TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA: DẦU KHÍ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
GVHD: TS.NGÔ THANH HẢI
SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG
MSSV: 1021011059
LỚP: LỌC – HÓA DẦU K55_VT
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 1 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
Lời Mở Đầu
Chưng cất là phương pháp phân tách cơ bản nhất, đôi khi gần
như là phương pháp duy nhất được sử dụng trong một nhà máy lọc
dầu để phân chia dầu mỏ và khí tự nhiên cũng như các phân đoạn
của chúng thành các phân đoạn và tiểu phân đoạn. Người ta cần
chưng cất không những dầu thô, khí đồng hành, khí tự nhiên mà cả
hỗn hợp sản phẩm ra khỏi các lò phản ứng hóa học dùng trong các
quá trình chế biến sâu dầu mỏ cũng như trong lĩnh vực hóa dầu.
Sự chưng cất được thực hiên trong các thiết bị chưng cất. Thiết
bị chưng cất gồm tháp chưng cất và bình tách cùng các thiết bị phụ
trợ như thiết bị làm lạnh, thiết bị làm lạnh ngưng tụ, gia nhiệt…
Tháp chưng cất là thiết bị chủ yếu của một phân xưởng chưng
cất. Từ xa nhìn vào một nhà mấy lọc dầu ta luôn thấy lô nhô nhưng
tháp cao, hầu hết chúng là những tháp chưng cất. Chúng thường có
kích thước to lớn, cao hơn hẳn nhiều thiết bị khác, thường có cấu
trúc hình viên trụ, nên thường được gọi là tháp (tháp chưng cất).
Hầu hết các tháp chưng cất dùng trong công nghiệp lọc hóa dầu
và chế biến khí tự nhiên là tháp đĩa. Đĩa (mân) là một cấu trúc cơ
khí nằm ngang trong tháp chưng cất, có tác dụng tạo điều kiện cho

pha hơi bay lên và pha lỏng đi xuống tiếp xúc với nhau một cách
tốt và đủ lâu ngay trong tháp để sự trao đổi chất giữa chúng xảy ra
được hoàn hảo.
Trong tháp chưng cất luôn có nhiều đĩa. Đó là những đĩa thực.
Số đĩa bao giờ cũng lớn hơn số đĩa lý thuyết tính được bằng các
phương pháp. Sự khác nhau đó thường vào khoảng 1,2 – 1,5 lần.
Các tháp chưng cất trong nhà máy lọc dầu và nhà máy chế biến khí
có từ mười đến dăm sáu chục đĩa, còn trong nhà máy lọc hóa dầu
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 2 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
có thể còn nhiều hơn vì ở đó có thể có như cầu phân tách cao hơn,
tạo ra những phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau rất ít, thậm chí ta
ra các chất gần như nguyên chất.
Đường kính của tháp chưng cất phụ thuộc vào công suất của
nó, nghĩa là phụ thuộc vào lưu lượng nguyên liệu (để chưng cất),
đúng hơn là phụ thuộc vào lưu lượng các dòng hơi và các dòng
lỏng trong tháp, còn chiều cao của tháp thì chủ yếu phụ thuộc vào
số đĩa mà nó có. Khoảng cách giữa 2 đĩa liên tiếp vào khoảng 0,25
– 0,8 m và có thể còn lớn hơn nữa, đặc biệt là trong các tháp chưng
cất hoạt động ở áp suất tháp. Cần chú ý là khoảng cách đó ở đĩa
nạp liệu còn lớn hơn, thường là 0,8 – 1,2m. Ngoài ra cũng cần một
không gian đáng kể ở đỉnh tháp và ở đáy tháp. Khoảng cách giữa
đĩa trên cùng và trần tháp thường là 1m, còn khoảng cách giữa đĩa
dưới cùng và mặt đáy tháp phải như thế nào để thể tích vùng đó
bằng khoảng 20 – 25% lưu lượng cặn chưng cất tính ra m
3
/h.
Tháp chưng cất luôn được đặt trên một bệ cao chừng 4 – 5m để
tạo điều kiện thuận lợi cho việc lấy phân đoạn cặn. Phía trên tháp
có thể còn có các kết cấu che chắn. Quanh tháp luôn có các cầu

