đồ án thiết kế quy trình tách sáp trong dầu nhờn

Tách sáp là một giai đoạn trong quá trình sản xuất dầu gốc – cho sản xuất dầu bôi trơn. Trong dầu gốc, các hợp chất parafin m phân nhánh có khuynh hướng kết tinh ngay ở nhiệt độ thường sẽ cản của dầu bôi trơn. Trong khi đó, dầu nhờn cần thoả mãn khả năng nhiệt độ thấp (20oC chẳng hạn). Như vậy, cần phải loại bỏ các phâ có điểm kết tinh cao trong hầu hết các loại dầu gốc, ngoại trừ khi hà thấp hoặc các loại dầu sử dụng trong những điều kiện đặc biệt. Đây những công đoạn quan trọng và khó khăn trong quá trình sản xuất hai quá trình chính hiện nay đang được sử dụng cho mục đích này. Q nhất là làm lạnh kết tinh sáp; quy trình thứ hai là dùng quá trình cr lọc bẻ gãy phân tử parafin tạo thành những sản phẩm nhẹ, phương p gọi là phương pháp tách parafin dùng chất xúc tác. Với đề tài “Thiết kế quy trình tách sáp trong sản xuất nguyên liệu là dung dịch lọc đến từ phân xưởng trích ly các hợp chấ hiện quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh có sử dụng dung m Nội dung đồ án bao gồm: Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ Chương 3: Tính toán

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

Lớp: DH10H2

1 Tên đề tài thiết kế

Thiết kế quy trình tách sáp trong dầu nhờn bằng phương pháp kết tinh sử

dụng dung môi với năng suất 4000 tấn/năm

2 Nội dung

2.1 Tổng hợp tài liệu làm cơ sở thiết kế quy trình tách sáp trong dầu nhờn

2.2 Thiết kế quy trình công nghệ tách sáp trong dầu nhờn

2.3 Tính toán quy trình công nghệ

2.3.1 Tính cân bằng vật chất

2.3.2 Tính cân bằng năng lượng

2.3.3 Tính toán tháp kết tinh sáp

3 Các bản vẽ

3.1 Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Bản A3, A1

3.2 Bản vẽ tay cấu tạo thiết bị chính: Bản A1

4 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

……………

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Nhóm sinh viên thực hiện: Trương Công Thắng Nguyễn Thị Bích Thảo Lớp: DH10H2 GVHD: ThS Nguyễn Văn Toàn Nội dung đồ án:  Tổng quan về lý thuyết  Dây chuyền công nghệ sản xuất  Tính toán Nhận xét của người duyệt: ………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày…tháng…năm 2013

Người duyệt

(Ký và ghi rõ họ tên)

Trong thời gian làm đồ án chuyên nghành, ngoài sự nổ lực, cố gắng của nhóm, chúng em còn nhận được sự giúp đỡ của thầy cô và bạn bè; đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Toàn

Qua đồ án chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Khoa hóa học

và CNTP và thầy Th.S Nguyễn Văn Toàn đã giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp thông tin , kiến thức thật sự hữu ích cho nhóm chúng em trong quá trình nghiên cứu và thiết kế đồ án công nghệ này

Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đề tài còn mới, kiến thức còn hạn chế về chuyên môn và thiếu thực tế nên đồ án không thiếu khỏi những thiếu sót Chúng

em mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn Chúng em chân thành cảm ơn thầy cô, kính chúc thầy cô sức khỏe.

Vũng Tàu,ngày … tháng năm 2013

(Nhóm SVTH)

Trương Công Thắng Nguyễn Thị Bích Thảo

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

1.1 Tổng quan dầu nhờn 2

1.1.1 Công dụng của dầu nhờn 2

1.1.2 Thành phần của dầu nhờn 3

1.2 Công nghệ sản xuất dầu gốc khoáng 7

1.2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc 7

1.2.2 Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut 8

1.2.3 Quá trình tách nhựa, Asphalten 8

1.2.4 Quá trình tách Aromatic 9

1.2.5 Quá trình tách sáp 10

1.2.6 Quá trình làm sạch bằng hydro 10

1.3 Quá trình tách sáp trong sản xuất dầu gốc 10

1.3.1 Mục đích của quá trình tách parafin 10

1.3.2 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình tách sáp 11

1.3.3 Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tách sáp 12

1.3.4 Lựa chọn công nghệ sản xuất 21

CHƯƠNG 2: THUYẾT KẾ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 23

2.1 Xây dựng quy trình sản xuất 23

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình 25

2.2.1.Ảnh hưởng của bản chất nguyên liệu 25

2.2.2 Ảnh hưởng của thành phần dung môi MEK-Toluen 25

2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ làm lạnh lúc cuối (hay là nhiệt độ lọc) 26

2.2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi-nguyên liệu 26

2.2.5 Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh 27

2.3 Thiết kế sơ đồ công nghệ 27

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN 28

3.1 Số liệu ban đầu 28

3.2.2 Dòng ra 29

3.3 Cân bằng nhiệt lượng cho tháp kết tinh 30

3.3.1.Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh nguyên liệu 31

3.3.2.Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dung môi MEK-Toluen 31

3.3.3.Nhiệt lượng cần thiết làm lạnh nước 32

3.3.4 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường 32

3.3.5 Nhiệt lượng mà dung môi NH3 cần cung cấp cho quá trình làm lạnh 32 3.4 Tính toán thiết bị chính 32

3.5 Tính toán cánh khuấy 34

3.5.1 Công suất khuấy 34

3.5.2 Kích thước trục khuấy 35

3.6 Tính chọn ống nhập liệu và tháo liệu 36

3.6.1 Ống nhập liệu 36

3.6.2 Ống tháo liệu 37

3.7 Tính chân đỡ và bích nối cho thiết bị 37

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

LỜI MỞ ĐẦU

Tách sáp là một giai đoạn trong quá trình sản xuất dầu gốc – nguyên liệu cho sản xuất dầu bôi trơn Trong dầu gốc, các hợp chất parafin mạch thẳng ít phân nhánh có khuynh hướng kết tinh ngay ở nhiệt độ thường sẽ cản trở sự chảy của dầu bôi trơn Trong khi đó, dầu nhờn cần thoả mãn khả năng lưu biến ở

có điểm kết tinh cao trong hầu hết các loại dầu gốc, ngoại trừ khi hàm lượng rất thấp hoặc các loại dầu sử dụng trong những điều kiện đặc biệt Đây là một trong những công đoạn quan trọng và khó khăn trong quá trình sản xuất dầu gốc Có hai quá trình chính hiện nay đang được sử dụng cho mục đích này Quy trình thứ nhất là làm lạnh kết tinh sáp; quy trình thứ hai là dùng quá trình cracking chọn lọc bẻ gãy phân tử parafin tạo thành những sản phẩm nhẹ, phương pháp này còn gọi là phương pháp tách parafin dùng chất xúc tác

Với đề tài “Thiết kế quy trình tách sáp trong sản xuất dầu nhờn”

nguyên liệu là dung dịch lọc đến từ phân xưởng trích ly các hợp chất thơm, thực hiện quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh có sử dụng dung môi

Nội dung đồ án bao gồm:

Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ Chương 3: Tính toán

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, ít bị mòn, giảm được công tiêu hao vô ích

1.1.1.2 Công dụng làm mát

Khi ma sát, kim loại nóng lên, như vậy một lượng nhiệt đã được sinh ra trong quá trình đó 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 máy móc làm việc mất chính xác 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 hơn

1.1.1.3 Công dụng làm sạch

Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh ra mùn kim loại, những hạt rắn này sẽ làm cho bề mặt công tác bị xước, hỏng 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 các bề mặt ma sát, cuốn theo các tạp chất đưa về cacte dầu và được lắng lọc

1.1.1.5 Bảo vệ kim loại

Bề mặt máy móc, động cơ khi làm việc thường tiếp xúc với không khí, hơi

nước; khí thải làm cho kim loại bị ăn mòn, hư hỏng Nhờ dầu nhờn có thể

làm thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt kim loại nên ngăn cách được với các yếu tố trên, vì vậy kim loại được bảo vệ

1.1.2 Thành phần của dầu nhờn

Thành phần cơ bản của dầu nhờn là dầu gốc và các phụ gia được pha trộn

để nâng cao chất lượng của dầu nhờn Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu gốc

là dầu mỏ và dầu thực vật Dầu gốc được sản xuất từ dầu mỏ thông qua các quá trình chế biến được gọi là dầu gốc khoáng và dầu được tổng hợp qua các quá trình tổng hợp hóa học được gọi là dầu gốc tổng hợp

( Vì đề tài đồ án thiết kế công nghệ tách sáp trong sản xuất dầu nhờn từ nguồn nguyên liệu dầu gốc khoáng nên nội dung dầu gốc tổng hợp và phụ gia dầu nhờn được trình bày ngắn gọn)

1.1.2.1 Dầu gốc khoáng

Dầu gốc khoáng được sử dụng pha chế dầu nhờn thích hợp chủ yếu thu được từ quá trình chưng cất chân không sản phẩm đáy của tháp chưng cất khí quyển

a Thành phần của dầu gốc khoáng

Dầu gốc khoáng thường chứa các loại hydrocacbon sau đây:

dầu bôi trơn vì chúng có độ ổn định nhiệt và tính nhiệt nhớt tốt Mạch nhánh càng dài thì các đặc tính này thể hiện càng rõ ràng hơn.Điều này tương tự đối với các hydrocacbon vòng no và vòng thơm Số vòng ngưng tụ càng nhiều mà mạch nhánh parafin càng ngắn thì thì tính chất nhiệt nhớt của các hydrocacbon càng kém và càng không thích hợp để làm dầu bôi trơn

Để đáp ứng yêu cầu và nâng cao chất lượng của dầu gốc, dầu gốc cần được chế biến sâu bằng các quá trình: chiết, tách, hydrotreating… nhằm loại bỏ các cấu tử không mong muốn khỏi dầu gốc

Ưu và nhược điểm của dầu gốc khoáng so với dầu tổng hợp:

Ưu điểm:

- Giá thành thấp hơn do ít công đoạn tổng hợp hóa học phức tạp hơn

- Tính năng đa dạng hơn vì trong dầu gốc tổng hợp chỉ có mặt của một số cấu tử thực hiện một loại chức năng riêng biệt nào đó

- Sản xuất được với số lượng lớn hơn

b Phân loại dầu gốc khoáng

- Phân loại theo thành phần: Căn cứ vào thành phần của các loại

hydrocacbon nào chiếm ưu thế trong dầu gốc mà có thể phân chia dầu gốc thành các loại như: dầu gốc khoáng parafin, dầu gốc khoáng naphten, dầu gốc khoáng

aromatic Bảng 1 cho thấy sự khác nhau về tính chất vật lý và hóa học của dầu

nhờn có cấu trúc khác nhau Dầu gốc aromat được dẫn ra ở bảng này chỉ để so sánh mà không được dùng để sản xuất dầu bôi trơn

Bảng 1 Đặc tính vật lý và hóa học của các loại dầu khoáng khác nhau [6]

Tính chất/ thành phần

hóa học Dầu parafin

Dầu naphten Dầu aromat

C, cSt

C,cSt Chỉ số độ nhớt

Chỉ số khúc xạ

40 6,2

100 0,8628

229

107 -15

440 1,4755

40 5,0

0 0,9194

174

73 -30

330 1,5068

36 4,0 -185 0,9826

160

17 -24

246 1,5503 Phân tích qua đất sét

% Hợp chất phân cực

% Thành phần thơm

% Thành phần no

0,2 8,5 91,3

- Phân loại theo độ nhớt: Phần chưng cất được sử dụng làm nguyên liệu

cho quá trình sản xuất dầu gốc thường nằm trong khoảng từ 11 đến 150 cSt ở

khoáng có cách gọi tên tạo sự khác biệt giữa các phân đoạn dầu chưng cất và dầu cặn theo độ nhớt:

 Các phân đoạn dầu gốc trung tính SN (Sovent Neutral) được phân loại

hạn, dầu gốc SN 150 là phân đoạn dầu chưng cất có độ nhớt 150 SUS ở

C)

 Các phân đoạn cặn BS (Bright Stock) được phân loại theo độ nhớt

C)

- Phân loại theo chỉ số độ nhớt (VI):

parafin qua công đoạn tách chiết bằng dung môi và tách sáp

từ cả hai phần cất naphten và parafin

đoạn dầu gốc naphten và được dùng khi chỉ số độ nhớt và độ oxy hóa không cần thiết chú trọng lắm

Công nghệ hydrocracking có thể tạo dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao hơn 140

Đó là loại dầu có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hoặc siêu cao (SHVI) hay còn gọi là dầu gốc bán tổng hợp, chúng tạo ra dầu gốc có tính chất tốt hơn

- Phân loại theo nhóm: Dựa vào chỉ tiêu về hàm lượng lưu huỳnh (S) và

chỉ số độ nhớt theo tiêu chuẩn API như bảng 2

Bảng 2 Phân loại dầu gốc theo nhóm [6]

cho tất cả các loại động cơ, máy móc thiết bị Các loại phụ gia khác nhau được thêm vào nhằm thu được dầu bôi trơn có phẩm chất tốt hơn thỏa mãn các yêu cầu tính năng với một mục đích sử dụng nào đó

