Tháp chưng cất

Mục lục:
Đồ án 1
Phần 1:
1.Tính nhiệt độ đỉnh, đáy tháp chưng cất và bình tách
a.Tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất 2 (t
2a
).........................................5
b.Tính nhiệt độ đáy tháp chưng cất 2 (t
2b
)..........................................6
c.Tính nhiệt độ đáy tháp chưng cất 1 (t
1b
)...........................................7
d.Tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất 1 (t
1a
).........................................9
e.Tính nhiệt độ bình tách 14 (t
14
).........................................................8
2.Đề xuất biện pháp trao đổi nhiệt ở 3,4,5,6 và 15....................................................11
3.Bổ sung các thiết bò cần thiết cho sơ đồ công nghệ chưng cất một hỗn hợp
hydrocacbon nhẹ.........................................................................................................11
4.Tính tải nhiệt của 4.
Phần 2:
1. Nhiệt độ đỉnh các tháp chưng cất có phụ thuộc độ hồi lưu không?.....12
2. Dòng L và M có gì khác nhau và giống nhau?.......................................13
3. Nhiệt độ nào thì ở 6 hoàn toàn ở thể hơi?..............................................13
4. So sánh nhiệt độ t
2b
và t
2b’.

........................................................................13
5. Có thể đặt 8 sau 15 được không?.............................................................14
6. So sánh nhiệt độ, số pha của dòng E và dòng E
’
....................................14
7. Có thể lắp đặt 4 ở vò trí khác được không?............................................14
8. Tác dụng của thiết bò 13...........................................................................14
Đồ án 2
Phần 1:
1. Tính nhiệt độ tại đóa lấy phân đoạn (240 - 350)
0
c....................................16
2. Lắp đặt hệ thống bơm và thiết bò trao đổi nhiệt khả dó thực hiện quá
trình đó một cách chấp nhận được.
3. Tính công suất bơm. Để đẩy dòng hồi lưu vì tháp chưng cất nếu sau khi
được làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết dòng đó được chứa trong một bồn
nằm trên mặt đất.
Phần 2:
1. Nên thực hiện hồi lưu vòng trong trường hợp nào? Cho biết cái lợi, cái
hại của hồi lưu vòng.......................................................................................19
2. Dòng hồi lưu vòng thường quay về tháp chưng cất ở vò trí cao hơn vò trí
lấy ra một vài đóa, không cao hơn, không thấp hơn, vì s
ao?...................................................................................................................20
........3. Nhiệt độ của dòng hồi lưu ngoài (kể cả hồi lưu vòng) phải thấp hơn
nhiệt độ tại đó nó vào tháp chưng cất, vì sao? Nhưng không nên thấp hơn
quá nhiều, vì sao?...........................................................................................20
......4. Để có dòng hồi lư luôn cần phải làm lạnh. Có thể làm lạnh bằng các
dòng lạnh khác nhau......................................................................................20
Dòng hồi lưu lạnh từ các tháp loại butan, loại propan nên được làm lạnh
bằng cách nào? Còn dòng hồi lưu vòng?

5. Tài liệu tham khảo.....................................................................................21

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 các tiểu phân đoạn. Người ta cần chưng cất không những
dầu thô, khí đồng hành, khí tự nhiên mà cả hỗn hợp sản phẩm ra khỏi các lò phản ứng hoá học
dùng trong các quá trình chế biến sâu dầu mỏ cũng như trong lónh vực hoá dầu.
Sự chưng cất được thực hiện trong các thiết bò chưng cất. Thiết bò chưng cất gồm tháp
chưng cất và bình tách cùng các thiết bò phụ trợ như thiết bò làm lạnh, thiết bò làm lạnh ngưng
tụ, lò gia nhiệt …
Tháp chưng cất là thiết bò chủ yếu của một phân xưởng chưng cất. Từ xa nhìn vào một
nhà máy lọc dầu ta thấy lô nhô những tháp cao, hầu hết chúng là những tháp chưng cất. Chúng
thường có kích thước to lớn, cao hơn hẳn nhiều thiết bò khác, thường có cấu trúc hình viên trụ,
nên thường được gọi là tháp (tháp chưng cất).
Hầu hết các tháp chưng cất dùng trong công nghiệp lọc hoá dầu và chế biến khí tự
nhiên là tháp đóa. Đóa (mâm) là một cấu trúc cơ khí nằm ngang trong tháp chưng cất, có tác
dụng tạo điều kiện cho pha hơi đang bay lên và pha lỏng đang đi xuống tiếp xúc với nhau một
cách tốt và đủ lâu để sự trao đổi chất giữa chúng xảy ra được hoàn hảo.
Trong tháp chưng cất luôn có nhiều đóa. Đó là những đóa thực. Số đóa thực bao giờ cũng
lớn hơn số đóa lý thuyết tính được bằng các phương pháp. Sự khác nhau đó thường vào khoảng
1,2 -1,5 lần. Các tháp chưng cất trong nhà máy lọc dầu, trong nhà máy chế biến khí có từ mười
đến dăm sáu chục đóa, còn trong nhà máy lọc hoá dầu có thể còn nhiều hơn vì ở đó có thể có
nhu cầu phân tách cao hơn, tạo ra những phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau rất ít, thậm chí
tạo ra các chất gần như nguyên chất.
Đường kính của tháp chưng cất phu thuộc chủ yếu vào công suất của nó, nghóa là phụ
thuộc vào lưu lượng nguyên liệu (để chưng cất), đúng hơn là phụ thuộc vào lưu lượng các dòng
hơi và các dòng lỏng trong tháp, còn chiều cao của tháp thì chủ yếu phụ thuộc vào số đóa mà
nó có. Khoảng cách giữa 2 đóa liên tiếp vào khoảng 0,25 – 0,8m và có thể còn lớn hơn nữa,
đặc biệt là trong các tháp chưng cất hoạt động ở áp suất thấp. Cần chú ý là khoảng cách đó ở
đóa nạp liệu còn lớn hơn, thường là 0,8 – 1,2m. ngoài ra cũng cần một không gian đáng kể ở

đỉnh tháp và ở đáy tháp. Khoảng cách giữa đóa trên cùng và trần tháp thường là 1m, còn
khoảng cách giữa đóa dưới cùng và mặt đáy tháp phải như thế nào để thể tích vùng đó bằng
khoảng 20 – 25% lưu lượng cặn chưng cất tính ra m
3
/h.
Tháp chưng cất luôn được đặt trên một bệ cao chừng 4 - 5m để tạo điều kiện thuận lợi
cho việc lấy phân đoạn cặn. Phía trên tháp có thể còn có các kết cấu che chắn. Quanh tháp
luôn có các cầu thang, các chái cầu thang, các ống dẫn các phân đoạn v.v…
đỉnh tháp luôn phải có 1 ống dẫn phân đoạn hơi bay ra khỏi tháp. Tiết diện của ống
đó phải như thế nào để tốc độ dòng hơi bay trong đó là 12 – 20m/s.
đáy tháp phải có một đường dẫn pha lỏng cặn chưng cất ra ngoài. Một số tháp còn có
những ống dẫn các phân đoạn sườn đi ra và thậm chí cả đi vào tháp trong trường hợp thực hiện
hồi lưu, khi stripping các phân đoạn. Tốc độ các dòng lỏng đó vào khoảng 0,2 – 0,8m/s trong
chế độ tự chảy, 1 – 3m/s ở chế độ chảy cưỡng bức nhờ bơm. Ống dẫn pha lỏng lấy từ sườn
tháp được lắp đặt tại một vò trí thấp hơn mặt đóa tại đó lỏng được lấy ra một khoảng 30 – 40cm.
Bên sườn tháp chưng cất phải có những cửa sổ để qua đó con người có thể chui vào tiến
hành sửa chữa, làm vệ sinh. Đó là những lỗ chui có đường kính khoảng 60cm.
Dó nhiên ở tháp chưng cất còn phải có những lỗ để lắp đặt các bộ cảm biến của các
thiết bò đo đạc, kiểm tra, điều khiển.
Tháp chưng cất cần được bảo vệ khỏi hiện tượng mài mòn – ăn mòn và cần được cách
nhiệt tốt. Tại đóa nạp liệu và tại đóa nạp hơi ( ra từ thiết bò tái đun) cần có những tấm chắn đặc
biệt để chống sự va đập trực diến quá mạnh của dòng nguyên liệu vào thành tháp với tốc độ
lớn. Tốc độ hỗn hợp nguyên liệu lỏng – hơi vào tháp có thể đạt chục mét trong 1 giây. Tấm
chắn ở vùng nạp liệu thường là một tấm kim la có đục lỗ và cong theo thành tháp như ở hình
4.1. Tháp chưng cất được làm từ thép không gỉ và có thể được bảo vệ điện hoá, ví dụ bằng
phương pháp bảo vệ âm cực. Để cách nhiệt với môi trường xung quanh người ta thường trát
lên vỏ kim loại một lớp vật liệu xốp, nhẹ, không cháy và bền cơ học cũng như chòu được sự
xâm thực của môi trường như: thuỷ tinh bọt, bông thuỷ tinh, amiăng v.v… Để tăng cường độ
chòu lực cần đắp từng lớp vật liệu cách nhiệt xen lẫn với các tấm lưới băng dây sắt tráng kẽm.
Phía ngoài cùng có thể phủ một lớp ximăng mỏng khoảng dăm li. Có thể bọc tháp bằng các

