Đề tài Thiết kế dây chuyền sản xuất dầu nhờn bằng phương pháp trích ly bằng dung môi - Phenol

sát mà trong toàn bộ chất lỏng. Độ nhớt là một yết tố trong điều kiện bôi trơn ở hai điều kịên bôi trơn thuỷ đông ( màng dày) và bôi trơn thuỷ đông đàn hồi ( màng mỏng). Nó ảnh hưởng đến độ kín khít, làm mát, tổn hao công suất, khả năng chống mài mòn, khả năng tạo cặn trong động cơ… Do vậy, trong các động cơ, độ nhớt của dầu có tác động chính đến lượng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệm dầu và hoạt động chung của động cơ. Trong ôtô, xe máy, độ nhớt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự dễ dàng khởi động và tốc độ trục khuỷu. Độ nhớt quá cao gây ra sức cản nhớt khi nhiệt độ xung quanh thấp, làm giảm tốc độ trục khuỷu và do đó làm tăng tiêu hao nhiên liệu, mài mòn các chi tiết và tăng lượng dầu tiêu hao. Như vậy, đối với mỗi chi tiết máy, điều cơ bản đầu tiên là phải dùng dầu có độ nhớt thích hợp đối với điều kiện vận hành máy. Nói chung các chi tiết có tải trọng nặng, tốc độ thấp thì sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt thấp. Độ nhớt tăng thì chứng tỏ dầu bị oxy hoá, còn nếu độ nhớt giảm thì trong dầu có lẫn tạp chất khác. Vì vậy độ nhớt được lấy làm cơ sở cho hệ thống phân loại dầu động cơ theo SEA ( năm 1911). Theo đơn vị SI thì độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích (N/m2) cần dùng trong quá trình chuyển động tương đối (m/S) giữa hai mặt phẳng nằm ngang được ngăn cách nhau bởi một lớp dầu dầy 1mm, đó là độ nhớt động được tính bằng pascal giây (Pa.S). Theo đơn vị CGS thì độ nhớt được tính bằng poaxo P (dyn.S/cm2). Có thể chuyển đổi giữa hai loại đơn vị này theo công thức:1 Pa.S = 10 P.Ngoài ra poazơ còn có thể chuyển đổi sang đơn vị động học thường dùng là Stoc ( Sc) và centimet Stoc ( cSt) mà giá trị phụ thuộc vào tỷ trọng của dầu. Theo đơn vị SI thì độ nhớt động học được tính bằng m2/S hay mm2/S ( 1 mm2/S =1cSt). Có nhiều phương pháp và nhiều dụng cụ đo độ nhớt nhưng quan trọng nhất là những dụng cụ mao quản, mà trong mao quản đó, thời gian chảy của dầu tỷ lệ với độ nhớt động học. Những chỉ tiêu kỹ thuật và những qui trình sử dụng các loại nhớt Kế mao quản được mô tả trong ASTMD 466. Một loại nhớt Kế khác ( nhớt Ksookfielf ) đo độ cản trở sự quay của xylanh ngâm trong dầu. Với những hệ số chuyển đổi phù hợp, cho những xi lanh khác nhau, người ta có thể đo được độ nhớt từ nhỏ tới rất lớn của dầu. II.2. Chỉ số độ nhớt (VI). Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn được coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao. Ngựơc lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. Chỉ số độ nhớt (VI) là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ. Quy ước dầu gốc parafin độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ , VI=100. Họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI =0. như vậy chỉ số độ nhớt có tính quy ước . chỉ số độ nhớt VI được tính như sau: VI = 100 Trong đó : U:là độ nhớt động học ở 400C của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải tính, mm2/s. L: là độ nhớt động học ở 400C của một dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng với độ nhớt động học ở 1000c với dầu cần tính chỉ số độ nhớt ,mm2/s. H:là độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100và cùng với độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt, mm2/s. Ta thấy rằng: Nếu U-L >0 thì VI sẽ là số âm, dầu này có tính nhiệt kém. Nếu L>U>H thì VI trong khoảng 0 đến100. Nếu H-U>0 thì VI>100, dầu này có tính nhiệt rất tốt. VI của dầu = L-H U H(VI=10) L- U Đé nhít ®éng häc 40 100 NhiÖt ®é 0C VI cña dÇu = L-H U H(VI=10) L- U Đé nhít ®éng häc 40 100 NhiÖt ®é 0C L (VI=0) Hình1: Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về trị số độ nhớt (VI) Nếu độ nhớt động học của dầu ở 1000C nhỏ hơn hoặc bằng 70 (mm2/s) thì giá trị tương ứng của L-H cần phải tra trong ASTM – D2270 Bảng 1: Những giá trị L-H ứng với độ nhớt động học ở 1000C Độ nhớt động học ở 100oC mm2/s Giá trị L Giá trị H 2,0 7,994 6,394 2,1 8,64 6,894 5,0 40,23 28,49 5,1 41,99 29,49 15,0 296,5 149,7 15,1 300,0 151,2 20,0 493,2 229,5 20,2 501,5 233 70,0 490,5 1,558 Nếu độ nhờn động học ở 1000C lớn hơn 70 mm2/s thì giá trị L-H được tính như sau: L=0,8353Y2+14,57Y-216 H=0,1684Y2+11,85Y-97 Trong đó : Y: là độ nhớt động học ở 1000c của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s. Dựa vào chỉ số độ nhớt , người ta phân dầu nhờn gốc thành các loại như sau: - Dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao HVI. - Dầu gốc có chỉ số độ nhớt trung bình MVI - Dầu gốc có chỉ số độ nhớt thấp LVI. Hiện nay cũng chưa có quy định rõ ràng về chỉ số độ nhớt của các loại dầu gốc nói trên. Trong thực tế chấp nhận là chỉ số độ nhớt (VI ) của dầu nhờn cao hơn 85 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt cao. Nếu chỉ số độ nhớt thấp hơn 30 thì dầu đó xếp vào loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp, còn dầu (MVI) nằm giữa hai giữa hai giới hạn đó thì có chỉ số độ nhớt trung bình. Nhưng trong chế biến dầu, từ công nghệ hydro cracking có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao (>140). Các loại dầu này được xếp vào loại có chỉ số độ nhớt cao (VHVI) hay siêu cao(XHVI). Dầu (LVI) được sản xuất từ họ dầu mỏ Naphten. Nó được ing khi mà chỉ số ổn định oxy hoá không phảI là chỉ tiêu chính được chú trọng nhiều. Dỗu gốc (MVI) được sản xuất từ dầu chưng cất Naphten – Parafin, nhưng không cần tách chiết sâu. còn dầu gốc (HVI) thường được sản xuất từ họ dầu Parafin qua tách chiết sâu bằng dung môI chọn lọc và tách sáp. Ngoài ra còn một số phương pháp khác dùng để xác định chỉ số độ nhớt khá nhanh nhưng chúng chỉ có tính chất tương đối như phương pháp dùng đồ thị sử dụng bảng đã được qui chuẩn, nội qui… II.3. Khối lượng riêng và tỷ trọng. Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu chuẩn, tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ qui định với khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ qui định đó. Tỷ trọng và khối lượng riêng của một loại dầu bằng nhau, nếu khối lượng của nước bằng 1. Trọng lượng API là một hàm đặc biệt của tỷ trọng chúng được xác định theo phương trình: 141,5 Trọng lượng API = ´ 100 Tỷ trọng 60/600F Khối lượng riêng là một tính chất vật lý cớ bản và cùng với những tính chất vật lý khác đặc trưng cho các phân đoạn nhẹ và nặng của dầu mỏ cũng như đánh giá chất lượng của dầu thô, từ đó ta có thể đánh giá được khối lượng riêng nhỏ hơn các loại dầu gốc có chứa nhiều thành phần naphten và aromatia. Các phương pháp xác định khối lượng riêng và tỷ trọng : + Tiêu chuản châu á TMD 1250 cho phép tính chuyển khối lượng riêng và tỷ trọng được ở bất kỳ nhiệt độ nào trong khoảng từ – 17,80C ( 00F) đến 1600C (5000F) về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 00F (15,60C ). Đối với dầu khoáng bôi trơn thì ta có thể dùng hệ số giãn nở đưa ra trong bảng sau: Bảng 2 : Hệ số giãn nở theo nhiệt độ (0C ) đối với dầu khoáng Hệ số giãn nở theo 0C Tỷ trọng ở 15,60C Trọng lượng API ở 15,60C 0,00065 1,076 – 0,967 0 – 14,9 0,00072 0,966 – 0,850 15 – 34,9 0,00090 0,850– 0,776 35 – 50,9 0,00108 0,775 – 0,742 51 – 65,9 + Phương pháp đo ASTMD 941 ( khối lượng riêng và tỷ trọng của chất lỏng đo bằng pycromet Lipkin có 2 capila) dùng cho phép đo khối lượng riêng của chất lỏng bôi trơn bất kì có độ nhớt nhỏ hơn 15 mm2/S ở 120C. + Phương pháp đo ASTMD 1298 thường dùng trong phòng thí nghiệm. Người ta thường sử dụng một ty trọng kế bằng thuỷ tinh để xác định khối lượng riêng, tỷ trọng hay trọng lượng API của tất cả các sản phẩm dạng lỏng. II.4. Trị số axit và kiềm. Trị số axit và chỉ số kiềm liên quan đến trị số trung hoà dùng để xác định độ axit và độ kiềm của dầu bôi trơn. Độ axit và thường được biểu thị qua trị số axit tổng( TAN) cho biết lượng KOH ( tính bằng miligam) cần thiết để trung hoà tất cả các hợp chất mang tính axit có mặt trong 1(g) mẫu. Độ kiềm trong dầu bôi trơn được biểu thị bằng trị số kiềm tổng (TBN), cho biết lượng axit clohydric hay perelosic, được chuyển sang lượng KOH tương đương (tính bằng miligam), cần thiết để trung hoà hết các hợp chất mang tính kiềm có mặt trong 1 (g) mẫu. Có 3 phương pháp xác định trị số trung hoà: Phương pháp thứ nhất: ASTMD 974 ( xác định trị số axit và kiềm của các sản phẩm dầu mỡ bằng phương pháp chuẩn độ có dùng chỉ thị màu). Đây là phương pháp chủ yếu thích hợp đối với các loại dầu sáng màu. Phương pháp thứ 2: ASTMD664 ( xác định trị số axit của các sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế). Phương pháp này dùng chủ yếu cho các loại dầu tối màu. Phương pháp thứ 3: ASTMD2896( xác định trị số kiềm của các sảm phẩm dầu mỡ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế dùng axit peselosie). Phương pháp này được dùng để xác định các hợp chất kiềm trong các sản phẩm dầu mỡ. Hiện nay có nhiều loại phụ gia được sử dụng nhằm nâng cao phẩm chất của dầu bôi trơn. Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo của chất phụ gia mà dầu nhờn có tính chất axit hay kiềm. Trong dầu nhờn cũng như trong dầu sử dụng, những chất được coi là có tính axit gồm: các axit vô cơ và hữu cơ, các ete, các hợp chất nhựa cũng như các chất phụ gia. Tương tự như vậy, các hợp chất được coi là có tính kiềm bao gồm các chất kiềm vô cơ và hữu cơ, các muối của kim loại nặng, các phụ gia…Rất nhiều phụ gia hiện nay đang được sử dụng cho dầu động cơ có chứa các hợp chất kiềm nhằm trung hoà các sản phẩm axit của quá trình cháy, lượng tiêu tốn cuả các thành phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu. Phép đo độ kiềm liên quan đến TBN hiện đang được áp dụng cho hầu hết các động cơ, đặc biệt là dầu động có điezen. Chỉ số axit tổng của dầu là một đại lượng đánh giá mức độ biến chất của dầu do quá trình oxy hoá. Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn, chỉ số TAN có gía trị ban đầu nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng dầu. Mặt khác do một số phụ gia như phụ gia chống ăn mòn có tính axit cao nên chỉ số TAN ban đầu không thể dùng để tiên đoán chính xác chất lượng của dầu. II.5. Điểm chớp cháy và bắt lửa. Nhiệt độ chớp cháy phản ánh hàm lượng các hydrocacbon nhẹ có trong dầu và cho biết tính nguy hiểm đối với hiện tượng cháy nổ khi bảo quản vận chuyển. Nhiệt độ chớp cháy càng thấp, càng gần với nhiệt độ của môi trường thì càng phải thận trọng khi bảo quản, bốc rỡ. Phải có các biện pháp đề phòng để giảm tối đa hiện tượng cháy nổ. Điểm chớp cháy của dầu là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển, mẫu được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa trong những điũu kiện đặc biệt của phương pháp thử. Mộu sẽ bốc hơi và bốc cháy khi có ngọn lửa và lan truyền tức thì lên khắp bề mặt của mẫu. Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó mẫu tiếp tục cháy được trong 5 giây được gọi là điểm bắt lửa cao hơn. Với các hợp chất tương tự nhau thì điểm chớp cháy và bắt lửa sẽ tăng khi trọng lượng phân tử tăng. Do khi nhiệt độ điểm chớp cháy được coi là đại lượng biểu thị cho tính an toàn cháy nổ trong quá trình sử dụng và bảo quản dầu bôi trơn.Để xác định điểm chớp cháy và bắt lửa bằng phương pháp cốc kín Pensky – Martens. II.6. Hàm lượng nước. Hàm lượng nước của dầu là lượng nước được tính bằng phần trăm theo trọng lượng, thể tích hay theo ppn (phần triệu). Nước trong dầu bôi trơn không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự Oxi hoá mà còn gây nên nhũ tương. Trong một vài trường hợp nước còn làm thuỷ phân các phụ gia, tạo nên những bùn mềm xốp. Cho nên hàm lượng nước trong dầu công nghiệp không được vượt qúa 0,1%. II.7. Mầu sắc. Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về dầu thô dùng để chế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sôi và mức độ làm sạch trong quá trình tinh luyện, về hàm lượng và bản chất phụ gia pha vào dầu đó. Người ta nhận thấy rằng dầu bị tối màu dần trong quá trình sử dụng là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn hay sự bắt đầu của quá trình Oxy hoá. Sự xẫm màu của dầu kèm theo sự thay đổi không lớn chỉ số trung hoà và độ nhớt thường là dấu hiệu nhiễm bẩn của các chất lạ. Các tạp chất có màu làm màu thay đổi một cách rõ rệt nhưng có thể không làm ảnh hưởng đến các thuộc tính khác. Rất nhiều dầu mới có phụ gia sẫm màu và thông thường trong quá trình sử dụng dầu bị tối màu đi rất nhanh nên nói chung màu sắc ít có ý nghĩa đối với dầu động cơ. Nói chung, các phương pháp so màu dựa trên cơ sở so sánh bằng mắt thường, lượng ánh sáng truyền qua một bề dày xác định của một số loại dầu với lượng ánh sáng truyền qua của một trong số dãy kín màu chuẩn. Người ta dùng nguồn sáng tiêu chuẩn, còn mẫu được đặt trong buồng thử rồi so sánh với màu của các đĩa thuỷ tinh được qui định có giá trị từ 0,5 – 0,8. Phép xác định màu của các sản phẩm dầu mỏ được sử dụng chủ yếu cho các mục đích kiểm tra trong quá trình sản xuất vì nó cho biết quá trình tinh luyện có tốt hay không. Tuy nhiên, đối với người tiêu dùng thì màu của dầu cũng là một chỉ tiêu quan trọng vì người ta nhìn thấy được và thường dầu thương phẩm có màu xấu hay tốt thì không được ưa chuộng. II.8. Điểm đông đặc, điểm vẩn đục: Điểm đông đặc: là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn giữ được tính linh động Ở điều kiện đã cho. Điểm vẩn đục: là nhiệt độ mà khi sản phẩm đem làm lạnh trong những điều kiện nhất định, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh . Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi dầu được làm lạnh, những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đan cài với nhau tạo thành một cấu trúc cứng, giữ dầu ở lrong các túi rất nhỏ của các cấu trúc đó Khi cấu trúc tinh thể của sáp này tạo thành đầy đủ thì dầu không luân chuyển được nữa. Để làm giảm nhiệt độ đông đặc của dầu người ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. Yêu cầu dầu nhờn có nhiệt độ đông đặc và vẩn đục không thấp hơn giới hạn cho phép, chỉ liêu chất lượng này đặc biệt quan trọng đối với các loại dầu sử dụng Ở vùng giá rét. Ở nước ta thông thường yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu không vượt -9oC. II.9. Hàm lượng tro và tro sun fat trong dầu bôi trơn: Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy được tính bằng (%)khối lượng các thành phần không thể cháy được nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại,từ chất bẩn và mạt kim loại bị mài mòn . Hàm lượng tro có thể định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các khoáng chất còn lại sau khi đốt cháy dầu . Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hoá mẫu ,sau đó phần cặn được xử lý bằng H2 SO4 và nung nóng đến khối lượng không đổi . Độ tro của dầu gốc nói lên mức độ sạch của dầu ,thông thường trong dầu gốc không tro. Đối với dầu thương phẩm không phụ gia hoặc có phụ gia không tro , một lượng nhỏ tro được xác định thấy sẽ phải xem xét lại chất lượng dầu . II.10. Hàm lượng cặn cacbon của dầu nhờn: Cặn cacbon là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân dầu nhờn trong những điều kiện nhất định cặn không chỉ chứa hoàn toàn cacbon của dầu . Cặn cacbon của dầu bôi trơn là lượng cặn còn lại, được tính bằng phần trăm trọng lượng sau khi dầu trải qua quá trình bay hơi, crackinh và cốc hoá trong những điều kiện nhất định . Các loại dầu khoáng thu được từ bất kì loại dầu thô nào đều có lượng cặn tăng theo độ nhớt cuả chúng. Các loại dầu cất luôn có lượng cặn các bon nhỏ hơn các loại dầu cặn có cùng độ nhớt. Các loại dầu parafin thường có hàm lượng cặn cacbon thấp hơn các loại dầu naphten . Có thể coi trong một chừng mực nào đó , cặn cacbon đặc trưng cho xu hướng tạo muội của dầu nhờn trong động cơ đốt trong . II.11. Độ ổn định oxyhoá của dầu bôi trơn : Độ ổn định của dầu bôi trơn biểu hiện khả năng cảu dầu chống lại những tác động bên ngoài làm thay đổi chất lượng của dầu. Dầu có ổn định cao khi thành phần hoá học và tính chất của nó ít thay đổi. Thực tế nếu nhiệt độ không vượt quá 30-400 C thì có thể bảo quản dầu từ 5-10 năm mà chất lượng của dầu khôg thay đổi. Sự thay đổi xảy ra trong điều kiện sử dụng ở động cơ. Dưới tác động của không khí, ở nhiệt độ cao 200-3000C có tác dụng xúc tác kim loại, những thành phần kém ổn định của dầu sẽ tương tác với oxy tạo nên những sản phẩm khác nhau và tích luỹ trong dầu, làm giảm chất lượng của dầu như tăng trị số axit tổng (TAN) làm tăng hàm lượng nhựa, tạo nhiều chất nhựa bám ở buồng cháy. Sư thay đổi thành phần sẽ làm thay đổi độ nhớt và làm giảm chỉ số độ nhớt của dầu. III.CÔNG DỤNG CỦA DẦU NHỜN: III.1. Công dụng làm giảm ma sát. Mục đích cơ bản của dầu nhờn là bôi trơn các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chuyền động nhằm giảm ma sát .Máy móc sẽ mòn ngay nếu không có dầu bôi trơn. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát sẽ giảm từ 100-1000 lần so với ma sát khô . Khi cho dầu vào máy với một lớp dầu đủ dày, dầu sẽ xen kẽ giữa hai bề mặt, khi chuyển động, chỉ có các phần tử dầu nhờn trượt lên nhau. Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, ít bị mài mòn, giảm được công tiêu hao vô ích . III.2. Công dụng làm mát. Khi có ma sát thì bề mạt kim loại nóng lên , như vậy một lượng nhiệt đã sinh ra trong quá trình làm việc, lượng nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát , tải trọng ,tốc độ. Tốc độ càng lớn thì lượng nhiệt sinh ra càng nhiều , kim loại sẽ bị nóng làm cho máy móc dễ bị hỏng trong khi làm việc. Nhờ trạng thái lỏng, dầu chảy qua các bề mặt ma sát đem theo một phần nhiệt truyền ra ngoài làm cho máy móc làm việc tốt. III.3. Công dụng làm sạch. Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh ra hạt kim loại mịn, những hạt rắn này sẽ làm cho bề mặt bị xước, hang. Ngoài ra ,có thể có cát, bụi tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt ma sát, nhờ dầu nhờn lưu chuyển tuần hoàn qua bề mặt ma sát,cuốn theo các tạp chất đưa về cacte dầu và được lắng lọc . III.4. Công dụng làm kín. Trong các động cơ , có nhiều chi tiết truyền động cần phải kín và chính xác như pittông - xi lanh , nhờ khả năng bám dính tạo màng dầu nhờn có thể góp phần làm kín các khe hở , không cho hơi bị rò rỉ, bảo đảm cho máy móc làm việc bình thường . III.5. Bảo vệ kim loại. Bề mặt máy móc , động cơ khi làm việc thường tiếp xúc với không khí, hơi nước bị thải …làm cho kim loại bị ăn mòn có thể làm thành màng mỏng phủ kín bề mặt kim loại nên ngăn cách được với các yếu tố trên ,vì vậy kim loại được bảo vệ . IV.PHÂN LOẠI DẦU NHỜN. Dầu bôi trơn thường được chia thành các nhóm dựa trên lĩnh vực sử dụng chúng cũng như cơ cấu sử dụng của các nhóm dầu trong thực tế. Toàn bộ dầu bôi trơn thường được chia thành 2 nhóm chính: Dầu động cơ Dầu công nghiệp. IV.1. Dầu động cơ. Nhóm dầu động cơ là nhóm dầu quan trọng nhất trong thực tế sử dụng của Việt Nam và các nước phát triển khác, nhóm dầu này chiếm cỡ 60 – 70% tổng lượng dầu bôi trơn tiêu thụ hàng năm. Các loại dầu động cơ ( bao gồm dầu cho động cơ xăng và động cơ điezen) chỉ dùng bôi trơn cho các chi tiết của động cơ và có rất nhiều loại khác nhau. Chúng thường được phân loại giựa trên độ nhớt và phẩm chất chất lượng. Các kiểu phân loại dầu động cơ đang được sử dụng phổ biến hiện nay bao gồm: SAE J300a, SAE J183 (còn gọi là phân loại API), phân loại ACEA. Đặc điểm của dầu nhờn động cơ: + Làm việc trong điều kiện khắc nhiệt nhất, nhiệt độ cao, oxi hoá mạnh tạo ra nhựa. + Làm việc trong nhiệt độ rộng: (nổ máy nhiệt độ ổn định nhiệt độ cao).. -Yêu cầu đối với dầu nhờn động cơ. + Đối với dầu nhờn động cớ có chỉ số độ nhớt cao. + Độ bền kháng oxi hoá cao khẳng định thời gian làm việc DN + Phải có tính tẩy rửa, phân tán. Ngoài ra : Tính chất bôi trơn tốt, bảo vệ cao lưu biết tốt. ít ăn mòn , ít tạo bọt, ít ảnh hưởng môi trường, an toàn cháy nổ..Tính bảo vệ trong dầu không cao nên thường phải pha thêm phụ gia mới có tính bảo vệ cao; chống ăn mòn địên hoá thông thường là bảo vệ theo màng ngăn cách. Nhược : có máy móc làm việc theo thời vụ, vì vậy phải tháo các chi tiết của máy móc ra. Trên thế giới đã có dầu nhờn làm việc – bảo vệ, bảo vệ – làm việc. IV.2. Dầu công nghiệp. Nhóm dầu công nghiệp có chủng loại phong phú hơn nhiều so với nhóm động cơ. Dầu công nghiệp thường được chia thành các phân nhóm nhỏ dựa trên lĩnh vực sử dụng: Dầu bánh răng ( dầu chuyển động ), dầu máy nén, dầu biến thế, dầu máy công cụ, dầu thủy lực, chất lỏng gia công kim loại... CHƯƠNG II:CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC VỚI DUNG MÔI LÀ PHENOL I. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG: Việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc được thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn . Hình2 :Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc . Sơđồ công nghệ để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các quá trình chính - Chưng chân không nguyên liệu cặn mazut - Chiết tách, trích ly bằng dung môi - Tách hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum) - Làm sạch lần cuối bằng hydro hoá I.1. Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut : Để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất, quá trình đầu tiên để đi vào sản xuất dầu nhờn là quá trình chưng chân không mazut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất và cặn gudron. Mục đích của quá trình là nhằm phân chia hoàn thiện các phân đoạn dầu nhờn có giới hạn sôi hẹp và tách triệt để các chất nhựa - asphanten ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn cất và gudron . DÇu cäc sîi nhÑ - Gudron Hình 3. Sơ đồ hệ thống chưng cất chân không để sản xuất các phân đoạn dầu nhờn I.2. Các quá trình trích ly , chiết tách bằng dung môi. Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất không thể loại ra được. Các cấu tử này thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo thành cặn nhựa và cặn bùn trong dầu. Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi là dựa vào tách chất hoà tan chọn lọc của dung môi được sử dụng. Khi trộn dung môi với nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử trong nguyên liệu sẽ được phân thành hai nhóm: nhóm các cấu tử hoà tan tốt vào dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi là pha chiết (extract), còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít vào dung môi gọi là rafinat. Sản phẩm có ích có thể hoặc nằm trong pha extract hay pha rafinat tuỳ theo dung môi sử dụng. Nhưng trong thực tế người ta quen gọi pha chứa sản phẩm là rafinat còn pha cần phải loại đi là pha extract. Dựa vào bản chất của dung môi mà người ta chia thành dung môi có cực và dung môi không cực hay dung môi hỗn hợp, nhưng dù là loại nào, dung môi được chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Phải có tính hoà tan chọn lọc, tức là phải có khả năng phân tách thành hai nhóm cấu tử: nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu gốc. Tính chất này được gọi là độ chọn lọc của dung môi. - Phải bền về hoá học, không phản ứng với các cấu tử của nguyên liệu, không gây ăn mòn và dễ sử dụng. - Có giá thành rẻ, dễ kiếm. - Có nhiệt độ sôi khác xa so với các cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi, tiết kiệm được năng lượng. Ba loại dung môi có cực đề tách phần hydrocacbon thơm và cặn nhựa ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn cất hiện đang sử dụng phổ biến đó là phenol, furfurol và N - metylpirolydon. Còn để tách các hợp chất nhựa asphan trong phân đoạn gudron, phổ biến là dùng propan lỏng . I.3. Quá trình khử asphan trong phần cặn gudron: Trong gudron có nhiều các cấu tử không có lợi cho dầu gốc , nên nếu ta đưa vào trực tiếp trích ly thì không cho phép đạt được chất lượng như ta mong muốn,chính vì thế mà người ta tiến hành khử asphan trước .Trong sản xuất dầu nhờn ,phổ biến sử dụng propan lỏng để khử chất nhựa asphan trong phân đoạn gudron.Quá trình này , ngoài việc tách các hợp chất nhựa –asphan còn cho phét tách cả các hợp chất thơm đa vòng làm giảm độ nhớt , chỉ số khúc xạ ,độ cốc hoá và nhận được dầu nhờ nặng có độ nhớt cao cho dầu gốc. Sản phẩm của quá trình này là phân đoạn dầu nhờn cặn nặng ,có độ nhớt cao.phân đoạn này qua một số phân đoạn tiếp theo ta thu được phân đoạn dầu nhờn đưa đi pha chế hay đưa làm dầu nhờn sử dụng cho máy móc có tải trọng lớn cần thiết phải có độ nhớt cao . Sản phẩm phụ của qua trình này là anphanten-phần tách lấy để đưa đi làm nhựa rải đường ,làm giáy giầu,giấy chống thấm . Quá trình này thường được đặt liên hợp với phân xưởng chân không cặn mazut . . Sơ đồ công nghê tách asphan bằng Propan lỏng-:. Hình 4. Sơ đồ tách asphan bằng propan lỏng 1. Bình chứa propan 6. Tách dung môi khỏi rafinat 2. Thiết bị bay hơi 7. Thiết bị lắng tách 3. Máy nén 8. Cột tách dung môi khỏi Asphan 4. Cột khử dung môi ở rafinat 9. Cột tách dung môi khỏi asphan 5. Lò đốt nóng 10. Cột trích ly I. propan IV. Rafinat; II. Nguyên liệu V. Asphan III. Hơi nước VI. Chất lỏng ngưng tụ . I.4. Các quá trình tách ly bằng dung môi chọn lọc: Làm sạch bằng dung môi chọn lọc là quá trình cần tách cấu tử cần thải ra khói dầu nhờn như ;các hydrocacbon thơm đa vòng và hydrocacbon naphten thơm có mạch bên ngắn ,các hydrocacbon không no, hợp chất chứa lưu huỳnh , nitơ, các chất nhựa… Các hợp chất nhựa và hydrocacbon thơm đa vòng là hợp chất có hại, không mong muốn có mặt trong dầu nhờn .Sự có mặt của chúng khong những làm cho dầu rất xấu .Các hợp chất này bằng phương chưng cất không thể loại bỏ được .Làm