Đề tài Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn với dung môi furfurol với năng suất 400.000 tấn/năm

nhau là mấy so với dầu chưa qua sử dụng. Tuy nhiên một giá trị bất thường nào đó của khối lượng riêng cũng có thể giúp ta phán đoán về sự có mặt trong dầu một phần nhiên liệu. Sử dụng chủ yếu của khối lượng riêng là dùng để chuyển đổi sang thể tích và ngược lại trong lúc pha trộn, vận chuyển, tồn chứa, cung cấp họăc mua bán dầu nhờn. I.3.2.Độ nhớt của dầu nhờn. Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn. Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn có độ nhớt phù hợp, bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài có nghĩa là ma sát nội tại nhỏ. Khi độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công xuất máy do tiêu hao nhiều công để thắng trở lực của dầu, khó khởi động máy, nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trường thấp, giảm khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lưu thông kém. Khi độ nhớt nhỏ, dầu sẽ không tạo được lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt các chi tiết máy nên làm tăng sự ma sát, đưa đến ma sát nửa lỏng nửa khô gây hư hại máy, giảm công xuất, tác dụng làm kín kém, lượng dầu hao hụt nhiều trong quá trình sử dụng. Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học. Các hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Chiều dài và độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn độ nhớt sẻ tăng lên. Các hydrocacbon thơm và Naphten có độ nhớt cao.Đặc biệt số vòng càng nhiều thì độ nhớt càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và Naphten có độ nhớt cao nhất. Độ nhớt của dầu nhờn thường được tính bằng Paozơ (P) hay centipaozơ(cP). Đối với độ nhớt động lực được tính bằng stốc (st) hoặc centi stốc (cS t). I.3.3. Chỉ số độ nhớt. 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 Độ nhớt động học 40 100 Nhiệt độ 0C VI của dầu = L-H U H(VI=10) L- U Độ nhớt động học 40 100 Nhiệt độ 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) 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. I.3.4. Điểm đông đặc, màu sắc. Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn không giữ được tính linh động và bị đông đặc, ở nhiệt độ nhất định nào đó sẽ đông lại và làm cho động cơ khó khởi động. Khi sản phẩm đem làm lạnh trong những điều kiện nhiệt độ nhất định, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh. Màu sắc là một tính chất có ý nghĩa đối với dầu nhờn. Dầu có thể có nhiều màu sắc khác nhau như : vàng nhạt, vàng thẫm, đỏ. Trong một số trường hợp màu sắc được coi là dấu hiệu để nhận biết sự nhiễm bẩn hoặc oxy hóa sản phẩm, nếu bảo quản dầu không tốt gây ra sự chuyển màu sắc nâu, đen … và nó biểu thị chất lượng đã giảm sút. Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số lượng sáp không tan và khi dầu được làm lạnh, những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đan sen với nhau tạo thành cấu trúc cứng, giữ dầu ở trong 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 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 điểm đục không thấp hơn giới hạn cho phép, chỉ tiêu và chất lượng này đặc biệt quan trọng đối với loại dầu sử dụng ở vùng giá rét. Ở nước ta yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu không quá - 90C. I.3.5. Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn . Đặc trưng cho khả năng an toàn cháy nổ của dầu nhờn là nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy . Nhiệt độ bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi dầu thoát ra trên bề mặt dầu, khi có mồi lửa lại gần thì bắt cháy . Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó lượng hơi thoát ra trên bề mặt dầu có thể bắt cháy, khi mồi lửa lại gần và cháy ít nhất trong thời gian 5 giây. Nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy của một số loại dầu bôi trơn thường khác nhau từ 5600c ,tuỳ thuộc độ nhớt của dầu, độ nhớt càng cao thì độ cách biệt càng lớn . Việc nghiên cứu và hiểu biết về nhiệt độ chớp cháyvà bắt lửa có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá phẩm chất dầu nhờn .Nhiệt độ chớp cháy và bắt cháy thấp là đặc trưng cho tính an toàn của dầu nhờn. I.3.6. Trị số axit ,trị số kiềm ,axit-kiềm tan trong nước. Trị số axit chính là trị số trung hoà và được dùng để xác định độ axit và độ kiềm của dầu bôi trơn . Trị số trung hoà là tên gọi chung cho trị số axit tổng ( TAN )và trị số kiềm tổng ( TBN) . Trong dầu nhờn gốc đã qua chế biến vẫn chứa một lượng nhỏ axit như axit naphtenic, axit oxy cacbonxilic … sau một thời gian dài sử dụng, hàm lượng các hợp chất này tăng lên do tác dụng oxy hoá của không khí đối với các hợp chất dễ phản ứng trong dầu. Ngoài ra cũng có thể có một lượng nhỏ axit hữu cơ nhiễm vào dầu nhờn từ các hợp chất chứa lưu huỳnh, tổng nhiên liệu điezen hoặc phụ gia chứa clo pha vào xăng. Tính axit còn do một số loại phụ gia mang tính axit pha vào dầu . Trị số axít tổng (TAN) là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu, đặc trưng bởi số mg KOH cần thiết để trung hoà toàn bộ lượng axit có trong một (g) dầu . Trị số tan trong nước biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, được phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy đinh tuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu. Trị số kiềm tổng (TBN) là lượng axit tính chuyển số mg KOH tương ứng, cần thiết để trung hoà lượng kiềm có 1 g mẫu. Tính kiềm trong dầu tạo ra bởi các phụ gia có tính tẩy rửa, phụ gia phân tán, đó là những hợp chất cơ kim như phenollat, sunfonat …Tính kiềm là chỉ tiêu cần thiết để tiên đoán chất lượng dầu mỏ, nhằm bảo đảm trung hoà các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sử dụng ,chống hiện tượng gỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim loại. ngoài ra trị số kiềm tổng còn dùng để đánh gía khả năng tẩy rửa của dầu ,giữ cho bề mặt kim loại không bị cặn bẩn ,tránh mài mòn. I.3.7. 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 . I.3.8. 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 . I.3.9. 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. I.4. Công dụng của dầu bôi trơn. I.4.1. 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 . I.4.2. 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. I.4.3. 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 . I.4.4.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 . I.4.5. 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 . CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC II.1.Thành phần và tính chất của nguyên liệu để sản xuất dầu gốc. Nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn trong nền công nghiệp chế biến dầu mỏ và khí, trước đây người ta thường dùng cặn mazut qua chưng cất chân không ta thu được các phân đoạn dầu nhờn rồi qua các bước làm sạch tiếp theo mới thu được dầu nhờn gốc. Về sau này ngành chế tạo máy phát triển ,và công nghiệp nặng phát triển đòi hỏi chủng loại dầu nhờn ngày càng phong phú và đòi hỏi số lượng cũng như chất lượng ngày càng cao, nên các nhà công nghệ đã nghiên cứu và tận dụng phần cặn gudron làm nguyên liệu để sản xuất phân đoạn dầu nhờn cặn có độ nhớt cao. Như vậy nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn là cặn mazut và cặn gudron. Các hợp chất có mặt trong nguyên liệu gồm các loại sau: - Parafin mạch thẳng và mạch nhánh. - Pydrocacbon naphten đơn vòng hay đa vòng có hoặc không chứa mạch nhánh ankyl. -Hydrocacbon thơm đơn vòng hay đa vòng có hoặc không chứa mạch nhánh ankyl. - Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là loại lai hợp giữa naphten và parafin,giữa naphten và hydrocacbon thơm . -Các hợp chất dị nguyên tố chứa oxy nitơ,lưu huỳnh. II.2. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc. II.2.1 Sơ đồ công nghệ truyền thống sản xuất dầu nhờn . Mazut Chưng chân không Dầucất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn gudron Chiết bằng Dung môi Tách asphanten bằng propan Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Dầu cặn Tách sáp Làn sạch bằng hydro Dầu gốc Asphan Sáp Phần chiết Hình 2 : Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc . 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 có chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn ,sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các công đoạn sau: - Chưng chân không nguyên liệu ma zut - Chiết tách, trích li bằng dung môi - Tách hydrocacbon rắn( sáp hay prolactrum) - Làm sạch lần cuối bằng hydro hoá II.2.2. Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut . Để nhận các phân đoạn dầu cất, các quá trình đầu tiên nhằm sản xuất dầu nhờn là quá trình chưng chân không ma zut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất và cặn gudron. Mục đích của quá trình là nhằm làm phân chia hoàn thiện các phân đoạn dầu nhờn có giới hạn sôi và tách triệt để các chất nhựa và asphanten ra khỏi phần dầu nhờn cất. II.2.3. 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 bỏ 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 và dựa vào tách các chất hoà tan chọn lọc của dung môi được sử dụng, khi trộn dung môi với 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 ( estrak), còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít vào dung môi gọi là rafinat. Sản phẩm có ích nằm trong pha chiết (estrak) hay pha rafinat tuỳ theo dung môi sử dụng. Nhưng trong thực thế người ta quen gọi pha chứa sản phẩm là pha rafinat còn pha cần phải loại là pha là pha (estrack). Dựa vào bản chất của dung môi mà người ta chia thành dung môi có cực và dung môi không có 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 là nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu gốc. Tính chất này được gọi là độ chọn lọc của dung môi ,thêm nữa dung môi phải bền về hoá học,không phản ứng với cấu tử của nguyên liệu ,không gây ăn mòn và dễ sử dụng, có giá thành rẻ và 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 để tách phần hydrocacbon thơm và cặn nhựa ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn cất hiện nay đang sử dụng phổ biến đó là phenon, furfurol và, N-metylpirolydon. Còn để tách các hợp chấn nhựa asphan trong phân đoạn gudron phổ biến là dùng prophan lỏng. II.2.3.1. Quá trình khử asphan trong phần cặn gudron . 1.Mục đích và ý nghĩa của quá trình: Trong gudron có thể chứa các cấu tử không có lợi cho dầu gốc nếu đưa trực tiếp vào trích ly sẽ không cho đạt chất lượng hiệu qủa mong muốn, chính vì thế người ta thường tiến hành khử asphan trước. Trong quá trình sản xuất dầu nhờn, phổ biến là dùng propan lỏng để khử chất nhựa asphan trong phân đoạn gudron . Mục đích của quá trình này là ngoài việc tách các hợp chất nhựa asphan còn cho phép tách các hợp chất thơm đa vòng để làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốc hoá và nhận đượng dầu nhờn nặng có độ nhờn cao cho dầu gốc . 2.Cơ sở lý thuyết của quá trình. Cơ sở lí thuyết của của quá trình là các hợp chất nhựa, asphan chiếm phần chủ yếu trong cặn gudron, chúng là các hợp chất có khả năng hoà tan kém trong dung môi không cực. Nhờ tính chất này, người ta chọn dung môi parafin để tách chúng.Dung môi tạo điều kiện cho quá trình đông tụ các chất nhựa –asphan và hoà tan chọn lọc hydrocacbon. Trong dung môi pharafinic,khả năng hoà tan các hợp chất hydrocacbon có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần sau: Naphaten > parafin>Hydrocacbon thơm một vòng > Hydrocacbon thơm đa vòng. Do vậy, trong quá trình khử asphan, đồng thời xảy ra hai quá trình là đông tụ, lắng các chất nhựa asphan và trích ly các hợp chất Hydrocacbon. Nếu tăng dần trọng lượng phân tử của dung môi không cực sẽ làm tăng khả năng hoà tan của dung môi và như vậy sẽ làm giảm độ chọn lọc. Chính vì thế mà trong thực tế, prophan lỏng là dung môi thích hợp của quá trình này. II.2.3.2. Các quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc. Công dụng Các quá trình này có nhiệm vụ tách các hydrocacbon thơm đa vòng, các chất nhựa asphan bằng các dung môi có cực nhằm cải thiện thành phần hoá học của dầu nhờn. Các quá trình này được xem như là các quá trình làm sạch chọn lọc của dầu nhờn. Cơ sở lý thuyết. Các hợp chất nhựa và hydrocacbon thơm đa vòng là các hợp chất có hại, không mong muốn có trong dầu nhờn. Sự có mặt cuả chúng không những làm cho chất lượng dầu kém đi, chỉ số độ nhớt thấp mà chúng còn làm cho màu dầu rất xấu. Các hợp chất này bằng phương pháp 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 gốc chất lượng cao từ bất cứ dầu thô nào. Vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch chọn lọc là độ chọn lọc và khả năng hoà tan của dung môi. Độ chọn lọc là khả năng phân tách rõ ràng các cấu tử nguyên liệu vào rafinat bao gồm các hợp chất có ích izo parafin, naphten lai hợp parafin – naphten và các hợp chất thơm một vòng, còn phần trích ly chỉ có các cấu tử có hại như là các hợp chất đa vòng, nhựa asphan và một lượng rất nhỏ các hợp chất có lợi. Khả năng hoà tan của dung môi là đại lượng được thể hiện bằng lượng dung môi cần thiết để hoà tan một lượng xác định các cấu tử của nguyên liệu, hay nói cách khác là trong điều kiện để nhận rafinat có chất lượng xác định, lượng dung môi cần thiết càng ít để nhận được cùng một lượng rafinat chất lượng tương đương thì khả năng hoà tan của dung môi càng lớn. Về nguyên lý độ chọn lọc và khả năng hoà tan là hai đại lượng ngược nhau, tăng chỉ tiêu này sẽ dẫn tới giảm chỉ tiêu kia. Độ hoà tan của hydrocacbon trong dung môi có cực không chỉ phụ thuộc vào các cấu trúc hydrocacbon mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường tuân theo quy luật sau: - Khi tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon thì độ hoà tan tăng. - Khi răng chiều dài mạch ankyl độ hoà tan giảm xuống. - Độ hoà tan giảm khi tăng số nguyên tử cacbon trong nguyên tử naphten. - Độ hoà tan của hydrocacbon thơm sẽ lớn hơn naphten khi có cùng số nguyên tử cacbon trong vòng. -Hydrocacbon farafin có độ hoà tan nhỏ nhất. Các ưu điểm khi làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc . + Không tác dụng hoá học với nguyên liệu, tránh được mất mát các cấu tử cần thiết. + Dung môi có khả năng tái sinh lại được nên chi phí dung môi ít hơn, dẫn đến làm tăng hiệu quả kinh tế của quá trình. + Quá trình được tiến hành trên thiết bị một cách liên tục, nên công suất lớn. Bảng 2: Một số tính chất của các dung môi . chỉ tiêu Phenol FuRfurol NMP Khối lượng riêng ở 200c 1060 1159 1033 Nhiệt độ sôi 0c 181 162 254 Nhiệt độ nóng chảy 0C +41 -39 -24 Nhiệt độ tới hạn 0C 419 396 Nhiệt độ cốc hở 0C 79 59 Áp suất tới hạn Mpa 6,07 5,3 1,04 Độ nhớt động học ở 500C, Pa .s 32,4 11,5 10,4 Nhiệt độ bay hơi KJ/Kg 445,9 450 493,1 Nhiệt độ nóng chảy KJ/Kg 121,4 Nhiệt dung KJ/Kg 0K 2039 1,59 1,67 II.2.4. Quá trình tách sáp. Sáp là hỗn hợp 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 ở nhiệt độ thấp. Vì thế chúng cần phải tách ra khỏi dầu. II.2.4.1. 