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ hay các nguyên tố Thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01 đến 5% Có phụ gia đơn chức và phụ gia đa chức

Trong quá trình sử dụng, dầu bôi trơn rất dễ bị biến chất làm giảm phẩm chất, chất lượng Các phụ còn được sử dụng để ngăn chặn các quá trình vật lý, hóa học xảy ra làm giảm chất lượng của dầu bôi trơn

Các chức năng chính của phụ gia:

- Làm tăng độ bền oxi hóa

- Khử hoạt tính xúc tác của kim loại

- Giảm nhiệt độ đông đặc

- Làm dầu có thể chọn lẫn với nước

- Chống sự tạo bọt

- Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật

- Làm cho dầu có khả năng bám dính tốt

- Tăng khả năng làm kín

- Làm giảm ma sát

- Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn

- Chống sự kẹt xước các bề mặt kim loại

1.2 Công nghệ sản xuất dầu gốc khoáng

1.2.1 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 quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao,

ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn

DÇu cÊt chung

H1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất dầu gốc [3]

1.2.2 Chƣng cất chân không nguyên liệu cặn mazut

Để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất, quá trình đầu tiên để đi vào sản xuất dầu nhờn là quá trình chưng chân không mazut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất và cặn gudron Mục đích của quá trình là nhằm phân chia hoàn thiện các phân đoạn dầu nhờn có giới hạn sôi hẹp và tách triệt để các chất nhựa - asphanten ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn cất và gudron

1.2.3 Quá trình tách nhựa, Asphalten

Do trong gudron có chứa nhiều các cấu tử không có lợi cho dầu gốc, nên nếu đưa trực tiếp vào trích ly sẽ không cho phép đạt chất lượng và hiệu quả mong muốn, chính vì thế người ta thường tiến hành khử asphan trước Trong sản

xuất dầu nhờn, phổ biến là dùng propan lỏng để khử chất nhựa - asphan trong phân đoạn gudron

Mục đích của quá trình này là ngoài việc tách các hợp chất nhựa - asphan còn cho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng, đã làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốc hoá và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhớt cao cho dầu gốc

Cơ sở lý thuyết 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 parafinic 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 parafinic, khả năng hoà tan các hợp chất hydrocacbon có thể sắp xếp theothứ tự giảm dần như sau: Naphten, parafin > Hydrocacbon thơm một vòng > hydrocacbon thơm đa vòng

Do vậy trong quá trình khử asphan, đồng thời xảy ra hai quá trình: 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, propan lỏng là dung môi thích hợp nhất cho quá trình này

Độ hoà tan của hydrocacbon trong dung môi có cực không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của hydrocacbon mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường tuân theo một số quy luật sau:

- Khi tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon thì độ hoà tan tăng

- Khi tăng chiều dài mạch alkyl, độ hoà tan giảm xuống

- Độ hoà tan giảm khi tăng số nguyên tử cacbon trong naphten

- Độ hoà tan của hydrocacbon thơm sẽ lớn hơn naphten Khi có cùng số nguyên tử cacbon trong vòng

- Hydrocacbon parafin có độ hoà tan nhỏ nhất

1.2.5 Quá trình tách sáp

Sáp là một hỗn hợp mà 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 có nhiệt độ thấp Vì thế chúng cần phải tách ra khỏi dầu nhờn

1.2.6 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

1.3 Quá trình tách sáp trong sản xuất dầu gốc

1.3.1 Mục đích của quá trình tách parafin

Khi ra khỏi công đoạn trích ly bằng dung môi, dung dịch lọc (hay chính là dầu gốc trong tương lai), đã được tách loại hầu hết các hợp chất thơm có trong

nó Do vậy chỉ số độ nhớt của nó đã được nâng lên đến giá trị yêu cầu

Dung dịch lọc chủ yếu bao gồm các phân tử: Hợp chất parafin có mạch thẳng, dài, ít nhiều phân nhánh và các hợp chất naphten Trong đó, các hợp chất parafin mạch thẳng ít phân nhánh có khuynh hướng kết tinh ngay ở nhiệt độ thường sẽ cản trở sự chảy của dầu bôi trơn.Trong khi đó, dầu nhờn cần thoả mãn

cần phải loại bỏ các phân tử parafin có điểm kết tinh cao trong hầu hết các loại dầu gốc

