Đồ án môn học công nghệ lọc dầu

GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
TRƯỜNG ĐH MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN LỌC – HÓA DẦU
:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
Câu 1.
Sử dụng các dữ liệu tính toán tại mục 3.4 giáo trình công nghệ lọc dầu của tác giả
Phan Tử bằng (NXB Xây Dựng, 2002) ngoại trừ dữ liệu vị trí đĩa lấy sản phẩm, anh (chị)
hãy xác định vị trí lấy xăng nặng khi biết nhiệt độ lấy xăng nặng là: 158
o
C.
Câu 2.
Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trong câu
1 để thay đổi nhiệt độ vùng lấy xăng nặng tăng lên 10
o
C.
GVHD: Nguyễn Anh Dũng SVTH: Nguyễn Văn Bình
Lớp: Lọc Hóa Dầu B-K53
STT: 04
SVTH: Nguyễn Văn Bình 1 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Dầu mỏ được khai thác từ lòng đất và đã trải qua một quá trình làm sạch sơ bộ gọi là
dầu thô. Việc sử dụng trực tiếp dầu thô là không kinh tế và không thuận lợi. Chính vì thế
mà cần phải chế biến dầu thô thành các sản phẩm tiện dụng khác. Trong công nghiệp chế
biến dầu, dầu thô sau khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và tạp chất cơ
học sẽ được đưa vào chưng cất để phân chia dầu thành các phân đoạn. Bởi vì, để chế biến
dầu thô thành các sản phẩm thì việc đầu tiên và bắt buộc là phải phân nó thành các phân
đoạn bằng phương pháp chưng cất.

Chưng cất là phương pháp phân tách cơ bản nhất, đôi khi gần như là phương pháp
duy nhất được sử dụng trong một nhà máy để phân chia dầu mỏ và khí tự nhiên cũng như
các phân đoạn của chúng thành các phân đoạn và tiểu phân đoạn. Người ta cần chưng cất
không những dầu thô, khí đồng hành, khí tự nhiên mà cả các sản phẩm ra khỏi lò phản
ứng hóa học dùng trong các quá trình chế biến sâu dầu mỏ cũng như trong lĩnh vực hóa
SVTH: Nguyễn Văn Bình 2 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
dầu. Sự chưng cất được tiến hành trong các thiết bị chưng cất gồm tháp chưng cất và các
thiết bị phụ trợ khác như lò gia nhiệt, thiết bị làm lạnh, và một điều không thể thiếu
được là hệ thống thiết bị điều khiển, thiết bị đo nhiệt độ, lưu lượng, áp suất,
Bẩn chất của quá trình chưng cất dầu thô là phân tách các phân đọan hydrocacbon
khác nhau dựa vào nhiệt độ sôi của chúng. Đối với tháp chưng cất dầu thô khí quyển
thông thường người ta lấy ra các phân đoạn sản phẩm sau:
- Phân đoạn khí – xăng nhẹ: có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 60
o
C, chứa các hydrocacbon từ
C
1
– C
4
, C
5
.
- Phân đoạn xăng nặng: có nhiệt độ sôi từ 60
o
C đến 180
o
C, chứa các hydrocacbon
từ C
6

– C
10
, C
11
.
- Phân đoạn kerosen: có nhiệt độ sôi từ 180
o
C đến 250
o
C, chứa các hydrocacbon từ
C
11
– C
14
, C
15
.
- Phân đoạn gasoil: có nhiệt độ sôi từ 250
o
C đến 350
o
C, chứa các hydrocacbon từ
C
15
– C
20
, C
21
.
- Phân đoạn cặn khí quyển: có nhiệt độ sôi lớn hơn 350

o
C và thành phần
hydrocacbon lớn hơn > C
21
.
Ngoài ra, để duy trì chế độ làm vệc ổn định, cũng như các điều kiện thông số vận
hành của tháp chưng cất thì cần phải xét đến hệ thống điều khiển trong tháp. Nhờ có hệ
thống điều khiển mà chúng ta dễ dàng thay đổi các thông số trong tháp, duy trì được chất
lượng các phân đoạn sản phẩm, Do đó hệ thống điều khiển là không thể thiếu được
trong tháp chưng cất.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Dũng, là người trực tiếp giảng dạy, chỉ
bảo và hướng dẫn em để em có thể hoàn thành được đồ án này. Tuy nhiên, do còn có
nhiều mặt hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên trong đồ án sẽ không
tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em rất mong sự nhận xét và đóng góp ý kiến của Thầy
và bạn bè để em có thêm những kinh nghiệm cũng như kiến thức.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 3 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
NỘI DUNG
1 Tổng quan về quá trình chưng cất
1 Cơ chế của quá trình chưng cất
Để hiểu rõ hơn về quá trình chưng cất cũng như việc bố trí các thiết bị đo lường và
điều khiển, ở đây em sẽ mô tả sự hình thành và hướng chuyển động của các dòng hơi và
dòng lỏng trong tháp chưng cất (hình 1.1). Trong hình 1.1 chỉ có hai phân đoạn được lấy
ra khỏi tháp chưng cất. Nếu cần lấy một phân đoạn sườn nào đó thì ta trích dòng lỏng
đang chảy xuống bằng cách cho nó chảy ra ngoài tại mỗi đĩa nào đó có nhiệt độ thích
hợp. Dòng nguyên liệu có thể được dẫn vào tháp chưng cất ở một đĩa nào đó có nhiệt độ
thích hợp. Đó là đĩa nạp liệu. Đĩa nạp liệu ở cao hay ở thấp là phụ thuộc vào nhiệt độ của
dòng nguyên liệu và theo thiết kế của tháp. Trong tháp chưng cất khí quyển đĩa nạp liệu
thường là một trong những đĩa dưới cùng.
Do sự trao đổi chất tốt ở các đĩa mà dòng hơi và dòng lỏng không ngừng mất bớt đi

và tăng lên trong toàn tháp, khi càng lên cao nhiệt độ tháp giảm dần do đó lượng hơi
giảm dần và lượng lỏng tăng dần. Dòng hơi đi từ dưới lên, xuyên qua lớp lỏng chảy tràn
ngang trên mặt đĩa như hình 1.3.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 4 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Người ta thường phân biệt dòng hồi lưu ngoài và dòng hồi lưu trong. Dòng hồi lưu
ngoài là dòng lỏng chảy trở về đỉnh tháp từ thiết bị ngưng tụ ở đỉnh tháp, nó có nhiệt độ
thấp hơn nhiều nhiệt độ đỉnh tháp nên còn được gọi là dòng hồi lưu lạnh. Dòng hồi lưu
ngoài lấy ngay ở đỉnh tháp, dòng hồi lưu ngoài dễ khống chế và dễ đo. Dòng hồi lưu
trong là dòng lỏng chảy trong tháp chưng cất. có nhiệt độ thay đổi theo từng đĩa ở trong
tháp chưng cất. Chính vì vậy mà nó còn có tên là dòng hồi lưu nóng. Trong một số
trường hợp người ta tạo dòng hồi lưu nóng bằng cách dẫn một dòng nguyên liệu lạnh nhờ
ống dẫn kín vào đỉnh tháp chưng cất như hình 1.3a.
Trong phương pháp hồi lưu vòng người ta trích một phần dòng lỏng tại một đĩa nào
đó đem ra ngoài trao đổi nhiệt rồi đưa trở về tháp chưng cất ở vị trí cao hơn đĩa lấy phân
đoạn đó vài ba đĩa như hình 1.3b.
Hồi lưu có tác dụng làm tăng độ phân tách của phép chưng cất nhưng gây hao phí
năng lượng. Hồi lưu vòng chủ yếu được dùng để giảm lưu lượng hơi đi qua một vùng có
liên quan, đặc biệt là trong những trường hợp dòng hơi quá lớn, vì dòng hồi lưu có nhiệt
độ thấp hơn đó tạo ra sự ngưng tụ một phần hơi đang bay lên. Hồi lưu vòng làm giảm khả
năng phân tách, các đĩa nằm trong vùng đó làm việc chủ yếu như thiết bị trao đổi nhiệt,
do đó nó làm tăng số đĩa cần có của tháp chưng cất lên một vài đơn vị.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 5 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Hình 1.1: Sự chuyển động và hướng chuyển động các dòng trong tháp chưng cất
SVTH: Nguyễn Văn Bình 6 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Hình 1.2: Sự chuyển động của lỏng và hơi từ đĩa này tới đĩa kia
Dòng hơi tạo ra bởi thiết bị tái đun nóng (Reboiler) ở đáy tháp chưng cất đóng vai trò
hồi lưu hơi, có tác dụng tương đương dòng hồi lưu lạnh, nghĩa là làm tăng khả năng phân