thang, các chái cầu thang, các ống dẫn các phân đoạn v.v…
Ở đỉnh tháp luôn phải có 1 ống dẫn phân đoạn hơi bay ra khỏi
tháp. Tiết diện của ống đó phải như thế nào để tốc độ dòng hơi bay
trong đó 12 – 20m/s.
Ở đáy tháp phải có một đường dẫn pha lỏng cặn chưng cất ra
ngoài. Một số tháp còn có những ống dẫn các phân đoạn sườn đi ra
và thậm chí cả đi vào tháp trong trường hợp thực hiện hồi lưu, khi
stripping các phân đoạn. Tốc độ các dòng lỏng đó vào khoảng 0,2
– 0,8m/s trong chế độ tự chảy, 1 – 3m/s ở chế độ chảy cưỡng bức
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 3 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
nhờ bơm. Ống dẫn pha lỏng lấy từ sườn tháp được lắp tại một vị trí
thấp hơn mặt đĩa tại đó lỏng được lấy ra một khoảng 30 – 40 cm.
Bên sườn tháp cất phải có những cửa sổ để qua đó con người
có thể chui vào tiến hành sữa chữa, làm vệ sinh. Đó là những lỗ
chui có đường kính khoảng 60 cm.
Dĩ nhiên ở tháp chưng cất còn phải có những lỗ để lắp đặt các
bộ cảm biến của các thiết bị độ đạc, kiểm tra, điều khiển.
Sơ đồ công nghệ đơn giản hóa để chưng cất một hỗn hợp
hydrocacbon nhẹ:
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 4 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 5 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
Phần 1: Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản cho tháp loại
butan (Debutanizer).
Cần chưng cất để tách nguyên liệu (cho ở bảng 1) thành sản phẩm distillat chứa không
nhiều hơn 5% mol i-C
5
và sản phẩm đáy (cặn) chứa không nhiều hơn 0,5% mol n-C

4
Bảng 1. Thành phần nguyên liệu
Chất Nguyên liệu
(mol/h)
C
2
4
C
3
40,38
iC
4
39
nC
4
108
iC
5
115,87
nC
5
155,33
nC
6
251,36
nC
7
292,78
nC
8

108,62
Tổng 1115,34
Theo các điều kiện vận hành của tháp loại Butan đã cho:
− Sản phẩm distillat chứa không nhiều hơn 5% mol i-C
5
.
− Sản phẩm đáy (cặn) chứa không nhiều hơn 0,5% mol n-C
4
.
− Áp suất đỉnh tháp: 7,4 atm.
− Áp suất đáy tháp: 8,8 atm.
− Độ hiệu dụng (trung bình) của đĩa là 75%.
− Độ hồi lưu bằng 1,5 lần độ hồi lưu tối thiểu (R = 1,5R
min
).
Ta đi tính thành phần của distillat D và của cặn R.
Các phương trình cân bằng khối lượng:
AC
2
= D.y
1D
+ R.x
1R
AC
3
= D.y
2D
+ R.x
2R
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 6 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT

TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
AiC
4
= D.y
3D
+ R.x
3R
AnC
4
= D.y
4D
+ R.x
4R
AiC
5
= D.y
5D
+ R.x
5R
AnC
5
= D.y
6D
+ R.x
6R
AnC
6
= D.y
7D
+ R.x

7R
AnC
7
= D.y
8D
+ R.x
8R
AnC
8
= D.y
9D
+ R.x
9R
Thay các giá trị bằng số, coi x
1R
, x
2R
, x
3R
, y
6D
, y
7D
, y
8D
và y
9D
bằng không:
4 = D.y
1D