sạch dựa vào tính chất hoà tan chọn lọc của dung môi có cực ,cho phép sản xuất ra dầu nhờn chất lượng cao từ bất cứ loại dầu nào.Vai trò quan trọng trong quá trình là tác dụng của lực Vanderwaals(lực định hướng ,cảm ứng ,phân tán ) xảy ra giữa dung môi và các hợp chất phân cực cần phải tách đỉ trong dầu nhờn .Yếu tố quan trọng trong quá trình làm sạch chọn lọc là đọ chọn lọc và khả năng hoa tan của dung môi . Nguyên liệu cho quá trình là các phân đoạn của dầu nhờn cất (có khoảng nhiệt độ sôi 300 – 4000C ;350 – 4200C ;370 – 5000C thu được tư quá trìnhchwng cất chân không mazut ). Các phân đoạn dầu nhơn cặn (có nhiệt độ sôi tren ng propan ).5000C thu được từ quá trình khử asphanten trong gudron bằng propan lỏng). Do đó các quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc thường được bố trí liên hợp với phân xưởng chưng cất chân không cặn mazut và phân xưởng khử asphanten trong gudron bằng propan lỏng. Hình 5. Sơ đồ công nghệ làm sạch chọn lọc bằng phenol Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. Tháp hấp thụ. Tháp trích ly đĩa quay Tháp bay hơi rafinat Tháp tái bay hơi rafinat Tháp sấy Tháp bay hơi extract Tháp tái bay hơi extract Thiết bị trao đổi nhiệt lồng ống. Lò ống. Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ bọc ngoài Bơm Bể chứa nguyên liệu và sản phẩm Bể chứa trung gian. Trước khi vào tháp hấp thụ (2) nguyên liệu được đun nóng đến 110 ¸ 1150C trong thiết bị (1). Tại (2) nguyên liệu đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi của hỗn hợp đẳng phí phenol - nước từ dưới lên. Hơi nước đi ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ được ngưng tụ làm lạnh và cho đi sản xuất hơi nước quá nhiệt. Nguyên liệu hấp thụ phenol lấy ra ở đáy tháp hấp thụ cho qua thiết bị làm lạnh (1) đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho vào tháp trích ly (3) nguyên liệu phenol lấy ra từ bể chứa (13) nhờ bơm (12) bơm qua thiết bị đốt nóng (1) và cho đi vào phía trên gần đỉnh tháp. Để hạn chế khả năng hoà tan của phenol, cho nước phenol vào phía dưới của tháp (3). Nhiệt độ của tháp (3) được điều chỉnh bằng nhiệt độ của nguyên liệu vào và nhiệt độ của phần tuần hoàn đáy sau khi qua trao đổi nhiệt (1). Trong tháp trích ly tạo thành 2 pha: rafinat và extract. + Tái sinh dung môi trong dung dịch rafinat được thực hiện hai cấp ở thiết bị (4) và (5). Khi ra khỏi tháp (3) dung dịch tự chảy vào thiết bị trao đổi nhiệt (9) trước đó đã qua bể chứa (13) vào lò đốt (10). Hỗn hợp hơi lỏng với nhiệt độ 260 ¸2900C đi ra khỏi lò đi vào phần giữa của tháp bốc hơi (4) ở đây phần nhẹ hơi phenol tách ra ở đỉnh tháp được cho qua làm lạnh ngưng tụ (1) rồi vào bể chứa (13). Dung dịch rafinat chứa khoảng 5 ¸ 6% phenol từ đáy tháp (4) được cho qua tháp tách (5). Hơi nước qúa nhiệt được cho vào đáy tháp (5) để tách hơi phenol còn lại, hơi phenol ra khỏi (5) được cho qua làm lạnh (1) ngưng tụ rồi cho vào bể chứa (13). Rafinat cho qua trao đổi nhiệt (9) vào bể chứa sản phẩm. + Tái sinh dung môi từ dung dịch extract. Dung dịch từ đáy tháp (3) được bơm (12) cho qua thiết bị trao đổi nhiệt (1), ở đây được đốt nóng bằng hơi phenol từ (7) sang với nhiệt độ khoảng 120¸1300C rồi cho vào tháp làm khô (6). Hỗn hợp đẳng phí phenol nước được dẫn về cột hấp thụ (2) hoặc qua thiết bị làm lạnh (1) rồi vào bể chứa (13). Một lượng dung dịch lấy ra từ phần đáy tháp (6) cho tự chảy sang thiết bị đun sôi (11). Trong thiết bị này đốt dung dịch extract nhờ nhiệt của hơi phenol từ tháp (7) sang. Mục đích của việc đun sôi này nhằm bổ sung nhiệt cho hỗn hợp trong tháp (6) dung dịch extract không có nước đi ra khỏi đáy tháp (6) được bơm qua lò đốt (10) nhờ bơm (12). Ở đây đốt nóng đến 250 ¸ 2800C rồi cho qua tháp (7). Ở tháp này hầu như tất cả phenol được tách ra, hơi phenol từ đỉnh tháp (7) được đưa qua (11) rồi trao đổi nhiệt ở các thiết bị (1), rồi vào bể chứa (13). Hỗn hợp đáy ra khỏi tháp (7) được đưa qua thiết bị tái bốc hơi extract dể tách hết hơi phenol. Một phần hỗn hợp đáy tháp (7) được tuần hoàn lại lò đốt nhờ bơm (12) để bổ sung thêm nhiệt lượng. Để tách hết phenol người ta cho hơi nước quá nhiệt vào đáy tháp (8) hồ lưu đỉnh tháp dùng nước phenol. Hơi phenol - nước tách ra ở đáy tháp (8) được tuần hoàn lại tháp (2), extract lấy ra ở đáy tháp (8) được làm lạnh và cho về bể chứa sản phẩm. Chế độ công nghệ . Khi tiên hành qua trình làm sạch bằng dung môi chọn lọc, ngoài thành phần hoá học của nguyên liệu và dung môi cần phải xác định các điều kiện công nghệ của quá trình như tỷ lệ dung môi / nguyên liệu, chế độ công nghệ và các chất thêm vào dung môi . Tỷ lệ phenol/nguyên liệu. Tỷ lệ phenol/ nguyên liệu phụ thuộc vào chất lượng của nguyên liệu dùng vào yêu cầu chất lượng sản phẩm của dầu nhờn cần thu .Tỷ lệ này thay đổi theo giới hạn tương đối rộng. Khi làm sạch nguyên liệu là các phân đoạn của dầu nhờn cặn thì tỷ lệ phenol/nguyên liệu là 1,5 – 3,5:1 . Bổ sung thêm nước. Để tăng sự phân chia trịêt để và giảm mất mát các cấu tử cần thiết trong extract thì người ta đưa thêm một lượng nước phenol vào tháp trích ly( nước phenol là hỗn hợp giữa hơi phenolvà nước lấy từ tháp tái bốc hơi trong bộ phân tái sinh phenol từ dung dịch rafinat và extact . Để làm sạch nguyên liệu triệt để người ta cho thêm nước vào phenol để giảm hàm lượng phenol trong dung dịch rafinat và để tăng hiệu suất rafinat và tăng chất lượng của rafinat.người ta cho thêm 2 – 5 % nước (so với lượng dung môi phenol chung cho vào tháp )vào đỉnh tháp và dáy tháp trích ly .Cho nước váo đỉnh tháp làm giảm độ nhớt của dung dịch rafinat , còn cho thêm nước vào dấy tháp là làm tăng nhiệt độ đấy tháp , nhờ vậy mà tăng hiệu xuất rafinat và tăng chất lượng của rafinat . Nếu làm sạch nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất nhẹ ít nhựa thì cho thêm vào phenol khoảng 8 –10 % nước, nếu nguyên liệu có nhiệt độ sôi cao thì cho thêm 4 – 5% nước để tránh sự tồn tại nhựa trong dầu nhờn. I.5. Quá trình tách sáp: Sáp là một hỗn hợp mà chủ yếu là các parafin phân tử lượng lớn và một lượng nhỏ các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao (chúng dễ kết tinh ở nhiệt độ thấp) và kém hoà tan vào dầu nhờn có nhiệt độ thấp. Vì thế chúng cần phải tách ra khỏi dầu nhờn. I.5.1. Quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh: Khi tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra do chúng bị kết tinh. Như vậy bằng cách kết tinh có thể sử lý dầu nhờn chứa sáp. Quá trình này dựa vào nguyên lý kết tinh parafìn rắn bằng cách làm lạnh, sau đó tách chúng khỏi dầu nhờ lọc hay ly tâm. Trong các dây truyền sản xuất trước đây, dầu được làm lạnh ở các dàn lạnh, sau đó hỗn hợp đặc chứa dầu và sáp được chuyển qua bộ phận lọc ép áp suất. Tại đây những tinh thể sáp được giữ lại, còn dầu nhờn được chảy qua khi lớp sáp đủ dày, xả áp và tháo các bánh sáp thô ra. Phương pháp này có các nhược điểm sau: - Làm việc gián đoạn và rất nhiều khâu phải dùng đến áp suất. - Độ nhớt của dầu tách sáp lớn, gây trở ngại cho quá trình lọc, đặc biệt là các loại dầu có độ nhớt cao. - Không áp dụng được cho nguyên liệu là dầu cặn vì tách sáp không triệt để do các vi tinh thể parafin được tạo ra trong quá trình không thể tách ra bằng lọc . I.5.2. Tách sáp bằng dung môi chọn lọc: Để khắc phục các nhược điểm trên, người ta sử dụng dung môi để tăng độ linh động của dầu nhờn. Do sáp cũng có thể hoà tan vào dung môi, nên phải tiến hành Ở nhiệt độ thấp và phải chọn dung môi thích hợp. Một dung môi tách sáp tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Ít (hay không) hoà tan sáp. - Hoà tan tốt dầu nhờn ở lại nhiệt độ kết tinh của sáp. - Sáp ở dạng tinh thể lớn để dễ tách bằng lọc - Có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, tiết kiệm năng lượng. - Dung môi phải dễ kiếm, rẻ không độc hại và không gây ăn mòn - Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành S¸p mÒm Hình 6. Sơ đồ công nghệ tách sáp dùng dung môi chọn lọc I.6. Quá trình làm sạch bằng hydro: Quá trình tinh chế sản phẩm dầu đã tách sáp là quá trình cần thiết nhằm loại bỏ các chất hoạt động về mặt hoá học, có ảnh hưởng đến độ màu của dầu gốc. Ví dụ, các hợp chất nitơ có ảnh hưởng rất mạnh đến màu sắc cũng như độ bền màu của dầu gốc, vì thế phải loại bỏ chúng và đó chính là yêu cầu của quá trình tinh chế bằng hydro. Tính chất của dầu nhờn sau khi hydro hoá làm sạch được thay đổi như sau: Làm giảm độ nhớt 0 - 2 Làm tăng chỉ số nhớt 0 – 2 Hạ thấp nhiệt độ đông đặc, 0C 0 – 2 Tăng sáng màu (độ) 1 - 2 Lß èng Hình 7. Sơ đồ công nghệ hydro hoá làm sạch I.7. Xu hướng cải tiến công nghệ sản xuất dầu gốc. Công nghệ sản xuất dầu gốc vừa nêu là công nghệ truyền thống và ngày càng được cải thiện nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao hơn, hiệu suất lớn hơn và kinh tế hơn. Một trong những hướng cải tiến là áp dụng các quá trình xử lý bằng hydro, có xúc tác, chẳng hạn như quá trình hydrocracking và hydroizome hoá. I.8. Dung môi phenol . Phenol là chất rắn, kết tinh, không mầu. phenol hút ẩm có mầu hồng, gây bỏng. Nhiệt độ nóng chảy 430C. Phenol là một chất độc. Phenol dễ hoà tan trong rưọu, trong benzen và các dung môi khác. Phenol kết hợp với nước tạo thành hai chất lỏng không trộn lẫn nhau, một dung dịch phenol trong nước và dung dịch trong nước phenol .Các số cho biết độ hoà tan của phenol và nước ở các nhiệt độ khác nhau. Độ hoà tan ( % khối lượng )ở nhiệt độ ,0C. Nhiệt độ 20 30 40 50 60 66 Phenol trong nước 8,20 8,75 9,60 33,20 16,80 34,00 Nước trong phenol 27,50 30,10 11,80 37,80 44,90 66,00 Phenol cùng với nước tạo thành hỗn hợ đẳng phí chứa 9%khối lượng phenol, với nhiệt độ sôi 980Cở 101 Kpa. Phenol là dungmôi chọn lọc để làm sạch các phân đoạn dầu nhờn cất và dầu nhờn cặn, phenol hoà tan tốt hydrocacbon thơm có nhánh bên ngắn, dặc biệt là các hydrocacbon đa vòng các chất nhựa . * Phân tích các ưu, nhược điểm của các sơ đồ công nghệ làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc(phenol): - Những ưu điểm khi dùng phenol để làm sạch dầu nhờn: Có khả năng tăng chỉ số nhớt cho dầu nhờn, có khả năng hoà tan tốt các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh và sản phẩm nhựa, có thể làm sạch các phân đoạn dầu nhờn cất và phân đoạn dầu nhờn cặn nặng và cả các phân đoạn dầu nhờn nhận từ dầu mỏ lưu huỳnh, nên khi bảo quản cũng như khi tái sinh ít thay đổi chất lượng hơn so với furfurol, lý lệ phenol/nguyên liệu thấp hơn so với furfurol. - Những nhược điểm khi dùng phenol: Tính chọn lọc kém hơn furfurol, nên khi dùng phenol thì một số cấu tử dầu nhờn không tách triệt để mà còn lẫn trong extract nên làm mất mát một số cấu tử dầu nhờn thải ra ngoài làm giảm hiệu suất sản phẩm rafinat có khả năng hoà tan cao đối với các hợp chất sunfid và các chất ức chế sự oxy hoá, phenol độc hơn so với furfurol. Khi cùng làm sạch nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn cặn nặng thu được từ quá trình khử asphaten trong gudron bằng furfurol và phenol (với tỷ lệ dung môi như nhau) thì ta thấy hiệu suất sản phẩm rafinat khi dùng dung môi furtfurol cao hơn, nhưng chất lượng sản phẩm rafinat lại kém hơn so với khi dùng dung môi phenol. PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG I:TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG I.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU. Năng suất yêu cầu:500.000 tấn/năm. Thời gian làm việc của dây chuyền trong một năm là 8.000 giờ. Tỉ lệ giữa dung môi phenol trên nguyên liệu là:2:1 Chi phí phenol-nước,% khối lượng so với phenol là:3% Hiệu suất rafinat,% khối lượng so với nguyên liệu là :75% Tỷ trọng của nguyên liệu là:d420=920(kg/m3) Tỷ trọng của rafinat là d420=902(kg/m3) Lượng dầu làm sạch trong phần rafinat là:80% Nhiệt độ đỉnh tháp là t1=1100C Nhiệt độ đáy tháp là t2=600C. Nhiệt độ trong tháp trích ly, t = 850C II.