Xem mẫu
- THIẾT BỊ TÁCH PHA (BALLON)
I. Nguyên lí cơ bản:
Thông thường một ballon phải đảm bảo hai chức năng:
+ Quá trình tách giữa các pha được đảm bảo.
+ Bảo đảm thời gian lưu của các pha lỏng.
1.1. Quá trình tách các pha:
Ballon cho phép tách những giọt lỏng ra khỏi pha liên tục có thể là hơi hoặc lỏng.
a) Pha liên tục là pha hơi:
Vận tốc pha hơi phải đảm bảo chủ yếu để tránh hiện tượng cuốn theo những giọt
lỏng không mong muốn. Trừ những trường hợp đặc biệt, quá trình thiết kế ballon dựa vào
những giả thiết sau:
+ Những giọt lỏng được xem như hình cầu và cứng.
+ Đường kính của giọt lỏng này là 80µm.
+ Có thể áp dụng định luật Newton khi: 1000 < Re < 200000.
Người ta định nghĩa, đối với pha hơi, vận tốc tới hạn Vc để lôi cuốn những giọt
lỏng chính bằng vận tốc tối đa của giọt lỏng tách khỏi pha hơi.
ρl
Vc = 0.048 −1
ρv
Vận tốc lớn nhất của pha hơi Va là một hàm của Vc và hệ số k. Hệ số k này phụ
thuộc vào từng loại ballon và đệm lọc để loại bỏ lỏng.
Va ≤ kVc.
Giá trị k được chấp nhận như sau:
+ Ballon đứng không thiết bị đệm lọc: k = 0,8 ;
+ Ballon đứng có thiết bị đêm lọc:
Áp suất bé: k = 1,7;
Áp suất chân không: k = 1,2;
+ Ballon nằm: k = 1,7.
b) Pha liên tục là pha lỏng:
Thông thường đây là hỗn hợp hydrocacbon và nước, và có thể là:
+ Hidrocacbon phân tán trong nước, trường hợp này nước là pha liên tục.
+ Nước phân tán trong hydrocac bon, trường hợp này hydrocacbon là pha liên tục.
- Ngoại trừ những trường hợp đặc biệt, khi tính toán thiết kế ballon người ta chấp
nhận giả thiết sau:
+ Những giọt lỏng là những hạt hình cầu cứng;
+ Đường kính bình thường của những hạt hình cầu này là 100µm;
Trong trường hợp tách khó khăn do độ nhớt của hai pha liên tục cao hoặc khối
lượng riêng của hai pha tương đương nhau, ngưòi ta chấp nhận hiệu suất gạn thấp để
tránh trường hợp ballon quá dài.
Cơ sở tính toán:
+ Trên cơ sở đường kính giọt lỏng là 100µm.
+ Có khả năng đường kính giọt lỏng tăng lên đến 500µm để đạt đến chiều dài tối
đa của ballon là 10m.
+ Trong trường hợp sự gạn quá khó khăn hoặc lưu lượng quá lớn nguời ta chấp
nhận ballon dài quá 10m.
1.2. Thời gian lưu:
Thời gian lưu phần lớn được cố định bởi những yêu cầu về điều khiển và quá trình
thiết kế ballon.
Ngoài các trường hợp đặc biệt thời gian lưu bé nhất được xem xét giữa hai mức
HLL và LLL như sau:
+ Ballon tiếp liệu của một phân xưởng: 30 phút;
+ Ballon hồi lưu: 5 phút;
+ Sản phẩm về bồn chứa: 2 phút;
+ Ballon tiếp liệu cho cột chưng cất :
- Dưới quá trình điều khiển lưu lượng:15 phút;
- Dưới quá trình điều khiển nối tiếp lưu lượng và mức: 8 phút;
+ Lắng nước trong botte: 2 phút.
Nếu một ballon có nhiều ứng dụng thì chỉ một thời gian lưu đuợc xem xét, đó là
thời gian lưu lớn nhất.
1.3. Lựa chọn loại ballon:
Trong một ballon nằm ngang khoảng không dành cho pha hơi đi qua được bao
gồm phần diện tích phía trên của mức cao nhất dự kiến của ballon, đối với ballon đứng
tiết diện đi qua của pha hơi chính là tiết diện nằm ngang của ballon.
- Tùy theo từng trường hợp mà có nhiều cách chọn ballon khác nhau. Nếu nguyên
liệu vào chứa một lượng hơi lớn và một lưu lượng lỏng bé thì chọn ballon đứng là tốt
nhất vì tiết diện ngang của ballon chính là tiết diện hơi đi qua. Ví dụ: trong trường hợp
ballon trên đường hút của máy nén có mục đích là không chứa một lượng lỏng nào vào
máy nén, nếu không sẽ làm cho máy nén rung và dẫn đến hư hỏng máy nén.
