Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol mở đầu Trên thế giới hiện nay dầu nhờn vấn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Với vai trò quan trọng của mình, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu. Cũng với sự phát triển của xã hội các loại máy móc, thiết bị, Công cụ đợc đa vào ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng ngày càng nhiều dẫn đến mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn tăng lên không ngừng trong những năm qua. Theo thống kê, mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn trên thế giới hiện nay khoảng 40 triệu tấn mối năm và ở nớc ta tuy mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn thấp hơn rất nhiều so với các n- ớc phát triển nhng cũng đặt ở mức khoảng 100.000 tấn mỗi năm đối với mức tăng trởng 4 8 % / năm. Đây quả là một con số không nhỏ. Toàn bộ lợng dầu nhờn này hầu nh là nhập từ nớc ngoài dới dạng thành phần hoặc dới dạng dầu gốc cùng với các loại phụ gia rồi tự pha chế. Khoa học kỷ thuật ngày càng phát triển thì nhiều công cụ máy móc mới càng phát triển. Khi đó thì những máy móc này đòi hỏi dầu mỡ bôi trơn ngày càng tốt chỉ số độ nhờn cao và chỉ số độ nhờn phải ít thay đổi theo nhiệt độ nhất là phải đáp ứng đợc yêu cầu: Chống mài mòn bảo vệ kim loại, chống oxy hoá . ở nớc ta theo đánh giã của các chuyên gia dầu khí, thiệt hại gio ma sát mài mòn và các chi phí bảo dỡng hàng năm khoảng vài triệu đô la. Tổn thất gio ma sát và mài mòn có nhiều nguyên nhân, nhng gio thiếu dầu bôi trơn và sử dụng dầu bôi trơn vớ độ nhờn và phẩm cấp không phù hợp chiếm 30 %. Vì vậy sử dụng đầu bôi trơn có chất lợng phù hợp với quy định của chế tạo máy thiết bị , kỷ thuật bôi trơn đúng có vai trò lớn để đảm bảo thiết bị làm việc liên tục, ổn định, giảm chi phí bảo dỡng nhằm nâng cao tuổi thọ động cơ, hiệu suất sử dụng và độ tin cậy của máy móc. Tuy nhiên để sản xuất dầu nhờn đảm bảo những yêu cầu trên, cần tách các cấu tử không mong muốn trong sản xuất dầu nhờn đợc thc hiện nhờ quá trình tách lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lơng cao. Qua đây ta thấy rằng công ngệ chng cất chân không để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu thô gồm các phân đoan chủ yếu sau: - Chng cất chân không từ nguyên liệu cặn mazut. - Chiết tách , trích ly bằng dung môi - Tách hydrocacbon rắn - Làm sạch cuối cùng bằng hydro Quá trình trích ly dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc là một quá trìch sử dụng một dung môi để hoà tan cấu tử cần tách khỏi dầu nhờn mà những chất này làm cho chất lợng dầu nhờn kém đi. Đồng thời qua đó ta tách ra những cấu tử có lợi cho dầu nhờn . Trích ly là một phơng pháp làm sạch rất phổ biến hiện nay nhất là trích ly bằng dung môi chọn lọc để tạo ra loại dầu nhờn tốt cho công nghiệp. Phần I : Tổng quan lý thuyết Chơng I . Thành phần tính chất và công dụng của dầu nhờn I.1. Mục đích và ý nghĩa của việc sử dụng dầu nhờn . Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển động, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết máy, tẩy sạch bề mặt Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 1 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol tránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt làm mát và làm khít các bộ phận cần làm khít Trong đời sống hàng ngày , chúng ta luôn đối mặt với lực ma sát chúng xuất hiện giữa các bề mặt tiếp xúc của tất cả mọi vật và chống lại sự chuyển động của vật này sang vật khác .Mặt khác đối với sự hoạt động của các máy móc , thiết bị , lực ma sát gây ra cản trở lớn . Trên thế giới hiện nay xu thế của xã hội sử dụng máy móc càng đòi hỏi máy móc phải bền nhng nguyên nhân gây ra hao mòn các chi tiết máy móc vẫn là sự mài mòn .Không chỉ ở các nớc phát triển , tổn thất do ma sát và mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân .ở cộng Hoà Liên Bang Đức thiệt hại do ma sát mài mòn các chi tiết máy hàng năm từ 30 đến 40 tỷ , trong đó ngành công nghiệp là 8,3 đến 9,4 tỷ , ngành năng lợng là 2,67 đến 3,2 tỷ . Ngành giao thông vận tải là 17 đến 23 tỷ. ở Canađa tổn thất loại này hàng năm lên tới 5 tỷ đô la Canađa. Chi phí sữa chữa bảo dỡng thiết bị tăng nhanh chiếm 60% chi phí đầu t ban đầu. ở nớc ta theo ớc tính của chuyên gia cơ khí, thiệt hại do ma sát, mai mòn và chi phí bảo dỡng hàng năm tới vài triệu USD chính vì vậy việc làm giảm tốc độ ma sát luôn là mục tiêu quan trọng của các nhà sản xuất ra các loại máy móc thiết bị,cũng nh những ngời sử dụng chúng .Để thực hiện điều này ngời ta sử dụng chủ yếu dầu hoặc mỡ bôi trơn. Dầu nhờn hoặc mỡ bôi trơn làm giam ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc bằng cách cách ly.Các bề mặt này để chống lại sự tiếp xúc trức tiếp giữa hai bề mặt kim loại khi dầu nhờn đợc đặt giữa hai bề mặt tiếp xúc nên tạo ra một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng ra hai bề mặt không cho tiếp xúc trực tiếp với nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động, chỉ có các lớp phân tử trong lớp dầu giữa hai bề mặt tiếp xúc trợt lên nhau tạo nên một lực ma sát chống lại lực tác dụng gọi là ma sát nội tại của dầu nhờn, lực ma sát này nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát sinh ra khi hai bề mặt tiếp xúc khô với nhau .Nếu hai bề mặt này đợc cách ly hoàn toàn bằng một lớp màng dầu phù hợp thì hệ số ma sát giảm đi đến 100 đến 1000 lần so với khi cha có lớp dầu ngăn cách. Dầu nhờn cho động cơ là loại dầu quan trọng nhất trong các loại dầu bôi trơn ,tính trung bình chúng chiếm khoảng 40% tổng các loại dầu bôi trơn sản xuất trên thế giới .ở Việt Nam dầu nhờn động cơ chiếm 60% dầu nhờn bôi trơn. S đa dạng của kích cỡ động cơ và đối tợng sử dụng dẫn đến các yêu cầu bôi trơn khác nhau. Cùng với việc làm giảm ma sát trong chuyển động, dầu nhờn còn có một số chức năng khác góp phần cải thiện nhiên liệu , nhợc điểm của máy móc, thiết bị chức năng của dầu nhờn đợc trình bày nh sau: - Bôi trơn để làm giảm lực ma sát và cờng độ mài mòn, ăn mòn các bề mặt tiếp xúc, làm cho máy móc hoạt động êm ,qua đó đảm bảo cho máy móc có công suất làm việc tối đa và tuổi thọ động cơ đợc kéo dài. - Làm sạch , bảo vệ động cơ và các thiết bị bôi trơn, chống lại sự mài mòn, đảm bảo cho máy móc hoat động tốt hơn . - Làm mát động cơ, chống lại sự quá nhiệt của chi tiết. - Làm khít động cơ do dầu nhờn có thể lấp kín đợc những chỗ hở không thể nào khắc phục đựơc trong qua trình chế tạo và gia công máy móc . - Giảm mức tiêu thụ năng lợng của thiết bị, giảm chi phí bảo dỡng, sửa chữa cũng nh thời gian chết do hỏng hóc thiết bị. I.2. Thành phần hoá học của dầu nhờn. Dầu mỏ là thành phần chính để sản xuất dầu nhờn,thành phần chính của nó là hydrocacbon và phi hydrocacbon. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn là phần cất ở nhiệt độ sôi trên 350 0 c từ dầu mỏ (Phân đoạn gazoil chân không ). Vì vậy hầu hết các hợp chất có mặt trong phân đoạn này đều có mặt trong thành phần của dầu nhờn . Trong phân đoạn này, ngoài thành phần chủ yếu là hỗn hợp của nhóm hydrocacbon chữa các nguyên tử ôxy , lu huỳnh, niken và kim loại (niken, vanadi) những hợp chất nói trên có những tính chất khác nhau.Có những phần có lợi cho dầu nhờn, song cũng có những thành phần có hại cần phải loại bỏ. Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 2 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol I.2.1. Các hợp chất hydrocacbon naphten và paraphin. Các nhóm hydro cacbon này đợc gọi chung là các nhóm hydrocacbon Naphten-paraphin. đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc, từ dầu mỏ. Hàm lợng của nhóm này tuỳ thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi chiếm từ 41 đến 86 %. Nhóm hydro cacbon này có cấu trúc chủ yếu là hydro cacbon vòng naphten (vòng 5-6 cạnh), có kết hợp các nhánh ankyl hoặc izo ankyl và số nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 đến 70 cấu trúc vòng có thể ở hai dạng : cấu trúc không ngng tụ ( phân tử có thể chứa từ 1-6 vòng). Cấu trúc ngng tụ ( phân tử có thể chứa từ 2-6 vòng ngng tụ). Cấu trúc nhánh của các vòng Naphten này cũng rất đa dạng chúng khác nhau bởi một số mạch nhánh ,chiều dài của mạch , mức độ phân nhánh của mạch và vị trí thế của mạch trong vòng. Thông thờng ngời ta nhận thấy rằng: -Phân đoạn nhờn nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclo hexan, xyclo pentan. -Phân đoạn nhờn trung bình chủ yếu các vòng naphten có các mạch nhánh ankyl,izo ankyl với số vòng từ 2-4 vòng . -Phân đoạn nhờn cao phát hiện thấy các hợp chất các vòng ngng tụ từ 2-4 vòng . Ngoài hydro cacbon vòng naphten, trong nhóm này còn có các hydrocacbon dạng n-paraphin và iso paraphin. Hàm lợng của chúng không nhiều và mạch cacbon thờng chứa không quá 20 nguyên tử cacbon và nếu số nguyên tử cacbon lớn hơn 20 thì paraphin sẽ ở dạng rắn và đợc tách ra trong qua trình sản xuất dầu nhờn. I.2.2. Nhóm hydro cacbon thơm và hydro cacbon naphten-thơm. Loại này phổ biến ở trong dầu chúng thờng nằm ở phân đoạn có nhiệt độ sôi cao. Thành phần cấu trúc của nhóm hydrocacbon này có ý nghĩa quan trọng đối với dầu gốc. Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn nh tính ổn định chống oxy hoá, tính nhờn nhiệt, tính chống bào mòn, tính hấp thụ phụ gia phụ thuộc vào tính chất và hàm lợng của nhóm hydro cacbon này. Tuy nhiên hàm lợng và cấu trúc của chúng còn tuỳ thuộc vào bản chất dầu gốc và nhiệt độ sôi của các phân đoạn. -Phân đoạn nhờn nhẹ (350-400 0 C) có mặt chủ yếu các hợp chất các dãy đồng đẳng benzen và naphtalen . - Phân đoạn nhờn nặng hơn (400-450 0 C) phát hiện thấy hydro cacbon thơm 3 vòng dạng đơn hoăc kép . - Trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn có chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng naphtalen, phenatren, antraxen và một số lợng đáng kể loại hydro cacbon đa vòng . Các hydro cacbon thơm ngoài khác nhau về số lợng vòng thơm, còn khác nhau bởi số nguyên tử cacbon ở mạch nhánh và vị trí của nhánh trong nhóm này còn phát hiện sự có mặt của vòng thơm ngng tụ đa vòng. Một phần của chúng tồn tại ngay trong dầu gốc với tỷ lệ tuỳ theo nguồn gốc của dầu mỏ còn một phần đợc hình thành trong quá trình chng cất do phản ứng trùng ngng , trùng hợp dới tác dụng của nhiệt. Một thành phần nữa trong nhóm hydrocacbon thơm là một hydro cacbon hỗn hợp naphten aromat. Loại hydrocacbon này làm giảm phẩm chất của dầu nhờn thơng phẩm vì chúng có tính nhớt nhiệt kém và rất dễ bị oxy hoá tạo ra các chất keo nhựa trong qua trình làm việc của động cơ và máy móc. I.2.3. Nhóm hydrocacbon rắn . Các hydrocacbon rắn có trong nguyên liệu sản xuất dầu đôi khi lên tới 40 %50ữ tuỳ thuộc bản chất của dầu thô. Phần lớn các hợp chất này đợc loại khỏi dầu bôi trơn nhờ quy trình lọc tách parafin rắn . Tuỳ theo kĩ thuật lọc mà nhóm hydrocacbon rắn đợc tách triệt để hay không , nhng dù sao chúng vẫn còn tồn tại trong dầu với hàm lợng rất nhỏ. Sự có mặt của nhóm hydrocacbon này trong dầu nhờn làm tăng nhiệt độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 3 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol nhiệt độ thấp nhng lại làm tăng tính ổn định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định oxy hoá. Nhóm này có hai loại hydrocacbon rắn là parafin rắn (có thành phần chủ yếu là các ankal có mạch lớn hơn 20) và xerezin (là hỗn hợp của các hydrocacbon naphten có mạch nhánh ankyl dạng thẳng hoặc dạng nhánh và một lợng không đáng kể hydrocacbon rắn có vòng thơm và alkyl). Ngoài những thành phần chủ yếu nói trên , trong dầu bôi trơn còn có hợp chất hữu cơ nh : lu huỳnh, Nitơ, oxy, tồn tại ở dạng các hợp chất nhựa ,asphanten. Nhìn chung đây là những hợp chất có nhiều thành phần làm giảm chất lợng của dầu bôi trơn , chúng có màu sẫm , dễ bị biến chất , tạo cặn trong dầu khi làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao , chúng đợc loại khỏi dầu nhờ quá trình tách lọc và làm sạch . I.3. Các tính chất cơ bản của dầu nhờn . I.3.1 Khối lợng riêng và tỷ trọng . Khối lợng riêng là khối lợng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu chuẩn , đo bằng gam/cm 3 hay Kg/m 3 . Tỷ trọng là một tỷ số giữa khối lợng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ qui định và khối lợng riêng của nớc ở nhiệt độ qui định đó. Do vậy tỷ trọng có giá trị đúng bằng khối lợng riêng khi coi trọng lợng của nớc ở 4 0 c bằng 1. Trong thế giới tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng nh sau : 20 4 d , 15 4 d , 6,15 6,15 d . Trong đó các chỉ số trên d là nhiệt độ của dầu hay sản phẩm dầu trong lúc thí nghiệm, còn chỉ số dới là nhiệt độ của nớc khi thử nghiệm. Ngoài ra trên thị trờng dầu thế giới còn sử dụng độ API 0 thay cho tỷ trọng và API 0 đợc tính nh sau : API 0 = 6,15 6,15 5,141 d -131,5 Khối lợng riêng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lý khác nó có đặc trng cho từng loại phân đoạn dầu mỏ cũng nh dùng để đánh giá phần nào chất lợng của dầu thô . Đối với dầu bôi trơn ,khối lợng riêng ít có ý nghĩa để đánh giá chất lợng . Khối lợng riêng của dầu đã qua sử dụng không khác nhau là mấy so với dầu cha qua sử dụng. Tuy nhiên một giá trị bất thờng nào đó của khối lợng riêng cũng có thể giúp ta phán đoán về sự có mặt trong dầu một phần nhiên liệu. Sử dụng chủ yếu của khối lợng riêng là dùng để chuyển đổi sang thể tích và ngợc 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 lợng vật lý đặc trng 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 trờng thấp, giảm khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lu thông kém. Khi độ nhớt nhỏ, dầu sẽ không tạo đợc lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt các chi tiết máy nên làm tăng sự ma sát, đa đến ma sát nửa lỏng nửa khô gây h hại máy, giảm công xuất, tác dụng làm kín kém, lợng 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 Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 4 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol 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 thờng đợc tính bằng Paozơ (P) hay centipaozơ(cP). Đối với độ nhớt động lực đợc 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 thờng khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn đợc 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 ớc 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. nh vậy chỉ số độ nhớt có tính quy ớc . chỉ số độ nhớt VI đợc tính nh sau: VI = HL UL ì 100 Trong đó : U:là độ nhớt động học ở 40 0 C của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải tính, mm 2 /s. L: là độ nhớt động học ở 40 0 C của một dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng với độ nhớt động học ở 100 0 c với dầu cần tính chỉ số độ nhớt ,mm 2 /s. H:là độ nhớt động học đo ở 40 0 C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100và cùng với độ nhớt động học ở 100 0 C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt, mm 2 /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. Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 5 VI của dầu = L-H U H(VI=10) L- U Độ nhớt động học 40 100 Nhiệt độ 0 C VI của dầu = L-H U H(VI=10) L- U Độ nhớt động học 40 100 Nhiệt độ 0 C L (VI=0) Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol 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 100 0 C Nếu độ nhờn động học ở 100 0 C lớn hơn 70 mm 2 /s thì giá trị L-H đợc tính nh sau: L=0,8353Y 2 +14,57Y-216 H=0,1684Y 2 +11,85Y-97 Trong đó : Y: là độ nhớt động học ở 100 0 c của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm 2 /s. Dựa vào chỉ số độ nhớt , ngời ta phân dầu nhờn gốc thành các loại nh 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 cha 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 đợc 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. Nhng 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 đợc xếp vào loại có chỉ số độ nhớt cao (VHVI) Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 Độ nhớt động học ở 100 o C mm 2 /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 6 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol hay siêu cao(XHVI). Dầu (LVI) đợc sản xuất từ họ dầu mỏ Naphten. Nó đợc 7ing khi mà chỉ số ổn định oxy hoá không phảI là chỉ tiêu chính đợc chú trọng nhiều. Dỗu gốc (MVI) đợc sản xuất từ dầu chng cất Naphten Parafin, nhng không cần tách chiết sâu. còn dầu gốc (HVI) thờng đợc 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 đợc 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 nh : vàng nhạt, vàng thẫm, đỏ. Trong một số trờng hợp màu sắc đợc 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 lợng đã giảm sút. Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số lợng sáp không tan và khi dầu đợc 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 đợc nữa. Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu ngời 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 lợng này đặc biệt quan trọng đối với loại dầu sử dụng ở vùng giá rét. ở nớc ta yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu không quá - 9 0 C. I.3.5. Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn . Đặc trng 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 lợng 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 thờng khác nhau từ 5 ữ 60 0 c ,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 trng cho tính an toàn của dầu nhờn. I.3.6. Trị số axit ,trị số kiềm ,axit-kiềm tan trong nớc. Trị số axit chính là trị số trung hoà và đợc 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 lợng nhỏ axit nh axit naphtenic , axit oxy cacbonxilic sau một thời gian dài sử dụng , hàm lợng 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 lợng nhỏ axit hữu cơ nhiễm vào dầu nhờn từ các hợp chất chứa lu 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 trng bởi số mg KOH cần thiết để trung hoà toàn bộ lợng axit có trong một (g) dầu . Trị số tan trong nớc biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, đợc phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nớc tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy đinh tuyệt đối không đợc có axit vô cơ trong dầu. Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 7 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol Trị số kiềm tổng (TBN) là lợng axit tính chuyển số mg KOH tơng ứng, cần thiết để trung hoà lợng 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 nh phenollat, sunfonat Tính kiềm là chỉ tiêu cần thiết để tiên đoán chất lợng dầu mỏ, nhằm bảo đảm trung hoà các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sử dụng ,chống hiện tợng 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 lợng tro và tro sun fat trong dầu bôi trơn. Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy đợc tính bằng (%)khối lợng các thành phần không thể cháy đợc nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại,từ chất bẩn và mạt kim loại bị mài mòn . Hàm lợng tro có thể định nghĩa là lợng 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 đợc xử lý bằng H 2 SO 4 và nung nóng đến khối lợng không đổi . Độ tro của dầu gốc nói lên mức độ sạch của dầu ,thông thờng trong dầu gốc không tro. Đối với dầu thơng phẩm không phụ gia hoặc có phụ gia không tro , một lợng nhỏ tro đợc xác định thấy sẽ phải xem xét lại chất lợng dầu . I.3.8. Hàm lợng cặn cacbon của dầu nhờn. Cặn cacbon là lợng 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 lợng cặn còn lại, đợc tính bằng phần trăm trọng lợng sau khi dầu trải qua quá trình bay hơi, crackinh và cốc hoá trong những điều kiện nhất định . Các loại dầu khoáng thu đợc từ bất kì loại dầu thô nào đều có lợng cặn tăng theo độ nhớt cuả chúng. Các loại dầu cất luôn có lợng cặn các bon nhỏ hơn các loại dầu cặn có cùng độ nhớt. Các loại dầu parafin thờng có hàm lợng cặn cacbon thấp hơn các loại dầu naphten . Có thể coi trong một chừng mực nào đó , cặn cacbon đặc trng cho xu h- ớng 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 lợng 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 vợt quá 30-40 0 C thì có thể bảo quản dầu từ 5-10 năm mà chất lợng của dầu khôg thay đổi. Sự thay đổi xảy ra trong điều kiện sử dụng ở động cơ. Dới tác động của không khí, ở nhiệt độ cao 200-300 0 C có tác dụng xúc tác kim loại, những thành phần kém ổn định của dầu sẽ tơng tác với oxy tạo nên những sản phẩm khác nhau và tích luỹ trong dầu, làm giảm chất lợng của dầu nh tăng trị số axit tổng (TAN) làm tăng hàm lợng nhựa, tạo nhiều chất nhựa bám ở buồng cháy. S 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 trợt lên nhau. Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, ít bị mài mòn, giảm đợc công tiêu hao vô ích . I.4.2. Công dụng làm mát. Khi có ma sát thì bề mạt kim loại nóng lên , nh vậy một lợng nhiệt đã sinh ra trong quá trình làm việc, lợng nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 8 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol sát , tải trọng ,tốc độ. Tốc độ càng lớn thì lợng 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 xớc, hang. Ngoài ra ,có thể có cát, bụi tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt ma sát, nhờ dầu nhờn lu chuyển tuần hoàn qua bề mặt ma sát,cuốn theo các tạp chất đa về cacte dầu và đợc 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 nh 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 thờng . I.4.5. Bảo vệ kim loại. Bề mặt máy móc , động cơ khi làm việc thờng tiếp xúc với không khí, hơi nớc bị thải làm cho kim loại bị ăn mòn có thể làm thành màng mỏng phủ kín bề mặt kim loại nên ngăn cách đợc với các yếu tố trên ,vì vậy kim loại đợc bảo vệ . Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 9 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol Chơng 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, trớc đây ngời ta thờng dùng cặn mazut qua chng cất chân không ta thu đợc các phân đoạn dầu nhờn rồi qua các bớc làm sạch tiếp theo mới thu đ- ợc 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 lợng cũng nh chất lợng 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. Nh 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,lu huỳnh. Sv : Bùi Thành Tài Lớp : Hoá dầu 1_K49 10 [...]... trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol II.2 Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc II.2.1 Sơ đồ công nghệ truyền thống sản xuất dầu nhờn Mazut Chng chân không Dầucất nhẹ Dầu cất trung Phần chiết Chiết bằng Dung môi Dầu cất nhẹ Dầu cất nặng Tách asphanten bằng propan Dầu cất trung Tách sáp Cặn gudron Dầu cất nặng Asphan Dầu cặn Sáp Làn sạch bằng hydro Dầu gốc Hình 2 : Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc Việc... đồ công nghệ sản xuất dầu gốc Việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc đợc thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lợng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô cha 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: - Chng chân không nguyên liệu ma zut - Chiết tách, trích li bằng dung... Chng 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 chng 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 Sv : Bùi Thành Tài 11 Lớp : Hoá dầu. .. 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 đa ra phơng pháp sản xuất và công nghệ trích ly dầu nhờn bằng dung môi... lệ nh 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 chng cất từ mazut Sv : Bùi Thành Tài 17 Lớp : Hoá dầu 1_K49 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol III.3.2.Sơ... Sv : Bùi Thành Tài 0-2 1-2 14 Lớp : Hoá dầu 1_K49 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol II.2.5.Quá trình tách asphan bằng prophan Thông thờng để sản xuất dầu gốc có thể đa thẳng thẳng các phân đoạn đầu cất nhẹ sang các thiết bị chiết tách bằng dung môi, nh các phân đoạn dầu cặn ở tháp chng cất chân không đòi hỏi phải tách asphan để loại trừ các loại nhựa đến khi qua khâu... ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol 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 chng cất không thể loại bỏ đợc Các cấu tử này thờng 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, ... 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 đa vào chu trình sử dung tiếp Sv : Bùi Thành Tài 15 Lớp : Hoá dầu 1_K49 Đồ án môn học : Thiết kế tháp trích ly dầu nhờn bằng dung môi furfurol Chơng III Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc dùng phơng pháp trích ly bằng furfurol III.1 Mục đích và ý nghĩa... phần hoá học của dầu nhờn Các quá trình này đợc xem nh là các quá trình làm sạch chọn lọc của dầu nhờn b 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 lợng dầu kém đi, chỉ số độ nhớt thấp mà chúng còn làm cho màu dầu rất xấu Các hợp chất này bằng phơng pháp chng cất không thể loại bỏ... d420=902(kg/m3) Lợng 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, ngời ta dựa vào nhiều chỉ tiêu nh các thông số kinh tế, kỹ thuật, năng lợng 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 . chất lơng cao. Qua đây ta thấy rằng công ngệ chng cất chân không để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu thô gồm các phân đoan chủ yếu sau: - Chng cất chân không từ nguyên liệu cặn mazut. - Chiết tách. Chng 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 chng chân không ma zut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất. phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc đợc thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lợng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô cha thích hợp cho sản