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 xử lý dầu nhờn chứa sáp. Quá trình này dựa vào nguyên lý kết tinh parafin rắn bằng cách làm lạnh. Sau đó tách chúng khỏi dầu nhờn lọc. Trong các dây chuyền sản xuất trước đấy, 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 đã đủ dày, xả áp và tháo các bánh sáp ra. Phương pháp này có các nhược điểm sau : làm việc gián đoạn và nhiều khâu phải dùng tới 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 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. II.2.4.2 Tách 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. Với dung môi có độ chọn lọc cao, có thể thu được phần lọc ở nhiệt độ thấp, ngay ở nhiệt độ kết tinh sáp. Nhờ vậy có thể kết tinh được mọi thể loại sáp và dễ tách ra bằng lọc. Độ nhớt của hỗn hợp thấp còn cho phép thay quá trình lọc gián đoạn bằng quá trình lọc chân không liên tục có hiệu quả kinh tế cao. 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 nhiệt độ kết tinh 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 trên nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành. II.2.4.3. 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 II.2.5.Quá trình tách asphan bằng prophan. Thông thường để sản xuất dầu gốc có thể đưa thẳng thẳng các phân đoạn đầu cất nhẹ sang các thiết bị chiết tách bằng dung môi, như các phân đoạn dầu cặn ở tháp chưng cất chân không đòi hỏi phải tách asphan để loại trừ các loại nhựa đến khi qua khâu tách chiết. Như vậy các nguyên liệu này phải đưa qua quá trình tinh chế loại asphan để tách các hợp chất nhựa, asphan là một hydrocacbon thơm đa vòng. Nhờ quá trình này mà dầu thu được có độ nhờn thấp và giảm xu hướng tạo cặn dạng gốc. Propan có một tính chất đặc biệt là từ 40-60oC nó hoà tan parafinr rất tốt, như khả năng này giảm khi nhiệt độ tăng cho đến khi đặt đến nhiệt độ tới hạn của propan (96,8oC), tất cả các hydrocacbon trở nên không tan. Trong khoảng 40 đến 96,8oC các hợp chất nhựa và asphan có phần tử lượng cao hầu như không tan trong propan. Propan thường được dùng làm dung môi cho quá trình tách asphan nhưng cũng có thể dùng etan và butan. Quá trình tách bằng các phân đoạn chủ yếu dựa vào trọng lượng phân tử, còn chiết tách bằng dung môi thì dựa vào chủng loại phân tử. Quá trình tách asphan nằm ở vị trí trung gian hai quá trình này, vì tách asphan phụ thuộc vào cả trọng lượng phân tử và chủng loại cấu trúc phân tử. Sơ đồ đơn giản của quá trình tách asphan bằng prophan dược trình bày ở hình 11 Nguyên liệu tiếp xúc với prophan lỏng lớn gấp 5 - 8 lần theo thể tích ở nhiệt độ thích hợp. Rafinat gồm dung môi chứa 15 - 20 % (trọng lượng) dầu. Dầu càng nặng thì prophan dùng càng phải lớn. Pha chiết chứa từ 30 - 40 % prophan (theo thể tích). Đó không hẳn là dung dịch mà là một dạng nhũ tương của các hợp chất asphan trong propan ở hình 11 cho thấy propan được đưa vào tháp chiết, còn nguyên liệu (phần cặn chưng cất chân không) được đưa vào đỉnh tháp. Vì propan chuyển động ngược lên đỉnh tháp, nó hoà tan dầu từ nguyên liệu và mang chúng theo lên đỉnh. Các loại chất nhựa asphan đi ra từ đáy tháp, còn hốn hợp dầu propan đi ra từ đỉnh là phần rafinat. Propan sau khi thu hồi lại đưa vào chu trình sử dung tiếp. CHƯƠNG III. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC DÙNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY BẰNG FURFUROL III.1. Mục đích và ý nghĩa của quá trình trích ly bằng dung môi furfurol. Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà chưng cất không thể loại ra được. Các cấu tử này thường là các chất nhựa, phi hydrocacbon, các hydrocacbon thơm mạch bên ngắn ngưng tụ cao… thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng lại biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo cặn nhựa và cặn bùn trong dầu. Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi chọn lọc là dựa vào tính chất hoà tan có chọn lọc của dung môi được sử dụng. Khi trộn dung môi vào nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử của nguyên liệu sẽ phân thành hai nhóm: nhóm hoà tan tốt trong dung môi tạo thành pha riêng gọi là pha trích (extrack); còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít trong dung môi gọi là rafinat. Sản phẩm có ích có thể nằm trong pha trích hay rafinat tuỳ thuộc vào loại dung môi sử dụng. Với dung môi furfurol thì sản phẩm có ích không hoà tan vào dung môi này, nên chủ yếu trong pha trích là những cấu tử có hại đối với dầu nhờn. Do đó quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc đặc biệt có ý nghĩa trong việc sản xuất dầu nhờn. Quá trình này làm tăng độ ổn định, chống oxy hoá cho dầu nhờn, tăng chỉ số độ nhớt, giảm tỷ trọng, giảm độ nhớt, giảm độ cốc hoá, làm sáng màu cho dầu nhờn. Tuy nhiên, nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn lại tăng lên. III.2. Dung môi furfurol. Dung môi furfurol có công thức phân tử là :C4H3CHO, furfurol là một hợp chất tinh khiết, là một chất lỏng không màu hoà tan rất tốt trong dung môi hữu cơ ít tan trong nước dung môi này là dung môi rất quan trọng ,dùng để sản xuất nhựa, tinh chế dầu nhờn... Ngày nay người ta đang sử dụng phổ biến 3 loại dung môi có cực để tách các hợp chất nhựa và thơm đa vòng ra khỏi nguyên liệu dầu nhờn là phenol, furfurol và N metylphirolidon (NMP). Các nhà máy ở Liên Bang Nga, dung môi chủ yếu dùng cho quá trình làm sạch chọn lọc là phenol. Phenol có khả năng hoà tan cao, tạo điều kiện thuận lợi cho làm sạch nguyên liệu dầu nhờn, nhất là loài có chứa nhiều cặn và có độ nhờn cao, đồng thời dung môi này cũng rẻ tiền và dễ kiếm. Nhưng ở các nhà máy khác trên thế giới lại hay dùng quá trình làm sạch bằng dung môi chon lọc furfurol do ít độc hại hơn so với phenol. Và tuy có khả năng hoà tan kém hơn phenol, nhưng dung môi này có độ chon lọc cao hơn. Điều này sẽ cho hiệu quả lớn hơn khi dùng furfurol để làm sạch phần cất chứa nhiều hidrocacbon thơm.Tính ôxy hoá mạnh và dễ tạo nhựa khi có mặt không khí và nước là nhược điểm chính của dung môi furfurol. Để tránh quá trình oxy hoá, trong công nghiệp người ta hay dùng các biện pháp sau: Bảo quản furfurol trong môi trường khí trơ. Kiểm tra chặt chẽ nhiệt độ trong hệ thông đun nóng và tái sinh dung môi hay khử khí sơ bộ của nguyên liệu trước khi tiến hành trích ly, hoặc có thể thêm các chất chống oxy hoá đặc biệt vào furfurol. Do khả năng hoà tan các chất nhựa của furfurol kém nên các dung môi này chỉ áp dụng đối với nguyên liệu dầu nhơn có chất lượng cao, nghĩ là nguyên liệu chứa ít nhựa và các hợp chất đa vòng. Nhưng ngày nay người ta có thể thay thế băng dung môi NMP có khả năng hoà tan tốt hơn, có độ chọn lọc cao hơn và nhất là có độ độc hại nhỏ hơn. III.3. Lựa chon sơ đồ công nghệ và chế độ của quá trình. III.3.1. Lựa chọn sơ đồ công nghệ . Furfurol có tính chọn lọc nên tách triệt để các cấu tử dầu nhờn ra khỏi phần thải vì vậy làm tăng hiệu suất sản phẩm rafinat có khả năng giữ chênh lệch nhiệt độ cao theo chiều cao của tháp trích ly, nhờ vậy, mà làm tăng nhiệt độ hoà tan tới hạn của nguyên liệu . Furfurol sử dụng có hiệu quả cao đối với nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn thu được từ dầu mỏ lưu huỳnh. Khi dùng làm sạch nguyên liệu dầu nhờn cặn nặng thu được từ quá trình khử asphan trong gudron bằng furfurol và phenol (với tỷ lệ như nhau ) thì ta thấy hiệu suất sản phâm rafinat khi dùng dung môi furfurol cao hơn phenol .Từ đó ta thấy rằng việc lựa chọn sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc bằng dung môi chọn lọc furfurol và chọn các nguyên liệu từ phân đoạn dầu nhờn cất của quá trình chưng cất từ mazut . 3 VI I XI 2 1 I I 5 I 6 IV+II V 31 8 30 4 29 9 10 VI II III II III + II III+II II 7 11 II III + II 12 13 VII+II IX IV + II IV + II 14 15 II + VII 17 16 21 IV + II 28 18 IV + II II II VI + II IV + II II II 19 20 VI IV 21 VI VII VIII + II VII + II 25 22 23 24 26 VII+ II I III.3.2.Sơ đồ trích li bằng dung môi furfurol. III.3.3.Thuyết minh sơ đồ. Nguyên liệu (dầu nhờm cất hay cặn). Bơm (1) bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt (2) ở đây nó được đốt nóng đến nhiệt độ 130 đến 1400C rồi đi vào phần trên của tháp tách không khí (3). Thiết bị này là hình trụ thẳng đứng có bố trí các đĩa bên trong. Thiết bị tách không khí (3) làm việc ở áp suất chân không (áp suất dư khoảng 9,5 – 10 KPa). Nhiệt độ khử khí là 120-1300C. Không khí được tách cùng với hơi nước đi ra khỏi đỉnh tháp. Sau đó nguyên liệu đã khử khí song được bơm (4) bơm vào thiết bị gia nhiệt (5) được đốt nóng rồi đi vào phần dưới của tháp trích ly (6) tại đây dung môi đầu và dung môi hồi lưu đi từ trên xuống từ phía trên của tháp trích ly. Vào thiết bị trích, khi đó ở trong tháp trích ly phân ra hai lớp là một lớp là estrack và lớp kia là rafinat. Phần rafinat sau khi trích ly ra đỉnh tháp dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt (1) được lấy nhiệt độ ở đây rồi đi vào lò ống (8) hỗn hợp được đun nóng đến nhiệt độ 260-2900C rồi sau đó được dấn ra khỏi lò đốt rồi đi vào phần giữa của tháp bay hơi (4) ở tháp này phần lớn furfurol tách ra ở dạng hơi. Hơi đi ra ở đỉnh tháp được làm lạnh nhờ thiết bị làm lanh (14) rồi dẫn qua bể lắng (9) sau đó dung môi làm lạnh. Cuối cùng hồi lưu trở lại. còn phần rafinat có lẫn ít estreack đi ra ở đáy tháp (4) rồi đi vào phần trên của tháp (5) phần giả rafinat được đi vào phần dưới của tháp (5). Tháp có nhiệm vụ tách nốt phần estrach còn lại trong rafinat. Sau khi tách xong phần rafinat ra ở đáy tháp dấn qua thiết bị trao đổi nhiệt (1) rồi đi vào bể chứa sản phẩn (19). Còn phần estrack và ít nước ra ở phần trên của tháp (5) được đưa sang thiết bị làm lạnh (14) chảy vào bể lắng (9) tiếp tục lắng rồi chuyển vào thiết bị phân ly (10) . Còn ở phần đáy của tháp trích ly estrack ra ở đáy tháp đi vào thiết bị làm lạnh (14) sản phẩn sau khi làm lạnh tiếp tục được đưa vào thiết bị lắng (9) tại đây phần giả rafinat đựơc hồi lưu trở lại tháp trích ly. Còn ít estrack được vào bể chứa của sản phẩn trung gian (18) nhờ bơm (17) bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt được lấy nhiệt độ tại đây hai lần rồi đi qua thiết bị đun nóng (6) tại đây nhiệt độ đun nóng đến 250- 2800C sau đó hợp chất này đi vào tháp chưng (7). Sau khi chưng song estrack ra ở đỉnh tháp đi qua thiết bị trao đổi nhiệt độ (1) để hạ nhiệt độ xuống rồi đi vào phần giữa của tháp chưng tiếp theo tại đây dung môi lắng ở đây và đi ra, được hồi lưu trở lại tháp trich. Còn phần đáy của tháp (7) dấn qua lò đốt (6) tại đây nhiệt độ được đun nóng đến 250-2800C sau khi được đun nóng song được đưa qua thiết bị chưng tiếp .Tại đây dung môi ra ở đỉnh dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt (1). Kết hơp với phần dung môi ra ở đáy tháp chưng thứ hai rồi dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt (1) tiếp tục được làm lạnh và hồi lưu trở lại tháp trích. Còn phần estrack ra ở đáy tháp chưng thứ ba dẫn vào phần trên của tháp bay hơi (11) tách dung môi ở đây dung môi ra ở đỉnh tháp ở dạng hơi, kết hợp với dung môi ra ở (4) rồi được tuần hoàn trở lại tháp trích ly. Còn phần sản phẩm đáy ra ở thiết bị (11) rồi đi vào phần trên của tháp (12) phần trích lắng ở đáy tháp này được tháo chảy vào bể chứa (20) còn estrack còn lại ra ở phần trên của thiết bị (12) kết hợp với phần estrack ra ở (5) để đi sử lý tiếp. Còn phần estrack ra ở đỉnh của tháp chưng thứ (2) được đưa vào thiết bị làm lạnh (14) rồi chảy vào thiết bị phân ly (10) tại đây hỗn hợp trộn được dẫn vào bể chứa (13) sản phẩm sau khi chưng phần trích được dẫn vào thiết bị chưng cuối sản phẩm trích ra ở đáy tháp này. Rồi dẫn qua bể chứa (23) còn estrack ra ở tháp chưng cuối kết hợp với estrack ra ở đỉnh tháp (7) tiếp tục quá trình cho đến khi đặt được yêu cầu sử dụng và an toàn cho môi trường PHẦN II CHƯƠNG I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ I.1.Các số liệu ban đầu. Năng suất yêu cầu:400.000 tấn/năm. Thời gian làm việc của dây chuyền trong một năm là 8.000 giờ. Tỉ lệ giữa dung môi furfurol trên nguyên liệu là:2:1 Chi phí furfurol-nước % khối lượng so với furfurol 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. I.2.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. I.2.1.Dòng vào. Nhiệt độ trung bình làm việc trong tháp ttb==850C Tỷ trọng của nguyên liệu tai nhiệt độ 850C 85=1030 (kg/m3) Thời gian làm việc thực tết của phân xưởng trong một năm là. 365 – 30 = 335 (ngày ) Năng suất làm việc của tháp là 400.000 tấn/năm. Với năng suất làm việc của phân xưởng trong 1h là: =50.000 (kg/h ) Vì hiệu suất dầu thu được là : 75% trên tổng lượng nguyên liệu vào nên ta tính được lượng nguyên liệu vào tháp trích ly là: G1 = 50.000. = 66.666,66667 (kg/h) Lượng dung môi đưa vào tháp trích ly là: G2 = 2. G1= 2. 66666,66667 = 133.333,3333 (kg/h) Chi phí furfurol – nước đưa vào tháp trích ly: G3 = 3%. G2 = 0,03. 133.333,3333 = 4.000 (kg/h) Vậy tổng lượng vật chất đưa vào tháp trích ly là : Gvào = G1 + G2 + G3 = 66.666,66667 + 133.333,333 + 4.000 = 204.000 (kg/h) I.2.2.Dòng ra. Lượng rafinat thu được sau trích ly là: Graf = 50.000 (kg/h) Lượng extract thu được sau trích ly là Gex = G1 - Graf = 66.666,66667 – 50.000 = 16.666,66667 (kg/h) Vì nồng độ trọng lượng của rafinat trong phần làm sạch là 80% nên lượng dung dịch của rafinat thu được là (kg/h) Lượng dung môi furfurol trong dung dịch rafinat là: Lượng dung môi trong dung dịch extract: = 124.833,3333 (kg/h) Trong đó lượng nước tạo hỗn hợp đăng phí furfurol – nước là Gnước = 91%. G3 = 0,91. 4.000 = 3.640 (kg/h) Lượng dung dịch extract là G6 = Gex + G5 = 16.666,66667 + 124833,3333 = 141.500 (kg/h) Lượng dung môi furfurol trong dung dịch extract là - Gnước – Gex = 141.500 – 3640 – 16.666,66667 = 121.193,3333 (kg/h) Tổng lượng dòng vật chất ra khỏi thiết bị: Gra = Graf + + Gex + + Gnước = 50.000 + 12.500 + 16.666,66667 + 121.193,3333 + 3640 = 204.000 (kg/h) Lượng vào Lựơng ra Tên nguyên liệu Khối lượng (kg/h) Phần trăm% Tên sản phẩm Phối lượng (kg/h) Phần trăm% Nguyên liệu vào 66.666,66667 32,68% Dầu 50.000 24,51% Dung môi furfurol vào 133.333,3333 65,36% Furfurol ra 12.500 6,13% Chi phí nước furfurol 4.000 1,96% Dầu lấn 16.666,66667 8,17% Nước 3.640 1,78% Furfurol 121.193,3333 59,41% Tổng cộng 204.000 100 Tổng cộng 204.000 100 I.3. Cân bằng nhiệt lượng . I.3.1.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 furfurol mang vào (Kcal/h) Q3: Nhiệt lượng do nớc 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 trờng là : (Kcal/h) 1.3.2. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào là . 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 : Cfurfurol=0,5606(kcal/kg độ) Cnước=1,01 (Kcal/Kg độ) Cdầu khoáng =0,0295 (Kcal/Kg độ) Cdầugốc =0,0281(KCAL/Kg độ) Vậy nhiệt lượng mang vào là : Q1=66.666,66667 x 110 x 0,0295=216333,3333(kcal/h) 1.3.3.Nhiệt lượng của furfurol mang vào. Q2=G2 x Cfurfurol x t1 C:lưa lượng của dung môi furfurol đưa vào tháp trích li t1: Nhiệt độ làm việc của tháp tại t1=600C Cfurfurol :nhiệt dung riêng furfurol là Cfurfurol = 0,5606 kcal/kg độ Vậy nhiệt lượng dung môi furfurol mang vào là Q2= 133.333,3333 x 60 x0,5606 =4484800 kcal/h I.3.4. Nhiệt lượng của nước mang vào là. Q3 =G3 x Cnc x t1 G3 :lưu lượng chi phí furfurol mang vào tháp trích li Cnc : nhiết dung riêng của nước là Cnc = 1,01 kcal/kg độ . Vậy nhiệt lượng của nước mang vào là Q3 = 4.000 x60 x1,01 = 242400 kcal/h Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào là Q1 = 216333,3333 kcal/h Nhiệt lượng do dung môI furfurol – nước mang vào Q2 = 4484800 kcal/h Nhiệt lượng do nước mang vào là Q3 = 242400 kcal/h I.3.5. Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là. Q1’ = G1’ x C x t1 G1’ là : lưu lượng thu được trong tháp trích ly T1 nhiết độ làm việc tại đáy tháp t1 = 1100C Q1’ = 62.500 x 110 x 0,0298 = 204875( kcal/h) I.3.6.Nhiệt lượng do dầu lẫn mang ra. Q2’ = G5 x t2 x C G5 : lưa lượng 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’ = 166.666,66667 x60 x 0,0281 = 28100 (kcal/h) I.3.7.Nhiệt lượng do nước mang ra Q3’ = Gnc x t2 x C Gnc : lưu lượng hỗn hợp đẳng phí furfurol – 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 = 3640 x 60 x 1,01 = 220584( kcal/h) I.3.8. Nhiệt lượng do furfurol mang ra ở pha chiết. Q4’ = G8 t2 C G8 : lưu lượng dung môi furfurol lẫn trong pha chiết C: Nhiệt dung riêng của furfurol C = 0,5605 (kcal/kg độ) t2: Nhiệt độ làm việc của tháp tại t 2 = 600C Q4’ = = (kcal/h) I.3.9.Nhiệt lượng furfurol mang ra ở pha rafinat. Q5’=Graf Graf: Lưu lượng furfurol trong dung dịch rafinat C: Nhiệt dung riêng của furfurol C= 0,5606(Kcal/kgđộ) t1: Nhiệt độ làm việc của tháp tại nhiệt độ t1=1100C Vậy nhiệt lượng do furfurol mang ra là Vậy nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là : 289007,8125(Kcal/h) 1.3.10 : Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 101406,25+ 2102250+ 112500=234468,75+2066322,375+Q6 Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là Q4=234468,75(Kcal/h) Nhiệt lượng do pha chiết mang ra là Q5=2066322,375(Kcal/h) Vậy nhiệt mất mát ra môi trường là : Q6=15365,125(Kcal/h) Bảng : Bảng cân bằng nhiệt lượng Nhiệt lượng vào tháp (Kcal/h) Nhịêt lượng do nguyên liệu mang vào 101406,25 Nhiệt lượng do dung môi furfurol mang vào 2102250 Nhiệt lượng do nước mang vào 55312,5 Tổng cộng 2316156,25 Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị là Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra 234468,75 Nhiệt lượng do pha chiết mang ra 2066322,375 Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 15365,125 Tổng cộng 2316156,25 CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHI TIẾT CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ II. 1. 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 furfurol đưa vào tháp trích ly trong thời gian một giờ Tỉ trọng của dung môi furfurol tại nhiệt độ 850C V : Tốc độ của hỗn hợp đi trong tháp trích ly Chọn v=10 m3/h D=2 = 5,1062(m) D =5,1062(m)=5,1(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 đinh tháp (Kg/m3) x: Nồng độ trọng lượng của dầu đã làm sạch đối với phần làm sạch rafinat. Vraf= + = 88,88(m3/m2.h) Vex= Trong đó: G5: Lượng dầu trong tháp trích ly G2: Lượng dung môi furfurol 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= 128,694 + 128,205 + 30,048 = 271,92 (m3/m2.h) II.2.Chiều cao tháp trích ly. 1.Chiều cao từ đĩa trên cùng đến đỉnh tháp là. 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= 6(m). h1= 2.Chiều cao từ đáy tháp lên đĩa trên cùng là. 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= 6(m) h3= h3= 7,2(m) 3.Khoảng cách từ đĩa dưới cùng đến đĩa trên cùng là. h2= (n-1)h Trong đó: n:Số đĩa thực tế chọn n= 9 đĩa. h: Là khoảng cách giữa các đĩa chọn h= 0,5(m) h2= (9-1)0,5= 4(m) 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=4,4+4+6,2+1,2=16,8(m) H=17(m) Quy chuẩn H=17(m) Vậy chiều cao tháp trích ly là 17(m) II.3.