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THÁP TRÍCH LY. Để đánh giá lựa chọn dây chuyền sản xuất, người ta dựa vào nhiều chỉ tiêu như các thông số kinh tế, kỹ thuật, năng lượng và độ linh hoạt của công nghệ. Công nghệ trích ly dầu nhờn với nguyên liệu từ mazut thì cho ta các phân đoạn dầu nhờn có độ linh động và và chỉ số độ nhờn cao. Nhưng ngày nay với công nghệ phát triển hiện đại thì dùng nguyên liệu gudron để sản xuất dầu nhờn có độ nhờn cao.Vì loại tháp đĩa quay này có cánh khuâý loại đĩa phụ thuộc vào số vòng quay của cánh khuấy quan hệ giữa chúng và quan hệ giữa hai lưu thể. Tháp trích ly là một thiết bị chính của quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc. Do đó trong quá trình thiết kế người ta có thể chọn nhiều loại tháp đĩa khác nhau thì cho ta hiệu quả dầu nhờn khác nhau, để đơn giản cho tính toán cũng như công nghệ sản xuất người ta chọn tháp đĩa quay loại này năng suất tương đối cao ngoài ra còn có cánh khuấy tua bin. Loại tháp đĩa này có đường kính 2,4m - 2,8m hoặc 3,4m-3,6m chiều cao của tháp 13m-13,4m đường kính stato hình xuyến là 1,6m, đường kính đĩa quay là 1,2m. Tần số của roto từ 10 đến 160 vòng/ phút. Tổng tốc độ thể tích của nguyên liệu và dung môi vào tháp làm tăng hiệu quả làm sạch các phân đoạn dầu nhờn , giảm chi phí dung môi và tăng được hiệu suất của sản phẩm từ 3-5% làm cho dầu nhờn tốt hơn. II.1.Dòng vào. Lượng nguyên liệu đã vào tháp trong thời gian một giờ là: G1= =62500 (kg/h) Nhiệt độ trung bình làm việc trong tháp: ttb==850C Tỷ trọng của nguyên liệu tai nhiệt độ 850C: 85=1030 (kg/m3) Lượng dung môi phenol đã vào tháp trong thời gian một giờ: G2=n G1 G2==125000 (kg/h) Chi phí lượng phenol-nước đã vào tháp trong thời gian một giờ : G3=3%G2 G3=0,03125000=3750 (kg/h) Tổng lượng vật chất đã vào tháp trong thời gian một giờ: Gvao=G1+G2+G3 Gvao=62500+125000+3750=191250 (kg/h) II.2.Dòng ra. Lượng pha rafinat thu được trong tháp trích ly: G4=75% G1 G4=(kg/h) Lượng dầu lẫn trong tháp trích ly là: G5=G1-G4 G5=62500 - 46875=15625 (kg/h) Lượng dầu đã được làm sạch trong pha rafinat: G6=G4 G6= Lượng dung môi phenol có trong dung dịch rafinat: Graf=G4-G6 Graf=46875-37500=9375 (kg/h) Lượng dung môiphenol có trong dung dịch chiết Gex=G2+G3-Graf Gex=125000+3750 - 9375=119375(kg/h) Trong đó lượng nước tạo cặn trong hỗn hợp phenol-nước Gnc=90%G3 Gnc=0,93375(kg/h) Lượng dung dịch chiết ra khỏi tháp trich ly G7=G5+Gex G7=15625+119375=135000(kg/h) Lượng phenol trong pha chiết là G8=G7-Gnc-G5 G8=135000 – 3375 –15625=116000(kg/h) Tổng lượng vật chất đi ra khỏi tháp là Gra=G4+G5+Graf+Gnc+G8 Gra=46875+15625+9375+3375+116000=191250 (kg/h) Bảng 4: Bảng cân bằng vật liệu Lượng vào Lựơng ra Tên nguyên liệu Khối lượng (kg/h) Phần trăm% Tên sản phẩm Khối lượng (kg/h) Phần trăm% Nguyên liệu vào 62500 32,68% Dầu 46875 24,51% Dung môi phenol vào 125000 65,36% phenol ra 9375 4,91% Chi phí nưíc phenol 3750 1,96% DÇu lÊn 15625 8,17% Nước 3375 1,76% phenol 116000 60,65 Tổng cộng 191250 100 Tổng cộng 191250 100 III. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG III.1. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị trích ly : Gọi : Q1: Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào (Kcal/h) Q2: Nhiệt lựơng do dung môi phenol mang vào (Kcal/h) Q3: Nhiệt lượng do nước mang vào là (Kcal/h) Q4: Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là (Kcal/h) Q5: Nhiệt lượng do pha chiết mang ra là (Kcal/h) Q6: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trƯờng là : (Kcal/h) III.1.1.Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào: Q1=G1.t1.C Trong đó : G1: Lượng nguyên liệu đã vào tháp trích ly trong thời gian một giờ t1 : Nhiệt độ tại đỉnh tháp là t1 =1100C C: Nhiệt dung riêng Áp dụng công thức để tính nhiệt dung riêng của một số chất lỏng C= Trong đó: dt : Khối lượng riêng tương đối của chất lỏng ở 15,60C t: Nhiệt độ của chất lỏng . Giới hạn áp dụng được phương trình này O0C<t<205oC . Nhiệt dung riêng của một số chất lỏng là Cphenol=0,561(kcal/kg độ) Cnước=1,01 (Kcal/Kg độ) Cdầukhoáng =0,0295 (Kcal/Kg độ) Cdầugốc =0,0281(Kcal/Kg độ) Vậy nhiệt lượng mang vào là Q1=62500 x 110 x 0,0295=202812,5(kcal/h) III.1.2.Nhiệt lượng của phenol mang vào: Q2=G2 x Cphenol x t1 C: Lưu lượng của dung môi phenol đưa vào tháp trích ly t1: Nhiệt độ làm việc của tháp tại t1=600C Cphenol : Nhiệt dung riêng phenol là Cphenoll = 0,561 (kcal/kg độ) Vậy nhiệt lượng dung môi phenol mang vào là Q2= 125000 x 60 x0,561 =4207500 (kcal/h) III.1.3. Nhiệt lượng của nước mang vào: Q3 =G3 x Cnc x t1 G3 :lưu lượng chi phí phenol mang vào tháp trích ly Cnc : nhiết dung riêng của nước là Cnc = 1,01 (kcal/kg độ) . Vậy nhiệt lượng của nước mang vào là Q3 = 3750 x60 x1,01 = 227250 (kcal/h) III.1.4. Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra: Q1’ = G1’ x C x t1 G1’ : lưu lượng thu được trong tháp trích ly T1 : nhiết độ làm việc tại đáy tháp t1 = 1100C Q1’ = 23437,5 x 110 x 0,0298 = 153656,25( kcal/h) III.1.5.Nhiệt lượng do dầu lẫn mang ra: Q2’ = G5 x t2 x C G5: lưulượng dầu lẫn trong pha chiết t2 : Nhiệt độ làm việc của tháp tại nhiệt độ t2 =600C C: Nhiệt dung riêng của pha chiết C = 0,0281 (kcal/kg độ) Q2’ = 15625 x60 x 0,0281 = 2739,75 (kcal/h) III.1.6. Nhiệt lượng do nước mang ra: Q3’ = Gnc x t2 x C Gnc : lưu lượng hỗn hợp đẳng phí phenol– nước C: Nhiệt dung riêng của nước C = 1,01(kcal/kg độ) t2 : Nhiệt độ làm việc tại đáy tháp t2= 600C Q’3 = = 204525( kcal/h) III.1.7. Nhiệt lượng do phenol mang ra ở pha chiết: Q4’ = G8 t2 C G8 : lưu lượng dung môi phenol lẫn trong pha chiết C: Nhiệt dung riêng của phenol C = 0,561 (kcal/kg độ) t2: Nhiệt độ làm việc của tháp tại t 2 = 600C Q4’ = =3904560 (kcal/h) III.1.8. Nhiệt lượng phenol mang ra ở pha rafinat: Q5’=Graf Graf: Lưu lượng phenol trong dung dịch rafinat C: Nhiệt dung riêng của phenol C= 0,561(Kcal/kgđộ) t1: Nhiệt độ làm việc của tháp tại nhiệt độ t1=1100C Vậy nhiệt lượng do phenol mang ra là III.1.9. Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 202812,5+ 4207500+ 227250=153656,25+4262741,25+Q6 Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là Q4=153656,25(Kcal/h) Nhiệt lượng do pha chiết mang ra là Q5=4262741,25(Kcal/h) Vậy nhiệt mất mát ra môi trường là : Q6=221165(Kcal/h) Bảng 5: Bảng cân bằng nhiệt lượng Nhiệt lượng vào tháp (Kcal/h) Nhịêt lượng do nguyên liệu mang vào 202812,5 Nhiệt lượng do dung môi phenol mang vào 4207500 Nhiệt lượng do nước mang vào 227250 Tổng cộng 4637562,5 Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị là Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra 153656,25 Nhiệt lượng do pha chiết mang ra 4262741,25 Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 221165 Tổng cộng 4637562,5 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHI TIẾT CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ I. ĐƯỜNG KÍNH CỦA THÁP TRÍCH LY: Trong đó : G1: Lượng nguyên liệu đưa vào tháp trích ly trong thời gian một giờ G2: lượng dung môi phenol đưa vào tháp trích ly trong thời gian một giờ Tỉ trọng của dung môi phenol tại nhiệt độ 850C V : Tốc độ của hỗn hợp đi trong tháp trích ly Chọn v=10 m3/h D = 2 = 4,9453(m) D =4,9453(m)=5 (m) Tỷ trọng của pha rafinat trong tháp tại nhiệt độ 1100C = 855(Kg/m3) Tỷ trọng của pha rafinat trong tháp tại nhiệt