I. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VAØ NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT:
3.Tính toán phần tách kerosene:
Tại khu vực này, dòng hơi bốc lên từ vị trí nhập liệu bao gồm lượng hơi nhả Vf và pha hơi cân bằng Vt, sẽ đi vào khu vực phân đoạn kerosene ngưng tụ phần hồi lưu Re và trao đổi nhiệt, truyền khối để đến cuối phân đoạn thành phẩm của nó chỉ còn là xăng nặng và kerosene. Quá trình ở đây sẽ hình thành dòng hoàn lưu nội Ri và ta chấp nhận chúng về mặt truyền khối là lượng hồi lưu nội khi chảy xuống mâm dưới sẽ tiếp xúc với dòng hơi mâm dưới, hoá hơi và quay ngược trở lại mâm trên. Quá trình này xảy ra nhờ vào nhiệt lượng dòng hơi hoàn lưu nặng ngưng tụ lại và chảy xuống mâm dưới, hình thành nên dòng hoàn lưu Re.
Vt Vf VH2O Re S1 R1 S1+R1+VH2O V1 Hơi nước kerozene
Xét cân bằng trong bao hình cột nhả, quá trình xảy ra như sau:
Dòng trích ngang S1 đi từ mâm trích đến cột nhả bao gồm thành phần chính là kerosene, ngoài ra nó còn lẫn một ít cấu tử nhẹ không mong muốn mà cụ thể ở đây là xăng nặng.. lưu lượng dòng trích kerosene là 20,8%tt nhập liệu tháp 2. theo kinh nghiệm người ta lấy lượng xăng nặng không mong muốn là 5%tt dòng trích ngang S1. Dựa vào đồ thị thực nghiệm của W.L.Nelson, ta tra được lượng hơi nước cần thiết sục vào cột nhả để bốc hơi 5%tt này là 40 kg hơi nước/m3 kerozene
Như vậy lượng hơi nước sử dụbg để nhả xăng nặng trong tháp nhả là: H2O = 18,75.40 = 750 kg/h = 0,75 T/h
Lượng hơi nhả của xăng nặng là: V1 = 0,05.18,75/(1-0,05) = 0,987 m3/h
Khối lượng riêng của hơi nhã là 0,755 T/m3
Nhiệm vụ của quá trình này là tính cân bằng nhiệt cho cột nhả và nhiệt độ dòng trích ngang cũng như nhiệt độ ra khỏi cột nhả của kerosene.
Ta tạm giả thuyết nhiệt độ của mâm trích là 1850C. Sử dụng giản đồ quan hệ enthanpy và nhiệt độ, tỷ trọng, áp suất với các thành phần ta có được bảng cân bằng sau cho cột nhả:
Vào T/h Kcal/kg Kcal/h.103 Ra T/h Kcal/kg Kcal/h.103 kerozen e 14,925 105 1567,125 kerozene 14,925 102 1518,93 V1 0.765 107 81,855 V1 (hơi) 0.765 170 130,05 S1 15,69 105,1 1648,98 H2O 0.75 695 521,25 H2O 0.75 695 521,25 tổng 16,44 2170,23 tổng 16,44 2170,23
Từ bảng ta tính được enthalpy của kerosene là 102 Kcal/kg. dựa vào đồ thị enthanpy của dầu mỏ ta xác định được nhiệt độ tương ứng của kerozene ra khỏi cột nhả là 1830C.
Tính bao phần hình phân đoạn kerosene
Xét từ mâm trên mâm nhập liệu đến mâm kế mâm trích: với nhiệt độ của mâm trích kerosene là 1850C, ta thiết lập bảng cân bằng như sau:
Vào T/h Kcal/kg Kcal/h.103 kj/h.103
Vf 2,844 185 526,14 R1 R1 105,1 105,1R1 V(H2O) 0,16 715 114,4 Tổng 47,8845 +R1 9161,68 +105,1R1 Ra T/h Kcal/kg Kcal/h.10 kj/h.10 ∑S1 41,9429 175 7340,01 R1h R1 169 169R1 Re 5.7816 102 589,72 V(H2O) 0,16 695 111,2 Tổng 47,8845 +R1 8040,93 +169R1
Từ bảng cân bằng trên ta có được cân bằng năng lượng như sau: 9161,68 +105,1R1 = 8040,93 + 169R1
⇒ R1 = 17,54 T/h
Như vậy lượng hơi bốc lên mâm trích là:
∑S1 + R1 = 59,48 T/h
Lượng hơi lỏng ngưng ở trên mâm trích là: S1 + R1 = 15,69 + 6,334 = 33,23T/h
Như vậy khi dòng hơi đi lên mâm trích kerosene thì pha lỏng S1 là lượng lỏng được trích ra tháp nhả còn lại lượng lỏng R1 chảy xuống dưới rồi chuyển pha tạo dòng hơi và bốc lên lại.
Để kiểm tra nhiệt độ giả thuyết ở mâm trích, ta sử dụng phương pháp J.W.Packie. Nội dung của phương pháp này về cơ bản là nhiệt độ sản phẩm dòng trích tương ứng với áp suất riêng phần của nó.
Gọi P là áp suất chung trên mâm. P3 là áp suất riêng phần của kerosene trên mâm trích ngang.
Ta có công thức như sau:
P3 = (số mol ngưng tụ trên mâm trích ngang)/(số mol ngưng tụ trên mâm trích+số mol hơi không ngưng tụ)
Số mol ngưng trên mâm trích ngang là 33,23.103/165 = 201,4 Kmol/h
Số mol hơi không ngưng tụ bao gồm xăng nặng và hơi nước: 235,2 + 160/18 = 244,09 Kmol/h
Áp suất chung của mâm: 1,2 - 50/760 = 1,134 atm
⇒ P3 = 1,134.201,4/(201,4+244,09) = 0,51 atm
Vẽ đường cong TBP ứng với phân đoạn kerosene bằng cách khai triển phân đoạn từ 40%tt đến 60,8%tt của đường tái chưng cất dầu nhập liệu vào tháp 2 sao cho vị trí 40%tt ứng với điểm 0% và 60,8%tt ứng với 100%. Dùng đường cong TBP này chuyển sang đường chưng cất EFV tương ứng với áp suất 1atm. Ta suy diễn ra đường EFV ở 0,51atm. Nhiệt độ tương ứng với điểm 0%tt của đường EFV (0,51atm) là 1780C. nhiệt độ này chênh lệch với nhiệt độ giả thuyết ban đầu không nhiều, nên ta có thể chấp nhận nhiệt độ ở mâm trích kerosene là 1850C.