Đồ án tốt nghiệp về chưng cất dầu khí

Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quýriêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoángchất khác không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiệ

CHƯƠNG I : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ 18, dầu

mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỷ 19,dầu được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giaothông và cho nền kinh tế quốc dân

Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhấtcủa mọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 ÷ 70% năng lượng sử dụng

đi từ dầu mỏ, chỉ có 20 ÷ 22% năng lượng đi từ than, 5 ÷ 6% từ nănglượng nước và 8 ÷ 12% từ năng lượng hạt nhân

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 xuấtcao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón,thậm chí cả protêin

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 Nếukhông có dầu mỡ bôi trơn thì không thể có công nghiệp động cơ, máymóc, là nền tảng của kinh tế xã hội

Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quýriêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoángchất khác không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tựđộng hoá, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chếbiến lớn, sản phẩm thu được có chất lượng cao, ít tạp chất và dễ tinhchế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của cácngành kinh tế quốc dân

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thếgiới, dầu khí Việt Nam cũng đã được phát hiện từ những năm 1970 vàđang trên đà phát triển Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lượngtương đối lớn như mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam CônSơn; các mỏ khí như Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ Đây là

nguồn tài nguyên quý để giúp nước ta có thể bước vào kỷ nguyên mớicủa công nghệ dầu khí Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất với công suất

6 triệu tấn/năm đã hoàn thành và đang hoạt động và đang tiến hành phêchuẩn nhà máy lọc dầu số 2 Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầukhí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đangthực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quátrình 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 củadầu 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 phânđoạn nhỏ Sự phân chia đó dựa vào phương pháp chưng cất ở cáckhoảng nhiệt độ sôi khác nhau Quá trình chưng cất dầu là một quátrình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phânđoạn 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 khácnhau mà không làm phân huỷ chúng Tuỳ theo biện pháp tiến hànhchưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành chưng đơngiản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trongchân không Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thôcho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHƯNG CẤT DẦU THÔ

Dầu thô được khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máychế biến Trước khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trongdầu còn chứa các khí hoà tan như khí đồng hành và các khí phihydrocacbon Khi dầu phun ra khỏi giếng khoan thì áp suất giảm,nhưng vẫn còn lại một lượng nhất định lẫn vào trong dầu và phải táchtiếp trước khi chế biến mục đích là hạ thấp áp suất hơi khi chưng cất

dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu Vì trong cáckhí hydrocacbon nhẹ từ Cl ÷ C4 là nguồn nguyên liệu quý cho quá trìnhnhận olefin Xử lý dầu thực chất là chưng tách bớt phần nhẹ nhưng đểtránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là tiến hành chưng cất ở áp suấtcao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi, còn phần từ C5 trở lênvẫn còn lại trong dầu.

Muốn xử lý dầu thô trước khi đưa vào chưng cất chúng ta phải trảiqua những bước tách cơ bản

1.1.1 Tách tạp chất cơ học, nước, muối lẫn trong dầu

Nước lẫn trong dầu ở dưới mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũtương Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nướccùng với dầu và các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tương

Nước nằm dưới dạng nhũ tương thì rất bền vững và rất khó tách

Có 2 dạng nhũ tương:

+ Dạng nhũ tương nước ở trong dầu

+ Dạng nhũ tương dầu ở trong nước

Lượng nước ở trong dầu nhiều hay ít trong nhũ tương dầu ở mỏkhai thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm người ta kiểm trathấy nếu dầu chứa 10% nước thì màu cũng tương tự dầu không chứanước Nếu nhũ tương dầu chứa 15 ÷ 20% nước, có màu ghi đến vàng,nhũ tương chứa 25% nước có màu vàng

Dầu mỏ có lẫn nước ở dạng nhũ tương đưa đi chế biến thì không

thể được mà phải khử chúng ra khỏi dầu Khử nước và muối ra khỏi dầuđến giới hạn cho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốtnhất

Tiến hành tách nước ở dạng nhũ tương có 3 phương pháp:

− Phương pháp cơ học (lắng − lọc − ly tâm)

− Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học

− Tách bằng phương pháp dùng điện trường

a Tách bằng phương pháp cơ học (lắng − lọc − ly tâm)

Khi dầu và nước trong dầu chưa bị khuấy trộn mạnh và nước lẫn

trong dầu ở dạng tự do với hàm lượng lớn có thể gần 50% và cao hơn

* Phương pháp lắng: phương pháp này dùng khi dầu mới khai thác

ở giếng khoan lên, dầu và nước chưa bị khuấy trộn nhiều nên nhũ tươngmới tạo ít và nhũ tương chưa bền vững, nước ở dạng tự do còn tươngđối lớn Dầu mỏ này người ta đưa đi lắng, nhờ có tỷ trọng nước nặnghơn dầu nước sẽ được lắng sơ bộ và tháo ra ngoài

Tốc độ lắng của các hạt nước tính theo công thức Stockes nếu kíchthước hạt lớn hơn 0,5 µm

gddr

Trong đó:

V: tốc độ lắng, cm/s

r: đường kính của hạt, cmd1, d2: tỷ trọng nước và dầu tương ứng, g/cm3g: gia tốc trọng trường, cm/s2

η: độ nhớt động học của hỗn hợp

Từ công thức (1) ta thấy kích thước hạt của pha phân tán càng nhỏ

và tỷ trọng của nước và dầu khác nhau càng ít Độ nhớt của môi trườngcàng lớn thì sự phân lớp và lắng càng xảy ra chậm

Việc tách nước và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thường lắng

và gia nhiệt ở thiết bị đốt nóng

Ở các nhà máy chế biến dầu tách nước thường gia nhiệt để lắng,khống chế nhiệt độ 120 ÷ 1600C và p = 8 ÷ 15at để cho nước khôngbay hơi Quá trình lắng thường xảy ra trong thời gian 2 ÷ 3 giờ

