ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT DẦU THÔ

Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Tính toán thiết kế tháp chưng cất dầu thô
Các dữ liệu cho trước
Tháp chưng cất:
Công suất của tháp:
900 m3/h
Số đĩa:
30
Áp suất ở đỉnh tháp là 1,5 atm,áp suất gay ra bởi mỗi đĩa là 8 mmHg
Stripping 5% cho tất cả các phân đoạn
Dầu thô Bạch Hổ:
Tỉ khối (d):
KUOP:

0.824
12,39

Phần chưng Nhiệt độ
Tỉ khối tức Phần chưng Nhiệt độ
Tỉ khối tức
o
cất [%V] Bảng
[oC]1: Thành thời
cất
[%V]
[
C]
phần cất và tỉ khối tức thời của dầu thôthời
4,38
70

0,528
37,73
270
0.805
7,01
90
0,692
43,88
300
0.817
10,83
120
0,719
49,62
330
0.823
13,91
140
0.735
55,69
360
0.842
18,86
170
0.755
61,27
400
0.864
20,58
190

0.767
70,19
440
0.880
25,17
210
0.777
77,22
480
0.894
30,73
240
0.792
83,53
520
0.906

gentle

-1-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Nhiệt độ

%V

Hình 1: Các đường đặc trưng của dầu thô Bạch Hổ

Tỉ Khối

%V

Hình 2: Tỉ khối tức thời đặc trưng của dầu thô Bạch Hổ

gentle

-2-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Căn cứ vào đường TBP có thể chia dầu thô thành 6 phân đoạn bằng tháp chưng
cất khí quyển:
Phân đoạn khí
Phân đoạn xăng nhẹ
Phân đoạn xăng nặng
Phân đoạn kerosen
Phân đoạn gasoil
Phân đoạn cặn AR

: 3% thể tích
: 6% thể tích
: 15% thể tích
: 9% thể tích

: 20% thể tích
: 47% thể tích

PĐ khí
Xăng nhẹ

Vùng đỉnh
tháp

Nước

Vùng xăng
nặng

Xăng nặng

Vùng
kerosen

Kerosen

Vùng Gas
Oil

Dầu thô

Vùng nạp
liệu

Gas Oil

Vùng đáy
tháp

Hơi nước
AR

Hình 3: Sơ đồ tháp chưng cất

gentle

-3-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Bảng 2: Đặc trưng của các phân đoạn

Phân đoạn

%V

Khí
Xăng nhẹ
Xăng nặng
Kerosen
GO
∑

AR
Dầu thô

3
6
15
9
20
53
47
100

Thể tích
(m3/h)
27
54
135
81
180
477
423
900

Tỷ khối Khối lượng
d(tấn/m3)
(tấn/h)
0,528
14,528
0,664
35,856

0,748
100,98
0,789
63,909
0,822
147,96
0,761
362,997
0,895
378,585
0,824
740,818

Phân tử
lượng M
58
101
150
190
240
162
446
240,5

Số
Kmol/h
250,48
355,01
673,20
336,36

616,50
2231,55
848,45
3080

Tỉ khối trung bình của một phân đoạn được tính theo công thức:
d = ∑Vidi/∑Vi
Tỉ khối của phân đoạn khí được tính bằng cách nội suy từ đồ thị tỉ khối tức thời
của dầu thô,do phần trăm lượng khí quá nhỏ (3%) ta được d = 0,528.
1. Tính toán nhiệt độ, lưu lượng của tháp chưng cất
Ta lựa chọn vị trí nạp liệu là đĩa thứ 28 cách đáy tháp 2 đĩa. Các vị trí lấy
các phân đoạn sườn cách đều nhau 6 đĩa vậy ta sẽ lấy GO tại đĩa 18, kerosene
tại đĩa 12 và xăng nặng tại đĩa 6 (tính từ đỉnh tháp xuống),phân đoạn xăng nhẹ
và khí sẽ đi ra ở đỉnh tháp.
Đối với tháp chưng cất này chúng ta dùng hơi nước quá nhiệt ở 220 oC ,P=
3atm để stripping cặn AR, các phân đoạn sườn lấy ra từ sườn của tháp chưng cất.
Toàn bộ hơi nước dùng để stripping bị ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh dòng bay hơi
ra từ đỉnh tháp chưng cất và chảy ra ngoài từ đáy bình hồi lưu.
1.1. tính nhiệt độ vùng nạp liệu - đáy tháp

gentle

-4-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Va

Vo

Wo

Dầu thô

Lo

Ta

La
Hơi
nước

Wo

AR= m3/h

VHình
hơiđồbay
lênnạp
từ nguyên
liệutháp
dầu thô
a – dòng
4: Sơ
vùng
liệu – đáy
La – dòng lỏng chảy xuống từ nguyên liệu dầu thô

Vo – dòng hơi sinh ra nhờ stripping
Lo – dòng hồi lưu lỏng
Wo – dòng hơi nước stripping ở đáy tháp
Theo điều kiện ở bảng 2 và hình 4 ta có 2 phương trình sau:
Tổng các phân đoạn gồm GO và nhẹ hơn:
53 = V a + Vo – Lo
Phân đoạn AR :
Trong đó :

47 = L a + Lo – Vo

(1)
(2)

Va, Vo, Lo, La đều được tính bằng phần trăm thể tích so với dầu thô
Va + La = 100

a. Lưu lượng các dòng Vo, Lo
Theo dữ liệu ban đầu tất cả các phân đoạn đều stripping 5%. Vậy theo hình 3-15
( giáo trình công nghệ lọc dầu – trang 63) để stripping 5% AR thì cần dùng 0.9 lb
hơi nước cho 1 gallon AR, tức là khoảng 107 kg hơi nước cho 1 m3 AR. Vậy
lượng hơi nước cần dùng để stripping 5% AR đó là:
Wo = 423*107 = 45261 kg/h = 2514,5 kmol/h

gentle

-5-

3/14/2017

Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Thông thường phải làm bay hơi một lượng dầu thô vượt quá tổng các phân đoạn
distillat (tức là các phân đoạn phía trên đĩa nạp liệu một lượng 3-5%. Ta dùng
Vo = 3%, và lựa chọn Lo = 5%, nên theo phương trình (1) ta có :
53 = Va + Vo – Lo = Va + 3 – 5
 Va = 55%, La = 45%.
b. Độ nặng của các dòng ở vùng nạp liệu
Tỉ khối của dòng Va được tìm nhờ biểu đồ hình 3.17 (sách CNLD). Với độ
nghiêng S = (T30- T10)/20 = (235 – 118)/20 = 5.85[oC] /%], tỷ khối của dầu thô là
0.824 thì tỉ khối của dòng hơi bay lên từ dầu thô Va là 0,775, của dòng La là 0,89.
Phân tử lượng của phân đoạn 0-53% là 162, phân tử lượng của phân đoạn 53%55% (được xác định theo hình 3.13 sách CNLD) là 312, do đó phân tử lượng trung
bình của Va là (162*53 + 312*2)/55 = 167,45.
Khối lượng của dòng Va là : 0,775* 54%*900 = 376,65 tấn/h.
Lưu lượng mol dòng Va là : 376650/167,45 = 2249,3 kmol/h.
• đánh giá tỉ khối của các dòng Vo, Lo căn cứ vào 2 luận điểm sau :
+ trong 2 dòng lỏng La và Lo thì dòng La chứa nhiều các hợp phần nhẹ hơn so với
dòng Lo, vì dòng La vốn là dòng lỏng của dòng dầu thô vừa nạp vào tháp, nó nằm
cân bằng flash với dòng hơi Va, còn dòng Lo là dòng hồi lưu lỏng đã trao đổi chất
khá tốt với dòng hơi phía trên đĩa nạp liệu. Như vậy mặc dù dòng La sinh ra tại đĩa
nạp liệu,còn dòng Lo chảy từ trên xuống qua đĩa nạp liệu nhưng dòng Lo vẫn phải
nặng hơn dòng La.
+ dòng Lo không thể nặng hơn dòng AR.
 ta chọn tỉ khối của dòng Lo là 0,892, như vậy theo hình 4 ta có phương trình
cân bằng khối lượng :
mAR = mLa + mLo – mVo
thay bằng số : 378,585 = 45%*900*0,89 + 5%*900*0,892 – 3%*900*ρVo
ρVo là tỉ khối của dòng hơi Vo. Từ phương trình suy ra : ρVo = 0,805 tấn/m3. Như
vậy phân tử lượng trung bình của dòng Vo là 192.

Lưu lượng mol dòng Vo là : 3%*900*0,805*1000/192 = 113 kmol/h.
gentle

-6-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

c. Nhiệt độ tại đĩa nạp liệu
Áp suất tại đĩa nạp liệu Pa :
Pa = 1,5*760 + 28*8 = 1364 mmHg.
Áp suất hơi riêng phần của dầu tại đĩa nạp liệu Pa, :
Pa, = (Va + Vo)*Pa/(Va + Vo + Wo) = 661 mmHg.
Như vậy, phải vẽ đường flash ở 661,36mmHg để xác định nhiệt độ tại đĩa nạp liệu.
Dầu tiên ta dựng đường flash tại 1atm suy ra từ đường TBP ở áp suất khí quyển.
Sau đó dựng đường flash ở 661,36 mmHg suy ra từ đường flash 1atm. Cuối cùng
xác định T55 của đường đó là nhiệt độ của đĩa nạp liệu.
• suy từ đường TBP 1atm ra đường flash 1atm
+ Vẽ đường gốc DRL bằng cách nối T10 và T70 trên đường TBP rồi kéo dài về
hai phía.
+ Xác định độ nghiêng của đường FRL :
Độ nghiêng của đường DRL : B = (T70,TBP – T10,TBP)/60 = 5,43
+Theo phần trên của biểu đồ, xác định độ nghiêng của FRL ta được : A = 3,60
[oC/%).
+Căn cứ vào phần giữa của biểu đồ và độ nghiêng của đường DRL tìm hiệu số
C = deltaT50 = T50,DRL – T50,FRL = 23oC, suy ra : T50,FRL = 333 – 23 = 310.
+ vẽ đường FRL tại 1atm,sau đó tịnh tiến xuống dưới 10 oC thì thu được đường
FRL tại 661mmHg.

