Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butane

Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butaneNăng suất: 70 tấnh (theo nhập liệu) = 1423,8 kmolhYêu cầu:•Thành phần C4 ở đỉnh không quá 0,01% khối lượng.•Thành phần C3 ở đáy không quá 0,01% khối lượng.Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau: Bảng 2.1. Phân bố thành phần của nhập liệuCấu tửLưu lượng (kmolh)Tỉ lệ molTỉ lệ khối lượngC2H6 (ethane)17,6550,01240,0075C3H8 (propane)871,790,61230,5480C4H10 (nbutane)525,80,36930,4357C5H12 (npentane)8,5550,0060,0088Tổng1423,81,00001,0000Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butaneNăng suất: 70 tấnh (theo nhập liệu) = 1423,8 kmolhYêu cầu:•Thành phần C4 ở đỉnh không quá 0,01% khối lượng.•Thành phần C3 ở đáy không quá 0,01% khối lượng.Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau: Bảng 2.1. Phân bố thành phần của nhập liệuCấu tửLưu lượng (kmolh)Tỉ lệ molTỉ lệ khối lượngC2H6 (ethane)17,6550,01240,0075C3H8 (propane)871,790,61230,5480C4H10 (nbutane)525,80,36930,4357C5H12 (npentane)8,5550,0060,0088Tổng1423,81,00001,0000Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và butaneNăng suất: 70 tấnh (theo nhập liệu) = 1423,8 kmolhYêu cầu:•Thành phần C4 ở đỉnh không quá 0,01% khối lượng.•Thành phần C3 ở đáy không quá 0,01% khối lượng.Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau: Bảng 2.1. Phân bố thành phần của nhập liệuCấu tửLưu lượng (kmolh)Tỉ lệ molTỉ lệ khối lượngC2H6 (ethane)17,6550,01240,0075C3H8 (propane)871,790,61230,5480C4H10 (nbutane)525,80,36930,4357C5H12 (npentane)8,5550,0060,0088Tổng1423,81,00001,0000

1

MỤC LỤC 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về Condensate 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Thành phần cơ bản của condensate 3

1.1.3 Ứng dụng của condensate 3

1.2 Lý thuyết về chưng cất 4

1.2.1 Phương pháp chưng cất 4

1.2.2 Thiết bị chưng cất 4

1.3 Thuyết minh quy trình công nghệ 5

2 DỮ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 6

2.1 Dữ liệu đầu vào 6

2.2 Cân bằng vật chất 6

2.3 Tính độ bay hơi tương đối 7

2.4 Tính Nmin 9

2.5 Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu 10

2.6 Xác định bậc lý thuyết N tương ứng với chỉ số R hợp lý 12

2.7 Tính hiệu suất đĩa 13

3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 14

3.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ 14

3.2 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi đáy tháp 14

4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 15

4.1 Tính sơ bộ đường kính đĩa 15

4.2 Sắp đặt sơ bộ mặt đĩa 16

4.2.1 Số đường đi của Lỏng 16

4.2.2 Khoảng cách giữa các mâm 16

4.2.3 Các kích thước khác 16

4.2.4 Bước lỗ 17

4.2.5 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền 17

4.3 Vòng tính lặp 1 18

4.3.1 Kiểm tra sặc đĩa 18

4.3.2 Kiểm tra tắt nghẽn kênh chảy truyền lỏng 19

2

4.4.1 Sắp xếp lại mặt đĩa 21

4.4.2 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền 21

4.4.3 Kiểm tra sặc đĩa 22

4.4.4 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền 22

4.5 Kiểm tra thủy lực 22

4.5.1 Chế độ làm việc trên mâm 22

4.5.2 Xác định lượng lỏng cuốn theo hơi 23

4.5.3 Thời gian lưu của lỏng trong kênh chảy truyền 24

4.5.4 Trở lực của mâm 24

4.5.5 Kiểm tra chiều cao mực chất lỏng trong kênh chảy truyền : 25

4.6 Chiều cao tháp 27

5 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 28

5.1 Tính bề dày thân 28

5.2 Tính nắp và đáy 30

5.3 Bích ghép thân, đáy và nắp 33

5.4 Tính đường kính và bích ghép các loại ống dẫn 33

5.4.1 Vị trí nhập liệu 33

5.4.2 Ống hơi ở đỉnh tháp 34

5.4.3 Ống dẫn lỏng hoàn lưu 34

5.4.4 Ống dẫn hơi vào đáy tháp 35

5.4.5 Ống dẫn chất lỏng vào nồi đun 36

5.4.6 Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy) 36

5.5 Chân đỡ tháp 37

5.5.1 Tính tải trọng tháp 37

5.5.2 Chân đỡ tháp 38

5.6 Tai treo 38

6 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 39

6.1 Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp 39

6.2 Thiết bị đun sôi đáy tháp 43

7 KẾT LUẬN 47

8 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

3

1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về Condensate

1.1.1 Định nghĩa

Về cơ bản, condensate là hỗn hợp hydrocarbon lỏng được tách từ khí đồng hành

hoặc khí thiên nhiên Thành phần của condensate chủ yếu là hydrocarbon mạch thẳng,

bao gồm pentane và các hydrocarbon nặng hơn (C5+) Condensate có điểm sôi nằm

trong dải điểm sôi của xăng Tỷ trọng của condensate vào khoảng 80 API

Cụ thể, condensate còn gọi là khí ngưng tụ hay lỏng đồng hành, là dạng trung gian

giữa dầu và khí có màu vàng rơm Condensate là hỗn hợp hydrocarbon lỏng tỷ trọng

thấp có mặt như thành phần thể khí (người ta thường gọi là phần lỏng ngưng trong

khí) đặc trưng cho phân đoạn C5+ Condensate không chỉ thu được từ quá trình khai

thác dầu mỏ, mà nó còn đươc hình thành khi chất lỏng ngưng tụ, từ dòng khí trong

đường ống Độ API của condensate từ 50 đến 120 Trong quá trình khai thác dầu và

khí, condensate bị lôi cuốn theo khí đồng hành hay khí thiên nhiên, được ngưng tụ và

thu hồi sau khi qua các bước xử lý, tách khí bằng các phương pháp làm lạnh ngưng

tụ, chưng cất nhiệt độ thấp, hấp thụ bằng dầu Tính chất của nó thì còn tùy thuộc vào

nguồn, và ứng dụng của nó: trong nhà máy lọc dầu, tùy vào tính chất của condensate,

nếu tốt làm cấu tử pha trộn xăng, nếu xấu thì người ta trộn với dầu thô đi chưng cất

lại

1.1.2 Thành phần cơ bản của condensate

Thành phần chính của condensate là các hydrocarbon no như pentane, hexane,

heptane (C5+), ngoài ra còn có các hydrocarbon mạch vòng, các nhân thơm và một

số tạp chất khác

Condensate được sử dụng chủ yếu để pha chế xăng, dung môi pha sơn, dung môi

trong công nghiệp

Thành phần cơ bản của condensate là các hydrocacbon no có phân tử lượng và tỷ

trọng lớn hơn butan như pentane, hexane, heptane Ngoài ra còn chứa các

hydrocacbon mạch vòng, các nhân thơm, và một số tạp chất khác Chất lượng của nó

phụ thuộc vào mỏ khai thác, công nghệ và chế độ vận hành của quá trình tách khí

1.1.3 Ứng dụng của condensate

Condensate được dùng để chế biến các sản phẩm sau:

- Naphtha: xăng gốc, dùng để pha xăng

- White spirit: dung môi pha sơn

- IK (Illuminat kerosene): dung môi, dầu hỏa

- Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như

hỗn hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các

cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của cac

cấu tử khác nhau)

- Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha

như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo

nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ

- Quá trình chưng cất đơn giản và quá trình cô đặc có bản chất tương tự nhau, tuy

nhiên có một sự khác biệt đó là đối với quá trình chưng cất cả dung môi và chất tan

đều bay hơi, còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan thì

không bay hơi (nếu có bay hơi thì là điều không mong muốn)

- Đối với sản phẩm của quá trình chưng cất, thường thì hệ có bao nhiêu cấu tử ta sẽ

thu được bấy nhiêu sản phẩm Nếu hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản

phẩm

1.2.2 Thiết bị chưng cất

Yêu cầu cơ bản đối với một thiết bị chưng cất đó là diện tích bề mặt tiếp xúc pha

phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào một lưu

chất kia Ta có hai loại tháp chính:

điều kiện cho hai pha tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo ta có các loại mâm sau:

vuông

mặt bích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp

ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

Tương tự như chọn phương pháp chưng cất, khi chọn thiết bị chưng cất cũng cần

tùy thuộc vào điều kiện sẵn có, tính chất hỗn hợp, yêu cầu về độ tinh khiết mà ta chọn

phương pháp cho phù hợp

5

Bảng 1 So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp

Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp

- Hiệu suất khá cao

- Khá ổn định

- Hiệu suất cao

Nhược điểm

- Hiệu ứng thành nên hiệu suất thấp

- Độ ổn định thấp khó vận hành

- Khó tăng năng suất

- Thiết bị khá nặng nề

- Không làm việc được với chất lỏng bẩn

- Kết cấu khá phứctạp

- Có trở lực lớn

- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp

1.3 Thuyết minh quy trình công nghệ

Condensate sau khi qua quy trình xử lý tách các phân đoạn naphtha nhẹ (C8-) sẽ được

trộn với hydro, gia nhiệt và đưa vào thiết bị phản ứng để đi vào giai đoạn reforming

xúc tác Tại đây sẽ xảy ra phản ứng tạo các aromatic như benzene, toluene, p-xylene và

nhiều loại sản phẩm khác

Sản phẩm sau khi ra khỏi bình phản ứng sẽ được đưa vào thiết bị phân tách hydro

Phần khí hydro được làm sạch và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng

Sau khi phân tách hydro, hỗn hợp còn lại được đưa vào tháp chưng cất phân đoạn để

tách các hydrocacbon nhẹ khỏi pha lỏng trước khi sản phẩm lỏng được đưa đến các

tháp chiết tách phân đoạn giàu hydrocacbon thơm

6

2 DỮ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 Dữ liệu đầu vào

Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng tách LPG từ condensat phần tháp tách propane và

butane

Năng suất: 70 tấn/h (theo nhập liệu) = 1423,8 kmol/h

Yêu cầu:

Công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V8.8

Phân bố thành phần của nhập liệu cho trong bảng sau:

Bảng 2.1 Phân bố thành phần của nhập liệu

Cấu tử Lưu lượng (kmol/h) Tỉ lệ mol Tỉ lệ khối lượng

Từ bảng phân bố nồng độ cấu tử và các thông số đặc trưng của từng cấu tử, tiến

hành tính toán cân bằng vật chất

Cân bằng cho toàn tháp: gọi D là lưu lượng sản phẩm đỉnh theo kmol/h, W là lưu

lượng sản phẩm đáy tính theo kmol/h

Theo yêu cầu tỉ lệ sản phẩm của đề bài ta lập được hệ phương trình sau:

{0,995 D+0,0101W =0,6247 F D+W =F

F=1423,8

Giải hệ phương trình trên ta được nghiệm như sau:

7

{W=535,32 D=888,48

Bảng 2.2 Thành phần sản phẩm đỉnh

Sản phẩm đỉnh

(kmol/h) Tỉ lệ mol Tỉ lệ khối lượng

2.3 Tính độ bay hơi tương đối

Ta cần phải tính độ bay hơi tương đối của các cấu trong hỗn hợp tương ứng với 3 vị

8

Đặt giả thiết áp suất tại đỉnh tháp Pđỉnh = 1.8 bar, t = 54.3oC và tại đáy tháp Pđáy = 2.5

bar, t = 133.4oC , ta truy xuất các hệ số cân bằng pha K từ cơ sở dữ liệu của HYSYS

Nhiệt độ nhập liệu vào tháp : tF = 99oC và PF = 2.2bar

- Giả thuyết phần trăm bay hơi : L + V = 1 (với L,V lần lượt là lượng pha lỏng và

hơi cần làm bốc hơi)

9

- Nếu ta gọi Zi là nồng độ ban đầu của cấu tử i trong hỗn hợp, xi và yi là nồng độ

của cấu tử i ở pha lỏng và pha hơi khi cân bằng, thì:

[1]

i i

i

Z x

V

- Tính toán kiểm tra lại, ta có bảng sau:

Bảng 2.5 Bảng tính toán độ bay hơi tương đối tại nơi nhập liệu

Số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu Nmin tương ứng với trường hợp hồi lưu toàn phần

Đối với hệ hai cấu tử , đại lượng Nmin có thể xác định dễ dàng bằng đồ thị Nói

chung, trong mọi trường hợp đều có thể sử dụng công thức Fenske để xác định số bậc

cho hệ nhiều cấu tử:

Ta cũng có thể áp dụng công thức trên cho để tính số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu

nmin cho đoạn luyện hoặc mmin cho đoạn chưng của tháp

Khi tính nmin ta viết phương trình Fenske cho hai cấu tử khóa ở đỉnh và nơi nhập liệu,

tương đối trung bình được tính cho hai vị trí tương ứng , cụ thể như sau:

2.5 Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu

Trong chưng cất hệ nhiều cấu tử, Gilliland đã đề nghị một số phương pháp tính tỷ số

hồi lưu tối thiếu Rmin trong đó đã nêu lên được một số vấn đề sau:

- Việc hồi lưu cấu tử khóa là cơ sở chính yếu cho việc tính toán

- Việc hồi lưu các cấu tử nhẹ và nặng vẫn có tác dụng trực tiếp đến toàn hỗn hợp, do

đó tính toán bổ sung thêm dưới dạng các đại lượng hiệu chỉnh

- Trạng thái nhập liệu tương ứng với 2 trường hợp biên như sau:

 Nhâp liệu ở trạng thái lỏng: tuy nhiên không phải hoàn toàn lỏng vì có các cấu tử

11

 Nhập liệu ở trạng thái hơi: cũng không phải bay hơi hoàn toàn mà các cấu tử nặng

hơn cấu tử khóa nặng không bay hơi Các trường hợp nhập liệu biên sẽ cho các tỉ số hồi

lưu tối thiểu tương ứng và từ đó có thể nội suy tuyến tính cho tỷ số hồi lưu tối thiểu bất

kỳ tương ứng với trạng thái nhập liệu nằm giữa hai trạng thái biên kể trên

J.C.Maxwell đã biến đổi đơn giản hóa các công thức Gilliland và cuối cùng đã đưa

ra công thức tính hồi lưu tối thiểu Rmin [1] ở dạng sau:

x l

Công thức trên được sử dụng tính toán Rmin cho cả trường hợp nhập liệu biên, tuy

nhiên có đại lượng l được xác định riêng biệt cho từng trường hợp, cụ thể được trình

bày trong bảng sau:

ilight iheavy

Z l

ilight iheavy

Z l

jheavy

Z l

Z



.

jlight jlight

ilight jheavy

Z l

jheavy

Z l

Z



iV iV

ilight jheavy

Z l

jL

Z l Z

.

iV jlight iL

jlight jL

Z l

iheavy

Z l

Z

iheavy

Z l

 là độ bay hơi tương đối trung bình của cấu tử I so với cấu tử khóa nặng

iV, iL lần lượt là cấu tử trung gian nhẹ và nặng

Từ kết quả trên nội suy ra: Rmin30.00% = 0.09543

2.6 Xác định bậc lý thuyết N tương ứng với chỉ số R hợp lý

Ta có: Rhợp lý = 1.3Rmin + 0.36 = 0.484

Mối liên hệ giữa chỉ số hồi lưu và số đĩa lý thuyết được thể hiện ở hình sau:

Hình 1 Mối liên hệ giữa hệ số hồi lưu và số đĩa lý thuyết

 Số đĩa lý thuyết đoạn luyện: n = N ( Nmin / nmin ) = 8.5

 Số đĩa lý thuyết đoạn chưng: m = N ( Nmin / mmin ) = 6.3

2.7 Tính hiệu suất đĩa

Việc tính toán hiệu suất đĩa của tháp chưng cất có rất nhiều phương pháp tính, trong

đó đơn giản nhất là dùng phương pháp thực nghiệm mà Drickamer và Bradford xây

dựng qua đồ thị sau:[2]

Hình 2 Đồ thị biểu thị mối liên hệ giữa độ nhớt và hiệu suất mâm [6]

Từ thông số độ nhớ tra theo mô phỏng hysys ta dùng đồ thị tìm được hiệu suất như 14

15

3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

3.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Lượng nhiệt trao đổi để hơi ở đỉnh tháp ngưng tụ hoàn toàn tại nhiệt độ bão hòa:

Qnt = D.(R+1).rD = Gn.Cn.(t2 – t1)Tại tD = 54,23oC ta có: rD = 345,28 (kJ/kg)

3.2 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi đáy tháp

Phương trình cân bằng năng lượng chung cho toàn tháp:

16

4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

4.1 Tính sơ bộ đường kính đĩa

Yếu tố chính quyết định đến đường kính của tháp đó là lưu lượng dòng hơi đi trong

tháp Tốc độ của pha hơi đi trong tháp phải thấp hơn tốc độ cuốn theo lỏng của đĩa từ

dưới lên Lượng lỏng bị cuốn theo dòng hơi phải nhở hơn một giới hạn cho phép và

phải đảm bảo để trở lực của đĩa không được quá lớn

Sử dụng phương trình Souders Brown có thể xác định tốc độ sặc thông qua hằng số

mâm Csb Hằng số Csb được tính thông qua phương trình Kister-Hass [6]:

C sb=0,114[d h2 σ

ρ L ]0,125[ρ h

ρ L]0,1[TS h cl]0,5

Trong đó :

Csb : Hệ số sặc trong phương trình Souders – Brown, ft/s

dh : Đường kính lỗ , in – giả thiết dh = 0,5 in

: Sức căng bề măt, dyn/cm

TS: Khoảng cách giữa các đĩa , in - giả thiết TS = 24 in

hcl : chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa ở chế độ chuyển từ lớp bọt sang phun tia

Giả thiết hcl = 2.5 in, SF = 0.9

Bảng 3.1 Tính toán sơ bộ đường kính đĩa

Trong đồ án này, đường kính hai đoạn khác nhau không đáng kể Chính vì vậy

đường kính hai đoạn sẽ được chọn bằng nhau

Chọn đường kính tháp là 2.8 m = 9,19 ft

17

4.2 Sắp đặt sơ bộ mặt đĩa

4.2.1 Số đường đi của Lỏng

Giả thiết chiều dài ngưỡng chảy tràn : Lw = 0,8Dt = 0,8.9,19 = 7,349 (ft)

L w , ta tính toán được:

Bảng 3.2 Tính toán tải trọng lỏng theo 1 đơn vị chiều dài của ngưỡng chảy tràn

Như vậy sẽ tiến hành thiết kế đĩa có một đường đi của lỏng cho cả đoạn luyện và

đoạn chưng

Tổng kết diện tích trên đĩa :

Bảng 3.3 Tổng kết diện tích trên mặt đĩa

D

GPM U

4.2.2 Khoảng cách giữa các mâm

Đối với đoạn chưng của tháp chọn sơ bộ khoảng cách giữa các mâm TS = 24 in là

phù hợp và đối với đoạn luyện cũng tương tự với TS = 24 in

4.2.3 Các kích thước khác

Ở giai đoạn thiết kế sơ bộ các kích thước sau đây có thể coi là phù hợp cho việc sắp

đặt mặt mâm:

18

 Phần diện tích lỗ: Af = 0,2

4.2.4 Bước lỗ

Với đường kính của mỗi van được lựa chọn là dv = 1.9 in thì ta có thể tính toán được

bước lỗ theo công thức:

1.9

0.2

v f

d

A

4.2.5 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

Chiều dài ngưỡng chảy tràn (Lw) và chiều rộng kênh chảy truyền (Wdc)

Ta tính dựa vào tỉ lệ AD/AT để suy ra tỉ lệ so với đường kính theo đồ thị sau:

Hình 3 Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % diện tích đĩa và kích thước

của kênh chảy truyền hình viên phân

19

Bảng 3.4 Bảng tính toán đường đi của lỗ trên mâm

4.3.1 Kiểm tra sặc đĩa

Khi thiết kế tháp thường chọn tốc độ làm việc của tháp bằng khoảng 80% – 85% tốc

độ sặc đĩa Đây là khoảng an toàn cần thiết do có thể có những sai số của các số liệu

cũng như các phương trình dùng để tính toán – thiết kế Ngoài ra, chọn giới hạn làm

việc trên cũng có thể tránh được sự giảm hiệu suất đĩa thường xảy ra ở ngay lân cận

điểm sặc

hcl : Chiều cao lớp chất lỏng ở chế độ chuyển tiếp từ chế độ lớp bọt sang chế độ tia

và được tính theo công thức sau [6]

với n = 0,0231

h f

d A

Trong đó: QL tải trọng lỏng, ft2/s

Af phần diện tích lỗ trên phần diện tích sục khí

Đối với mâm van, cũng có thể sử dụng công thức trên để dự đoán điểm sặc mâm

nhưng do chấp nhận các giả thuyết gần đúng nên các số liệu dự đoán có thể sai số

20

Bảng 3.5 Kiểm tra sặc đĩa

4.3.2 Kiểm tra tắt nghẽn kênh chảy truyền lỏng

Để kiểm tra kênh chảy truyền, sử dụng phương trình của Koch Phương trình này

được thiết lập dựa vào thời gian lưu lớn nhất của lỏng trong kênh chảy truyền Tiêu

chuẩn về thời gian lưu này cũng có thể biểu diễn qua tiêu chuẩn về tốc độ lớn nhất của

lỏng qua kênh chảy truyền Phương trình Koch có dạng :

[6]

Với :

tR: thời gian lưu của dòng lỏng trong kênh chảy truyền, s

TS: Khoảng cách giữa các đĩa, in

2 max 448,8( ).SF, gpm/ ft

12

D

R

TS Q

t



21

Tải trong làm việc của kênh chảy truyền QD : [6]

Thời gian lưu của dòng lỏng trong kênh chảy truyền được xác định qua đồ thị sau:

Hình 4 Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa hiệu số khối lượng riêng

hai pha và thời gian chất lỏng lưu trên đĩa [3]

Bảng 3.5 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng

GPM

A



22

Nhận xét: Kết quả ở các bảng trên cho thấy kích thước của tháp phù hợp với yêu cầu

(% sặc đĩa dưới 80%) Nhưng do QD > QDmax nên kênh chảy truyền bị tắc nghẽn Do đó

ở vòng lặp thứ hai nên tăng diện tích kênh chảy truyền bằng cách giảm vận tốc lỏng

trong kênh chảy truyền

4.4 Vòng tính lặp số 2

Tại vòng lặp này, các thông số vật lý và tải trọng vẫn giữ nguyên Ta chọn giảm vận

tốc lỏng trong kênh chảy truyền UD = 0,3 ft/s, đường kính vẫn giữ như cũ

Trong tính toán tiếp theo sẽ giữ nguyên số đường đi của lỏng trên đĩa, khoảng cách

giữa các đĩa, đường kính lỗ, chiều cao ngưỡng chảy tràn và khoảng cách mép dưới của

kênh chảy truyền với mặt đĩa như ở vòng tính thứ nhất

4.4.2 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

Bảng 3.8 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

23

Ta thấy đường đi của lỏng trên mâm FPL > 18 in nên thỏa mãn

4.4.3 Kiểm tra sặc đĩa

Bảng 3.9 Kiểm tra sặc đĩa lần 2

4.4.4 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền

Bảng 3.10 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền lần 2

Nhận xét: Kênh chảy truyền không bị tắc nghẽn và % sặc đĩa vẫn thỏa mãn nên diện

tích kênh chảy truyền là tương đối phù hợp

4.5 Kiểm tra thủy lực

4.5.1 Chế độ làm việc trên mâm

Do mâm không thường làm việc ở chế độ phun tia nên tính kiểm tra chế độ dòng

trên mâm ở chế độ chuyển tiếp sẽ được bắt đầu từ chế độ chuyển tiếp lớp bọt - nhũ tương

Để tính chiều cao lớp chất lỏng trên mâm ở chế độ chuyển tiếp lớp bọt nhũ tương, sẽ

sử dụng phương trình của Hofhuis-Zuiderweg :

24

Với :

ρ : bước lỗ, in

AB : diện tích sục khí trên đĩa, ft2

hW : chiều cao ngưỡng chảy tràn, in

hC : chiều cao lớp chất lỏng trong trên đĩa, in

NP: số đường đi của lỏng trên đĩa

FLV : thông số dòng với

V LV

L

L F V

Bảng 3.11 Chế độ làm việc của đĩa

Tất cả các thông số dòng chuyển tiếp đều vượt qua giá trị thông số dòng ở chế độ

chuyển tiếp lớp bọt – nhũ tương Do đó chế độ làm việc của đĩa là chế độ nhũ tương

4.5.2 Xác định lượng lỏng cuốn theo hơi

Nếu lượng lỏng bị cuốn theo hơi cao quá mức cho phép thì đường kính tháp hoặc

khoảng cách mâm thường được tăng lên, Lượng lỏng tối đa cho phép cuốn theo hơi là

25

của mâm phải nhỏ hơn giá trị này để đảm bảo mâm hoạt động ổn định Nếu lớn hơn giá

trị này thì hiệu suất mâm sẽ giảm đáng kể

Ở chế độ bọt (hay chế độ nhũ tương) để dự báo lượng lỏng bị cuốn theo hơi có thể

sử dụng phương trình của Fair [6] Ta có bảng:

Bảng 3.12 Lượng lỏng cuốn theo hơi

Từ bảng kết quả trên, nhận thấy giá trị ψ thực tế nhỏ hơn nhiều so với giá trị tối đa

suất mâm

4.5.3 Thời gian lưu của lỏng trong kênh chảy truyền

Việc kiểm tra ở đây nhằm mục đích chỉ ra thời gian lưu biểu kiến của lỏng trong

kênh chảy truyền và kiểm tra xem thời gian này có nằm trong giới hạn cho phép hay

không

Ta có bảng:

Bảng 3.13 Thời gian lưu

luyện

Đoạn chưng

Thòi gian lưu của lỏng trong kênh chảy, tR (s)

truyền

Thời gian lưu tối thiểu lỏng trong kênh chảy,

Nhận xét : Hệ có khả năng tạo bọt cao, thời gian lưu nhỏ nhất trong kênh chảy

truyền lỏng là 5 giây Từ bảng kết quả trên ta thấy thời gian lưu của lỏng trong kênh

chảy truyền nằm trong giới hạn cho phép

4.5.4 Trở lực của mâm

Thông thường trở lực của mâm nằm trong khoảng 50: 120 mm cột chất lỏng Nếu

trở lực của mâm nằm ngoài khoảng trên, cần điều chỉnh lại thông số quyết định hơn

chính là thông số phần diện tích lỗ và chiều cao ngưỡng chảy tràn