Báo cáo: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng, khoáng sản

Chia sẻ: Nguyen Bao Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

311
lượt xem 107
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp. Hệ thống thiết bị sấy là khâu khá quan trọng trong dây truyền công nghệ sản xuất sản phẩm. Để đưa các thiết bị sấy ứng dụng vào thực tế, việc thiết kế hệ thống sấy là việc đầu tiên và vô cùng quan trọng. Ở nước ta, ngoài những thiết bị sấy được nhập khẩu nằm trong hệ thống thiết bị sản xuất chung hay các thiết bị sấy chuyên dùng được chế tạo hàng lọat, nhiều quá trình sản xuất sản phẩm cũng yêu cầu xây dựng các hệ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng, khoáng sản

Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp ViÖn C«ng nghÖ B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN M∙ sè: 243.07.RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng sÊy tÇng s«i c«ng nghiÖp phôc vô sÊy quÆng, kho¸ng s¶n C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng th−¬ng C¬ quan chñ tr×: ViÖn C«ng nghÖ Chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. Ph¹m v¨n lµnh 6797 12/4/2008 Hµ Néi, 3-2008
Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp ViÖn C«ng nghÖ B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN M∙ sè: 243.07.RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng sÊy tÇng s«i c«ng nghiÖp phô vôc sÊy quÆng, kho¸ng s¶n C¬ quan chñ tr× Chñ nhiÖm ®Ò tµi ViÖn C«ng nghÖ KS. Ph¹m v¨n lµnh Hµ Néi, 3 – 2008
Nh÷ng ng−êi tham gia ®Ò tµi: 1. Ph¹m V¨n Lµnh. ViÖn C«ng NghÖ 2. NguyÔn V¨n Ch−¬ng ViÖn C«ng NghÖ 3. Hoµng VÜnh Giang ViÖn C«ng NghÖ 4. NguyÔn V¨n ViÖt ViÖn C«ng NghÖ 5. NguyÔn Xu©n Th¾ng ViÖn C«ng NghÖ C¬ quan phèi hîp: 1. Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi 2. Tæng C«ng ty Kho¸ng s¶n & Th−¬ng m¹i Hµ TÜnh
MỤC LỤC Trang 1 Phần I. Tổng quan hệ thống thiết bị sấy 1.1. Quá trình sấy 1 1.1.1. Định nghĩa 1 1.1.2. Phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác 1 1.1.3. Các phương pháp sấy 2 1.1.4. Các loại thiết bị sấy 3 1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 4 1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 10 12 Phần II. Khái quát về nhiên liệu lỏng 2.1. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ 12 2.1.1. Dầu mỏ (dầu thô) và thành phần của dầu mỏ 12 2.1.2. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ 12 2.1.3. Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ 14 2.2. Mazut và các đặc tính của mazut 14 2.2.1. Thành phần của mazut 14 2.2.2. Độ nhớt của mazut 15 2.2.3. Nhiệt độ bắt lửa của mazut 16 2.2.4. Nhiệt độ đông cứng của mazut 16 17 Phần III. Tính toán sự cháy của dầu DO 3.1. Số liệu ban đầu 17 3.2. Tính toán sự cháy của nhiên liệu 17 3.2.1. Chuyển đổi thành phần nhiên liệu 17 3.2.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 17 3.2.3. Chọn hệ số tiêu hao không khí 17 3.2.4. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu 17 3.2.5. Bảng cân bằng khối lượng 18 3.2.6. Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy 20 3.2.7. Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu 20 3.2.8. Các kết quả tính toán 22 23 Phần IV. Cơ sở lý thuyết của lò sấy tầng sôi 4.1. Nguyên lý hình thành tầng sôi và đặc điểm lưu động của các hạt rắn 23 khi hình thành tầng sôi 4.1.1. Nguyên lý hình thành tầng sôi 23 4.1.2. Tốc độ tới hạn, tốc độ bay bụi, tốc độ làm việc 28 4.1.3. Độ nhớt của lớp liệu trong tầng sôi 29 4.1.4. Thời gian lưu liệu sấy trong tầng sôi 29 4.2. Động học quá trình sấy 30 4.2.1. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy 30 4.3. Cấu tạo của thiết bị sấy tầng sôi 32