+ Ta coi đường FRL trùng với đường Flash từ 10-70%. Nên lấy T 55 trên đường
FRL 661 mmHg ta được nhiệt độ tại đĩa nạp liệu là 316oC (theo hình 1).
d. Nhiệt độ đáy tháp
Nhiệt độ đáy tháp chính là nhiệt độ của AR
Tính toán nhiệt độ ở đáy tháp chưng cất dựa vào cân bằng entalpy ở vùng nạp liệu
đáy tháp : ∑Hvao = ∑Hra.
Entanpy của các dòng đầu vào được lấy từ biểu đồ hình 3.23 ở trang 83(sách hóa
học dầu mỏ và khí tự nhiên). Entanpy của hơi nước đã cho ở hình 3.14 trang 62
(sách CNLD). Số liệu xuất phát để tìm entanpy cũng như entanpy cho ở bảng 3.
gentle

-7-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Bảng 3. Số liệu liên quan đến vùng nạp liệu – đáy tháp

Dòng

Nhiệt độ

Tỷ khối

Thể tích

Khối lượng

[oC]

d

[m3/h]

[kg/h]

316
316
220

0,89
0,892

405
45

360450
40140
45261

180
179
696

64881000
7185060
31501656

Tđ
316
316

0,895
0,805

423
27

378585
21735
45261

x
241
750

378585.x
5238135
33945750

Vào
La (lỏng)
Lo (lỏng)
Wo
Ra
AR (lỏng)
Vo (hơi)
Wo

Entanpy H
kcal/kg
kcal/h

∑Hvao = 64881000 + 7185060 + 31501656 = 103567716 kcal/h.
∑Hra = 378585x + 5238135 + 33945750 =39183885 + 378585x kcal/h.
Ta có : 103567716 = 39183885 + 378585x suy ra x = 170. Tra ngược lại đồ thị
hình 3.23 trang 83(sách hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên) ta được 304oC.
1.2. Tính nhiệt độ tại đĩa lấy GO
W1

V1

R1

W0

S1

Đĩa lấy HGO
R1

L1

Tháp
strip
ping
W1

Hơi nước
HGO

Ta = 340 oC
Nguyên liệu

L1’ = 180 m3/h

Va

Vo

Wo

Lo

Hình 5: Sơ đồ dòng vùng gas oil
Ta stripping 5% so với GO lấy ra, theo hình 3.15, trang 63 (sách CNLD ) cần 0,25
pound hơi nước cho 1 gallon GO, tức cần 29,75 kg hơi nước cho 1 m3 GO. Từ đó,
tổng lượng hơi nước cần dùng là 29,75.180 = 5355 kg/h hay 297,5 kmol/h.
gentle

-8-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Trong sơ đồ hình 5 về vùng Gas-Oil, ta có:

V1: tổng các phân đoạn hơi = 477 m3
S1: dòng hơi bị stripping từ dòng lỏng L1
S1 = L1 – L’1
Có thể coi S1 có tỷ khối bằng tỷ khối của Kerosen, bằng 0,789
S1 = (5/95).180 = 9,47 m3/h = 7474,7 kg/h
Cân bằng giữa dòng dầu vào và ra tháp stripping
180*0,822 + 9,47*0,789 = (180 + 9,47)*ρL1
Suy ra khối lượng riêng của L1 là 0,82. Vậy tỉ khối dòng R1 là 0,82, khối lượng
dòng L1 là 155365 kg/h.
Theo phương pháp tính dựa trên cân bằng nhiệt, ta tính được các số liệu cho ở
bảng 4 :
Bảng 4. Số liệu liên quan đến vùng lấy Gas Oil
(Nhiệt độ giả định T1 = 248oC)
Dòng
Vào
Va (hơi)
Vo (hơi)
R1 (lỏng)
Wo
Ra
V1 (hơi)
Lo (lỏng)
R1 (hơi)
Wo

Nhiệt độ

Tỷ khối

Thể tích

Khối lượng

Entanpy H
kcal/kg
kcal/h

[oC]

d

[m3/h]

[kg/h]

316
316
248
316

0,775
0,805
0,82

495
27

383625
21735
R1

45261

242
241
152
750

92837250
15238135
152R1
33945750

248
316
248
248

0,761
0,892
0,82

477
45

362997
40140
R1
45261

213

179
207
718

77318361
718770
207R1
32497398

∑Hvao = 142021135 + 152R1
∑Hra = 110534529 + 207R1
Suy ra R1 = 572483,7 kg/h.
Lưu lượng mol dòng L1, là 616,5 kmol/h.
Lưu lượng mol dòng S1 : 9,47*0,789*1000/190 = 39,3 kmol/h.
Phân tử lượng dòng L1 : 189,47*0,82*1000/(616,5 + 39,3) = 236.
Lưu lượng mol dòng R1 : 572483,7/236 = 2425,78 kmol/h.

gentle

-9-

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Tổng số mol hơi qua đĩa lấy GO là : 2231,55 + 2425,78 + 2514,5 = 7171,83
kmol/h.
Số mol hơi tại đĩa lấy GO : 2425,78 + 616,5 = 3042,28 kmol/h.
Áp suất hơi riêng phần P1, của hơi GO là :

P1, = (3042,28/7171,83)*(1,5*760 + 18*8) = 544,67 mmHg.
Như vậy ta phải vẽ đường Flash của GO tại 544,67 mmHg.
Coi chưng cất là hoàn hảo tức là nhiệt độ phân cắt và nhiệt độ phân cắt và nhiệt
độ kết thúc của GO trùng nhau, hay đương chưng cất TBP của phân đoạn GO
cũng chính là đoạn đường TBP tương ứng với phân đoạn GO của dầu mỏ ( hình
2). Đó là đường TBP của GO trên hình 6. Từ đó vẽ được flash của GO ở 1atm.
Theo hình 3.12 (Hóa Học Dầu Mỏ Khí Tự Nhiên trang 72) chỉ cần tịnh tiến đường
flash đó xuống dưới một đoạn tương ứng 6oC ta sẽ được đường flash của GO ở
544,67 mmHg ( Hình 6) ( cách dựng đường Flash của tương tự như cách dựng
đường Flash của dầu thô).
Dựa vào đường Flash ta tìm được nhiệt độ tại đĩa lấy GO là
nhiệt độ giả định 248oC là chấp nhận được.