tấm nhôm.
Phần 1:
E
Nguyên liệu
T
13
8
9
A
10
M
L
5
B
D
C12
6
X
E
’
15
4
13
11
K
14
T
14
H
3

T
1a
2
T
1b
T
2a
2
T
2b
Sơ đồ công nghệ giản đơn hoá để chưng cất một hỗn hợp hydrocacbon nhẹ.
Đặt trưng của các phân đoạn B,C,D như sau:
Chất B C D
C
2
H
6
0,020 - -
C
3
H
8
0,962 0,023 0,004
nC
4
H
10
0,015 0,959 0,010
nC
5

+
(M=80)
0,003 0,018 0,986
Lưu lượng[tấn/h]
0,83 0,77 0,48
1. Tính nhiệt độ đỉnh, đáy tháp chưng cất và bình tách.
Điều kiện làm việc: - Nhiệt độ môi trường 25
0
c
- p suất [atm] ở đỉnh 1 : 11,5
ở đáy 1 : 11,8
ở đỉnh 2 : 15,5
ở đáy 2 : 15,8
ở 14 : 11,4
- Độ hồi lưu của 2: 1,5
- Xung quanh phân xưởng có nguồn nước ngọt
phong phú.
- Các phân đoạn B,C cần chuyển đi xa bằng đường
ống, phân đoạn D được cho vào bồn chứa tại
phân xưởng.
- Phân xưởng này nằm trong một nhà máy có
nguồn khí đốt rẻ tiền.
*. Phương pháp tính nhiệt độ trong tháp chưng cất:
Nhiệt độ trong tháp chưng cất thay đổi từ đóa này sang đóa khác, có giá trò phụ thuộc
vào bản chất, thành phần các pha và áp suất. Vì ở tại mỗi đóa có cân bằng lỏng hơi nên cần
phải dựa vào đường chưng cất flash để tính nhiệt độ. Nguyên tắc cơ bản là: nhiệt độ ở đó một
pha hơi được lấy ra ở đỉnh tháp chưng cất là nhiệt độ T
100
trên đường chưng cất flash, còn nhiệt
độ tại đó lấy một pha lỏng ra khỏi tháp chưng cất là T

0
trên đường flash của pha lỏng được lấy
ra.
Khi biết thành phần, áp suất hơi bão hoà, có thể tính nhiệt độ ở đỉnh và ở đáy tháp
chưng cất như sau:
Theo đònh nghóa T
0
là nhiệt độ bắt đầu sôi, ở đó tổng áp suất hơi riêng phần phải bằng
áp suất hệ p.
y = P
1
x và 1-y = P
2
(1-x)
αx
1 1+ (α -1)x
Hay y =
Với α = P
1
/P
2
. Vậy α càng lớn thì y càng khác xa x.
Đối với hệ hai chất, ta có:
P
1
.x
1
+ P
2
.x

2
= P
Hay y
1
+ y
2
= 1
Từ đó ta rút ra: K
1
x
1
+ K
2
x
2
= 1
Bằng cách chứng minh tương tự, với hệ nhiều chất, nhiệt độ tại đóa lấy một pha lỏng là nhiệt độ
thoã mãn hệ thức:
Σy
i
= ΣK
i
x
i
= 1
Trong đó: x
i
là nồng độ ở pha lỏng của cấu tử i; K
i
là hằng số cân bằng của cấu tử i theo đònh nghóa:

Nhiệt độ ở đỉnh bất kỳ một tháp chưng cất có thể tìm được một cách logic là nhiệt độ ở đó thoả
mãn hệ thức:
Σx
i
= Σy
i
/K
i
= 1
a.Tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất 2:
Bảng 1A. Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ ở đỉnh tháp chưng cất 2.
Chất Y K
50
K
49
K
48
y/ K
50
y/ K
49
y/ K
48
C
2
H
6
0.0200 2.9000 2.8000 2.8000 0.0069
0.0071
0.0071

