THIT B TÁCH PHA (BALLON) I. Nguyên lí c bn: Thông thng mt ballon phi đm bo hai chc nng: + Quá trình tách gia các pha đc đm bo. + Bo đm thi gian lu ca các pha lng. 1.1. Quá trình tách các pha: Ballon cho phép tách nhng git lng ra khi pha liên tc có th là hi hoc lng. a) Pha liên tc là pha hi: Vn tc pha hi phi đm bo ch yu đ tránh hin tng cun theo nhng git lng không mong mun. Tr nhng trng hp đc bit, quá trình thit k ballon da vào nhng gi thit sau: + Nhng gi t lng đc xem nh hình cu và cng. + ng kính ca git lng này là 80µm. + Có th áp dng đnh lut Newton khi: 1000 < Re < 200000. Ngi ta đnh ngha, đi vi pha hi, vn tc ti hn Vc đ lôi cun nhng git lng chính bng vn tc ti đa ca git lng tách khi pha hi. 1048.0 −= v l Vc ρ ρ Vn tc ln nht ca pha hi Va là mt hàm ca Vc và h s k. H s k này ph thuc vào tng loi ballon và đm lc đ loi b lng. Va ≤ kVc. Giá tr k đc chp nhn nh sau: + Ballon đng không thit b đm lc: k = 0,8 ; + Ballon đng có thit b đêm lc: Áp sut bé: k = 1,7; Áp sut chân không: k = 1,2; + Ballon nm: k = 1,7. b) Pha liên tc là pha lng: Thông thng đ ây là hn hp hydrocacbon và nc, và có th là: + Hidrocacbon phân tán trong nc, trng hp này nc là pha liên tc. + Nc phân tán trong hydrocac bon, trng hp này hydrocacbon là pha liên tc. Ngoi tr nhng trng hp đc bit, khi tính toán thit k ballon ngi ta chp nhn gi thit sau: + Nhng git lng là nhng ht hình cu cng; + ng kính bình thng ca nhng ht hình cu này là 100µm; Trong trng hp tách khó khn do đ nht ca hai pha liên tc cao hoc khi lng riêng ca hai pha tng đng nhau, ngòi ta chp nhn hiu sut gn th p đ tránh trng hp ballon quá dài. C s tính toán: + Trên c s đng kính git lng là 100µm. + Có kh nng đng kính git lng tng lên đn 500µm đ đt đn chiu dài ti đa ca ballon là 10m. + Trong trng hp s gn quá khó khn hoc lu lng quá ln ngui ta chp nhn ballon dài quá 10m. 1.2. Thi gian lu: Thi gian lu phn ln đc c đnh bi nhng yêu cu v điu khin và quá trình thit k ballon. Ngoài các trng hp đc bit thi gian lu bé nht đc xem xét gia hai mc HLL và LLL nh sau: + Ballon tip liu ca mt phân xng: 30 phút; + Ballon hi lu: 5 phút; + Sn phm v bn cha: 2 phút; + Ballon tip liu cho ct chng ct : - Di quá trình điu khin lu lng:15 phút; - Di quá trình đi u khin ni tip lu lng và mc: 8 phút; + Lng nc trong botte: 2 phút. Nu mt ballon có nhiu ng dng thì ch mt thi gian lu đuc xem xét, đó là thi gian lu ln nht. 1.3. La chn loi ballon: Trong mt ballon nm ngang khong không dành cho pha hi đi qua đc bao gm phn din tích phía trên ca mc cao nht d kin ca ballon, đi vi ballon đng tit di n đi qua ca pha hi chính là tit din nm ngang ca ballon. Tùy theo tng trng hp mà có nhiu cách chn ballon khác nhau. Nu nguyên liu vào cha mt lng hi ln và mt lu lng lng bé thì chn ballon đng là tt nht vì tit din ngang ca ballon chính là tit din hi đi qua. Ví d: trong trng hp ballon trên đng hút ca máy nén có mc đích là không cha mt lng lng nào vào máy nén, nu không s làm cho máy nén rung và dn đn h hng máy nén. Ballon nm thng s d ng khi cha nguyên liu và các sn phm ca thit b phn ng hoc đ lng nc. 1.4. ng