Ballon nằm thường sử dụng khi chứa nguyên liệu và các sản phẩm của thiết bị phản ứng
hoặc để lắng nước.
1.4. Đường kính và tỷ số L/D:
a) Đường kính bé nhất:
Do những ràng buộc khi lắp đặt các thiết bị điều khiển dẫn đến những yêu cầu về
đường kính tối thiểu của ballon. Trừ những trường hợp đặc biệt, thông thường đường
kính của ballon phải thoả mãn những yêu cầu sau:
+ Ballon nằm một phòng (có hoặc không có botte): D ≥ 800mm;
+ Ballon nằm có hai phòng: D ≥ 1000mm;
+ Ballon đứng: D ≥ 600mm.
b) Đường kính lớn nhất:
Trừ những trường hợp ngoại lệ hoặc yêu cầu của khách hàng thì thông thường
đường kính tối đa của ballon: d < 3500mm.
c) Tỷ lệ L/D:
Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính (L/D) của ballon phụ thuộc vào áp suất làm
việc. Trừ những trường hợp đặc biệt, tỷ lệ H/D phải tuân theo quy tắc sau:
Áp suất (bar tương đối) L/D
P < 20 3
20 < p < 80 3÷4
80 < p < 150 4÷5
P >150 5÷6
Thông thường đối với ballon nằm thì tỷ lệ L/D có thể thay đổi. Đối với ballon
đứng mà có đường kính bởi tiết diện pha hơi đi qua lớn có thể dẫn đến chiều dài rất lớn
không phù hợp với quá trình.
- 1.5. Thiết bị đệm lọc:
Hoạt động của đệm lọc này có tác dụng đảm bảo sự liên kết lại của những giọt
lỏng phân tán trong pha hơi để cho quá trình tách được triệt để. Nó có cấu tạo rất đơn
giản là một tấm lưới kim loại, hiệu suất hoạt động phụ thuộc vào vận tốc pha hơi, hiệu
suất làm việc cao nhất khi 0,8Vc ≤ Va ≤ 1,7Vc.
Tổn thất áp suất khi qua thiết bị loại bỏ lỏng này nhỏ (80 bar eff) thì đáy có dạng hình bán cầu.
Đối với các ballon có đường kính < 600mm thì đáy sẽ dùng vòng kẹp.
- Trong quá trình tính toán thì đáy của ballon có thể bỏ qua vì các lý do sau:
+ Thể tích đáy xem như là một hệ số an toàn.
+ Thông thường trong quá trình thiết kế người ta không quan tâm đến loại đáy
được sử dụng. Tuy nhiên trong quá trình cải tiến, thể tích đáy phải được tính đến.
Chú ý:
Thể tích của một đáy hình elip có thể được tính theo công thức sau:
πD 3
VT =
12 p
Với:
VT: thể tích toàn bộ đáy.
p: tỷ số trục dài : trục ngắn.
D: đường kính đáy.
Trong trường hợp ballon nằm có đáy hình elip, chiều cao mực chất lỏng trong đó
là H thì ta tính thể tích chất lỏng ở đáy như sau:
2
VH ⎛ H ⎞ ⎡ H⎤
=⎜ ⎟ ⎢3 − 2 D ⎥
VT ⎝ D ⎠ ⎣ ⎦
Với:
VT được tính ở công thức trên, thì ta sẽ tính được VH,
đó chính là thể tích lỏng trong đáy với chiều cao H.
Trong trường hợp đáy ballon là hình cầu thì công thức
tính VT chỉ thay đổi tỷ lệ trục p = 1.
1.8. Cách gọi tên các mức:
LSHH (Level Swich High High): mức cắt cao nhất,
dùng để cắt hoạt động của máy nén.
HLL (High Liquid Level): mức cao của lỏng;
LAH (Level Alarm High): mức cảnh báo cao,
Hình 1: Các mức trong ballon
cảnh báo chất lỏng có thể dâng cao.
LAL (Level Alarm Low): mức cảnh báo thấp, cảnh báo chất lỏng có thể xuống
thấp.
LLL (Low Liquid Level): mức thấp của chất lỏng.
LSLL (Level Swich Low Low): mức cắt thấp nhất, dùng để cắt hoạt động của bơm
chất lỏng.
- LT (Lign Tangence): mép của ballon.
Chú ý: Mực chất lỏng ballon hoạt động bình thường NLL (Normal Liquid Level)
không phải nằm cố định tại một vị trí mà nó có thể dịch chuyển giữa hai vị trí HLL và
LLL, nhưng khi xem xét thì mức NLL này nằm tại vị trí 50% giữa mức cao nhất và thấp
nhất.
II. Thiết kế các loại ballon:
2.1. Balon đứng thông thường (ballon vertical classique):
Gọi D là đường kính của ballon. Đường kính D này phải thỏa mãn những yêu cầu:
+ Vv ≤ KVc.
+ Bảo đảm thời gian lưu.
+ Tỷ lệ L/D phải đảm bảo.
Trong đó: Vv: vận tốc pha hơi [m/s];
Vc: vận tốc tới hạn [m/s];
K: hệ số phụ thuộc vào từng loại thiết bị, có thiết bị đệm lọc hay không.
Đường kính bé nhất cần thiết được xác định trong trường hợp lưu lượng pha hơi đi
ρv
qua lớn nhất. Lưu lượng lớn nhất của pha hơi xác định theo giá trị sau Qv . Nếu
ρl − ρv
không có pha lỏng (ballon trước máy nén) thì tỷ trọng của pha lỏng người ta cố định là
600kg/m3.
Nếu pha hơi quá bé thì đường kính được xác định bởi thể tích lỏng có trong ballon
và tỷ lệ L/D. Trong trường hợp này ngoài các điều kiện trên thì ta xác định vận tốc của
pha hơi theo các giá trị sau:
+ 0,8Vc: nếu không có thiết bị đệm lọc.
+ 1,7Vc: nếu có thiết bị đệm lọc.
Nếu không có pha hơi thì sẽ không có thiết bị đệm lọc (matelas éliminateur) và
ballon được thiết kế dựa vào lượng lỏng có trong ballon và tỷ lệ L/D.
Quá trình thiết kế được thực hiện như sau:
+ H1 = 0 nếu không có thiết bị đệm.
+H1 = 0 với đáy hình cầu ngay cả khi có thiết bị đệm lọc.
+H2: thường được cố định bởi giá trị 150mm (đây là bề dày của thiết bị đệm lọc).
+H2=0 nếu không có thiết bị đệm lọc.
- +H3=2d: nếu có thiết bị đệm lọc. Với d là đường kính ống nạp liệu;
DIAM
+H3=max (150+ ; 2d): nếu không có thiết bị đệm lọc.
2
Giá trị DIAM của một ống được xác định theo bảng 1. Giá trị này chính là giá trị
của đường kính ống cộng thêm giá trị để hàn ống này vào thiết bị.
d⎛ d⎞
+H4= 0.3D + ⎜ 300 + ⎟
2⎝ 2⎠
Khoảng cách này được xác định để đảm bảo sự đi qua của pha hơi từ bộ lệch dòng
(défecteur) đến mức cao nhất của lỏng.
+H4 ≥ d+200
+H5: được cố định bằng 0.2H6.
Trong trường hợp tổng quát để dừng hoạt động của máy nén thì tồn tại mức LSHH
để tránh trường hợp chất lỏng dâng quá cao làm cho pha hơi lẫn nhiều lỏng có thể làm hư
hại máy nén. Người vận hành phần lớn sẽ được cảnh báo bởi một cái đèn nối với thiết bị
điều khiển, đèn này được đặt dưới mức HLL.
Nếu mức chất lỏng lớn hơn LSHH thì sẽ làm dừng máy nén. Để tránh tình trạng
dừng máy đột ngột này, khi thiết kế cần phải bố trí một thời gian gọi là thời gian can
thiệp (temps d’intervention) giữa hai
mức HAL và LDHH để người vận hành
có thể có thời gian để xử lý không cho
mực chất lỏng vượt qua mức LSHH.
Nếu không có mức LSHH thì
H5=0.
H6: được tính chính là thời gian
lưu của chất lỏng trong ballon. Trong
trường hợp ballon không có pha lỏng (ví
dụ như ballon trên đường hút của máy
nén) thì chúng ta lấy giá trị là 300mm.
H6 được xác dịnh theo công thức sau:
4QL TS
H6 =
πD 2
Với:
QL: lưu lượng pha lỏng; Hình 2: Ballon đứng thông thường.
- Ts: thời gian lưu của lỏng trong ballon, [s];
D: đường kính của ballon [m];
Phải bảo đảm tỷ số L/D sao cho phù hợp với áp suất, bằng cách thay đổi D và H6
trong khi cố định Ts.
H7 cố định bằng 0,2 H6.
Tương tự như H5, nếu mức lỏng thấp hơn LSLL có thể làm dừng hoạt động của
bơm sản phẩm. Cần phải bố trí một mức cảnh báo, mà thời gian từ mức cảnh báo đến
mức LSLL lớn hơn hay bằng thời gian can thiệp của người vận hành.
Mức cắt LSLL này sử dụng trong các trường hợp sau:
+ Lỏng được đưa ra khỏi bơm: LSLL sẽ dừng bơm;
+ Tuần hoàn lỏng từ ballon: LSLL sẽ dừng bơm tuần hoàn.
H8: Khoảng cách từ mức thấp nhất LSLL (hoặc LLL) đến mép dưới của thiết bị
thường được cố định và bằng 300mm. Đây chỉ là giá trị trung bình, tuỳ cấu trúc từng
ballon mà giá trị này có thể thay đổi.
H9 và H10: đây là khoảng cách giữa mức đèn cảnh báo và các mức HLL và LLL.
Chúng được xác định như sau:
Nếu không có các mức cắt (LSLL và LSHH) thì h9 và h10 được tính tương ứng
với 10% thời gian lưu.
Nếu có các mức cắt (LSLL và LSHH): H9 và H10
được tính tương ứng với thời gian 30% thời gian lưu.
2.2.2. Thiết kế ballon tiếp liệu (ballon de charge):
Cấu tạo và vị trí các mức được miêu tả như hình 3.
Nếu gọi D là dường kính trong của ballon, thì đường
kính D này phải thoả mãn các ràng buộc sau:
+ Bảo đảm thời gian lưu.
+ Tỷ lệ L/D thỏa mãn theo ràng buộc của áp suất.
Đường kính D được tính theo công thức sau:
4QL TS
D=
πρ L H 3
Trong đó:
D: đường kính của ballon, [m]; Hình 3 : Ballon tiếp liệu
QL: lưu lượng pha lỏng, [kg/s];
- ρL: khối lượng riêng lỏng, [kg/m3];
H3: độ cao hữu ích giữa mức HLL-LLL, [m];
Tỷ lệ L/D có thể đạt được nhờ sự thay đổi D và H3 với thời gian lưu cố định.
Các đoạn H2,H4,H6, H7:
Với sự tồn tại các mức cắt cao (LSHH) và mức cắt thấp (LSLL) thì 4 khoảng cách
này có độ dài bằng nhau. Bốn khoảng cách này được tính dựa trên cơ sở là thời gian can
thiệp (tems d’intervention) giữa mức đèn và mức cắt là 5 phút. Vì vậy các đoạn H2, H4,
H6, H7 được tính theo thời gian lưu là 2,5 phút.
Nếu không có mức cắt thì H2 = 0 và H4= 0.2H1;
H1: + Nếu có mức LSHH : H1= 500mm.
Nếu không có mức LSHH : H1 lấy giá trị lớn nhất của hai giá trị là :500mm và độ
cao tính được với thời gian lưu là 2,5 phút giữa 2 mức LT và HLL.
H5: +Với sự có mặt của LSLL: H5=300mm .
+ Nếu không có mặt của LSLL: H5 lấy giá trị lớn nhất của hai giá trị sau: 300 mm
và chiều cao tính được ứng với thời gian là 2,5 phút giữa mép dưới ballon LT và LLL.
Ballon de charge này khác với ballon đứng cổ điển là vị trí ống nạp liệu. Ống nạp liệu
của ballon đứng cổ điển ở mức trên nhất (LSHH), vì vậy lượng hơi có thể thoát ra dễ
dàng. Còn vị trí ống nạp liệu của ballon de charge nằm dưới mức thấp nhất (LSLL), do
nguyên liệu vào là chất lỏng quá lạnh vì vậy lượng hơi xem như là không có. Nếu nguyên
liệu vào có chứa một lượng hơi nào đó thì không dùng ballon de charge vì ống tiếp liệu
nằm ở dưới và lượng hơi sẽ làm khuấy động không đảm bảo quá trình lắng.
2.3. Ballon đứng tách 3 pha (séparteur triphasique vertical):
Cấu tạo và định nghĩa các mức theo hình 4.
Loại ballon này được dùng cho quá trình tách 3 pha: pha hơi, pha hydrocacbon
lỏng và nước. Nguyên liệu của ballon này thường là các sản phẩm đi ra từ các thiết bị
phản ứng có áp suất cao ví dụ quá trình hydocracking. Loại ballon đứng này thường dùng
để giảm giá thành thiết bị do sử dụng ở áp suất cao, khoảng 150 bar. Với áp suất này thì
khả năng lắng với thiết bị ballon đứng tốt hơn ballon nằm.
+ Đường kính của đệm lọc được xác định dựa vào vận tốc pha hơi
- ρL 3
− 1 , [m/s] và lưu lượng pha hơi Qv [m /s]. Ta tính
Vv = 1.7Vc = 1.7 × 0.048
ρV
được diện tích của đệm lọc theo công thức
sau:
Qv
, [m2].
SD =
Vv
Từ diện tích này ta tính dược đường
kính đệm lọc theo công thức sau:
4S D
DD = , [m ].
π
Các mức hydrocacbon lỏng được xác
định như sau:
Để tính đường kính trong của ballon,
người ta dựa trên cơ sở là: cố định thời gian
lưu Ts và cố định chiều cao hữu ích giữa hai
mức HLL – LLL = H6 = 2D.
Ta có công thức sau:
πD 2 Hình 4: Ballon đứng ba pha.
Q LTS
× 2D = ;
ρL
4
2QLTS
Vậy ta xác định đường kính ballon: D = 3 , [m].