gentle

- 10 -

T o = 246oC. Vậy

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Hình 6: Các đường đặc trưng của phân đoạn GO

1.3. Tính nhiệt độ tại đĩa lấy kerosen.
Ta stripping 5% so với kerosen lấy ra, theo hình 3.15, trang 63 (sách CNLD )
cần 0,3 pound hơi nước cho 1 gallon GO, tức cần 35,7 kg hơi nước cho 1 m3
kerosen . Từ đó, tổng lượng hơi nước cần dùng là 35,7.45 = 1605,5 kg/h hay 89,25

kmol/h.

W2
V2

R2

W0

W1

R2

S2

Đĩa lấy Kerosen

Tháp
strip
ping

L2

W2

W1

gentle

T1 = 270 oC

- 11 -

V1

R1

Wo

R1

S1
L1

Kero
sen
L2’ = 81 m3/h

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Hình 7: Sơ đồ dòng vùng kerosen

Trong hình 7 về vùng Kerosen có :
Tổng các phân đoạn hơi bay qua đĩa lấy: Kerosen V2= 27 +54+135+81 = 297m3/h.
S2: dòng hơi bị stripping từ dòng lỏng L2.
L2 = L’2 + S2
Có thể coi S2 có tỷ khối bằng tỉ khối của xăng nặng , bằng 0.748.

S2 = 5/95*81 = 4,26 ( m3/h) = 4,26*0,748*1000=3186,48 ( kg/h).
Cân bằng giữa dòng dầu vào và ra tháp stripping:
81*0,789 + 4,26*0,748 = (81 + 4,26)*ρL2
Suy ra khối lượng riêng của dòng L2 là ρL2 = 0,787. Vậy tỉ khối dòng R2 là 0,787.
Khối lượng dòng L2 = (81 + 4,26)*0,787*1000 = 67099,62 kg/h.
Lưu lượng mol dòng L2, = 336,36 kmol/h.
Lưu lượng mol dòng S2:
S2 = 3186,48/150 = 21,2 kmol/h.
Phân tử lượng dòng L2 = (81 + 4,26)*0,787*1000/(336,36 + 21,2) = 187,66.

gentle

- 12 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Bảng 5: Số liệu liên quan đến vùng lấy Kerosen, giả sử nhiệt độ tại đĩa
lấy Kerosen là 218oC.
Dòng

Nhiệt độ
[oC]

Tỉ khối

Vào
V1 (hơi)

R1 (hơi)
S1 (hơi)
R2 (lỏng)
Wo+ W1

248
248
248
218
248

0.761
0.82
0.789
0.787

Ra
V2 (hơi)
R1 + L1 (lỏng)
R2 (hơi)
Wo+ W1

218
248
218
218

0.724
0.82
0.787

Thể tích
m3/h

Khối
lượng

477

362997
572483,7

9,47

297

Enthalpy
Kcal/kg

Kcal/h

7471,83
R2
50616

213
207
200
125
718

118504125,9
1494366
125R2
36342288

215028
727848,7
R2
50616

197
152
182
695

42360516
110633002,4
182R2
35178120

77318361

Cân bằng entalpy của phân đoạn lấy Kerosen là :
∑Hvao = 233659140,9 + 125R2
∑Hra = 188171638,4 + 182R2
Suy ra R2 = 798026,36 kg/h
Lưu lượng mol dòng R2: 798026,36 /192 = 4156,38 (kmol/h).
Tổng số mol hơi qua đĩa lấy Kerosen là:
4156,38 +250,48 + 355,01 + 673,20 + 336,36 + 50616/18 = 8583,43 (kmol/h).

Số mol hơi tại đĩa lấy Kerosen là: 4156,38 + 336.36 = 4492,74 (kmol/h).
Áp suất hơi riêng phần P2’ của hơi Kerosen:
P2’ = (4492,74/8583,43)*(1,5*760 + 12*8) = 647 mmHg
Ta vẽ đường flash của Kerosen tại 647 mmHg.
Coi chưng cất là hoàn hảo tức là nhiệt độ phân cắt và nhiệt độ phân cắt và nhiệt
độ kết thúc của Kerosen trùng nhau, hay đương chưng cất TBP của phân đoạn

gentle

- 13 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Kerosen cũng chính là đoạn đường TBP tương ứng với phân đoạn Kerosen của
dầu mỏ ( hình 2). Đó là đường TBP của Kerosen trên hình 9. Từ đó vẽ được flash
của Kerosen ở 1atm. Theo hình 3.12 (Hóa Học Dầu Mỏ Khí Tự Nhiên trang 72)
chỉ cần tịnh tiến flash đó xuống dưới một đoạn tương ứng 4oC ta sẽ được đường
flash của Kerosen ở 647 mmHg (theo hình 9,cách dựng tương tự như phần trước).

Hình 9: Các đường đặc trưng của Kerosen

Từ đường flash của kerosen ở 647 mmHg ta tìm được T o = 217oC,là nhiệt độ tại
đĩa lấy Kerosen, chỉ khác 1oC so với nhiệt độ giả định. Vậy nhiệt độ tại đĩa lấy
Kerosen là 218oC.
1.4. Tính nhiệt độ tại đĩa lấy xăng nặng
Ta stripping 5% so với xăng nặng lấy ra, theo hình 3.15, trang 63 (sách CNLD )
cần 0,36 pound hơi nước cho 1 gallon GO, tức cần 42,84 kg hơi nước cho 1 m 3

gentle

- 14 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

kerosen . Từ đó, tổng lượng hơi nước cần dùng là 42,84.135 = 5717,25 kg/h hay
317,625 kmol/h.
W3

V3

R3

W0 W 1

R3

Đĩa lấy
xăng nặng

S3

Thá
p
strip

ping

L3

W2

W3

W2
S2

T2 = 225 oC
V2

L3’ = 135 m3/h

L2
R2

Wo

W1

R2

Hình 10: Sơ đồ dòng vùng xăng nặng
Trong hình 10 về vùng xăng nặng có :
Tổng các phân đoạn hơi bay qua đĩa lấy xăng nặng V3= 27 + 54 + 135 =
216 ( m3/h).
S3: dòng hơi bị stripping từ dòng lỏng L3.

L3 = L’3 + S3
Có thể coi S3 có tỷ khối bằng tỉ khối của xăng nhẹ , bằng 0,664.
S3= 5/95*135 = 7,1 ( m3/h) = 7,1*0.664*1000= 4714,4 ( kg/h).
Cân bằng giữa dòng dầu vào và ra tháp stripping:
135*0,748 + 7,1*0,664 = (135 + 7,1)*ρL3
Suy ra khối lượng riêng của dòng L2 là ρL3 = 0,744. Vậy tỉ khối dòng R3 là 0,744.
Khối lượng dòng L3 = (135 + 7,1)*0,744*1000 = 105722,4 kg/h.
Lưu lượng mol dòng L3’ là: 673,20 kmol/h.
Lưu lượng mol dòng S3:
S3 = 4714,4/101 = 46,68 kmol/h.
Phân tử lượng dòng L3: (135 + 7,1)*0,744*1000/(673,2 + 46,68) = 146,86.
Khối lượng riêng của V3 là ( 0.528*3+0.664*6+0,748*15)/ 24= 0.70
gentle

- 15 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Bảng 6: Số liệu liên quan đến vùng lấy xăng nặng, giả sử nhiệt độ tại đĩa lấy
xăng nặng là 150oC
Dòng

Nhiệt
độ [oC]

Tỉ
khối

Thể
tích

Khối lượng
[kg/h]

Vào
V2 (hơi)
R2 (hơi)
S2 (hơi)
R3 (lỏng)
Wo+ W1 + W2

218
218
218
150
218

0,724
0,787
0,748
0.744

297

Ra
V3 (hơi)
R2 + L2 (lỏng)

R 3 (hơi)
Wo+ W1 + W2

150
218
150
150

0.7
0.787
0.744

4,26

216

Enthalpy
Kcal/kg

Kcal/h

215028
798026,36
3186,48
R3
52221,5

197
182
187

85
695

42360516
145240797,5
595871,76
85R3
36293942,5

151200
865125,98
R3
52221,5

157
122
154
660

23738400
105545369,6
154R3
34466190

Cân bằng entalpy của phân đoạn lấy xăng nặng là
∑Hvao = 224491127,8 + 85R3
∑Hra = 163749959,6 + 154R3
Suy ra R3 = 880306,8 kg/h hay bằng 5868,7 kmol/h.
Tổng số mol hơi qua đĩa lấy xăng nặng là:
5868,7 + 250,48 + 355,01 + 673,20 + 52221,5/18 = 10048,6 (kmol/h).

Số mol hơi tại đĩa lấy xăng nặng là: 5868,7 + 673,2 = 6541,9 (kmol/h).
Áp suất hơi riêng phần P3’ của hơi xăng nặng:
P3’ = (6541,9/10048,6)*(1,5*760 + 8*6) = 763,3 mmHg.

Như vậy phải vẽ đường Flash của xăng nặng ở 763,3 mmHg.
Coi chưng cất là hoàn hảo tức là nhiệt độ phân cắt và nhiệt độ phân cắt và nhiệt
độ kết thúc của xăng nặng trùng nhau, hay đương chưng cất TBP của phân đoạn

gentle

- 16 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

xăng nặng cũng chính là đoạn đường TBP tương ứng với phân đoạn xăng nặng
của dầu mỏ ( hình 2). Đó là đường TBP của xăng nặng trên hình 11. Từ đó vẽ
được flash của xăng nặng ở 1atm( coi đường Flash ở 763,3 mmHg trùng với
đường Flash ở 1atm).
Trên đường flash của xăng nặng ở 1atm ta xác định được To = 148oC là nhiệt độ
tại đĩa lấy xăng nặng. Do vậy nhiệt độ giả định T1 = 150 0C là chấp nhận được.