C
3
H
8
0.9620 1.0500 1.0350 1.0250 0.9162
0.9295
0.9385
nC
4
H
10
0.0150 0.4000 0.3900 0.3850 0.0375
0.0385
0.0390
n-C
5
+
0.0030 0.1015 0.0975 0.0945 0.0296
0.0308
0.0317
Tổng
0.9901
1.0058 #1
1.0164
Biết thành phần đỉnh tháp chưng cất 2 ta tìm được nhiệt độ đỉnh tháp là 49
0
c, nếu áp
suất ở đó là 15,5 atm.
b. Tính nhiệt độ đáy tháp chưng cất 2:
1-K

2
K
1
-K
2
P-P
2
P
1
-P
2
x
1
=
=
P
i
P
K
i
=
Bảng 1B. Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ ở đáy tháp chưng cất 2.
Chất Y K
107
K
106
K
104
y/ K
107

y/ K
106
y/ K
104
C
2
H
6
0.0000 5.3900 5.3700 5.3000 0.0000
0.0000
0.0000
C
3
H
8
0.0230 2.2000 2.1700 2.1500 0.0105
0.0106
0.0107
n-C
4
H
10
0.9590 1.0500 1.0200 1.0000 0.9133
0.9402
0.9590
n-C
5
+
0.0180 0.3700 0.3650 0.3600 0.0486
0.0493

0.0500
Tổng
0.9724
1.0001#1
1.0197
Biết thành phần đáy tháp chưng cất 2 ta tìm được nhiệt độ đáy tháp là 106
0
c nếu áp suất ở đó
là 15,8 atm.
c. Tính nhiệt độ đáy tháp chưng cất 1:
Bảng 2A. Số liệu liên quan đến việc tính nhiệt độ đáy tháp chưng cất 1
Chất X K
160
K
162
K
164
x.K
160
x.K
162
x.K
164
C
2
H
6
0,0000
11.2500 11.5000 11.7500 0.0000
0.0000

0.0000
C
3
H
8
0,0040
4.7500 4.9000 4.9500 0.0190
0.0196
0.0198
n-C
4
H
10
0,0100
2.3500 2.4000 2.5000 0.0235
0.0240
0.0250
n-C
5
+
0,9860
1.0600 0.9800 1.1350 1.0452
0.9663
1.1191
Tổng
1.0877
1.0099#1
1.1639
Biết thành phần đáy tháp chưng cất 1 ta tìm nhiệt độ đáy tháp là 162
0

c nếu áp suất ở đó là 11,8
atm.
d. Tính nhiệt độ bình tách 14:
Bảng 2B. Tính toán phân đoạn B
Chất Phân tử
lượng Mi
Phân Đoạn B(0,83tấn/h=830kg/h)
Phần
mol Fi
Mi.Fi Thành
phần khối
lượng
(%)100
.
.
∑
FiMi
FiMi
Lưu lượng
G
hi
(kg/h) F
hi
=G
hi
/M
i
(kmol/h)
C
2

H
6
30 0.02
0.6000 1.3625 16.6000 0.5533
C
3
H
8
44 0.962
42.3280 96.1170 798.4600 18.1468
nC
4
H
10
58 0.015
0.8700 1.9756 12.4500 0.2147
nC
5
+
80 0.003
0.2400 0.5450 2.4900 0.0311
Tổng
1.000
44.0380 100
830
Bảng 2C. Tính toán phân đoạn C
Bảng 2D. Tính toán hơi E
Chất Phân Lưu lượng Phần mol Mi.Fi Thành
ChấtPhâ Phân tử
Lượng M

i
Phân Đoạn C (0,77tấn/h=770kg/h)
Phần mol
Fi
Mi.Fi Thành phần
khối lượng
(%)100
.
.
∑
FiMi
FiMi
Lưu lượng
G
hi
(kg/h) F
hi
=G
hi
/M
i
(kmol/h)
C
2
30 - - - - -
C
3
44 0,023
1.0120 1.7426 17.7100 0.4025
nC

4
58 0,959
55.6220 95.7778 738.4300 12.7316
nC
5
+
80 0,018
1.4400 2.4796 13.8600 0.1733
Tổng
58.0740
770
13.3073