kính và t s L/D: a) ng kính bé nht: Do nhng ràng buc khi lp đt các thit b điu khin dn đn nhng yêu cu v đng kính ti thiu ca ballon. Tr nhng trng hp đc bit, thông thng đng kính ca ballon phi tho mãn nh ng yêu cu sau: + Ballon nm mt phòng (có hoc không có botte): D ≥ 800mm; + Ballon nm có hai phòng: D ≥ 1000mm; + Ballon đng: D ≥ 600mm. b) ng kính ln nht: Tr nhng trng hp ngoi l hoc yêu cu ca khách hàng thì thông thng đng kính ti đa ca ballon: d < 3500mm. c) T l L/D: T l gia chiu dài và đng kính (L/D) ca ballon ph thuc vào áp sut làm vic. Tr nhng trng hp đc bit, t l  H/D phi tuân theo quy tc sau: Áp sut (bar tng đi) L/D P < 20 20 < p < 80 80 < p < 150 P >150 3 3÷4 4÷5 5÷6 Thông thng đi vi ballon nm thì t l L/D có th thay đi. i vi ballon đng mà có đng kính bi tit din pha hi đi qua ln có th dn đn chiu dài rt ln không phù hp vi quá trình. 1.5. Thit b đm lc: Hot đng ca đm lc này có tác dng đm bo s liên kt li ca nhng git lng phân tán trong pha hi đ cho quá trình tách đc trit đ. Nó có cu to rt đn gin là mt tm li kim loi, hiu sut hot đng ph thuc vào vn tc pha hi, hiu sut làm vic cao nht khi 0,8Vc ≤ Va ≤ 1,7Vc. Tn tht áp sut khi qua thit b loi b lng này nh (<10 -3 bar đi vi vn tc hi <2m/s) nên có th b qua s tn tht áp sut này. Vt liu ch to ballon thay đi tu thuc theo quá trình n mòn ca các lu th. Thông thng bên trong ballon là thép cacbon, bên ngoài là thép hp kim thp. Trong nhng trng hp đc bit, ballon làm vic trong điu kin khc nghit (áp sut cao, môi trng n mòn) có th s dng thép 304. Tùy thuc loi nguyên liu mà ngi ta s  dng các loi vt liu sau: Nguyên liu Vt liu Axit HNO 3 , phân đon du m Dung dch cha axit naphtennic, n mòn Cha hi nc, nc, HNO 3 Thc phm Dung dch có đ n mòn rt cao Thép 304 Thép 316 Thép 403 Titanium Teflon 1.6. m tách loi: Mc đích:  tách các ht lng phân tán trong pha lng, quá trình tách đoc thc hin bi s kt dính. Nhng ht lng đi qua đm s bám lên các si trong đm, gp li vi nhau và ln dn lên, quá trình này ng dng cho git có kích c >100µm. Mun tng hiu qu làm vic ca đm thì pha phân tán phi làm t b mt ca đm, vì vy tu loi dung dch mà ta chn vt liu làm đm cho thích hp: + i vi nc phân tán trong hydrocacbon: chn đm bng kim loi; + i vi du phân tán trong nc: chn đm bng vt liu tng hp. 1.7. Các loi đáy ballon: Thông thng là hình elip vi t l trc dài: trc ngn là 1,9 : 1. Trong thc t ngi ta ly t l 2:1 khi thit k. i vi ballon làm vic  áp sut cao (>80 bar eff) thì đáy có d ng hình bán cu. i vi các ballon có đng kính < 600mm thì đáy s dùng vòng kp. Hình 1: Các mc trong ballon Trong quá trình tính toán thì đáy ca ballon có th b qua vì các lý do sau: + Th tích đáy xem nh là mt h s an toàn. + Thông thng trong quá trình thit k ngi ta không quan tâm đn loi đáy đc s dng. Tuy nhiên trong quá trình ci tin, th tích đáy phi đc tính đn. Chú ý: Th tích ca mt đáy hình elip có th đc tính theo công thc sau: p D V T 12 3 π = Vi: V T : th tích toàn b đáy. p: t s trc dài : trc ngn. D: đng kính đáy. Trong trng hp ballon nm có đáy hình elip, chiu cao mc cht lng trong đó là H thì ta tính th tích cht lng  đáy nh sau: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = D H D H V V T H 23 2 Vi: V T đc tính  công thc trên, thì ta s tính đc V H , đó chính là th tích lng trong đáy vi chiu cao H. Trong trng hp đáy ballon là hình cu thì công thc tính V T ch thay đi t l trc p = 1. 