TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA DẦU KHÍ

BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

BÀI DỊCH NHÓM 6

GVGD: Ths. Đoàn Văn Huấn Sinh viên thực hiện:

1. Trần Thanh Tùng

2. Nguyễn Văn Trường

3. Phạm Sơn Tùng

4. Lưu Thanh Tùng

5. Trần Tuấn Vũ

6. Phạm Thiện Trí

7. Chu Quang Võ

8. Lê Thành Tuấn

9. Dương Đình Tú

8.13. Tiện ích Tray Sizing

Với tiện ích Tray Sizing bạn có thể tiến hành thiết kế và tính toán kích cỡ vùng hoạt động trên một phần hoặc toàn bộ tháp chưng cất. Các số liệu của đệm hoặc đĩa có thể được quy định cụ thể liên quan đến các đặc tính bên trong tháp như kích thước đĩa hay đệm, thiết kế chống ngập lụt và độ hạ áp. Kết quả bao gồm đường kính tháp, độ hạ áp, sự ngập lụt, kích thước đĩa...

8.13.1 Khởi động nhanh

Để sử dụng tiện ích Tray Sizing cần tháp tách. Ví dụ một tháp tách propan gồm 18 đĩa với một bình ngưng có hồi lưu sẽ được thiết lập trước khi sử dụng tiện ích này.

Bắt đầu mô phỏng

Tạo một trang mới, thêm các cấu tử và lựa chọn mô hình nhiệt động Peng Robinson theo bảng dưới đây:

Đặc tính cấu tử Thành phầnPeng Robinson Methane, Ethane, Propane, i-Butane, n-

Butane, i-Pentane, n-Pentane, Hexane, Heptane, Octane.

Vào Session Preferences chọn Preferences trên thanh công cụ Tools.Thay đổi đơn vị trong mục Field , nhập các dữ liệu vào cột DeC3 Feed :

Dòng nguyên liệu [DeC3 Feed]

Đầu vào

Điều kiện Nhiệt độ 50.00

Áp suất 480.0

Lưu lượng mol 1000

Thành phần Metan 0.1702

Etan 0,1473

Propan 0,1132

i-butan 0,1166

n-butan 0,1066

i-pentan 0,0963

n-pentan 0,0829

n-hexan 0,0694

n-heptan 0,0558

n-octan 0,0417

Thêm một tháp chưng cất DeC3. Hai cột phụ bao gồm phần mol của propan trong pha lỏng tại đáy và phần mol của isobutan trong pha hơi tại đỉnh tháp.

Các đầu vào cần thiết để hoàn thành thiết lập của cột được trình bày trong bảng sau:

Các thông số khi hoàn thành được thể hiện qua bảng sau:

Khi thông số đầu vào đã được nhập,chuyển sang tab Design/Monitor, ngừng kích hoạt tỉ lệ hồi lưu và tỉ lệ hơi nước tại đỉnh, kiểm tra thông số kĩ thuật được tạo tại mục Activate. HYSYS sẽ giải quyết vấn đề và tháp sẽ converge

8.13.2 Tray Sizing – Design

Theo đường dẫn Tools/Utilities. Chọn Tray Sizing từ Available utilities và ấn Add utility.

Tính năng Auto Section trong HYSYS cung cấp số liệu ban đầu cho việc phân tích thông số của đĩa.Theo các bước sau đây, bạn sẽ gắn liền các đĩa chính của DeC3 với tính năng và sử dụng chức năng Auto Section để phân chia tháp thành các phần :

1. Tại mục Setup,đổi tên tính năng nếu muốn.2. Chọn Select TS để vào Object Navigator. Chọn Main TS cho tháp DeC3 và

nhấn OK3. Nhấn Auto Section.4. Trong mục Internal Type, tích chọn Valve. Chọn giá trị mặc định cho Area

Tolerance và NFP Diameter Factor.

5. Khi các thông số trong bảng Auto Section Information được hoàn tất như trong hình 8.58 thì ta chọn Next và cửa sổ Tray Section Information sẽ xuất hiện.

6. Để hoàn thiện Auto Section, HYSYS yêu cầu thông số đầu vào cụ thể cho tháp bổ sung và tháp đã được chọn. Hoàn tất mục Setup như hình 8.59. Thay đổi Tray Thickness thành 0,134 inches và Max Tray Flooding thành 82%. Tất cả các thông số khác có thể để mặc định giá trị của chúng.

7. Nhấn nút Complete auto section. Hysys tiến hành tính toán Auto Section. Auto Section mà ta nhìn thấy sẽ tự động đóng lại và bạn chọn Setup ở trong tab chính của TraySizing. Có 3 khu vực đĩa đã tính toán được hiển thị ở phần Setup. Các thanh đã tạo ra được liệt kê dưới đây với khoảng giá trị tương ứng của chúng.

8. Chuyển sang tab Performance chúng ta sẽ mô tả chi tiết hơn cho chúng ta Auto Section đầu ra. Rõ ràng việc thiết kế tính toán nằm trong độ dung sai cho phép.

9.Trên trang Trayed, HYSYS hiển thị thông tin về đĩa được đánh dấu. Bằng cách lựa chọn các nút hiển thị tương ứng, thông tin về Pressure Drop, Downcomer hoặc Flooding sẽ được hiển thị cho mỗi đĩa.

10. Trang Plot hiển thị các bảng giá trị hoặc đồ thị của một số cột chưng cất khác nhau,như trong hình 8.62.

TRAY SIZING – RATING PHẦN 1.

Các phần HYSYS đã thiết kế có thể được điều khiển trong việc phân tích khả năng hoạt động.

1. Để hiển thị bảng thiết kế đường kính có giới hạn nhỏ hơn, ta tạo ra một vùng giống hệt nhau Section-2 và quay trở lại trang Setup, đánh dấu Section-2 và nhấn nút Copy Section. Ta có thể tạo hai vùng tùy ý bằng cách kích đúp chuột vào nút Add Section. Những đĩa mới tương ứng được trình bầy cụ thể trong hình 8.63. chú ý rằng loại đĩa ( van) là không thay đổi.

2. Trên trang Specs đánh dấu Mode trong Section_4 và lựa chọn Rating.

3. Nhập giá trị 1 cho Number of Flow Paths và 4 feet trong Tray Diameter. HYSYS sẽ tự động tính toán để cho ra kết quả.

4. Lựa chọn tab Performance → Results và đánh dấu ô chứa Section_4. Như trong hình 8.64, tấm chắn vùng nạp liệu không được vượt quá đường kính thiết kế 120 USGPM/ft.

Lưu ý rằng HYSYS xác định đường kính 2.00 và 4.50 foot cho Section_5 và Section_6.

8.13.3 Tray Sizing – Rating Part II

Sử dụng HYSYS, nó có thể đánh giá

1. Sử dụng các chi tiết đĩa van, đường kính tính toán cho Section_6 là 4.50 feet. Để so sánh đặc tính giống như của Packing, đi tới trang Specs, đánh dấu Section_6 và chọn Packed từ Internals.

2. Chọn Jaeger TriPacks – Plastic 1_inch từ Packing Type.

3. HYSYS sẽ tự động tính toán lại.

4. Vào trang Results và chọn Packed trong Selection Results. Tab Results được thể hiện trong hình 8.66.

Có một vài sự khác biệt ở các thông số khi Section_6 đã được tính toán giữa Trayed và Packed được thể hiện trong bảng dưới đây:

8.14 Quản lý Tray Sizing

Để lựa sử dụng tiện ích Tray Sizing, từ Tools → Utilities → Tray Sizing → Add Utility.

Sau khi tạo được Tray Sizing. Các đặc tính của utility được hiển thị. Có 2 tab chính là Design và Performance. Trên mỗi tab có các phần sau đây:

Tab Page Chỉ dẫnDesign Setup Quản lý kích thước cột

Specs Tính toán chế độ và đường kính tháp thông thường

Tray Internals Các đặc điểm chi tiết bên trong

Performance

Results So sánh các kết quả và thông tin chi tiết về kích thước đĩa

Trayed Độ giảm áp suất, ống chảy chuyền và kết quả hiện tượng ngập lụt

Table Các tính chất vật lý được thể hiện trong bảng

Plot Các tính chất vật lý được thể hiện dạng đồ thị

Lưu ý rằng bạn có thể thiết lập các thông số mặc định cho tiện ích Tray Sizing từ Preferences (bằng cách lựa chọn Tools sau đó chọn Preferences trong Menu Bar).

8.14.1 Setup Page

Mỗi tiện ích Tray Sizing được thêm vào phải tương ứng với khu vực đĩa trong sơ đồ. Khu vực đĩa. Khu vực đĩa có kích thước mong muốn được xác lập trước khi bắt đầu tính toán. Lựa chọn Select TS ở góc bên phải phía trên của tab, chọn khu vực đĩa mong muốn từ các cột kết quả.

Có 4 mục ở dưới của phần Setup cho phép chúng ta điều khiển các thông só của khu vực đĩa đi kèm với Utility.

Nút Chức năngAdd Section Thêm khu vực đĩa mới với các thông số

mặc định xem hình 8.68. Có thể thay đổi để đạt được một khoảng ngắn hơn mong muốn bằng cách thay đổi các thông số bắt đầu và kết thúc. Một tính toán thiết kế sơ bộ được thực hiện tự động bằng cách sử dụng tất cả các thông số HYSYS mặc định.

Copy Section Bạn có thể sao chép bất kỳ section nào đã được tạo bằng cách lựa chọn section sau đó nhấn nút.

Auto Section Tính toán tự động các khu vực trong thấp. Xem hình 8.14.5 – Auto Section để biết thêm thông tin.

Remove Section Xóa các khu vực đã lựa chọn. Chú ý rằng HYSYS không đề nghị chúng ta xác nhận hành động xóa.

HYSYS cho phép chúng ta tạo nhiều section vì vậy có thể so sánh hình dạng tháp với các loại khác nhau trong nhóm. Vì vậy, một khoảng nhất định của giai đoạn phần bậc đĩa có

thể có kích thước hơn cái khác trong cùng một tiện ích Tray Sizing. Tuy nhiên, một bậc có thể không bao gồm trong hơn một phần hoạt động.Ở phần cuối của Setup có 2 mục là %Liquid Draw và Use Tray Vapour to Size% Liquid Draw cho phép chúng ta xác định tỷ lệ phần trăm của chất lỏng lấy ra sẽ được sử dụng trong tính toán kích thước đĩa.Nếu bạn có nguồn cấp nguyên liệu dạng hơi đi vào tháp, HYSYS có thể xác định kích thước từng đĩa riêng biệt, dòng hơi vào và ra khỏi đĩa. Bạn có thể xác định phương pháp HYSYS sử dụng với Use Tray Vapour to Size.Selection Calculation MethodAlways Yes HYSYS sẽ sử dụng dòng hơi rời khỏi đĩa

để xác định kích thước đĩa để dòng hơi nguyên liệu sẽ được đi kèm trong tất cả các tính toán. Ảnh hưởng của nguyên liệu đến kích thước đĩa sẽ được tính đến.

Always No HYSYS sẽ sử dụng dòng hơi nguyên liệu cho khu vực này để tính toán kích thước đĩa. Ảnh hưởng của nguyên liệu không được tính đến trong phương pháp này.

Ask Each Time Trước khi tính toán tiện ích Tray Sizing, , HYSYS sẽ yêu cầu bạn xác định xem có nên sử dụng nguồn nguyên liệu vào hoặc hơi chảy thoát ra từ đĩa làm cơ sở. Một thông báo cho mỗi hơi nguyên liệu tới tháp sẽ xuất hiện trước khi tính toán.

Thêm số liệu vào giai đoạn start và end, thông tin tiếp theo sẽ xuất hiện ở mỗi section:+ Loại đĩa trong tháp (Type of tower internals)+ Cách thức tính (Calculation Mode)+ Thông tin tính toán kích thước (Sizing calculation information)Đặc điểm bên trong tháp (Tower Internals)

Tiện ích Tray Sizing cung cấp các tùy chọn chỉ rõ từng loại kiểu đĩa. Có thể phân kiều tháp thành 4 nhóm sau:

+ Loại đĩa nhiều lỗ (Sieve)

+ Loại đĩa van (Valve)

+ Loại đệm (Packed)

+ Loại đĩa chụp (Bubble Cap)

Khu vực đệm (Packed Sections)

Các tháp đệm được tính toán sử dụng phương trình Robbins hoặc Sherwood – Leva – Eckert cho sự giảm áp và ứ đọng chất lỏng. Phần bên trong tháp có thể lựa chọn Specs và Tray Internals. Bạn có thể xác định loại đệm và các thông số đặc trưng liên quan đến việc tính toán tháp đệm trong phần này.

Khu vực đĩa (Tray Sections)

Đĩa bên trong tháp đĩa có thể là loại nhiều lỗ, van hoặc đĩa chụp. Một số thông số về hình dạng là phổ biến cho tất cả các loại đĩa. Ngoài ra còn một số các thông số là riêng cho từng loại đĩa. Bên trong tháp có thể lựa chọn Tray Internals của tiện ích property view.

Các phương pháp tính toán khác nhau cho từng loại đĩa được chỉ ra dưới đây:

+ Loại đĩa van tính toán dựa vào sổ tay thiết kế đĩa van của Glitsch, Koch và Nutter.

+ Loại đĩa nhiều lỗ được tính dựa vào sổ tay đĩa van cho sự sắp xếp đĩa và sự chuyển khối của Treybal (McGraw – Hill) cho việc tính toán độ giảm áp, rò rỉ nước và tốc độ hút.

+ Loại đĩa chụp được tính toán dựa trên phương pháp mô tả trong cuốn Design of Equilibrium Stage Processes của Bufford D. Smith, (Wiley & Sons).

Các chế độ tính toán (Section Calculation Modes)

Tiện ích Tray Sizing có 2 chế độ tính toán:

+ Design

+ Rating

Chế độ Design

Trong chế độ Design, HYSYS cho phép bạn có thể thực hiện thiết kế kích thước dựa vào sự trao đổi giữa hơi và lỏng trong tháp. Đặc điểm thiết kế sẵn có cho khu vực đĩa và đệm bao gồm cấu tạo bên trong tháp, độ giảm áp lớn nhất cho phép và độ ngập lụt lớn nhất cho phép. Đối với khu vực đĩa là lượng ống chảy chuyền lớn nhất cho phép, số lượng tấm chắn nạp liệu lớn nhất cho phép và các thông số đĩa khác nhau cũng được chỉ rõ.

Chế độ Rating

Ở chế độ Rating, HYSYS cho phép chúng ta thực thiện tính toán khả năng hoạt động dựa vào đường kính tháp và hình dạng đĩa cố định. Nếu muốn, một vài kích thước có thể

được để lại và không xác định, HYSYS sẽ tự động tính toán các giá trị thiết kế cho chúng. Để thực hiện một đánh giá trên một khu vực đệm, chỉ có duy nhất đường kính tháp là bắt buộc.

Số liệu tính toán kích thước (Sizing Calculation Information)

Có những tính năng bổ sung mà cung cấp thông tin về phương pháp tính toán cho mỗi khu vực đĩa:

+ Active Check Box

+ Status

+ Design Limit

+ Limiting Stage

Active Check Box

Khi Active Check Box được lựa chọn cho một khu vực tháp ở tab Setup, giá trị tính được trong tiện ích Tray Sizing được sử dụng trong tính toán tháp trong thực tế. Có nhiều hơn một khu vực có thể hoạt động trong tiện ích Tray Sizing. Tuy nhiên, trong cùng một khu vực không thể bao gồm nhiều hơn một khu vực hoạt động.

Trước khi cập nhật bảng tính tháp với số liệu từ tiện ích Tray Sizing chúng ta phải thay đổi sự sắp xếp mặc định của số liệu hiệu số áp suất trong Column Sub-Flowsheet. Ở trang Profiles của tab Parameters (trong mục Column Runner), áp suất ở đỉnh và đáy phải được chỉ cụ thể thay vì áp suất condenser và reboiler. Delta P của condenser và reboiler không cần thay đổi. Vận hành tháp và quay trở lại Utility.

Ở Tray Sizing trang Setup kích hoạt để tính toán các khu vực tháp nếu chúng ta sử dụng mô phỏng. Đi đến tab Performance → Results và lựa chọn Export Pressures, nó sẽ đưa ra số liệu áp suất khi tháp vận hành.

Status

Mục này cho biết trạng thái của những tính toán kích thước đĩa. Trạng thái sẽ đọc hoặc Complete hay Incomplete trên một phần của cơ sở từng phần.

Design Limit

Mục này chỉ ra đặc điểm thiết kế. Có 5 đặc điểm thiết kế sau:+ Đường kính nhỏ nhất (Minimum diameter)

+ Sự giảm áp suất (Pressure drop)+ Sự ngập lụt (Flooding)+ Tấm chắn vùng nạp liệu (Weir loading (trayed sections only))+ Ống chảy chuyển dự phòng (Downcomer backup (trayed sections only))Đối với khu vực đĩa, HYSYS sử dụng những giới hạn thiết kế riêng rẽ cho khu vực hoạt động và yêu cầu tính toán khu vực ống chảy chuyền.

Limiting Stage

Đối với tháp đĩa, có 2 đĩa giới hạn, một đĩa gần bít kín bề ngang tháp trong khi vẫn đáp ứng được hoạt động, và một đĩa khác có ống chảy chuyền.

8.14.2 Đặc điểm thiết kế

Ở trang Specs của utility cho phép xác định mỗi khu vực bên trong tháp. Theo bảng tóm tắt xuất hiện thiết kế và các thông số hình dạng đĩa đối với tiện ích Sizing

Các thông số thiết kế

Các thông số về hình dạng đĩa

8.14.3 Specs Page

Ở mục Section Name, Start và End Trays, Internals và Mode đã hiển thị trên trang Setup. Tuy nhiên, nó chỉ có trong trang Specs và chúng ta có thể thay đổi phương pháp tính toán cho khu vực này.

Số dòng chảy ra (Number of Flow Paths)

Giá trị này tượng trưng cho số các dòng chảy độc lập trên đĩa. Thường với tháp có đường kính nhỏ hơn có thể đạt được bằng cách sử dụng đĩa đa đường dẫn. Tuy nhiên, nếu có nhiều đường dẫn hơn dẫn đến sự giảm số lượng các suppap hoặc lỗ được đặt trên đĩa. Đây là kết quả cảu sự tăng độ giảm giáp, sự tăng ống chảy chuyền phụ và giảm hiệu suất của đĩa. Tiếp theo là nguyên tắc chung liên quan đến số lượng các đường dẫn ra và đường kính tháp:

Nếu số các đường dẫn các dòng ra không được chỉ rõ, HYSYS sẽ bắt đầu ở một đường dẫn và tăng số lượng các đường dẫn tới khi đạt được đường kính nhỏ nhất đối với số lượng các đường dẫn dòng ra đạt tói. Nếu có số đường dẫn dòng ra nhỏ hơn được yêu caafu, một giá trị mới có thể được nhập vào vượt qua tính toán của NFP. Khi đã hoàn thành việc nhập các giá trị ở tab Specs. Một giải pháp mới sẽ được tính toán ngay khi giá trị NFP mới được nhập vào.

Hình 8.70 tóm tắt sơ đồ các tính chất vật lý cơ bản của đường dẫn dòng ra

Tray for Properties

Mục này chỉ xuất hiện trong chế độ Rating. Chúng ta có thể xác định đía được sử dụng để tính toán các đặc tính của tháp.

Tray Spacing

Không gian đĩa là khoảng cách giữa các đĩa. Một vài nguyên tắc chung cho không gian đĩa như sau:

Giá trị mặc đinh là 24 inches

Van và chiều dày của đĩa (Valve and Tray Material Thickness)

Giá trị mặc định cho chiều dày của đĩa là 0,125 inches

Hệ số tạo bọt (Foaming Factor)

Đây là phép đo xu hướng tạo bọt trong hệ. Thông thường, hệ số tạo bọt thấp hơn là kết quả của việc tổng hiệu suất của đĩa thấp hơn và yêu cầu đường kính tháp lớn hơn.

Hệ số tạo bọt đặc trưng ở một vài hệ thông thường được thể hiện qua bảng sau:

Chất hấp thụ Hệ số tạo bộtMôi trường dầu xung quanh (T ˃ 00F) 0,85Nhiệt độ dầu thấp (T ˂ 00F) 0,95DGA/DEA/MEA Contactor 0,75Glycol Contactor 0,65Sulfinol Contactor 1,0Dầu thô/Tháp chưng cất chân không Hệ số tạo bọtDầu thô hoặc phần cất chân không 1,00

Độ giảm áp lớn nhất (Maximum Pressure Drop)

Độ giảm áp lớn nhất cho phép trên đĩa có thể nhập vào như là chiều cao của chất lỏng. Nếu nó không được định rõ, giá trị mặc định lớn nhất của chất lỏng là 4 inches được dùng. Đối với khu vực đệm, đặc điểm được cung cấp là độ giảm áp trên chiều cao của cơ bản của đệm. Thông số mặc định là 0,5 inches nước mỗi foot đệm.

Độ ngập lụt lớn nhất (Maximum Flooding)

Tháp được xếp theo kích cỡ để cho dòng hơi và lỏng có thể tiếp xúc với nhau, sự ngập lụt trong tháp sẽ không vượt quá đặc điểm này trong bất kỳ tầng đĩa nào. Giá trị lớn nhất được đưa vào là 85% áp suất thường và 77% cho áp suất chân không và áp suất tháp. Những giá trị này sẽ tiến hành xấp xỉ 10% ở đầu vào. Đối với đường kính dưới 36 inches hiện tượng ngập lụt sẽ giảm 65 – 75%. Giá trị thấp hơn có thể xác định để cho phép các sự cố bất ngờ, như tăng dung lượng. Nếu không được xác định, hệ số ngập lụt 82% được sử dụng cho đĩa lỗ hở bằng và 77% cho đĩa lỗ venturi.

Packed Section Input

Số liệu tháp đệm có thể xác định theo 3 thông số sau. Giá trị mặc định được cung cấp cho tất cả các thông số của đệm với sự ngoại lệ của loại đệm và đường kính khu vực đệm.

Packing Correlation

Sự liên hệ Robbins, với lựa chọn mặc định, được chú ý đặc biệt với các vật liệu đệm mới. Nó chỉ có giá trị ở lượng chất lỏng ˂ 20000 lb/hr ft2. Sự liên hệ SLE (Sherwood – Leva – Eckert) nên được lựa chọn cho hoạt động của tháp trên khoảng này.

HETP

Hệ số HETP liên quan đến tháp đệm hoặc tháp đĩa. Giá trị liên quan đến chiều cao của đệm tương đương với đĩa lý thuyết. Đối với mục đích thiết kế, hệ số HETP thích hợp nhất được đưa ra bằng quá trình sản xuất đệm.

Vật liệu làm đệm (Packing Material)

Loại đệm có thể thấy ở trong tab Internals của Utility. Một dãy các loại đệm được thể hiện ở bảng sau:

Hiện tượng ngập lụt trong đĩa nhiều lỗ (Sieve Tray Flooding Method)

Phương pháp được sử dụng cho chế độ ngập lụt ở đĩa nhiều lỗ có thể xác định bằng cách sử dụng thanh kéo thả trong hộp ở dưới cùng:

+ Minimum Csb

+ Original Csb

+ Fair’s Modified Csb

8.14.4 Tray Internals Page

Ở khu vực kích thước này có thể xác định loại đĩa (đĩa nhiều lỗ, đĩa van hoặc đĩa chụp), sau đó.Có các thông số được dùng cho tất cả các loại tháp đĩa. Chúng ta có thể chỉ rõ các thông số này hoặc loại bỏ chúng ở các giá trị mặc định.

Thông số đĩa nhiều lỗ (Sieve Tray Parameters)

Số liệu vào cho loại đĩa nhiều lỗ tương tự như đĩa van.

Hole Pitch (Khoảng cách lỗ)

Khoảng cách lỗ chỉ khoảng cách giữa tâm của 2 lỗ liền kề. HYSYS yêu cầu khoảng cách lỗ trong phạm vi 1,5 – 5 lần đường kính lỗ. Giá trị mặc định cho khoảng cách lỗ là 0,5 inches

Đường kính lỗ (Hole Diameter)

Giá trị mặc định cho đường kính lỗ là 0,187 inches.

Các thông số của đĩa van ( Valve Tray Parameters)

Đĩa van là loại đĩa mặc định cho tháp trong thiết kế.

Khối lượng riêng của vật liệu chế tạo van (Valve Material Density)

Bảng dưới đây chỉ ra khối lượng riêng của một số vật liệu tạo van:

Khu vực lỗ (% của khu vực hoạt động) Hole Area (% of Active Area)

Khu vực lỗ là % của khu vực hoạt động mà nó được chiếm giữ bới các lỗ van. Mặc đinh là 15,3% tương đương với 12 van, mỗi van có đường kính 17/32 inches.

Đĩa chụp, khu vực lỗ mặc định là 15,3 % tương đương với 12 chụp, mỗi chụp có đường kính 17/32 inches.

Loại van lỗ (Valve Orifice Type)

Lỗ được đục trên đĩa van. Như hình 8.72, có 2 loại lỗ: Venturi và lỗ phẳng.

Sổ tay thiết kế cho việc tính toán hiện tượng ngập lụt (Design Manual for Flooding Calculations)

Kết quả được thể hiện cho sự tính toán hiện tượng ngập lụt từ 3 công nghệ tiêu chuẩn trong sổ tay thiết kế (Glitsch, Koch hoặc Nutter). Một trong 3 phương pháp có thể được lựa chọn cho sự đối chiếu với % lớn nhất cho phép của đặc điểm thiết kế ngập lụt.

Thiết kế mặc định là Glitsch

Đĩa chụp (Bubble Cap Trays)

Chiều cao đĩa chụp (Bubble Cap Slot Height)

Chiều cao mặc định là 1 inches, giá trị này thể hiện chiều cao của khe xung quanh chụp, thông qua khe này mà khí và lỏng được chảy qua.

Các thông số chung của đĩa (Common Tray Parameters)

Loại bờ chắn một bên (Side Weir Type)

Thông số được sử dụng để chỉ rõ loại bờ chắn một bên. Có hai loại bờ chắn: phẳng và nổi. Loại bờ nổi kéo dài một bên bờ chắn mà không cần tăng diện tích ống chảy chuyền. Loại bờ chắn phẳng theo gờ của ống chảy chuyền. Như trong hình 8.73

Loại bờ chắn nổi được sử dụng khi mà mực chất lỏng cao nơi mà sự giảm áp suất là cần thiết, trong khi loại bờ chắn phẳng được sử dụng cho yêu cầu thông thường. HYSYS sử dụng loại bờ chắn phẳng là mặc định. Tuy nhiên, nếu quá tải thì trên mức độ cực đại loại bờ chắn nổi sẽ giảm bớt vấn đề này. Nếu bờ chắn nổi được thiết lập bằng HYSYS và loại bờ phẳng được yêu cầu, loại bờ chắn phẳng có thể được xác định lại và đĩa vận hành lại trong chế độ rating.

Chiều cao bờ chắn (Weir Height)

Chiều cao bờ chắn là khoảng cách từ đĩa đến phần đỉnh của bờ chắn. Chiều cao bờ chắn là 2 inches được sử dụng trong hầu hết các trường hợp. Tuy nhiên, chiều cao thấp hơn có thể áp dụng cho áp suất thấp hoặc áp suất chân không, chiều cao lớn lơn được sử dụng để đạt được thời gian lưu lâu hơn.

Giá trị mặc định cho chiều cao bờ chắn là 2 inches.

Lượng chất lỏng lớn nhất mà bờ chắn cho phép (Maximum Allowable Weir Loading)

Lượng chất lỏng trên bờ chắn được đo bằng lượng chất lỏng trên bờ chắn chịu được. Giá trị đặc trưng là 60 – 120 USGPM/ft. Lượng chất lỏng có thể giảm bằng cách tăng số đường chảy ra hoặc lắp đặt bờ chắn nổi. Lượng chất lỏng chịu được có thể lên đến 240 USGPM/ft. Giá trị mặc định là 96 USGPM/ft.

Loại ống chảy chuyền (Downcomer Type)

Có 2 loại ống chảy chuyền: thẳng đứng và dốc. Loại ống dốc có chiều rộng hẹp ở đáy. Nó cho phép khu vực hoạt động rộng và nhiều van hơn trên mỗi đĩa đồng thời nó cũng hoạt động ở áp suất thấp hơn. Trong HYSYS ống chảy chuyền mặc định là ống thẳng.

Khoảng hở ống chảy chuyền (Downcomer Clearance)

Khoảng hở ống chảy chuyền là khoảng cách giữa phần đáy của ống chảy chuyền và đĩa. Khu vực xuất hiện đối với dòng chất lỏng dưới ống chảy chuyền phụ thuộc vào chiều cao của nó.

Đối với tốc độ chất lỏng cao và kết quả độ giảm áp cao. Nếu khoảng hở ống chảy chuyền không được xác định, chiều cao 0,5 inches nhỏ hơn chiều cao bờ chắn được sử dụng. Khi chiều cao bờ chắn mặc định là 2 inches, có nghĩa là khoảng hở ống chảy chuyền mặc đinh là 1,5 inches.

Ống chảy chuyền phụ lớn nhất cho phép (Maximum Allowalbe Downcomer Backup)

Ống chảy chuyền phụ cho phép được tính bằng phần trăm của khoảng cách đĩa nơi mà mực chất lỏng trong ống chảy chuyền cho phép đạt tới. Giá trị này được đặc trưng cho giá trị trung bình cho tất cả các ống chảy chuyền. Nếu không được xác định rõ, giá trị 40% được sử dụng với tỷ trọng hơi lớn hơn 3 lb/ft3, 50% cho tỷ trọng thông thường và 60% đối với tỷ trọng nhỏ hơn 1 lb/ft3.

Có thể thấy ở Selection – Column Rating để biết thêm thông tin

8.14.5 Auto Section

Chức năng Auto Section là phương pháp tùy chọn trong chế độ thiết kế. Khi sử dụng Auto Section, HYSYS sẽ tự động tính toán khu vực cho tháp. Ở tab Setup nơi mà chúng ta có thể hiệu chỉnh, sao chép hoặc xóa các khu vực. Auto Section sẽ cung cấp cho chúng ta điểm bắt đầu tốt nhất trong thiết kế tháp bằng cách thể hiện bảng tóm tắt kích thước của khu vực đĩa và phân chia thành các khu vực của hằng số đường kính.

Các khu vực này HYSYS xác định rõ và chúng ta có thể hiệu chỉnh, đổi tên hoặc xóa.

HYSYS cho phép chúng ta xác định rõ loại bên trong tháp, cũng như là giá trị cho tiêu chuẩn được sử dụng để bắt đầu khu vực mới. Có 2 tiêu chuẩn mà người sử dụng có thể xác định cho khu vực tháp là:

+ Diện tích dung sai

+ Hệ số đường kính NFP

Area Tolerance (Diện tích dung sai)

Area Tolerance xác định kích thước của sự biến đổi trong diện tích đã tính toán. HYSYS trước tiên thực hiện tính toán cho stage i, sử dụng thông số hiện tại cho các đặc tính được lựa chọn và NFP cho khu vực hiện tại (đĩa van, đĩa nhiều lỗ và đĩa chụp) để xác định diện

tích yêu cầu. Diện tích này đượ so sánh với diện tích nhỏ nhất và lớn nhất đối với khu vực hiện tại, mà HYSYS giữ lại.

Nếu độ lớn của sự chênh lệch vượt quá Area Tolerance, một khu vực mới bắt đầu ở stage i. Khu vực trước đó sẽ nhận được đường kính lớn nhất cho khu vực này. Nếu diện tích tính toán cho stage i nằm ngoài khoảng giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất nhưng không vượt quá độ dung sai, diện tích đã tính toán cho stage i sẽ được thay thế bằng giá trị thích hợp.

Hệ số NFP (NFP Factor)

Khi sự so sánh các diện tích được hoàn thành, HYSYS sẽ tính toán lại. Khu vực này được so sánh với khu vực đã tính toán trước đó ở mỗi giai đoạn. Nếu độ lớn của sự thay đổi là lớn hơn NFP Diam Factor, một vùng mới sẽ được bắt đầu.

Toàn bộ tháp được chia bậc theo Area và nguyên tắc NFP và khu vực hằng số đường kính, số lượng các đường dẫn ra, diện tích hoạt động và diện tích ông chảy chuyền được xác định cho tháp. Khi sự xác định kích cỡ ban đầu được hoàn thành, HYSYS sẽ đánh giá lại mỗi đĩa dựa vào một đường kính đã tính toán từ giá trị lớn nhất ống chảy chuyền và diện tích vùng hoạt động đã yêu cầu cho các đĩa trong khu vực này. Giá trị này xuất hiện ở tab Results. Các hệ số giới hạn cho mỗi khu vực được hiển thị ở tab Setup.

Sử dụng Auto Section, chúng ta đã yêu cầu chỉ rõ loại đĩa nhiều lỗ, đĩa van, đĩa chụp hoặc loại đệm. Thêm vào đó, chúng ta có các mục chỉ õ các thông số cho sự lựa chọn hình dạng tháp. Nếu không có thông số nào được chỉ rõ, HYSYS sẽ sử dụng các giá trị mặc định.

Column Rating

Các khu vực tháp có thể được đánh giá sủ dụng chế độ tính toán Rating trên trang Specs. Lựa chọn Rating bằng cách kéo thanh tiêu đề, như thể hiện trong hình 8.75

Nếu thay đổi Main Flowsheet và Column Sub – Flowsheet, tiện ích Tray Sizing sẽ tính toán lại và đánh giá lại tất cả các khu vực dựa vào hình dạng hiện tại.

Trayed Section Rating

Đối với các khu vực đĩa, số liệu ít nhất yêu cầu cho HYSYS được tính toán hiệu suất khu vực bao gồm number of flow paths và column diameter.

Nếu muốn, chúng ta co thể cung cấp độ rộng của các ống chảy chuyền trong trang Tray Internals:

+ Side top and optional bottom

+ Centre top and optional bottom

+ Off – side top and optional bottom

+ Off – centre top and optional bottom

Bề rộng bên dưới cho phép xác định rõ đối với ống chảy chuyền dốc. Độ rộng của ống chảy chuyền không được cung cấp sẽ được tính toán ở giá trị thiết kế tủy chọn cho số các đường dẫn ra.

Các thông số còn lại của đĩa có thể chỉ rõ như trong mục 8.14.2 – Design Specifications. Khi các thông số hoạt động được thiết lập, nhấn nút Calculate trên tab Specs.

Packing Section Rating

Đối với khu vực đêm, các số liệu được yêu cầu cho HYSYS tính toán khu vực hoạt động bao gồm Section Diameter và Tray for Properties ở trang Tray Internals.

Các thông số còn lại của đĩa có thể thấy rõ như trong mục 8.14.2 – Design Specifications. Khi các thông số hoạt động được thiết lập, HYSYS sẽ hoàn thành tính toán khả năng hoạt động. Nếu HYSYS không hoàn thành tính toán, nó sẽ chỉ ra các lỗi trên thanh trạng thái. Để xem cảnh báo, đi tới Results từ tab Performance và lựa chọn View Warnings.

8.16. Vessel Sizing

Tiện ích Vessel Sizing cho phép chúng ta xác định kích thước và thiết lập cài đặt cho bình tách, bình chứa và thiết bị phản ứng. Chúng ta có thể lựa chọn loại bình tách nằm ngang hoặc thẳng đứng. Để đạt được những phân tích hiệu quả cho bình chứa, sự thay đổi có thể sử dụng các thông số mặc đinh được cung cấp bởi HYSYS.