+ (1115,34 – D).0
40,38 = D.y
2D
+ (1115,34 – D).0
39 = D.y
3D
+ (1115,34 – D).0
108 = D.y
4D
+ (1115,34 – D).0,005
115,87 = D.0,05 + (1115,34 – D).x
5R
(1)
155,33 = D.0 + (1115,34 – D).x
6R
(2)
251,36 = D.0 + (1115,34 – D).x
7R
(3)
292,78 = D.0 + (1115,34 – D).x
8R
(4)
108,62 = D.0 + (1115,34 – D).x
9R
(5)
Cộng các phương trình (1), (2), (3), (4) và (5) lại với nhau sẽ được:
923,96 = (1115,34 – D)(x
5R
+ x
6R

+ x
7R
+ x
8R
+ x
9R
) + 0,05.D
Theo điều kiện ở trên:
x
4R
+ x
5R
+ x
6R
+ x
7R
+ x
8R
+ x
9R
= 1 = 0,005 + x
5R
+ x
6R
+ x
7R
+ x
8R
+ x
9R

→ x
5R
+ x
6R
+ x
7R
+ x
8R
+ x
9R
= 1- 0,005 = 0,995
Do đó: 923,96 = (1115,34 – D).0,995 + 0,05.D
→ D = 196,6172 kmol
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 7 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
R = 918,7228 kmol
Biết D ta tính được các đại lượng sau:
y
1D
= 0,0203
y
2D
= 0,2054
y
3D
= 0,1984
y
4D
= 0,5259
Kết quả được ghi ở bảng sau:

Bảng 2. Thành phần nguyên liệu, distillat, cặn
(coi nguyên liệu có lưu lượng: 1115,34 mol/h)
Chất Nguyên liệu Distillat Cặn
C
i
1115,34C
i
y
iD
≅ x
iD
D.x
iD
x
iR
R.x
iR
C
2
0,0036 4 0,0203 3,9913 - -
C
3
0,0362 40,38 0,2054 40,3852 - -
iC
4
0,0349 39 0,1984 39,0089 - -
nC
4
0,0968 108 0,5259 103,4009 0,005 4,5936
iC

5
0,1039 115,87 0,05 9,8309 0,1154 106,0392
nC
5
0,1393 155,33 - - 0,1691 155,33
nC
6
0,2254 251,36 - - 0,2736 251,36
nC
7
0,2625 292,78 - - 0,3187 292,78
nC
8
0,0974 108,62 - - 0,1182 108,62
Tổng 1,0000 1115,34 1
(# 1)
196,6172
(# 196,6172)
918,7228
(# 918,7228)
Phương pháp tính gần đúng giả sử - kiểm tra để tính nhiệt độ đỉnh tháp ở áp suất đỉnh
tháp 7,4 atm nhờ công thức sau (Trang 28, giáo trình công nghệ lọc dầu, Phan Tử
Bằng):
∑x
i
= ∑

= 1
Và tính nhiệt độ đáy tháp ở áp suất đáy tháp 8,8 atm nhờ Hình 2.8: Biểu đồ về hằng số
cân bằng của các hydrocacbon (Trang 27, giáo trình công nghệ lọc dầu, Phan Tử

Bằng).
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 8 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
Kết quả cho ở bảng 3:
Bảng 3. Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ ở đỉnh tháp chưng cất
Chất k
i
ở 61 ; 7,4 atm
y
iD
≅ x
iD
C
2
6,6 0,0203 0,0031
C
3
2,25 0,2054 0,0912
iC
4
1,2 0,1984 0,1653
nC
4
0,85 0,5259 0,6187
iC
5
0,4 0,05 0,125
Tổng 1 1,0033 # 1
Từ bảng 3 ta tìm ra được nhiệt độ đỉnh là 61.
Biết thành phần cặn ở bảng 2 tìm được k