34 Phần V. Tính toán nhiệt cho lò sấy tầng sôi 5.1. Nguyên lý hệ thống sấy bằng khói 34 5.2. Tính toán các thông số đặc trưng của khói 35 5.3. Tính toán các thông số đặc trưng của tác nhân sấy 38 5.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 42 5.5. Tính và chọn cấu trúc của lò sấy tầng sôi 44 5.6. Tính sơ bộ các thông số động học của lò sấy tầng sôi 49 5.7. Tính toán các tổn thất nhiệt của lò sấy tầng sôi 51 5.8. Tính toán quá trình sấy thực tế 53 5.9. Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế 54 5.10. Kiểm tra lại số sôi ứng với lưu lượng TNS thực tế 55 Phần VI. Các thiết bị phụ trợ của lò 58 6.1. Tính lượng tiêu hao không khí và chọn quạt gió 58 6.2. Tính lượng tiêu hao nhiên liệu và chọn mỏ đốt 60 6.3. Buồng đốt dầu DO 62 6.4. Hệ thống thu bụi xyclon 63 6.5. Ống khói 64 68 Phần VII. Kết luận 69 Tài liệu tham khảo
PHẦN I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY Thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp. Hệ thống thiết bị sấy là khâu khá quan trọng trong dây truyền công nghệ sản xuất sản phẩm. Để đưa các thiết bị sấy ứng dụng vào thực tế, việc thiết kế hệ thống sấy là việc đầu tiên và vô cùng quan trọng. Ở nước ta, ngoài những thiết bị sấy được nhập khẩu nằm trong hệ thống thiết bị sản xuất chung hay các thiết bị sấy chuyên dùng được chế tạo hàng lọat, nhiều quá trình sản xuất sản phẩm cũng yêu cầu xây dựng các hệ thống sấy riêng đáp ứng cho từng trường hợp cụ thể, ví dụ: sấy khoáng sản, sấy cát, sấy rau quả, thủy hải sản, nông lâm sản, chế biến gỗ,…Trường hợp này đòi hỏi phải thiết kế hệ thống sấy riêng biệt phù hợp các yêu cầu đó. Khi chúng ta chế tạo trong nước các thiết bị sấy chuyên dùng thì việc thiết kế là rất cần thiết. 1.1. Quá trình sấy 1.1.1. Định nghĩa Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đối tượng của quá trình sấy là các vật ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định. Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước. Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ. Qua định nghĩa trên ta thấy quá trình sấy yêu cầu các tác động cơ bản đến vật ẩm là: - Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi. - Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường. Ở đây quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xẩy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào. 1.1.2. phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác. Có một số quá trình có thể làm giảm ẩm trong vật thể nhưng không phải là quá trình sấy, đó là: - Vắt ly tâm là quá trình làm giảm ẩm của vật liệu bằng phương pháp cơ học. Phương pháp này chỉ có thể làm cho ẩm tự do thoát ra khỏi vật. - Cô đặc là phương pháp giảm ẩm của vật thể (dung dịch) bằng cách đun sôi. Người ta có thể dùng phương pháp sấy phun để sấy dung dịch đường thành bột đường…Trong sấy phun người ta phun dung dịch thành hạt vô cùng nhỏ. Các hạt nhỏ tiếp xúc với không khí nóng và ẩm bay hơi vào không khí. Chất rắn trong dung dịch còn lại là thu được dưới dạng bột. 1
1.1.3. Các phương pháp sấy. Như đã trình bày ở trên, để sấy khô một vật ẩm cần hai tác động cơ bản: một là gia nhiệt cho vật làm cho ẩm trong vật hóa hơi (cụ thể là bay hơi ở bất kỳ nhiệt độ nào), hai là làm cho ẩm thoát ra khỏi vật và thải vào môi trường. Để cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (cho vật ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt đối lưu (cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay khí có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt bức xạ (dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật), dùng điện trường cao tần để nung nóng vật. Để lấy ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường có thể dùng nhiều biện pháp như: dung môi chất sấy, dùng máy hút chân không, khi sấy ở nhiệt độ cao hơn 1000C hơi ẩm thoát ra có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát vào môi trường. Khi dùng môi chất sấy làm nhiệm vụ thải ẩm, do môi chất sấy tiếp xúc với vật ẩm, ẩm sẽ thoát ra do 3 lực tác động: do chênh lệch nồng độ ẩm trên bề mặt vật và môi chất sấy, do chênh lệch nhiệt độ giữa ẩm thoát ra và môi chất sấy sinh ra lực khuyếch tán nhiệt, do chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm và trong môi chất sấy. Khi dùng bơm chân không làm nhiệm vụ thải ẩm, hơi ẩm được bơm chân không hút đi và thải vào môi trường. Có thể sử dụng thiết bị ngưng tụ hơi (hay ngưng kết) làm cho ẩm ngưng thành lỏng (hoặc rắn và thải vào môi trường bằng cách xả (ứng dụng vào trong sấy thăng hoa)). Thường dùng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm để thải ẩm. Cách phân loại phương pháp sấy đúng đắn và khoa học nhất là căn cú vào các điểm cơ bản đã phân tích ở trên. 1. Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt 1. Phương pháp sấy đối lưu 2. Phương pháp sấy bức xạ 3. Phương pháp sấy tiếp xúc 4. Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần 2. Phân loại theo chế độ thải ẩm 1. Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển 2. Phương pháp sấy chân không 3. Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lý không khí Khi dùng không khí làm môi chất sấy cần xử lý không khí trước khi đưa vào buồng sấy. Có hai hướng xử lý không khí và gia nhiệt và khử ẩm (hoặc tăng ẩm) có 2
nghĩa là xử lý nhiệt ẩm. Căn cứ vào cách xử lý không khí ta có các phương pháp sấy sau: 1. Phương pháp sấy dùng nhiệt 2. Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm) 3. Phương pháp kết hợp gia nhiệt và hút ẩm 1.1.4. Các loại thiết bị sấy 1. Thiết bị sấy đối lưu Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy đối lưu. Đây là phương pháp sấy thông dụng nhất. Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun… 2. Thiết bị sấy bức xạ Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ. Thiết bị sấy này dùng thích hợp với một số loại sản phẩm. 3. Thiết bị sấy tiếp xúc Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, gồm 2 kiểu: - Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lò quay - Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng 4. Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần 5. Thiết bị sấy thăng hoa Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa. Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm 6. Thiết bị sấy chân không thông thường Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không. Do buồng sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm bằng bức xạ hay dẫn nhiệt. 3
