Đồ Án Tính toán thiết kế công nghệ sấy khí bằng oxit nhôm

Đề tài: Tính toán thiết kế công nghệ sấy khí bằng oxit nhôm


MỞ ĐẦU
Khí tự nhiên và khí đồng hành là những nguyên liệu rất có giá trị để sản xuất nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hoá dầu cũng như dùng để sản xuất nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải (như LNG, LPG)
Khí tự nhiên và khí đồng hành khai thác từ lòng đất thường bão hoà hơi nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, thành phần hoá học của khí. Ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin chúng còn chứa các tạp chất như bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S và các hợp chất hữu cơ chứa S nên trước khi đưa vào chế biến khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị mà trong đó qúa trình tách hơi nước là rất quan trọng.
Do hơi nước trong khí tự nhiên và khí đồng hành có thể bị ngưng tụ trong các hệ thống công nghệ xử lý khí sau này, kết quả sẽ tạo các điều kiện hình thành các hydrat (các chất tinh thể rắn) dễ đóng cục chiếm các khoảng không trong các ống dẫn hay các thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thường đối với các dây chuyền khai thác, vận chuyển và chế biến khí. Ngoài ra sự có mặt của hơi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh sẽ làm tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng của các thiết bị, công trình vậy nên nghiên cứu về công nghệ sấy khí nhằm làm giảm hơi nước đồng thời ngăn ngừa sự tạo thành hydrat trong khí tự nhiên và khí đồng hành là rất cần thiết.
Trong công nghiệp có rất nhiều phương pháp được dùng để hạ nhiệt độ điểm sương và sấy khô khí tự nhiên cũng như khí đồng hành. Với đề tài “Tính toán thiết kế công nghệ sấy khí bằng oxit nhôm” em lựa chọn phương pháp sấy hấp phụ với chất hấp phụ là g - Al2O3 vì g-Al2O3 có cấu trúc xốp, bề mặt riêng lớn, có các tâm axit, dễ tạo viên, độ bền cơ, bền nhiệt, chịu được nước.
Với yêu cầu là sấy khí đồng hành của mỏ Bạch Hổ thì phương pháp này có thể đạt được điểm sương thấp, điểm sương của khí sau khi sấy bằng g-Al2O3 có thể đạt tới -730C (hay -1000F) và độ giải ẩm cao trong khoảng rộng của các thông số kỹ thuật bên cạnh đó quá trình còn thuận tiện, kính tế và công nghệ dễ vận hành.
Đề tài này được chia làm hai phần:
Phần I: Tổng quan. Phần này trình cơ sở hoá lí và công nghệ sấy khí từ đó lựa chọn chất hấp phụ và công nghệ phù hợp.
Phần II: Tính toán thiết kế công nghệ. Trong phần này bao gồm việc tính toán cân bằng vật liệu, cân bằng năng lượng và tính toán thiết kế thiết bị chính.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN

Um : Vận tốc khối lượng khí
C : Hằng số.
Dh : Đường kính trung bình hạt chất hấp phụ.
rh : Khối lượng riêng trung bình của g = Al2O3.
rK : Khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc.
g : Gia tốc rơi tự do.
P’r : Áp suất rút gọn.
T’r : Nhiệt độ rút gọn.
Z : Hệ số chịu nén.
: Khối lượng nước tách từ khí trong chu kỳ hấp phụ.
n : Số chu kỳ.
w1, w2 : Lượng ẩm trước và sau khí sấy.
n : Năng suất khí cần sấy.
D : Đường kính tháp hấp phụ.
vP : Vận tốc tuyến tính.
DP : Đường kính trung bình của hạt g - Al2O3.
rg : Khối lượng riêng của khí.
t : Thời gian của chu kỳ.
q : Tải trọng riêng.
lvh : Chiều dài vùng hấp phụ.
ad : Dung lượng ẩm cân bằng động.
l1 : Chiều cao cần thiết của lớp hấp phụ động.
DP : Tổn thất khi khí chuyển động qua lớp hạt chất hấp phụ.
f : Hệ số ma sát.
dp : Đường kính tương đương của hạt.
e : Độ rỗng của hạt.
w’ : Độ ẩm bão hoa của khí.
Re : Chuẩn số Reynolds .
m : Độ nhớt của cấu tử.
G1 : Khối lượng chất hấp phụ.
T4 : Nhiệt độ tái sinh.
T1 : Nhiệt độ quá trình hấp phụ.
Q1 : Nhiệt cần thiết để đun g - Al2O3.
G2 : Khối lượng thiết bị và phụ tùng trực tiếp nối với các ống thiết bị.
C2 : Nhiệt dung riêng của vật liệu kết cấu chế tạo thiết bị.
Ht : Chiều cao của tháp.
Q2 : Nhiệt cần thiết để đun nóng thiết bị.
rt : Khối lượng riêng của thép.
Q3 : Nhiệt cần để đung nóng nước đến nhiệt độ sôi.
T2 : Nhiệt độ sôi của nước.
C1 : Nhiệt dung riêng của nước.
: Nhiệt bay hơi nước.
Q4 : Nhiệt cần để bay hơi nước
Q5 : Nhiệt cần để bay hơi các hydrocacbon được hấp phụ trong quá trình hấp phụ.
Q : Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình tái sinh.
Qm : Lượng nhiệt mất mát ra môi trường.
: Lượng nhiệt riêng cần để giải hấp một đơn vị khối lượng nước hấp phụ.
GK : Khối lượng khí đem tái sinh.
Ck : Nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp khí.
Vts : Thể tích khí tái sinh.
g - Al2O3 : Gama oxit nhôm
BET : Thuyết hấp phụ Brunaner - Emmelt - Teller.
DEG : Dietylen Glycol
MEA : Mono Etanol Amin
TEG : Tri Etylen Glycol
LNG : Lique fied Nature Gases
LPG : Lique fied Petroleum Gases.

MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN 0
MỞ ĐẦU 4
PHẦN I: TỔNG QUAN 6
CHƯƠNG I: CƠ SỞ HOÁ LÍ CỦA CÔNG NGHỆ SẤY KHÍ. 7
I.1. Thành phần, đặc tính của khí tự nhiên và khí đồng hành. 7
I.2. Các tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành. 8
I.2.1. Phương trình trạng thái của các hydrocacbon. 8
I.2.2. Cân bằng pha của hệ các hydrocacbon. 8
I.3. Tính chất của hệ hydrocacbon và nước. 9
I.3.1. Hàm ẩm của khí. 9
I.3.2. Ảnh hưởng của nitơ và các hydrocacbon nặng đến hàm ẩm của khí. 10
I.3.3. Hàm ẩm cân bằng của hydrat. 10
I.3.4. Sự tạo thành hydrat. 14
I.3.4.1. Cấu trúc tinh thể hydrat. 14
I.3.4.2. Cân bằng quá trình tạo hydrat. 16
I.3.4.3. Nhận xét. 16
I.4. Quá trình hấp phụ. 18
I.4.1. Khái niệm chung về hấp phụ. 18
I.4.2. Chất hấp phụ. 18
I.4.2.1. Đặc chưng của chất hấp phụ. 18
I.4.2.2. Ôxit nhôm và g - Al2O3 19
I.4.3. Cân bằng pha của quá trình hấp phụ. 23
I.4.4. Hoạt độ hấp phụ. 23
I.4.5. Các thuyết hấp phụ. 24
I.4.5.1. Thuyết hấp phụ Lang muir. 24
I.4.5.2. Thuyết hấp phụ BET. 25
I.4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ. 31
I.4.6.1. Nhiệt hấp phụ. 31
I.4.6.2. Nhiệt trong quá trình tái sinh. 32
I.4.7. Động học của quá trình hấp phụ. 34
I.4.7.1. Chuyển chất từ pha hơi đến bề mặt ngoài viên. 34
I.4.7.2. Chuyển chất trong mao quản. 36
I.4.7.3. Động học của quá trình hấp phụ. 38
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ 40
II.1. Các phương pháp sấy khô khí. 40
II.1.1. Phương pháp hấp thụ. 40
II.1.2. Phương pháp hấp phụ. 41
II.1.3. Lựa chọn phương pháp. 42
II.2. Công nghệ sấy khí bằng phương pháp hấp phụ. 43
II.2.1. Công nghệ sấy với chu trình tái sinh kín. 43
II.2.2. Công nghệ sấy khí với chu trình tái sinh hở. 45
II.2.2.1. Phương án 1. 45
II.2.2.2. Phương án 2. 47
II.2.2.3. Phương án 3. 49
II.2.3. Chọn công nghệ tính toán thiết kế. 50
II.2.3.1. Lựa chọn công nghệ. 50
II.2.3.2. Sơ đồ công nghệ. 51
II.2.3.3. Nguyên lý hoạt động. 53
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 55
II.1. Cơ sở tính toán thiết kế. 56
II.2. Tính toán quá trình sấy khô bằng phương pháp hấp phụ. 56
II.3.Tính toán qúa trình tái sinh chất hấp phụ trong qúa trình sấy. 69
KẾT LUẬN 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76