8.16.1. Quick Start

Trước khi thực hiện phân tích thiết bị tách, bình chứa và những dòng đi kèm phải được thiết lập. Trước tiên, thiết lập các gói cấu tử sử dụng Peng Robison và nhập các thành phần cho dòng.

Tạo dòng với các đặc điểm sau đây:

Luồng Nguyên Liệu( cung cấp )Danh Mục Dữ Liệu Kết QuảĐiều Kiện Nhiệt Độ 60.0000 °F

Áp Suất 600.0000 psiLưu Lượng 5000.0000 lbmole/hr

Thành Phần Metanol 0.4861Etan 0.1389Propan 0.0694Iso Butan 0.0625n_Butan 0.0556Iso Pentan 0.0486n_Pentan 0.0417n_Hexan 0.0486n_Heptan 0.0278n_Octan 0.0208

Để sử dụng tiện ích Vessel Sizing. Từ Tools → Utilities → Vessel Sizing → Add Utility.

Khái quát cách tiến hành (Generalized Procedure)

1. Ở trang Connections, đổi tên tiện ích nếu muốn.

2. Nhấn nút Select Separator và chọn bình chứa từ Object Navigator.

3. Từ Orientation chọn: Horizontal hoặc Vertical.

4. Ở trang Sizing, chọn đặc điểm tiếp theo từ Available Sizing Specifications. Đặc điểm có thể thêm vào hoặc loại bỏ từ Active Sizing Specifications sử dụng Add Specs hoặc Remove Specs. Lựa chọn đặc điểm tiếp theo cho thiết bị tách:

Vận tốc hơi tối đa (Max. Vapour Velocity) Đường kính (Diameter) Tỷ lệ L/D (L/D Ratio) Chiều cao không gian bay hơi (Vapour Space Height) Độ dày thiết bị tách sương mù(Demister Thickness) Thời gian lưu chất lỏng (Liquid Residence Time) Chiều cao chất lỏng dâng lên (Liquid Surge Height) Tổng chiều dài – chiều cao (Total Length – Height) Vòi phun cho thiết bị tách sương mù(Nozzl to Demister) Thiết bị tách sương mù ở đỉnh (Demister to Top) Mức dừng LLSD (Low level Shut Down) Tổng chiều cao thiết bị tách (Total Separator Height)

5. Ở trên trang Construction, chỉ rõ các thông tin dưới đây:

Chỉ số kỹ thuật Vật liệu: Thép carbon, SS 304, SS 316, nhôm Tỷ trọng Vật liệu chế tạo Ứng suất cho phép Chống ăn mòn cho phép

6. Thay đổi các yếu tố sử dụng trong kích thước và cân bằng chi phí trên tab Cost Parameter. Có các hệ số sau: Base Cost, Shell Thickness, Accessories Cost và Shell Mass.

7. Xem kết quả chi tiết trên tab Costing. Base Cost, Associated Cost và Total Cost được liệt kê trong $US.

8. Một bảng tóm tắt của Vessel Results được thể hiện trên tab Results.

Cost Analysis – Horizontal vs. Vertical

Horizontal (theo chiều ngang)

Trên trang Connections, nhấn nút Select Separator. Từ Object Navigator, chọn SEP

Điền đầy đủ thông tin vào trang Sizing và trang Construction như trong hình 8.79 và 8.80, đối với thiết bị tách nằm ngang. Chọn Max. Vap Velocity từ Available Sizing Specifications và nhấn Add Spec. Thiết lập giá trị 6,56 ft/s. Thay đổi giá trị mặc định L/D Ratio thành 5. Di chuyển đến Diameter ở Active Sizing Specification và thay đổi đường kính là 5 ft cho bình chứa.

Nếu không xác định được giá trị đườn kính, HYSYS sẽ thay đổi giá trị khi chiều bình chứa thay đổi.

Thiết bị tách được làm từ thép cacbon. Thay đổi Shell Thickness. Shell Mass sẽ tính toán cho ra kết quả 29141.65 lbs

Tất cả các giá trị khác trong Cost Parameters sẽ được để là giá trị mặc định của chúng.

Trên trang Costing, Base Cost được hiển thị. Chi phí liên quan là lượng tiền cần thiết để mua thiết bị bổ sung. Tất cả giá trị đồng đô la $ US. HYSYS xác định tổng chi phí của một định hướng ngang SEP là $ 35690,00.

Theo chiều dọc (Vertical)

Để kiểm tra kết quả thiết kế sẽ được cho theo chiều dọc, chọn nút Vertical trên trang Parameters. Sự so sánh sơ bộ giữa định hướng theo chiều ngang và theo chiều dọc, đơn giản là thay đổi định hướng theo chiều dọc. HYSYS sau đó sẽ đưa ra phân tích số lượng và chi phí.

Như có thể thấy trên trang Costing, thiết bị tách nằm dọc là tốn kém hơn so với thiết bị nằm ngang. Mặc dù lớp vỏ thiết kế là gần như giống nhau, chi phí sản xuất một thiết bị tách nằm dọc là cao hơn đáng kể.