1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Ở các nước công nghiệp phát triển, hệ thống thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp, rất đa dạng, phong phú với nhiều thiết bị sấy với các mục đích sử dụng khác nhau. Thiết bị dùng để sấy có thể là sấy liên tục hoặc sấy theo chu kỳ. Các thiết bị sấy dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp chế biến gỗ, chế biến lâm sản, lương thực thực phẩm, hải thủy sản, lượng thực, y tế, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,… Các thiết bị dùng để sấy thông dụng như: 1. Thiết bị sấy tầng sôi. 2. Thiết bị sấy phun 3. Thiết bị sấy thùng quay 4. Thiết bị sấy kiểu ống khí động dùng để sấy cát công nghiệp 5. Thiết bị sấy thăng hoa. 6. Lò sấy điện Dưới đây giới thiệu một số thiết bị sấy thông thường được sử dụng ở nước ngoài: 4
Một số thiết bị sấy thông thường được sử dụng rộng rãi ở nước ngoài 1. Thiết bị sấy tầng sôi: 1. buồng sấy; 2. buồng dẫn môi chất sấy; 3. ống đưa môi chất sấy vào; 4. quạt gió; 5. cửa thải; 6. đường dẫn khí đốt; 7. động cơ điện chạy quạt 5
2. Thiết bị sấy phun 1. vòi phun đĩa ly tâm; 7. đáy trên; 2. hộp phân phối khí; 8. bộ phận gạt vật liệu; 3. cửa quan sát; 9. đáy dưới; 4. vách buồng sấy; 10. phễu chứa sản phẩm; 5. cửa buồng sấy 11. bộ phận dẫn động cánh gạt; 6. cửa thoát khí; 6
3. Thiết bị sấy thùng quay 1. buồng lửa; 2. bộ phận cấp vật liệu; 3. phễu chứa vật liệu; 4. gầu tải; 5. thùng sấy; 6. xyclon; 7, 10. ống khói; 8. động cơ điện; 9. băng tải; 7
4. Thiết bị sấy kiểu ống khí động để sấy cát công nghệ 1. ống sấy khí động; 7. buồng đốt 2. xyclon đơn; 8. quạt gió thổi vật liệu; 3. xyclon kép; 9. động cơ điện; 4. ống hồi sản phẩm sấy; 10. quạt gió hút khí thải; 5. phễu chứa vật liệu sấy; 11. phễu chứa sản phẩm sấy; 6. máy cấp vật liệu sấy; 12. băng tải vận chuyển vật liệu. 8
5. Thiết bị sấy thăng hoa. 1. bình thăng hoa; 2. van; 3. xyclôn; 4. bình chứa nước nóng; 5. bình ngưng; 6. bình phân ly; 7. giàn ngưng của máy lạnh; 8. bình chứa amoniac; 9. máy nén; 10. bơm chân không; 11, 12, 13. động cơ điện; 14. bơm ly tâm; 15. phin lọc; 16. tấm gia nhiệt; 17. chân không đế; 18. van điều chỉnh; 19. khay sấy; 20. ống góp. 9
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC Thiết bị sấy được sử dụng hầu hết ở tất cả các ngành công nghiệp. Hệ thống thiết bị sấy là khâu quan trọng trong dây truyền công nghệ sản xuất sản phẩm. Ở nước ta công nghệ sấy được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp: chế biến lâm sản, nông sản, lượng thực thực phẩm, thủy sản, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,…các thiết bị dùng để sấy tại các đơn vị thường nhập khẩu đồng bộ hoặc chế tạo theo yêu cầu cụ thể cho từng loại sản phẩm. Trong lĩnh vực chế biến khoáng sản quặng ti tan zircon cỡ hạt 50µm-3mm ở Tổng Công ty khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh đã dùng hệ thống sấy lò quay do Viện Luyện kim màu thiết kế chế tạo, lắp đặt. Ưu điểm của hệ thống sấy lò quay là: đã thực hiện được công nghệ sấy quay titan, zircol đạt yêu cầu kỹ thuật trong quá trình chế biến khoáng sản, Tuy nhiên nhược điểm của nó là: - Nhiên liệu dùng để sấy là than đá nên thực hiện quá trình sấy gây ô nhiễm môi trường do nhiệt thải và khí thải của than đá như H2S, SO2, CO, CO2,…năng suất trong quá trình sấy thấp, muốn tăng sản lượng sấy thì cần phải đầu tư nhiều hệ thống sấy, kinh phí đầu tư lớn và hiệu quả kinh tế không cao, mức độ gây ô nhiễm môi trường lớn. - Hiệu suất nhiệt dùng để sấy thấp, chỉ 15-17% lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt than đá dùng cho sấy còn lại là tổn thất qua ống khói và môi trường bên ngoài. - Tỷ lệ thất thoát quặng trong quá trình sấy cao - Kết cấu của hệ thống sấy cồng kềnh chiếm nhiều diện tích mặt bằng nhà xưởng. - Cơ khí hóa tự động hóa trong quá trình sấy thấp. Để khắc phục các nhược điểm trên Tổng Công ty Khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh đã tính toán và nhập thêm dây chuyền hệ thống lò sấy tầng sôi công suất 10tấn/giờ của hãng FFE MINERALS AUTRALIA PTY LTD Nguồn nhiệt cung cấp cho lò sấy là đầu đốt nhiên liệu dầu diezel của NORTH AMERICAN MANUFACTORING COMPANY. Thiết bị sấy tầng sôi này có các đặc tính: - Công suất sấy 10tấn/giờ - Công suất điện ~ 4KW/tấn sản phẩm - Nhiên liệu dùng để sấy dầu diezel - Tiêu hao nhiên liệu 7,5-9 lít/tấn sản phẩm - Vật liệu sấy: khoáng cát sỏi cỡ hạt khoảng 50µm đến 3mm. - Hệ thống điều khiển PLC 10
Giá thành nhập khẩu thiết bị này khoảng 2 tỷ VND tại thời điểm năm 2000 Do nhu cầu mở rộng phát triển công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản của Tổng Công ty Khoáng sản & Thương mại Hà Tĩnh. Tổng giám đốc đã đặt vấn đề với Viện Công nghệ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh đồng bộ lò sấy tầng sôi sấy quặng khoáng sản, phục vụ cho nhu cầu phát triển của Tổng Công ty. Mục đích chế tạo ra thiết bị sấy tầng sôi, công suất khác nhau như 7tấn, 10tấn đến 12tấn/giờ thay thế hàng nhập khẩu. Trên cơ sở đã có mẫu lò sấy tầng sôi 10tấn/giờ nhập khẩu từ AUTRALIA, việc chế tạo được thiết bị trong nước, đạt yêu cầu kỹ thuật thay thế nhập khẩu với giá thành thấp hơn giá nhập khẩu dự kiến bằng 50-60%. Làm được như vậy sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao, chủ động được trong việc sử dụng, vận hành thiết bị không phụ thuộc vào điều kiện nước ngoài.. Với quan điểm trên Viện Công nghệ đã triển khai đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng khoáng sản và việc thực hiện đề tài này không dừng lại ở việc nghiên cứu mà đã tạo ra được hợp đồng kinh tế cung cấp thiết bị sấy tầng sôi công suất 10tấn/giờ lắp đặt tại Tổng Công ty Khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh. Hiện tại thiết bị đang được sử dụng ổn định phục vụ sản xuất cho công nghệ sấy quặng khoáng sản. 11
PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU LỎNG 2.1. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ Nhiên liệu lỏng có thể là nhiên liệu lỏng thiên nhiên hoặc nhiên liệu lỏng nhân tạo. Nhiên liệu lỏng thiên nhiên là dầu thô (dầu mỏ chưa được chế biến). Nhiên liệu lỏng nhân tạo là các sản phẩm thu được khi tinh luyện dầu thô. Ví dụ: xăng, dầu hoả, dầu diezel (dầu DO), dầu madút (dầu FO). Trong các lò công nghiệp: dầu DO, dầu FO. được coi là nhiên liệu đốt 2.1.1 Dầu mỏ (dầu thô) và thành phần của dầu mỏ Dầu mỏ là hỗn hợp của các nhóm hydrocacbon. Trong dầu mỏ có các hợp chất sunphua, nitrua và oxy. Trong dầu mỏ, hydrocacbon thuộc ba nhóm chính: * Nhóm metan (nhóm parafin): công thức tổng quát CnH2n + 2 * Nhóm naptalin (nhóm băng phiến): công thức tổng quát là CnH2n * Nhóm benzen (nhóm thơm): công thức tổng quát là CnH2n – 6 Thành phần nguyên tố của dầu mỏ được trình bày ở bảng 2.1 Bảng 2.1: Thành phần nguyên tố của dầu mỏ Nguyên tố C H S O2 và N2 84 ÷ 85 12 ÷ 14 0,03 ÷ 4,3 0,5 ÷ 1,7 Thành phần [%] Hàm lượng tro trong dầu mỏ rất thấp và không đáng kể (0,1% ÷ 0,3%). Hàm lượng tro thấp vì các chất khoáng không hoà tan trong dầu mỏ. Khối lượng riêng của dầu mỏ dao động trong khoảng rộng: từ 0,75kg/l đến 1kg/l. Nhiệt trị của dầu mỏ dao động từ 41000 kJ/kg đến 44000 kJ/kg. Khối lượng của dầu mỏ càng nhỏ thì dầu mỏ đó có nhiệt trị càng lớn. 2.1.2. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ Trong công nghiệp, dầu thô không được sử dụng làm nhiên liệu vì hai lý do sau : * Nhiệt độ bắt lửa của dầu thô thấp. * Nếu đốt dầu thô sẽ không kinh tế vì khi tinh luyện dầu thô, người ta sẽ thu được những sản phẩm có giá trị quí hơn dầu thô. Các phương pháp tinh luyện dầu mỏ: a. Chưng cất phân đoạn trực tiếp: Chưng cất phân đoạn trực tiếp để làm thoát ra từ dầu thô các hợp chất. Các hợp chất này không thay đổi cấu trúc và tính chất so với khi còn ở trong dầu thô. b. Cracking dầu mỏ: Ta nung nóng dầu mỏ tới khoảng 4500C ÷ 6500C, ở nhiệt độ này, các cacbuahydro sẽ bị phân huỷ nhiệt và tạo ra các cacbuahydro có cấu trúc đơn giản hơn. Kết quả của Cracking dầu mỏ ta thu được các hợp chất mới. 12
Dầu thô Thiết bị chưng cất phân đaọn Mazut kiểu chùm ống; P = 1 bar (Phần còn lại) Chưng cất phân đoạn trực tiếp với PCK ( P< P 0 ) Xăng Ligroin Dầu hỏa Diezel Dầu Mỡ Nhựa bôi bôi đường trơn trơn Hình 2.1. Sơ đồ tinh luyện dầu mỏ theo công nghệ chưng cất phân đoạn trực tiếp đối với dầu mỏ chứa nhiều chất sáng (nhóm mêtan) Nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các sản phẩm thu được khi chưng cất phân đoạn được trình bày trong bảng 2.2. Bảng 2.2: Giới hạn sôi và khối lượng riêng của một số chất Khi chưng cất phân đoạn với áp suất P = 1 [bar]. Giới hạn sôi Khối lượng riêng Sản phẩm chưng cất dầu thô [oC] [kg/dm3] 40 ÷ 150 0,71 ÷ 0,74 Xăng dùng cho máy bay 50 ÷ 200 0,73 ÷ 0,76 Xăng dùng cho ôtô, xe máy 100 ÷ 240 0,77 ÷ 0,79 Nhóm ligroin 13
200 ÷ 320 0,80 ÷ 0,83 Nhóm dầu hỏa 230 ÷ 360 0,84 ÷ 0,88 Dầu diezel (Dầu DO) * Thực hiện quá trình hydro hoá để thay đổi cấu trúc của dầu madút. Theo công nghệ này thì gần như là toàn bộ khối lượng của dầu madút được chuyển hoá thành các sản phẩm nhẹ. * Quá trình nhiệt phân dầu mỏ: Đó là quá trình phân huỷ toả nhiệt xảy ra ở khoảng nhiệt độ 6700C - 7500C trong điều kiện áp suất khí quyển và tạo ra các hợp chất hoá học mới (chủ yếu là nhóm benzen). Các sản phẩm của quá trình nhiệt phân là : * Gas chiếm 50% khối lượng dầu đem nhiệt phân. 3 Gas này có nhiệt trị 44000 - 48000 [kJ / mtc ] . * Nhựa hắc ín và các sản phẩm rắn (thường gọi là cốc dầu mỏ), mồ hóng. Chế biến gas ta thu được xăng nhân tạo có hàm lượng octan cao và nhiều chất hoá học quý. Chưng cất nhựa hắc ín ta thu được benzen, totylxilen (CH3C6H4), dimêtinbenzen (CH3 (C6H4)2) v.v. Chất còn lại, sau khi chưng cất nhựa hắc ín là nhựa dầu mỏ (nhựa đường dạng cứng). 2.1.3. Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ 2.1.3.1. Xăng (benzin) Xăng là sản phẩm quý nhất khi tinh luyện dầu mỏ. Xăng là nhóm hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp nhất, nhiệt độ sôi của xăng máy bay nằm trong khoảng 400C - 1500C, nhiệt độ sôi của xăng ôtô, môtô nằm trong khoảng 500C - 2000C (áp suất 1 bar). Khối lượng riêng của xăng dao động từ 0,71 đến 0,76 [kg/dm3]. 2.1.3.2. Ligroin và dầu hỏa Ligroin và dầu hoả, được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho các loại máy kéo. Nhiệt trị của ligroin và dầu hoả thấp hơn nhiệt trị của dầu mỏ. Nhiệt trị của dầu hoả khoảng 43000 kJ/kg. 2.2. Mazut và các đặc tính của mazut Mazut là tên gọi chung cho chất còn lại sau khi chưng cất phân đoạn trực tiếp hoặc cracking dầu mỏ. Mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt. 2.2.1. Thành phần của mazut. Thành phần nguyên tố chủ yếu của mazut là cacbon và hydro. Cacbon và hydro trong dầu mazut tồn tại dưới dạng hợp chất của cacbuahydro. Ngoài cacbon và hydro còn có 14
oxy, nitơ, lưu huỳnh, tro, nước (ẩm). Thành phần nguyên tố của mazut được giới thiệu trong bảng 2.3. Bảng 2.3: Thành phần nguyên tố của mazut Thành phần [%] Cc Hc Oc + Nc Ak Wd Nguyên tố 86,3 ÷ 87,7 10,7 ÷ 12,5 0,6 ÷ 1,0 0,11 ÷0,25 0 ÷ 10 [%] Nhiệt trị của madút thấp hơn nhiệt trị của dầu hoả. Q mazut = 40600 ÷ 42000 [kJ/kg] t Mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp. Chất lượng của dầu mazut được đánh giá thông qua các thông số đặc trưng: khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông cứng. 2.2.2. Độ nhớt của mazut. Độ nhớt hay còn gọi là ma sát trong. Độ nhớt là đặc tính của chất lỏng có tính đối lập với tính linh động, có nghĩa là đặc tính cản lại sự chuyển động của các phần tử chất lỏng khi có lực tác động. Thiết bị để đo độ nhớt được gọi là nhớt kế hoặc là máy đo độ nhớt. Độ nhớt của dầu mazut lớn hơn nhiều lần độ nhớt của nước. Độ nhớt đo bằng độ 0BY của mazut là tỷ số thời gian chảy của 200 cm3 mazut ở nhiệt độ đo và của 200 cm3 nước ở nhiệt độ 200C. Giá trị của tỷ số này khi nhiệt độ của mazut bằng 500C được dùng làm nhãn hiệu (mác) cho mazut. Ví dụ mazut có mác là M100, ta hiểu là tỷ số chảy của 200cm3 dầu mazut ở 500C và của 200 cm3 nước ở 200C bằng 100 lần khi chảy trong cùng một đường ống. Mặc dù đơn vị đo độ nhớt 0BY như trình bày ở trên không phải là độ nhớt thực của mazut, nhưng trong công nghiệp lại được sử dụng khá phổ biến vì xác định nhanh, dễ dàng mà vẫn phản ánh được tính nhớt của mazut. Độ nhớt thực của mazut: [m2/s] hay [St] (Stokes) γ - Độ nhớt động học ⎡ N.s ⎤ µ - Độ nhớt động lực học ⎢ m 2 ⎥ hay [Poise] ⎣ ⎦ - µ = γ.ρ - ρ: là khối lượng riêng của mazut [kg/dm3] 15