Đồ án Thiết kế dây chuyền để chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

Mục lục Mở đầu ……………………………………………………..5 Atổng quan. ……………………………………………8 I.Chuẩn bị nguyên liêu ………. ……………………………..8 a.ổn định dầu nguyên khai……………………………………8 bTách các tạp chất cơ học,nước, muối khoáng……………….8 b.1.Tách bằng phương pháp cơ học…………………………..8 b.11.Lắng ……………………………………………………..8 b.12.Ly tâm ……………………………………………………9 b.1.3.Lọc ………………………………………………………9 II.Sản phẩm của quá trình………………………………………9 1.Khí hydrocacbon……………………………………………..9 2.Phân đoạn xăng……………………………………………..10 3.Phân đoạn Kerosen………………………………………….10 4. Phân đoạn Diezen…………………………………………...10 5. Phân đoạn Mazut…………………………………………….10 6. Phân đoạn Dầu nhờn…………………………………………11 7. Phân đoạn Gudron……………………………………………11 III.Công nghệ của quá trình …………………………………….11 III.1Phân loại công nghệ…………………………………………11 III.2Dây chuyền công nghệ………………………………………15 1.Chọn công nghệ và sơ đồ công nghệ…………………………...15 2.Chọn sơ đồ công nghệ…………………………………………..15 3.Thuyết minh sơ đồ chưng cất bằng pp hai tháp…………………18 4.Ưu điểm của sơ đồ chưng cất hai tháp…………………………..18 III.3Thiết bị chính trong dây chuyền………………………………19 1.Tháp chưng cất…………………………………………………...19 2.Các loại tháp chưng luyện………………………………………20 a. Đệm……………………………………………………………...20 b.Đĩa chóp …………………………………………………………21 IV.Thiết bị đun nóng……………………………………………….25 1Đun nóng bằng khói lò……………………………………………25 2.Thiết bị đun nóng bằng lò ống……………………………………25 V.Thiết bị trao đổi nhiệt……………………………………………27 1.Loại vỏ bọc……………………………………………………….28 2.Loại ống………………………………………………………….28 3. Loại ống lồng……………………………………………………30 4.Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm…………………………………31 B.tính toán………………………………………………….32 I.Tính cân bằng vật chất……………………………………………32 I.1.Tại tháp tách sơ bộ………………………………………………32 I.2.Tại tháp tách phân đoạn…………………………………………33 II.Xác định các đại lượng trung bình của sản phẩm…………………34 II.1.Tỷ trọng trung bình……………………………………………..34 II.2xác định nhiệt độ sôi trung bình…………………………………35 II.3Tính phân tử lượng trung bình của các sản phảm………………..36 III.Tính tiêu hao hơinước…………………………………………….36 III.1.Tính tiêu hao cho tháp phân đoạn………………………………36 III.2.Tính tiêu hao cho tháp tách……………………………………..36 IVTính chế độ của tháp chưng cất……………………………………37 IV.1.Tính áp suất của tháp……………………………………………37 IV.1.1.áp suất tại đỉnh tháp……………………………………………37 IV.1.2.áp suất tại dĩa lấy Kerosen…………………………………….37 IV.1.3.áp suất tại đĩa nạp liệu…………………………………………37 IV.2.Tính nhiệt độ của tháp………………………………………….38 IV.2.1.Nhiệt độ tại dĩa nạp liệu……………………………………….39 IV.2.2 Nhiệt độ tại đáytháp…………………………………………..39 IV.2.3 Nhiệt độ tại dĩa lấy Kerosen…………………………………..41 IV.2.4 Nhiệt độ tại đĩa lấy Gazoil…………………………………….43 IV.3 Tính chỉ số hồi lưu đỉnh tháp……………………………………45 V.Tính kích thước của tháp…………………………………………..45 V.1.Tính đường kính của tháp……………………………………….45 V.2.Tính chiều cao của tháp………………………………………… 46 Kết luận……………………………………………………………..47 Tài liệu tham khảo…………………………………………………..48 Mở đầu Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ 18, với mục đích làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Năm 1858 tại Mỹ xuất hiện giếng khoan đầu tiên, đây là bước chuyển mình và đi lên của ngành khai thác và chế biến dầu mỏ . Đến năm 1992 thế giới có tới 100 loại dầu mỏ khác nhau,thuộc sở hữu có 48 quốc gia, trong đó có Việt Nam. Quốc gia có sản lượng dầu mỏ lớn nhất là ArậpXêút chiếm 26% tổng sản lượng dầu mỏ trên thế giới. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65 á 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 20 á 22% năng lượng đi từ than, 5 á 6% từ năng lượng nước và 8 á 12% từ năng lượng hạt nhân. Ngày nay trên 90% sản phẩm hữu cơ là có nguồn gốc từ dầu_khí và tỷ lệ dầu- khí sử dụng vào mục đích năng lượng sẽ giảm dần. Do đó dầu khí trong một tương lai còn dài vẫn chiếm giữ một địa vị quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá học mà không có tài nguyên thiên nào cạnh tranh nổi. Bên cạnh đó hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả protêin. Dầu mỏ là một hỗn hợp rất phức tạp trong đó có hàng trăm cấu tử khác nhau. Mỗi loại dầu mỏ được đặc trưng bởi thành phần riêng, song về bản chất chúng đều có các hydrocacbon là thành phần chính, các chất đó chiếm 60 á90% trọng lượng trong dầu, còn lại là các chất Oxy, Lưu huỳnh, Nitơ, các phức chất cơ kim, các chất nhựa, asphanten. Trong khí còn các khí trơ như: He,Ar,Xe, N2 … Đối với Việt Nam, coi dầu khí là ngành kinh tế mũi nhọn, là chỗ dựa cho ngành công nghiệp hoá, hiện đại hoá làm đà thúc đẩy,phát triển cho nền kinh tế quốc dân. Đây là mũi nhọn có tính chiến lược của Việt Nam, như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kì mới, thời kì mà cả nước đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá, chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí trong công cuộc công nghiệp hoá đất nước sẽ rất có ý nghĩa, không những bằng các chỉ tiêu kinh tế cụ thể mà ngành công nghiệp mũi nhọn này còn là nguồn động viên tinh thần tòan đảng toàn dân ta và nhất là các thành viên đang hoạt động trong ngành dầu khí hăng hái lao động, sáng tạo góp phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới sánh vai các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới. Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sản phẩm phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc ín... cũng là một phần quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp. Nếu không có dầu mỡ bôi trơn thì không thể có công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của kinh tế xã hội. Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tự động hoá, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu được có chất lượng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầu khí Việt Nam cũng đã được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển. Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lượng tương đối lớn như mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn; các mỏ khí như Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ... Đây là nguồn tài nguyên quí để giúp nước ta có thể bước vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất với công suất 6 triệu tấn/năm sắp hoàn thành để hoạt động và đang tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu số 2 Nghi Sơn – Thanh Hoá với công suất 7 triệu tấn/năm. Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí sẽ rất có ý nghĩa, không những chỉ bằng các chỉ tiêu kinh tế cụ thể mà ngành công nghiệp mũi nhọn này còn là nguồn động viên tinh thần của toàn Đảng, toàn dân ta và nhất là các thành viên đang hoạt động trong ngành dầu khí hăng hái lao động sáng tạo, góp phần xây dựng đất nước. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu ở châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý hiếm này. Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và các hợp chất khác như CO2, N2, H2S, N2, He, Ar... Dầu mỏ muốn sử dụng được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phương pháp chưng cất ở các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm để tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng nhiệt độ sôi khác nhau mà không làm phân huỷ chúng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không. Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo. Trong đồ án này sẽ tiến hành đề cập tới các vấn đề lý thuyết có liên quan. Trên cơ sở đó thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ. Đồng thời xem xét thiết kế mặt bằng phân xưởng và vấn đề an toàn lao động. A.Tổng quan i- Chuẩn bị nguyên liệu trước khi chế biến: - Dầu thô vừa khai thác ở mỏ lên ngoài phần chủ yếu là hydrôcacbon trong dầu còn lẫn nhiều tạp chất như: Tạp chất cơ học,đất đá,nước và cả muối khoáng. Chúng lẫn vào dầu khí và phổ biến là nằm ở dạng nhũ tương nên khó tách ở điều kiện bình thường. Nếu không tách các tạp chất này, khi vận chuyển hay tồn chứa và đặc biệt khi chưng cất dầu chúng sé tạo cặn bùn và các hợp chất ăn mòn phá hỏng thiết bị làm giảm công suất chế biến. Chính vì thế trước khi đưa vào chế biến dầu thô cần phải được cho qua các bước xử lý. a- ổn định dầu nguyên khai. - dầu nguyên khai còn chứa các khí hoà tan như: khí đồng hành và các khí phi hydrocacbon. Đại bộ phận chúng dễ tách ra khi giảm áp suất trong lúc phun ra khỏi giếng khoan. Nhưng dù sao vẫn còn một lượng nhất định lẫn vào trong dầu và phải tách tiếp trước khi chế biến nhằm mục đích hạ tấp áp suất hơi khi chưng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến hoá dầu vì rằng khí hydrocacbon nhẹ (C1-C4) là nguồn nguyên liệu quí cho quá trình sản xuất olêfin nhẹ. ổn định dầu là thực chất là chưng tách bớt phần nhẹ. Nhưng để tránh bay hơi xăngtốt nhất là tiến hành chưng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi. b- Tách các tạp chất cơ học, nước, muối khoáng. b1-Tách bằng phương pháp cơ học. b.1.1 lắng. Bản chất của phương pháp lắng là dựa vào sự khác nhau về tỷ trọng của dầu và các tạp chất như đất đá, nước, muối. Nếu dầu có tạp chất này khi để lắng lâu ngày các tạp chất sẽ tách ra và lắng xuống dưới tạo thanhf hai lớp rõ rệtvà có thể tách ra được. Để tăng tốc độ lắng người ta thường dùng biện pháp gia nhiệtđể giảm độ nhớt, nhiệt độ thường được duy trì trong khoảng 50-600C để trách mất mát dầu bay hơi. Nếu duy trì ở áp suất cao ta có thẻ nâng nhiệt độ cao để tăng tốc độ lắngmà không sợ mất mát vì áp suất hơi lúc này thấp hơn so với trường hợp dùng áp suất thấp. b.1.2.Ly tâm là phương pháp hay dùng để tách nướcvà các tạp chất đất đá.lực ly tâm càng lớncàng có khả năng phân chia cao các hạt có tỷ trọng khác nhau khỏi dầu. Lực ly tâm tỷ lệ với bình phương số vòng quay ly tâm của roto nên số vòng quay càng lớnhiệu quả tách càng cao. b1.3.Lọc Để tách nước và các tạp chất đất đá khỏi dầu có thể dùng phương pháp lọc khi chúng ta cho thêm vào dầu một chất dễ thấm nước, dễ dữ nướcvà tách chúng ra. Các chất này thuộc loại “chất trợ lọc”. Trong thực tế người ta dùng bông thuỷ tinh để lọc nước khỏi dầu phương pháp này đơn giản va có thể đạt được hiệu quả cao nhưng gặp phải khó khăn là phải liên tục thay thế màng lọcdo bẩn hay quá tải mà đôi khi việc thay thế cũng rất tốn kém và phức tạp. Ngoài ra cònn các phương pháp khác như: Tách nhũ tươngnước trong dầu bằng phương pháp hoá học,phương pháp điện trường. II- Sản phẩm của quá trình chưng cất. - Khi tiến hành chưng cất sơ khởi dầu mỏ, chúng ta nhận được nhiều phân đoạn và sản phẩmdầu. Chúng được phân biệt với nhaubởi giớ hạn nhiệt độ sôi(hay khoảng nhiệt độ chưng) bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt,nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ đông đặc à bởi nhiều tính chất khác có liên quan dến việc sử dụng chúng.Sản phẩm của quá trình chưng cát gồm: 1- Khí hydrocacbon. - Khí hydrocacbon thu được chủ yếu là C3 – C4.Tuỳ thuộc công nghệ chưng cấtphân đoạn C3,C4 nhận đượcở thể khí hay đã nén hoá lỏng. Phân đoạn này thường dùng làm nguyên liệu cho quá trình phân tách khí để nhận được các khí riêng biệt cho các quá trình chế biến tiép thành những hoá chất cơ bản hay được dùng làm nguyên liệu dân dụng. 2- Phân đoạn xăng. - Phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi từ 30-350C đến 1800C đựoc tinh cất tiếp để nhận được các phân đoạn hẹp như: 30-620C, 62-850C, 85-1050C, 105-1400C, hay phân đoạn rộng 85-1400C dùng làm nguyên liệu cho quá trình izome hoá, Reforming xúc tác với mục đích nhận xăng hay BTX hoặc làm nguyên liệu cho Cracking nhằm sản xuất các olêfin thấp như: êtylen,P=,B=,B= =. Ngoài ra phân đoạn xăng còn được dùng làm dung môi như dung môi parafinic cho công nghiệp trícg ly, pha chế mỹ phẩm. 3- Phân đoạn Kerosen. - Phân đoạn Kerosen có nhiệt độ sôi trong khoảng 120-2400C được dùng làm nhiên liệu cho động cơ phản lực. Nếu hàm lượng S hoạt động cao, người ta phải tiến hành làm sạch nhờ xử lý bằng hydro. Phân đoạn150-2800C hay 150-3150C từ các loại dầu ít S được dùng làm dầu hoả dân dụng còn phân đoạn140-2000C thường được dùng làm dung môi cho công nghiệp sơn. 4- Phân đoạn Diezen. - Phân đoạn Diezen là phân đoạn có nhiệt độ sôi 140-3600C (3800C) được dùng làm nhiên liệu Diezen. Khi nhận nhiên liệu này từ dầu mỏ có nhiều S người ta cũng phải các hợp chấtS bằng hydro hoá làm sạch. Phân đoạn 200-3200C(3400C) từ dầu mỏ chứa nhiều hydrocacbon parafin còn phải tiến hành tách n-parafin. 5- Phân đoạn Mazut. - Phân đoạn Mazut là phân đoạn chưng cất khí quyển được dùng làm nhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp hay được sử dụng làm nguyên cho quá trình chưng cất chân không để nhận được các cấu tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệu cho các quá trình Cracking nhiệt, Cracking xúc tác và hydrocacking. 6- Phân đoạn dầu nhờn. - Phân đoan j có nhiệt độ sôi 350-5000C,350-5400C(5800C) được gọi là gasoil chân không, được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình Cracking xúc tác hay hydrocracking . Còn phân đoạn dầu nhờn hẹp 320-4000C, 300- 4200C, 400- 4500C, 420-4900C, 450-5000C được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất các loại dầu nhờnbôi trơn khác nhau. 7- Phân đoạn Gudron. - Phân đoạn Gudron là phần cặn của quá trình chưng cất chân không được dùng làm nguyên lieuụ cốc hoá để sản xuất cốc hoặc để dùng sản xuất bitum các loại khác nhau hay chế tạo thêm phần dầu nhờn nặng III.công nghệ của quá trình III.1. Phân loại sơ đồ công nghệ. Các loại sơ đồ công nghệ chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường gồm: Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Phân đoạn 1 Xăng Dầu thô Mazut - Sơ đồ bốc hơi một lần và tinh luyện một lần trong cùng một tháp chưng luyện. Hình 9. Loại sơ đồ này có ưu điểm là sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn sẽ giảm được nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đun nóng dầu trong lò. Thiết bị đơn giản gọn gàng, nhưng lại có nhược điểm: đối với dầu chứa nhiều khí hoà tan cũng như chứa nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lưu huỳnh thì gặp nhiều khó khăn trong quá trình chưng cất, do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ đều lớn, nên thiết bị phải có độ bền lớn làm bằng vật liệu đắt tiền, đôi khi còn có hiện tượng nổ, hỏng thiết bị do áp suất trong tháp tăng đột ngột (không quá 8 á 10%). - Sơ đồ bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong 2 tháp nối tiếp nhau. Loại này có 2 sơ đồ: sơ đồ 1 (hình 10), sơ đồ 2 (hình 11). Phân đoạn 2 Phân đoạn 1 Xăng Dầu nóng Mazut Xăng nhẹ Hình 10. Phân đoạn 2 Phân đoạn 1 Xăng Dầu nóng Mazut Phân đoạn 3 Hình 11. Thiết bị chưng cất theo sơ đồ 1 gồm hai tháp nối tiếp nhau, quá trình bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong hai tháp nối tiếp nhau. Loại này thường áp dụng để chế biến những loại dầu có chứa nhiều phân đoạn nhẹ, những hợp chất chứa lưu huỳnh và nước. Ưu điểm nhờ các cấu tử nhẹ, nước được tách ra sơ bộ ở tháp thứ nhất, nên trong các ống xoắn của lò và tháp thứ hai không có hiện tượng tăng áp suất đột ngột như trong sơ đồ trên. Mặt khác các hợp chất chứa lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bị đã được thoát ra ở đỉnh tháp thứ nhất. Do vậy trong tháp chưng thứ hai không cần dùng vật liệu đắt tiền, có thể sử dụng thép thường. Những hydrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đun dầu làm việc với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò đun dầu chính. Nhờ loại này loại bỏ được nước ngay ở tháp thứ nhất nên tháp chính thứ hai làm việc hoàn toàn an toàn. Nhược điểm của sơ đồ này là phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn 5 á 100C so với sơ đồ trên. Có thể hạn chế hay khắc phục hiện tượng này bằng cách cho hơi nước vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng phần của các hydrocacbon. Sơ đồ 2 (hình 6) là hệ thống bốc hơi hai lần và tinh luyện một lần trong tháp chưng luyện. Sơ đồ loại này dùng phổ biến, ở sơ đồ này có sự tinh luyện phần nhẹ và phần nặng xảy ra đồng thời trong cùng mọt tháp chính thứ hai. Như vậy có phần nào giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầu trong lò. *Chưng cất phức tạp: Để nâng cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng phải tiến hành chưng cất có hồi lưu hay chưng cất có tinh luyện - đó là chưng cất phức tạp. - Chưng cất có hồi lưu Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay laị tưới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu. Nhờ vậy mà có độ phân chia cao hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt và bố trí phía trên thiết bị chưng cất. Hình 12: Sơ đồ chưng cất có hồi lưu Nguyên liệu (I) qua thiết bị đun nóng (2) rồi đưa vào tháp chưng (1) phần hơi để lên đỉnh tháp sau đó qua thiết bị làm lạnh và thu được sản phẩm (II). Phần đáy được tháo ra là cặn (III) một phần được gia nhiệt hồi lưu trở lại tháp đáy thực hiện tiếp qúa trình chưng cất thu được sản phẩm. III.2. Dây chuyền công nghệ 1. Chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ Chưng cất hoàn toàn phụ thuộc các đặc tính của nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến. Với dầu mỏ chứa lượng khí hoà tan bé từ 0,5 á 1,2%, trữ lượng xăng thấp từ (12 á 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 1800C) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 3500C không lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và cũng phù hợp hơn cả là nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi một lần và một tháp chưng cất. Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50 á 65%), chứa nhiều khí hoà tan > 12%, chứa nhiều phân đoạn nặng (20 á 65%) 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 còn lại. Như vậy ở tháp chưng sơ bộ ta tách được phần khí hoà tan và phân xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu. Để ngưng tụ hoàn toàn bay hơi lên người ta tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P = 0,35 á 1 MPa. Nhờ áp dụng chưng hai lần mà ta có thể giảm được áp suất trong tháp thứ hai đến áp suất P = 0,14 á 0,16 MPa và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều hơn. 2. Chọn sơ đồ công nghệ Ta chọn sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi hai lần. Ưu điểm của loại sơ đồ này có hai cột chính là cột cất sơ bộ và cột cất phân đoạn. Các hydrocacbon nhẹ được tách ra ở cột cất sơ bộ nên cho phép đun dầu với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò đun dầu chính. Nước được loại bỏ trước khi đi vào cột cất phân đoạn nên tháp chính thứ hai làm việc hoàn toàn an toàn. Mặt khác những hợp chất lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bị đã được tách ra ở đỉnh tháp sơ bộ nên trong tháp chưng thứ hai không dùng vật liệu đắt tiền, có thể dùng bằng thép thường. Ngoài ra nó còn có ưu điểm riêng biệt có thể dùng cho một số mục đích đặc biệt. Bên cạnh đó nó cũng có nhược điểm là phân đoạn nặng, phân đoạn nhẹ bốc hơi riêng rẽ nên phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn khi dùng loại sơ đồ mà các phân đoạn cùng bốc hơi đồng thời. Có thể khắc phục bằng cách dùng hơi nước cho vào các ống cuối cùng của lò đốt. Việc chưng cất dầu bằng áp suất thường ta có hai loại hình chưng cất. Mà chưng cất dầu muốn nhận được nhiều phần nhẹ ta chọn sơ đồ chưng cất loại hai tháp. Sơ đồ chưng cất ở áp suất thường loại hai tháp dây chuyền công nghệ bao gồm: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Bơm Tháp lắng làm sạch sơ bộ Thiết bị khử muối và nước Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị làm mát Thiết bị làm lạnh Tháp chưng sơ bộ Lò ống Tháp chưng cất chính Thiết bị tái sinh bay hơi Tháp khử butan (tháp ổn định) 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. Hơi nước vào tháp Thiết bị làm lạnh ngưng tụ Bể chứa sản phẩm khí C1, C2 Bể chứa sản phẩm khí C3, C4 Bể chứa xăng nhẹ Bể chứa xăng nặng Bể chứa kerosen Bể chứa gazoil nhẹ Bể chứa gazoil nặng Bể chứa dầu cặn Van. Hình 13. Dây chuyền công nghệ chưng cất dầu thô nhiều cấu tử nhẹ 3. Thuyết minh sơ đồ chưng cất dầu bằng phương pháp loại hai tháp Dầu thô được bơm (1) qua thiết bị tách sơ bộ (2) để tách tạp chất, sau đó được bơm chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) rồi vào thiết bị khử nước và muối (3). Sau khi tách nước và muối, dầu thô lại chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) để nâng nhiệt độ đến 200 á 2200C rồi được nạp vào tháp chưng luyện (7), nhiệt độ đỉnh tháp là 800C và nhiệt độ đáy tháp là từ 200 á 2200C, áp suất từ 3 á 5 at. Với chế độ công nghệ như vậy ở tháp chưng này chỉ nhằm tách phần khí hoà tan và một phần xăng nhẹ khỏi dầu thô, phần còn lại gọi là (sản phẩm đáy) được đưa qua lò đốt (8) nâng nhiệt độ lên 320 á 3600C rồi được nạp vào tháp chưng cất chính (9). ở tháp chưng cất chính này, trên đỉnh tháp chưng một phần cấu tử nhẹ bay lên qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ (13) rồi vào bể chứa (14). ở đây một phần khí bay lên là khí C1, C2, một phần quay lại hồi lưu đỉnh tháp, phần còn lại được trộn với khí và xăng tách ra ở tháp chưng (7) rồi đi vào tháp khử butan (11), nhờ tháp khử butan (11) chúng ta phân chia được sản phẩm lỏng LPG và xăng nhẹ. Bên cạnh tháp chưng cất chính nhờ thiết bị tái bay hơi (10). Dưới tháp bay hơi người ta cho hơi nước đi vào để trộn lẫn với cấu tử nhẹ trong tháp rồi lưu lại tháp (9), phần đáy tháp (10) tháo ra gọi là các phân đoạn như xăng nặng , kerosen, gazoil nhẹ, gazoil nặng. Sản phẩm đáy của tháp chưng cất chính được tháo ra, vì sản phẩm đáy của tháp nhiệt độ còn cao cho nên phải qua các thiết bị làm lạnh để giảm nhiệt độ xuống trước khi cho cặn vào bể chứa. 4. Ưu điểm của sơ đồ chưng cất 2 tháp Ưu điểm: Khí được tách riêng ở phần tháp sơ bộ, không sợ ăn mòn ở tháp chưng thứ hai và kinh tế hơn. Dùng ít thép để tháp chưng cất chính đạt hiệu quả cao. Nhược điểm: Nhiệt độ nóng hơn so với một tháp từ 10 á 150C. Để khắc phục nhược điểm trên, các nhà công nghệ khắc phục bằng cách phun hơi nước vào ống xoắn ở cuối lò tránh hiện tượng phân huỷ. III.3. thiết bị chính trong dây chuyền. Thiết bị góp phần quan trọng nhất trong dây chuyền công nghệ chưng cất dầu mỏ thô bằng áp suất thường là: 1. Tháp chưng cất. 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 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 ngược chiều nhau. Quá trình này được thực hiện trong tháp(cột ) tinh luyện. Để đảm bạ tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp được 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 lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp.  Hình 14. Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất. 2. Các loại tháp chưng luyện a) Tháp đệm 1 V 2 3 IV I II III 4 5 Hình 15. 