i
ở Hình 2.8: Biểu đồ về hằng số cân bằng của
các hydrocacbon (Trang 27, giáo trình công nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) rồi dùng hệ
thức (Trang 26, giáo trình công nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng):
∑ = ∑K
i
x
i
= 1
Bảng 4. Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ ở đáy tháp tháp chưng cất
Chất k
i
ở 162 ; 8,8 atm x
iR
k
i
x
iR
nC
4
3,1 0,005 0,0155
iC
5
1,8 0,1154 0,2077
nC
5
1,75 0,1691 0,2959
nC
6
0,99 0,2736 0,2709

nC
7
0,55 0,3187 0,1753
nC
8
0,32 0,1182 0,0378
Tổng 1 1,0031 # 1
Từ bảng 4 ta tìm được nhiệt độ đáy là 162 .
Vậy nhiệt độ đỉnh và nhiệt độ đáy tháp chưng cất lần lượt là 61, 162 .
Căn cứ vào số liệu tìm được ở bảng 2 có thể lựa chọn nC
4
là LK, iC
5
là HK.
Nhiệt độ trung bình trong tháp chưng cất là:
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 9 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
= 111,5 (6)
Áp suất trung bình trong tháp chưng cất là:
= 8,1 atm (7)
Từ (6) và (7) dựa vào Hình 2.8: Biểu đồ về hằng số cân bằng của các hydrocacbon
(Trang 27, giáo trình công nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) , ta tìm được hằng số cân
bằng của nC
4
, iC
5
lần lượt là 1,8 và 0,97
Do đó:
α
LH

= = 1,8557
Như vậy, dựa vào số liệu về thành phần distillat và thành phần cặn ở bảng 2, theo
phương trình Fenske:
N
min
+ 1 =
Thay các giá trị đã tính được vào phương trình Fenske, ta có:
N
min
+ 1 = = 8,9
hay N
min
= 7,9 đĩa.
Bây giờ ta tìm E trong phương trình Underwood như ở bảng 5 với:
X = ∑
K
i
lấy ở nhiệt độ trung bình 111,5, áp suất trung bình 8,1 atm.
Bảng 5. Số liệu liên quan đến phép tính giả sử - kiểm tra
để tìm E trong phương trình (2-13), q = 1
Chất x
iA
K
i
α
i
α
i
x
iA

E = 0,7580 E =0,7680 E = 0,7780
α
i
- E
X
α
i
– E
X
α
i
– E
X
C
2
0,0036 10,5 5,8333 0,0209 5,0753 0,0041 5,0653 0,0041 5,0553 0,0041
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 10 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
C
3
0,0362 4 2,2222 0,0804 1,4642 0,0549 1,4542 0,0553 1,4442 0,0557
iC
4
0,0349 2,19 1,2167 0,0425 0,4587 0,0927 0,4487 0,0947 0,4387 0,0969
nC
4
0,0968 1,8 1 0,0968 0,2420 0,4001 0,2320 0,4172 0,2220 0,4360
iC
5
0,1039 0,97 0,5389 0,0559 - 0,2191 - 0,2555 - 0,2291 - 0,2439 - 0,2391

- 0,2337
nC
5
0,1393 0,89 0,4944 0,0689 - 0,2636 - 0,2613 - 0,2736 - 0,2518 - 0,2836 - 0,2429
nC
6
0,2254 0,44 0,2444 0,0551 - 0,5126 - 0,1073 - 0,5236 - 0,1052 - 0,5336 - 0,1033
nC
7
0,2625 0,21 0,1167 0,0306 - 0,6413 - 0,0478 - 0,6513 - 0,0469 - 0,6613 - 0,0463
nC
8
0,0974 0,11 0,0611 0,0059 - 0,6969 - 0,0085 - 0,7069 - 0,0083 - 0,7169 - 0,0082
Tổng 1,0000 - 0,1286 - 0,0848 - 0,0417
# 0
Vậy E = 0,778
Thay E = 0,778 vào phương trình Underwood (2-12) (Trang 29, giáo trình công nghệ
lọc dầu, Phan Tử Bằng) :
h
min
+ 1 = ∑
ta có số liệu sau:
Bảng 6. Áp dụng phương trình (2-12) với E = 0,778
Chất x
iD
α
i
α
i
x