1.8. Cách gi tên các mc: LSHH (Level Swich High High): mc ct cao nht, dùng đ ct hot đng ca máy nén. HLL (High Liquid Level): mc cao ca lng; LAH (Level Alarm High): mc cnh báo cao, cnh báo cht lng có th dâng cao. LAL (Level Alarm Low): mc cnh báo thp, cnh báo cht lng có th xung thp. LLL (Low Liquid Level): mc thp ca cht lng. LSLL (Level Swich Low Low): mc ct thp nht, dùng đ ct hot đng ca bm cht lng. LT (Lign Tangence): mép ca ballon. Chú ý: Mc cht lng ballon hot đng bình thng NLL (Normal Liquid Level) không phi nm c đnh ti mt v trí mà nó có th dch chuyn gia hai v trí HLL và LLL, nhng khi xem xét thì mc NLL này nm ti v trí 50% gia mc cao nht và thp nht. II. Thit k các loi ballon: 2.1. Balon đng thông thng (ballon vertical classique): Gi D là đng kính ca ballon. ng kính D này phi tha mãn nhng yêu cu: + Vv ≤ KVc. + Bo đm thi gian lu. + T l L/D phi đm bo. Trong đó: Vv: vn tc pha hi [m/s]; Vc: vn tc ti hn [m/s]; K: h s ph thuc vào tng loi thit b, có thit b đm lc hay không. ng kính bé nht cn thit đc xác đ nh trong trng hp lu lng pha hi đi qua ln nht. Lu lng ln nht ca pha hi xác đnh theo giá tr sau vl v Qv ρρ ρ − . Nu không có pha lng (ballon trc máy nén) thì t trng ca pha lng ngi ta c đnh là 600kg/m 3 . Nu pha hi quá bé thì đng kính đc xác đnh bi th tích lng có trong ballon và t l L/D. Trong trng hp này ngoài các điu kin trên thì ta xác đnh vn tc ca pha hi theo các giá tr sau: + 0,8Vc: nu không có thit b đm lc. + 1,7Vc: nu có thit b đm lc. Nu không có pha hi thì s không có thit b đm lc (matelas éliminateur) và ballon đc thit k da vào lng lng có trong ballon và t l L/D. Quá trình thi t k đc thc hin nh sau: + H1 = 0 nu không có thit b đm. +H1 = 0 vi đáy hình cu ngay c khi có thit b đm lc. +H2: thng đc c đnh bi giá tr 150mm (đây là b dày ca thit b đm lc). +H2=0 nu không có thit b đm lc. Hình 2: Ballon đng thông thng. +H3=2d: nu có thit b đm lc. Vi d là đng kính ng np liu; +H3=max (150+ 2 DIAM ; 2d): nu không có thit b đm lc. Giá tr DIAM ca mt ng đc xác đnh theo bng 1. Giá tr này chính là giá tr ca đng kính ng cng thêm giá tr đ hàn ng này vào thit b. +H4= ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ++ 2 300 2 3.0 dd D Khong cách này đc xác đnh đ đm bo s đi qua ca pha hi t b lch dòng (défecteur) đn mc cao nht ca lng. +H4 ≥ d+200 +H5: đc c đnh bng 0.2H6. Trong trng hp tng quát đ dng hot đng ca máy nén thì tn ti mc LSHH đ tránh trng hp cht lng dâng quá cao làm cho pha hi ln nhiu lng có th làm h hi máy nén. Ngi v n hành phn ln s đc cnh báo bi mt cái đèn ni vi thit b điu khin, đèn này đc đt di mc HLL. Nu mc cht lng ln hn LSHH thì s làm dng máy nén.  tránh tình trng dng máy đt ngt này, khi thit k cn phi b trí mt thi gian gi là thi gian can thip (temps d’intervention) gia hai mc HAL và LDHH