Câu hỏi ôn tập môn công nghệ chế biến dầu

Thành phần chưng cất phân đoạn: khái niệm; định nghĩa: Nhiệt độ sôi đầu, Nhiệt độ sôi cuối, Nhiệt độ phân hủy, Nhiệt độ sôi 10%, 50%, 90%, 95%; ý nghĩacủa việc xác định thành phần chưng

Đề cương ôn tập môn công nghệ chế biến dầu Phần 1: Các tính chất hóa lí của dầu và các sản phẩm dầu

1 Thành phần chưng cất phân đoạn: khái niệm; định nghĩa: Nhiệt độ sôi đầu,

Nhiệt độ sôi cuối, Nhiệt độ phân hủy, Nhiệt độ sôi 10%, 50%, 90%, 95%; ý nghĩacủa việc xác định thành phần chưng cất phân đoạn; ảnh hưởng đến khả năng khởiđộng, tăng tốc, và hiệu quả sử dụng nhiên liệu của động cơ xăng như thế nào?

Trả lời :

Khái niệm:dùng để biểu diễn phần trăm bay hơi theo nhiệt độ (hoặc nhiệt độ

theo % thu được) khi tiến hành chưng cất mẫu trong thiết bị chuẩn theo nhữngđiều kiện xác định

- Nhiệt độ sôi đầu: khi tiến hành gia nhiệt 100ml mẫu xăng trong thiết bị chưng

cất tiêu chuẩn, nhiệt độ tại đó giọt đầu tiên được ngưng tụ và rơi vào ống hứnggọi là nhiệt độ sôi đầu

- Nhiệt độ sôi cuối: là nhiệt độ cao nhất ghi được khi toàn bộ chất lỏng trong

bình chưng cất đã bay hơi hết được gọi là nhiệt độ sôi cuối

- Nhiệt độ phân hủy:

- Nhiệt độ sôi: 10%V, 50%V, 90%V, 95%V

- Ý nghĩa của việc xác định thành phần chưng cất phân đoạn:

+ Đặc trưng cho tính chất bay hơi của một các sản phẩm dầu;

+Biết được cá loại sản phẩm thu được và khối lượng của chúng;

+Đánh giá thành phần hóa học của xăng;

+Ảnh hưởng đến khả năng khởi động, khả năng tăng tốc và khả năng cháyhoàn toàn trong buồng cháy

- Phân đoạn xăng cracking xúc tác:

- Ảnh hưởng đến khả năng khởi động của động cơ:

+ Khả năng khởi động của động cơ ở nhiệt độ thấp phụ thuộc nhiệt độ sôi đầu,

nhiệt độ sôi 10%, 20%, 30%

+ Khoảng nhiệt độ này càng thấp, động cơ càng dễ khởi động

+ Nhưng nếu quá thấp => tạo nút hơi, thiếu hụt xăng cung cấp cho động cơ => quátrình cháy không hoàn toàn và tạo ra nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường

+ Nếu quá lớn => xăng khó bay hơi, động cơ khó khởi động nguội.

- Ảnh hưởng đến khả năng tăng tốc của động cơ:

+ Yêu cầu đối với nhiên liệu khi động cơ tăng tốc: lượng nhiên liệu nạp vào phải

đủ lớn và bay hơi nhanh để đảm bảo cho quá trình cháy cung cấp nhiệt => khảnăng nhanh chóng đạt được tốc độ cần thiết khi mở van tiết lưu và quá trình đốtnóng động cơ

+ Nhiệt độ cất 50% càng nhỏ thì độ bay hơi càng tốt vì dễ dàng tăng số vòng quaycủa động cơ lên mức tối đa trong thời gian ngắn nhất, tạo điều kiện cho quá trìnhcháy tốt

- Ảnh hưởng đến khả năng cháy hết của nhiên liệu:

+ Nhiệt độ sôi cuối, 90%, 95%

Nếu những nhiệt độ này quá cao

=> quá trình cháy sẽ không hoàn toàn

=> Ảnh hưởng:

+Gây ô nhiễm môi trường

+Làm loãng màng dầu bôi trơn

+Gây mài mòn xilanh, piston

2 Tỷ trọng: Ý nghĩa của tỷ trọng đối với dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ? Tại sao

phải qui đổi tỷ trọng về điều kiện tiêu chuẩn? Tỷ trọng thay đổi theo nhiệt độ nhưthế nào? Phương pháp xác định tỷ trọng? So sánh tỷ trọng xác định bằng tỷ trọng

kế và picnomet?

Trả lời :

- Ý nghĩa của tỷ trọng đối với dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ:

+ Đặc trưng cho độ nặng nhẹ của nhiên liệu, thể hiện mối quan hệ giữa thể tích

và khối lượng, được sử dụng trong tồn trữ, vận chuyển, buôn bán, là con sốđơn giản nhưng có thể đánh giá khái quát sản phẩm

+ Nếu 2 nhiên liệu có cùng giới hạn nhiệt độ sôi thì nhiên liệu nào có tỷ trọngcao hơn thì thường có hàm lượng HC thơm và napthenic cao hơn, tỷ trọng thấpthường chứa nhiều parafins

+ Nhiệt trị( trên 1 đơn vị khối lượng) của nhiên liệu có xu hướng giảm khi tỷtrọng tăng

- Tại sao phải qui đổi tỷ trọng về điều kiện tiêu chuẩn:

+ Do tỷ trọng là thông số ban đầu để đánh giá chất lượng sản phẩm phục vụcho quá trình tồn trữ, vận chuyển, mua bán Tỷ trọng phụ thuộc chủ yếu lànhiệt, vì vậy phải chuyển về điều kiện tiêu chuẩn để có thể đánh giá chất lượng

- Tỷ trọng thay đổi theo nhiệt độ như thế nào:

3 Phân tử lượng: Mối quan hệ giữa phân tử lượng và tỷ trọng của phân đoạn dầu?

Phẩn tử lượng của hỗn hợp phân đoạn dầu có thể tính như thế nào?

Trả lời:

- Phân tử lượng của dầu thô và sản phẩm dầu là một trong những chỉ số quan

trọng, được sử dụng rộng rãi trong tính toán nhiệt hóa hơi, thể tích hơi, áp suấtriêng phần và thành phần hóa học của các phân đoạn hẹp …

Công thức của Voinov B.P.: M = a + bt + ct 2

+ a, b, c – là các hằng số có giá trị khác nhau đối với từng nhómhydrocacbon

+ t – nhiệt độ sôi trung bình phân tử của sản phẩn dầu, 0C

- Đối với hydrocacbon parafin:

Mối quan hệ giữa phân tử lượng và tỷ trọng của phân đoạn dầu

- Mối quan hệ giữa phân tử lượng và tỷ trọng của phân đoạn dầu xác định theo biểu thức Creg:

- Phẩn tử lượng của hỗn hợp phân đoạn dầu có thể tính theo công thức sau:

4 Áp suất hơi bão hòa: Định nghĩa? Dụng cụ đo? Xăng thường có giá trị áp suất

hơi bão hòa là bao nhiêu? Tại sao? Ý nghĩa? Áp suất hơi của một sản phẩm lỏngphụ thuộc vào yếu tố nào?

Trả lời:

Áp suất hơi bão hòa:

+ Áp suất hơi là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất các phân tử trong phalỏng có xu hướng thoát khỏi bề mặt của nó để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ nàođó.Nói cách khác đây là áp suất hơi mà tại đó thể hơi cân bằng vơi thể lỏng

+ Áp suất hơi bão hòa – áp suất mà tại đó thể hơi cân bằng với thể lỏng

+ Áp suất hơi bão hòa càng lớn thì độ bay hơi của nhiên liệu càng cao

Dụng cụ đo:

Xăng thường có giá trị áp suất hơi bão hòa là bao nhiêu:

Tại sao:

Ý nghĩa:

Áp suất hơi của một sản phẩm lỏng phụ thuộc vào yếu tố nào:

5 Độ nhớt: Phân loại? Ý nghĩa? Phương pháp xác định? Ảnh hưởng của nhiệt độ và

áp suất tới độ nhớt? Độ nhớt và chỉ số nhớt? Mối quan hệ giữa độ nhớt, chỉ số độnhớt và thành phần hydrocacbon? Phương pháp xác định độ nhớt của hỗn hợp sảnphẩm dầu?

Trả lời:

Độ nhớt:

- Độ nhớt là tính chất của một chất lỏng, được xem là ma sát nội của chất lỏng

- Nguyên nhân có độ nhớt là do ái lực cơ học giữa các hạt cấu tạo nên chất lỏng

- Độ nhớt đặc trưng cho sự chảy của dầu khi vận chuyển, sự bôi trơn, sự phun nhiênliệu trong các động cơ, trạng thái của dầu nhờn bôi trơn

- Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất

Phân loại:

- Độ nhớt tuyệt đối (độ nhớt động lực học η hoặc µ):

+ Đại lượng vật lí, đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau

+ Độ nhớt động học biểu thị cho các chất lỏng dòng không có gia tốc

+ Xác định: nhớt kế mao quản – chất lỏng chảy qua nhớt kế có đường kính mao quản khác nhau, ghi nhận thời gian chảy của chúng ta có thể xác định được độ

nhớt động lực.

- Độ nhớt động học (ν):

- Độ nhớt tương đối (BY) (độ nhớt quy ước).

Ý nghĩa:

- Đặc trưng cho khả năng bôi trơn cùa sản phẩm

- Đặc trưng cho khả năng lưu chuyển của sản phẩm Sản phẩm có độ nhớt càng caothì khả năng lưu chuyển càng kém

- Liên quan đến khả năng tạo sương của nhiên liệu Độ nhớt càng cao, khả năng tạosương càng khó

Phương pháp xác định:

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất tới độ nhớt:

- Khi tăng áp suất, độ nhớt tăng theo đường parapol.

•

•

- Dầu nhờn parafin có độ nhớt ít thay đổi nhất khi tăng áp suất, hydrocacbonnaphten và thơm – thay nhiều nhất.

- Dầu nhớt có độ nhớt càng cao, khi tăng áp suất độ nhớt tăng nhiều hơn dầu nhớt

Mối quan hệ giữa độ nhớt, chỉ số độ nhớt và thành phần hydrocacbon:

- Trong các hydrocacbon thì alkan có độ nhớt thấp nhất, cycloalkan – cao nhất, arenchiếm vị trí trung gian

- Độ nhớt của n- và isoparafin không khác biệt nhiều

- Tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon napten và aromat, cũng như mạch nhánh dài thì độ nhớt sẽ tăng

Phương pháp xác định độ nhớt của hỗn hợp sản phẩm dầu:

- Độ nhớt của sản phẩm dầu lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ (tỷ lệ nghịch): Tăng nhiệt

độ => độ nhớt giảm

- Ngoài ra độ nhớt còn được xác định theo công thức kinh nghiệm của Walter:

- Sự phụ thuộc độ nhớt của dầu nhờn bôi trơn vào nhiệt độ có ý nghĩa đặc biệt to lớntrong sử dụng, máy móc hoạt động trong điều kiện biến thiên nhiệt độ rộng

- Để đặc trưng cho sự phụ thuộc này có thể sử dụng các chỉ số khác nhau: Chỉ số độ

nhớt, tỷ lệ độ nhớt ν 50 /ν 100 và các đại lượng khác.

Độ nhớt của hỗn hợp:

6 Nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ bắt cháy và nhiệt độ tự bắt cháy: định nghĩa, ý

nghĩa? Phân biệt? Mối liên hệ giữa nhiệt độ tự bắt cháy và thành phầnhydrocacbon?

Trả lời:

Nhiệt độ chớp cháy:

* Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ, tại đó sản phẩm dầu được gia nhiệt trong điều kiện tiêu chuẩn, sinh ra một lượng hơi, tạo thành với không khí xung quanh hỗn hợp nhiên liệu, sẽ chớp cháy khi đưa ngọn lửa đến gần

Nhiệt độ chớp cháy – nhiệt độ thấp nhất mà tại đó, khi phân đoạn dầu mỏ được đốt

nóng trong điều kiện tiêu chuẩn, hơi hydrcacbon sẽ thoát ra tạo với không khíxung quanh một hỗn hợp mà nếu đưa ngọn lửa đến gần chúng sẽ bùng cháy rồiphụt tắt như một tia chớp

Nhiệt độ chớp cháy – đặc trưng cho các phần nhẹ dễ bay hơi trong nhiên liệu Khi

phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn

 Gây mất mát vật chất, có thể tạo ra hỗn hợp nỗ trong quá trình bảo quản và vậnchuyển

 Nhiệt độ chớp cháy đặc trưng cho mức độ hỏa hoạn của nhiên liệu

Phân đoạn xăng có nhiệt độ chớp cháy âm (dưới âm 40); kerosen: 28-60 0C, phânđoạn dầu nhờn: 130-325 0C

Ý nghĩa: xác định điều kiện tồn chứa và bảo quản nhiên liệu, xác định hàm lượng các sảnphẩm nhẹ có trong phân đoạn

Điểm bắt cháy và nhiệt độ tự bắt cháy

Điểm bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất sau khi đưa ngọn lửa kiểm tra ngang qua mặt

cốc, hỗn hợp hơi không khí trên mặt cốc bắt cháy liên tục trong thời gian ít nhất 5 giây

** Nếu sản phẩm gia nhiệt đến nhiệt độ cao, sau đó tiếp xúc với không khí thì nó

tự bắt cháy

 điểm tự bắt cháy

Nhiệt độ tự bắt cháy của sản phẩm dầu phụ thuộc thành phần hóa học và cao nhất

ở hydrocacbon thơm và sản phẩm giàu aromat

=> Nguyên nhân gây hỏa hoạn của sản phẩm dầu khi bị rò rỉ trong mối nối, lò

nung.

7 Nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục, nhiệt độ kết tinh, nhiệt độ nóng chảy:

định nghĩa; Sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn vào nồng độ parafin rắn

Trả lời:

Nhiệt độ đông đặc: Điểm đông đặc – nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng

đem làm lạnh trong điều kiện nhất định không còn chảy được nữa.

Nhiệt độ vẩn đục: Điểm vẩn đục – nhiệt độ mà khi sản phẩm đem làm lạnh trong

điều kiện nhất định, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh

Nhiệt độ kết tinh: Điểm kết tinh – nhiệt độ để sản phẩm bắt đầu kết tinh có thể

nhìn thấy bằng mắt thường

Nhiệt độ nóng chảy: Nhiệt độ nóng chảy – nhiệt độ tại đó sản phẩm dầu chuyển

từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng

Sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn vào nồng độ parafin rắn:

Sự phụ thuộc của nhiệt độ đông đặc vào nồng độ parafin rắn:

t đđ = K 1 + K 2 lgC

K1, K2 – hệ số, phụ thuộc vào tính chất vật lý của dầu nhờn và parafin

C – Nồng độ parafin rắn trong dầu nhờn, %kl

1- dầu nhờn máy kéo; 2- dầu nhờn máy bay;

3- dầu nhờn công nghiệp nhẹ; 4- dầu nhờn truyền động

8 Điểm aniline: định nghĩa; ý nghĩa; Chỉ số Cetan là gì? mối liên hệ với thành phần

hydrocacbon

Trả lời :

Điểm anilin – nhiệt độ thấp nhất mà tại đó đồng thể tích của anilin và sản phẩm

dầu mỏ hòa tan hoàn toàn

Điểm anilin phụ thuộc vào thành phần hydrocacbon

Hàm lượng hydrocacbon thơm càng lớn

=> điểm anilin càng thấp

Trong cùng một loại hydrocacbon thì khi tăng khối lượng phân tử => điểm anilintăng

•

Trị số cetan :

- Là một đơn vị quy ước đặc trưng cho tính tự bốc cháy của nhiên liệu diezen vàđược đo bằng % thể tích hàm lượng n-cetane (C16H34) trong hỗn hợp của nó vớimetyl naptalen có khả năng tự bắt cháy tương đương với nhiên liệu thử nghiệmtrong cùng điều kiện chuẩn

VD: Chỉ số cetan của DO bằng 45 nghĩa là:

+ Khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu tương đương với hỗn hợp chứa 45% cetane và 55% metyl naptalen khi được thử nghiệm ở trong cùng điều kiện chuẩn

n-• Trị số cetan của parafin > iso-parafin > naphten > aromat

• Các phương pháp xác định chỉ số xetan:

+ Theo mức nén tới hạn

+ Theo chu kỳ bắt cháy trễ

+ Theo sự trùng hợp chớp cháy

Phần 2: Các quá trình chuẩn bị dầu thô

1 Quá trình ổn định dầu thô: Mục đích? Điều kiện ổn định dầu thô? Sơ đồ ổn định

dầu thô?

Trả lời :

Mục đích:

Đây là quá trình loại các hydrocacbon nhẹ cũng như hydrosunfua để giảm mất mát

do bay hơi và tạo điều kiện tốt hơn cho vận chuyển

Điều kiện ổn định dầu thô:

1 – tháp khai thác; 2, 3, 6 – thiết bị tách khí; 4 – tháp ổn định; 5 – nồi sôi; 7 – máynén; 8,9 – van chỉnh; 10 – thiêt bị làm lạnh-ngưng tụ;

I – dầu thô; II - IV – khí; V – xăng nhẹ; VI – dầu ổn định

Sơ đồ ổn định dầu thô

2 Quá trình làm sạch:

- Nước: Tác hại? Hàm lượng? Các phương pháp loại nước: phương pháp nhiệt,phương pháp hóa học và phương pháp điện trường (mục đích, phân biệt,nguyên tắc hoạt động)?

- Muối: Thành phần? Tác hại? Hàm lượng? Cơ chế ăn mòn? Các phương pháploại muối? Phân loại sơ đồ công nghệ?

- Tạp chất cơ học: thành phần? tác hại?

- Sơ đồ công nghệ loại muối nước bằng điện

Trả lời:

a.Nước trong dầu thô

Nước trong các mỏ dầu tăng lên theo thời gian khai thác Chúng thường hình thành nhũ với dầu

Nhũ tương – hệ gồm hai chất lỏng không hòa tan lẫn nhau; chất lỏng này phân bố trong chất lỏng kia ở trạng thái giọt nhỏ, lơ lửng

Thành phần nước trong dầu thô

- Nước trong dầu chứa nhiều muối khoáng khác nhau và một số kim loại hòa tan:

 Các cation thường gặp trong nước là Na+, Ca2+, Mg2+ và một lượng Fe2+ và K+ íthơn

 Các anion thường gặp là Cl- và HCO3-, còn SO42- và SO32- với hàm lượng thấp hơn

 Ngoài ra trong dầu còn một số oxit kim loại không phân ly như Al2O3, Fe2O3, SiO2

Tác hại nước trong dầu thô

 Gây khó khăn trong quá trình vận chuyển;

 Tăng năng lượng tiêu hao để bay hơi nước và khí hòa tan;

 Tăng khả năng kết tinh ở nhiệt độ thấp.

 Gây ăn mòn các thiết bị, ăn mòn nội ống dẫn dầu

Ảnh hưởng của nước đối với các sản phẩm dầu

 Nhiên liệu đốt trong và diezel: giảm nhiệt trị, làm bẩn buồng đốt và làm tắc vòi

phun;

 Nhiên liệu cho động cơ phản lực: ở nhiệt độ thấp, tinh thể nước đá làm tắc màng

lọc nhiên liệu, gây hư hỏng trong quá trình làm việc của động cơ;

 Dầu nhờn: tăng khả năng oxi hóa của dầu, tăng cường quá trình ăn mòn các chi

tiết kim loại tiếp xúc với thiết bị

CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI NƯỚC

Nhũ tương:

• Nhũ tương: nước trong dầu; dầu trong nước

• Độ bền của nhũ phụ thuộc vào tính chất hóa-lý của dầu thô (µ, φ), kích thước hạtphân tán, nhiệt độ và thời gian tồn tại

• Phương pháp nhiệt:

lắng :

Ứng dụng: nhũ tương mới, không bền, dễ tách lớp dầu và nước (nhờ chúng cótrọng lượng riêng khác nhau)

Nguyên tắc: thiết bị được nung nóng làm tăng nhanh quá trình phá nhũ do sự hòa

tan của màng bảo vệ nhũ tương vào dầu tăng (giảm độ bền của màng nhũ tương),

giảm độ nhớt của môi trường và tăng sự chênh lệch khối lượng riêng.

Lọc:

Ứng dụng: nhũ tương đã bị phá nhưng những giọt nước còn giữ ở trạng thái lơ

lửng và không lắng xuống đáy

Nguyên tắc lọc tách nước ra khỏi dầu: dựa vào sự thấm ướt lựa chọn các chất lỏng

khác nhau của các vật liệu

Ưu điểm: hiệu suất cao.

Nhược điểm: màng lọc nhanh chóng bị muối và bụi đóng bít, phải thay thế.

• Phương pháp hóa học – chất phá nhũ :

Nguyên tắc: sử dụng chất hoạt động bề mặt – chất phá nhũ.

Chất phá nhũ: axit, muối, kiềm, dung môi hữu cơ, chất hoạt động bề mặt mạnh

Ưu điểm: mềm dẻo, đơn giản

Yêu cầu đối với chất hoạt động bề mặt :

 cho hiệu quả cao,

 liều lượng thấp, sẵn có,

 không ăn mòn thiết bị,

 không làm thay đổi tính chất của dầu,

 không độc hoặc dễ tách ra khỏi nước

 Tác dụng chính của chất phá nhũ là tác dụng lên màng chất tạo nhũ, phá vỡ nóhoặc làm suy yếu nó Chất phá nhũ phổ biến nhất là chất hoạt động bề mặt dạngmuối natri béo phân tử lượng cao và axit sulphoric

 Trong những năm gần đây người ta sử dụng các sản phẩm tổng hợp phức tạp vàpolyme với khả năng hoạt động bề mặt cao làm chất phá nhũ

Sơ đồ công nghệ phá nhũ nhiệt hóa

I – dầu nguyên liệu; II – chất phá nhũ; III – nước mới; IV – dầu loại nước; V – hơi nước; VI – nước tách ra

Phương pháp phá nhũ tương dầu bằng điện trường :

Nguyên tắc: