Đồ Án Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông

Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
MỞ ĐẦU
Dầu mỏ là khoáng vật phong phú nhất trong tự nhiên, là một trong những nguyên
liệu thô quan trọng nhất mà loài người có được và nó là một trong những nguồn cung
cấp hydrocacbon phong phú nhất có trong tự nhiên.
Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII dầu mỏ được sử
dụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng. Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là nguồn
nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế. Hiện nay, dầu mỏ
đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng
65 ÷ 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ 20 ÷ 22% đi từ than, 5 ÷ 6% từ năng
lượng nước và 8 ÷ 12% từ năng lượng hạt nhân. Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chế
biến thành các dạng nhiên liệu thì hướng sử dụng mạnh mẽ và hiệu quả nhất của dầu
mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ – hóa dầu như: sản xuất cao
su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón…
Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trong một
tương lai dài vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu
hoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay thế được. Hiệu quả sử dụng dầu
mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hóa
dầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả
sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý giá
này.
Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và
các hợp chất khác như CO2, N2, H2, H2S, He, Ar, Ne… Dầu mỏ muốn sử dụng được
phải phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phương pháp
chưng cất để thu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau. Trong nhà máy lọc
dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô là một phân xưởng quan trọng, cho phép ta thu
được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo. Đồ án này đưa ra các vấn đề lý
thuyết liên quan và thiết kế tháp chưng cất dầu thô với nguyên liệu là dầu thô nặng
Trung Đông.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 1 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông

Phần I
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ
I. Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô.
Mục đích của quá trình chưng cất dầu thô là chia dầu thô (là nguyên liệu ban đầu)
thành những phân đoạn hẹp để tiện lợi cho các quá trình chế biến về sau, chẳng hạn
như các quá trình cracking, reforming hay quá trình sản xuất dầu nhờn
Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi được xử lý qua các quá trình tách
nước, muối và tạp chất cơ học sẽ được đưa vào chưng cất. Tùy theo bản chất của
nguyên liệu và mục đích của quá trình mà chúng ta sẽ áp dụng chưng cất dầu ở áp suất
khí quyển AD (Atmospheric Distillation) hay chưng cất trong chân không VD
(Vacuum Distillation) hay kết hợp cả 2 công nghệ AD-VD gọi tắt là AVD
Với mục đích nhận các phân đoạn xăng (naphta nhẹ, naphta nặng), phân đoạn
kerosen, phân đoạn diezel (nhẹ, nặng) và phần cặn còn lại sau chưng cất người ta sử
dụng công nghệ AD
Còn khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân đoạn gasoil
chân không hay phân đoạn dầu nhờn người ta dùng chưng cất chân không VD.
Phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu cho quá trình Cracking nhằm chế biến
xăng có trị số octan cao.
Phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, còn phân
đoạn cặn gudron dùng để chế tạo bitum, nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quá
trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ.
Như vậy tùy theo tính chất dầu thô và mục đích chế biến mà người ta áp dụng loại
hình công nghệ chưng cất cho thích hợp.
II. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất dầu thô:
Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn. Quá trình này được thực
hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các
cấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phân huỷ. Hơi nhẹ bay lên và ngưng tụ thành
phần lỏng. Tùy theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình
thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất trong chân không và chưng cất với
hơi nước.

II.1. Chưng cất đơn giản:
Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần dần,
một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng, hình 2 (a, b, c).
II.1.1. Chưng cất bằng cách bay hơi dần dần:
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 2 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm.
Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày trên hình 2a gồm: thiết bị đốt nóng
lên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng 1 từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối
liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu
được sản phẩm lỏng trong bể chứa 4.
Hình 2a
II.1.2. Chưng cất bằng cách bay hơi một lần.
Phương pháp này còn gọi là phưng pháp bay hơi cân bằng. Hỗn hợp chất lỏng I
được cho liên tục vào thiết bị đun sôi 2 và được đốt nóng đến một nhiệt độ xác định và
ở áp suất p cho trước. Pha hơi thu được cho qua thiết bị ngưng tụ 3 rồi vào bể chứa 4,
từ đó nhận được phần cất II; còn pha lỏng được lấy ra liên tục và ta nhận được phần
cặn III.
1
2
4
I
I I
I I I
3
Hình 2b
II.1.3. Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần:
Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt
độ tăng dần hay áp suất thấp hơn đối với phần cặn (hình 2c). Phần cặn của chưng cất
lần một là nguyên liệu cho chưng cất lần hai sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ cao

hơn. Từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh, còn đáy chưng
cất lần hai ta nhận được sản phẩm cặn.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 3 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Chưng đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần thì không đạt được độ phận phân
chia cao. Do đó khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của các hợp chất lỏng,
người ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện đó là chưng phức tạp.
Hình 2c
II.2. Chưng phức tạp :
II.2.1. Chưng cất có hồi lưu:
Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy một phần chất
lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bay hơi lên. Nhờ có sự tiếp
xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách khỏi
hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không
có hồi lưu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn.
II.2.2. Chưng cất có tinh luyện:
Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu.
Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha
lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau. Quá trình này được thực hiện bằng
phương pháp tinh luyện. Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và
pha lỏng trong tháp được trang bị các đĩa hay đệm. Độ phân chia một hỗn hợp các cấu
tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha (số đĩa lý thuyết) vào lượng
hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất tinh luyện:
Pha hơi V
n
bay lên từ đĩa n lên đĩa thứ n-1 được tiếp xúc với pha lỏng L
n-1
chảy từ đĩa
n-1 xuống, còn pha lỏng L

n
từ đĩa n, chảy xuống đĩa phía dưới n+1 lại tiếp xúc với pha
hơi V
n+1
bay từ dưới lên. Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trình trao đổi chất
xảy ra tốt hơn. Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm nhiều cấu tử nhẹ, còn
pha lỏng chảy xuống phía dưới ngày càng chứa nhiều cấu tử nặng. Số lần tiếp xúc
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 4 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
càng nhiều, sự trao đổi chất ngày càng tăng và sự phân chia ngày càng tốt, hay nói
cách khác, tháp có độ phân chia càng cao. Đĩa trên có hồi lưu đỉnh, còn đĩa dưới cùng
có hồi lưu đáy. Nhờ có hồi lưu đỉnh và đáy mà làm cho tháp hoạt động liên tục, ổn
định và có khả năng phân tách cao. Ngoài đỉnh và đáy người ta còn thiết kế hồi lưu
trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm
lạnh rồi quay lại tưới vào tháp. Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện ta sẽ nhận
được các phân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ chưng
cất nguyên liệu dầu thô ban đầu.
Hình: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng luyên
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 5 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
II.3. Chưng cất chân không và chưng cất hơi nước :
Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷ khi tăng
nhiệt độ. Trong số các hợp chất dễ bị phân hủy nhất là các hợp chất chứa lưu huỳnh và
các hợp chất cao phân tử như nhựa. Các hợp chất parafin kém bền nhiệt hơn các hợp
chất naphten và naphten lại kém bền hơn các hợp chất thơm. Độ bền nhiệt của cấu tử
tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả thời gian tiếp xúc
ở nhiệt độ đó.
Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm, như làm giảm
độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của chúng, giảm độ bền oxi hoá. Nhưng quan trọng
hơn cả là chúng gây nên nguy hiểm cho quá trình chưng cất, vì chúng tạo thành các tạp

chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí
quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải chưng cất chân
không VD hay chưng cất với hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt. Chân không làm
giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng làm giảm nhiệt độ sôi tức là giảm áp
suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn.
Tóm lai: Cơ sở của quá trình chưng cất là quá trình phân chia vật lý dầu thô thành
các thành phần hay phân đoạn, dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử có trong
dầu thô. Quá trình này không sử dụng xúc tác.
III. Công nghệ chưng cất dầu thô:
III.1. Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chưng cất:
Các thông số công nghệ có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng của quá
trình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất.
Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu mục đích,
yêu cầu của quá trình vào chủng loại sản phẩm cần thu, và phải có dây chuyền công
nghệ hợp lý.
Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất chúng ta cần phải xét kỹ và kết hợp đầy đủ
các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao nhất.
III.1.1. Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện.
Chế độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng bằng cách thay đổi chế độ
nhiệt của tháp sẽ điều chỉnh được chất lượng và hiệu suất của sản phẩm chế độ nhiệt
của tháp gồm nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong
tháp và nhiệt độ đáy tháp.
Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất của
loại dầu thô, mức độ phân tách của sản phẩm áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa
vào đáy tháp, nhưng chủ yếu là phải tránh sự phân huỷ nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 6 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
độ cao. Nếu dầu thô là loại dầu nặng mức độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độ
nguyên liệu khi vào tháp chưng luyện sẽ không cần cao. Trong thực tế sản phẩm khi
chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng luyện thường

trong giới hạn 320 ÷ 360
0
C còn nhiệt độ nguyên liệu mazut vào tháp chưng ở áp suất
chân không thường khoảng 400 ÷ 440
0
C.
Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và phần hồi
lưu đáy. Nếu bay từ phần hồi lưu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng biệ, thì nhiệt độ
tối ưu, tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, nhưng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần
cặn đáy.
Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn toàn sản
phẩm đỉnh.
Nhiệt độ đỉnh tháp chưng luyện ở áp suất khí quyển để tách khỏi phân đoạn
khác cần giữ trong khoảng 100 ÷ 70mmHg thường nhiệt độ không quá 120
0
C để tách
hết phần gasal nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu.
Để đảm bảo chế độ nhiệt của tháp và tạo điều kiện phân tách tốt hơn trong quá
trình chưng luyện hoàn thiện phải có hồi lưu.
Hồi lưu đỉnh tháp có hai dạng: Hồi lưu nóng và hội lưu nguội.
- Hồi lưu nóng:
Quá trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi
sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó tưới trở lại đỉnh tháp, chung chỉ cần một
lượng nhiệt để bốc hơi, tác nhan làm lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh.
t
2
1
t
1
t

0
2
Hình 7: Hồi lưu nóng
1. Tháp chưng.
2. Thiết bị ngưng tụ.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 7 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Lượng hồi lưu nóng được tính theo công thức như sau:
n
Q
R
i
=
R
n
: Lượng hồi lưu nóng, kg/h
Q: Nhiệt lượng hồi lưu cần lấy để bốc hơi, Kcal/h.
I: Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng Kcal/kg.
Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và gặp nhiều khó khăn cho việc vệ sinh đặc biệt là
khi công suất của tháp lớn, nên loại này ngày nay ít phổ biến và bị hạn chế.
- Hồi lưu nguội:
Quá trình hồi lưu nguội được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản
phẩm đỉnh rồi tưới trở lại tháp ngưng. khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần hồi
lưu bao gồm nhiệt cần để đung nóng đến nhiệt độ sôi và nhiệt lượng để hoá hơi.
2
t
0
t
1
1

2
3
Hình 8: Hồi lưu nguội
1. Tháp chưng
2. Ngưng tụ - làm lạnh
3. Bể chứa hồi lưu.
Lượng hồi lưu ngược được tính theo công thức
( )
ng
h h
2 1t1 t2
Q Q
R
i t t Cq q
=
+ −−
R
ng
: Lượng hồi lưu ngược.
Q: Lượng nhiệt hồi lưu cần.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 8 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
q
h
t1
: hàm nhiệt của hơi.
q
h
t2
: Lượng hồi lưu lỏng hồi lưu.

i: Nhiệt lượng phần hơi cần.
t
1
,t
2
: Nhiệt độ của hơi và lỏng tương ứng.
Từ công thức trên ta thấy lượng hồi vào tháp (t
1
) càng thấp, thường nhiệt độ hồi lưu t
1
tưới vào tháp khoảng 30 ÷ 40
0
C.
Ngoài sử dụng hồi đỉnh đáy người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian.
3
H¬i s¶n phÈm
1
t
1
t
0
2
Hình 9: Hồi lưu trung gian
1. Tháp chưng.
2. Thiết bị trao đổi.
3. Bơm.
Quá trình hồi lưu trung gian được thực hiện bằng cách lấy một sản phẩm lỏng
nằm trên các đĩa có nhiệt độ kì t
1
đưa ra ngoài làm lạnh đến t

0
rồi tưới vào hồi lưu lại
tháp khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một nhiệt lượng để đung nóng từ nhiệt độ t
0
đến
t
2
.
Xác định lượng hội lưu trung gian qua công thức.
tg
t t
t2 t 0
Q
R
q q
−
Q: là lượng hồi lưu lấy di kcal/h.
q
t
t2
, q
t
t0
: hàm lượng nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng ứng với nhiệt độ t
2
và t
0
kcal/kg.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 9 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông

Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm; giảm lượng hồi lưu đi ra ở đỉnh tháp, tận
dụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp để đun nóng nguyên liệu ban đầu,
tăng công suất làm việc của tháp.
III.1.2. Áp suất của tháp chưng.
Khi chưng dầu mỏ ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt đối trong tháp thường cao
hơn một chút so với áp suất khí quyển, tương ứgn với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản
phẩm lấy ra khỏi tháp.
Khi chưng cất mazut trong tháp chưng chân không thì thường tiến hành áp suất
từ 10 ÷ 17 mmHg.
Áp suất làm việc của tháp chưng phụ vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và
áp suất riêng phần của tưng cấu trúc trong tháp.
Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp ở áp suất khí quyển khoảng 1,2 ÷ 3,5% trọng
lượng, đối với tháp chưng áp suất chân không khoảng 5 ÷ 8 trọng lượng khác so với
nguyên liệu.
III.2. Lựa chọn sơ đồ và chế độ công nghệ của quả trình chưng cất:
Việc lựa chọn sơ đồ và chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào đặc tính của
nguyên liệu và mục đích của quá trình chưng cất.
Với dầu mỏ chứa lượng khí hoà tan bé từ 0,5 ÷ 1,2%, trữ lượng xăng thấp
từ (12 ÷ 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 180
0
C) và hiệu suất các phân đoạn
cho tới 350
0
C 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-
60%), chứa nhiều khí hòa tan(>1,2%), chứa nhiều phân đoạn xăng (20-30%) thì
nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần.
Lần một tiến hành bay hơi sơ bộ phần nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ.
Còn lần hai tiến hành tinh cất phần dầu còn lại. Như vậy ở tháp tinh cất sơ bộ ta

tách được phần khí hòa tan và xăng có nhiệt độ sôi thấp. Để ngưng tụ hoàn toàn
hơi bay lên người ta phải tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn (0,35-1,0Mpa).
Nhờ áp dụng chưng cất hai lần mà ta có thể giảm được áp suất trong tháp
thứ hai đến 0,14-0,16Mpa, và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng cao
hơn.
Chọn dây chuyền công nghệ:
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 10 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Dầu thô Trung Đông là loại dầu nặng lượng khí hoà tan và lượng xăng
thấp nên ta chọn sơ đồ chưng cất là sơ đồ chưng cất AD với bay hơi một lần và
một tháp tinh cất.
Ưu điểm:
Quá trình làm việc của sơ đồ công nghệ này là sự bốc hơi đồng thời các phân
đoạn nhẹ và nặng góp phần làm giảm được nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đốt nóng
dầu trong lò, quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất
dầu. thiết bị loại này có cấu tạo đơn giản, gọn, ít tốn kém.
Nhược điểm:
Đối với loại dầu chứa nhiều phân đoạn nhẹ nhiều tạp chất lưu huỳnh, nước thì
gặp khó khăn khi áp dụng loại hình công nghệ chưng cất này. Khó khăn là áp suất
trong thiết bị lớn, vì vậy cần phải có độ bền lớn, tốn nhiên liệu, đắt tiền, cấu tạo thiết
bị phức tạp để tránh gây nổ do áp suất cao. Do đó sơ đồ công nghệ này chỉ được chọn
cho quá trình chưng cất loại dầu chứa ít phần nhẹ ( không quá 8 ÷10%) ít nước ít lưu
huỳnh.
IV. Sản phẩm của quá trình chưng cất:
Khi tiến hành chưng cất sơ khởi dầu mỏ, chúng ta nhận được nhiều phân đoạn và
sản phẩm dầu. Chúng được phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ sôi (hay khoảng
nhiệt độ chưng), bởi thành phần hydrocacbon và nhiều tính chất khác.
IV.1. Phân đoạn khí hydrocacbon.
Khí hydrocacbon thu được chủ yếu là C
3

, C
4
có thể ở thể khí hay được nén hóa
lỏng tùy thuộc vào công nghệ chưng cất. Phân đoạn này thường được dùng làm
nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu hoặc dùng làm nhiên liệu dân dụng.
IV.2. Phân đoạn xăng.
Gồm có phân đoạn xăng nhẹ và xăng nặng. Phân đoạn xăng nhẹ chủ yếu là C
5
, C
6
có nhiệt độ sôi từ 30 ÷ 35
0
C đến 85 ÷ 95
0
C.
Phân đoạn xăng nặng gồm các cấu tử từ C
7
trở lên có nhiệt độ sôi từ 95 ÷ 180
0
C.
Phân đoạn xăng được dùng làm nguyờn liệu cho quỏ trỡnh isome húa, reforming
xỳc tỏc hoặc dựng làm dung mụi cho cụng nghiệp trớch ly dầu, pha chế mỹ phẩm.
IV.3. Phân đoạn kerosen:
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 11 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Phân đoạn kerosen có nhiệt độ sôi trong khoảng 120 ÷ 240
0
C được
dùng làm nhiên liệu cho động cơ phản lực. Phân đoạn này cũn được gọi là dầu lửa do
đó có thể dùng để thắp sáng, sưởi ấm.

Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosen. Do đặc
điểm cơ bản nhất của nhiên liệu đùng 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 qui định, cháy điều hoà không bị
tắt trong dũng khụng khớ cú tốc độ xoáy lớn nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa
ổn định. Để đáp ứng được yêu cầu này thì thành phần của kerosen phải chứa nhiều các
cấu tử hydrocacbon naphtenic và parafinic. Vì vậy dầu mỏ họ naphteno-parafinic hoặc
parafino-naphatenic là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu phản lực.
IV.4. phân đoạn gasoil nhẹ:
Hay còn gọi là phân đoạn diezel, có khoảng nhiệt độ sôi từ 140 ÷ 360
0
C (380
0
C),
chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C
16
÷ C
20
, C
21
. Phân đoạn này được dùng làm
nhiên liệu cho động cơ diezel tuy nhiên trong nhiên liệu sẽ có chứa nhiều lưu huỳnh
nên cần phải được hydro hoá làm sạch.
IV.5. Phân đoạn gasoil nặng:
Hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn, có khoảng nhiệt độ sôi từ 350
0
C
÷
500
0
C, chứa cỏc hydorocacbon từ C

21
÷
C
35
hoặc có thể lên tới C
40
. Phân đoạn này được dùng để sản xuất dầu nhờn hoặc sản
xuất các sản phẩm trắng là xăng, kerosen và diesel.
IV.6. Phân đoạn gudron:
Gudron là phần cũn lại sau khi đó tách các phân đoạn kể trên có nhiệt độ sôi lớn
hơn 500
0
C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C
41
, giới hạn cuối
cựng cú thể lờn tới C
80
. Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp và được chia thành
ba nhóm chính là : nhóm chất dầu, nhóm chất nhưa, nhóm chất asphanten.
Phân đoạn này được dùng để sản xuất bitum hoặc dùng làm nhiên liệu đốt lò.
V. Thiết bị chính của sơ đồ chưng cất:
Các thiết bị góp phần quan trọng trong dây chuyền chưng cất là:
IV.1. Tháp chưng cất:
Nhiệm vụ là phân chia dầu thô thành những phân đoạn hẹp để tiện lợi cho các quá
trình chế biến về sau, chẳng hạn như các quá trình cracking, reforming hay quá trình
sản xuất dầu nhờn
Các loại tháp thường được sử dụng:
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 12 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
- Tháp đệm:

Trong tháp đệm người ta bố trí các ngăn có chứa đệm hình vành khuyên hoặc hình
trụ có tấm chắn để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng.
Nhược điểm của tháp đệm là quá trình tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi không tốt,
không đồng đều ở toàn bộ đệm theo diện tích tiết diện ngang của tháp. Nhưng nếu tháp
đệm có đường kính nhỏ hơn 1m thì tháp đệm cũng có hiệu quả tương đương như các
loại tháp khác. Vì vậy tháp đệm hay dùng trong các dây chuyền có công suất thấp, do
dễ chế tạo và vốn đầu tư không cao.
- Tháp với các loại đĩa chụp:
Loại tháp này được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp chưng cất dầu mỏ và
các phân đoạn dầu. Các đĩa chụp có nhiều loại, chúng khác nhau bởi cấu tạo và hình
dạng của chụp nhằm tăng cường sự tiếp xúc pha trong các tháp.
- Tháp với đĩa lòng máng, đĩa lưới hay đĩa sàng:
Loại tháp này rất thích hợp cho chưng cất các cặn nặng hay sản phẩm có độ nhớt cao.
Với đồ án này em chon tháp chưng cất là tháp loại đĩa chup.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 13 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Hình : Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất loại đĩa có kênh chảy truyền.
1. Thiết bị ngưng tụ làm lạnh
2. Dòng hồi lưu vào tháp
3. Bể chứa sản phẩm đỉnh
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 14 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
4. Thân tháp
5. Nguyên liệu vào tháp
6. Kênh chảy truyền
7. Đĩa
8. Dòng hồi lưu đáy tháp
9. Dòng sản phẩm đáy
10. Thiết bị đun sôi
Nguyên lý làm việc của tháp chưng cất:

Nhiệt cung cấp chính cho tháp là từ thiết bị gia nhiệt đáy tháp. Nguyên liệu được
gia nhiệt trước sau đó đưa vào tháp qua cửa nạp liệu. Nguyên liệu được gia nhiệt lên
đến một nhiệt độ nào đó thì phần nhẹ bay hơi lên đĩa phía trên qua các lổ đĩa, tại đây
hơi tiếp xúc với lỏng trên đĩa. Qua quá trình tiếp xúc này mà quá trình trao đổi chất
sảy ra. Trên đĩa này một phần hơi được ngưng tụ thành lỏng do nhiệt độ của lỏng trên
đĩa thấp hơn, và lượng lỏng xuống đĩa dưới qua kênh chảy tràn. Lượng hơi trên đĩa
này tiếp tục chui qua lổ đĩa và lên đĩa tiếp theo, cũng tương tự như vậy quá trình đổi
chất giữa lỏng và hơi sảy ra. Một phần cấu tử nặng ngưng tụ thành lỏng. Nên nếu lên
càng cao thì phần nhẹ càng tăng và phần nặng càng ít, sản phẩm càng tinh khiết.
Lượng hơi trên đĩa trên cùng được ngưng tụ thành lỏng nhờ thiết bị ngưng tụ trên
đỉnh tháp. Một phần sản phẩm lỏng này được đưa hồi lưu lại đĩa trên cùng của tháp, để
duy trì quá tình truyền chất ở các đĩa phía trên cửa tiếp liệu.
Phần cặn đáy tháp, một phần được đưa qua thiết bị gia nhiệt và hồi lưu lại đáy tháp,
để duy trì quá trình truyền chất cho các đĩa phía dưới cửa nạp liệu.
V.2. Lò đốt:
Là nguồn cấp nhiệt quan trọng cho tháp chưng cất. Trong công nghiệp lọc hoá dầu
dùng phổ biến nhất là loại lò đốt vỏ bọc với lớp vật liệu cách nhiệt.
Lò đốt có nhiều loại và người ta phân ra làm nhiều loại khác nhau dựa vào mục
đích sử dụng hay theo hình dạng và cấu trúc của chúng.
Loại lò có ống được sử dụng cho nhiều mục đích như đốt, sấy lò, phản ứng hoặc
cracking tuỳ theo yêu cầu của quá trình.
V.2.1 Cấu trúc của lò ống:
Lò ống được cấu tạo bởi 5 phần
- Phần bức xạ nhiệt: là phần quan trọng của lò đốt và còn gọi là buồng đốt, ở đây
nhiên liệu được đốt cháy trực tiếp để tạo ra ngọn lửa. Phần bức xạ nhiệt độ cao nhất so
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 15 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
với các phần khác của lò. Vì vậy phải quan tâm tới cấu trúc cơ khí và vật liệu của phần
bức xạ.
- Phần đối lưu: thường đặt trên phần bức xạ ở phần này sẽ hấp thụ nhiệt của khí

cháy toả ra từ vùng đốt bằng đối lưu nhiệt, phần này là một hệ thống ống sắp đặt một
cách khép kín.
- Phần thu hồi nhiệt: ở đây sẽ thu hồi từ khí cháy toả ra từ phần đối lưu. Nhiệt thu
hồi có thể quay trở lại tuần hoàn cho lò đốt hoặc sử dụng vào mục đích khác.
- Phần đốt cháy: đây là bộ phận phát nhiệt, nó là phần quan trọng của lò đốt.
Điều quan trọng là tạo ra ngọn lửa và điều chỉnh sao cho ngọn lửa tiếp xúc với những
ống đốt và làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, quan tâm đến khoảng cách giữa các ống
đốt và ngọn lửa để sự truyền nhiệt đều đặn và hiệu quả.
- Phần thông gió: Thiết bị phần thông gió đóng vai trò quan trọng, nó dẫn khí
cháy vào buồng đốt và đưa khí thải ra ngoài lò đốt. Hệ thống thông gió có thể là tự
nhiên hay cưỡng bức. Trong hệ thống thông gió tự nhiên sẽ có những ống khói được
lắp đặt để thông gió, không cần năng lượng cơ học nào, các thiết bị như quạt gió sẽ tạo
ra sự đối lưu. Nhìn chung hệ thống thông gió tự nhiên trong ống khói được sử dụng
rộng rãi vì nó làm mất mát áp suất trong lò không đáng kể, hệ thống thông gió cưỡng
bức làm mất một áp suất đáng kể trong lò lớn và thường cấu tạo của lò khi sử dụng hệ
thống này phức tạp, có thêm hệ thống thu hồi nhiệt thừa và quạt hút gió.
V.3. Thiết bị trao đổi nhiệt:
Mục đich là để gia nhiệt cho nguyên liệu hay tận dụng nhiệt của sản phẩm để
thực hiện vào mục đích khác.
Trong công nghiệp lọc hoá dầu có ba loại được sử dụng phổ biến là:
- Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà.
Loại thiết bị này được dụng sớm nhất trong công nghiệp hoá chất. Thường người ta
dùng cách uốn lại thành nhiều vòng xoắn và đặt vào trong thùng, hoặc gồm nhiều ống
thẳng nối lại vơi nhau bằng khuỷu, một chất tải nhiệt cho vào thùng còn chất tải nhiệt
khác đi trong ống xoắn.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 16 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Vì thùng có thể tích lớn hơn nhiều so với thể tích của ống xoắn cho nên vận tốc của
chất tải nhiệt chứa trong thùng nhỏ. Vì vậy hệ thống cấp nhiệt ở mặt ngoài của ống bé
tức là hệ số truyền nhiệt không thấp.

Loại thiết bị này thường được dùng để làm nguội hoặc đun nóng, hiệu quả làm việc
thấp. Bởi vậy người ta cải tạo thiết bị này bằng cách đặt nhiều dây vòng xoắn để chiếm
nhiều diện tích của thùng chứa làm cho vận tốc của chất tải nhiệt ở thùng tăng lên. Vì
thể tích chất lỏng trong thùng lớn, nhiệt độ đều nhau ở mọi chỗ nên làm tăng hiệu số
nhiệt độ chung.
Loại này có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền có thể chế tạo từ nhiều loại vật
liệu khác nhau, có khả năng chịu được áp suất lớn (đến 2000 N/cm2) ít nhạy cảm với
sự thay đổi nhiệt độ vì nó giãn nở tự do. Tuy nhiên loại này khó làm
sạch bề mặt trong ống.
Ngoài các thiết bị trên còn có các thiết bị đúc bằng gang, giữa
lớp vỏ đúc bằng gang đó đặt ống xoắn bằng thép hay thiết bị dùng ống thép
hàn bên ngoài xung quanh vỏ.
Hình: Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà
- Loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống.
Dùng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng, khí và hơi.
Về cấu tạo thiết bị gồm có nhiều loại ống, đoạn này tiếp lên đoạn kia nối lại với
nhau nhờ các ống khuỷu, mỗi đoạn gồm hai ống có đường kính khác nhau, lồng vào
nhau.
Mỗi chất lỏng tải nhiệt đi ở ống trong còn một chất tải nhiệt đi ở khoảng không
gian giữa hai ống và thường cho hai lưu thể đi ngược chiều nhau.
Khi đun nóng chất lỏng bằng hơi nước hoặc khi ngưng tụ hơi bão
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 17 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
hoà thì cho chất lỏng đi từ phía dưới vào ống trong rồi đi ra phía trên, còn hơi đi vào
phía trên đi vào khoảng trống giữa hai ống và cùng nước ngưng tụ đi ra phía dưới.
Nếu trong khi sử dụng không cần làm sạch phía trong ống và khoảng giữa hai ống
thì thiết bị trao đổi phía bên trong không cần tháo và ứng dụng khi số nhiệt độ giữa
thành ống của hai ống nhỏ hơn 500
0
C. Nếu hiệu số nhiệt độ giữa thành của hai ống lớn

hơn 500
0
C và cần phải làm sạch khoảng trống giữa hai ống thì làm cơ cấu hộp đệm ở
một đầu hoặc hai đầu.
Vật liệu chế tạo thiết bị thường dùng thép cacbon, thép chịu axit, sành sứ, thuỷ
tinh…
Loại thiết bị này có ưu điểm là hệ số truyền nhiệt lớn, vận tốc của chất tải nhiệt
lớn, không có cặn bám trên thành ống, chế tạo đơn giản. Tuy nhiên thiết bị này lại
cồng kềnh, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống, chi phí cho một m2 bề mặt trao
đổi nhiệt độ lớn, chúng chỉ thích hợp khi lưu lượng chất tải nhiệt bé và trung bình.
Hình: Thiết bị ống lồng ống
- Loại thiết bị ống chùm.
Thiết bị này được dùng phổ biến trong công nghiệp hoá chất có ưu điểm là có cấu tạo
gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn.
Thiết bị đơn giản của loại này là loại ống chùm kiểu ống đứng, gồm có vỏ hình
trụ, hai đầu hàn hai lưới ống, các ống truyền nhiệt được ghép chắc vào lưới ống. Đáy
và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bu lông ghép chắc.
Trên vỏ, nắp và đáy có cửa để dẫn chất tải nhiệt. Thiết bị được đặt trên giá đỡ nhờ
tai treo hàn vào vỏ.
Một lưu thể đi vào từ dưới đáy qua các ống lên trên và ra khỏi thiết bị, một lưu thể
đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng trống giữa ống và vỏ rồi ra phía dưới.
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 18 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Cách bố trí ống trên lưới ống thường có 3 kiểu bố trí theo hình sáu cạnh hoặc theo
đường tròn đồng tâm, có khi người ta xếp theo kiểu đường thẳng hàng.
Hình: Thiết bị ống chùm
1. Vỏ thiết bị
2. Ống truyền nhiệt
3. Lưới ống
4. Nắp

Phần II
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
I. Các số liệu về dầu thô Trung Đông:
Các số liêu để vẽ đường cong điểm sôi thực
Nhiệt độ chưngcất,
o
C
Phân đoạn % trọng
Lượng
Tổng phân đoạn %
Trọng lượng
d
20
4
- - 100 6,5 6,5 0,6781
100 - 110 2,33 8,83 0,7215
110 - 120 1,96 10,52 0,7323
120 - 130 1,42 11,94 0,7439
130 - 140 1,42 13,36 0,7515
140 - 150 1,30 14,66 0,7578
150 - 160 1,57 16,23 0,7661
160 - 170 1,54 17,77 0,7737
170 - 180 1,57 19,34 0,7810
180 - 190 1,34 20,68 0,7887
190 - 200 1,30 21,96 0,7945
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 19 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
200 - 210 1,57 23,55 0,7985
210 - 220 1,65 25,20 0,8046
220 - 230 2,17 27,37 0,8187

230 - 240 1,01 28,38 0,8212
240 - 250 1,38 29,76 0,8252
250 - 260 1,81 31,57 0,8297
260 - 270 1,89 33,43 0,8377
270 - 280 2,56 36,02 0,8422
280 - 290 2,29 38,31 0,8431
290 - 300 2,05 40,36 0,8470
300 - 305 1,30 41,63 0,8536
305 - 310 1,18 42,84 0,8592
310 - 315 0,95 43,79 0,8639
315 - 320 0,71 44,50 0,8680
320 - 325 0,99 45,46 0,8710
325 - 330 0,82 46,23 0,8722
Bảng 1
Các tính chất của dầu thô:
d
20
4
= 0,8663
Độ nhớt
o
E
50
= 1,85
Điểm chớp cháy < 115
o
C
Điểm đông đặc < -20
o
C

Chỉ số axit = 0,115 mgKOH/g
Đồ thị đường cong điểm sôi thực của dầu thô:
Hình 1:
II. Phân chia phân đoạn sản phẩm:
II.1. Chia phân đoạn xăng:
Chọn xăng cho quá trình reforming xuc tác. Lấy điểm cuối của xăng là 170
o
C. Trên
đường cong điểm sôi thực sẻ tìm được phân đoạn xăng thu được tương ứng với điểm
sôi cuối 170
o
C là 18%.
II.2. Chia phân đoạn kerosen(dầu hoả):
Lấy dầu hoả làm nhiên liệu phản lực. Theo tiêu chuẩn STAS dầu yêu cầu các điều
kiện sau:
Đến 280
o
C chưng cất được 98% thể tích trên đường cong STAS của dầu hoả. Vậy
theo đồ thị [16] 98% vol trên đường cong STAS sẻ tương ứng với 98% trọng lượng
PRF.
Tại 280
o
C trên đồ thị PRF của dầu thô sẻ chưng cất được 34,6%, tương ứng với
34,6 – 18 = 16,6% là dầu hoả. Y = (16,6 x 100)/98 = 17,2%
Điểm sôi của phân đoạn kerosen sẻ là 284
o
C
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 20 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
II.3. Chia phân đoạn nhiên liệu diezel:

Theo tiêu chuẩn nhiên liệu diezel phải có những đặc điểm sau:
Đến 350
o
C chưng cất được 88% vol trên đường cong STAS, sẻ ứng với 85% trên
đường cong PRF.
Tại 350
o
C trên PRF của dầu thô sẻ chưng cất được 47,4%, tương ứng với 47,4 –
(18 + 17,2) = 12,2% là diezel. Z = (12,2 x 100)/85 = 14,3%
Điểm sôi cuối của phân đoạn nhiên liệu diezel sẽ là 370
o
C
III. Vẽ đường cân bằng VE cho các sản phẩm:
Sử dụng phương pháp Obradoikov và Smidovici, coi áp suất là 1at.
III.1 Đương cong VE của xăng:
Trước tiên tính độ dốc của toàn bộ đường cong PRF nhờ biểu thức:
100 0
0 100
100
PRF
t t
P
−
−
=
[34]
t
0
=35
o

C, t
100
=170
o
C
0 100
170 35
1,35
100
PRF
P
−
−
= =
t
50
=108
o
C
Theo hình vẽ [23] ta có x = 19, y = 69
Dựa vào biểu thức:
. (1 ).C l y l x
= + −
[35]
Trong đó:
l: là phân đoạn chưng cất đến một nhiệt độ nào đó trên đường cong VE.
C: phần trăm tương ứng với cùng một nhiệt độ trên, trên đường cong PRF.
x: điểm đầu của đường cong VE, biểu thị bằng phần trăm chưng cất trên cùng nhiệt
độ trên PRF.
y: phần trăm chưng cất trên PRF ứng với 100% chưng cất trên VE.

Kết quả tính toán được lập ở bảng bên dưới:
l
0,00 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
C 19 21,5 24 29 34 39 44 49 54 59 64 69
o
C của
VE
71 74 78 84 90 96 101 106 113 119 124 130
Hình 2: Đường cong VE của xăng
III.2. Đường cong VE của kerosen:
t
o
= 170
o
C
t
100
=284
o
C
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 21 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
0 100
284 170
1.14
100
PRF
P
−
−

= =
t
50
= 230
o
C, x = 32, y = 63
kết quả tính toán được lập ở bảng bên dưới:
l
0,00 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
C 32 33,5 34,9 38,0 41 43,4 47 50 53 56 59,2 62
o
C của
VE
208 211 213 218 219 222 226 230 233 236 239 242
Hình 3: Đường cong VE của kerosen
III.3. Đường cong VE của nhiên liệu diezel:
t
o
= 284
o
C
t
100
= 370
o
C
0 100
370 284
0,86
100

PRF
P
−
−
= =
t
50
= 319
o
C
x = 33
y = 58
Kết quả tính toán được tổng hợp ở bảng bên dưới:
l
0,00 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
C 33 34,2 35,5 38,5 40,6 43,0 45,5 48,0 50,5 53,0 55,5 58,0
o
C của
VE
305 306 307 309 311 313 315 317 319 321 323 325
Hình 4: Đường cong VE của diezel
IV. Tính các tính chất trung bình của sản phẩm:
IV.1 Tỉ trọng trung bình:
Dựa vào bảng 1 và đường cong điểm sôi thực của dầu thô, kết quả tính toán hiệu
xuất sản phẩm ta sẽ tính được tỉ trọng d
20
4
của các sản phẩm và chuyển sang
15,6
15,6

d
.
Tỉ trọng trung bình của xăng: d
20
4
= 0,73,
15,6
15,6
d

= 0,738
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 22 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
Tỉ trọng trung bình của kerosen: d
20
4
= 0,82,
15,6
15,6
d

= 0,825
Tỉ trọng trung bình của nhiên liệu diezel: d
20
4
= 0,862,
15,6
15,6
d

= 0,864
Tỉ trọng trung bình của mazut:
20 20 20
4 4ker ker 4
20
4( )
. . .
100
xăng xăng osen osen mazut mazut
dâuThô
d x d x d x
d
+ + +
=
20
4
0,73 18 0,82 17,2 0,862 14,3 50,5
0,8663
100
mazut
x x x d x+ + +
=
20
4mazut
d
= 0,925;
15,6
15,6
d

= 0,929
IV.2 Tính nhiệt độ soi trung bình phân tử: t
mm
Nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích được xác định theo công thức:
t
mv
=
5
t t t t t
%90%70%50%30%10
++++
(
0
C) [37,51-5]
- Nhiệt độ
sôi trung bình của xăng:
57 86 108 132 157
108
5
mv
t
+ + + +
= =
0
C
Độ dốc của đường cong:
90% 10%
10 90
157 57
1,25

80 80
t t
P
−
−
−
= = =
Theo hình vẽ [32] t
mm
= 108 – 14,5 = 93,5
0
C
- Nhiệt độ sôi trung bình của kerosen:
108 206 230 250 272
247,6
5
mv
t
+ + + +
= =
0
C
90% 10%
10 90
272 180
1,15
80 80
t t
P
−

−
−
= = =
t
mm
= 247,6 – 10,5 = 237,1
0
C
- Nhiệt độ sôi trung bình của diezel:
290 304 319 332 354
319,8
5
mv
t
+ + + +
= =
0
C
90% 10%
10 90
354 290
0,8
80 80
t t
P
−
−
−
= = =
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 23 SVTH: Nguyễn Văn Hon

Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
t
mm
= 319,8 – 7 = 312,8
0
C
IV.3 Tính phân tử trọng trung bình của các sản phẩm:
Từ giá trị t
mm
và
15,6
15,6
d

trên hình vẽ [33, 53] ta xác định được phân tử lượng trung bình như sau:
Phân tử lượng trung bình của xăng: M
x
= 90
Phân tử lượng trung bình của kerosen: M
k
= 186
Phân tử lượng trung bình của nhiên liệu diezel: M
d
= 253
Các tính chất trung bình của sản phẩm được tổng hợp ở bảng bên dưới:
Sản phẩm
20
4
d
15,6

15,6
d
t
mm
M
Xăng 0,73 0,738 93,5 90
Kerosen 0,82 0,825 237,5 186
Diezel 0,862 0,8642 312,8 253
Mazut 0,925 0,929 - -
V. Tính lưu lượng:
V.1 Lưu lượng của nguyên liệu ban đầu:
Năng suất của tháp: 7.000.000 tấn/năm
Ngày làm việc: 325 ngày
Ngày tu sửa: 40 ngày
Lưu lượng hàng ngày: 7.000.000/325 = 21538,5 tấn/ngày
Lưu lượng hàng giờ: 21538,5/24 = 897,4 tấn/giờ
V.2 Tính lưu lượng của các sản phẩm và hơi nước:
- Hơi nước vào đáy tháp:
Thường chon 5% trọng lượng so với lưu lượng của mazut thải ra.
- Hơi nước dùng cho các tháp phụ:
Thông thường chọn bằng 2,5% trọng lượng so với lưu lượng của các sản phẩm.
Kết quả được tổng hợp ở bảng bên dưới:
Sản phẩm % trọng lượng Kg/h M Kmol/h
Xăng 18 161532 90 1795
Kerosen 17,2 154352,8 186 830
Diezel 14,3 128328,2 253 507
Mazut 50,5 453187 - -
Hơi nước - 29726 18 1651
Hơi nước cho đáy tháp:
5 453187

22659
100
x
=
Kg/h = 1259 Kmol/h
Hơi nước cho tháp phụ lấy nhiên liệu diezel:
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 24 SVTH: Nguyễn Văn Hon
Đố án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông
2,5 128328,2
3208
100
x
=
Kg/h =
3208
178
18
=
Kmol/h
Hơi nước cho tháp phụ lấy kerosen:
2,5 154352,8
3859
100
x
=
Kg/h =
3859
214
18
=

Kmol/h
VI. Tính chế độ nhiệt trong tháp chưng phân đoạn:
VI.1 Xác định áp suất trong tháp:
- Áp suất trên đỉnh tháp:
Do mất mát áp suất trên các đường ống dẫn nên áp suất tại đỉnh tháp thường lớn
hơn so với áp suất tại tháp tách (760mmHg) khoảng 20%.
P
đỉnh
= 760 +20x760 = 912 mmHg
- Áp suất trên đĩa lấy kerosen:
Dọc theo cột chưng cất áp suất tăng trên mỗi đỉa khoảng 5 – 8 mmHg. Chọn số đĩa
từ đỉnh cho đến chổ lấy sản phẩm kerosen là 10 đĩa. Áp suất trên đĩa lấy kerosen sẽ là:
P
k
= 912 + 5x10 = 962 mmHg
- Áp suất trên đĩa lấy nhiên liệu diezel:
Chon số đĩa từ đĩa lấy kerosen đến đĩa lấy diezel là 10 đĩa. Cũng như trường hợp lấy
kerosen, áp suất trên đĩa lấy diezel sẽ là:
P
d
= 962 + 5x10 = 1012 mmHg
- Áp suất của vùng nạp liệu vào:
Chọn số đĩa từ chổ lấy nhiên liệu diezel đến vùn nạp liệu là 10 đĩa
P
nap liệu
= 1012 + 5x10 = 1062 mmHg
Chọn số đĩa từ phần nạp liệu đến đáy là 25 đĩa.
Vậy tổng số đĩa trong tháp là: N = 55 đĩa
VI.2. Xác định nhiệt độ trong tháp:
- Nhiệt độ tại vùng nạp liệu:

Điểm sôi cuối của sản phẩm trắng (xăng, kerosen, diezel) trên đường cong VE là
314
0
C.
Theo định luật Dalton ta có:
P = P
nap liệu
. Y
Trong đó:
P: áp suất riêng phần của sản phẩm dầu, mmHg
P
nạp liệu
: áp suất tại đĩa nạp liệu, mmHg
Y: phần mol của sản phẩm dầu, kmol
x k d
x k d hn
m m m
Y
m m m m
+ +
=
+ + +
Với
, , ,
x k d hn
m m m m
là phần mol của các sản phẩm dầu và hơi nước.
Thay các giá trị vào ta có:

1795 830 507

1062. 695
1795 830 507 1651
P
+ +
= =
+ + +
mmHg
GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu Trang: 25 SVTH: Nguyễn Văn Hon