1- Thành tháp 2- Bộ phận phân phối chất lỏng hồi lưu 3- Lớp đệm 4- Bộ phận phân phối hơi 5- Vùng đệm có tấm chắn. I. Nguyên liệu II. Sản phẩm đỉnh III. Hồi lưu đỉnh IV. Hồi lưu đáy V. Sản phẩm đáy Các đệm trong tháp là các vòng bằng gốm: Để bề mặt tiếp xúc phía trong vòng gốm người ta làm các tấm chắn, người ta xếp đệm trên các đĩa có 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 không tốt. Nhưng khi dùng tháp có đường kính nhỏ hơn 1 m, thì hiệu quả của tháp này không kém tháp đĩa chóp, vì vậy chúng thường dùng để chưng luyện gián đoạn với công suất thiết bị không lớn. b) Tháp đĩa chụp(đĩa chóp). Loại đĩa này được sử dụng rộng rãi trong chưng cất dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ. Các đĩa chụp có nhiều dạng khác nhau bởi cấu tạo của chụp và cấu tạo của bộ phận chảy chất lỏng. Đĩa hình chóp là các đĩa kim loại mà trong đó có cấu tạo nhiều lỗ để cho hồi đi qua. Theo chu vi các lỗ người ta bố trí trong nhánh có độ cao xác định gọi là cốc, nhờ có ống nhánh này giữ mức chất lỏng xác định. Phía trên các ống nhánh là các chụp. Khoảng giữa ống nối và chụp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên. 2 3 1 6 5 4 7 8 Hình 16. 1- Tấm 2- ống chảy truyền 3- Chụp 4- ống nhánh 5- Lỗ chụp cho hơi qua 6- Không gian biên 7- Tấm chắn để giữ nước chất lỏng trên đĩa 8- Thành thép. Nguyên lý cấu tạo đĩa chụp: 2 6 3 5 4 2 1 Hình 17. Tháp đĩa chụp hình máng Chụp; 2. Máng; 3. Tấm điều chỉnh chảy; 4. Tấm 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 có cấu tạo đơn giản và rất vệ sinh. Loại này có nhược điểm cơ bản là diện tích sủi bọt bé (chỉ khoảng 30% diện tích của đĩa), điều đó làm tăng tốc độ hơi và tăg sự cuốn chất lỏng đi. Đĩa chụp hình chữ S: 1 2 Hình 18. 1. Chụp hình chữ S 2. ống chảy chuyền 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 không lớn (như áp suất khí quyển). Công suất của các đĩa cao, cao hơn loại đĩa lòng máng là 20%. Đĩa chụp supap: 2 1 Van đóng Van mở một nửa Van mở hết Hình 19. 1. Van; 2. Quai kẹp Loại này có 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 có 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 2 3 Hình 20. 1. Lớp chất lỏng 2. Các lỗ sàng 3. ống chảy chuyền Lớp chất lỏng một có chiều cao khoảng 25 á 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 không đổi, vì rằng như khi giảm hiệu suất thiết bị sẽ làm giảm sự gặp nhau giữa dòng hơi và dòng lỏng, dò hết xuống, làm cho đĩa trở ra, khi tăng công suất thì làm tăng dòng 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. Nói chung có nhiều loại đĩa, nhưng được sử dụng phổ biến nhất là loại đĩa chụp hình máng, đĩa chụp hình chữ S, đĩa chụp tròn, đĩa supap. IV. thiết bị đun nóng. 1. Đun nóng bằng khói lò. Khói lò được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu trong lò (1) sau đó đi vào phòng trộn (2), ở phòng này cho thêm khí vào làm lạnh vào để điều chỉnh nhiệt độ của khói lò, lượng không khí cho vào lò phụ thuộc nhiệt độ cần điều chỉnh để đun nóng. Để giảm lượng trong ống khói lò người ta có thể dùng khí thải (khói lò sau khi đã đun nóng) để trộn lẫn. Đun nóng bằng khói lò được dùng rất phổ biến nhất là trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, phương pháp này có thể đạt được nhiệt độ 1000C. Khói lò được tạo thành khí đốt cháy các nhiên liệu rắn hoặc lỏng hay khí trong lò đốt. Không khí Khí thải 3 4 2 1 Nhiên liệu Hình 21. Sơ đồ đun nóng bằng khói lò 1. Lò đốt; 2. Phòng trộn; 3. Thiết bị truyền nhiệt; 4. Quạt. Ưu điểm: Có thể tạo được nhiệt độ cao, nhưng có nhiều nhược điểm. Nhược điểm: Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ (không quá 100 W/m2 độ) do đó thiết bị cồng kềnh. Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên đòi hỏi phải dùng một lượng khói rất lớn để làm việc. Đun nóng không được đồng đều vì khói lò vừa cấp nhiệt vừa nguội đi, khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dễ có hiện lượng quá nhiệt từng bộ phận và gây ra phản ứng phụ không cần thiết. Khói lò thường có bụi và khí độc của nhiên liệu (nhất là nhiên liệu rắn) do đó, khi đun nóng gián tiếp bề mặt truyền nhiệt bị bám cặn, còn đun nóng các chất dễ cháy dễ bay hơi thì không an toàn. Trong khói lò luôn còn một không khí ngoài trời, ở nhiệt độ cao khi tiếp xúc với thiết bị sẽ oxy hoá kim loại làm hỏng thiết bị, hiệu suất sử dụng nhiệt thấp, lớn nhất là 30%. 2. Thiết bị đun nóng lò ống Cấu tạo lò: Cấu tạo lò phụ thuộc vào dạng của nhiên liệu và phương pháp đốt, loại thường gặp là loại ống. Lò ống: 2 1 3 4 5 7 6 8 1. Lò đốt 2. Phòng trộn 3. Cửa hút không khí 4. Quạt 5. Cửa 6. Phòng đặt thiết bị truyền nhiệt 7. Thiết bị truyền nhiệt 8. Cửa ra Hình 22. Cấu tạo lò ống. Hình trên là cơ sở cấu tạo của lò ống. Khói lò tạo thành trong lò đốt (1) do quá trình cháy nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí). Khi vào phòng trộn (2) khói lò được giảm nhiệt độ nhờ không khí bị hút qua quạt (4) thổi vào cửa (3). Trong phòng (2) khói lò đi từ dưới lên qua cửa (5) vào phòng (6), tiếp tục đi từ trên xuống rồi ra ngoài theo cửa (8). Trong phòng (6) có đặt thiết bị truyền nhiệt loại ống (7). Khói lò đi ngoài ống có sản phẩm cần đun nóng đi ở phía trong. V. thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp: Dựa vào cấu tạo bề mặt truyền nhiệt, ta có thể chia thiết bị truyền nhiệt gián tiếp thành các loại như sau: loại vỏ bọc, loại ống. 1 2 3 2 1 1. Loại vỏ bọc Hình 23. Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc ngoài 1. Thiết bị; 2. Vỏ bọc; 3. Mặt bích Hình 24. Sơ đồ kết cấu của vỏ bọc ngoài làm việc ở áp suất cao 1. Vỏ thiết bị; 2. Vỏ bọc ngoài a) Vỏ bọc ngoài (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 đó để đun nóng hoặc làm nguội. Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mức chất lỏng trong thiết bị, bề mặt truyền nhiệt không lớn quá 10 m2, áp suất làm việc của hơi đốt không quá 10 at. Cấp nhiệt của chất tải nhiệt trong thiết bị, ta thường đặt cánh khuấy để tăng tốc độ tuần hoàn. b) Khi cần làm việc ở áp suất cao thì vỏ ngoài có cấu tạo đặc biệt. Vỏ ngoài (2) làm tấm thép có khoét nhiều lỗ, các lỗ này hàn liền vào vỏ (1). áp suất làm việc của loại này có thể đến 75 at. 2. Loại ống Loại này bề mặt truyền nhiệt có dạng hình ống. Căn cứ vào tính chất làm việc và cấu tạo của thiết bị có thể xếp mấy kiểu: - ống xoắn - Kiểu lưới - Kiểu ống lồng ống. a) ống xoắn: thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn là một trong những loại thiết bị đơn giản nhất. Nó gồm các đoạn thẳng nối với nhau bằng khuỷu gọi là xoắn gấp khúc, hoặc các ống uốn cong theo trôn ốc gọi là xoắn ruột gà, khi làm việc một chất tải nhiệt đi ngoài ống eòn một chất tải nhiệt khác đi trong ống. Ưu điểm: Cơ chế đơn giản, có thể làm bằng các vật liệu chống ăn mòn, dễ kiểm tra và sửa chữa. Nhược điểm: Cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ, hệ số cấp nhiệt phía ngoài bé, khó làm sạch phía trong ống, trợ lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng. b) Loại ống tưới. Thiết bị trao đổi nhiệt loại tưới. 4 2 3 1 Nước I Nước Hình 25. Máng tưới; 2- ống truyền nhiệt; 3- Khuỷu nối; 4- Máng chứa nước. 3. Loại ống lồng ống: Hình 26. Cấu tạo. 1. ống trong 3. Khuỷu nối 2. ống ngoài 4. ống nối Nguyên tắc: Thiết bị truyền nhiệt "ống lồng ống" gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, mỗi đoạn gồm có 2 ống lồng vào nhau. ống trong (1) của đoạn này nối thông với ống trong của đoạn khác và ống ngoài (2) của đoạn này nối thông với ống ngoài của đoạn khác. Để dễ thay thế và rửa ống người ta nối bằng khuỷu (3) và ống nối (4). Có mặt bích, chất tải nhiệt (I) đi trong ống trong (1) từ dưới lên, còn chất tải nhiệt (II) đi trong ống ngoài (2) từ trên xuống. Khi năng xuất lớn ta đặt nhiều dãy làm việ song song. Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thêt tạo ra tốc độ lớn ở cả 2 chất tải nhiệt, chế tạo đơn giản. Nhược điểm: Cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống. 4. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm: Hình 27. Cấu tạo: 1. Vỏ thiết bị 5. ống nối 2. Lưới ống 6. Tai đỡ 3. ống truyền 7. Đinh bulông 4. Đáy thiết bị 8. Đệm Nguyên tắc: Thiết bị truyền nhiệt loại này được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp hoá chất, nó có ưu điểm là cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn. Gồm có 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) có bulông (7) ghép chắc. Trên vỏ, nắp và đáy có 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 ống lên trên và ta khỏi thiết bị. Còn chất tải nhiệt (II) đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng trống giữa ống và vỏ rồi ra phía dưới. Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách hàn B.Tính toán I. Tính cân bằng vật chất - Theo số liệu thống kê hàng năm, số ngày nghỉ, tu sửa và bảo dưỡng là 40 ngày. Vậy số ngày làm việc trong 1 năm là: 365 - 40 = 325 (ngày) Tính cân bằng vật chất của dây chuyền chưng cất loại 2 tháp (AD) năng suất 4.000.000 tấn/năm. Năng suất của dây chuyền làm trong một ngày là: 4.000.000 : 325 = 12307.7 (tấn/ngày) 12307.7 : 24 = 512.82(tấn/giờ) I.1. Tại tháp tách sơ bộ. Giả sử tại tháp tách sơ bộ nguyên liệu sẽ bốc hơi toàn phần khí với hiệu suất 2,5% và phân đoạn L. Naphta với hiệu suất 3,8%. Năng suất các phân đoạn tính theo thành phần % của nguyên liệu. Hiệu suất sản phẩm khí là 2,5%. Lưu lượng sản phẩm khí là: = 100.000 (tấn/năm) = 307.7 (tấn/ngày) = 12.82 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm L. Naphta là 3,8%. Lưu lượng sản phẩm L. naphta là: = 152000 (tấn/năm) = 467.7 (tấn/ngày) = 19.49 (tấn/giờ) Lưu lượng còn lại ở đáy tháp sơ bộ là: 4.000.000 - (100.000 + 152.000) = 3748000 (tấn/năm) I.2. Tại tháp tách phân đoạn. Hiệu suất sản phẩm H. Naphta là 11,9%. Lưu lượng sản phẩm H. Naphta: = 476000 (tấn/năm) = 1464.62 (tấn/ngày) = 61.03 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm kerosen là 15,6%. Lưu lượng sản phẩm kerosen: = 624000 (tấn/năm) = 1920 (tấn/ngày) = 80 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm gazoil là 20,7%. Lưu lượng sản phẩm gazoil: = 828000 (tấn/năm) = 2547.7 (tấn/ngày) = 106.15(tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm Mazut là 45,5%. Lưu lượng sản phẩmMazut: = 1820000 (tấn/năm) = 5600 (tấn/ngày) = 233.33 (tấn/giờ) I.3.Tổng kết cân bằng vật chất: + Tổng Lưu lượng vào:4.000.000 (tấn/năm) 4.000.000 : 325 = 12307.7 (tấn/ngày) 12307.7: 24 = 512.82 (tấn/giờ +Tổng Lưu lượng ra: Tên phân đoạn Thành phần( %) Tấn/năm Tấn/ngày Tấn/giờ Gas 2,5 100000 307.7 12.82 L.Naphta 3,8 152000 467.7 19.49 H.Naphta 11,9 476000 1464.62 61.03 Kerosen 15,6 624000 1920 80 Gazoil 20,7 828000 2547.7 106.15 Mazut 45,5 1820000 5600 233.33 Tổng lưu lượng ra 4 000.000 12307.7 512.82 Vởy tổng lưu lượng vào = tổng lưu lượng ra. II- Xác định các đại lượng trung bình của sản phẩm. II.1.Tỷ trọng trung bình. Theo tài liệu tham khảo (Phạm Quang Dự- Vietso Petro Review) Tỷ trọng trung bình của L.Naphta: Tỷ trọng trung bình của H.Naphta: Tỷ trọng trung bình của Kerosen: Tỷ trọng trung bình của Gasoil: Tỷ trọng trung bình của Mazut: II.2.Xác định nhiệt độ sôi trung bình. Nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích được xác định theo công thức: - Nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích của xăng: Độ dốc của đường cong: Tra trên đồ thịhiệu chỉnh ts0 trung bình mol ta được hệ số hiệu chỉnh bằng: -14.5 tmm=108- 14.5 = 93.50C - Nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích của Kerosen: Độ dốc của đường cong: Tra trên đồ thịhiệu chỉnh ts0 trung bình mol ta được hệ số hiệu chỉnh bằng: -10.5 tmm=247.6- 10.5 = 237.10C - Nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích của Gazoil: Độ dốc của đường cong: Tra trên đồ thịhiệu chỉnh ts0 trung bình mol ta được hệ số hiệu chỉnh bằng: -7 tmm=319.8- 7 = 312.80C II.3.Tính phân tử lượng trung bình của các sản phẩm. Từ giá trị tmm và trên đồ thị xác định được phân tử lượng trung bình sau: - Phân tử lượng trung bình của xăng: Mx= 82 - Phân tử lượng trung bình của Kerosen: Mk= 100 - Phân tử lượng trung bình của Gazoil: MG= 250 III.Tính tiêu hao hơi nước. III.1.Tính tiêu hao cho tháp phân đoạn. Trong công nghiệp chế biến dầu lượng hơi nước được dùng xả vào đáy tháp thường được chọn là 5%trongj lượng so với lưu lượng mazut thoát ra. (tấn/năm) ( tấn/ngày) (tấn/h) (kmol/h) III.2.Tính tiêu hao nước cho các tháp tách. Trong công nghiệp chế biến dầu lượng hơi nước được dùng cho tháp tách thường được chọn là 2.5%trongj lượng so với lưu lượng sản phẩm. -Tại tháp lấy H.naphta: (tấn/năm) ( tấn/ngày) (tấn/h) (kmol/h) Tại tháp lấy Kerosen: (tấn/năm) ( tấn/ngày) (tấn/h) (kmol/h) Tại tháp lấy Gazoil: (tấn/năm) ( tấn/ngày) (tấn/h) (kmol/h) Tông lượng hơi nước dùng trong quá trình là: 648.167+84.78+111.11+147.47=991.527 (kmol/h) Các thông số về hơi nước là: áp suất 10at, nhiệt độ 3300C. IV.Tính chế độ của tháp chưng cất. IV.1.Tính áp suất của tháp. IV.1.1.áp suất tại đỉnh tháp. Do sự mất mát áp suất trên các đường ống dẫn nên áp suất tại đỉnh tháp thường lớn hơn so với áp suất tại tháp tách khoảng 20%. Chọn áp suất tại tháp tách là 760 mmHg. Vởy áp suất tại đỉnh tháp là: Pđỉnh=(mmHg) IV.1.2.áp suất tại đĩa lấy Kerosen. Dọc theo cột chưng cất áp suất tăng. Chọn số đĩa từ đĩa lấy H.naphta đến đĩa lấy Kerosen là 10 đĩa. Chọn áp suất qua mỗi đĩa là 8mmHg. PKerosen= 912+8*10=992 (mmHg). VI.1.3.áp suất tại đĩa lấy gazoil Chọn số đĩa từ đĩa lấy Kerosen đến đĩa lấy Gazoil là 10 đĩa. Pgazoil=992+8*10=1072 (mmHg) IV.1.3.áp suất áp tại đĩa nạp liệu. Chọn số đĩa từ đĩa lấy Gazoil đến đĩa nạp liệu là 8 đĩa. Pnạp liệu=1072+8*10=1152 (mmHg). Chọn số đĩa từ nạp liệu đến đĩa cuối cùng là 20 đĩa. Vậy tổng số đĩa là: 20+8+10+10=48 đĩa. .IV.2.tính nhiệt độ của tháp. IV.2.1. Nhiệt độ tại đĩa nạp liệu. Trong thực tế của quá trình chưng cất có sự mất mát ề áp suất và do có cùng một lượng hơi nước xả vào đáy tháp để làm giảm áp suất riêng phần của các sẩn phẩm. Do đó nhiệt độ tại đĩa nạp liệu không phải là nhiệt độ tại điểm cuối của các sản phẩm trắng mà phải hiệu chỉnh bởi áp suất riêng phần của các sản phẩm, được tính theo định luật Dalton: P= Pnạp liệu*Y Trong đó: Pnạp liệu: áp suất tại đĩa nạp liệu. Y: phần mol của sản phẩm dầu. Với mH, mK, mG, mhn là phần mol của các sản phẩm dầu và hơi nước. Thay các giá trị vào ta được: (kmol/h) (kmol/h) (kmol/h) mhn= 648.167 (kmol/h) (kmol/h) Suy ra: P=Pnạp liệu*Y=1152*0.711=819.072 (mmHg) và nhiệt độ cuối của sản phẩm trắng trên đường cong VE(t100%=315,250C)theo đồ thị AZNI[24,45,12] ta tìm được nhiệt độ thực tại đĩa nạp liệu là tnạp liệu=3420C. IV.2.2.Nhiệt độ tại đáy tháp. Nhiệt độ tại đáy tháp có thể chọn nhỏ hơn nhiệt độ tại đĩa nạp liệu khoảng 10-200C .Chọn t= 1260C. IV.2.3.Nhiệt độ tại đỉnh tháp. - Sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng, điểm sôi cuối của nhiên liệuH. Naphta trên đường cong VE (t100%=130.80C). Giả sử chọn nhiệt độ tại đĩa lấy H.Naphta là t= 1260C. - Khi đó ta có cân bằng nhiệt lượng mà sản phẩm nhường cho hồi lưu như sau: Q1= g1.(): nhiệt dùng làm nguội H.Naphta Q2= g2.(): nhiệt dùng làm nguội Kerosen Q3= g3.(): nhiệt dùng làm nguội gazoil Q4= g4.(): nhiệt dùng làm nguội mazut Q5= g5.(): nhiệt dùng làm nguội hơi nước. Trong đó : : lượng sản phẩm và hơi nước tính theoKg/h. : lượng nhiệt các sản phẩm nhường cho hồi lưu kcal/h. : entanpi của sản phẩm ở dạng hơi tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy sản phẩm H.naphta kcal/kg. :entanpi của sản phẩm ở dạng lỏng tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy sản phẩm H.naphta kcal/kg. : entanpi của hơi nước tại nhiệt độ vào kcal/kg Như vậy theo giá trị của d và nhiệt độ đã chọn theo bảng [75,76,77,349,352-5] ta tìm được các entanpi của sản phẩm như sau: thay các giá trị vào biểu thức ta tính được: Vởy tổng nhiệt lượng nhường cho hồi lưu là: = 35989,46.103 (kcal/h). - Số mol của hồi lưu được xác định theo công thức: Trong đó : M: trọng lượng phân tử của hồi lưu Q: lượng nhiệt mà hồi lưu cần thu L: ẩn nhiệt của hồi lưu với L= Suy ra : L= 140.97-14.38=126.59 kcal/kg. - áp suất phần hơi: P=PH.naphta* P=912*=797.199(mmHg). Từ giá trị áp suất hơi P và nhiệt độ trên đồ thịAZNI ta tìm được nhiệt độ tại đĩa lấy Kerosen là t= 1260C vậy giả thiết ta có thể chấp nhận được. IV.2.4.Nhiệt độ tại đĩa lấy kerosen. - Sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng, điểm sôi đầu của nhiên liệu Kerosen trên đường cong VE (t100%=2080C). Giả sử chọn nhiệt độ tại đĩa lấy Kerosen là t= 1760C. - Khi đó ta có cân bằng nhiệt lượng mà sản phẩm nhường cho hồi lưu như sau: Q1= g1.(): nhiệt dùng làm nguội H.Naphta Q2= g2.(): nhiệt dùng làm nguội Kerosen Q3= g3.(): nhiệt dùng làm nguội gazoil Q4= g4.(): nhiệt dùng làm nguội mazut Q5= g5.(): nhiệt dùng làm nguội hơi nước. Trong đó : : lượng sản phẩm và hơi nước tính theoKg/h. : lượng nhiệt các sản phẩm nhường cho hồi lưu kcal/h. : entanpi của sản phẩm ở dạng hơi tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy sản phẩm H.naphta kcal/kg. :entanpi của sản phẩm ở dạng lỏng tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy sản phẩm H.naphta kcal/kg. : entanpi của hơi nước tại nhiệt độ vào kcal/kg Như vậy theo giá trị của d và nhiệt độ đã chọn theo bảng [75,76,77,349,352-5] ta tìm được các entanpi của sản phẩm như sau: thay các giá trị vào biểu thức ta tính được: Vởy tổng nhiệt lượng nhường cho hồi lưu là: = 34134,34.103 (kcal/h). - Số mol của hồi lưu được xác định theo công thức: Trong đó : M: trọng lượng phân tử của hồi lưu Q: lượng nhiệt mà hồi lưu cần thu L: ẩn nhiệt của hồi lưu với L= Suy ra : L= 163.33-94.75=68.58 kcal/kg. - áp suất phần hơi: P=PKerosen* P=992*=444.272(mmHg). Từ giá trị áp suất hơi P và nhiệt độ trên đồ thịAZNI ta tìm được nhiệt độ tại đĩa lấy Kerosen là t= 1760C vậy giả thiết ta có thể chấp nhận được. IV.2.5.Nhiệt độ tại đĩa lấy gazoil. - Sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng, điểm sôi đầu của nhiên liệu Gazoil trên đường cong VE (t100%=3050C). Giả sử chọn nhiệt độ tại đĩa lấy Gazoil là t= 2800C. - Khi đó ta có cân bằng nhiệt lượng mà sản phẩm nhường cho hồi lưu như sau: Q1= g1.(): nhiệt dùng làm nguội H.Naphta Q2= g2.(): nhiệt dùng làm nguội Kerosen Q3= g3.(): nhiệt dùng làm nguội gazoil Q4= g4.(): nhiệt dùng làm nguội mazut Q5= g5.(): nhiệt dùng làm nguội hơi nước. Trong đó : : lượng sản phẩm và hơi nước tính theoKg/h. : lượng nhiệt các sản phẩm nhường cho hồi lưu kcal/h. : entanpi của sản phẩm ở dạng hơi tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy sản phẩm H.naphta kcal/kg. :entanpi của sản phẩm ở dạng lỏng tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy sản phẩm H.naphta kcal/kg. : entanpi của hơi nước tại nhiệt độ vào kcal/kg Như vậy theo giá trị của d và nhiệt độ đã chọn theo bảng [75,76,77,349,352-5] ta tìm được các entanpi của sản phẩm như sau: thay các giá trị vào biểu thức ta tính được: Vởy tổng nhiệt lượng nhường cho hồi lưu là: = 19092.68.103 (kcal/h). - Số mol của hồi lưu được xác định theo công thức: Trong đó : M: trọng lượng phân tử của hồi lưu Q: lượng nhiệt mà hồi lưu cần thu L: ẩn nhiệt của hồi lưu với L= Suy ra : L= 217.27-158.46=58.81 kcal/kg. - áp suất phần hơi: P=PGazoil* P=1072*=697.73(mmHg). Từ giá trị áp suất hơi P và nhiệt độ trên đồ thịAZNI ta tìm được nhiệt độ tại đĩa lấy Kerosen là t= 2800C vậy giả thiết ta có thể chấp nhận được. IV.3. Tính chỉ số hồi lưu đỉnh tháp. Ta có: Lượng hồi lưu: M*m=3467.07*82=284299.74 (kg/h). V.Tính kích thước của tháp chưng cất. V.1.Tính đường kính tháp. Đường kính của tháp chưng cất được xác định theo công thức: (m2) tiết diệ tháp. Trong đó : dL: tỷ trọng của sản phẩm ở trạng thái lỏng. dV: tỷ trọng của sản phẩm ở trạng thái hơi. Chọn khoảng cách giữa hai đĩa là 0,75m . Theo biểu đồ [46,78] ta được C=0,06. Mặt khác ta có dL= 680 [theo tài liệu Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu]. Tỷ trọng của H.naphta ở trạng thái hơi được xác định theo công thức: Trong đó: : trọng lượng phân tử trung bình. P: áp suất trên đĩa đầu tiên (at). R: hằng số khí R=0,082 (l.at/g.0C). T: nhiệt độ (0K). Vởy: Lượng hồi lưu lớn nhất: Trong đó: m=6656.04 Suy ra: (m3/s). Suy ra: Quy chuẩn D=9m. V.2 Tính chiều cao tháp. Chiều cao của tháp chưng cất được xác định theo công thức: H= (N-2). H + 2.a + b (m). Trong đó : H: chiều cao toàn tháp. h: khoảng cách giữa hai đĩa. N: số đĩa trong tháp. a: chiều cao ở đỉnh tháp chọn bằng chiều cao đáy tháp (a=3m). b: khoảng cách giữa đĩa tiếp liệu (b=1,5m). Số đĩa trong toàn tháp là: N= 10+10+8+20=48 (đĩa). Vởy chiều cao tháp là: H= (48-2)*0.75+2*3+1.5=42 (m). Kết luận Sau một thời gian làm việc tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu, em đã hoàn thành bản đồ án thiết kế với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Hữu Trịnh Phân xưởng chưng cất dầu thô có vai trò quan trọng trong nhà máy chế biến dầu, nó cho phép ta nhận được các phân đoạn nhiên liệu và cặn mazut. Muốn thiết kế được dây chuyền tốt phải nghiên cứu kỹ lưỡng các lý thuyết liên quan như bản chất của dầu thô, các phương pháp chưng cất, yếu tố ảnh hưởng, các loại sơ đồ chưng cất, thiết kế xây dựng,an toàn lao động... Với dầu thô có nhiều phần nhẹ thiết kế dây chuyền chưng cất với loại hai tháp chưng là tốt nhất. Được tham gia thiết kế những dây chuyền công nghệ sản xuất hiện đại phục vụ cho ngành tổng hợp hữu cơ hoá dầu, một ước muốn của sinh viên công nghệ hoá học. Sau này ra thực tế nếu được tham gia công tác, chúng em nguyện phát huy hết khả năng của mình cùng với sự nỗ lực chung của ngành để biến nguồn tài nguyên phong phú thành những sản phẩm có giá trị góp phần xây dựng đất nước. Vậy em rất mong sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Trịnh đã trực tiếp hướng dẫn em làm đề tài này. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo dẫn xuất nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như khi thực hiện đề tài. Tài liệu tham khảo 1. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ; Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội; 2000. 2. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ. Hoá học dầu mỏ; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; 1999. 3. Trần Mạnh Trí. Dầu khí và dầu khí ở Việt Nam; Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội; 1996. 4. Bộ môn Nhiên liệu. Giáo trình tính toán công nghệ các quá trình chế biến dầu mỏ; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; 1972. 5. Nguyễn Trọng Khuông, Đinh Trọng Xoan, Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đinh Văn Huỳnh, Trần Xoa. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất; tập I. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội; 1992. 6. Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Lê Nguyên Dương, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân Toản, Trần Xoa. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất; tập II. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội; 1999. 7. Trần Mạnh Trí. Hoá học dầu mỏ và khí; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; 1980. .8.Hướng dẫn thiết kế quá trình chế biến dầu mỏ trường ĐHBK-HN 1975