Đồ án công nghệ lọc dầu (hùng)

Quy trình tính toán tháp chưng cất2.1 Tính nhiệt độ, lưu lượng ở tháp chưng cất 2.1.1 Dữ liệu để tính toán Một tháp chưng cất làm việc ở áp suất khí quyển và có vị trí nạp liệu, các sản

Mục lục:

Mở đầu 2

Phần 1 Kiến thức cơ bản 3

Phần 2 Quy trình tính toán tháp chưng cất 4

2.1 Tính nhiệt độ, lưu lượng ở tháp chưng cất 4

2.1.1 Dữ liệu để tính toán 4

2.1.2 Tính nhiệt độ tại vùng nạp liệu – đáy tháp 6

2.1.3 Tính nhiệt độ tại đĩa lấy GO 7

2.1.4 Tính nhiệt độ tại đĩa lấy Kerosen 7

2.1.5 Tính nhiệt độ tại đĩa lấy Xăng nặng 7

2.1.6 Tính nhiệt độ tại đỉnh tháp 7

2.1.7 Hồi lưu vòng 7

2.2 Tính số lượng và phương thức bố trí đĩa chụp cho tháp 8

2.2.1 Chọn chụp 8

2.2.2 Tính số lượng chụp 8

2.2.3 Phương thức bố trí đĩa chụp cho tháp 8

Kết luận 9

Mở đầu

Phần 1 Kiến thức cơ bản

Fdfdf

Fsdsafas

Phần 2 Quy trình tính toán tháp chưng cất

2.1 Tính nhiệt độ, lưu lượng ở tháp chưng cất

2.1.1 Dữ liệu để tính toán

Một tháp chưng cất làm việc ở áp suất khí quyển và có vị trí nạp liệu, các sản phẩm sườn được mô tả trong hình 1

Hình 1 Sơ đồ tháp chưng cất khí quyển

Tháp chưng cất:

Vùng đỉnh tháp

Vùng xăng nặng

Vùng Kerosen

Vùng Gas Oil

Vùng nạp liệu

Vùng đáy tháp

Áp suất ở đỉnh tháp là 1,5 atm

Áp suất gây ra tại mỗi đĩa là 8 mmHg

Stripping 4% cho tất cả các phân đoạn

Dầu thô:

Dòng hơi bay lên từ dầu thô (Va): 56%

Dòng lỏng chảy xuống từ dầu thô (La): 44%

Phân tử lượng trung bình của dòng hơi (Va): 148

Đặc trưng của dầu thô bao gồm đường cong ASTM và tỷ khối tức thời được cho trong bảng 1

Bảng 1 Đặc trưng của dầu thô Phần chưng

cất [%V] Nhiệt độ oC

Tỷ khối tức thời

Phần chưng cất [%V] Nhiệt độ oC

Tỷ khối tức thời

Sản phẩm chưng cất: % thể tích Phân tử lượng

Phân đoạn (PĐ) Kerosen: 8 178

Từ các dữ liệu trong bảng 1 ta vẽ đường cong thể hiện mối quan hệ giữa tỷ khối tức thời vào phần trăm chưng cất

Hình 2 Sự phụ thuộc của tỷ khối tức thời vào phần trăm chưng cất

Tỷ khối của một phân đoạn được xác định bởi công thức:

d = jjj

Riêng đối với phân đoạn khí, ta tìm tỷ khối bằng cách nội suy trên đường tỷ khối tức thời trên hình 1:

d khí = 0,665

Tỷ khối của các phân đoạn còn lại:

dxăng nhẹ = (3.0,678 + 5.0,701 + 10.0,715 + 15.0,747)/(3+5+10+15) = 0,724

dxăng nặng = (

Bảng … Đặc trưng các phân đoạn Phân đoạn %V Thể tích

[m3/h]

lượng [tấn/h]

Phân tử lượng Số kmol/h

Bảng 2 Đặc trưng các phân đoạn

Phân đoạn %V Thể tích

[m3/h] Tỉ khối lượngKhối

[tấn/h]

Phân tử lượng Số kmol/h

2.1.2 Tính nhiệt độ tại vùng nạp liệu – đáy tháp

2.1.2.1 Sơ đồ dòng vùng nạp liệu – đáy tháp

Tính nhiệt độ tại đĩa nạp liệu nhờ sơ đồ vùng nạp liệu – đáy tháp cho ở hình 3

Hình 3 Sơ đồ vùng nạp liệu – đáy tháp

Va – dòng hơi bay lên từ nguyên liệu dầu thô

La – dòng lỏng chảy xuống từ nguyên liệu dầu thô

Vo – dòng hơi sinh ra nhờ stripping

Lo – dòng hồi lưu lỏng

Wo – dòng hơi nước stripping ở đáy tháp

Theo bảng 2 và hình 3 ta có 2 phương trình sau:

- Tổng các phân đoạn gồm GO và nhẹ hơn: 53 = Va + Vo – Lo

Trong đó : Va, Vo, Lo, La đều được tính bằng phần trăm thể tích so với dầu thô ;

Va = 56% ; La = 44%

2.1.2.2 Lưu lượng các dòng Vo, Lo

Người ta thường làm bay hơi 3 – 5% thể tích (so với dầu thô) bằng cách stripping lỏng

ở đáy tháp Stripping 4% cho phân đoạn AR, tức Vo = 0,04.0,47 = 0,0188 = 1,88% thể tích so với dầu thô Theo hình 3.15 tài liệu [1] thì để stripping 4% cần dùng 0,8 lb hơi nước cho 1 gallon AR, tức là khoảng 0,09586kg hơi nước cho 1 lít AR Như vậy, lượng hơi nước cần dùng để stripping 4% AR là:

Wo = 94000.0,0959 = 9015 kg/h = 501 kmol/h

Từ các giá trị của Va, La, Vo, ta tính được: Lo = 56 + 1,88 – 53 = 4,88%.

2.1.2.3 Độ nặng của các dòng ở vùng nạp liệu

Tỉ khối của dòng Va được tìm nhờ biểu đồ hình 3.17 tài liệu [1] Theo hình 3.17, với độ nghiêng S = (T30- T10)/20 = (214 – 118)/20 = 4.8 [oC] /%], tỷ khối của dầu thô

là 0.841 thì tỉ khối của dòng hơi bay lên từ dầu thô Va là 0,790, của dòng La là 0,906

Khối lượng dòng Va là : 0,790.0,56.200 = 88,48 tấn/h

Phân tử lượng trung bình của dòng Va theo bài ra là 148

Lưu lượng mol dòng Va là 88480/148 = 597,84 kmol/h

Việc đánh giá tỷ khối các dòng Vo và Lo được thực hiện bằng cách dựa vào các luận điểm sau :

- Thứ nhất,

- Thức hai,

Ta coi tỷ khối của dòng Lo là 0,910, như vậy theo hình 3.16 ta có phương trình cân bằng khối lượng m :

mAR = MLa + mLo – mVo hay bằng số : 85,700 = 0,44.200.0,906 + 0,0488.200.0,910 – 0,0188.200.ρVoVo

Với ρVoVo là khối lượng riêng của dòng Vo tính ra tấn/m3 hay kg/l Từ đó, ρVoVo

= 0,774 tấn/m3 nên tỷ khối của dòng Vo là 0,774 Như vậy, phân tử lượng trung bình của dòng hơi Vo là 130

Lưu lượng mol dòng Vo là : 0,0188.200.0,774.1000/130 = 22,39 kmol/h

2.1.2.4 Nhiệt độ tại đĩa nạp liệu

Áp suất tại đĩa nạp liệu Pa:

Pa = 1,5.760 + 30.8 = 1380 mmHg

Áp suất hơi riêng phần của dầu tại đĩa nạp liệu P’a:

P’a = 763 mmHg

Như vậy, phải vẽ đường flash ở 763 mmHg, và xác định nhiệt độ tại đĩa nạp liệu Ta Để làm được như vậy, ta lần lượt vẽ các đường cong chưng cất ASTM tại 1 atm Dựa vào đường ASTM tại 1 atm để vẽ đường TBP tại 1 atm Tiếp theo, dựa vào đường TBP tại 1 atm để vẽ đường flash ở 1 atm Sau đó vẽ đường flash ở 763 mmHg

dựa vào đường flash tại 1 atm Xác định T56 trên đường flash, đó là nhiệt độ tại đĩa nạp liệu Ta

a) Vẽ đường cong ASTM dựa vào số liệu trong bảng 1

b) Suy đường TBP tại 1 atm từ đường ASTM tại 1 atm theo phương pháp Edmister

Dựa vào biểu đồ Edmister trong hình 3.13 tài liệu (HHDM) xác định các nhiệt

độ T3,T5, T10, T30, T50, T70, T75 trên đường TBP như sau :

T50,ASTM = …

c) Suy đường flash từ đường TBP ở áp suất khí quyển theo Maxwell J.B

- Vẽ đường gốc DRL bằng cách nối T10 và T70 trên đường TBP rồi kéo dài về hai phía

- Xác định độ nghiêng của đường FRL :

Độ nghiêng của đường DRL : B = (T70,TBP – T10,TBP)/60 = 5,77

Theo phần trên của biểu đồ, xác định độ nghiêng của FRL ta được : A = 3,87 [oC/%)

Căn cứ vào phần giữa của biểu đồ và độ nghiêng của đường DRL tìm hiệu số C

= deltaT50 = T50,DRL – T50,FRL = 23oC, suy ra : T50,FRL = 337 – 23 = 314

- Vẽ đường FRL

- Căn cứ vào phần dưới của biểu đồ xác định các giá trị D, biết hiệu số deltaTD

ta tìm được deltaTF Biết đường FRL và các giá trị deltaTF ta xác định được các giá trị T trên đường flash :

D = deltaTF/deltaTD deltaTD = TTBP – TDRL deltaTF = Tflash - TFRL + Xác định T75,flash : tại 75%V tra được D = 0,31

deltaTD,75 = 514 – 485 = 29

suy ra deltaTF,75 = 29.0,31 = 9 suy ra T75,flash = 9 + 412 = 421oC

+ Xác định T5,flash : tại 5%V tra được D = 0,36

DeltaTD,5 = 50 – 85 = -35

Suy ra deltaTF,5 = -35.0,36 = -13 suy ra T5,flash = -13 + 140 = 137oC.

Từ các giá trị thu được ở trên, ta vẽ được đường flash tại áp suất 1 atm

d) Xác định nhiệt độ tại đĩa nạp liệu Ta

Một cách gần đúng, ta coi đường flash ở áp suất 1 atm (760 mmHg) trùng với đường flash ở áp suất 763 mmHg Từ đó ta tra được T56 = 337oC Như vậy, nhiệt độ tại đĩa nạp liệu là Ta = 337oC

Hình 4 jjj

2.1.2.5 Nhiệt độ ở đáy tháp chưng cất

Nhiệt độ ở đáy tháp chưng cất chính là nhiệt độ dòng AR

Tính nhiệt độ ở đáy tháp chưng cất dựa trên cân bằng nhiệt hay còn gọi là cân bằng entanpy của vùng nạp liệu – đáy tháp

∑Hvào = ∑Hra

Entanpy của các dòng đầu vào được lấy từ biểu đồ hình 3.23 ở trang 83 tài liệu [2], entanpy của hơi nước đã cho ở hình 3.14 trang jjj tài liệu [1] Số liệu xuất phát để tìm entanpy cũng như entanpy cho ở bảng 3

Bảng 3 Số liệu liên quan đến vùng nạp liệu – đáy tháp Dòng Nhiệt độ

[oC]

Tỷ khối d

Thể tích [m3/h]

Khối lượng [kg/h]

Entanpy H kcal/kg kcal/h Vào

Ra

∑Hvào = 15148320 + 1678698 + 6274440 = 23101458

∑Hra = 85728.x + 718770 + 6869430 = 85728.x + 7588200

Ta có 23101458 = 85728.x + 7588200 suy ra x = 181 kcal/kg

Căn cứ vào biều đồ hình 3.23, trang 83 của tài liệu [2] ta suy ra nhiệt độ ở đáy tháp là

Tđ = 320oC

2.1.3 Tính nhiệt độ tại đĩa lấy GO

Bài ra, ta stripping 4% so với GO lấy ra Theo hình 3.15, trang 63 của tài liệu [1] cần 0,2 pound hơi nước cho 1 gallon GO, tức cần 23 kg hơi nước cho 1 m3 GO Từ đó, tổng lượng hơi nước cần dùng là 23.28 = 644 kg/h hay 35,78 kmol/h

Jjj

Hình 5 Sơ đồ dòng vùng Gas Oil

Trong sơ đồ hình 5 về vùng Gas-Oil, ta có:

V1: tổng các phân đoạn hơi =

S1: dòng hơi bị stripping từ dòng lỏng L1

S1 = L1 – L’1

Có thể coi S1 có tỷ khối bằng tỷ khối của Kerosen, bằng 0,804

S1 = 4.100/(100.96).28 = 1,17 m3/h = 941 kg/h

Theo phương pháp tính dựa trên cân bằng nhiệt, ta tính được các số liệu cho ở bảng 4

Bảng 4 Số liệu liên quan đến vùng lấy Gas Oil

(Nhiệt độ giả định T1 = oC) Dòng Nhiệt độ

[oC] Tỷ khốid Thể tích[m3/h] Khối lượng[kg/h] Entanpy H

kcal/kg kcal/h Vào

L1 (lỏng)

Ra

R1 (hơi)

Chúng ta áp dụng phương pháp giả sử - kiểm tra để tính:

Ta giả sử nhiệt độ tại đĩa lấy GO là jjjoC, từ đó tìm entanpy H của các dòng, suy ra dòng chưa biết Sau khi tìm được R1, ta tính áp suất hơi riêng phần của hơi GO Biết

áp suất hơi riêng phần của hơi GO ta lập đường flash của GO từ đó tìm được TO của đường flash đó To đó là nhiệt độ lấy GO Nếu To bằng nhiệt độ giả định (jjjoC) thì phép giả định là đúng Nếu To khác jjj khá nhiều thì cần giả định nhiệt độ khác và lặp lại quy trình đó cho đến khi To tìm được bằng nhiệt độ giả định

Các số liệu về dòng hồi lưu nội T1 tại đĩa lấy GO tìm được bằng cách dựa vào cần bằng khối lượng các dòng dầu vào và vào tháp stripping:

28.0,837 + 1,17.0,804 = (28 + 1,17).rôL1 = 29,17.rôL1

Theo đó khối lượng riêng của L1 là rôL1 = 0,836 Vậy tỷ khối của dòng R1 là 0,836, khối lượng dòng L1 là 29,17.0,836 = 24,386 tấn/h = 24396 kg/h

Theo bảng 4, ta có:

222 + 2323.R1 = 222 + 3343.R1 nên R1 = 22\

Lưu lượng mol dòng lỏng L’1: 211kmol/h

Lưu lượng mol dòng lỏng S1: 211kmol/h

Phân tử lượng dòng L1:

Tổng số mol dòng R1: kmol/h

Số mol hơi GO tại đĩa lấy GO: kmol/h

Áp suất hơi riêng phần P’1 của hơi GO

P’1 = jjj mmHg

Phân đoạn %V Thể tích

[m3/h] Tỉ khối lượngKhối

[tấn/h]

Phân tử lượng Số kmol/h

2.1.4 Tính nhiệt độ tại đĩa lấy Kerosen

2.1.5 Tính nhiệt độ tại đĩa lấy Xăng nặng

2.1.6 Tính nhiệt độ tại đỉnh tháp

2.1.7 Hồi lưu vòng

2.2 Tính số lượng và phương thức bố trí đĩa chụp cho tháp

2.2.1 Chọn chụp

2.2.2 Tính số lượng chụp

2.2.3 Phương thức bố trí đĩa chụp cho tháp

Kết luận