số hồi lưu không đổi
Hình 9. Biểu diễn trên đồ thị x-y của quá trình chưng luyện gián đoạn với chỉ số hồi lưu không đổi
1.3.2.3 Thành phần đỉnh không đổi với chỉ số hồi lưu thay đổi
Với chiến thuật thành phần đỉnh không đổi, sản phẩm được lấy ra tại lưu lượng cao nhất có thể tương ứng với chỉ số hồi lưu phù hợp để duy trì nồng độ sản phẩm tại giá trị mong muốn. Trong quá trình chưng gián đoạn, nồng độ đỉnh có xu hướng xấu đi và chỉ số hồi lưu được tăng đều đặn bằng cách giảm lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh, cho tới khi nồng độ mong muốn không thể duy trì. Tại điểm này sản phẩm được đưa vào thùng nhận khác và sản phẩm trung gian được lấy ra tại chỉ số hồi lưu cao không đổi.
31 Quy trình này được nhắc lại cho tới khi tất cả sản phẩm được lấy hết. Nếu mẻ kế tiếp có các cấu tử trong hỗn hợp giống nhau, sản phẩm phụ thường được trộn với nguyên liệu.
Bogart đã phát triển phương trình khi giả thiết bỏ qua lượng lỏng bị giữ lại trong tháp:
Lượng sản phẩm chưng luyện có thể tính bằng:
Biểu diễn quá trình chưng luyện gián đoạn trên đồ thị x-y với chỉ số hồi lưu thay đổi được thể hiện như trên hình 10.
Hình 10. Biểu diễn trên đồ thị x-y của quá trình chưng luyện gián đoạn với thành phần đỉnh không đổi
Nồng độ sản phẩm đỉnh được giữ không đổi bằng cách tăng hồi lưu khi thành phần bình chưng trở nên loãng dần. Đường làm việc với nhiều độ dốc khác nhau được vẽ từ thành phần đỉnh, và số đĩa lý thuyết tìm được khi đi qua thành phần đáy.
32