V.1. thiết bị chính trong dây chuyền.
Thiết bị góp phần quan trọng nhất trong dây chuyền công nghệ chng cất dầu mỏ thô bằng áp suất thờng là:
V.1.1. Tháp chng cất.
1. Nguyên liệu vào tháp 2. Bể chứa
3. Hồi lu vào tháp
4. Thiết bị ngng tụ và làm lạnh 5. Thân tháp chng cất
6. Các đĩa
7. Thiết bị đun sôi 8. Bể chứa cặn
9. Bể chứa sản phẩm đỉnh.
Nguyên lý làm việc: Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngợc chiều nhau. Quá trình này đợc thực hiện trong tháp(cột ) tinh luyện. Để đảm bạ tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp đợc trang bị các”Đĩa hay Đệm” . Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha( số đĩa lý thuyết) vào lợng hồi lu ở mỗi đĩa và hồi lu ở đỉnh tháp.
Hình 14. Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chng cất.
Hình 10: Nguyên lý làm việc của tháp chng
V.1.2. Tháp đệm.
Trong tháp đệm ngời ta bố trí các ngăn co 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 tron vòng gốm njngờta làm bằng các tấm chắn, ngời ta xếp đệm trên các đĩa có hai loại lỗ khác nhau. Các lỗ nhỏ (ở phía d ới)
để chất lỏng chảy vào và lỗ lớn (ở phía trên) để cho hơi đi qua.
- Ưu điểm: Các ngăn có chứa đệm có hình dạng là hình trụ có tấm chắn
để tăng bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng.
- Nhợc điểm: Quá trình tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng không tốt, không đồng đều ở toàn bộ đệm theo tiết diện ngang của tháp. Nhng nếu đờng kính tháp nhỏ hơn 1 m, thì loại tháp đệm cũng có hiệu quả tơng đơng nh các loại tháp đĩa khác. Vì vậy loại tháp đệm hay đợc dùng trong dây chuyên có công suất thấp.
V.1.3. Tháp đĩa chụp.
1- TÊm
2- ống chảy truyền 3- Chôp
4- ống nhánh
5- Lỗ chụp cho hơi qua 6- Không gian biên
7- Tấm chắn để giữ nớc chất lỏng trên đĩa
8- Thành tháp.
Hình 12
Loại tháp này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghệ chng cất dầu mỏ và phân đoạn dầu. Các đĩa chụp có nhiều dạng khác nhau bởi cấu tạo và hình dạng của chụp.
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 cốc. Phía trên các ống nhánh là các chụp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dới lên đĩa trên.
Nguyên lý cấu tạo đĩa chụp:
2 3
1
6 5 4
7 8
Mức chất lỏng ở các đĩa đợc giữ nhờ tấm chắn theo ống chảy chuyền cho xuống đĩa dới. Có rất nhiều loại đĩa chụp nhng đợc dùng phổ biến là đĩa chụp máng, đĩa chụp hình chữ S, đĩa chụp hình tròn, đĩa chụp hình xupap.
Đĩa chụp hình máng có cấu tạo đơn giản và rất vệ sinh. Loại này có nhợc
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 hình máng. Đĩa chụp hình chữ S chất lỏng chuyển động theo phơng của các chụp, còn mỗi chụp của đĩa là lòng máng các đĩa.
Đĩa hình chữ S dùng cho các tháp làm việc ở áp suất không lớn (nh áp suất khí quyển). Công suất của các đĩa cao, cao hơn các đĩa lòng máng là 20%.
Đĩa chụp Supap 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 rất triệt để. Đĩa supap khác với các đĩa khác là làm việc trong chế độ thay đổi và có đặc tính động học. Sự hoạt động của van phụ thuộc vào trọng tải của hơi từ dới lên trên, hay chất lỏng từ trên xuống.
V.1.4. Tháp đĩa sàng:
Loại này rất thích hợp cho chng cất cặn hay sản phẩm có độ nhớt cao.
Lớp chất lỏng một có chiều cao khoảng 25 ữ 30mm giữ ở trên các đĩa, hơi qua các lỗ sàng và làm sủi bọt qua lớp chất lỏng trên đĩa mà d thì chảy chuyền xuống phía dới.
Loại đĩa này yêu cầu chế độ không đổi, vì rằng nh khi giảm hiệu suất thiết bị sẽ làm giảm sự gặp nhau giữa dòng hơi và dòng lỏng và chất lỏng đi hết xuống dới 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 làm giảm sự phân chia trong tháp.
Loại đĩa này có cấu ttạo phức tạp làm tiêu hao vật liệu kim loại lớn. Nừu
đờng kính của đĩa lớn thì tải trọng lớn dần đến cấu tạo phải có giá đỡ. Tuy nhiên loại đĩa này làm việc chắc chắn, có thể áp dụng đợc cho bất kỳ loại dung dịch nào.
1
2
1. Líp chÊt láng 2. Các lỗ sàng
3. ống chảy chuyền
Hình 13: Đĩa sàng
V.2. Lò đốt.
Lò đốt là nguồn cung cấp nhiệt quan trọng.
Phổ biến nhất là loại lò đốt vỏ bọc thép với vật liệu cách nhiệt trong công nghiệp lọc hoá dầu lò đốt đợc sử dụng rất phổ biến.
V.2.1. Phân loại lò đốt.
V.2.1.1. Phân loại theo hình dạng và cấu trúc.
- Loại hộp.
- Loại lới.
- Loại đờng và trụ - Loại hộp cao.
Kiểu phân loại này đợc dựa trên bề ngoài phần bức xạ của lò chúng đợc thể hiện qua tên gọi.
