Bài tập lớn tin ứng dụng thiết kế và mô phỏng quy trình dehydration bằng phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi hấp thụ là TEG trietylenglycol

BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Lời nói đầu
Dehydrate hóa là một quá trình quan trọng trong công nghệ xử lý khí xa bờ cũng như
trong các nhà máy chế biến khí. Khí được loại bỏ nước từ ngoài khơi để hạn chế khả
năng tạo nút hydrate trong vận chuyển bằng đường ống và các quá trình làm với khí ẩm.
Các vấn đề có thể xảy ra:
 Ăn mòn
 Hình thành nước dạng lỏng
 Hình thành “Ice”
 Hình thành Hydrate khí
Bởi những khả năng gây nguy hiểm từ hydrate khí nên chúng phải được loại bỏ. Có một
số phương pháp để loại bỏ sự hình thành hydrate khí:
 Loại bỏ nước
 Tăng nhiệt độ
 Giảm áp suất
 Thêm các chất ức chế
Loại bỏ nước là phương pháp hiệu quả nhất để ngăn ngừa sự hình thành hydrate,
nhưng nó thực tế nó bị hạn chế bởi phải có một phân xưởng trung tâm để loại
hydrate.Có 2 phương pháp chính để loại bỏ nước là: hấp thụ, hấp phụ Hấp phụ
thường sẽ tách được lượng nước nhiều hơn bởi sử dụng các vật liệu mao quản (
Alumina, Silicagel, Zeolit ) .Tuy nhiên, nó bị giới hạn bởi vật liệu hấp phụ đắt hơn và
đòi hỏi sự tái sinh phức tạp hơn. Vì thế phương pháp phổ biến nhất hiện này là hấp thụ,
dùng các dung dịch glycol để hấp thụ nước ra khỏi dòng khí, sau đó dung môi hấp thụ được
tái sinh dễ dàng bằng phương pháp chưng cất.
Chúng ta sẽ “Thiết kế và mô phỏng quy trình Dehydration bằng phương pháp hấp thụ sử
dụng dung môi hấp thụ là TEG - Trietylenglycol “ bằng phần mềm Aspen Hysys của
hãng Aspen Technology (Cambridge, USA). Phần mềm này chuyên dùng để tính
toán và
thiết kế các quy trình công nghệ trong lĩnh vực dầu khí và hóa dầu với độ
chính xác
cao , thuận tiện và có nhiều ưu điểm.

1
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Lời nói đầu 1
1.1. Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng 3
1.2. Tổng quan quá trình công nghệ 3
1.3. Phương pháp hấp thụ 7
Chương 2: Cơ sở của việc thiết kế tính toán mô hình 10
2.1. Tháp Separator 10
2.2. Tháp hấp thụ TEG Contactor 12
2.3. Van VLV-100 16
2.4. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 21
2.5. Tháp tái sinh TEG Regenerator 24
2.6. Thiết bị trộn MIX-100 26
2.7. Bơm P-100 27
2.8. Tháp Remove TEG 27
2.9. Bình Remove H
2
O 29
2.10. Các thiết bị điều khiển RCY-1và ADJ-1 34
Chương 3. Mô phỏng quá trình tách nước trong khí tự nhiên bằng dung môi hấp thụ TEG với phần
mềm Hysys 36
3.1. Thiết kế mô phỏng 36
3.2. Kết quả và nhận xét 43
Chương4. Phụ lục 45
Kết luận 50
Tài liệu tham khảo 51
2
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Chương 1: Giới thiệu tổng quan
1.1. Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng

*Thiết kế mô phỏng là quá trình thiết kế với sự trợ giúp của máy tính với các phần
mềm chuyên nghiệp.
*Mô phỏng là 1 công cụ cho phép người kĩ sư tiến hành công việc 1 cách hiệu quả
hơn
khi thiết kế 1 quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến 1 quá
trình đang hoạt động trong thực tế.
*Mục đích của thiết kế mô phỏng:
- Để mô hình hóa:
 Chia nhỏ quá trình
 Đặc tính quá trình
- Thiết kế 1 quá trình mới
- Thử lại, kiểm tra lại các quá trình đang tồn tại
- Hiệu chỉnh các quá trình đang vận hành.
- Tối ưu hóa các quá trình đang vận hành.
*Ưu điểm của mô phỏng
 Độ chính xác cao
 Thay đổi bộ số hiệu đầu vào
 Tối ưu hóa chế độ công nghệ(T,P )
 Nhanh chóng, chính xác, kiểm tra
 Thân thiện.
1.2. Tổng quan quá trình công nghệ
Chúng ta đã biết nước và hydrocarbon có thể hình thành hydrat, mà có thể làm tắc
nghẽn van và đường ống. Vì thế việc xây dựng các tháp loại nước trong khí được sử
dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý khí hiện nay. Nước cũng có thể gây ra sự ăn
mòn trong khí do có chứa thành phần axit. Cho đến tận ngày nay, thì các phương pháp
loại nước phổ biến để loại nước đó là hoặc là hấp thụ hoặc là hấp phụ. Trong phần bài
tập trình bày dưới đây chính là phương pháp loại nước mà sử kết hợp cả 2 quá trình
3
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
hấp thụ và hấp phụ, trong đó tri-ethylene glycol (TEG) và silica gel được hấp thụ và

hấp thụ tương ứng. Một đơn vị phòng thí nghiệm sự hấp thụ, hấp phụ là nghiên cứu về
khí tự nhiên (mêtan) tốc độ dòng chảy và nhiệt độ hoạt động với tỷ lệ loại bỏ nước.
Công việc thử nghiệm bắt đầu ở nhiệt độ phòng bằng cách kiểm soát các van của tỷ lệ
lưu lượng khí mê-tan tại 2,5 m
3
/giờ ban đầu và sau đó cho phép các khí thông qua các
đơn vị hấp thụ, hấp phụ. Trong khi đó, tri-ethylene glycol (TEG) chảy ở 120 L / giờ từ
một máy bơm lưu thông. Thử nghiệm được lặp lại với tốc độ dòng chảy khí mê-tan và
nhiệt độ hoạt động khác nhau trong phạm vi của 30
o
C đến 50
o
C. Kết quả thực nghiệm
cho thấy, ngày càng tăng của tốc độ dòng chảy khí mê-tan gây ra ngày càng tăng của
loại bỏ nước trong khi ngày càng tăng của nhiệt độ hoạt động cho một kết quả của
giảm loại bỏ nước. Như vậy, trong phân tích hiệu quả khí, việc loại nước trong một
đơn vị hấp thụ, hấp phụ, các thông số như tốc độ dòng chảy khí (methane) và nhiệt độ
hoạt động là một trong những để được xem xét độ tin cậy và lợi ích kinh tế.
a. Mục đích
Mục đích của mô phỏng là kiểm tra phương trình nhiệt động lực học có khả năng mô
phỏng hỗn hợp nước/glycol một cách chính xác.
b. Sơ đồ công nghệ
Quá trình loại nước có thể được chia thành hai phần, loại nước trong khí và tái sinh
glycol.
Quá trình loại nước
4
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Loại nước luôn luôn bao gồm một tháp rửa đầu vào và một contactor(bộ tiếp xúc). Đôi khí
trước khi loại nước ta có thể hạ thấp nhiệt độ dòng khí đầu vào thì thích hợp hơn. do đó,
do đó ở đầu vào có thể lắp đặt thêm một tháp làm mát.

Quá trình tái sinh
Các chức năng chính trong hệ thống tái sinh glycol có thể được chia thành ba loại:
1. Đạt được đặc tính áp suất và nhiệt độ tối ưu trong tái sinh dòng glycol giàu
2. Táisinh Glycol
3. Điều chỉnh lại áp suất và nhiệt độ dòng glycol để tối ưu được việc loại nước trong
Glycol Contactor.
Ngoài ba điểm chính, có một số tính năng bổ sung để được xem xét khi thiết kế một
phân xưởng loại nước:
 Cài đặt một tháp tách nhanh trước tháp tái sinh. Bộ phân tách này loại bỏ phần
lớn các bộ hydrocarbonbị hòa tan trong glycol.
 Bộ lọc glycol giàu nếu có các hạt rắn hoặc hydrocarbon lỏng trong glycol
 Tích hợp các bộ trao đổi nhiệt, vì vậy các glycol nghèo được làm lạnh bằng
cách nhóm các glycol phong phú, do đó giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.
 Glycol hình thánh sẽ thay thế các glycol mất đi, ví dụ ở trong bể chứa
Bởi vì những nhận xét này thiết kế của quá trình tái sinh khác nhau với thiết kế của nhà
máy. Sự tích hợp của bộ trao đổi nhiệt là đặc biệt quan trọng, bởi vì điều này làm giảm
tiêu thụ năng lượng tổng thể của nhà máy.
Mô tả quy trình
Quá trình này được mô tả bởi các thiết bị được sử dụng trong nhà máy glycol.
Tháp làm mát đầu vào
Một bộ làm mát khí vào có thể được sử dụng bởi vì việc loại nước sẽ hiệu quả hơn
khi ở nhiệt độ thấp. Một lợi ích của làm mát đầu vào là một số nước (hydrocarbon)
trong khí sẽ ngưng tụ, và được loại bỏ trong chà sàn đầu vào, thay vì trong các tiếp
xúc.
Một bộ làm mát đầu vào được sử dụng khi nhiệt độ khí đầu vào là cao hơn so với
nhiệt độ mong muốn trong contactor. Nó cũng là một công cụ hữu ích trong mô phỏng nếu
nhiệt độ trong contactor cần phải tối ưu .
5
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Tháp rửa

Tháp rửa sẽ loại bỏ loại bỏ các giọt chất lỏng và chất lỏng trong khí, cả trong nước và
hydrocarbon. Loại bỏ dòng nước lỏng trong tháp rửa sẽ giúp giảm bớt loại bỏ nước
trong contactor. Điều này sẽ làm giảm kích thước của contactor(bộ tiếp xúc) và lượng
glycol cần thiết, để đạt được điều kiện yêu cầu với dòng khí ra khỏi tháp.
Hydrocarbon lỏng cũng là một vấn đề trong tiếp xúc bởi vì chúng làm tăng xu hướng
tạo glycols bọt, qua đó làm giảm hiệu suất trong contactot và và tăng sự mất mát
glycol trong contactor và trong hệ thống tái sinh. Một vấn đề khác là các hydrocarbon
có thể được tích lũy trong glycol gây ô nhiễm môi trường và qua đó làm giảm hiệu
suất loại nước.
Contactor
Contactor là tháp hấp thụ khí khô bằng glycol. Glycol nghèo vào ở phía trên của
contactor trong khi glycol giàu được rút ra ở dưới cùng của contactor và gửi đến tháp
tái sinh. Khí ẩm vào các contactor ở đáy , trong khi đó dòng khí khô ra khỏi đỉnh.
Nhiệt độ dòng glycol vào contactor phải đạt từ 3-11 ° C (5 đến 20 ° F) cao hơn khí
vào Contactor để giảm thiểu sự ngưng tụ hydrocarbon vào glycol. Trong tháp
contactor thì nhiệt độ mà ở dưới 10 ° C (50 ° F) thì TEG trở nên quá nhớt, làm giảm
hiệu suất tháp. Nhiệt độ contactor có thể được cao tới 66 ° C (150 ° F), nhưng dòng
glycol mất mát bay hơi thường được coi là không thể chấp nhận được mức cao trên
38°C (100 ° F) B5. Các dòng chảy glycol vào contactor được quyết định bởi lượng
hàm lượng nước trong khí và số đĩa trong tháp. Một dòng chảy glycol thông thường là
0,017 đến 0,042 m3 nạc TEG mỗi kg nước trong khí (2-5 gal TEG Nước / lb). Tháp
contactor với 4-6 đĩa thường làm việc với 0,025 m
3
TEG / kg nước (3 gal / lb), trong
các tháp lớn hơn với 8 hoặc nhiều hơn 8 đĩa thì lưu lượng thường giảm xuống còn
0,017 m3/kg (2 gal / lb)
Tháp tái sinh
Tháp tái sinh là một tháp chưng cất, glycol và nước được tách ra. Glycol giàu được
nung nóng trước trong bộ trao đổi nhiệt trước khi dòng nguyên liệu đi vào tháp tái
sinh. Ở đỉnh tháp sẽ bị ngưng tụ một phần tái sinh. Hơi nước rời khỏi bình ngưng và

thông ra phía khí quyển. Nhiệt độ trong bình ngưng được đưa ra là 98,9°C
(210°F)Năng lượng cần thiết để tách glycol và nước được thay thế bởi reboiler ở
trong tháp tái sinh. Đối với TEG nhiệt độ tối đa được đề nghị trong reboiler là 204 ° C
6
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
(400 ° F). Các glycol nghèo được lấy từ các reboiler và chuyển tới bể chứa trước khi nó
được tái chế hoặc được sinh trực tiếp từ reboiler.
Áp suất trong hệ thống tái sinh cao hơn áp suất khí quyển, điều này là để đảm bảo
rằng không có không khí có thể xâm nhập vào hệ thống từ lỗ thông khí quyển. Các
điều kiện hoạt động đối với ảnh hưởng tái tạo độ tinh khiết của glycol. Ở 204
o
C hiệu
suất TEG của dòng glycol nghèo đạt khoảng 98,6% wt [B4]. Nếu độ tinh khiết của
glycol là không đầy đủ, nó có thể được cải thiện bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tạo
tiên tiến hơn.
1.3. Phương pháp hấp thụ
Ưu nhược điểm của phương pháp hấp thụ
Ưu điểm Sơ đồ đơn giản, dễ tính toán thiết kế, dễ vận hành, quá trình liên tục
nên có thể tự động hóa được, giá thành thiết bị thấp, ít tiêu hao tác
nhân làm khô khí, các chất hấp thụ dễ chế tạo. Đạt hiệu quả kinh tế
cao và được sử dụng để làm lạnh khí đến điểm sương -25
o
C -
30
o
C.
Nhược Không loại được triệt để nước nên sẽ rất khó khăn khi chế biến khí ở
điểm những giai đoạn sau, điểm sương còn cao do đó không loại triệt để
hơi nước ra khỏi khí. Để hạ điểm sương xuống thấp hơn nên dùng
phương pháp hấp thụ.

Ứng dụng Phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để làm khan khí trong
các thiết bị đầu nối của đường ống dẫn chính và nhà máy chế biến
khí.
Các chất hấp thụ thường dùng
Làm khô khí bằng các chất hấp thụ dựa trên sự chênh lệch áp suất hơi nước trong khí và
chất hấp thụ. Khí sẽ được sấy bằng cách cho khí và dung môi tiếp xúc ngược dòng trong
tháp hấp thụ, dung môi phải có ái lực mạnh với nước.
Yêu cầu của dung môi hấp thụ :
 Có khả năng hấp thụ hơi nước trong khoảng rộng nồng độ, áp suất và nhiệt độ 
Có áp suất hơi bão hòa thấp để mất mát trong quá trình là ít nhất
 Nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi của nước
 Độ nhớt thấp đảm bảo tiếp xúc tốt với hỗn hợp khí trong tháp hấp thụ
7
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
 Có độ chọn lọc cao đối với các cấu tử khí có mặt trong khí, nghĩa là có khả
năng hấp thụ hơi nước cao, đồng thời khả năng hấp thụ HC là thấp
 Tính ăn mòn kém
 Không độc hại
 Giá thành rẻ
Một số chất hấp thụ thông dụng:
Các đại lượng hóa lý EG DEG TEG PG
Khối lượng phân tử 62,7 106,12 150,18 76,09
Tỷ trọng tương đối ρ
2020
1,116 1,118 1,125 1,034
Nhiệt độ sôi (1atm)
o
C 197,3 244,8 278,3 188,2
Nhiệt độ nóng chảy,
o

C -13 -8 -7,2 -60
Nhiệt độ bắt đầu phân - 164 206 -
hủy,
o
C
Nhiệt độ tái sinh,
o
C 165 164 206 -
Độ nhớt 20
o
C, cP 20,9 35,7 47,8 56,0
Nhiệt dung riêng, 2,35 2,09 2,20 2,47
kj/kg.C
Ưu nhược điểm của các chất hấp thụ:
Ưu điểm Nhược điểm
DEG (Dietylenglycol)
Độ hút ẩm cao, khá bền khi có mặt các Tiêu hao do thất thoát cao hơn so với
chất: S,O
2
, CO
2
ở nhiệt độ thường TEG. Khi tái sinh khó thu được dung dịch
có nồng độ DEG lớn hơn 95%. Điểm
sương thấp hơn so với khi sử dụng TEG
MEA (Monotanolamin) 10-30%, DEG 60-80%, H
2
O 5 - 10%
Chất hấp thụ có thể tách nước H
2
S, CO

2
Độ thất thoát lớn hơn so với khi sử dụng
ra khỏi khí, tức là đồng thời sấy khô và TEG. Chỉ sử dụng để sấy và làm sạch khí
làm sạch khí. Khả năng tạo màng thấp Acid. Dễ gây ăn mòn kim loại ở nhiệt độ
tái sinh, điểm sương của khí thấp
TEG (Trietylenglycol)
Độ hút ẩm cao, tạo điểm sương cho khí Đòi hỏi chi phí đầu tư cao. Dung dịch
sấy cao (27,8 - 47,3) , độ bền cao khi có TEG có khả năng tạo màng khi có mặt
mặt hợp chất lưu huỳnh, oxy và CO
2
các chất lỏng HC nhẹ. Độ hòa tan của các
8
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
nhiệt độ bình thường. Khi tái sinh, dễ HC trong TEG cao hơn so với DEG.
dàng thu được dung dịch có nồng độ
cao, trên 99%
Lựa chọn chất hấp thụ
Với thành phần khí vào như sau:
Cấu tử Phần mol
N2 0.0010
H2S 0.0010
CO2 0.0020
C1 0.8989
C2 0.0310
C3 0.0148
i-C4 0.0059
n-C4 0.0030
i-C5 0.0010
n-C5 0.0005
H2O 0.0409

Như vậy thành phần khí có chứa khí Acid (H
2
S và CO
2
) như vậy sẽ không sử dụng
DEG
vì nó có thể bị phân hủy bởi các tác nhân này ở nhiệt độ thực hiện tái sinh
(khoảng
206
o
C). Mặt khác nồng độ khí Acid không quá cao nên ta có thể chỉ cần sử dụng TEG.
Ngoài ra nó có sự thất thoát trong quá trình hấp thụ và tái sinh khá nhỏ. Như vậy ta chọn
TEG làm chất hấp thụ.
9
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Chương 2: Cơ sở của việc thiết kế tính toán mô hình
2.1. Tháp Separator
Tháp Separator dùng để tách nước tự do đi cùng với khí ra khỏi hỗi hợp trước khi đi vào
tháp hấp thụ.
Dòng vào:
Tên dòng Inlet Gas
Nhiệt độ [C] 30
Áp suất [kPa] 6200
Lưu lượng mole 500
[kgmole/h]
Thành phần
Cấu tử Phần mole
N2 0.0010
H2S 0.0010
CO2 0.0020

C1 0.8989
C2 0.0310
C3 0.0148
i-C4 0.0059
n-C4 0.0030
i-C5 0.0010
n-C5 0.0005
H2O 0.0409
TEG 0.0000
Đây là một tháp tách vật lý đơn thuần dùng các tấm chắn có tác dụng giữ lại nước tự do
đi theo dòng khí. Với đường kính trung bình khoảng 0,05 m.
Với tổn hao áp suất:
 Dòng Inlet : 100 kPa
 Dòng Vapour Outlet : 100 kPa
Áp suất các dòng :
PCondensate = PInlet - ΔPInlet = 6200 - 100 = 6100 kPa
10
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
PGas to Contactor = PInlet - (ΔPVapour Outlet + ΔPInlet) = 6200 - 200 = 6000 kPa
Như vậy qua thiết bị này nhiệt độ của dòng khí giảm xuống và nhiệt độ hydrate của
dòng khí nhỏ hơn tại vì một lượng khá lớn H
2
O cùng H
2
S được tách ra ở dạng lỏng và ra ở
đáy của tháp.
Dòng ra:
Ở đáy
Tên dòng Condensat
Nhiệt độ (

o
C) 29.60
Áp suất (kPa) 6100
Lưu lượng mole 20.04
(kgmole/h)
Thành phần Phần mole
H
2
S 0.0001
H
2
O 0.9999
Ở đỉnh:
Tên dòng Gas to Contactor
Nhiệt độ (
o
C) 29.16
Áp suất (kPa) 6000
Lưu lượng mole 480,0
(kgmole/h)
Thành phần Phần mole
Nitrogen 0.0010
H2S 0.0010
CO2 0.0021
Methane 0.9364
Ethane 0.0323
Propane 0.0154
i-Butane 0.0061
n-Butane 0.0031
i-Pentane 0.0010

n-Pentane 0.0005
11
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
H2O 0.0009
TEGlycol 0.0000
2.2. Tháp hấp thụ TEG Contactor
Khí nguyên liệu:
 Lưu lượng 480kgmole/h, 100% pha hơi 
Nhiệt độ : 30
o
C
 Áp suất : 6200 kpa
 Thành phần của nguyên liệu như sau:
Cấu tử Phần mole
N
2
0.0010
H
2
S 0.0010
CO
2
0.0021
C
1
0.9364
C
2
0.0323
C

3
0.0154
iC
4
0.0061
nC
4
0.0031
i C
5
0.0010
n C
5
0.0005
H
2
O 0.0009
TEG 0.0000
Dung môi TEG
 Lưu lượng : 6.519 kgmole/h, 100% lỏng 
Nhiệt độ : 35
o
C
 Áp suất : 6200 Kpa
 Thành phần dung môi
Cấu tử Phần mole
N
2
0.0000
H

2
S 0.0000
12
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
CO
2
0.0000
C
1
0.0000
C
2
0.0000
C
3
0.0000
i C
4
0.0000
n C
4
0.0000
i C
5
0.0000
nC
5
0.0000
H
2

O 0.4901
TEG 0.5099
Vậy ta có lưu lượng riêng của dung môi là m = = 6.127 kg/kg H
2
O.
Áp suất đỉnh tháp là 6190 kpa, đáy là 6200 kpa. Tháp gồm có 8 đĩa lý thuyết Bài
toán cần tính những thông số sau:
 Nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, thành phần dòng TEG giàu
 Nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, thành phần khí khô
Nồng độ các cấu tử trong dòng khí khô được tính theo công thức sau:
Y
i
=
(
Trong đó :
B = A
1
A
2
…A
i-1
+ A
2
A
3
…A
i-1
+ A
i
C = A

1
A
2
…A
i-1
D = A
1
A
2
…A
i
)
X
o
: nồng độ cấu tử cần hấp thụ trong dung môi
Với A
i,
là yếu tố hấp thụ của cấu tử trên mâm i, do tháp hấp thụ tỏa nhiệt nhỏ coi như đẳng
nhiệt nên A
1
= A
2
= … A
n
A
i
= A
j
=
Với

13
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
K
j
- hằng số cân bằng pha của cấu tử cần hấp thụ ở nhiệt độ trung bình của
quá trình hấp thụ
L - lưu lượng dung môi đi vào tháp hấp thụ (mol/h) G -
lưu lượng khí nguyên liệu (mol/h)
A
j
- yếu tố hấp thụ của cấu tử j
Thường thì ta giả sử lượng mole hơi và lỏng ra khỏi đĩa bằng nhau. Khi đó A được tính
như sau:
A
j
Thành phần các cấu tử trong dung môi bão hòa ra khỏi tháp được tính như sau:
X
j
= Y
j
Phần mole của H
2
O được tính bằng cách lấy 1 trừ phần mole các cấu từ còn lại.
Theo những công thức như trên ta tính toán được bảng số liệu sau:
Cấu tử Hệ số K Y
j
X
j
N
2

6.415 0.0007 0.0001
H
2
S 9.203 0.0014 0.0010
CO
2
8.524 0.0020 0.0005
C
1
19.52 0.9360 0.0106
C
2
19.43 0.0329 0.0008
C
3
14.70 0.0156 0.0005
iC
4
13.81 0.0060 0.0001
n C
4
13.50 0.0032 0.0001
i C
5
13.05 0.0010 0.0001
n C
5
13.04 0.0007 0.0001
H
2

O 0.0003 0.4985
TEG 8.816 0.0000 0.4877
Nhiệt độ của các sản phẩm được lấy sấp xỉ bằng với nhiệt độ của khí nguyên liệu là
30
o
C.
14
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Áp suất của khí lấy bằng áp suất trên đỉnh tháp là 6190 Kpa, của TEG béo lấy bằng áp suất
của đáy là 6200 Kpa.
Lưu lượng các dòng sản phẩm được tính như sau:
Biết thành phần nguyên liệu vào ta biết được d = 2,848 kgmole/dm
3
, ta có :
V = = 168,54.10
-3
m
3
/h.
Biết thành phần dung môi béo ta xác định được d = 13.55 kgmole/m
3
. Tính
lưu lượng của dung môi béo ra khỏi đáy tháp bằng công thức :
L = V( w
1
- w
2
)( m + 1 )
Trong đó : w
1

= 0.45.10
-3
kg/m
3
- hàm ẩm của khí nguyên liệu
w
2
= 0.03.10
-3
kg/m
3
- hàm ẩm của khí khô ra ở đỉnh tháp Vậy
tính ra được :
L = 168.54. 10
3
( 0.45. 10
-3
- 0.03. 10
-3
)( 6.127 + 1 ) = 560,01 kg/h ( hay 6,79
kgmole/h )
Trong tháp ta có :
V
nl
+ L
nl
= V
sp
+ L
sp

Vậy lưu lượng dòng khí khô là :
V
nl
= 480 + 6.519 - 6.79 = 479.729 kgmole/h
15
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
2.3. Van VLV-100
Dòng vật chất đi qua van, bơm, và các thiết bị trao đổi nhiệt xem như có thành phần và
lưu lượng không đổi.
Do đó, ta có:
( ) ( ) ( ⁄ )
Biết áp suất dòng đầu vào, chênh lệch áp suất ∆P, tính được áp suất dòng đầu ra:
( )
Tính nhiệt độ đầu ra dòng LP TEG.
Áp dụng phương trình Peng-Robinson:
Trong đó:
16
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG
* (
Trong đó:
P: Pressure
V
m
: Molar Volume
T: Temperature
Tc : Critical temperature
P
c
: Critical pressure
a : Peng-Robinson

constant a b : Peng-
Robinson constant b
: Acentric fractor
R : Molar gas constant
GROUP 4 - LHD K52
) (
√
)+
17
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Tra các thông số của dòng TEG, ta được bảng số liệu sau:
Cấu tử Phần mol x
i
Acentric fractor T
c
(K)
Pc (kPa)
N
2
8,99E-05 0,0372 126 3400
H
2
S 1,02E-03 0,0948 373 8960
CO
2
4,87E-04 0,2667 304 7380
Metan 1,07E-02 0,0104 191 4600
Etan 8,67E-04 0,0979 305 4880
Propan 5,55E-04 0,1522 370 4250
i-Butan 8,08E-05 0,1852 408 3650

n-Butan 4,69E-05 0,1995 425 3800
i-Pentan 9,71E-06 0,228 460 3390
n-Pentan 5,26E-06 0,2514 470 3370
H
2
O 0,49865285 0,3443 647 22060
TEG 0,48746342 0,563 806 3958
Acentric fractor của hỗn hợp:
∑
Nhiệt độ tới hạn của hỗn hợp:
∑ ( )
Áp suất tới hạn của hỗn hợp:
∑ ( )
Tính các thông số của phương trình:
* (
)(
√
)+
18
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
* (
√
)+
* (
√
)+
Thể tích mol của hỗn hợp V
m
luôn thay đổi tùy theo nhiệt độ và áp suất. Ta cho cố
định áp suất, thử một vài giá trị của T để tìm mối quan hệ V

m
= f(T).
P = 180kPa.
T (K) V
m
.100 (l/mol)
250 3,82665
270 3,85929
280 3,87667
290 3,8948
300 3,91373
310 3,9335
320 3,95417
19
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG
Vm.100 3,94
(l/mol)
Molar
Volume 3,92
3,9
3,88
3,86
3,84
3,82
3,8
150 200
GROUP 4 - LHD K52
y = 0,0018x + 3,3798
250 300 350
Temperature (K)

Ta có phương trình liên hệ V
m
và T như sau:
V
m
.100 = 0,0018T +3,3798
Thay V
m
vào phương trình Peng-Robinson
* (
√
)+
( ) ( )
Ta được T=310,56K (hay 37,4
o
C).
20
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG
2.4. Tính toán thiết bị trao đổi
nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt TEG
- Ex
Dòng thứ nhất: Pump out >
Nhiệt độ(
o
C ) 51.42
Thành phần % Phần mol
GROUP 4 - LHD K52
TEG to Recycle
35
Nhiệt dung riêng (j/kg.độ)

H
2
O
0.490126 971
TEGlycol 0.509874 1032
Ta có nhiệt dung riêng trung binh (C ): C1 =0.490126 ×971 +0.509874×1032= 1002
(j/kg.độ)
Lưu lượng khối lượng : G
1
= 556.7 ( kg/h)
Vt1
=51.42 -35 = 16.42 (
O
C
)
Dòng thứ hai: Dry Gas → Sala Gas:
*
Nhiệt độ (
O
C
) 30.63
t
2
c
(nhiệt độ cần tìm bằng tay để
so sánh)
Lưu lượng khối lượng
G
2
= 8392 (kg/h)

Thành phần
% số mol (%
n
i
)
Nhiệt dung riêng (J/kg.độ)(
C
i )
21
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Nito 0.001041 6783
H 2 S
0.001025 1812
CO
2
0.002076 847
CH 4
0.936858 932
C
2
H
6
0.032302 1005
C 3 H 8
i-C4
n-C4
i-C5
n-C5
0.012420
0.006149

0.003127
0.001042
0.00521
854
814
913
1038
1235
H2 O
0.000439 971
TEG 000 000
Ta tính được nhiệt dung riêng trung bình của dòng 2 như sau:
8
C
å
C n
2
=
i i
=0.00141×6783+0.001025×1012………….=1214 (J/kg độ)
i= 1
Áp dụng công thức: Q =
G C (t - t ) = G C
( t
*
- t )
(CT 2-21 Hóa công 1)
1 1 1d 2 c 2 2 2c 2d
Thay số vào ta có : 556.7×1002×16.42 =1214 × 8392 (
t

* 2c
- 30.63 )
*
→
t
2c
= 31.56 (
o
C
) ≈ 31.53 (
o
C
) (giá tri tính toán theo Hysis) chỉ
lệch do làm tròn.
22
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Thiết bị trao đổi nhiệt L/R HEX
Dòng thứ nhất : Regen Bttms → Lean from L/R
Nhiệt độ (
O
C ) 131.7 52.90
Lưu lượng (kg/h) 556.7 556.7
Thành phần % mol
TEGlycol 0.509851
H2O 0.490149
Dòng thứ hai : LPTEG → Regen Feed
**
Nhiệt độ (
O
C

)
t
2c
110
Lưu lượng: 562.4 (Kg/h)
Thành phần % số mol (% n
i
) Nhiệt dung riêng (J/kg.độ)(
C
i
)
Nito 0.000090 6783
H 2 S
0.001021 1812
CO
2
0.000487 847
CH 4
0.010721 932
C
2
H
6
0.000867 1005
C 3 H 8
0.000555 854
23
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
i-C4 0.000081 814
n-C4 0.000047 913

i-C5 0.000010 1038
n-C5 0.000015 1235
H2
O
TEG
0.498653
0.487463
971
000
Tính toán tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt thứ nhất:Áp dụng công thức (2-22 SGK
HC1)
Ta tính được
t
**
2c = 35.32 (
O
C )
2.5. Tháp tái sinh TEG Regenerator
Thiết bị tái sinh là một tháp chưng cất, TEG và nước được tách ra. Áp suất trong hệ
thống tái sinh cao hơn áp suất khí quyển điều này đảm bảo rằng không có không khí có
thể xâm nhập vào hệ thống từ lỗ thông khí quyển. Các điều kiện hoạt động có ảnh hưởng
tới tái tạo độ tinh khiết của Glycol.
Như ta đã đặt điều kiện thì áp suất hoạt động của tháp tái sinh cao hơn áp suất khí
quyển một chút trong khoảng 110 kPa - 150 kPa.
Trong khi đó nhiệt độ đỉnh không thấp hơn 100
o
C, để đảm bảo nước ở dạng hơi sẽ được
tách ra ở đỉnh tháp và nhiệt độ không được vượt quá 206
o
C tại vì quá nhiệt độ này thì

TEG bị phân hủy, như vậy sẽ gây mất mát lượng TEG lớn hơn.
Cân bằng vật liệu :
Dòng khí (chủ yếu là nước ở dạng hơi) ra ở đỉnh của tháp tái sinh:
Dòng TEG ra khỏi đáy của tháp tái sinh:
w kgmole/h
Tính toán R
min
24
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Từ số liệu sổ tay hóa công tập 2 ta có giản đồ lỏng hơi của hỗn hợp cấu tử. Từ giản đồ ta
xác định được m’, vậy ta có:
= m’ = 0.075
Vậy: R
min
= 0.5714
Mà theo giả thiết mô phỏng trong HYSYS ta chọn giá trị R = 0,6
= 1,28
1,28 là giá trị chấp nhận được
Cân bằng nhiệt:
Ta có bảng nhiệt dung riêng của các cấu tử như sau :
Cấu tử Cp(cal/molK)
CH4 8,54
C2H6 12,58
C3H8 17,57
n-C4H10 23,29
i-C4H10 23,14
n-C5H12 28,73
i-C5H12 28,39
N2 6,96
H2S 8,17

CO2 8,87
Dựa vào bảng trên tính được nhiệt dung riêng của các dòng Regen feed, Sour Gas,
Regen Bttms như sau :
Dòng C
Regen Feed 240,1
Sour Gas 37,57
Regen Bttms 259,7
P (KJ/Kmole.
o
C)
C
P
 C pi C i
25