tách.
Hình 1.3: a) Hồi lưu nóng; b) Hồi lưu vòng
Về lí thuyết, độ hồi lưu (Reflex Ratio) là tỉ số giữa dòng hồi lưu trong và distillat,
nhưng vì dòng hồi lưu trong thường chỉ biết được nhờ tính toán, khó đo trực tiếp, vả lại
nó thay đổi theo từng đĩa, chính vì vậy người ta thường coi tỉ số giữa dòng hồi lưu ngoài
và distillat là độ hồi lưu (còn gọi là chỉ số hồi lưu). Trong thực tế chưng cất dầu thô người
ta luôn kết hợp các phương pháp hồi lưu một cách hợp lí và linh động. Sự kết hợp đó
được thực hiện một cách khá đa dạng.
Trong hình 1.1 cho thấy là ở đĩa nạp liệu có sự thay đổi đột ngột hơn về lưu lượng
hơi và lưu lượng lỏng, vì tại đó ngoài dòng hơi từ dưới đi lên như ở các đĩa dưới lân cận
còn có dòng hơi vốn có sẵn trong nguyên liệu đã được đun nóng. Tình hình cũng như vậy
đối với dòng lỏng. Nguyên liệu vào tháp chưng cất luôn luôn là dầu thô ở dạng hỗn hợp
cân bằng lỏng hơi. Ở hình này ta thấy rõ hơn hình ảnh chuyển động của pha hơi và pha
lỏng ở trong tháp tại các đĩa dạng một bước (Single - Pass Tray) ở chế độ ôn hòa nhất,
tức là ở điều kiện các bóng hơi đi lên chui qua lớp lỏng đang chảy ngang trên mặt đĩa mà
không làm bắn tung tóe, làm bắn quá nhiều lớp lỏng lên phía trên. Khi dòng hơi phụt lên
quá mạnh, lớp chất lỏng trên đĩa bị phun lên, "sôi" và dâng cao lên, các giọt lỏng có thể
theo dòng hơi, bị cuốn lên qua các lỗ hơi mà không tập hợp thành dòng chảy xuống đĩa
SVTH: Nguyễn Văn Bình 7 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
dưới theo ống chảy chuyền. Khi đó tác dụng của đĩa bị giảm sút hoặc thậm chí không
còn.
2 Một số loại tháp chưng cất cơ bản
Cũng có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí
nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi hỗn hợp, và chưng cất liên tục, như trong
các tháp chưng cất trong công nghiệp. Trong nhiều trường hợp có một tỷ lệ nhất định của
hỗn hợp hai chất lỏng mà không thể tiếp tục tách bằng phương pháp chưng cất được nữa.
Các hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp đẳng phí. Nếu muốn tăng nồng độ của cồn phải
dùng đến các phương pháp tinh cất đặc biệt khác.
Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau:

- Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới;
- Tháp chưng cất dùng mâm chóp;
- Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm).

Nhận xét về ưuđiểm và nhược điểm của từng loại tháp chưng cất:
 Tháp mâm xuyên lỗ
- Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp, ít tốn kim
loại hơn tháp chóp.
- Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao, mâm lắp phải rất phẳng, đối với những tháp có
đường kính quá lớn (> 2,4 m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối
không đều trên mâm.
 Tháp chóp
- Ưu điểm: hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số
mâm ít hơn.
- Nhược điểm: chế tạo phức tạp, trở lực lớn.
 Tháp đệm
- Ưu điểm: chế tạo đơn giản, trở lực thấp.
- Nhược điểm: hiều suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện
tháp không đều, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng
cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng
mâm một cách rõ ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở qui mô công
nghiệp.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 8 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Bảng 1.1. So sánh ưu điểm và nhược điểm của các loại tháp
Loại Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chop
Ưu điểm
- Đơn giản,
- Hiệu suất tương đối
cao,

- Trở lực thấp.
- Hoạt động khá ổn định.
- Hoạt động ổn định.
Làm việc với chất
lỏng bẩn.
- Hiệu suất cao
Nhược điểm
- Cấu tạo phức tạp.
- Độ ổn định kém.
- Trở lực lớn.
- Hiệu suất thấp.
- Yêu cầu lắp đặt khắt khe
-> lắp đĩa thật phẳng.
- Thiết bị nặng.
- Không làm việc
với chất lỏng bẩn.
- Trở lực lớn.
Hình 1.4: Một số loại mâm tháp điển hình
2 Đồ Án
1 Đặt vấn đề
SVTH: Nguyễn Văn Bình 9 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Một dầu thô được chưng cất khí quyển có đặc chưng về đường chưng cất TBP, về tỷ
khối và phân tử lượng như bảng 2.1. Ở đây chúng ta coi giá trị của tỷ khối bằng giá trị
của khối lượng riêng.
Bảng 2.1. Đặc trưng của dầu thô, tỷ khối d = 0,840, K
w
= 12,3
Phần chưng
cất [% V]

Nhiệt độ
[
o
C]
Tỷ khối tức
thời
Phần chưng
cất [% V]
Nhiệt độ
[
o
C]
Tỷ khối tức
thời
3
5
10
15
20
25
25
30
35
61
79
120
139
168
196
222

252
0,682
0,706
0,729
0,752
0,767
0,781
0,793
0,807
40
45
50
55
60
65
65
70
75
272
296
322
349
375
401
427
461
0,821
0,836
0,849
0,861

0,869
0,877
0,885
0,891
SVTH: Nguyễn Văn Bình 10 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu

Hình 2.1: Đường đặc trưng TBP và tỷ khối tức thời của dầu thô
Căn cứ vào TBP có thể chia dầu thô thành 6 phân đoạn sau bằng phương pháp chưng
cất khí quyển:
- Phân đoạn khí: 1% thể tích
- Phân đọan xăng nhẹ: 12% thể tích
- Phân đoạn xăng nặng: 16% thể tích
- Kerosen: 6% thể tích
- Gas oil: 16% thể tích
- Cặn khí quyển AR 49% thể tích
SVTH: Nguyễn Văn Bình 11 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
Vùng đáy tháp
Dầu thô
AR
Hơi nước
Kerosen
Xăng nặng
Gas Oil
Nước
Xăng nhẹ
PĐ khí
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Giả sử tháp có công suất khoảng 120m
3

dầu thô/h, áp suất đỉnh tháp là 1,5 atm, áp
suất gây ra tại mỗi đĩa là 8 mmHg, tháp có 24 đĩa và đĩa nạp liệu ở dưới 24 đĩa đó như ở
hình 2.2.
Hình 2.2: Sơ đồ tháp chưng cất khí quyển
Đặc trưng của các phân đoạn trong quá trình chưng cất dầu thô được thể hiện trên
bảng 2.2.
Bảng 2.2. Đặc trưng của các phân đoạn
(coi số đo tỷ khối bằng số đo khối lượng riêng, * ở thể lỏng; **h: kí hiệu chỉ giờ)
Phân đoạn %V Thể tích Tỷ khối Khối lượng Phân tử Số
SVTH: Nguyễn Văn Bình 12 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
Tháp
stripping
W0
W1
W2
Đĩa lấy
xăng nặng
T2 = 204 oC
V3
R3
R3
W3
S3
L3
W3
L3’ = 32 m3/h
V2
R2 Wo R2
W1
L2

S2
W2
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
[m
3
/h] d [tấn/h] lượng kmol/h
**
Khí + mất
Xăng nhẹ
Xăng nặng
Kerosen
Gas Oil
1
12
16
6
16
1,2
14,4
19,2
7,2
19,2
0,667
*
0,722
0,775
0,806
0,873
0,800
10,397

14,880
5,803
16,070
64
99
140
183
220
12,50
105,05
106,29
31,69
73,05
∑ 51 61,2 0,783 47,950 146 328,58
AR 49 58,8 0,900 52,850 430 122,91
Dầu thô 100 120,0 0,840 100,800 223 451,49
Phân đoạn xăng nặng được lấy ra ở nhiệt độ 258
o
C của tháp chưng cất, phân đoạn ra
khỏi tháp chưng cất được stripping 5%.
Đường TBP của phân đoạn xăng nặng cũng chính là đoạn đường TBP tương ứng của
phân đoạn xăng năng trên đường TBP của dầu thô đã cho.
Những vấn đề cần giải quyết
1 Xác định vị trí lấy phân đoạn xăng nặng.
2 Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trên để thay
đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10
o
C.
2 Giải quyết vấn đề
1 Xác định vị trí lấy phân đoạn xăng nặng

Sơ đồ dòng vùng lấy xăng nặng được thể hiện trên hình 2.3.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 13 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Hình 2.3: Sơ đồ dòng vùng xăng nặng
Số liệu liên quan đến vùng lấy xăng nặng được cho trong bảng 2.3.
Bảng 2.3. Số liệu liên quan đến vùng lấy xăng nặng (ở nhiệt độ T
3
= 158
o
C)
Dòng Nhiệt độ
[
o
C]
Tỷ khối Thể tích
[m
3
/h]
Khối lượng
[kg/h]
Entanpy
[kcal/kg] [kcal/h]
Vào
V
2
(hơi)
R
2
(hơi)
S

2
(hơi)
R
3
(lỏng)
W
o
+ W
1
+W
2
212
212
212
158
212
0,759
0,804
0,775
0,772
-
42,0
0,38
31880
68360
295
R
3
8345
185

180
184
88
691
5897800
12304800
54280
88R
3

5766395
Ra
V
3
(hơi)
R
2
+ L
2
(lỏng)
R
3
(hơi)
W
o
+W
1
+ W
2
158

212
158
158
0,749
0,804
0,772
-
34,8 26077
74458
R
3

8345
156
120
155
666
4068012
8934960
155R
3

5557770
(L
2
= 1000x7,2x0,806 + 295 = 6098)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:
24023275 + 88R
3
= 18560742 + 155R

3

5462533 = 67R
3

R
3
= 81530 kg/h hay 81530/140 = 582,36 kmol/h.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 14 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Lưu lượng mol dòng xăng nặng L
’
3
: 19,2x0,775x10
3
/140 = 106,29 kmol/h.
Số mol hơi xăng nặng tại đĩa lấy xăng nặng: 582,36 + 106,29 = 688,65 kmol/h.
Tổng số mol hơi qua đĩa lấy xăng nặng: 582,36 + 106,29 + 105,05 + 12,5 +
(8345/18) = 1269,81 kmol/h.
Áp suất hơi riêng phần của xăng nặng tại đĩa lấy sản phẩm:
( )
cP ×+×= 87605,1
81,1269
65,688
'
3
(mmHg) (2.1)
(Với c là vị trí của đĩa lấy phân đoạn xăng nặng)
Do ta lấy đường TBP của phân đoạn xăng nặng chính là đoạn đường TBP tương ứng
với phân đoạn xăng nặng trên đường TBP của dầu thô ở hình 2.1.

Ta dễ dàng vẽ được đường flash ở 1 atm của phan đoạn xăng nặng thông qua đường
TBP của nó. Ta vẽ đường flash của phân đoạn xăng nặng ở 158
o
C bằng cách từ điểm T
o
=
158
o
C đó ta kẻ đường song song với đường flash tại 1 atm. Đường TBP, đường flash của
phân đoạn xăng nặng ở 760 mmHg và đường flash của xăng nặng có T
o
= 158
o
C được thể
hiện trên hình 2.4.
Dựa vào hình 2.4 ta xác định được T
50
của hai đường flash, với đường flash ở 1 atm
có T
50
= 176
o
C và đường còn lại có T
50
= 168
o
C. Do đó, theo hình 3.12 tài liệu số [2] ta
xác định được áp suất của đường flash có T
o
= 158

o
C là 645 mmHg. Điều đó có nghĩa là
áp suất hơi riêng phần của xăng nặng tại đĩa lấy sản phẩm là 645 mmHg.
Ta có:
'
3
P
= 645 mmHg
Thay vào phương trình (2.1) ta xác định được: c = 6.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 15 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
Vậy vị trí lấy phân đoạn xăng nặng là ở đĩa số 6 từ trên xuống.
Hình 2.4. Đường chưng cất TBP, flash 1atm và flash tại T
o
= 158
o
C của phân đoạn xăng
nặng
2 Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trên để
thay đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10
o
C
Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiều quả
và kinh tế cho quá trình công nghệ. Trước khi tìm hiểu hoặc xây dựng một hệ thống điều
khiển quá trình, người kỹ sư phải tìm rõ các mục đích điều khiển và chức năng hệ thống
cần thực hiện nhằm đạt được các mục đích đó. Việc đặt bài toán và đi đến xây dựng một
giải pháp điều khiển quá trình bao giờ cũng bắt đầu với việc tiến hành phân tích và cụ thể
hóa các mục đích điều khiển. Phân tích mục đích điều khiển là cơ sở quan trọng cho việc
đặc tả các chức năng cần thực hiện của hệ thống điều khiển quá trình.
Toàn bộ các chức năng của một hệ thống điều khiển quá trình có thể phân loại và sắp

xếp nhằm phục năm mục đích cơ bản sau đây:
- Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn
định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm bảo các
điều kiện theo yêu cầu của chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành
thuận tiện.
- Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng sản phẩm
theo kế hoạch sản xuất và duy trì các thông số liên quan chất lượng sản phẩm
trong phạm vi yêu cầu.
- Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng
như bảo vệ con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường hợp xảy ra
sự cố.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 16 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
- Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua việc giảm nồng độ khí
thải độc hại, giảm lượng nước sử dụng và nước thải, hạn chế lượng bụi và khói,
giảm tiêu thụ nhiên liệu và nguyên liệu.
- Nâng cao hiệu quả kinh tế: Đảm bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu trong
khi giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu
cầu thay đổi của thị trường.
1 Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất để nâng nhiệt độ vùng lấy xăng
nặng lên 10
o
C
Để xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất để nâng nhiệt độ vùng lấy xăng nặng
lên 10
o
C thì trước hết ta phải cần xác định rõ được yếu tố cần tác động tới, đảm bảo được
độ ổn định về chất lượng cũng như sản lượng của dòng sản phẩm, ít tác động đến các
vùng lấy các phân đoạn sản phẩm khác trong tháp và duy trì được chế độ hoạt động ổn
định của tháp chưng cất.

Ta xác định được mục đích trong quá trình điều ở đây là nâng nhiệt độ của vùng lấy
xăng nặng trong tháp chưng cất lên 10
o
C. Qua đó, ta xác định được các yếu tố có thể tác
động lên như: nhiệt độ dòng nguyên liệu, lưu lượng dòng hồi lưu đáy tháp, lưu lượng
dòng hồi lưu đỉnh tháp, lưu lượng dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy xăng nặng và nhiệt độ
dòng hồi lưu sườn của vùng lấy xăng nặng. Ta phải tiến hành nhận xét đánh giá và lựa
chọn ra yếu tố tối ưu nhất để tiến hành điều chỉnh hay tác động lên. Các yếu được nhận
xét và đánh giá như sau:
- Đối với yếu tố nhiệt độ dòng nguyên liệu: Nếu ta tiến hành điều chỉnh nhiệt độ
của dòng nguyên liệu thì lúc đó nó sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình truyền chất và
trao đổi chất trong tháp. Nó sẽ làm thay đổi và tác động đến toàn bộ các vùng lấy
sản phẩm phân đoạn cũng như nhiệt độ và áp suất có trong tháp, có thể sẽ gây ra
một số hiện tượng làm cho tháp hoạt động không ổn định. Cụ thể ở đây nếu ta sử
dụng đến phương án là thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu thì trong trường hợp
này ta phải tăng nhiệt độ dòng nguyên liệu lên, khi đó sẽ làm thay đổi trạng thái
của nguyên liệu đưa vào tháp chưng cất. Do đó sẽ làm tăng nhiệt độ của các vùng
SVTH: Nguyễn Văn Bình 17 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
lấy phân đoạn sản phẩm đáy, Gas Oil, Kerosen, xăng nặng và phân đoạn đỉnh.
Làm thay đổi quá trình cân bằng lỏng hơi cũng như quá trình trao đổi chất và làm
thay đổi nồng độ và chất lượng của các phân đoạn. Khi tiến hành thay đổi nhiệt
độ dòng nguyên liệu thì nó sẽ tác động đến toàn bộ quá trình làm việc của tháp,
ảnh hưởng đến tất cả các vùng lấy sản phẩm phân đoạn và ảnh hưởng đến chế độ
làm việc cũng như thiết kế của tháp. Chính vì vậy mà ta sẽ không sử dụng
phương án làm thay đổi nhiệt độ của dòng nguyên liệu vào tháp. Trong công
nghiệp chế biến dầu khí, thì nhiệt độ của dòng nguyên liệu vào tháp chưng cất
được đặt cố định.
- Đối với yếu tố lưu lượng dòng hồi lưu đáy tháp: Khi ta tiến hành thay đổi lưu
lượng dòng hồi lưu ở đáy tháp thì nó sẽ làm thay đổi nhiệt độ của đáy tháp, nồng

độ cũng như là lưu lượng của phần sản phẩm đáy. Ngoài ra nó còn làm thay đổi
cả nhiệt độ của các vùng lấy sản phẩm trong tháp, làm thay đổi quá trình trao đổi
chất và quá trình cân bẳng lỏng hơi trong tháp chưng cất. Cụ thể trong trường hợp
này, nếu ta sử dụng phương án là tăng lưu lượng dòng hồi lưu đáy để tăng nhiệt
độ trong vùng lấy sản phẩm xăng nặng thì nó sẽ tác động làm tăng nhiệt độ của
tất cả các vùng phân đoạn lấy sản phẩm sườn cũng như sản phẩm đỉnh và đáy.
Ngoài ra, nó còn làm giảm đi lưu lượng dòng sản phẩm đáy. Chính vì vậy mà
phương án sử dụng yếu tố làm thay đổi lưu lượng dòng hồi lưu đáy là không tối
ưu và không được chấp nhận.
- Đối với yếu tố lưu lượng dòng hồi lưu đỉnh : Nếu ta tiến hành thay đổi lưu lượng
dòng hồi lưu đỉnh tháp thì trước hết nó sẽ làm thay đổi nhiệt độ và áp suât của
vùng đỉnh tháp. Ngoài ra nó còn làm thay đổi lưu lượng của dòng lỏng quay lại
tháp, dòng hồi lưu nội trong tháp, do đó nó sẽ làm thay đổi đến nhiệt độ cũng như
áp suất ở các vùng phân đoạn trong tháp, nó sẽ ảnh hưởng đến cân bằng lỏng hơi
và quá trình trao đổi chất. Kết quả là làm thay đổi chất lượng, lưu lượng của dòng
sản phẩm đỉnh cũng như các phân đoạn sản phẩm khác trong tháp. Đối với mục
đích làm tăng nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng lên 10
o
C thì ta sẽ phải tác
động làm giảm lưu lượng dòng hồi lưu đỉnh, khi đó nó sẽ là tăng nhiệt độ cũng
SVTH: Nguyễn Văn Bình 18 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
như áp suất tại đỉnh tháp ngoài ra nó còn làm cho cho lưu lượng của dòng sản
phẩm đỉnh tăng lên gây ra tác động không cần thiết. Ngoài ra nó còn làm tăng
nhiệt độ của tất cả các vùng phân đoạn lấy sản phẩm sườn cũng như sản phẩm
đáy của tháp và thay đổi cả chất lượng của các sản phẩm. Chính vì vậy, việc thay
đổi lưu lượng của dòng hồi lưu đỉnh trong trường hợp này là không tối ưu và sẽ
không tiến hành điều chỉnh.
- Đối với yếu tố lưu lượng của dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy sản phẩm xăng nặng:
Khi ta tiến hành thay đổi lưu lượng của dòng hồi lưu sườn của vùng lấy xăng

nặng, thì trước hết nó sẽ ảnh hưởng đến lượng sản phẩm xăng nặng được lấy ra,
nhiệt độ tại vùng lấy phân đoạn cũng như cân bằng lỏng hơi tại vùng này. Ngoài
ra nó cũng ảnh hưởng đến các vùng phân đoạn khác nhưng sẽ không nhiều, vì đa
số là khi có hồi lưu sườn (vòng) thì các yếu tố về lưu lượng dòng hơi, dòng lỏng
trong tháp đã thay đổi trước đó. Đối với trường hợp này, để tăng nhiệt độ vùng
lấy sản phẩm xăng nặng lên 10
o
C nếu sử dụng phương án là thay đổi lưu lượng
của dòng hồi lưu sườn, thì ta phải giảm lưu lượng dòng hồi lưu sườn của vùng đó
lên sẽ làm tăng lượng sản phẩm được lấy ra và sẽ làm thay đổi một vài thông số
như nồng độ, cũng như chất lượng của xăng nặng. Cái trở ngại lớn nhất ở đây khi
sử dụng việc thay đổi lưu lượng dòng hồi lưu thì nó sẽ ảnh hưởng đến sản lượng
của dòng sản phẩm lấy ra chính vì vậy mà không đáp ứng được yêu cầu trong sản
suất. Ở một chừng mực nào đó, thì phương án sử dụng thay đổi lưu lượng dòng
hồi lưu sườn có thể chấp nhận được và nó là phương pháp chưa hoàn toàn là tối
ưu.
- Đối với yếu tố nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy sản phẩm xăng nặng:
Khi mà phương án về việc thay đổi lưu lượng dòng hồi sườn là chưa hoàn toàn
tối ưu, thì người ta tiến hành đề xuất phương án là điều chỉnh nhiệt độ của dòng
hồi lưu, khi đó sẽ không ảnh hưởng đến sự thay đổi sản lượng của dòng sản
phẩm. Do đó biện pháp sử dụng việc thay đổi nhiệt độ của dòng hời lưu sườn
trong trường hợp này là được chấp nhận và coi là tối ưu nhất so với các yếu tố kể
SVTH: Nguyễn Văn Bình 19 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
trên. Vậy ta chọn yếu tố tác động ở đây là nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tại
vùng lấy sản phẩm xăng nặng.
Trong tường hợp này, để tăng nhiệt độ của vùng lấy sản phẩm xăng nặng thì ta tiến
hành điều chỉnh tăng nhiệt độ của dòng hời lưu sườn của tháp chưng cất tại vùng lấy
xăng nặng thông qua việc làm giảm lưu lượng của dòng dầu thô đem trao đổi nhiệt với
dòng hồi lưu trước khi đưa vào tháp chưng cất. Và sơ đồ điều khiển được xây dựng như

trên hình 2.5.
Hình 2.5. Sơ đồ điều khiển để thay đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng trong tháp
chưng cất.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 20 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
TT – khí cụ đo và truyền xa nhiệt độ; TRC – bộ điều chỉnh nhiệt độ, tự ghi và khí cụ đo
lắp đặt tại tử điều khiển; FT – khí cụ đo và truyền xa lưu lượng; FRC – bộ điều chỉnh lưu
lượng, tự ghi, tác động vào van điều chỉnh và khí cụ lắp đặt tại tử điều; SP – thể hiện cho
giá trị đặt (set point).
2 Mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất để tăng nhiệt độ vùng lấy sản phẩm
xăng nặng lên 10
o
C
Khi nhiệt độ của vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10
o
C thì lúc đó nhiệt độ tại
vị trí lấy xăng nặng lúc này là 168
o
C. Quá trình điều chỉnh nhiệt độ tại vị trí lấy xăng
nặng trong tháp chưng cất được miêu tả như sau:
Trước hết ta tiến hành thay thay đổi độ mở van của dòng dầu thô thông qua bộ điều
chỉnh lưu lượng, cụ thể là sẽ làm giảm độ mở van từ đó sẽ làm giảm lưu lượng dòng dầu
thô dẫn đến làm cho nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tăng lên tước khi vào tháp chưng cất.
Sau đó cảm biến đo nhiệt độ sẽ đo nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng của tháp và
nhiệt độ sẽ được chuyển tới bộ điều chỉnh nhiệt độ, tại đây nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm
sẽ được so sánh với giá trị nhiệt độ đặt tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng là 168
o
C. Nếu
mà nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm đúng bằng nhiệt độ đặt là 168
o

C thì lúc này nó sẽ
không tiến hành tác động điều chỉnh lên bộ điều chỉnh lưu lượng nữa mà sẽ giữ nguyên
độ mở van (lưu lượng của dòng dầu thô). Nếu nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng
nhỏ hơn giá trị đặt (SP) thì lúc này bộ điều chỉnh nhiệt sẽ tiếp tục tác động lên bộ điều
chỉnh lưu lượng và làm giảm độ mở van qua đó làm giảm lưu lượng của dòng dầu thô.
Qua đó lại làm cho nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tăng lên. Cứ tiến hành như vậy cho tới
khi nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng chính bằng giá trị nhiệt độ đã đặt trước.
Nếu nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng mà lớn hơn giá trị đặt thì bộ điều chỉnh
tiếp tục tác dụng lên bộ điều chỉnh lưu lượng làm tăng độ mở van, do đó sẽ làm giảm
nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn và khi đưa vào tháp sẽ làm giảm nhiệt độ tại vị trí lấy sản
SVTH: Nguyễn Văn Bình 21 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
phẩm. Cứ tiến hành như vậy cho tới khi nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng đúng
bằng giá trị nhiệt độ đặt.

KẾT LUẬN
Quá trình chưng cất mà một quá trình quan trọng tronh nhà máy lọc hóa dầu nói riêng
và trong ngành công nghiệp hóa học nói chung. Nó là một quá trình không thể thiếu được
trong quá trình chế biến dầu thô và khí. Thông qua đồ án này đã giúp em phần nào hiểu
rõ hơn về tháp chưng cất, về các quá trình diễn ra trong tháp và cách xác định các thông
số của tháp cũng như của dòng nguyên liệu. Ngoài ra còn giúp em tổng hợp thêm kiến
thức về môn học công nghệ lọc dầu, kỹ thuật đo và điều khiển quá trình và môn học quá
trình và thiết bị truyền khối. Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình chưng cất phức
tạp của hệ gồm nhiều cấu tử, trong tính toán vẫn có nhiều giả định là tối ưu do đó nhiều
lúc vẫn có sự khác biệt với quá trình trong thực tế.
Việc duy trì chế độ làm việc ổn định của tháp và các thông số về kỹ thuật cũng như
chất lượng sản phẩm là được chú trọng quan tâm. Việc duy trì chế độ vận hành và điều
chỉnh các thông số vận hành thôi qua một hệ thống điều khiển tự động cho toàn tháp và
cho từng vùng phân đoạn lấy sản phẩm. Do đó quá trình điều khiển trong tháp chưng cất
là rất quan trọng, góp phần hạn chế các hiện tượng bất thường cũng như sự cố trong tháp

và dễ dàng giúp ta điều chỉnh các thông số mong muốn.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 22 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phan Tử Bằng, Giáo trình công nghệ lọc dầu, Nhà xuất bản Xây Dựng – 2002.
[2] Phan Tử Bằng. Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên, Nhà xuất bản Giao Thông
Vận Tải – 2008.
[3] PGS. TS. Đinh Thị Ngọ, Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí, Nhà xuất bản Khoa Học
và Kỹ Thuật – 2009.
[4] Th.S, Phạm Trung kiên, Bài giảng kỹ thuật đo và điều khiển quá trình công nghệ,
Trường Đại học Mỏ Địa Chất.
[5] M. Polke, Process Control engineering – 1994.
[6] Bela Liptak, Distillation Control & optimization.
[7] Paul S. Fruehauf, Donald P. Mahoney, Distillation column Control Design using
steady state models: Usefulness and Limitions.
SVTH: Nguyễn Văn Bình 23 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53