V.2.1.2. Phân loại theo mục đích sử dụng.
a. Phân loại theo mục đích sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nh
đốt, sấy lò, phản ứng hay cracking tuỳ theo yêu cầu của quá trình.
b Có các loại lò sau:
- Lò đốt truyền nhiệt cho chất lỏng 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 chóng.
- 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 vàoloại cấp nhiệt cho chất lỏng trớc khi vào tháp chng, tháp tách và các thiết bị cạnh sờn.
c. Loại lò đợc sử dụng cho các thiết bị phản ứng các quá trình nh reforming và cracking . Tiêu biểu của dạng này là dạng lò đốt để tách H S do
dầu FO và những loại nhiên liệu khác. Tờt 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 là sử dụng trực tiếp nh thiết bị tách H2S cho dầu FO, áp suất ≥150 kg/cm2.
d. Lò sử dụng để đốt nóng khí: Ví dụ tiêu biểu là những thiết bị phản ứng cho việc thực hiện hydro hoá xăng nhẹ và thiết bị reforming. Ngoài ra lò
đốt nóng bằng hơi nớc quá nhiệt đốt nóng không khí cùng 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 craking nhiệt để sản xuất etylen, nhiệt độ sản phẩm có khi cao tới 8400C.
Vì vậy cần phải chi phí để nâng cao chất lợng của loại vật liệu.
f. Loại lò mà trong đó có chứa chất xúc tác. Loại lò này đợc 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 hydrô.
V.2.2. Cấu trúc của lò ống.
Lò ống cấu tạo gồm 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 nhệit độ cao nhất so với các p hần khác của lò. Vì vậy phải quan tâm tới cấu trúc cơ khí và vật liệu phần bức xạ.
b. Phần đối lu: Thờng đặt trên phần bức xạ ở phần này sẽ hấp phụ 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 hiệu quả và đều
đặn.
e. Phần thông gió: Thiết bị phần thông gió đóng vai trò quan trọng, nó
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 áp suất đáng kể, hệ thống của lò khi sử dụng hệ thống này phức tạp, có thêm hệ thống thu hồi nhiệt thừa và quạt hút gió.
V.3. Thiết bị trao đổi nhiệt.
V.3.1. Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà.
Loại thiết bị này đợc sử dụng sớm nhất trong công nghiệp hoá chất. Th- ờng ngời ta dùng cách uốn lại thành nhiều vòng xoắn và đặt vào trong thùng hoặc gồm nhiều ống thẳng nối với nhau vào ống khuỷu, một chất tải nhiệt cho vào thùng còn chất tải nhiệtkhác đi trong ống xoắn, vì thùng có thểtích lớn hơn nhiều so với thể tích của ống xoắn cho nên vận tốc của chất tải nhiệt trong thùng nhỏ. Vì vậy hệ thống cấp nhiệt ở mặt ngoài của ống bé tức là hệ số truyền nhiệt không thấp. Bởi vậy ngời ta cải tạo thiết bị này bằngcsach đặt nhiều dây xoắn để chiếm nhiều diện tích của thùng chứa làm cho vận tốc của chất tải nhiệt trong thùng tăng lên. Vì thể tích chất lỏng trong thùng kín, 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 chất lỏng thờng V= 5 ữ 11m/s còn vận tốc khí ở p = 1at thờng là v = 5 ữ 12ms, chất lỏng đo trong ống xoắn thờng cho vào từ dới, đi ra ở trên để ống xoắn luôn chứa đầy chất lỏng, còn khí hoặc hơi đi từ trễnuống để tránh tạo nút khí, tránh va đạp thuỷ lực.
Nếu hơi đi trong ống có áp suất 30 ữ 50 N/cm2 nên chọn tỷ số giữa chiều dài và đờng kính của ống xoắn trong khoảng từ 225 ữ 270 N/cm2 (khi hiệu số nhiệt trung bình giữa hai chất tải nhiệt là 30 + 400C).
Loại này có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền có thể ché 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.
Thiết bị truyền nhiệt ống xoắn ruột gà:
Hình 14: ống xoắn ruột gà
V.3.2. Loại thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống:
Dùng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng khí và hơi vì cấu tạo thiết bị gồm có nhiều loại ống, đoạn này tiếp lên đoạn kia nối lại với nhau nhờ các ống khuỷ, mỗi đoạn gôm 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 vào 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 tự đi ra phía dới.
Nếu trong khi sử dụng không cần làm sạch phía trong ống và ứng dụng khi số nhiệt 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 thi lam cơ cấu hộp đệm ơ mộtd dầu hoặc hai đầu. Để làm giảm mối ghép hình mỗi một giây của thiết bị lam ống có hình chữ U.
Bề mặt trao đôi nhiệt của thiết bị này không những tạo bởi ống phẳng mà còn tạo nên bởi ống có gân dọc. Eng gân làm cho điều kiện trao dổi nhiệt ở hai phía bề mặt trao đổi nhiệt đợc đồng đều, các chất lỏng có độ nhớt lơn tức là hệ số cấp nhiệt bé hơn so với chất tải nhiệt khác thì thờng cho nó đi về phía cã g©n.
của chất tải nhiệt 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 lơn chúng chỉ thích hợp khi lu lơng chất tai nhiệt bé và trung bình.
Hình 15: Thiết bị ống lồng ống
V.3.3. Loại thiết bị ống chùm:
Hình 16: Thiết bị ống chùm 1. Vỏ thiết bị
2. ống truyền nhiệt 3. Líi èng
4. Nắp