Khí = 27 m3/h

E

T4

R4

Hình 11: Các đường đặc trưng của xăngL nặng

R4

W3

1.5. Tính nhiệt độ tại đỉnh tháp chưng cất
T3 = 170oC

gentle

L3

V4 + L + W
V3

R3

Wo

W1

S3

W2

R3

- 17 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Wo + W1 + W2 + W3 = W
Nước lỏng
PĐ xăng nhẹ 54 m3/h

Hình 12: Sơ đồ dòng vùng đỉnh tháp

Dòng hơi V4 bay ra từ đỉnh tháp là : V4 = 27+ 54 = 81 (m3/h).
Khối lượng dòng V4 = 14528 + 35856 = 50384 (kg/h); tỉ khối d = 0.622.
Giả sử chúng ta làm việc với dòng hồi lưu lạnh L có nhiệt độ 30 oC. Dòng L tiếp
xúc với dòng hơi bay lên làm ngưng tụ một lượng lỏng R 4. R4 đóng vai trò dòng
hồi lưu nóng ở đỉnh tháp.
Dòng hơi nước W3 = 5717,25 (kg/h).
Dòng S3 = 4714 kg/h.
Dòng L3 = 105722,4 (kg/h).
Dòng R3 = 880306,8 (kg/h).
Nếu nhiệt độ đỉnh là 80oC thì ta có số liệu bảng 7:
Bảng 7: Số liệu liên quan đến vùng đỉnh tháp
( nhiệt độ giả định 80oC)
Dòng
Nhiệt
Tỉ
Thể Khối lượng
Enthalpy

độ [oC] khối
tích
[kg/h]
Kcal/kg
Kcal/h
Vào
V3 (hơi)
R3 (hơi)
S3 (hơi)
L (lỏng)

gentle

142
142
142
30

0.7
0.744
0.664
0,69

- 18 -

216

151200
880306,8
4714,4

L

157
154
162
18

23738400
135567247,2
763732,8
18L

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Wo+W1+W2+W3

142

Ra
V4 (hơi)
R3 + L3(lỏng)
L (hơi)
W+W1+W2+W3

80
142
80

80

0.622
0.744
0,69

81

57938,75

660

38239575

50382
986029,2
L
57938,75

128
85
128
546

6448896
83812482
128L
31634557,5

Cân bằng entanpy của vùng đỉnh tháp:

∑Hvao = 198308955 + 18L
∑Hra = 121895935,5 + 128L
Suy ra L = 694663.8 kg/h hay 694663,8/101 = 6877,86 kmol/h.
Tổng số mol hơi qua đĩa lấy sản phẩm đỉnh là:
6877,86 + 250,48 + 355,01 + 57938,75/18 = 10702 (kmol/h)
Số mol hơi tại đĩa lấy sản phẩm đỉnh là: 6877,86 + 250,48 + 355,01 = 7483,35
(kmol/h).
Áp suất hơi riêng phần của sản phẩm đỉnh là P1’ :
P1’ = (7483,35/107021)*1,5*760 = 767 mmHg.
Như vậy ta phải vẽ đường Flash của sản phẩm đỉnh ở 767 mmHg.
Coi chưng cất là hoàn hảo tức là nhiệt độ phân cắt và nhiệt độ phân cắt và nhiệt
độ kết thúc của sản phẩm đỉnh trùng nhau, hay đương chưng cất TBP của phân
đoạn sản phẩm đỉnh cũng chính là đoạn đường TBP tương ứng với phân đoạn sản
phẩm đỉnh của dầu thô ( hình 2). Đó là đường TBP của PĐ đỉnh trên hình 13. Từ
đó vẽ được flash PĐ đỉnh ở 1atm (coi đường Flash ở 767 mmHg trùng với đường
Flash ở 1atm).

gentle

- 19 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Hình 13: Các đường đặc trưng của PĐ đỉnh
Từ đường Flash của PĐ đỉnh ta xác được T100 = 78oC, đây là nhiệt độ ở đỉnh
tháp chưng cất, chỉ khác 2oC so với nhiệt độ giả định. Vậy nhiệt độ của đỉnh tháp
là 80oC.

Lượng hồi lưu nóng tại vùng đỉnh tháp R4 nhờ phương trình :
R4(128-40) = L(128- 18) = 694663,8*110. Suy ra R4 = 868329,75 kg/h

1.6. Xác định độ phân tách của phép chưng cất dầu thô
Ta sẽ đánh giá độ phân tách của phép chưng cất nhờ biểu đồ packie ở hình 3.3[2].
Các số liệu để đánh giá độ phân tách được cho bởi bảng sau:
Bảng 8: Tìm độ phân tách giữa các phân đoạn

Đại lượng

gentle

Kerosen-GO

Xăng nặng-kerosen

- 20 -

Xăng nhẹ-xăng
nặng
3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Số đĩa Ni
Dòng hồi lưu nội
Ri (m3/h)
Dòng hơi lấy ra
Vi (m3/h)

Độ hồi lưu hi=Ri/Vi
F=Ni.hi
T50,TBPpđ nặng (oC)
T50,TBPcác pđ nhẹ (oC)
ΔT50,TBP(oC)
Độ phân tách

6
6
R2 = 798,026/0,787 = R3 = 880,306/0,744
1014
= 1183

6
R4=868,329/0,69
= 1258

V2 = 297

V3 = 216

V4 = 81

3,4
20,4
295
228
67
+7
Gap

5,47
32,82
228
158
70
+9
Gap

15,5
93
158
78
80
+23
Gap

Kết quả về độ phân tách cho thấy phép chưng cất tương đối tốt, các phân đoạn ít
lẫn vào nhau đặc biệt đối với phân doạn Xăng nhẹ-Xăng nặng.
1.7. Tính toán hồi lưu vòng cho tháp chưng cất.
a. Xem xét sự phân bố các dòng lỏng vào hơi tại các đĩa.
Lưu lượng hơi tại đĩa lấy phân đoạn sườn là: Ri + Vi
Lưu lượng lỏng tại đĩa lấy phân đoạn sườn là: Ri + Li
a, tại đĩa lấy GO:
R1 + L1 = 572483,7 + 155365 = 727848,7 (kg/h)
R1 + V1 = 572483,7 + 362997 = 9354807 (kg/h)
b, Tại đĩa lấy kerosene:
R2 + L2 = 798026 + 67099,62 = 865125,62 (kg/h)
R2 + V2 = 798026 + 215028 = 1013054 (kg/h)
c, Tại đĩa lấy xăng nặng:

R3 + L3 = 880306 + 105722,4 =986028,4 kg/h)
R3 + V3 = 880306 + 151200 = 1031506 (kg/h)
d, Tại đỉnh tháp:
R4 + V4 = 868329 + 50382 = 918711 (kg/h)
L + V4 = 694663,8 + 50382 = 745045 (kg/h)
e, Tại đĩa nạp liệu:
Lo + La = 40140 + 360450 = 400590 (kg/h)

gentle

- 21 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

Vo + Va = 21735 + 376650 = 398385 (kg/h)
Nhìn vào sơ đồ sự phân bố dòng ta thấy lưu lượng lỏng và hơi của các vùng
phía trên Kerosen lớn hơn so với các vùng khác.Do đó nếu để nguyên ta sẽ phải
thiết kế tháp có tiết diện không đều hoặc phải thiết kế tháp có đường kính hơn, do
đó ta sẽ điều chỉnh lưu lượng lỏng hơi của các vùng phía trên đĩa Kerosen để lưu
lượng các vùng đồng đều hơn bằng cách trích bớt lưu lượng lỏng tại đĩa Kerosen
(218oC) và đem làm lạnh bằng cách dùng nó để gia nhiệt cho dòng dầu thô(để tận
dụng lượng nhiệt thải ra) sao cho nhiệt độ dòng Kerosen giảm xuống còn 120oC,
rồi cho dòng này hồi lưu lại tháp chưng cất tại vi trí đĩa phía trên đĩa lấy Kerosen
2-3 đĩa. Việc làm này sẽ làm giảm lưu lượng lỏng và hơi của các vùng phía trên
nó. ( Lưu lượng lỏng và hơi trên vùng xăng nặng cũng lớn nhưng nhiệt độ trên
vùng xăng nặng và kerosen thấp nên hồi lưu vòng không tận dụng được nhiệt. Mặt
khác khi hồi lưu vòng ở đĩa lấy Kerosen cũng làm giảm được lượng lỏng và hơi

trên đĩa lấy xăng nặng ).
Ta sẽ rút 100 tấn Kerosen lỏng để thực hiện hồi lưu vòng. Lượng nhiệt cần
lấy đi là 100000*(125 - 62) = 6300000 (125 la enthalpy của Kerosen lỏng tai
218oC, 62 là enthalpy của Kerosen lỏng tại 120o).
Lưu lượng các dòng trong tháp sẽ thay đổi như sau:
- dòng hồi lưu lạnh:
L’ = L – 6300000/(128 – 18) = 694663,8 – 57273 = 637390,8 (Kg/h)
- Dòng hơi ra khỏi đỉnh tháp:
L’ + V4 = 637390,8 + 50382 = 687772,8 (kg/h)
- Dòng hồi lưu nóng R4’
R4’ = R4 – 6300000/(128 - 40) = 278471 – 71591 = 206880 (kg/h)
- Dòng hơi bay lên vào đĩa trên cùng
R4’ + V4 = 206880 + 50382 = 257262 (kg/h)
- Dòng hồi lưu nóng R3’
R3’ = R3 – 6300000/(154 - 85) = 880306 – 91304 = 789002 (kg/h)
- Dòng hồi lưu nóng chảy vào đĩa lấy phân đoạn xăng nặng
R3’ + L3= 789002 + 105722,4 = 894724,4 (kg/h)
- Dòng hơi bay lên từ đĩa lấy xăng nặng:
R3’ + V3= 789002 + 151200 = 940202 (kg/h)

gentle

- 22 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

-

Dòng hồi lưu nóng chảy vào đĩa lấy kerosen
R2 + L2 + 100000 = 965125,62 (kg/h)

2. Tính toán các thông số công nghệ của tháp chưng cất khí quyển
Theo giả thiết ta sử dụng đĩa trong tháp là đĩa chụp nên ta sẽ áp dụng các công
thức tính toán đối với đĩa chụp[1] để xác định các thông số cần thiết:
- Lưu lượng thể tích của dòng lỏng và hơi qua đĩa (đĩa có lưu lượng lớn
nhất).
- Lựa chọn chụp dựa vào lưu lượng lỏng hơi, qua đó lựa chọn tỉ lệ các
vùng trên đĩa rồi xác định đường kính đĩa.
- Sắp xếp đĩa.
- Tính các thông số liên quan đến sự hoạt động ổn định của tháp: Gradien
mặt lỏng, áp suất đĩa, thời gian lưu của chất lỏng trong ống chảy chuyền
và đánh giá khả năng không bị ngập lụt của tháp.
Kết quả tính toán ở phần A đã cho thấy lưu lượng các dòng pha ở vùng Xăng
nặng là lớn nhất. Ta sử dụng các số liệu về các dòng pha ở đĩa lấy phân đoạn xăng
nặng để tính các thông số đĩa của tháp chưng cất.
Theo kết quả tính toán được từ phần A, ta có dữ liệu như sau:
- Khối lượng dòng lỏng: 894724,4 kg/h
- Khối lượng riêng dòng lỏng: 748 kg/m3 ở 20 oC
- Lưu lượng thể tích dòng lỏng: 894724,4 *10^6/(748*3600) = 332265
(cm3/s)
- Khối lượng dòng hơi: R3’ + V3 + Wo + W1 + W2 = 940202 + 52221,5=
992423,5 (kg/h)
- Ta coi phân tử lượng của R3’ là 150.
- Phân tử lượng trung bình của hơi(R3’ + V3 + Wo + W1 + W2 ) là:
Mvtb = 992423,5/(789002/150 + 250,48 + 355,01 + 673,2 + 52221,5/18) = 105
- Khối lượng riêng dòng hơi ở 170 oC; 1284 mmHg(1,7atm)
ρV = P. M RT

Trong đó:
ρ: khối lượng riêng dòng hơi, kg/m3
P: áp suất tổng, atm
gentle

- 23 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

M: phân tử lượng dòng hơi
R: hằng số khí lý tưởng (l.atm/mol.oK)
T: nhiệt độ (oK)
Vậy: ρV =

1188.105
= 4,73 kg/m3.
760.(0.082)(150 + 273)

- Lưu lượng thể tích dòng hơi: QV =

992423,5
= 209814,7 (m3/h) = 5,83.107
4,73

(cm3/s)
- Khối lượng riêng dòng lỏng ở 150 oC được tính theo công thức(4-1)trang 107

(sách CNLD).
ρL = ρo – a(t-20)
Trong đó:
ρo: khối lượng riêng dòng lỏng ở 20 oC (kg/m3)
t: nhiệt độ, oC
a: hệ số phụ thuộc ρo. Theo bảng 4/5 [1] a = 0,82
ρL = 748 – 0,84(150- 20) = 638,8 kg/m3
- Lưu lượng thể tích dòng lỏng ở 150 oC
QL =

m 894724,4
=
= 1400,6 (m3/h) = 389055 (cm3/s)
ρL
638,8

2.1. Tính đường kính đĩa.
Do lưu lượng hơi là lớn nên đĩa chắc chắn phải to, bởi vậy ta chọn loại chụp lớn
→ Chọn loại chụp dùng trong tháp là chụp số 6 theo tiêu chuẩn ở bảng
4/2 (sách CNLD).
Theo công thức (4-6) (sách CNLD), lưu lượng hơi cực đại qua 1 chụp là :
1/ 2

qv max

 ρ − ρv 

= 30,12 L
ρ
v




 a − a 2  3 / 2
A  a2 

 1 + 0,4 1
 H
H  a1 + a 2  
a
2



Theo dữ liệu trong bảng 4/2 [1] đối với chụp số 6 ta có:
H: chiều cao khe chụp, H = 3,81 (cm)
ρL, ρV: khối lượng riêng dòngvà khí, kg/m3
a1, a2: chiều rộng đáy khe, đỉnh khe chụp
a1 = 0,84cm, a2 = 0,42cm
n: số khe; n=39
A: tổng diện tích các khe trên 1 chụp
gentle

- 24 -

3/14/2017


Đồ án Công Nghệ Lọc Dầu

A=n
q v max

 638,8 − 4,73 
= 30,12

4,73



a1 + a 2
H = 93,61 (cm3)
2

1/ 2

93,61 
0,42  
 0,84 − 0,42 

 1 + 0,4
3,813 / 2
3,81  0,42 + 0,84  
0
,
42



=29736 (cm3/s)

Nếu chọn độ mở khe chụp h 3/H = 0,9 thì theo công thức (4-7)( sách CNLD) , lưu
lượng hơi qua 1 chụp là :
qv = 29736*[0,42+0,4*(0,84-0,42)*0,9]*0,91,5/[0,42+0,4(0,84-0,42)] = 25532
cm3/s.

Số chụp trên 1 đĩa:
Qv 5,83.10^ 7
=
= 2283 (chụp )
qv
25532

(Cm3/s )

Tổng tiết diện tất cả các khe chụp: 93,61.2283 = 213711,63 (cm2).
Với số lượng chụp rất lớn như trên thì đĩa ít nhất cũng phải là loại 2 dòng. Khi đó,
dòng chảy của pha lỏng ở 2 đĩa liên tiếp sẽ không giống nhau (do khác nhau bởi
độ dài bờ chắn ống chảy chuyền). Điều này dẫn tới sự khác biệt về diện tích vùng
đệm giữa 2 đĩa đó.Vì thế để đảm bảo lộ trình dòng lỏng ở vùng đệm luôn đủ lớn,
ta cần tăng vùng đó lên so với ở đĩa 1 dòng. Nói cách khác, tỉ lệ diện tích vùng
chứa chụp sẽ bé đi.Điều này có ảnh hưởng cả về vấn đề công nghệ cũng như vấn
đề kinh tế ;vì vậy cần được tính toán kỹ lưỡng .
Ta chọn phần trăm các vùng theo diện tích đĩa như sau :
- Vùng chứa các chụp
70%
- Vùng để kết nối
4%
- Vùng đệm
10%
- Vùng ống chảy chuyền 16%

- Chọn l/d = 0,37
Trong đó
l- khoảng cách giữa 2 mép chụp
d- đường kính ngoài của chụp, theo bảng 4/2(sách CNLD) d=
15,48mm

gentle

- 25 -

3/14/2017