độ 600C = 1040(Kg/m3) Tỷ trọng của pha chiết trong tháp tại nhiệt độ 1100C = 990(Kg/m3) Tỷ trọng của pha chiết trong tháp tại nhiệt độ 600C = 970(Kg/m3) Lượng phần làm sạch Vraf= + Trong đó : G4: Lượng dầu làm sạch sau khi ra khỏi tháp trích ly(Kg/m3) : Tỷ trọng dầu đã làm sạch tại nhiệt độ đỉnh tháp(Kg/m3) : Tỷ của dung môi chọn lọc tại nhiệt đỉnh tháp (Kg/m3) X: Nồng độ trọng lượng của dầu đã làm sạch đối với phần làm sạch rafinat. Vex= Trong đó: G5: Lượng dầu trong tháp trích ly G2: Lượng dung môi phenol đưa vào trong thời gian 1 giờ. G3: Lượng dầu làm sạch trong dung dịch rafinat là : Tỷ trọng dung môi chọn lọc tại đáy tháp là. : Tỷ trọng của dầu bị trích ly tại nhiệt độ đáy tháp là. Vex= Vex= 147,57(m3/m2.h) I.1. Chiều cao từ đĩa trên cùng đến đỉnh tháp: h1= Trong đó : Vraf: Lượng phần làm sạch là. T11: Thời gian lắng của phần phần làm sạch trong thảp trích ly là. Với t11=(h) F: tiết diện ngang của tháp là .chọn F= 5m). h1= I.2. Chiều cao từ đáy tháp lên đĩa dưới cùng : h3= Trong đó : Vex: Lượng phần trích ly t12: Thời gian lẵng của phần trích ly trong tháp Với t12= 0,5 đến 1(h) F: Tiết diện ngang chọn F= 5(m) h3= I.3. Khoảng cách từ đĩa dưới cùng đến đĩa trên cùng: h2= (n-1)h Trong đó: n:Số đĩa thực tế chọn n= 12đĩa. h: Là khoảng cách giữa các đĩa chọn h= 0,5(m) h2= (12-1)0,5=5,5 I.4. Chiều cao của tháp trích ly tính theo công thức sau: H=h1+h2+h3+h4 h4: Là hệ đỡ chọn h4= 1,2(m) H=4,62+5,64+5,50+1,2(m) H=16,96(m) Quy chuẩn H=17(m) Vậy chiều cao tháp trích ly là 17(m) II. ĐƯỜNG KÍNH CỦA ỐNG DẪN NGUYÊN LIỆU VÀO: Ta có lưu lượng thể tích của nguyên liệu trong mỗi giờ là: V= Trong đó: m :Lượng nguyên liệu đi vào tháp trích ly trong thời gian 1 giờ là: : khối lượng riêng của nguyên liệu 885 (kg/m3). V==70,62(m3h) V=70,62(m3h)=0,0196(m3/s). Vậy đường kính của ống dẫn nguyên liệu vào tháp trong thời gian 1 giờ là: D= Trong đó: V:Lưu lượng thể tích nguyên liệu đi vào tháp trong 1 giờ. :Tốc độ chất lỏng trong ống tự chảy vào thiết bị chính Do đó ta chọn =0.2(m/s). D==0,353(m). D=0,353(m)=353 (mm) Quy chuẩn D=350 (mm). III. ĐƯỜNG KÍNH CỦA ỐNG DẪN PHENOL VÀO THÁP: Ta thấi lưu lượng của phenol đi vào tháp trong 1 giờ V= Khối lượng riêng của phenol là 1060 (kg/m3) V==117,925 (m3/h) V==0,0328 (m3/s) Đường kính của ống dẫn phenol vào tháp là: D= =0,457 (m) D=0,457 (m) =457 (mm) Quy chuẩn D=450 (mm) IV. ĐƯỜNG KÍNH CỦA ỐNG DẪN DUNG DỊCH RAFINAT RA KHỎI THÁP: Lưu lượng thể tích của đường ống dẫn rafinat là V= Khối lương riêng của dung dịch rafinat là 902 (kg/m3) V==51,968 (m3/h) V==0,0144 (m3/s) Vậy đường kính của ống dẫn dung dịch rafinat ra khỏi tháp là: D= D = =0,302 (m) D =0,302 (m) =302(mm) Quy chuẩn D =300 (mm) V. ĐƯỜNG KÍNH CỦA ỐNG DẪN DUNG DỊCH PHA CHIẾT: Lưu lượng thể tích của đường ống dẫn dung dịch chiết là: V= Khối lượng riêng của dung dịch chiết là 970 (kg/m3) V = =74,42 (m3/h) V=74,42 (m3/h) =0,0207 (m3/s) Đường kính của ống dẫn dung dịch pha chiết là: D= D= =0,363 (m) Quy chuẩn D= 400 (mm) VI. ĐƯỜNG KÍNH CỦA ỐNG DẪN HƠI NƯỚC VÀO: Lưu lượng thể tích của đường ống dẫn hơi nước là V= Khối lượng riêng của hơi nước là 983 (kg/m3) V= =3,815 (m3/h) V=3,815(m3/h) =0,00106 (m3/s) Vậy đường kính của ống dẫn hơi nước vào tháp là D= D= =0,082 (m) Quy chuẩn D =100 (mm) VII. ĐƯỜNG KÍNH CỦA ỐNG THÁO CẶN. Lưu lượng thể tích của ống dẫn cặn ra ngoài là V= Khối lương riêng của căn là: 970 (kg/m3) V= =16,108 (m3/h) V=16,108 (m3/h) =0.00447 (m3/s) Vậy đường kính của ống tháo cặn là D= D= =0,169 (m) Quy chuẩn D= 200 (mm) KẾT LUẬN Sau 3 tuần được sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Văn Hiếu, cùng với các thầy cô trong bộ môn Hoá dầu đã giúp em hoàn thành được đồ án của mình. Qua đồ án này, em có một số kết luận như sau: Ma sát và bôi trơn là vấn đề đang được nhiều người quan tâm, đặc biệt đối vơi các nhà sản xuất động cơ,các nhà sản xuất máy mọc thiết bị vá nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác. để giảm lực ma sát có hại thì dầu nhờn luôn là một lựa chọn cho các nhà sản xuất cũng như trong công nghệ. Muốn sử dụng dầu có hiệu quả kinh tê cao khi sử dụng dầu bôi trong từng điều kiện cụ thể cần có các chủng loại và các phướng pháp đánh giá phù hợp. Trong lĩnh vực sản xuất dầu nhờn thì quá trình trích ly bằng dung môi phenol là một công đoạn không thể thiếu nhất là đối với các loại dầu mỏ nặng và nhiều lưu huỳnh. Sản phẩm thu được của quá trình là dầu nhờn có chỉ số độ nhớt tăng, ít lưu huỳnh và ít sản phẩm nhựa. Với dây chuyền sản xuất dầu nhờn này, chúng ta hoàn toàn có thể đáp ứng được nhu cấu về dầu gốc trong nước cũng như trong xuất khẩu. Ngoài ra còn tăng hiệu suất của dầu mỏ, giảm được ô nhiễm môi trường khi mà cặn mazut nàyđem đi sử dụng làm chất đốt cộng nghiệp. Để thiết kế khả thi một dây chuyền sản xuất hay một dựa án thì trước tiên chúng ta phải xác định được nhu cầu về sản phẩm, nguồn nguyên liệu để từ đó lựa chọn sao cho phù hợp, khi đã lựa chọn được công nghệ, tiếp tục xác định địa điểm đặt nhà máy đả bảo về hạ từng kỹ thuật, mạng lưới giao thông đi lại trong vùng. Cuối cùng là xác định hiệu quả kinh tế của dự án và quyết định dự án có được thực hiên hay không. Qua các tính toán và lựa chọn trên thì công nghệ sản xuất dầu nhờn bằng phương pháp trích ly dung môi phenol có ưu điểm, phù hợp với các quá trình sản xuất có quy mô lớn và thu được hiệu quá kinh tế cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2000. PGS.TS Đinh Thị Ngọ. Hoá học dầu mỏ. ĐH Bách Khoa Hà Nội 1999. Kiều Đình Kiểm. Thương phẩm xăng dầu. Võ Thị Liên, Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu và khí. ĐH Bách Khoa Hà Nội 1983. Trần Mạnh Trí. Hoá học dầu mỏ và khí. ĐH Bách Khoa Hà Nội 1979. C. Kajdas. Dỗu mỡ bôi trơn. NXB khoa học kỷ thuật 1993 Trần Mạnh Trí. Dầu khí và dầu khí ở Việt Nam. NXB KH và KT Hà Nội 1996. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất.tập I,tập II. NXB KHKT Hà Nội 1992. 9. Kiều Đình Kiểm. Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu NXB khoa học kỷ thuật Hà Nội 1999 10. Dương Văn Tuệ, Nguyễn Hữu Khuê, Văn Đình Đệ, Nguyễn Thị Minh Nguyệt. Thí nghiệm hoá hứu cơ; ĐHBK Hà Nội 1993 11. GS.TSKH. Nguyễn Bin. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm.NXB khoa học và kỷ thuật Hà Nội, năm 2001 12. Hồ Quang Hoà. Bài giảng kỷ thuật bảo hộ lao động và bảo vệ môi trường. Trường ĐH mỏ địa chất 2002 MỤC LỤC