Đồ án Chưng cất dầu thô áp suất

thô loại nhẹ. + Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp, tránh nhiệt độ quá cao mà nguyên nhân có thể do làm lạnh không đủ dẫn đến chế độ thay đổi hồi lưu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. V. Sản phẩm của quá trình chưng cất [1]. Khi tiến hành chưng cất sơ bộ dầu mỏ chúng ta nhận được nhiều phân đoạn và sản phẩm dầu mỏ. Chúng được phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ sôi hay nhiệt độ chưng bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ động đặc và nhiều tính chất khác có liên quan đến việc sử dụng. Từ chưng cất ta nhận được các sản phẩm sau: - Phân đoạn khí hydrocacbon. - Phân đoạn xăng còn có thể chia làm 2 phân đoạn: Xăng nhẹ chứa các cấu tử từ C5 á C7 có nhiệt độ sôi dưới 1100C. Xăng nặng chứa các cấu tử từ C7 á C10 với nhiệt độ sôi 110 á 1800C. - Phân đoạn kerosen có nhiệt độ sôi từ 180 á 2500C. Bao gồm các cấu tử từ C11 á C15. - Phân đoạn gazoil nhẹ có khoảng nhiệt độ sôi 250 á 3500C bao gồm các cấu tử từ C10 á C20. - Phân đoạn gazoil nặng hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn bao gồm các cấu tử từ C21 á C35. - Phân đoạn cặn goudron có nhiệt độ sôi > 5000C bao gồm các cấu tử từ C41 trở lên và có thể lên tới C50, C60. 1. Phân đoạn khí hydrocacbon Khí hydrocacbon chủ yếu là C3 á C4 tuỳ thuộc vào công nghệ chưng cất phân đoạn C3 á C4 nhận được là ở thể khí. Phân đoạn này thường được dùng làm nguyên liệu cho quá trình chia khí để nhận các khí riêng biệt cho công nghệ chế biến tiếp theo thành những hoá chất cơ bản hay được dùng làm nhiên liệu dân dụng. 2. Phân đoạn xăng Phân đoạn xăng thường được sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu sau: - Sản xuất nhiên liệu cho động cơ xăng - Sản xuất nguyên liêu cho công nghiệp hoá dầu - Sản xuất dung môi cho công nghiệp hoá học. Trong thành phần nhiên liệu xăng nói chung đều có nhiều hydrocacbon, parafin và aromat chiếm ít hơn nghĩa là hàm lượng các cấu tử có trị số octan cao. Vì vậy phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ thường không đáp ứng được yêu cầu về khả năng chống kích nổ khi ứng dụng làm nhiên liệu cho động cơ xăng, chúng có trị số octan rất thấp từ 30 á 60 trong khi yêu cầu trị số octan cho động cơ xăng phải trên 90. Vì vậy để có thể sử dụng được phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chống kích nổ của xăng (nâng cao trị số octan) lấy trực tiếp từ dầu mỏ. Phân đoạn xăng còn được sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên liệu cho hoá dầu, chủ yếu dùng để sản xuất các hydrocacbon thơm (BTX) và dùng để sản xuất các hydrocacbon olefin nhẹ (etylen, propylen, butadien). 3. Phân đoạn kerosen Nhiêu liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosen hoặc từ hỗn hợp giữa phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng. Do đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy điều hoà không bị tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa ổn định. Để đáp ứng yêu cầu trên người ta thấy trong thành phần các hydrocacbon của phân đoạn kerosen thì các hydrocacbon naphten và parafin thích hợp với những đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ phản lực nhất. Vì vậy phân đoạn kersen và phân đoạn xăng của dầu mỏ họ naphteno - parafin hoặc parafino - naphten là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ phản lực nếu hàm lượng lưu huỳnh hoạt động lớn, người ta phải tiến hành làm sạch nhờ xử lý hydro. Phân đoạn kerosen của dầu mỏ họ parafinic được sử dụng để sản xuất dầu hoả dân dụng mà không đòi hỏi quá trình biến đổi thành phần bằng các phương pháp hoá học phức tạp vì nó đáp ứng được yêu cầu. 4. Phân đoạn diezen Phân đoạn diezen là phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 240 á 3600C dùng làm nguyên liệu diezen, khi nhận nguyên liệu này từ dầu mỏ có rất nhiều lưu huỳnh cho nên người ta phải khử các hợp chất lưu huỳnh bằng hydro hoá làm sạch. Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 200 á 3000C, cao nhất là 3400C. Phân đoạn này từ dầu mỏ chứa rất nhiều hydrocacbon parafin cần phải tiến hành tách n-parafin. n-Parafin tách được sẽ dùng để sản xuất parafin lỏng. 5. Phân đoạn mazut Đó là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, phân đoạn này dùng làm 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 các cấu tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác, cracking nhiệt và hydrocacking. 6. Phân đoạn dầu nhờn Phân đoạn này có nhiệt độ từ 350 á 5000C, 350 á 5400C được gọi là gazoil chân không. Đó là nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay hydrocacking. Còn phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi hẹp hơn từ 320 á 4000C, 300 á 4200C, 400 á 4500C được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất dầu nhờn bôi trơn. 7. Phân đoạn gudron Là sản phẩm cặn của quá trình chưng cất chân không được dùng làm nguyên liệu cho quá trình cốc hoá để sản xuất cốc hoặc dùng để chế tạo bitum các loại khác nhau hoặc để chế tạo thêm phần dầu nhờn nặng. * Trong các phân đoạn trên thì phân đoạn xăng, kerosen, 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. Do vậy trong dầu mỏ loại nào có trữ lượng các sản phẩm trắng cao thì đó là loại dầu rất tốt cho quá trình chế biến thu các sản phẩm về nhiên liệu. Chính vì thế mà tiềm lượng sản phẩm trắng được xem là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng của dầu thô. Phần II công nghệ của quá trình I. Phân loại sơ đồ công nghệ Các loại sơ đồ công nghệ chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường gồm: - Sơ đồ bốc hơi một lần và tinh luyện một lần trong cùng một tháp chưng luyện. Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Phân đoạn 1 Xăng Dầu thô Mazut Hình 6 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. - 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 7), sơ đồ 2 (hình 8). Phân đoạn 2 Phân đoạn 1 Xăng Dầu nóng Mazut Xăng nhẹ Hình 7 Phân đoạn 2 Phân đoạn 1 Xăng Dầu nóng Mazut Phân đoạn 3 Hình 8 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. 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 8) là hệ thống bốc hơi hai lần và tinh luyện một lần trong tháp chưng luyện. Sơ đồ loại này ít 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. II. Dây chuyền công nghệ [1]. 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 xăng (20 á 30%) 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 9. Dây chuyền công nghệ chưng cất dầu thô nhiều cấu tử nhẹ 15 17 16 18 19 20 21 3. Thuyết minh sơ đồ chưng cất dầu 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 800Cá1120cvà 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 mà 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 đốt nóng tránh hiện tượng phân huỷ. III. 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]. 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.  4 2 9 3 1 8 7 5 6 Hình 10. Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất 2. Các loại tháp chưng luyện [9]. 1 V 2 3 IV I II III 4 5 a) Tháp đệm 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 Hình 11 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 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 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 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 1- Tấm khay chứa chụp 2- ống chảy truyền 3- Chụp 4- ống nhánh 5- Lỗ chụp cho hơi qua 6- Không gian biên 7- Tấm chắn để giữ mức chất lỏng trên đĩa 8- Thành thép. Hình 12 - Đĩa chụp hình máng: Nguyên lý cấu tạo đĩa chụp: 2 6 3 5 4 2 1 Hình 13. Tháp đĩa chụp hình máng 1. 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 14. 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 15. 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. 1 2 3 Đĩa sàng: Hình 16. 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. Thiết bị đun nóng lò ống [8]. 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 Hình 17. 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 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 [8]. 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 18. Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc ngoài 1. Thiết bị; 2. Vỏ bọc; 3. Mặt bích Hình 19. 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 là: - Kiểu ống xoắn - Kiểu ống tưới - Kiểu ống lồng ống. - Kiểu ống chùm. 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 20. 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 ở ngoài ống. Thường là nước tưới ở ngoài ống chảy lần lượt từ trên xuống ống dưới 3 rồi chảy vào máng chứa. Khi trao đổi nhiệt sẽ có một phần nước bay hơi, khoảng 1 á 2% lượng nước đưa vào tưới. Khi bay hơi như vậy nó sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải nhiệt nóng ở trong ống, do đó lượng nước dùng làm nguội ở đây ít hơn so với các loại thiết bị làm nguội khác. Ưu điểm: Lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ quan sát và làm 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 bay hơi tăng, do đó phải đặt chỗ thoáng nhưng tránh gió. Khi lượng nước quá ít thì các ống phía dưới sẽ bị khô, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt. c) ống lồng ống Loại thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, mỗi đoạn gồm có hai ống lồng vào nhau. ống (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 người ta nối bằng 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) đi trong ống ngoài từ trên xuống. Khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làm việc song song. Ưu điểm của loại ống lồng ống là hệ số truyền nhiệt lớn vì ta có thể tạo ra tốc độ lớn ở cả hai chất tải nhiệt, cấu tạo đơn giản; nhưng có nhược điểm là cồng kềnh, giá thành cao vì tốn kém nhiều kim loại, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống. 4 1 2 3 II II I I Hình 21. 1- ống trong 2- ống ngoài 3- Khuỷu nối 4- Máng chứa nước d. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm: Hình 22. Cấu tạo trao đổi nhiệt ống chùm 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 Phần III Tính toán công nghệ Các số liệu ban đầu - Công nghệ: Chọn loại sơ đồ công nghệ chưng cất 2 tháp - Năng suất: 6,5 triệu tấn/năm (5,5 triệu tấn dầu thô Bạch Hổ và 1 triệu tấn dầu thô Trung Đông). - Nguyên liệu: Dầu thô Bạch Hổ : = 0,8319 (Kg/l) Dầu thô Trung Đông : = 0,858 (Kg/l) Sản phẩm theo % so với dầu thô: (lấy theo tài liệu tham khảo) [15, 19] Sản phẩm Dầu Bạch Hổ(%) Dầu thô Trung Đông(%) Dầu hỗn hợp(%) Gas 2,5 4,7 2,8 L.Naphta 3,8 8,6 4,5 H.Naphta 11,9 19,9 13,2 Kerosen 15,6 15,7 15,6 Gazoil 20,7 12,9 19,5 Mazul 45,5 38,2 44,4 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 6,5 triệu tấn/năm. Năng suất của dây chuyền làm trong một ngày là: 6.500.000 : 325 = 20.000 (tấn/ngày) 20.000 : 24 = 833,333 (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 2,8% và phân đoạn L. Naphta với hiệu suất 4,5%. Năng suất các phân đoạn tính theo thành phần % của nguyên liệu. Hiệu suất sản phẩm khí là 2,8%. Lưu lượng sản phẩm khí là: = 182.000 (tấn/năm) = 560 (tấn/ngày) = 23,333 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm L. Naphta là 4,5%. Lưu lượng sản phẩm L. naphta là: = 292.500 (tấn/năm) = 900 (tấn/ngày) = 37,5 (tấn/giờ) Lưu lượng còn lại ở đáy tháp sơ bộ là: 6.500.000 - (182.000 + 292.500) = 6.025.500 (tấn/năm) I.2. Tại tháp tách phân đoạn. Hiệu suất sản phẩm H. Naphta là 13,2%. Lưu lượng sản phẩm H. Naphta: = 858.000 (tấn/năm) = 2.640 (tấn/ngày) = 110 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm kerosen là 15,6%. Lưu lượng sản phẩm kerosen: = 1.014.000 (tấn/năm) = 3.120 (tấn/ngày) = 130 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm gazoil là 19,5%. Lưu lượng sản phẩm gazoil: = 1.267.500 (tấn/năm) = 3.900 (tấn/ngày) = 162,5 (tấn/giờ) Hiệu suất sản phẩm Mazut là 44,4%. Lưu lượng sản phẩmMazut: = 2.886.000 (tấn/năm) = 8.880 (tấn/ngày) = 370 (tấn/giờ) I.3.Tổng kết cân bằng vật chất: + Tổng Lưu lượng vào: 6.500.000 (tấn/năm) 6.500.000 : 325 = 20.000 (tấn/ngày) 20.000 : 24 = 833,333 (tấn/giờ) + Tổng Lưu lượng ra: Tên phân đoạn Thành phần (%) Tấn/năm Tấn/ngày Tấn/giờ Gas 2,8 182.000 560 23,333 L.Naphta 4,5 292.500 900 37,5 H.Naphta 13,2 858.000 2.640 110 Kerosen 15,6 1.014.000 3.120 130 Gazoil 19,5 1.267.500 3.900 162,5 Mazut 44,4 2.886.000 8.880 370 Tổng lưu lượng ra 100 6.500.000 20.000 833,333 Vậy tổng lưu lượng vào = tổng lưu lượng ra. II. Thiết lập đường cân bằng (VE) cho các sản phẩm II.1. Đường cân bằng (VE) sản phẩm xăng Để xác định đường cân bằng pha cho các sản phẩm ta sử dụng phương pháp Obradoikov và Smidovic. Coi áp suất của quá