Bảng 4.7: Khảo sát hàm lượng C5 trong LPG

Trung bình cứ tăng 1 %mol C₅ vào trong LPG thì sản lượng LPG tăng 3 tấn. Khi tăng hàm lượng C₅ thì phải phải cung cấp thêm nhiệt cho C₅ bay hơi. Điều này đồng nghĩa với việc tăng nhiệt độ của đáy C-02 . Theo kết quả khảo sát thu được thì nhiệt độ này lại tăng không đáng kể. Mặt khác, khi tăng hàm lượng C₅ trong LPG thì sản phẩm sẽ không còn tinh khiết như trước nữa nên lượng hồi lưu sẽ giảm dẫn đến năng lượng cung cấp để hồi lưu cũng giảm theo. Vì vậy, nên điều chỉnh áp suất vận hành tháp C-02 để hàm lượng C₅ trong sản phẩm LPG là 1,8 %mol.

4. 
   Khảo sát các thông số làm việc của tháp C-01:
   

Tháp chưng cất làm việc với áp suất càng thấp thì năng lượng cung cấp cho tháp thấp. Ngoài ra, khi vận hành tháp chưng cất ở áp suất thấp còn đảm bảo an toàn, tránh được nhiều rủi ro so với việc vận hành tháp ở áp suất cao. Chính vì điều này, việc tìm ra áp suất làm việc tối ưu của tháp chưng cất là việc cần thiết.

Chọn áp suất tháp C-01 phải quan tâm đến yêu cầu khí từ đỉnh C-01 phải được nén đến áp suất 51,94 bar để khi các máy nén K-02/03 phải ngừng hoạt động, khí từ đỉnh C-01 có thể đưa tới áp Salegas tránh phải đốt bỏ. Do vậy, áp suất đầu ra của máy nén K-01 phải là thông số cố định. Khi áp suất tháp C-01 cao, sẽ làm giảm năng lượng tiêu tốn để nén lượng khí từ đỉnh tháp C-01 ra Salegas và nhiệt độ đầu ra của khí tại máy nén K-01. Tuy nhiên, áp suất tháp C-01 sẽ tăng làm tốn năng lượng gia nhiệt ở đáy tháp C-01. Chi phí thiết bị sẽ cao khi áp suất vận hành tháp cao.

Khi áp suất tháp C-01 thấp, sẽ làm tăng năng lượng tiêu tốn để nén lượng khí từ đỉnh tháp C-01 ra Salegas và nhiệt độ đầu ra của khí tại máy K-01 tăng. Do áp suất tháp C-01 giảm sẽ làm giảm tiêu tốn lượng nhiệt phải gia nhiệt tại đáy tháp C-01. Chi phí thiết bị sẽ thấp khi áp suất vận hành thấp.

Như vậy, việc xác định áp suất tháp là rất quan trọng, chưa nói đến việc tăng giảm áp suất vận hành của C-01 sẽ ảnh hưởng đến việc thu hồi sản lượng lỏng.

Để xác định áp suất vận hành của tháp C-01 tối ưu ta phải xác định chỉ tiêu kinh tế cho việc tiêu tốn năng lượng và sản lượng LPG thu được.

Tháp C-01 thông thường có áp suất làm việc từ 375-450 psi tức là 26,5 đến 32 bar [14/291]. Vậy, ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của áp suất làm việc của tháp C-01 trong khoảng 26,5-32 bar đến năng lượng tiêu tốn và sản lượng thu hồi LPG.

Do áp suất đầu ra K-01 là một số cố định (52 bar) nên việc nén lượng khí đầu ra K-01 lên đến áp suất 110 bar bằng áp suất đầu vào để tăng thu hồi LPG ta phải nén 02 cấp. Khi đó áp suất đầu ra K-02 là: =75,63 bar. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tháp C-01 đến năng lượng tiêu tốn cho K-01, gia nhiệt tại đáy C-01 và sản lượng LPG như sau:

Trung bình cứ tăng áp suất của tháp C-01 lên 1 bar thì nhiệt độ đáy tháp C-01 tăng lên 2,5 ⁰C nên năng lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho đáy tháp tăng lên 846000 kJ/h và năng lượng cung cấp cho máy nén K-01 giảm đi 856000 kJ/h, đồng thời sản lượng LPG cũng giảm đi 2 tấn.

Nếu áp suất tháp C-01 là 26,5 bar thì năng lượng cần dùng để cung cấp cho máy nén K-01 sẽ tăng lên: 14870000 - 13940000 = 930000 (kJ/h) (so với áp suất 27,5 bar). Nhưng bù lại, năng lượng dùng để gia nhiệt cho đáy tháp giảm: 99950000 - 99070000 = 880000 (kJ/h) và sản lượng LPG cũng tăng lên 3 tấn/ngày.

Vậy, dựa vào những giá trị trên, thì áp suất làm việc thích hợp của tháp C-01 là 26,5 bar.

b. Khảo sát đĩa nạp liệu của C-01:

Vị trí nạp liệu hay nói cách khác còn gọi là đĩa tiếp liệu. Đĩa tiếp liệu là đĩa mà thành phần, tính chất của các dòng trong đĩa có thành phần, tính chất gần giống như dòng nguyên liệu đi vào tháp.

Khi khảo sát vị trí nạp liệu của tháp C-01 phải chú ý đến hàm lượng CO₂ thu được trong LPG. Vì nhiệt độ của dòngV-03 là -64 ⁰C; dòng V-02 là -47,8 ⁰C nên lượng CO₂ rất dễ bị ngưng tụ đi theo vào sản phẩm LPG. Do đó, vị trí nạp liệu của các dòng phải phù hợp và đảm bảo lượng CO₂ không có trong LPG.

Từ kết quả mô phỏng, ta xác định được vị trí nạp liệu phù hợp của các dòng vào tháp C-01 như sau:

• 
  Dòng thứ nhất V-03: có nhiệt độ -64 ⁰C nên sẽ được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-01 đóng vai trò như dòng hồi lưu ngoài.
  
• 
  Dòng thứ hai là V-02: có nhiệt độ -47,8 ⁰C cũng được đưa vào đĩa thứ 2 của tháp C-01.
  
• 
  Dòng thứ ba V To C-01: có nhiệt độ -7 ⁰C được đưa vào đĩa thứ 16 của tháp C-01.
  
• 
  Dòng thứ tư L To C-01: có nhiệt độ 75 ⁰C được đưa vào đĩa thứ 24 của tháp C-01.
  

4. 
   Khảo sát các thông số làm việc cuả tháp C-02
   

Số đĩa lý thuyết của tháp sẽ phụ thuộc vào bản chất hệ, vào độ hồi lưu, vào nhiệt độ vùng nạp liệu, nồng độ distillat và nồng độ sản phẩm đáy. Cụ thể là:

• 
  Nhiệt độ sôi của các cấu tử tạo ra hệ càng khác nhau thì sự phân tách chúng ra khỏi nhau càng dễ, số đĩa lý thuyết của tháp chưng sẽ càng ít.
  
• 
  Nồng độ distillat và nồng độ cặn càng khác nhau thì số đĩa càng nhiều. Khi distillat và cặn là chất gần như nguyên chất thì số đĩa lý thuyết rất lớn. Để thu được chất nguyên chất số đĩa phải là vô cùng. Do đó, không thể phân tách các cấu tử trong một hỗn hợp thành các chất nguyên chất bằng phương pháp chưng cất.
  
• 
  Độ hồi lưu càng lớn số đĩa lý thuyết càng nhỏ nhưng lại tốn năng lượng để làm bay hơi lượng hồi lưu. Ngược lại, độ hồi lưu càng nhỏ số đĩa lý thuyết càng lớn, tháp rất cao chi phí xây dựng lớn và không an toàn.
  

Cứ giảm số đĩa của tháp C-02 thì tỉ số hồi lưu lại tăng, đồng thời năng lượng cung cấp để gia nhiệt và làm lạnh lại tăng. Dựa vào bảng 4.9 ta chọn tháp C-02 hoạt động với 30 đĩa.

Tháp C-02 làm việc với áp suất thấp thì chi phí năng lượng cung cấp cho E-02, E-03 càng giảm càng tốt.

Việc làm lạnh bupro bằng không khí nên nhiệt độ đầu ra của sản phẩm LPG phải lớn hơn nhiệt độ của không khí khoảng từ 10-15 ⁰C. Do đó, nhiệt độ của đỉnh tháp C-02 tối thiểu bằng 40 ⁰C. Kết quả thu được cho trong bảng 4.10.

Bảng 4.10: Khảo sát ảnh hưởng của tháp C-02 đến năng lượng cần cung cấp cho E-02, E-03

Dựa vào kết quả trên ta thấy tháp C-02 làm việc với áp suất 11,2 bar sẽ tiết kiệm được một lượng năng và đảm bảo được nhiệt độ đầu ra của sản phẩm. Vậy, tác giả chọn áp suất làm việc của tháp C-02 là 11,2 bar.

Dựa vào mô phỏng ta sẽ tính được tại đĩa thứ 14 thì nhiệt độ gần giống nhiệt độ dòng To C-02. Vậy, vị trí tiếp liệu của tháp C-02 là đĩa thứ 14.

Dựa vào kết quả phân tích phần 4.6.1 ta có thể rút ra các thông số vận hành các thiết bị trong dây chuyền công nghệ nhằm thu hồi LPG đạt giá trị cao nhất là:

• 
  Điều chỉnh áp suất đầu vào càng cao càng có lợi.
  
• 
  Khí thương phẩm có áp suất càng thấp càng tốt.
  
• 
  Đối với tháp C-01:
  

• 
  Hàm lượng C₂ trong sản phẩm LPG là 1,8% mol.
  
• 
  Làm việc với 32 đĩa.
  
• 
  Áp suất đỉnh tháp: 28,5 bar.
  
• 
  Áp suất đáy tháp: 28,8 bar.
  
• 
  Vị trí nạp liệu:
  

+ Dòng V-02: nạp liệu tại đĩa thứ hai.

+ Dòng V-01A: nạp liệu tại đĩa thứ 16.

+ Dòng To C-01: nạp liệu tại đĩa thứ 24.

• 
  Đối với tháp C-02:
  

• 
  Hàm lượng C₅ trong sản phẩm LPG là 1,8% mol.
  
• 
  Làm việc với 30 đĩa.
  
• 
  Áp suất đỉnh 11,2 bar.
  
• 
  Áp suất đáy: 11,4 bar.
  
• 
  Dòng To C-02 được nạp liệu tại đĩa thứ 14.
  

Với các thông số tối ưu của sơ đồ công nghệ 4.3 thì kết quả thu được như sau: