Mc Lc

M u
Phn I : Tng quan
Chơng I: Lý thuyết cơ bản
I.1 Khái niệm chung về sấy khí
I.1.1 Mục đích của việc sấy khí
I.2 Nguyên tắc chung của phơng pháp sấy khô khí
I.3 Các phơng pháp sấy khô khí
I.3.1 Sấy khô khí bằng phơng pháp hấp phụ
I.3.2 Sấy khô khí bằng phơng pháp hấp thụ
I.4. Phân tích và lựa chọn công
I.4.1 Lựa chọn phơng pháp
I.4.2 Lựa chọn công nghệ
CHƯƠNG II : Hấp thụ - Sấy khô khí bằng dung môi DEG
II.1 Một số tính chất hoá lý của dung môi DEG
II.2 Cơ sở hóa lý của quá trình
II.2.1 Độ hoà tan của khí trong lỏng
II.2.2 nh hởng của hàm ẩm
II.2.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng của hỗn hợp khí vào nhiệt độ tiếp
xúc với dung dịch DEG
II.2.4 Sự phụ thuộc áp suất hơi bão hoà của dung dịch DEG vào nhiệt độ
II.2.5 ảnh hởng của lợng dung môi đến quá trình hấp thụ
II.3 Công nghệ sấy khí bằng chất hấp thụ DEG
II.3.1 Sơ đồ nguyên tắc nguyên tắc công nghệ sấy khô khí bằng DEG
II.3.2 Sơ đồ nguyên tắc nguyên tắc công nghệ sấy khô khí với sự tái sinh
chân không DEG
II.3.3 Sơ đồ nguyên tắc nguyên tắc công nghệ sấy khô khí bằng DEG với sự
bổ sung DEG
Phn II: Tính toán thit k



Phần I : Tổng quan
Chơng I : Phần lý thuyết cơ bản.
Khí t nhiên và khí đồng hành c khai thác trong lũng t,l h n hp của
hydrocacbon ca dãy metan gm có: CH
4
, C
2
H
6
, C
3
H
8
, C
4
H
10
, ngo i ra trong
th nh ph n ca khí cũng có: He, N
2
, CO
2
, H
2
, s lng v h m l ng thay i
trong mt khong rng
Trong khí tự nhiên th nh ph n ch yu l metan (chi m n 98% theo th
tớch). Các m khí t nhiên l các túi khí n m sâu trong lũng t
Khí ng h nh: nh n c t các m du cùng vi quá trình khai thác du

.
- Sử dụng phơng trình trạng thái P - V - T.
Thông thờng ngời ta sử dụng các đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lợng ẩm của
khí thiên nhiên vào nhiệt độ (tỷ trọng của khí so với không khí là 0,6). Khi tỷ trọng
của khí lớn hơn 0,6 và khi có các muối ở trong nớc thì hàm lợng ẩm suy ra từ đồ thị
này cần phải nhân tơng ứng với hệ số C
1
(hoặc C
2
). Khi tỷ trọng khí và hàm lợng
muối tăng thì lợng ẩm trong khí sẽ giảm (ở những điều kiện gần giống nhau). Một
số yếu tố khác cũng ảnh hởng đến hàm lợng ẩm cân bằng trong khí nh sự có mặt
của propan, các hydro-cacbon nặng: H
2
S, CO
2
, N
2
, sự hiện diện của H
2
S và CO
2
làm
tăng hàm lợng ẩm, còn N
2
lại làm giảm. Vì vậy nếu trong khi có một lợng lớn các
khí hydro-cacbon nặng: CO
2
, H
2

khí dựa trên cơ sở tách nớc ra khỏi khí bằng các chất hấp thụ lỏng hoặc rắn. Trong
hai phơng pháp trên thì sử dụng phơng pháp sấy khô vì nó dễ tiến hành, dễ thao tác,
thiết bị đơn giản (IV - 89).
I.1.1 Mc ích ca vic sy khí
Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thờng bão hoà hơi nớc và
hàm lợng hơi nớc phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần hoá học của khí.
Mỗi một giá trị nhiệt độ, áp suất sẽ tơng ứng với một hàm lợng hơi nớc cực đại có
thể có nhất định. Hàm lợng ẩm tơng ứng với hơi nớc bão hoà tối đa đợc gọi là hàm
lợng ẩm cân bằng.
Hàm lợng hơi nớc trong khí đồng hành và khí thiên nhiên cần phải biết vì hơi n-
ớc có thể bị ngng tụ trong các hệ thống công nghệ xử lí khí sau này, kết quả sẽ tạo
các điều kiện hình thành các hiđrat (các tinh thể rắn) dễ đóng cục chiếm các
khoảng không trong các ống dẫn hay các thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình
thờng đối với các dây chuyền khai thác, vận chuyển và chế biến khí. Ngoài ra, sự
có mặt của hơi nớc và các hợp chất chứa lu huỳnh (H
2
S và các chất khác) sẽ là tiền
đề thúc đẩy sự ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng của cácthiết
bị công trình
I.2. Nguyên tắc của phơng pháp sấy khô khí.

Khí đợc sấy khô nhằm mục đích tách hơi nớc và tạo cho khí có nhiệt độ điểm s-
ơng theo nớc thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí đợc vận chuyển hay
chế biến.
Nguyên tắc chung là ngời ta dùng các dung môi lỏng hoặc rắn để hấp thụ hơi n-
ớc, hơi nớc sẽ bị ngng tụ rồi tách khỏi khí dới những dạng sơng. Còn khí khô thì
thoát ra trên đỉnh tháp hấp thụ, quá trình sấy khí thờng dùng các dung môi để hấp
thụ hoặc hấp phụ hơi nớc.
I.3. Các phơng pháp sấy khô khí :
Trong công nghệ chế biến khí, có nhiều phơng pháp làm giảm hàm lợng ẩm có

-60
0
C (-76
0
F)
Oxit nhôm hoạt tính -73
0
C (-100
0
F)
Zeolit (rây phân tử) -90
0
C (-130
0
F)
ng trong thực tế công nghiệp ngời ta sử dụng hai hoặc ba tháp, tháp thứ nhất làm
nhiệm vụ hấp phụ, tháp thứ hai làm nhiệm vụ nhả hấp phụ, tháp thứ ba làm lạnh
chất hấp phụ sau khi tái sinh. Trong nhiều trờng hợp có thể có bốn tháp, trong đó
hai tháp thực hiện hấp phụ, một tháp tái sinh và một tháp làm nguội. Các tháp này
làm việc luân phiên cho phép thực hiện quá trình sấy khí liên tục.
Trong quá trình làm việc, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ bị giảm dần do tạo
cốc trên bề mặt, đặc biệt lớp trên cùng bị giảm hoạt tính nhanh nhất. Vì vậy sau
một thời gian cần phải thay chất hấp phụ mới (khoảng từ 2 ữ 5 năm, tuỳ thuộc vào
bản chất và điều kiện làm việc đối với từng chất hấp phụ) (I - 112).
I.3.2. Sấy khí bằng phơng pháp hấp thụ.
I.3.2.1 Khái niệm hấp thụ
Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha
lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng.
- Khí đợc hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng hút gọi là dung
môi (chất hấp thụ) , khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.

hơn thì cần dùng dung dịch glucol đậm đặc hơn. Khi đó sẽ phát sinh thêm
khó khăn ( sẽ gia tăng sự tiêu hao glucol cùng với khí khô). Để thu nhập
glycol với nồng độ cao ở các thiết bị sấy khô, quá trình tái sinh chất hấp thụ
cần phải tiến hành có sự xúc tác của các khí trơ Hình 1. Sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng của hỗn hợp khí
vào nhiệt độ tiếp xúc với các dung dịch DEG (1 - 119)

29 10 0 10 30 50
Nhiệt độ tiếp xúc,
0
C
Nhiệt độ điểm s ơng, 0 C
60
40
20
0
20
40
60
0
50
60
70
80
90
95
98
99

Khi cần sấy một lợng khí tơng đối lớn thì phơng pháp hấp thụ dùng dietylen
glycol (DEG) và trietylen glycol TEG là kinh tế nhất cả về vốn đầu t và tiêu tốn
năng lợng.
Chơng 2 : Cơ sở hóa lý và hóa học
II.2.1. Độ hoà tan của khí trong lỏng.
Khí hoà tan trong lỏng sẽ tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành phần và
hai pha. Hệ thống nh vậy theo định luật pha ( = 2, k = 2, C = 2+2-2 = 2 ) đợc coi
nh hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Cân bằng pha đợc xác định bằng áp xuất, nhiệt
độ và nồng độ. Nếu nhiệt độ không đổi thì độ hoà tan phụ thuộc vào áp suất. Sự phụ
thuộc này đợc biểu diễn bằng định luật Henry:

y
cb
= m.x ;
Đối với khí lý tởng thì :
m : hằng số dùng để biểu diễn quan hệ y
cb
= f(x) là đờng thẳng.
Đối với khí thực thì :
m : phụ thuộc vào x, nên đờng cân bằng là đờng cong.
Hằng số cân bằng đợc tính m = /p
Với P : áp suất ( at ).
: hệ số Henry, đợc tra theo bảng, có thứ nguyên là áp suất.
II.2.2. ảnh hởng của hàm ẩm.
Hàm ẩm là lợng hơi nớc có trong khí cần sấy khô, và hàm lợng ẩm có trong
hỗn hợp khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần hỗn hợp khí. Tại
mỗi giá trị áp suất và nhiệt độ có thể xác định đợc hàm ẩm tối đa của hỗn hợp
khí. Hàm ẩm tơng ứng với trạng thái khí bão hoà hơi nớc đợc gọi là hàm ẩm cân
bằng hay còn gọi là độ ẩm cân bằng.
Để biểu diễn hàm lợng hơi nớc có trong hỗn hợp khí ngời ta sử dụng hai khái

3
2
1
a
a
aa
a
đ
y
b
c
y
đ
x
x
Quan hệ X Y
Dựa vào đồ thị quan hệ X - Y ta thấy, khi Y
đ
, Y
C
và X
đ
cố định, thì nồng độ cuối
của dung môi đợc quyết định theo động lực trung bình Y
tb
, tức là điểm cuối của
đờng làm việc AB. Điểm cuối của đờng làm việc chỉ đợc chuyển dịch từ A A
4
.
Đờng làm việc BA

Các chất hấp thụ dùng để sấy khí phải đáp ứng những yêu cầu sau (I - 116):
- Có khả năng hấp thụ hơi nớc trong khoảng rộng nồng độ, áp suất, nhiệt độ.
- Có áp suất hơi bão hoà thấp để mất mát trong quá trình là ít nhất.
- Nhiệt độ sôi khác nhiệt độ sôi của nớc để dễ dàng tách nớc (dễ dàng nhả hấp
thụ để tái sinh dung môi).
- Độ nhớt thấp đảm bảo tiếp xúc tốt với hỗn hợp khí trong thiết bị hấp thụ,
thiết bị trao đổi nhiệt.
- Có độ chọn lọc cao đối với các cấu tử có mặt trong khí, nghĩa là khả năng
hấp thụ hơi nớc cao, đồng thời khả năng hoà tan thấp các hydro-cacbon có
trong khí.
- Tính ăn mòn kém.
- Khả năng tạo bọt kém khi tiếp xúc với dòng khí.
- Có độ bền nhiệt và bền oxi hoá cao.
- Không độc hại cho ngời làm việc, không gây ô nhiễm môi trờng.
- Giá thành rẻ.
Những chất hấp thụ thoã mãn yêu cầu trên đợc sử dụng phổ biến là glyxerin,
các glycol nh etylenglycol (EG), dietylenglycol (DEG), propylenglycol (PG),
trietylenglycol (TEG) Glyxerin đã đ ợc sử dụng từ năm 1929. Etylenglycol đợc sử
dụng trong công nghiệp đầu tiên vào năm 1936. Dới đây là một số u, nhợc điểm
của từng loại chất hấp thụ - sấy khô (IV - 97):
2. Ưu, nhợc điểm của các dung môi
Chất hấp thụ u điểm Nhợc điểm
Dietylenglycol (DEG) - Độ hút ẩm cao, khá bền khi
có mặt các hợp chất lu huỳnh,
oxi và cacbonic ở nhiệt độ th-
ờng dung dịch đậm đặc
không bị đông đặc.
- Tiêu hao do thất thoát
cao hơn so với
trietylenglycol. Khi tái

(mono etanol amin)
10% ữ 30%; DEG 60%
ữ 80%; Nớc 5% ữ
10%.
- Chất hấp thụ này có thể tách
nớc, lu huỳnh, cacbonic ra
khỏi khí, tức là đồng thời vừa
sấy khô vừa làm sạch khí.
Khả năng tạo màng rất thấp.
- Độ thất thoát lớn hơn
so với khi sử dụng TEG.
chỉ sử dụng để sấy khô
và làm sạch các khí có
tính axit. Dễ gây ăn mòn
kim loại ở nhiệt độ tái
sinh, điểm sơng của khí
thấp.

Etylenglycol (EG) - Chất hấp thụ này có nhiệt
độ đông đặc thấp, khả năng
ngăn ngừa sự tạo thành
hydrat cao nhất.
- Độ hoà tan của các
hyđrocacbon trong chất
hấp thụ EG cao hơn so
với DEG vàTEG, áp suất
hơi cao hơn do đó khả
năng mất mát trong quá
trình làm việc lớn.
Propylenglycol (PG). - PG có hai đồng phân, đồng

Một số tính chất hoá lý của dung môI DEG (I-117, VIII-336):
Khối lợng phân tử: 106,12
Tỷ trọng tơng đối:

20
20
1,118
Nhiệt độ sôi ở 760mmHg: 224,8
0
C
Nhiệt độ nóng chảy: - 8
0
C
Nhiệt độ bắt đầu phân huỷ: 164
0
C
Nhiệt độ tái sinh: 164
0
C
Độ nhớt ở 20
0
C: 35,7 cP
Nhiệt dung riêng: 2,09 Kj/Kg
0
c
áp suất hơi, at, 25
0
C: 0,01
Chỉ số khúc xạ, 25
0

C: - 54
Độ nhớt, cP, ở 25
0
C: 28,2
Độ nhớt, cP, ở 60
0
C: 6,99
Chng cách lỏng: 0,3
Màng hơi ngng tụ: 0,17
Tinh chế, % 99,60
Sức căng bề mặt, N/m
2
(20
0
C): 4.85
Độ nhớt ở 20
0
C : 36,0
áp suất hơi ở 20
0
C, Pa: 2,7
Giới hạn nổ thấp: 0,7
Nhiệt độ điểm cháy của hydro-cacbon 9,29
Cao nhất ở 25
0
C:Những đặc trng của DEG :
DEG có độ hoà tan hydro-cacbon thấp, khả năng tạo bọt kém. ở những áp suất

0
C
48 ữ 91
-28,9
0
C
51 ữ 88
-34,4
0
C
56 ữ 85
-45,6
0
C
51 ữ 88
Trong thực tế ngời ta sử dụng rộng rãi nồng độ DEG là 60% ữ 80% khối lợng.
II.2.2. Cơ sở hoá lý của quá trình.

Dietylenglycol ( DEG ) là một loại rợu đa chức có công thức phân tử là C
4
H
10
O
3

( CH
2
OH-CH
2
O-CH

Hình 1. Sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng của hỗn hợp khí
vào nhiệt độ tiếp xúc với các dung dịch DEG (1 -119)
Độ hạ điểm sơng

T cho biết mức độ sấy khí của chất hấp thụ trên hình
2 là đồ thị mô tả độ hạ điểm sơng phụ thuộc vào nồng độ dung dịch DEG
và nhiệt độ tiếp xúc của dung dịch khí ẩm. Nhờ đồ thị này có thể xác
định đợc độ hạ điểm sơng

T khi biết nồng độ dung dịch DEG và nhiệt
độ tiếp xúc.

29 10 0 10 30 50
Nhiệt độ tiếp xúc,
0
C
Nhiệt độ điểm s ơng, 0 C
60
40
20
0
20
40
60
0
50
60

(I-119).
II.2.4. Sự phụ thuộc áp suất hơi bão hoà của dung dịch DEG vào nhiệt độ.
Trên hình 3 là đồ thị biểu diễn áp suất hơi bão hoà cả dung dịch nớc DEG có
nồng độ khác nhau. Nhờ đồ thị này có thể xác định đợc nhiệt độ sôi của dung dịch
DEG ở các áp suất khác nhau. ở áp suất 760mmHg nhiệt độ sôi của dung dịch 98%
DEG là 182
0
C, ở áp suất 300mmHg nhiệt độ sôi của dung dịch đó là 146
0
C. Nhiệt
độ bắt đầu phân huỷ của DEG là 164
0
C. Vì vậy để tái sinh DEG cần phải thực hiện
ở áp suất thấp dới áp suất khí quyển (tháp nhả hấp thụ cần làm việc ở điều kiện

40
30
20
10
99,5
99
98
95
Độ hạ điểm s ơng T, 0 C
10 20
30 40
50
Nhiệt độ tiếp xúc,
0
C

C
-20 -10 0 20 40 60 80 110 150 210
1000
600
200
100
60
20
10
6
2
1
0.6
0,2
0.1
100
99
95
98
85
90
II.3.1. s¬ ®å nguyªn t¾c c«ng nghÖ sÊy kh« khÝ b»ng DEG (I - 121).
S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ sÊy khÝ b»ng DEG h×nh 4:

7
3
5
I
III
4

hấp thụ nớc qua thiết bị trao đổi nhiệt 4 đợc đun nóng sơ bộ đi vào giữa tháp nhả
hấp thụ 3. Hơi nớc giải phóng đi lên phía trên tháp và đợc ngng tụ ở thiết bị làm
lạnh 6. Một phần hơi nớc ngng tụ đợc quay trở lại tới ở đĩa trên cùng của tháp nhả
hấp thụ. Phần dới của tháp nhả hấp thụ đợc đốt nóng. Dung dịch DEG sau khi tái
sinh chứa từ 1% ữ 5% nớc, đợc làm nguội nhờ thiết bị làm lạnh 6 và quay trở lại
tháp hấp thụ 2.
Quá trình nhả hấp thụ đợc thực hiện ở nhiệt độ cao nhng không đợc cao hơn
170
0
C vì nhiệt độ phân huỷ của DEG là 164
0
C. Nếu cao hơn thì DEG sẽ bị phân
huỷ.
II.3.2. sơ đồ nguyên tắc công nghệ hấp thu - Sấy khô khí với sự tái sinh chân
không DEG.
Hình 8 trình bày nguyên tắc công nghệ hấp thụ - sấy khô khí với sự tái sinh chân
không DEG.

9
10
14
11
8
7
5
4
IV
VII
VI
VIII