ρ Lπ
Với: QL: lưu lượng lỏng, [kg/m3];
Ts: thời gian lưu lỏng,[s];
ρL: khối lượng riêng của hidrocacbon, [kg/m3].
Sau đó đem so sánh D và D ballon. Nếu D >D thì ta chọn đường
đệm lọc đệm lọc ballon
kính ballon chính là đường kính đệm lọc.
+ H2: bề dày của đệm lọc, được cố định bởi giá trị 150mm.
+ H3: khoảng cách từ đệm lọc đến tâm ống tiếp liệu. H3=2d; với d là đường kính
ống tiếp liệu. Tuỳ theo lưu lượng của nguyên liệu mà ta chọn đường kính thích hợp.
H4: khoảng cách từ tâm ống tiếp liệu đến mức cao nhất của pha hydrocacbon lỏng
(LSHH (HC)). Khoảng cách này phải bảo đảm được đường đi của pha hơi từ bộ lệch
d⎛ d⎞
dòng (defecteur) đến mức cao nhất LSHH. H4=0,3D+ ⎜ 300 + ⎟ , [mm].
2⎝ 2⎠
- H6: đây là chiều cao hữu ích giữa hai mức HLL và LLL của pha hydrocacbon lỏng
và được tính theo hai cách sau:
H6=2D;
4Q L TS
H6 = .
πD 2 ρ L
+ H5: - Nếu có mức cắt LSHH thì H5=0,6×H6;
- Nếu không có LSHH thì H5=0.
+ H7: - Nếu có mức cắt LSHH thì H7=0,6×H6;
- Nếu không có mức cắt LSHH thì H7=0.
+ H9 và H10: đây là khoảng cách giữa mức đèn cảnh báo và các mức HLL và LLL.
Được xác định như sau:
Nếu không có các mức cắt (LSLL và LSHH): H9 và H10 được tính tương ứng với
thời gian10% thời gian lưu.
Nếu có các mức cắt (LSLL và LSHH): H9 và H10 được tính tương ứng với thời
gian 30% thời gian lưu.
+ H8: khoảng cách giữa mức thấp nhất của pha hydrocacbon lỏng (LSLL của HC)
và pha nước (LSHH của nước). Được tính tương ứng với thời gian lưu là 2 phút, vậy H8
4QL × 2
được xác định như sau: H 8 =
πD 2 ρ L
+ H11: bằng 0,2 thời gian lưu của nước. Vì đây là ballon đứng nên độ cao tỷ lệ
thuận với thời gian lưu khi lưu lượng cố định, vì vậy: H11=0,2H12.
+ H12: đây là chiều cao hữu ích giữa hai mức HLL và LLL của nước.
Thời gian lưu của nước trong thiết bị này là: 5 phút.
+ H13: khoảng cách giữa mức LLL (cũng là LT) và mức LSLL của pha nước. H13
thường được cố định bởi giá trị D/4.
- Nếu tồn tại ở mức thấp nhất (LSLL của pha nước), thì ta chứng minh được rằng
thời gian lưu trong vùng này lớn hơn 20% thời gian lưu của nước trong vùng HLL-LLL
(nước).
- Thể tích trong khoảng H13 với chiều cao (LSHH của nước) với chiều cao D/4
được tính theo công thức sau:
+ H14: đây là khoảng cách giữa mức lưu HLL và mức đèn HAL của pha nước.
Khoảng cách này được tính như sau:
- Nếu không có mức cắt cao (LSHH của nước): H15 tương ứng với thời gian lưu là
10% thời gian lưu của nước.
- H15: đây là khoảng cách giữa đèn LAL và mức thấp LLL. Khoảng cách được xác
định giống H15.
- Nếu không có mức cắt cao (LSLL của nước): H16 tương ứng với thời gian lưu là
30% thời gian lưu của nước.
+ Đệm hợp dính (Matelas coalesceur): được ngăn dọc trong ballon từ mức LSLL
của pha hydrocacbon lỏng đến mức LL lượng của nước.
2.2.4. Thiết kế ballon tách cốc (ballon de decokage):
Ballon tách thường được đặt trên
đường sản phẩm ra của một lò đốt hoặc
của một thiết bị tái sinh xúc tác bằng cách
đốt cốc (ví dụ thiết bị tái sinh xúc tác của
phân xưởng FCC). Vai trò của nó làm lạnh
dòng lưu thể khí và bẩy các hạt rắn bằng
nước, đồng thời nó có những mục đích phụ
là sản xuất hơi nước và thu hồi cốc. Cấu
tạo ballon de decockage như hình 4.