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==75,3296(m3h) V=75,3296(m3h)=0,02(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==0,357(m). Quy chuẩn D=400 (mm). II.4.Đường kính của ống dẫn furfurol vào tháp. Ta thấi lưu lượng của furfurol đi vào tháp trong 1 giờ V= Khối lượng riêng của furfurol 1060 (kg/m3) V==125,786 (m3/h) V==0,03494 (m3/s) Đường kính của ống dẫn furfurol vào tháp là: D= =0,472 (m) Quy chuẩn D=500 (mm) II.5.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==69,29 (m3/h) V==0,01925 (m3/s) Vậy đường kính của ống dẫn dung dịch rafinat ra khỏi tháp là: D= D = =0,35 (m) Quy chuẩn D =350 (mm) II.6.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 = =128,694 (m3/h) = 0,03575 (m3/s) Đường kính của ống dẫn dung dịch pha chiết là: D= D= =0,228 (m) Quy chuẩn D= 250 (mm) II.7.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 1983 (kg/m3) V= =71,356 (m3/h) = 0,01982 (m3/s) Vậy đường kính của ống dẫn hơi nước vào tháp là D= D= =0,36 (m) Quy chuẩn D =350 (mm) II .8.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= =17,182 (m3/h) = 0,00477 (m3/s) Vậy đường kính của ống tháo cặn là D= D= =0,174 (m) Quy chuẩn D= 200 (mm) KẾT LUẬN Qua một thời gian làm đồ án, được sự giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy giáo TS. Lê Văn Hiếu, cùng với sự cố gắng của bản thân, nay em đã hoàn thành phần đồ án được giao. Đề tài: “ Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn với dung môi furfurol với năng suất 400.000 tấn/năm”. Với những nội dung chính sau: 1.Tổng quan về lí thuyết. 2.Tính toán về phần thiết bị. +Tổng quan về lí thuyết: -Nói lên thành phần nguồn gốc của dầu khoáng, tính chất vật lí tính chất hoá học và công dụng của dầu nhờn. -Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc và đưa ra phương pháp sản xuất và công nghệ trích ly dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc furfurol. +Nói về sơ đồ công nghệ. Đưa ra dây chuyền công nghệ so sánh và lựa chọn dây chuyền công nghệ một cách hợp lý. ở đây công nghệ đươc lựa chọn là dây chuyền công nghệ trích ly dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc furfurol. +Tính toán thiết bị chính. -Tính toán cân bằng vật chất của thiết bị chính. -Tính toán cân bằng nhiệt lượng của thiết bị chính. -Tính toán thiết bị chính. Trong quá trình làm đồ án này em đã hiểu thêm rất nhiều về việc thiêt kế, tính toán một tháp sản xuất, tính toán và thiết kế cho một dự án đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác như : khoa học, xã hội, kinh tế … Tuy nhiên khi đưa một thành quả của việc nghiên cứu vào sản xuất thực tế là một quá trình hết sức phức tạp. Quá trình làm bản đồ án này đã giúp em củng cố lại những kiến thức mà em đã học trong nhà trường từ trước đến nay cụ thể là nắm được lý thuyết về các tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, hiểu được các cơ chế, biết cách tính toán được các thiết bị . Trong khuôn khổ bản đồ án này có thể có những thiếu sót do việc tính toán chủ yếu dựa trên cơ sở lí thuyết và bước đầu làm quen với công tác thiết kế tháp trích ly. Mặt dù thời gian có giới hạn và trình độ nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên bản vễ đồ án này không tránh khỏi những sai lầm và thiếu sót. Vậy em mong được sự đóng góp ý kiến giúp đỡ của các thầy giáo và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thành và hoàn chỉnh hơn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. NXB khoa học và kỷ thuật Hà Nội, năm 2001 2. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ. Hoá học dầu mỏ và khí. NXB khoa học kỷ thuật Hà Nội năm 1999. 3. Võ Thị Liên. Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí. Đại học Bách Khoa Hà Nội năm 1980 4. Đỗ Huy Định. Hội thảo dầu bôi trơn (lần thứ hai) Hà Nội 1993. 5. C. Kaijdas. Dầu mỡ bôi trơn; nhà xuất bản khoa học kỷ thuật, 1993 6. Phạm tử băng giáo trình công nghệ lọc dầu. NXB xây dung Hà Nội 2002 7. Kiều Đình Kiểm. Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu NXB Khoa Hoc Kỷ Thuật Hà Nội 1999 8. Các sản phẩm dầu mỏ thương phẩm.petrolimex,1992 9. Dương Văn Tuệ, Nguyễn Hữu Khuê, Văn Đình Đệ, Nguyễn thị minh nguyệt. Thí nghiệm hoá hứu cơ; ĐHBK Hà Nội 1993 10. Vũ Tam Huề. Nguyễn Phương Tùng. Hướng dấn sử dụng nguyên liệu mỡ dầu NXB Khoa Học Và Kỷ Thuật Hà Nội; 2000 11. Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá học. Tập 1 NXB Khoa Học Và Kỷ Thuật Hà Nội 1978 12. Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá học. Tập 2 NXB Khoa Học Và Kỷ Thuật Hà Nội 1978 13. Bộ môn hoá lý. Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý Koa ĐH Tại Chức TĐHBK Hà Nội 1972