* Phương pháp ly tâm: phương pháp ly lâm tách nước ra khỏi dầu

nhờ tác dụng của lực ly tâm để tách riêng các chất lỏng có tỷ trọng khácnhau

Giá trị lực ly tâm xác định theo phương trình sau:

f = K.m.r.n2

2

60

2

m: khối lượng hạt nước (g)r: bán kính quay (cm)n: số lượng vòng quay của máy ly tâm (phút)

Lực ly tâm và tốc độ tách nước thay đổi tỷ lệ thuận với bán kínhquay và tỷ lệ với bình phương số vòng quay của rôto.Trong côngnghiệp thường dùng máy ly tâm có số vòng quay từ 3500 ÷ 5000 vòngtrong một phút Số vòng quay càng lớn thì khả năng chế tạo thiết bịcàng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn

Nhược điểm của phương pháp này là công suất máy bé, khả năngphân chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phương pháp này khôngphổ biến trong công nghệ tách nước và tạp chất

* Phương pháp lọc: Là tách nước ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn

hợp nhũ tương dầu, nước đã bị phá vỡ nhưng nước vẫn ở dạng lơ lửngtrong dầu mà chưa được lắng xuống đáy Dùng phương pháp này là nhờlợi dụng tính chất thấm ướt chọn lọc của các chất lỏng khác nhau lêncác chất lọc Phương pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và có thể tách đồngthời cả nước lẫn muối

b Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học

Bản chất của phương pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động

bề mặt để phá nhũ tương

Khi các điều kiện thao tác như nhiệt độ, áp suất được chọn ở chế

độ thích hợp thì hiệu quả của phương pháp cũng rất cao nhưng khókhăn nhất là phải chọn được chất hoạt động bề mặt thích hợp không gâyhậu quả khó khăn cho chế biến sau này cũng như không phân huỷ haytạo môi trường ăn mòn thiết bị

c Tách bằng phương pháp dùng điện trường

Phương pháp dùng điện trường để phá nhũ, tách muối khỏi dầu làmột phương pháp hiện đại công suất lớn, quy mô công nghiệp và dễ

tự động hoá nên các nhà máy chế biến dầu lớn đều áp dụng phương pháp này

Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu tadùng lực điện trường mạnh sẽ làm thay đổi điện tích, tạo điều kiện chocác hạt đông tụ hay phát triển làm cho kích thước lớn lên do vậy chúng

dễ tách ra khỏi dầu

Sự tương tác giữa điện trường và các hạt làm cho các hạt tích điệnlắng xuống Nguyên tắc này được áp dụng để tách muối nước ra khỏidầu thô Dầu thô được đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộnvới một lượng nước sạch để tạo thành nhũ tương chứa muối Lực hútgiữa các hạt tích điện làm chúng lớn lên ngưng tụ thành hạt có kíchthước lớn, chúng dễ tách thành lớp nước nằm dưới dầu

Trên thực tế người ta pha thêm nước vào dầu một lượng từ 3 ÷ 8% sovới dầu thô và có thể pha thêm hoá chất rồi cho qua van tạo nhũ tươngsau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ từ 130 ÷ l500C muối trongdầu thô được chuyển vào nhũ tương Khi dẫn vào khoảng cách giữa haiđiện cực có hiệu điện thế từ 20.000 vôn trở lên chúng tích điện vàonhau tăng dần kích thước cuối cùng tách thành lớp nước nằm ở dướidầu Tránh sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệt độ cao, áp suất ở trongthiết bị tách muối được giữ ở áp suất 9 ÷ 12 kG/cm2, bộ phận an toànđược bố trí ngay trong thiết bị Khi tách một bậc người ta có thể tách 90

÷ 95% muối, còn tách 2 bậc hiệu suất tách muối lên lới 99%

1.1.2 Chưng cất dầu thô

ý nghĩa của quá trình chưng cất: Trong công nghiệp chế biến dầu,dầu thô sau khi đã qua xử lý như: tách nước, muối và tạp chất cơ họcđược đưa vào chưng cất, các quá trình chưng cất dầu ở áp suất khíquyển (AD) và chưng cất chân không(VD) thuộc về nhóm các quá trìnhchế biến vật lý

Chưng cất ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôikhi còn gọi là CDU Còn chưng cất VD dùng nguyên liệu là cặn củaquá trình chưng cất AD Trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất.Tùy theo bản chất của nguyên liệu và mục đích của quá trình chúng ta

áp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp cả hai AD và VD Các nhà máyhiện đại ngày nay luôn dùng loại hình công nghệ AVD (kết hợp giữuchưng cất chân không và chưng cất khí quyển) Khi áp dụng loại hìnhcông nghệ AD chúng ta chỉ chưng cất dầu thô để nhận các phân đoạn:xăng (naphata nhẹ, naphta nặng), phân đoạn kerosen, phân đoạn diezen

và phần cặn còn lại sau khi chưng cất Như vậy tuỳ thuộc vào thànhphần dầu mỏ nguyên liệu và mục đích chế biến mà người ta áp dụngmột trong các loại hình công nghệ chưng cất (hình 1: a, b, c, d)

- Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn Quá trìnhnày được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phầndầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phânhuỷ Hơi nhẹ bay lên và ngưng tụ thành phần lỏng tuỳ theo biện pháptiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thànhchưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng nhờ cấu tử bay hơi hay chưngcất trong chân không

3

3 III

II

6

4 1

3

IV 1

VI VII VIII

3 1

3 1

V V V

IX 5

V V V

Hình 1.1.c

Hình 1 1.d

Chú thích: 1 Thiết bị trao đổi nhiệt; 2 Lò đốt; 3 Làm lạnh,

4 Tháp chưng cất; 5 Tháp tái sinh hơi; 6 Bể chứa; 7 Tháp chưng cấtchân không; I Dầu thô; II.Xăng; III Khí; IV Xăng nặng; V Hơi nước;

VI Kerosen; VII Gazoil nẹ; VIII Gazoil nặng; IX Cặn AD; X ÷ XV.Dầu nhờn (các loại dầu nhờn)

XIII 1

1 1

3 3

3 3 V

V V

V

V V V V 3 1

X

VIII

XIV XV XII

1

IX

5 6

Dầu thô

31

2

Lò đốtThùng bay hơi nhiều lần

c)

Sản phẩmlỏng

Lò đốt

Sản phẩm lỏng3

Dầu thô

Dầu thô

Sản phẩm chưngphần cất được3

Hình 1.2 Sơ đồ chưng cất dầu thô

1 Thùng; 2 Lò đốt nóng; 3 Thiết bị làm lạnh

1.1.2.1 Các phương pháp chưng cất

a Chưng cất đơn giản

Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách

bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cầnchưng được mô tả trên hình 1.2 (a, b, c)

* Chưng cất bay hơi dần dần

Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày trên (hình 4a)gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng

1 Từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm

và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu sản phẩm lỏngtrong bể chứa 4 Phương pháp này thường được áp dụng trong phòngthí nghiệm

* Chưng cất bằng cách bay hơi một lần

Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi một lần được trình bày trên(hình 4b), phương pháp này còn gọi là phương pháp bay hơi cân bằng.Phương pháp này người ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trước và

áp suất cố định

− Ưu điểm của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều

kiện thực tế chưng cất đầu, tuy với nhiệt độ chưng bị giới hạn nhưng

vẫn cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn

− Nhược điểm của phương pháp là độ phân chia chưa cao

* Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nốitiếp nhau ở nhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn(hình 4c) trình bày sơ đồ chưng lần 2 Phần cặn của chưng lần một là

nguyên liệu cho chưng lần hai, sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ caohơn từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh cònđáy chưng lần 2 ta nhận được sản phẩm cặn.

Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiềulần có ý nghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biến dầu, ở đây cácdây chuyền hoạt động liên tục Quá trình bay hơi một lần được áp dụngkhi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quátrình tách rời pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối củatháp tinh luyện

Chưng đơn giản nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt được

bộ phận phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phầncủa hỗn hợp chất lỏng người ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện

đó là chưng phức tạp

b Chưng phức tạp

* Chưng cất có hồi lưu

Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy mộtphần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bayhơi 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 thêmcấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu, nhờvậy có sự phân chia cao hơn Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chếbằng bộ phận phân chia đặc biệt và được bố trí ở phía trên thiết bịchưng

* Chưng cất có tinh luyện

Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợpvới hồi lưu Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần

về cả 2 phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau.Quá trình này được thực hiện trong tháp linh luyện Để đảm bảo sự tiếpxúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp được trang bịcác đĩa hay đệm Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ

thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa vàhồi lưu ở đỉnh tháp.

Công nghệ hiện đại chưng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trìnhchưng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chưngcất phân loại trong tháp có bố trí các đĩa

* Chưng cất chân không và chưng cất hơi nước

Gồm hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bịphân huỷ khi tăng nhiệt độ Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệtnhất là các hợp chất chứa lưu huỳnh và các hợp chất cao phân tử nhưnhựa Các hợp chất parafin kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphten,

và các naphten lại kém bền nhiệt hơn các hợp chất thơm Độ bền nhiệtcủa cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụthuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó Trong thực tế chưng cất,đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phânhuỷ nhiệt khi chúng đốt nóng Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tếkhông nên đốt nóng quá 4200C với dầu không có hay chứa rất ít lưuhuỳnh, và không quá 320 ÷ 3400C với dầu có và nhiều lưu huỳnh

Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sảnphẩm, như làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bốc cháy cốc kín của chúng,giảm độ bền oxy hoá

Nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trìnhchưng cất vì chúng tạo các hợp chất ăn mòn và làm tăng áp suất củatháp Để giảm sự phân huỷ, thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độcao cũng cần phải hạn chế Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khíquyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải dùngchưng cất chân không VD, hay chưng cất với nước để tránh sự phânhuỷ nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tácdụng làm giảm nhiệt độ sôi, giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợplàm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn Hơi nước được dùng ngay cảtrong chưng cất khí quyển Khi tinh luyện, hơi nước được dùng để tái

bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa trong mazut hay tronggudron, trong nguyên liệu và dầu nhờn Kết hợp dùng chân không vàhơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo tách sâu hơn phânđoạn dầu nhờn.

Tuy nhiên tác dụng của hơi nước làm tác nhân bay hơi còn bị hạnchế vì nhiệt độ bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng Vìthế nếu tăng lượng hơi nước thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầugiảm xuống và sự tách hơi cũng giảm theo Do vậy, lượng hơi nước cóhiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng từ 2 ÷ 5% so với nguyên liệu đemchưng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4 Trong điều kiện như vậylượng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 ÷ 23%

Khi chưng cất với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra được cóthể tính theo phương trình sau:

ZPP

P18

M

Nhiệt độ hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu đểtránh sản phẩm dầu ngậm nước Do vậy, người ta thường dùng hơi nước

có nhiệt độ 380 ÷ 4500C, áp suất hơi từ 0,2 ÷ 0,5 MPa Hơi nước dùngtrong công nghệ chưng cất dầu có rất nhiều ưu điểm: làm giảm áp suấthơi riêng phần của dầu, tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích điệncục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành các tia và bong bónghơi Người ta cũng dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầutrong lò ống khi chưng cất chân không Khi đó đạt mức độ bay hơi lớncho nguyên liệu dầu, tránh sự tạo cốc trong các lò ống đốt nóng Tiêuhao hơi nước trong trường hợp này vào khoảng 0,3 ÷ 0,5% so với

nguyên liệu.

Từ cơ sở lý thuyết để quá trình chưng cất thu được sản phẩm lớn, lượng sản phẩm đáy ít, tiết kiệm nguyên liệu và lượng sản phẩm sau khi được chưng cất thu được đạt tiêu chuẩn ta nên chọn giải pháp là chưng cất theo phương pháp phức tạp có tinh luyện.

Thành phần chủ yếu trong dầu mỏ là các hydrocacbon nhưng tại mỗi mỏ dầu thì hàm lượng hydrocacbon hay các tạp chất khác có trong dầu cũng khác nhau Có những mỏ dầu hàm lượng các chất có chứa các cấu tử nhẹ là lớn, cũng có mỏ dầu hàm lượng các chất có chứa các cầu tử nhẹ ít mà lại chứa nhiều cấu tử nặng Bởi vậy mà tại mỗi loại dầu được khai thác từ các mỏ khác nhau đều có quy trình chưng cất khác nhau Hiện nay thì quy trình chưng cất tại mỗi nhà máy có khác nhau nhưng từ cơ sở lý thuyết ta thấy được các ưu điểm lớn sử dụng phương pháp chưng cất phức tạp có tinh luyện là: Lượng sản phẩm thu được là triệt để, lượng sản phẩm đáy ít, tiết kiệm nguyên liệu và lượng sản phẩm sau khi được chưng cất thu được đạt tiêu chuẩn nên hầu hết các nhà máy đều sử dụng pháp chưng cất phức tạp có tinh luyện còn phương pháp chưng cất đơn giản chỉ để phân đoạn sản phẩm trước khi chưng cất phức tạp.

1.1.2.2 Sơ đồ công nghệ

Loại sơ đồ công nghệ chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường gồm:

- Sơ đồ bốc hơi một lần và tinh luyện một lần cùng một tháp chưngcất

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 gang nhưng lại có nhược điểm là đối với dầu chứa

nhiều khí hòa 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 có hiện tượng nổ hỏng thiết bị do áp

suất trong tháp tăng đột ngột

- Sơ đồ bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong 2 tháp nối tiếp nhau

Hình a

Phân đoạn 2Phân đoạn 1

Xăng nhẹ

Phân đoạn 2Phân đoạn 3Phân đoạn 1xăng

Dầunóng

Mazut

Hình b

Thiết bị chưng cất theo sơ đồ a gồm hai tháp nối tiếp nhau, quá trình

bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong hai tháp nối tiếp nhau Loạinày thường áp dụng để chế biến những loại dầu có chứa nhiều phânđoạn nhẹ, những hợp chất chứa lưu huỳnh và nước

Nhờ các cấu tử nhẹ, nước được tách ra sơ bộ ở tháp thứ nhất nêntrong các ống xoắn của lò và tháp thứ 2 không có hiện tượng tăng ápsuất đột ngột như trong sơ đồ trên Mặt khác các hợp chất chứa lưuhuỳnh gây ăn mòn thiết bị đã được thoát ra ở đỉnh tháp thứ nhất Dovậy trong tháp chưng thứ hai không cần dùng vậu liệu đắt tiền, có thể

sử dụng thép thường

Những hydrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đundầu làm việc với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cầnthiết của lò đun dầu chính Nhờ loại bỏ được nước ngay từ tháp thứnhất nên tháp chính thứ hai làm việc an toàn hơn

Bên cạnh đó loại sơ đồ hai tháp chưng cất là đun nóng dầu trong lònhiệt với nhiệt độ cao hơn 5-10oC so với sơ đồ trên Có thể hạn chế haykhắc phục hiện tượng này bằng cách cho hơi nước vào những ống cuốicùng của lò để giảm áp suất riêng phần của các hydrocacbon

Phân đoạn 2

Phân đoạn 1

xăng

Dầu

nóng

MazutPhân đoạn 3

Trong sơ đồ b là hệ thống bốc hơi 2 lần và tinh luyện 1 lần trongtháp chưng cất sơ đồ loại này ít phổ biến, ở sơ đồ này có sự tinh luyệnphần nhẹ và phần nặng xảy ra đồng thời trong cùng một tháp chưng cấtchính thứ hai Như vậy có phần nào giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầutrong lò.

1.1.3 các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chưng cất

1.1.3.1 Chế độ nhiệt của tháp chưng cất

Nhiệt độ là một thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất,bằng cách thay đổi nhiệt độ của tháp sẽ điều chỉnh được chất lượng vàhiệu suất của sản phẩm, chế độ nhiệt của tháp gồm: nhiệt độ củanguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong và đáy tháp Nhiệt độ của nguyên liệu dầu thô vào tháp chưng cất được khốngchế tùy theo bản chất của loại dầu thô, mức độ cần phân chia sản phẩm,

áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp nhưng phảitránh được sự phân hủy nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt độ cao,do vậynhiệt độ lò ống đốt nóng phải được khống chế chặt chẽ

Nhiệt độ đáy tháp chưng cất phụ thuộc vào phương pháp bay hơi

và phần hồi lưu đáy Nếu bay hơi hồi lưu đáy bằng một thiết bị đốtnóng riêng thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở

áp suất tại đáy tháp Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước quá nhiệt thìnhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu Nhiệt độ đáy thápphải chọn tối ưu tránh sự phân hủy các cấu tử nặng nhưng phải đủ đểtách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy

Nhiệt độ đỉnh tháp phải được khống chế nhằm đảm bảo sự bayhơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây ra sự cuốn theo các phầnnặng Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách xăng khỏicác phân đoạn khác Nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất khi chưng cất ở ápsuất khí quyển cần giữ trong khoảng 90-120oC Còn đối với tháp chưngcất chân không khi áp suất chưng cất là 10-70mmHg thường không quá

120oC để tách hết phần gasoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu

Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt Hồi lưu đỉnh thápthường có 2 dạng:

Hồi lưu nóng: cho ngưng tụ một phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độsôi của nó, sau đó cho tưới trở lại đỉnh tháp Như vậy chỉ cần cấp một

lượng nhiệt đủ để bốc hơi Tác nhân làm lạnh hơi có thể dùng nước haychính sản phẩm lạnh Công thức của lượng nhiệt hồi lưu nóng

L

Q

Rn =

Rn : lượng hồi lưu nóng(kg/h)

Q: lượng nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi (kcal/h)

L: lượng nhiệt ngưng tụ sản phẩm lỏng (kcal/h)

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc

vệ sinh, đặc biệt là hiệu quả phân chia thấp nên ngày càng ít dùng

Hồi lưu nguội: làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩm đỉnh rồitưới trở lại đỉnh tháp Hồi lưu nguội được tính bởi công thức:

C)t(t i

Q

qq

Q

R

1 2

l t

h t

ng

2

=

Rng :lượng hồi lưu nguội

Q: lượng nhiệt mà hồi lưu cần

q :lượng nhiệt của lỏng hồi lưu

i: lượng nhiệt của phần hơi cần

C : nhiệt dung của sản phẩm hồi lưu

t1,t2 : nhiệt độ của hơi và của lỏng tương ứng

Hồi lưu nguội được sử dụng tương đối rộng rãi vì lượng hồi lưuthường ít, làm tăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năngsuất của tháp chưng cất ngoài hồi lưu đỉnh, đáy người ta sử dụng hồilưu trung gian để tăng chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điềuchỉnh nhiệt độ trong tháp

Hồi lưu trung gian: lấy một phần sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa

có nhiệt độ t1 đưa ra ngoài làm nhiệt độ to rồi tưới hồi lưu trở lại tháp.Khi đó chất lỏng hổi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt

độ to tới t1

Xác định lượng hồi lưu trung gian theo công thức:

l t

l t

Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh chophép điều chỉnh chính xác nhiệt độ đỉnh tháp chưng đảm bảo hiệu suất

và chất lượng sản phẩm của quá trình

1.1.3.2 Yếu tố áp suất của tháp chưng cất

Áp suất của tháp phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượngriêng của chất lỏng và hơi Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác ápsuất giảm đi 5-10mmHg từ dưới lên, ở áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm đi

Lượng hơi nước dùng cho tháp chưng ở áp suất khí quyển khoảng1,2-3,5% trọng lượng

Khi chưng cất ở áp suất chân không thì thường tiến hành áp suất

từ 10-70mmHg Độ chân không càng sâu càng cho phép chưng sâu hơn

Nếu các điều kiện khác trong tháp là cố định thì sản phẩmđỉnh, sản phẩm sườn và sản phẩm đáy sẽ trở nên nhẹ hơn nếu ápsuất trong tháp tăng lên.

Nếu nhiệt độ cấp liệu vào tháp quá thấp, lượng hơi trên cáckhay đĩa sẽ nhỏ cho nên phần lỏng nhiều và chảy xuống phía dướivào bộ phận chưng sẽ càng nhiều

Nếu nhiệt độ của Repoiler quá thấp sẽ không tách hết phân nhẹtrong cặn và làm tăng lượng cặn

Nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá cao, sản phẩm đỉnh nặng và cónhiều sản phẩm hơn so với thiết kế và ngược lạ nếu nhiệt độ đỉnhquá thấp thì sản phẩm đỉnh sẽ quá nhẹ và có ít sản phẩm

Nhiệt độ cần thiết tách phân đoạn dầu thô sẽ cao hơn với dầuthô loại nhẹ

Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp, tránh nhiệt độ quá cao mà nguyênnhân có thể do làm lạnh không đủ dẫn đến chế độ thay đổi hồi lưu ảnhhưởng đến chất lượng sản phẩm

1.1.4 Sản phẩm của quá trình chưng cất

Khi tiến hành chưng cất sơ bộ dầu mỏ chúng ta nhận được nhiềuphân đoạn và sản phẩm dầu mỏ khác nhau như sau:

Phân đoạn khí hydrocacbon

Phân đoạn xăng: xăng nhẹ có chứa các cấu tử từ C5-C7 cónhiệt độ sôi dưới 110oC xăng nặng chứa các cấu tử từ C7-C10vớinhiệt độ sôi từ 110oC -180oC

Phân đoạn kerosene có nhiệt độ sôi từ 180-250oC Bao gồmcác cấu tử từ C11-C15

Phân đoạn gasoil nhẹ có khoảng nhiệt sôi từ 230-280oC, baogồm các cấu tử từ C10-C20

Phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sôi trong khoảng 280-350o

C hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn bao gồm các cấu tử từ C21

÷ C35

Phân đoạn cặn goudron có nhiệt độ sôi > 500oC bao gồm cáccấu tử từ

C41 trở nên và có thể lên tới C50, C60

a Phân đoạn khí hydrocacbon

Khí hydrocacbon chủ yếu là C3-C4tùy thuộc vào công chưng cấtphân đoạn C3-C4nhận được là ở thể khí Phân đoạn này thường dùnglàm nguyên liệu cho quá trình chia khí để nhận các khí riêng biệt chocông nghệ chế biến tiếp theo thành những hóa chất cơ bản hay đượcdùng làm nhiên liệu dân dụng.

b Phân đoạn xăng

Phân đoạn xăng thường dùng vào mục đích chủ yếu:

Sản xuất nhiên liệu cho động cơ xăng

Sảnxuất nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu

Sản xuất dung môi cho công nghiệp hóa học ( là các hydrocacbonthơm)

c Phân đoạn kerosen

Kerosene được sử dụng dùng cho động cơ phản lực do có đặc điểm

cơ bản nhất của nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực nên làm sao đó

có thể phân đoạn kerosen có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất

kỳ nhiệt độ và áp suất nào, quá trình cháy phải có ngọn lửa ổn định Vìvậy sản phẩm phải có hàm lượng lưu rất nhỏ

d Phân đoạn diezen

Phân đoạn diezen là phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 240-360oC dùnglàm nguyên liệu diezen cho động cơ diezen ,khi nhận nguyên liệu này

từ dầu mỏ có rất nhiều lưu huỳnh nên người ta phải khử các hợp chấtlưu huỳnh bằng hydro hóa làm sạch

e Phân đoạn mazut

Đó là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, phân đoạn này dùnglàm nhiên liệu đốt lò cho các lò công nghiệp, lò phản ứng nó hay được

sử dụng cho các quá trình chưng cất chân không để nhận được các cấu

tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác,cracking nhiệt và hydrocacking

f Phân đoạn dầu nhờn

Phân đoạn này có nhiệt độ từ 350-500oC, 350-540oC được gọi làgasoil chân không Đó là nguyên liệu cho quá trình cracking xúc táchay hydrocacking Còn phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi hẹp hơn từ320-400oC, 300-420oC, 400-450oC được dùng làm nguyên liệu chosản xuất dầu nhờn bôi trơn

g Phân đoạn gudron

Là sản phẩm cặn của quá trình chưng cất chân không được dùnglàm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa để sản xuấ cốc hoặc dùng để chếtạo bitum các loại khác nhau

Trong các phân đoạn trên thì sản phân đoạn xăng, keroson, diezen là những phân đoạn quan trọng , chúng được gọi là các sản phẩm trắng vì chúng chưa bị nhuốm màu Phân đoạn mazut , dầu nhờn, gudron người ta gọi là sản phẩm đen

1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Lựu chọn công nghệ và sơ đồ công nghệ

Trong quá trình chưng cất phụ thuộc các đặc tính của nguyên liệu

và mục đích của quá trinh chế biến

Với dầu mỏ chứa lượng khí hòa tan bé từ 0,5-1,2% , trữ lượngxăng thấp từ 12-15% phân đoạn có nhiệt độ sôi cao đến 180oC và hiệusuất các phân đoạn cho tới 350oC không lớn hơn 45% thì thuận tiện

nhất và cũng phù hợp hơn cả là nên chọn sơ đồ chưng cất khí quyển

AD với phương pháp chưng cất bay hơi một lần để phân đoạn sảnphẩm( sản phẩm đáy, sản phẩm đỉnh) và một tháp chưng cất sử dụngphương pháp chưng cất phức tạp ( tinh luyện, hồi lưu, sử dụng hơi nướclàm giảm áp trong tháp)

Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắngcao(50-65%), chứa nhiều khí hòa tan> 12%, chứa nhiều phân đoạnxăng(20-30)% thì nên chọn sơ đồ chưng cất khí quyển AD với bay hơihai lần(2 tháp nối tiếp nhau) tháp số 1 có nhiệm vụ tách phần khí hòatan và phần xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu( người ta thườngchưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P=0,35-1 Mpa)

Nhờ vào ưu điểm của hệ thống hai tháp chưng cất mà hiện nay

hệ thống này được sử dụng rất phổ biến và đảm bảo việc chưng cất dầu thô muốn nhận được nhiều phần nhẹ ta nên lựa chọn sơ đồ hệ thống chưng cất sử dụng 2 tháp chưng cất.

Dây chuyền công nghệ chưng cất dầu thô nhiều cấu tử nhẹ:

1.2.1 Thiết bị chính trong dây chuyền

Thiết bị góp phần quan trọng nhất trong dây chuyền công nghệchưng cất dầu mỏ thô bằng áp suất thường là:

6

Tháp chưng cất là một thiết bị chủ yếu của một phân xưởng chưngcất.Tháp chưng cất được cấu tạo bởi các mâm(đĩa) nằm ngang trongthân tháp có tác dụng tạo điều kiện cho pha hơi đang bay lên và phalỏng đang đi xuống tiếp xúc với nhau một cách tốt nhất và đủ lâu để sựtrao đổi chất giữa chúng xảy ra được hoàn hảo Hầu hết các tháp chưngcất dùng trong công nghiệp lọc dầu là tháp đĩa Trong tháp chưng cấtluôn có nhiều đĩa.đó là những đĩa thực, số đĩa thực bao giờ cũng lớnhơn số đĩa lý thuyết Các tháp chưng cất có thể đến vài chục, vài trămđĩa để phục vụ nhu cầu phân tách cao,tạo ra những phân đoạn có nhiệt

độ sôi khác nhau rất ít, thậm trí còn tạo ra các chất gần như nguyênchất

Đường kính của tháp phụ thuộc chủ yếu tố công suất của nó phụthuộc vào lưu lượng nguyên liệu đúng hơn là phụ thuộc vào các dònghơi và các dòng lỏng trong tháp, còn chiều cao của tháp thì chủ yếu phụthuộc vào số đĩa mà nó có Khoảng cách giữa 2 đĩa liên tiếp vào khoảng0.25-0,8m và còn có thể lớn hơn tùy thuộc vào mỗi tháp

Ở đỉnh tháp luôn phải có một đường ống dẫn phân đoạn pha hơi bay

ra khỏi tháp Ở đáy tháp có một đường dẫn pha lỏng cặn chưng cất rangoài

Một số loại đĩa sử dụng trong tháp chưng cất và tháp chưng luyện

* Đĩa chụp

Loại đĩa này được sử dụng rộng rãi trong chưng cất dầu mỏ và sảnphẩm dầu mỏ Các đĩa chụp có nhiều dạng khác nhau bởi cấu tạo củachụp 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 lưu 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 lỏngxác định Phía trên các ống nhánh là các chụp Khoảng giữa ống nối vàchụp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên

1- Tấm khay chứa chụp2- ống chảy truyền3- Chụp

4- ống nhánh5- Lỗ chụp cho hơi qua6- Không gian biên7- Tấm chắn để giữ mứcchất lỏng trên đĩa 8- Thành thép

2

3

1

654

78

35

42

1

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 tíchcủa đĩa), điều đó làm tăng tốc độ hơi và tăg sự cuốn chất lỏng đi

Loại này có hiệu quả làm việc tốt, khi mà tải trọng thay đổi theohơi 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

1

23

nhau, và lượng lớn hơi, cấu tử nặng đi ra khỏi chất lỏng làm phá vỡ cânbằng trong tháp và làm giảm sự phân chia trong tháp Nói chung cónhiều loại đĩa, nhưng được sử dụng phổ biến nhất là loại đĩa chụp hìnhmáng, đĩa chụp hình chữ S, đĩa chụp tròn, đĩa supap.

* Đĩa kiểu van

Hình 1.10 Đĩa kiểu van

Van gồm 1 lỗ hơi và một miếng kim loại đậy lỗ hơi(nắp van) Nắpvan có thể nâng lên hay hạ xuống trong một giới hạn được quy định bởicái chặn có 2 loại van: van chữ L và van tròn Nắp van chữ L có độ dàikhoảng 25cm đậy trên khe hình chữ nhật chiều rộng khe khoảng mộtnửa rộng nắp nắp van tròn có dạng tròn đường kính 5-10cm và có khốilượng 35-140g lỗ hơi ở van tròn có đường kính nhỏ hơn đường kinhnắp khoảng 10cm độ nâng cực đại của nắp van tròn là 8-15mm dưới

áp lực của dòng hơi bay lên từ phía dưới qua lỗ hơi nắp van được nânglên, van mở và dòng hơi đi qua van vào lớp lỏng trên đó Áp lực hơicàng lớn nắp van được nâng lên càng nhiều, tức van mở càng to Nhưngnhờ cái chặn nắp van ở phía trên mà nắp vanchir có thể mở ra đến mộtmức độ nhất định và luôn luôn nằm trên lỗ hơi.ở van trong nắp chỉ cóthể chuyển động thẳng đứng và lệch khỏi vị trí nằm ngang trên lỗhơi,còn ở van chữ L thì nắp van nâng lên và lệch khỏi vị trí nằm ngangnhờ tính không đối xứng của chính nắp van và chỉ ở trạng thái bị đẩylên cực đạo thì nắp van chữ L mới ở vị trí nằm ngang Lớp lỏng ở đĩavan chảy tràn trên mặt đĩa và xuống đĩa dưới qua ống chảy chuyền

Vì được cấu tạo có nhiều ưu điểm như vậy nên các đĩa van dần đượcthay thế bởi các đĩa chụp dùng phổ biến trong công nghiệp và các loạiđĩa xuyên lỗ và đĩa lưới.

b Cơ chế hoạt động của tháp

Mô tả về sự chuyển động của các dòng hơi và dòng lỏng trong thápchưng cất

ChÊt láng

Th©

n th¸p

M¸ng ch¶y chuyÒn

Håi l utrung gian

§Üa chôp

H

¬i

Cöa th¸o håi

l u

Tíi th¸p bay h¬i phô

V n+1

L

n − 1

V n L n

Hình 1.11 Cơ chế hoạt động của tháp

Pha hơi bay lên từ đĩa thứ n-1 được tiếp xúc với pha lỏng Ln− 1 chảy

từ đĩa n-1 xuống, còn pha lỏng Ln từ đĩa n chảy xuống đĩa phía dướin+1 lại tiếp xúc với pha hơi Vn+ 1 bay từ dưới lên Nhờ quá trình tiếpxúc như vậy mà quá trình trao đổi chất xảy ra tốt hơn Pha hơi bay lênngày càng được làm giàu thêm cấu tử nhẹ , còn pha lỏng chảy xuốngphía dưới ngày càng nhiều phân tử nặng số lần tiếp xúc càng nhiều sựtrao đổi chất càng tăng và sự phân chia càng tốt hay tháp có độ phânchia càng cao

Cần lấy một phân đoạn sườn nào đó thì ta trích dòng lỏng đangchảy xuống bằng cách cho nó chảy ra ngoài tại một đĩa nào đó có nhiệt

độ thích hợp Dòng nhiên liệu có thể được dẫn vào tháp chưng cất ởmột đĩa nào đó thích hợp,đĩa đó được gọi là đĩa nạp liệu đĩa nạp liệu ởcao hay thấp phụ thuộc vào nhiệt độ nguyên liệu trong chưng cất dầuthô thì đĩa nạp liệu của tháp chưng cất thông thường ở những đĩa dướicùng

Do sự trao đổi nhiệt tốt ở các đĩa mà dòng hơi và dòng lỏng khôngngừng mất bớt đi, sinh thêm ra, biến thành nhau tại mỗi đĩa và liên tục

đi từ đĩa này sang đĩa khác Dòng hơi bay từ bên dưới lên chui qua lớplỏng chảy ngang trên mặt đĩa

7 Thiết bị truyền nhiệt

8 Cửa ra

Hình 1.12 Lò ống

Hình trên là cơ sở cấu tạo của lò ống Khói lò tạo thành trong lòđốt (1) do quá trình cháy nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí) Khi vào phòngtrộn (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) vàophòng (6), tiếp tục đi từ trên xuống rồi ra ngoài theo cửa (8) Trongphòng (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

1.2.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt 4.

Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp:

Dựa vào cấu tạo bề mặt truyền nhiệt, ta có thể chia thiết bị truyềnnhiệt gián tiếp thành các loại như sau: loại vỏ bọc, loại ống

Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mức chất lỏng trongthiết bị, bề mặt truyền nhiệt không lớn quá 10 m2, áp suất làm việc củahơi đốt không quá 10 at

Cấp nhiệt của chất tải nhiệt trong thiết bị, ta thường đặt cánhkhuấy để tăng tốc độ tuần hoàn

+ 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

1 2

3

2 1

* 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 nhaubằng khuỷu gọi là xoắn gấp khúc, hoặc các ống uốn cong theo trôn ốcgọi là xoắn ruột gà, khi làm việc một chất tải nhiệt đi ngoài ống eònmột chất tải nhiệt khác đi trong ống

Ưu điểm: Cơ chế đơn giản, có thể làm bằng các vật liệu chống ănmòn, dễ kiểm tra và sửa chữa

Nhược điểm: Cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ, hệ số cấp nhiệt phíangoài bé, khó làm sạch phía trong ống, trợ lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng

* Loại ống tưới

Thiết bị trao đổi nhiệt loại tưới

4

231

NướcI

Nước

Hình 1.15 Cấu tạo loại ống tưới

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 ởngoài ống Thường là nước tưới ở ngoài ống chảy lần lượt từ trên xuốngống dưới 3 rồi chảy vào máng chứa Khi trao đổi nhiệt sẽ có một phầnnước bay hơi, khoảng 1 ÷ 2% lượng nước đưa vào tưới Khi bay hơinhư vậy nó sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải nhiệt nóng ở trong ống, do đólượng nước dùng làm nguội ở đây ít hơn so với các loại thiết bị làmnguội khác

Ưu điểm: Lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ quan sát vàlàm 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 bayhơi tăng, do đó phải đặt chỗ thoáng nhưng tránh gió Khi lượng nướcquá ít thì các ống phía dưới sẽ bị khô, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt

*ống lồng ống

Loại thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếpnhau, mỗi đoạn gồm có hai ống lồng vào nhau ống (1) của đoạn nàynối thông với ống trong của đoạn khác, và ống ngoài (2) của đoạn nàynối thông với ống ngoài của đoạn khác Để dễ thay thế người ta nốibằng ống khuỷu (3) và ống nối (4) có mặt bích

Chất tải nhiệt (1) đi trong ống từ dưới lên, còn chất tải nhiệt (2) đitrong ống ngoài từ trên xuống Khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làmviệc song song

Ưu điểm của loại ống lồng ống là hệ số truyền nhiệt lớn vì ta cóthể tạo ra tốc độ lớn ở cả hai chất tải nhiệt, cấu tạo đơn giản; nhưng cónhược điểm là cồng kềnh, giá thành cao vì tốn kém nhiều kim loại, khólàm sạch khoảng trống giữa hai ống.

1- ống trong2- ống ngoài3- Khuỷu nối4- Máng chứanước

Hình 1.16 Cấu tạo loại ống lồng ống

*Ống chùm

4

2 3 5 6

1 7 8

I

Gồm có vỏ hình trụ (1) hai đầu hàn hai lưới ống (2) Các ống truyềnnhiệt (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 bịđược đặt trên giá đỡ nhờ tai đỡ (6) hàn vào vỏ (1) Chất tải nhiệt (I) đivào 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 phíadưới Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách hàn

để tăng thời gian tiếp xúc của nước và môi chất; tăng tốc độ chuyển động

của nước trong các ống trao đổi nhiệt nhằm nâng cao hệ số toả nhiệt α Cứmột lần nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bình thì gọi là mộtpass Một trong những vấn đề cần quan tâm khi chế tạo bình ngưng là bố trí

số lượng ống của các pass phải đều nhau, nếu không đều thì tốc độ nướctrong các pass sẽ khác nhau, tạo nên tổn thất áp lực không cần thiết

Để nhiên liệu phân bố đều trong bình trong quá trình làm việc đường ốngnhiên liệu vào phân thành 2 nhánh bố trí 2 đầu bình và đường ống lỏng vềbình chứa nằm ở tâm bình

Nguyên lý làm việc của bình như sau: Nhiên liệu được đưa vào bình từ 2nhánh ở 2 đầu và bao phủ lên không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thânbình Bên trong bình nhiên liệu quá nhiệt trao đổi nhiệt với nước lạnhchuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ lại thành lỏng.Lỏng ngưng tụ bao nhiêu lập tức chảy ngay về bình chứa đặt bên dưới bìnhngưng Một số hệ thống không có bình chứa cao áp mà sử dụng một phầnbình ngưng làm bình chứa Trong trường hợp này người ta không bố trí cácống trao đổi nhiệt phần dưới của bình Để lỏng ngưng tụ chảy thuận lợi phải

có ống cân bằng nối phần hơi bình ngưng với bình chứa cao áp