Quá trình thiết kế ballon tách cốc
gồm 2 bước sau:
1. Xác định lưu lượng vào và ra.
2. Thiết kế ballon. Hình 4 : Ballon tách cốc.
2.2.4.1. Xác định lưu lượngvào và ra:
Người ta chấp nhận rằng nguyên liệu vào ballon này chỉ ở trạng thái khí và xem
khí này có lưu lượng ổn định. Vì một lý do là nguyên liệu vào ballon tách cốc chính là
đường ra của sản phẩm của lò đốt hoặc thiết bị tái sinh xúc tác bằng cách đốt cốc.
Ballon này hoạt động dưới áp suất khí quyển được cố định bởi hai điều kiện sau:
- Khối lượng phân tử của nguyên liệu: MW=18g/mole.
- Áp suất: P=1atm.
Các điều kiện của đầu vào:
+ Lưu lượng khối lượng pha hơi: Qvap, [kg/h];
+ Nhiệt độ pha hơi: 500oC;
- + Lưu lượng nước làm lạnh: Qw, [kg/h];
+ Nhiệt độ nước làm lạnh: Tw, [oC]
Các điều kiện đầu ra:
+ Lưu lượng pha hơi bằng lưu lượng pha hơi vào cộng với 40% lưu lượng nước bị
bốc hơi ở nhiệt độ 160oC: Qvap+0.4Qw, [kg/h];
+ Pha lỏng bao gồm 60% lưu lượng nước làm lạnh chưa bị bốc hơi ở nhiệt độ
80oC. Entanpi của hơi nước ở các nhiệt độ đó như sau:
H (hơi nước, 500oC, 1atm) = 835kcal/kg;
H (hơi nước, 160oC, 1atm) = 671kcal/kg.
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Qvap×835+Qw× Tw = Qvap× 671+0.4×Qw × 671+ 0.6 × Qw × 80.
Xem nước lỏng có entanphi=1kcal/kg;
Biết được Qvap và Tw ta sẽ tính được Qw.
+ Pha hơi: Qvap + 0.4 × Qw ;
+ Pha lỏng: 0.6Qw;
Khối lượng riêng của pha hơi được tính như hơi nước:
18 273
=0.28kg/m3 (hơi nước ở 500oC,1at);
ρhơi vào= ×
22.4 273 + 500
18 273
=0.51kg/m3 (hơi nước ở 160oC,1at);
ρhơi ra= ×
22.4 273 + 160
2.2.4.2. Thiết kế ballon tách cốc (ballon decokage):
+ Đường kính D: được xác định dựa vào vận tốc pha hơi và lưu lượng hơi đi ra
như sau: Vv=2Vc.
DIMA(d )
+ H1=150+ .
2
+DIMA: một giá trị suy ra từ d ở bảng 1.
+H2=1.5×d;
+H3=D;
+H4=D/2.
- 2.2.5. Thiết kế ballon nằm có botte hoặc không có botte (ballon horizontal avec ou
sans botte):
Cấu tạo và sự bố trí các mức như hình 5.
Trong trường hợp có sự lắng nước thì ballon có thêm một botte để lắng nước nhằm
mục đích tránh cho chiều dài của ballon trở nên quá dài bởi sự lắng nước của pha thứ ba.
Gọi D: đường kính trong của ballon.
Quá trình tính toán phải thoả mản các yêu cầu sau:
+ Có một vùng cho pha hơi đi qua giữa mức trên cùng (LSLL hoặc HLL nếu
không có mức LSHH) và mép trên của ballon (LT), với vận tốc của pha hơi là: Vv=KVc.
+ Bảo đảm thời gian lưu của lỏng.
+ Bảo đảm tỷ lệ L/D thoả mản.
Việc tính toán được thực hiện bằng phương pháp gần đúng liên tục với sự giả thiết
của đường kính hoặc thể tích tổng. Tức là ta chọn một đường kính hoặc thể tích tổng bất
kỳ, sau đó tính các kích thước khác, lấy kết quả so sánh vớI yêu cầu đặt ra, sau đó có thể
tăng hoặc giảm giá trị ban đầu cho kết quả phù hợp thì thôi. Đây là phương pháp tính lặp.
Quan hệ giữa độ cao và diện tích một hình tròn (hình 6).
Gọi Ad: phần diện tích hình quạt chiếm bởi dây cung AB;
At: diện tích của hình tròn;
H: CD;
D: đường kính của hình tròn;
a: góc (OA,OC);
- Hình 6 : Quan hệ độ cao và diện tích.
Ta có: H = OC-OE;
DD
− cos(a);
Suy ra: H=
22
H 1 cos(a)
=−
Vậy ta có: (1);
D2 2
aD 2 D 2 sin(a)
Ta có: Ad = SOACB − SOAB = − ;
4 8
πD 2
Mà ta có: At= ;
4
Ad 2a − sin( 2a )
=
Vậy ta có: (2).
2π
At
H Ad
Vậy ta có thể chuyển dễ dàng từ quan hệ và thông qua a.
D At
Tính toán các mức:
+ H1: được tính toán theo vận tốc pha hơi Vv và lưu lượng hơi Qv, ta sẽ tính được
H Ad
tiết diện pha hơi đi qua, ta sẽ suy ra được H1qua quan hệ và . Nhưng giá trị H1
D At
nay không nhỏ hơn 300mm và 0,2D. Như vậy ta lấy giá trị nhỏ nhất của ba giá trị: H1
tính theo pha hơi, 300mm và 0,2D.
+ H2 nếu có mức LDHH thì H2 tương ứng với thời gian lưu là 20% thời gian lưu
của mức HLL-LLL. Nó được ứng dụng khi dừng máy nén.
Nếu không có mức LSHH thì: H2=0.
+H3: được tính dựa vào thời gian lưu Ts của hydrocacbon.
+ H4: giống như h2.
+ Nếu có mức LSHH thì h4 tương ứng với thời gian lưu là 20%Tsoutirage. Nó
được sử dụng để dừng hoạt động của bơm sản phẩm.
+ H5: được tính toán như sau:
- + Nếu không có sự lắng nước thì:H5=150mm.
+ Nếu có sự lắng nước thì chiều cao H4+H5 có thể tăng lên để bảo đảm quá trình
lắng nước. H4+H5 sẽ lấy một trong hai giá trị sau: 0,2D hoặc 4 phút thời gian lưu, và lấy
giá trị lớn nhất. Đồng thời phải bảo đảm chiều cao H5 phải lớn hơn chiều cao của thiết bị
chống xoáy.
Chiều cao của thiết bị chống xoáy: d+125mm, với d là đường kính ống tháo sản
phẩm.
+ H6, H7 là khoảng cách giữa mức đèn và các mức HLL và LLL, chúng cũng
được tính tương tự như ballon đứng, nghĩa là:
- Nếu không có các mức cắt (LSHH và LSLL): ứng với thời gian lưu là 10% thời
gian lưu hydrocacbon.
- Nếu có các mức cắt: ứng với thời gian lưu 30% Ts.
Bảng quan hệ giữa đường kính ống và DIAMX (bảng 1):
Đường kính ống (inch) DIAMX (mm)
11/2 170
2” 180
3” 210
4” 250
6” 310
8” 380
10” 470
12” 560
14” 620
16” 690
18” 780
20” 870
24” 948
26” 1050
28” 1105
30” 1263
2.2.6. Tính toán và thiết kế botte:
Quá trình thiết kế botte phải thỏa mãn các yêu cầu:
+ Bảo đảm thời gian lưu của nước giữa mức cao và mức thấp của nước, giữa HLL
và LLL là hai phút.
+ Cho phép những hạt hydrocacbon đủ thời gian để đi lên.
- Đuờng kính botte được tính dựa vào vận tốc của nước, đường kính này không nhỏ
hơn D/3 và với giả thiết rằng hạt nước có đường kính là 100µm. Đường kính của botte
trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 300mm.
Nếu như lượng nước là không có thì đường kính botte được lấy giá trị nhỏ nhất
của:
Độ cao HLL-LLL: không nhỏ hơn 500mm, và được tính dựa vào thời gian lưu
nước lưu lượng nước và đường kính botte.
Nhưng có trường hợp cần lưu ý sau:
+ Với những ballon có áp suất tính toán nhỏ hơn 35 bar eff, thì đường kính botte
có thể đạt tới giá trị D/2.
+ Với những ballon có đường kính nhỏ
hơn 1.5m, thì đường kính botte cũng có thể đạt
giá trị D/2.
Các giá trị H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 thì
tính tương tự như một ballon đứng.
+ H1: được cố định là 450mm.
+ H2: tính vớI 20% thời gian lưu của
nước.
Nếu không có mức LSHH thì H2 = 0.
+ H4: tính với 20% thời gian lưu của nước. Hình 7 : Các mức của botte
Nếu không có mức LSLL thì H4 = 0.
+ H5: được cố định là 300mm.
+ H6, H7: được tính như sau:
- Nếu không có mức cắt (LSHH, LSLL): tính với 10% thời gian lưu của nước.
- Nếu có các mức cắt (LSHH, LSLL): tính với 30% thời gian lưu của nước.
2.2.7. Vị trí của botte:
Botte được đặt ở vị trí gần mép ballon ở đầu ra của hydrocacbon.
Theo hình 8 botte được đặt gần mép LT một đoạn là Z mà ta cần xác định. Giá trị
Z bao gồm:
+ 100mm khoảng cách từ mép tới múi hàn;
+ 50mm khoảng cách từ múi hàn đến ống thao sản phẩm;
- + DIMA: đường kính cần thiết để lắp đặt ống tháo sản phẩm, tra bảng 1 quan hệ
giữa đường kính ống và DIMA;
+ 50mm: khoảng cách từ ống tháo sản phẩm đến botte;
Hình 8 : Vị trí của botte
+ Y=0.25Dbotte.
Để đảm bảo quá trình lắng ta phải xác định khoảng cách từ ống tiếp liệu đến vị trí
của botte. Khoảng cách này phải lớn hơn đoạn đường ngang mà pha nước đi qua. Chúng
ta phải tiến hành xác định như sau:
Gọi:
L: chiều dài ballon;
H: độ cao của pha lỏng cần xét đến mép dưới của ballon, tức là giọt nước sẽ rơi
với độ cao H này;
VLT: vận tốc liên tục, tức vận tốc thẳng.
VL: vận tốc lắng;
d: đường kính ống tiếp liệu;
LL: khoảng cách từ ống tiếp liệu đến botte;
LN: đoạn đường ngang mà giọt lỏng đã đi vớI độ cao là H.
Ta thấy rằng giọt nước chịu tác dụng của hai vận tốc là VLT và VL như hình 9.
VLT
Vậy LN=H× ;
VL
Khoảng cách từ mép bên trái của ballon đến ống tiếp liệu bao gồm:
+ 100mm khoảng cách từ mép tới múi hàn;
+ 50mm khoảng cách từ múi hàn đến ống thao sản phẩm;
+ DIMA (d)/2: khoảng cách từ bên trái ống tiếp liệu;
Vậy khoảng cách từ ống tiếp liệu tới botte là:
LL = L - (100+50+DIMA(d)/2-Z;
- Chúng ta so sánh hai giá trị LN và LL:
+ Nếu LN < LL: quá trình lắng thoả mãn;
+ Nếu LN > LL: quá trình lắng chưa thoả mãn, phải tăng chiều dài của botte lên
cho đến khi nào LN < LL thì thôi;
Nếu tăng chiều dài lên quá mức qui định mà quá trình lắng vẫn chưa thoả mãn thì
chúng ta lại tăng đường kính giọt lỏng lên 200µm, khi đó vận tốc lắng sẽ tăng lên và LN
sẽ giảm xuống.
VLT
H VL
LN
Hình 9 : Quá trình lắng.
2.2.8. Tính toán thiết kế ballon có vách ngăn (baffle):
D, H1: đường kính ballon và độ cao mà pha hơi đi qua, được các định giống như
ballon nằm không có vách ngăn.
Có H1 xác định được độ cao của vách ngăn.
Cấu tạo và định nghĩa các mức của pha hydrocacbon và pha nước như hình 10.
Ballon được chia thành hai phòng, một phòng để lắng nước và một phòng để lắng
hydrocacbon.
H1: được xác định dựa vào lưu lượng hơi và vận tốc hơi. Cách xác định hoàn toàn
giống với ballon nằm không có vách ngăn.
Gọi L1, L2 là chiều dài của phòng nước và hydrocacbon. Ta chia phòng này theo
tỷ lệ với thể tích chất lỏng chứa trong hai phòng. Tức là:
L1 Qnuoc × Tnuoc
=
K= ;
L 2 QHC × THC
Với:
+ Qnuoc: lưu lượng thể của tích nước, [m3/h];
+ QHC: lưu lượng thể tích của hydrocacbon, [m3/h];
+ Tnuoc: thời gian lưu của nước, [phút];
- + THC: thời gian lưu của hydrocacbon, [phút].
Hình 10 : Ballon có vách ngăn
Xác định các mức trong phòng lăng như sau:
+ H’1: nếu có mức cắt cao LSHH, H’1=150mm; nếu không có mức cắt cao LSHH,
H’1=0;
+ H’2: là giá trị lớn nhất của hai giá trị sau: độ cao ứng với thời gian lưu 4 phút
của pha nước hoặc 0.2D. Với D là đường kính ballon.
+ H’3: chúng ta tính độ cao này ứng với thời gian lưu của nước, thường thì thời
gian lưu này là 2 phút, tuy nhiên nếu quá trình tách nước khó do hiệu số khối lượng riêng
của hai pha nhỏ thì thời gian lưu này phải lớn hơn 2 phút. Tuy nhiên độ cao này phải lớn
hơn giá trị là 300mm.
+ H’4: lấy giá trị bằng H’2.
+ H’5: được các định như sau:
- Nếu có mức cắt dưới LSLL, H’5 lấy giá trị lớn nhất của hai giá trị sau: 150mm
và d, với d là đường kính ống tháo nước ra.
Và H’4 phải lớn hơi H’5.
- Nếu không có mức LSLL, H’5=0 và phảI chứng tỏ được: H’4>d.
+ H’6, H’7: được xác định như sau.
- Nếu không có các mức cắt (LSHH và LSLL): độ cao này tính tương đương với
0.1Tnuoc.
- Nếu có các mức cắt (LSHH và LSLL): độ cao này được tính tương ứng với 0.3
Tnuoc.
Xác định các mức lỏng trong phòng lắng hydrocacbon:
nguon tai.lieu . vn