iD
α
i
- E
h
min
+ 1 =
C
2
0,0203 5,8333 0,1184 5,0553 0,0234
C
3
0,2054 2,2222 0,4564 1,4442 0,3161
iC
4
0,1984 1,2167 0,2414 0,4387 0,5502
nC
4
0,5259 1 0,5259 0,2220 2,3689
iC
5
0,05 0,5389 0,0269 - 0,2391 - 0,1125
nC
5
- - - - -
nC
6
- - - - -
nC
7

- - - - -
nC
8
- - - - -
Tổng 1 3,1461
Bảng 6 cho ta thấy độ hồi lưu tối thiểu h
min
= 2,15
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 11 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
Sau khi tìm được h
min
, N
min
ta dùng biểu đồ Gilliland ở hình 2.9 (Trang 29, giáo trình
công nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) để tìm số đĩa lí thuyết N. Thông thường độ hồi lưu
h có quan hệ với h
min
:
h = (1,2 1,5)h
min
Mà hồi lưu bằng 1,5 lần độ hồi lưu tối thiểu (R = 1,5R
min
) do đó h = 1,5h
min
=
1,5.2,15 = 3,225
Khi đó:
= = 0,254
Với = 0,254 ta tra hình 2.9: Quan hệ Gilliland (Trang 29, giáo trình công nghệ lọc

dầu, Phan Tử Bằng) được kết quả như sau:
= = 0,38
Nên N
lý thuyết
= 13,4 đĩa.
Do độ hiệu dụng (trung bình) của đĩa là 75%, nên:
N
thực tế
= = = 17,87 18 đĩa
Vậy số đĩa (thực tế) cần có của tháp chưng cất là 18 đĩa.
Phần 2. Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản cho tháp chưng
cất dầu thô khí quyển (CDU).
Dầu thô Dubai (nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất) có đặc trưng như sau:

O
API = 31,2
 K
UOP
= 11,78
 Đường cong chưng cất (TBP) và tỉ khối cho ở bảng dưới đây:
Nhiệt độ () Phần chưng cất (%V, tích lỹ) Tỷ khối
49 3,67 -
71 5 0,675
104 10 0,725
132 15 0,750
160 20 0,770
193 25 0,790
221 30 0,810
260 35 0,830
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 12 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT

TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
288 40 0,845
316 45 0,865
343 50 0,875
371 55 0,890
399 60 0,900
427 65 0,915
454 70 0,930
488 75 0,950
521 80 0,970
566 85 0,995
638 90 1,020
760 95 -
Cần chưng cất dầu thô trên thành 5 phân đoạn sản phẩm:
− Phân đoạn đỉnh: full range naphtha.
− Phân đoạn đáy (AR): atmospheric residue.
− Kerosense.
− LGO.
− HGO
với điểm cắt (cut point) TBP như sau:
Sản phẩm Điểm cắt (cut point) TBP ()
Full Range Naphtha / Kerosense 165
Kerosense / Light Gas Oil (LGO) 205
LGO / Heavy Gas Oil (HGO) 330
HGO / Atmospheric Residue (AR) 370
Tháp chưng cất dầu thô gồm 48 đĩa: vùng cất (từ đĩa 1 đến đĩa 42) có đường kính
trong là 6,7 m, vùng nạp liệu-đĩa tháp (từ 43 đến đĩa 48) có đường kính trong là 4 m.
Các phân đoạn sườn Kerosense, LGO, HGO lần lượt được lấy ra ở đĩa 15, 26, 38; đĩa
nạp liệu là đĩa 43. Áp suất đỉnh tháp là 1,5 atm, độ giảm áp suất trung bình qua mỗi
đĩa là 8 mmHg. Công suất của tháp là 6,5 triệu tấn/năm.

GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 13 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT
TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU
GVHD: TS. NGÔ THANH HẢI 14 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT