2.2.1. Chọn chế độ cơng nghệ và sơ đồ cơng nghệ
Chưng cất hồn tồn phụ thuộc các đặc tính của nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến.
Với dầu mỏ chứa lượng khí hồ tan bé từ 0,5 ÷ 1,2%, trữ lượng xăng thấp từ (12 ÷ 15% phân đoạn cĩ nhiệt độ sơi đến 1800oC) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 3500C khơng lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và cũng phù hợp hơn cả là nên chọn sơ đồ chưng cất áp suất khí quyển với bay hơi một lần và một tháp chưng cất.
Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50 ÷ 65%), chứa nhiều khí hồ tan > 12%, chứa nhiều phân đoạn xăng (20 ÷ 30%) thì nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần. Lần 1 bay hơi sơ bộ nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ. Lần 2 là tinh cất phần dầu cịn lại. Như vậy ở tháp chưng sơ bộ ta tách được phần khí hồ tan và phân xăng cĩ nhiệt độ sơi thấp ra khỏi dầu. Để ngưng tụ hồn tồn bay hơi lên người ta tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P = 0,35 ÷ 1 MPa. Nhờ áp dụng chưng hai lần mà ta cĩ thể giảm được áp suất trong
tháp thứ hai đến áp suất P = 0,14 ÷ 0,16 MPa và nhận được từ dầu thơ lượng sản phẩm trắng nhiều hơn.
Với yêu cầu thiết kế phân xưởng chưng cất nguồn dầu thơ từ Trung Đơng cĩ ít thành phần nhẹ thì ta chọn sơ đồ chưng cất ở áp suất khí quyển với bay hơi một lần và một tháp tinh cất là hợp lý nhất.
2.2.2. Sơ đồ chưng cất dầu thơ
2.2.2.1. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ
2.2.2.2. Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ
Dầu thơ được bơm (1A) bơm qua trao đổi nhiệt với các dịng hồi lưu (6) của tháp chưng cất (7) tại thiết bị trao đổi nhiệt (6), chảy vào thiết bị loại muối nước (4)
theo phương pháp điện trường ở áp suất 9 ÷ 12 kg/cm2, nhiệt độ khoảng 150 ÷
160oC. Sau khi đã được loại muối, dầu thơ tiếp tục trao đổi nhiệt với dịng hồi lưu sản phẩn và sản phẩm đáy của tháp (3) trước khi được đun nĩng ở lị đốt nĩng đến 320oC ÷ 360oC để làm nguyên liệu cho tháp chưng cất ở áp suất khí quyển (3). Trong tháp chưng cất hỗn hợp lỏng – hơi của dầu thơ được nạp vào ở đĩa nạp liệu, từ đĩ hơi bay lên và quá trình tinh chế hơi được thực hiện ở đoạn luyện, ra khỏi đáy tháp (3) là cặn AR, một phần được hồi lưu lại (3) nhờ bơm (1E), một phần được đưa vào bồn chứa (14). Các phân đoạn sườn ra đều được stripping ở thiết bị bay hơi số (8) được làm lạnh rồi ra ngồi là kerosen (11), gasoil nhẹ (LGO) (12) , gasoil nặng (HGO) (13) nhờ bơm (1K,1I,1H). Để đảm bảo chế độ nhiệt của tháp chưng và khả năng phân chia các cấu tử nhẹ, ngồi hồi lưu đỉnh người ta cịn dùng hồi lưu trung gian. Các dịng đĩ được làm lạnh rồi quay về tháp tại vị trí cao hơn vị trí ra 1 đĩa.
Phần đoạn hơi nhẹ bay lên từ đỉnh tháp (8) được đưa qua thiết bị làm lạnh nhờ khơng khí (2N) , hĩa lỏng và ngưng tụ vào bể chứa (6) rồi phân thành hai dịng: một phần được cho hồi lưu lại đỉnh tháp để chế độ làm việc được liên tục. Phần cịn lại được đưa qua thiết bị đốt trao đổi nhiệt rồi vào tháp ổn định (7). Tháp ổn định thực chất là một tháp chưng cất, nĩ cĩ tác dụng loại hydrocarbon nhẹ để làm xăng ít bay hơi và bền hơn. Ở đây người ta tách được khí khơ (C1, C2), LPG (C3, C4) (8) và phần xăng (9).
2.3. CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ 2.3.1. Tháp chưng cất
2.3.1.1. Chức năng
Tháp chưng cất phân đoạn là thiết bị trong đĩ thực hiện quá trình phân tách giữa thành phần cấu tử nhẹ và nặng. Cấu tử nhẹ sẽ đi ra khỏi đỉnh ở pha khí sẽ qua thiết bị làm lạnh nhờ khơng khí (4), hĩa lỏng và ngưng tụ vào bể chứa (9). Các sản phẩm như DO, KO,.. được lấy ra từ phân đoạn sườn trao đổi nhiệt với dịng nguyên liệu.
2.3.1.2. Nguyên lý làm việc
Tháp chưng cất là thiết bị chủ yếu của một xưởng chưng cất. Là quá trình tách chất từ hỗn hợp lỏng hơi dựa theo sự khác biệt nhiệt độ sơi của các chất khác nhau. Hầu hết trong cơng nghiệp lọc dầu và chế biến khí tự nhiên người ta sử dụng tháp đĩa. Đĩa là một cấu trúc nằm ngang trong tháp chưng cất, cĩ tác dụng tạo điều kiện tốt cho pha hơi bay lên và pha lỏng đang đi xuống tiếp xúc với nhau một cách tốt nhất và đủ lâu để sự trao đổi chất giữa chúng xảy ra hồn hảo.
Nguyên liệu ban đầu được đưa vào đĩa nạp liệu (thường là nằm ở phần dưới của tháp). Dầu sẽ được đun sơi nhờ lị đốt hoặc tác nhân bay hơi để lơi cuốn phần nhẹ lên. Tại đỉnh tháp luơn cĩ một ống dẫn phân đoạn bay hơi ra khỏi tháp để thu sản phẩm và dùng làm dịng hồi lưu. Tại đáy tháp cĩ một ống dẫn pha lỏng chưng cất ra ngồi và các ống dẫn bên sườn đi ra để thu sản phẩm và dùng hồi lưu.
1. Nguyên liệu vào tháp 2. Bể chứa
3. Hồi lưu vào tháp
4. Thiết bị ngưng tụ và làm lạnh 5. Thân tháp chưng cất
6. Các đĩa
7. Thiết bị đun sơi 8. Bể chứa cặn 9. Bể chứa sản phẩm đỉnh. GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 29 4 2 9 3 1 8 7 5 6
2.3.2. Các loại tháp chưng luyện
Tháp chưng cất là thiết bị chủ yếu của một xưởng chưng cất. Hầu hết trong cơng nghiệp lọc dầu và chế biến khí tự nhiên người ta sử dụng tháp đĩa. Đĩa là một cấu trúc nằm ngang trong tháp chưng cất, cĩ tác dụng tạo điều kiện tốt cho pha hơi bay lên và pha lỏng đang đi xuống tiếp xúc với nhau một cách tốt nhất và đủ lâu để sự trao đổi chất giữa chúng xảy ra hồn hảo.
a. Tháp đệm
1- Thành tháp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2- Bộ phận phân phối chất lỏng hồi lưu
3- Lớp đệm
4- Bộ phận phân phối hơi 5- Vùng đệm cĩ tấm chắn. I. Nguyên liệu
II. Sản phẩm đỉnh III. Hồi lưu đỉnh IV. Hồi lưu đáy V. Sản phẩm đáy GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 30 1 V 2 3 IV I II III 4 5 Hình 2.5. Tháp đệm
Các đệm trong tháp là các vịng bằng gốm: Để bề mặt tiếp xúc phía trong vịng gốm người ta làm các tấm chắn, người ta xếp đệm trên các đĩa cĩ hai loại lỗ khác nhau. Các lỗ nhỏ (phía dưới) để chất lỏng đi qua và lỗ lớn (phía trên) để cho hơi đi qua. Nhược điểm của loại đĩa này là: tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng khơng tốt. Nhưng khi dùng tháp cĩ đường kính nhỏ hơn 1 m, thì hiệu quả của tháp này khơng kém tháp đĩa chĩp, vì vậy chúng thường dùng để chưng luyện gián đoạn với cơng suất thiết bị khơng lớn.
b. Tháp đĩa chụp
Loại đĩa này được sử dụng rộng rãi trong chưng cất dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ. Các đĩa chụp cĩ nhiều dạng khác nhau bởi cấu tạo của chụp và cấu tạo của bộ phận chảy chất lỏng.
Đĩa hình chĩp là các đĩa kim loại mà trong đĩ cĩ cấu tạo nhiều lỗ để cho hồi lưu đi qua. Theo chu vi các lỗ người ta bố trí trong nhánh cĩ độ cao xác định gọi là cốc, nhờ cĩ ống nhánh này giữ mức chất lỏng xác định. Phía trên các ống nhánh là các chụp. Khoảng giữa ống nối và chụp cĩ vùng khơng gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên.
1- Tấm khay chứa chụp 2- Ống chảy truyền 3- Chụp
4- Ống nhánh
5- Lỗ chụp cho hơi qua 6- Khơng gian biên
7- Tấm chắn để giữ mức chất lỏng trên đĩa 8- Thành thép. GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 31 2 3 1 6 5 4 7 8 Hình 2.6. Đĩa chụp
Đĩa chụp hình máng: Nguyên lý cấu tạo đĩa chụp:
1. Chụp; 2. Máng; 3. Tấm điều chỉnh dịng chảy; 5. Tíu chảy; 6. Vùng được
Mức chất lỏng ở các đĩa được giữ nhờ tấm chắn, phần chất lỏng thừa qua tấm chắn sẽ theo ống chảy chuyền cho xuống đĩa dưới.
Đĩa chụp hình máng cĩ cấu tạo đơn giản và rất vệ sinh. Loại này cĩ nhược điểm cơ bản là diện tích sủi bọt bé (chỉ khoảng 30% diện tích của đĩa), điều đĩ làm tăng tốc độ hơi và tăg sự cuốn chất lỏng đi.
1. Chụp hình chữ S 2. Ống chảy chuyền GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 32 1 2 2 6 3 5 4 2 1 Hình 2.7. Tháp đĩa chụp hình máng Hình 2.8. Đĩa chụp hình chữ S
Mức chất lỏng ở các đĩa được giữ nhờ tấm chắn, phần chất lỏng thừa qua tấm chắn sẽ theo ống chảy chuyền cho xuống dưới.
Loại đĩa hình chữ S dùng cho các tháp làm việc ở áp suất khơng lớn (như áp suất khí quyển). Cơng suất của các đĩa cao, cao hơn loại đĩa lịng máng là 20%.
Van đĩng Van mở một nửa Van mở hết
1. Van; 2.Quai kẹp
Loại này cĩ hiệu quả làm việc tốt, khi mà tải trọng thay đổi theo hơi và chất lỏng và phân loại này phân chia rất triệt để.
Đĩa supap khác với các đĩa khác là làm việc trong chế độ thay đổi và cĩ đặc tính động học.
Sự hoạt động của van phụ thuộc vào trọng tải của hơi từ dưới lên trên, hay chất lỏng từ trên xuống. Đĩa sàng: 1. Lớp chất lỏng 2. Các lỗ sàng 3. Ống chảy chuyền GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 33 2 1 1 2 3 Hình 2.9. Đĩa chụp supap Hình 2.10. Đĩa sàng
Lớp chất lỏng một cĩ chiều cao khoảng 25 ÷ 30mm. Giữ ở trên các đĩa, hơi qua các lỗ sàng 2, và làm sủi bọt qua lớp chất lỏng, lớp chất lỏng trên đĩa mà dư thì chảy tho ống chảy chuyền 3 xuống dưới. Loại đĩa này yêu cầu chế độ khơng đổi, vì rằng như khi giảm hiệu suất thiết bị sẽ làm giảm sự gặp nhau giữa dịng hơi và dịng lỏng, dị hết xuống, làm cho đĩa trở ra, khi tăng cơng suất thì làm tăng dịng hơi gặp nhau, và lượng lớn hơi, cấu tử nặng đi ra khỏi chất lỏng làm phá vỡ cân bằng trong tháp và làm giảm sự phân chia trong tháp. Nĩi chung cĩ nhiều loại đĩa, nhưng được sử dụng phổ biến nhất là loại đĩa chụp hình máng, đĩa chụp hình chữ S, đĩa chụp trịn, đĩa supap.
2.3.3. Thiết bị đun nóng
Cấu tạo lị:
Cấu tạo lị phụ thuộc vào dạng của nhiên liệu và phương pháp đốt, loại thường gặp là loại ống. Lị ống: 1. Lị đốt 2. Phịng trộn 3. Cửa hút khơng khí 4. Quạt 5. Cửa 6. Phịng đặt thiết bị truyền nhiệt
7. Thiết bị truyền nhiệt 8. Cửa ra
Hình trên là cơ sở cấu tạo của lị ống. Khĩi lị tạo thành trong lị đốt (1) do quá trình cháy nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí). Khi vào phịng trộn (2) khĩi lị được giảm nhiệt độ nhờ khơng khí bị hút qua quạt (4) thổi vào cửa (3). Trong phịng (2) khĩi lị đi từ dưới lên qua cửa (5) vào phịng (6), tiếp tục đi từ trên xuống rồi ra ngồi theo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 34 2 1 3 4 5 7 6 8 Hình 2.11. Lị đốt
cửa (8). Trong phịng (6) cĩ đặt thiết bị truyền nhiệt loại ống (7). Khĩi lị đi ngồi ống cĩ sản phẩm cần đun nĩng đi ở phía trong.
2.3.3. Thiết bị trao đổi nhiệt
Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp:
Dựa vào cấu tạo bề mặt truyền nhiệt, ta cĩ thể chia thiết bị truyền nhiệt gián tiếp thành các loại như sau: loại vỏ bọc, loại ống.
2.3.3.1. Loại vỏ bọc
1. Thiết bị; 2. Vỏ bọc; 3. Mặt bích 1. Vỏ thiết bị; 2. Vỏ bọc ngồi
Hình 2.12. Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc ngồi
Hình 2.13. Sơ đồ kết cấu của vỏ bọc ngồi làm việc ở áp suất cao
Vỏ bọc ngồi (2) bọc ghép chắc vào thiết bị (1) bằng mặt bích (3) hoặc hàn điện, giữa hai lớp vỏ tạo thành khoảng trống kín, chất tải nhiệt sẽ vào khoảng trống đĩ để đun nĩng hoặc làm nguội.
Chiều cao của vỏ ngồi khơng được thấp hơn mức chất lỏng trong thiết bị, bề mặt truyền nhiệt khơng lớn quá 10 m2, áp suất làm việc của hơi đốt khơng quá 10 at. GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 35 1 2 3 2 1
Cấp nhiệt của chất tải nhiệt trong thiết bị, ta thường đặt cánh khuấy để tăng tốc độ tuần hồn.
Khi cần làm việc ở áp suất cao thì vỏ ngồi cĩ cấu tạo đặc biệt. Vỏ ngồi (2) làm tấm thép cĩ khoét nhiều lỗ, các lỗ này hàn liền vào vỏ (1). áp suất làm việc của loại này cĩ thể đến 75 at.
2.3.3.2. Loại ống
Loại này bề mặt truyền nhiệt cĩ dạng hình ống. Căn cứ vào tính chất làm việc và cấu tạo của thiết bị cĩ thể là:
- Kiểu ống xoắn - Kiểu ống tưới - Kiểu ống lồng ống - Kiểu ống chùm.
a. Ống xoắn
Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn là một trong những loại thiết bị đơn giản nhất. Nĩ gồm các đoạn thẳng nối với nhau bằng khuỷu gọi là xoắn gấp khúc, hoặc các ống uốn cong theo trơn ốc gọi là xoắn ruột gà, khi làm việc một chất tải nhiệt đi ngồi ống eịn một chất tải nhiệt khác đi trong ống.
Ưu điểm: Cơ chế đơn giản, cĩ thể làm bằng các vật liệu chống ăn mịn, dễ kiểm tra và sửa chữa.
Nhược điểm: Cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ, hệ số cấp nhiệt phía ngồi bé, khĩ làm sạch phía trong ống, trợ lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng.
b. Loại ống tưới
Thiết bị trao đổi nhiệt loại tưới.
GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 4 36 2 3 1 I Nước
1- Máng tưới; 2- ống truyền nhiệt; 3- Khuỷu nối; 4- Máng chứa nước.
Loại này thường dùng để làm lạnh và ngưng tụ, chất lỏng phun ở ngồi ống. Thường là nước tưới ở ngồi ống chảy lần lượt từ trên xuống ống dưới 3 rồi chảy vào máng chứa. Khi trao đổi nhiệt sẽ cĩ một phần nước bay hơi, khoảng 1 ÷ 2% lượng nước đưa vào tưới. Khi bay hơi như vậy nĩ sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải nhiệt nĩng ở trong ống, do đĩ lượng nước dùng làm nguội ở đây ít hơn so với các loại thiết bị làm nguội khác.
Ưu điểm: Lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ quan sát và làm sạch ở trong ống, khi nối ống bằng mặt bích thì làm sạch cũng dễ.
Nhược điểm: Cồng kềnh, khi cung cấp nước ít thì lượng nước bay hơi tăng, do đĩ phải đặt chỗ thống nhưng tránh giĩ. Khi lượng nước quá ít thì các ống phía dưới sẽ bị khơ, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt.
c. Ống lồng ống
Loại thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, mỗi đoạn gồm cĩ hai ống lồng vào nhau. ống (1) của đoạn này nối thơng với ống trong của đoạn khác, và ống ngồi (2) của đoạn này nối thơng với ống ngồi của đoạn khác. Để dễ thay thế người ta nối bằng ống khuỷu (3) và ống nối (4) cĩ mặt bích.
Chất tải nhiệt (1) đi trong ống từ dưới lên, cịn chất tải nhiệt (2) đi trong ống ngồi từ trên xuống. Khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làm việc song song. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ưu điểm của loại ống lồng ống là hệ số truyền nhiệt lớn vì ta cĩ thể tạo ra tốc độ lớn ở cả hai chất tải nhiệt, cấu tạo đơn giản; nhưng cĩ nhược điểm là cồng kềnh, giá thành cao vì tốn kém nhiều kim loại, khĩ làm sạch khoảng trống giữa hai ống.
1- ống trong GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 37 1 2 3 II I
2- ống ngồi 3- Khuỷu nối 4- Máng chứa nước
d. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
4 2 3 5 6 1 7 8
1. Vỏ thiết bị 3. ống truyền 5. ống nối 7. Đinh bulơng 2. Lưới ống 4. Đáy thiết bị 6. Tai đỡ 8. Đệm
Nguyên tắc:
Thiết bị truyền nhiệt loại này được dùng phổ biến nhất trong cơng nghiệp hố chất, nĩ cĩ ưu điểm là cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn.
Gồm cĩ vỏ hình trụ (1) hai đầu hàn hai lưới ống (2). Các ống truyền nhiệt (3) được ghép chắc chắn, kín vào lưới ống. Đáy và nắp nối với vỏ (1) bằng mặt bích (4) cĩ bulơng (7) ghép chắc.
GVHD: ThS. Tống Thị Minh Thu 38
Hình 2.16. Cấu tạo trao đổi nhiệt ống chùm
Trên vỏ, nắp và đáy cĩ cửa (ống nối) để dẫn chất tải nhiệt, thiết bị được đặt trên giá đỡ nhờ tai đỡ (6) hàn vào vỏ (1). Chất tải nhiệt (I) đi vào đáy dưới qua các