đ ngi v n hành có th có thi gian đ x lý không cho mc cht lng vt qua mc LSHH. Nu không có mc LSHH thì H5=0. H6: đc tính chính là thi gian lu ca cht lng trong ballon. Trong trng hp ballon không có pha lng (ví d nh ballon trên đng hút ca máy nén) thì chúng ta ly giá tr là 300mm. H6 đc xác dnh theo công thc sau: 2 4 6 D TQ H SL π = Vi: Q L : lu lng pha lng; Hình 3 : Ballon tip liu Ts: thi gian lu ca lng trong ballon, [s]; D: đng kính ca ballon [m]; Phi bo đm t s L/D sao cho phù hp vi áp sut, bng cách thay đi D và H6 trong khi c đnh Ts. H 7 c đnh bng 0,2 H 6 . Tng t nh H 5 , nu mc lng thp hn LSLL có th làm dng hot đng ca bm sn phm. Cn phi b trí mt mc cnh báo, mà thi gian t mc cnh báo đn mc LSLL ln hn hay bng thi gian can thip ca ngi vn hành. Mc ct LSLL này s dng trong các trng hp sau: + Lng đc đa ra khi bm: LSLL s dng bm; + Tu n hoàn lng t ballon: LSLL s dng bm tun hoàn. H 8 : Khong cách t mc thp nht LSLL (hoc LLL) đn mép di ca thit b thng đc c đnh và bng 300mm. ây ch là giá tr trung bình, tu cu trúc tng ballon mà giá tr này có th thay đi. H9 và H10: đây là khong cách gia mc đèn cnh báo và các mc HLL và LLL. Chúng đc xác đnh nh sau: Nu không có các mc ct (LSLL và LSHH) thì h9 và h10 đc tính tng ng vi 10% thi gian lu. Nu có các mc c t (LSLL và LSHH): H9 và H10 đc tính tng ng vi thi gian 30% thi gian lu. 2.2.2. Thit k ballon tip liu (ballon de charge): Cu to và v trí các mc đc miêu t nh hình 3. Nu gi D là dng kính trong ca ballon, thì đng kính D này phi tho mãn các ràng buc sau: + Bo đm thi gian lu. + T l L/D tha mãn theo ràng buc ca áp sut. ng kính D đc tính theo công thc sau: 3 4 H TQ D L SL πρ = Trong đó: D: đng kính ca ballon, [m]; Q L : lu lng pha lng, [kg/s];  L : khi lng riêng lng, [kg/m 3 ]; H 3 : đ cao hu ích gia mc HLL-LLL, [m]; T l L/D có th đt đc nh s thay đi D và H 3 vi thi gian lu c đnh. Các đon H 2 ,H 4 ,H 6 , H 7 : Vi s tn ti các mc ct cao (LSHH) và mc ct thp (LSLL) thì 4 khong cách này có đ dài bng nhau. Bn khong cách này đc tính da trên c s là thi gian can thip (tems d’intervention) gia mc đèn và mc ct là 5 phút. Vì vy các đon H 2 , H 4 , H 6 , H 7 đc tính theo thi gian lu là 2,5 phút. Nu không có mc ct thì H 2 = 0 và H 4 = 0.2H 1 ; H 1 : + Nu có mc LSHH : H1= 500mm. Nu không có mc LSHH : H 1 ly giá tr ln nht ca hai giá tr là :500mm và đ cao tính đc vi thi gian lu là 2,5 phút gia 2 mc LT và HLL. H5: +Vi s có mt ca LSLL: H5=300mm . + Nu không có mt ca LSLL: H5 ly giá tr ln nht ca hai giá tr sau: 300 mm và chiu cao tính đc ng vi thi gian là 2,5 phút gia mép di ballon LT và LLL. Ballon de charge này khác vi ballon đng c đin là v trí ng np liu. ng np liu ca ballon đng c  đin  mc trên nht (LSHH), vì vy lng hi có th thoát ra d dàng. Còn v trí ng np liu ca ballon de charge nm di mc thp nht (LSLL), do nguyên liu vào là cht lng quá lnh vì vy lng hi xem nh là không có. Nu nguyên liu vào có cha mt lng hi nào đó thì không dùng ballon de charge vì ng tip liu nm  di và lng hi s làm khuy đng không đm b o quá trình lng. 2.3. Ballon đng tách 3 pha (séparteur triphasique vertical): Cu to và đnh ngha các mc theo hình 4. Loi ballon này đc dùng cho quá trình tách 3 pha: pha hi, pha hydrocacbon lng và nc. Nguyên liu ca ballon này thng là các sn phm đi ra t các thit b phn ng có áp sut cao ví d quá trình hydocracking. Loi ballon đng này thng dùng đ gim giá thành thit b do s dng  áp sut cao, khong 150 bar. Vi áp sut này thì kh nng lng vi thit b ballon đ ng tt hn ballon nm. + ng kính ca đm lc đc xác đnh da vào vn tc pha hi Hình 4: Ballon đng ba pha. 1048.07.17.1 −×== V L VcVv ρ ρ , [m/s] và lu lng pha hi Qv [m 3 /s]. Ta tính đc din tích ca đm lc theo công thc sau: Vv Qv S D = , [m 2 ]. T din tích này ta tính dc đng kính đm lc theo công thc sau: π D S4 D D = , [m ]. Các mc hydrocacbon lng đc xác đnh nh sau:  tính đng kính trong ca ballon, ngi ta da trên c s là: c đnh thi gian lu Ts và c đnh chiu cao hu ích gia hai mc HLL – LLL = H 6 = 2D. Ta có công thc sau: L SL TQ D ρ π =× 2 4 D 2 ; Vy ta xác đnh đng kính ballon: πρ L SL TQ D 2 3= , [m]. Vi: QL: lu lng lng, [kg/m 3 ]; Ts: thi gian lu lng,[s];  L : khi lng riêng ca hidrocacbon, [kg/m 3 ]. Sau đó đem so sánh D đm lc và D ballon . Nu D đm lc > D ballon thì ta chn đng kính ballon chính là đng kính đm lc. + H 2 : b dày ca đm lc, đc c đnh bi giá tr 150mm. + H 3 : khong cách t đm lc đn tâm ng tip liu. H 3 =2d; vi d là đng kính ng tip liu. Tu theo lu lng ca nguyên liu mà ta chn đng kính thích hp. H 4 : khong cách t tâm ng tip liu đn mc cao nht ca pha hydrocacbon lng (LSHH (HC)). Khong cách này phi bo đm đc đng đi ca pha hi t b lch dòng (defecteur) đn mc cao nht LSHH. H 4 =0,3D+ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 2 300 2 dd , [mm]. [...]... MW=18g/mole - Áp su t: P=1atm +L ul tr ng thái khí và xem ng kh i l u vào: ng pha h i: Qvap, [kg/h]; pha h i: 500oC; t c c nh b i hai i u ki n sau: +L ul ng n + Nhi t n c làm l nh: Tw, [oC] Các i u ki n +L ul b ch i c làm l nh: Qw, [kg/h]; u ra: ng pha h i b ng l u l ng pha h i vào c ng v i 40% l u l ng n cb 160oC: Qvap+0.4Qw, [kg/h]; nhi t + Pha l ng bao g m 60% l u l 80oC Entanpi c a h i n c ng n các nhi t... 80 c l ng có entanphi=1kcal/kg; Bi t 671+ 0.6 + Pha h i: Qvap + 0.4 c Qw Qw ; + Pha l ng: 0.6Qw; Kh i l ng riêng c a pha h i h i vào= h i ra= 18 22.4 18 22.4 c tính nh h i n 273 =0.28kg/m3 (h i n 273 500 273 =0.51kg/m3 (h i n 273 160 c c c: 500oC,1at); 160oC,1at); 2.2.4.2 Thi t k ballon tách c c (ballon decokage): + ng kính D: c xác nh d a vào v n t c pha h i và l u l nh sau: Vv=2Vc + H1=150+ DIMA(d... là LT) và m c LSLL c a pha n th ng cc nh b i giá tr D/4 -N ut nt i m c th p nh t (LSLL c a pha n c), thì ta ch ng minh th i gian l u trong vùng này l n h n 20% th i gian l u c a n (n c H13 c r ng c trong vùng HLL-LLL c) - Th tích trong kho ng H13 v i chi u cao (LSHH c a n c) v i chi u cao D/4 c tính theo công th c sau: + H14: ây là kho ng cách gi a m c l u HLL và m c èn HAL c a pha n Kho ng cách này... không có m c c t cao (LSLL c a n 30% th i gian l u c a n + c): H16 t ng ng v i th i gian l u là c m h p dính (Matelas coalesceur): c a pha hydrocacbon l ng n m c LL l c ng n d c trong ballon t m c LSLL ng c a n c 2.2.4 Thi t k ballon tách c c (ballon de decokage): Ballon tách th ng c t trên ng s n ph m ra c a m t lò t ho c c a m t thi t b tái sinh xúc tác b ng cách t c c (ví d thi t b tái sinh xúc tác... c và thu h i c c C u t o ballon de decockage nh hình 4 Quá trình thi t k ballon tách c c g m2b c sau: 1 Xác nh l u l ng vào và ra 2 Thi t k ballon 2.2.4.1 Xác Ng nh l u l Hình 4 : Ballon tách c c ngvào và ra: i ta ch p nh n r ng nguyên li u vào ballon này ch khí này có l u l ng n nh Vì m t lý do là nguyên li u vào ballon tách c c chính là ng ra c a s n ph m c a lò Ballon này ho t - Kh i l ng d t ho... c ích tránh cho chi u dài c a ballon tr nên quá dài b i s l ng n G i D: l ng n c nh m c c a pha th ba ng kính trong c a ballon Quá trình tính toán ph i tho m n các yêu c u sau: + Có m t vùng cho pha h i i qua gi a m c trên cùng (LSLL ho c HLL n u không có m c LSHH) và mép trên c a ballon (LT), v i v n t c c a pha h i là: Vv=KVc +B o m th i gian l u c a l ng +B o m t l L/D tho m n Vi c tính toán c a... n d dàng t quan h H Ad và thông qua a D At Tính toán các m c: + H1: c tính toán theo v n t c pha h i Vv và l u l ti t di n pha h i i qua, ta s suy ra c H1qua quan h ng h i Qv, ta s tính c H Ad và Nh ng giá tr H1 D At nay không nh h n 300mm và 0,2D Nh v y ta l y giá tr nh nh t c a ba giá tr : H1 tính theo pha h i, 300mm và 0,2D + H2 n u có m c LDHH thì H2 t c a m c HLL-LLL Nó ng ng v i th i gian l... LN s gi m xu ng VLT H VL LN Hình 9 : Quá trình l ng 2.2.8 Tính toán thi t k ballon có vách ng n (baffle): D, H1: ng kính ballon và cao mà pha h i i qua, c các nh gi ng nh ballon n m không có vách ng n Có H1 xác nh C u t o và nh ngh a các m c c a pha hydrocacbon và pha n Ballon c cao c a vách ng n c chia thành hai phòng, m t phòng l ng n c nh hình 10 c và m t phòng l ng hydrocacbon H1: c xác nh d a vào... H’1=150mm; n u không có m c c t cao LSHH, H’1=0; + H’2: là giá tr l n nh t c a hai giá tr sau: c a pha n c ho c 0.2D V i D là + H’3: chúng ta tính cao ng v i th i gian l u 4 phút ng kính ballon cao này ng v i th i gian l u c a n gian l u này là 2 phút, tuy nhiên n u quá trình tách n c, th c khó do hi u s kh i l c a hai pha nh thì th i gian l u này ph i l n h n 2 phút Tuy nhiên ng thì th i ng riêng cao này ph... H10 c tính t ng ng v i th i gian10% th i gian l u N u có các m c c t (LSLL và LSHH): H9 và H10 c tính t ng ng v i th i gian 30% th i gian l u + H8: kho ng cách gi a m c th p nh t c a pha hydrocacbon l ng (LSLL c a HC) và pha n c (LSHH c a n c) c tính t c xác nh nh sau: H 8 4QL 2 D2 L + H11: b ng 0,2 th i gian l u c a n thu n v i th i gian l u khi l u l ng c ng ng v i th i gian l u là 2 phút, v y H8 c . các pha lng. 1.1. Quá trình tách các pha: Ballon cho phép tách nhng git lng ra khi pha liên tc có th là hi hoc lng. a) Pha liên tc là pha. đng tách 3 pha (séparteur triphasique vertical): Cu to và đnh ngha các mc theo hình 4. Loi ballon này đc dùng cho quá trình tách 3 pha: pha