Thiết kế tháp trích lý dầu nhờn bằng dung môi furfurol

Chia sẻ: Me Tran | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế tháp trích lý dầu nhờn bằng dung môi furfurol

§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i 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 được đưa 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 nước ta tuy mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn thấp hơn rất nhiều so với các nước phát triển nhưng cũng đặt ở mức khoảng 100.000 tấn mỗi năm đối với mức tăng trưởng 4 – 8 % / năm. Đây quả là một con số không nhỏ. Toàn bộ lượng dầu nhờn này hầu như là nhập từ nước ngoài dưới dạng thành phần hoặc dưới 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 được yêu cầu: Chống mài mòn bảo vệ kim loại, chống oxy hoá . Ở nước ta theo đánh giã của các chuyên gia dầu khí, thiệt hại gio ma sát mài mòn và các chi phí bảo dưỡng hàng năm khoảng vài triệu đô la. Tổn thất gio ma sát và mài mòn có nhiều nguyên nhân, nhưng 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 lượng 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 dưỡng 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 được thưc hiện nhờ quá trình tách lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lương cao. Qua đây ta thấy rằng công ngệ chưng cất chân không để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu thô gồm các phân đoan chủ yếu sau: - Chưng 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 lượng dầu nhờn kém đi. Đồng thời qua đó ta tách ra những cấu tử có lợi cho dầu nhờn. Trích ly là một phương 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 1 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol PHẦN I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 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 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 nhưng nguyên nhân gây ra hao mòn các chi tiết máy móc vẫn là sự mài mòn .Không chỉ ở các nước 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 lượng 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 dưỡng thiết bị tăng nhanh chiếm 60% chi phí đầu tư ban đầu. Ở nước ta theo ước tính của chuyên gia cơ khí, thiệt hại do ma sát, mai mòn và chi phí bảo dưỡng 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 như những người sử dụng chúng .Để thực hiện điều này người 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 được 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 trượt 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 được 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 chưa 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. Sư đa dạng của kích cỡ động cơ và đối tượng sử dụng dẫn đến các yêu cầu bôi trơn Sv : Bïi Thµnh Tµi 2 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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, nhược điểm của máy móc, thiết bị chức năng của dầu nhờn được trình bày như sau: - Bôi trơn để làm giảm lực ma sát và cường 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 được 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 được những chỗ hở không thể nào khắc phục đựơc trong qua trình chế tạo và gia công máy móc . - Giảm mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị, giảm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa cũng như 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 3500c 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, lưu 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. I.2.1. Các hợp chất hydrocacbon naphten và paraphin. Các nhóm hydro cacbon này được gọi chung là các nhóm hydrocacbon Naphten-paraphin. đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc, từ dầu mỏ. Hàm lượng 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 ngưng tụ ( phân tử có thể chứa từ 1-6 vòng). Cấu trúc ngưng tụ ( phân tử có thể chứa từ 2-6 vòng ngưng 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 thường người 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 ngưng tụ từ 2-4 vòng . Sv : Bïi Thµnh Tµi 3 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol Ngoài hydro cacbon vòng naphten, trong nhóm này còn có các hydrocacbon dạng n-paraphin và iso paraphin. Hàm lượng của chúng không nhiều và mạch cacbon thường chứa không quá 20 nguyên tử cacbon và nếu số nguyên tử cacbon lớn hơn 20 thì paraphin sẽ ở dạng rắn và được 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 thường 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 như 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 lượng của nhóm hydro cacbon này. Tuy nhiên hàm lượng 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 (350-4000C) có mặt chủ yếu các hợp chất các dãy đồng đẳng benzen và naphtalen . - Phân đoạn nhờn nặng hơn (400-4500C) 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 lượng đáng kể loại hydro cacbon đa vòng . Các hydro cacbon thơm ngoài khác nhau về số lượng 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 ngưng 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 được hình thành trong quá trình chưng cất do phản ứng trùng ngưng, trùng hợp dưới 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 thương 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 ÷ 50% tuỳ thuộc bản chất của dầu thô. Phần lớn các hợp chất này được loại khỏi dầu bôi trơn nhờ quy trình lọc tách parafin rắn. Tuỳ theo kĩ thuật lọc mà nhóm hydrocacbon rắn được tách triệt để hay không, nhưng dù sao chúng vẫn còn tồn tại trong dầu với hàm lượng 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 nhiệt độ thấp nhưng 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 lượng không đáng kể hydrocacbon rắn có vòng thơm và alkyl). Sv : Bïi Thµnh Tµi 4 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol Ngoài những thành phần chủ yếu nói trên, trong dầu bôi trơn còn có hợp chất hữu cơ như : lưu 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 lượng 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 được 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 lượng riêng và tỷ trọng . Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu chuẩn, đo bằng gam/cm3 hay Kg/m3. Tỷ trọng là một tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ qui định và khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ qui định đó. Do vậy tỷ trọng có giá trị đúng bằng khối lượng riêng khi coi trọng lượng của nước ở 40c bằng 1. Trong thế giới tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng như sau : d 420 , d 4 , d15,,66 . Trong đó các chỉ số trên d 15 15 là nhiệt độ của dầu hay sản phẩm dầu trong lúc thí nghiệm, còn chỉ số dưới là nhiệt độ của nước khi thử nghiệm. Ngoài ra trên thị trường dầu thế giới còn sử dụng độ 0 API thay cho tỷ trọng và 0 API được tính như sau : 0 141,5 API = -131,5 d15 ,,66 15 Khối lượng riêng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lý khác nó có đặc trưng cho từng loại phân đoạn dầu mỏ cũng như dùng để đánh giá phần nào chất lượng của dầu thô. Đối với dầu bôi trơn ,khối lượng riêng ít có ý nghĩa để đánh giá chất lượng. Khối lượng riêng của dầu đã qua sử dụng không khác 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 5 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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: L −U VI = × 100 L−H 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 6 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol VI của dầu = = VI của dầu L− L − UU Độ nhớt động L (VI=0) Độ nhớt động L- L- U U 0) 0) L-H L-H UU h h H(VI=1 H(VI=1 40 40 10 Nhiệt độ 10 Nhiệt độ 0 0 0C0C 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 Sv : Bïi Thµnh Tµi 7 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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) Sv : Bïi Thµnh Tµi 8 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 5 ÷ 600c ,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) . Sv : Bïi Thµnh Tµi 9 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 Sv : Bïi Thµnh Tµi 10 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 11 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 . Sv : Bïi Thµnh Tµi 12 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 13 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 khô Dầucất Dầu cất Dầu cất Cặn d Phần Chiết Tách asphanten chiết bằng bằng propan Asphan D Dầu cất Dầu cất Dầu cất Dầu Tách Sáp sáp Làn sạch bằng h d Dầu ố 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 . Sv : Bïi Thµnh Tµi 14 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 . Sv : Bïi Thµnh Tµi 15 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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. a. 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. 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 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 16 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 0 Khối lượng riêng ở 20 c 1060 1159 1033 0 Nhiệt độ sôi c 181 162 254 0 Nhiệt độ nóng chảy C +41 -39 -24 0 Nhiệt độ tới hạn C 419 396 0 Nhiệt độ cốc hở C 79 59 Áp suất tới hạn Mpa 6,07 5,3 1,04 0 Độ nhớt động học ở 50 C, 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 17 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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 Sv : Bïi Thµnh Tµi 18 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol - 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 19 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49
§å ¸n m«n häc : ThiÕt kÕ th¸p trÝch ly dÇu nhên b»ng dung m«i furfurol 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. Sv : Bïi Thµnh Tµi 20 Líp : Ho¸ dÇu 1_K49