Bài tập Thiết bị dầu khí
Bài tập về Thiết bị trao đổi nhiệt và Tháp chưng cất
1. Giới thiệu về nguyên liệu
Phân đoạn khí thu được từ quá trình FCC rất giàu olefin như etylene, propylene,
butene… Dùng cấu tử nC
6
thay thế cho phân đoạn Condensate ( 20- 50
0
C).
Nguyên liệu được nạp ở nhiệt độ T= 40
0
C, áp suất 18kg/cm
2
g.
Để xác định trạng thái nhiệt của nguyên liệu ta tính nhiệt độ điểm sôi của nguyên liệu
với các cấu tử đặc trưng cho thành phần của nguyên liệu dựa trên phương trình Raoult
K
i
=y
i
/x
i
ta tính được kết quả như bảng sau:
T = 56
o
C
P = (18 kg/cm
2
g) x
i
= Z

C trong khi đó nguyên liệu được nạp vào
ở nhiệt độ 40
o
C. Do đó, trạng thái tồn tại của nguyên liệu là lỏng quá lạnh vì vậy ta sử
dụng thêm thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ của nguyên lên nhiệt độ điểm sôi trước
khi đi vào tháp chưng cất.
2. Các tiêu chuẩn kỷ thuật của quá trình chưng cất
Nhiệt độ đáy tháp < 105
o
C vì trong nguyên liệu tồn tại hàm lượng olefin lớn để hạn
chế các phản ứng trùng hợp tạo polymer gây tắc nghẽn đường ống, giảm hiệu quả trao đổi
nhiệt, chi phí năng lượng lớn… do đó trong quá trình mô phỏng ta chọn nhiệt độ đáy tháp
nhỏ hơn 105
o
C để đảm bảo việc vận hành tháp chưng cất.
Hiệu suất thu hồi của C
3=
là 99% vì cấu tử C
3=
có giá trị kinh tế cao hơn nhiều so với
cấu tử C
3
. Việc thu hồi cấu tử C
3=
được đưa qua phân xưởng propylene để sản xuất hạt
polypropylene do đó phải thu hồi triệt để C
3=
để đảm bảo tính kinh tế.
Hiệu suất thu hồi C
4

đ
= 0.4 (bar).
Ta có sơ đồ mô phỏng shortcut như sau:

Ta có kết quả mô phỏng như sau:
Lớp 07H5 Page 3
Bài tập Thiết bị dầu khí
Ta có : R
min
= 2.01575.

N
min
= 13.46 (đĩa).
Chọn Rop = 2*R
min
→ R
op
= 2*2.01575 = 4.031 do đó N
op
= 20 (đĩa).
Bảng cân bằng vật chất như sau :
Lớp 07H5 Page 4
Bài tập Thiết bị dầu khí

3.1.3. Mô phỏng tháp chưng cất
Nguyên liệu vào ở trạng thái lỏng quá lạnh phải nâng nhiệt độ lên bằng nhiệt độ sôi ta
sử dụng 1 thiết bị trao đổi nhiệt.
Sử dụng 1 van giãn nở để giảm áp van này là van điều khiển lưu lượng qua tháp chưng
cất. Có thể đặt trước hoặc sau thiết bị trao đổi nhiệt, ở trường hợp này ta đặt sau thiết bị

đúng.
3.2. Thiết kế tháp chưng cất
Lớp 07H5 Page 8
Bài tập Thiết bị dầu khí
Phần sizing: ta chọn hệ số ngập lụt là 80%, mô phỏng ta chia tháp ra 2 vùng:
+ Vùng luyện từ đĩa 2 → 8 có đường kính là 2743 (mm).
+ Vùng chưng từ đĩa 9 → 19 có đường kính là 3353 (mm).
Ta có các bảng kết quả sau:
 Độ nhớt, sức căng bề mặt, khối lượng riêng
 Đường kính tháp được quy chuẩn lên khi đó điều kiện làm việc của tháp dễ dàng
hơn
Lớp 07H5 Page 9
Bài tập Thiết bị dầu khí
 Lưu lượng lỏng đi vào vách chảy chuyền
Sau khi có kết quả ở sizing, kiểm tra lại ở phần rating ta kiểm tra lại các thông số:
 Tổn thất áp suất trên mỗi đĩa.
 Hệ số ngập lụt.
 Mức chất lỏng trong ống chảy chuyền.
Lớp 07H5 Page 10
Bài tập Thiết bị dầu khí
Ta nhận thấy các thông số cần kiểm đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật.
3.3. Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt
Tra bảng 12.1 Typical Overall Coefficients lựa chọn dòng nóng là hơi nước và dòng
lạnh là Light oil có hệ số trao đổi nhiệt tổng nằm trong khoảng 300÷900 (W/m
2
.
o
C) tương
đương với 259÷776 (kcal/ h. m
2

ống
= 0.2÷0.4
(kg/cm
2
)
Chọn Fins/cm = 1, khoảng cách giữa 2 ống là 80 (mm), chiều rộng giữa 2 ống là 80
(mm)
Mô phỏng ta có bảng kết quả:
Lớp 07H5 Page 12
Bài tập Thiết bị dầu khí
Ta thấy trở lực trên đường ống là 0.361 (kg/cm
2
), trở lực của không khí là 1.2283*10
-3

(kg/cm
2
), bề mặt lắp đặt là 1167.506 (m
2
), bề mặt yêu cầu là 1171.338 (m
2
) nằm trong
khoảng cho phép nên ta chấp nhận các thông số trên là đúng.
3.5. Nhận xét và kết luận
Lớp 07H5 Page 13
Bài tập Thiết bị dầu khí
Với nguyên liệu có thành phần, tính chất như đã cho và các ràng buộc kỹ thuật của sản
phẩm. Qua quá trình mô phỏng ta xây dựng được sơ đồ công nghệ của phân xưởng. Ta có
sơ đồ công nghệ của phân xưởng như sau:
Với các thông số kỹ thuật của các thiết bị có mặt trong sơ đồ công nghệ trên thì ta có