Mục đích của quá trình tách parafin là làm giảm điểm vẩn đục (cloud point)

và điểm chảy (pour point) của dầu gốc nhận được từ quá trình trích ly các hợp chất thơm bằng cách loại bỏ các phân tử parafin có nhiệt độ kết tinh cao

1.3.2 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình tách sáp

Nguyên liệu của công đoạn khử parafin là dung dịch lọc đến từ phân xưởng trích ly các hợp chất thơm

Sản phẩm từ công đoạn tách parafin bao gồm:

- Dầu gốc đã khử parafin

- Sản phẩm có tính parafin (sáp hay gọi là "Gatsch", "Slack War")

Gatsch có thể được bán ngay (mà không cần tinh chế) cho một số ứng dụng đặc biệt (chẳng hạn như để sản xuất các vật liệu chống thấm).Tuy nhiên, thường thì hàm lượng dầu còn lại trong gatsch là khá cao (10-25%) đối với hầu hết các ứng dụng của parafin Vì vậy, nó cần được trải qua các công đoạn xử lý bổ sung

để khống chế hàm lượng dầu còn lại trong parafin sản phẩm phải nhỏ hơn 2%V Đây là công đoạn có tên gọi là khử dầu mềm mà nó có cùng một nguyên

0,5-lý như quá trình khử parafin, đó chính là quá trình kết tinh Sau đó đến công đoạn tách parafin rắn bằng phương pháp lọc.Sự khác nhau giữa hai quá trình là ở

vào yêu cầu điểm chảy cần đạt được.Nhiệt độ thấp để kết tinh cả phần dầu mềm,

parafin trong khi đó quá trình khử dầu mềm được thực hiện trong khoảng từ 2

C (nhiệt độ cao hơn để kết tinh parafin ra khỏi dầu mềm lỏng) Sau quá trình khử dầu mềm ta nhận được các sản phẩm sau:

- Sản phẩm trung gian giữa dầu khử và parafin có tên gọi là dầu mềm

- Parafin (tên gọi chung) Sau đó, sản phẩm này có thể còn phải trải qua 1 quá trình tách lọc nữa để phân thành cire và parafin

Tỷ lệ của các sản phẩm thu được từ 2 quá trình trên, thông thường là: dầu khử parafin : 75%; dầu mềm : 13%; parafin : 12% [2]

Sự khác biệt giữa Cire và parafin có thể tóm tắt như sau:

- Parafin là một chất rắn cứng, đại tinh thể (tinh thể có kích lớn) có màu trắng, tuỳ theo chất lượng mà có thể nóng chảy ở các nhiệt độ khác nhau và luôn

- Cire là một chất rắn dễ dát mỏng thuộc loại vi tinh thể (tinh thể có kích

C nhỏ hơn 20

Cire và parafin có rất nhiều ứng dụng thực tế như:

- Tráng lên giấy carton, lên hộp, lên bể chứa ;

- Làm nguồn nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp khác

- Ứng dụng trong sản xuất dược phẩm, đồ dân dụng, các dụng cụ thể thao, thực phẩm.v.v…

1.3.3 Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tách sáp

Bản chất của quá trình loại sáp là tách hydrocacbon rắn ra khỏi pha lỏng, đối với quá trình này hình dạng và kích thước tinh thể đóng vai trò quan trọng Tinh thể parafin lớn nhất và có cấu trúc lớp Naphten và đặc biệt là hydrocacbon thơm có tinh thể kích thước nhỏ và có số mặt hình thoi nhỏ Đây là cở sở của quá trình táchsáp.Có 3 phương pháp chủ yếu sử dụng để tách sáp hiện nay

1.3.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp làm lạnh

Khi tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra do chúng được kết tinh Quá trình này dựa vào nguyên lý kết tinh parafin rắnbằng cách làm lạnh, sau đó tách chúng ra khỏi dầu nhờ lọc ly tâm.Vậy kết tinh là gì và làm lạnh bằng cách nào?

a Kết tinh là gì?

Kết tinh là quá trình tách chất rắn hòa tan trong dung dịch dưới dạng tinh thể Tinh thể là vật rắn đồng nhất có các hình dạng khác nhau, giới hạn bởi các mặt phẳng Để kết tinh, người ta cần phải làm thay đổi nhiệt độ hoặc là phải tách một phần dung môi Có thể kết tinh trong dung dịch nước hay trong dung dịch

các chất hữu cơ (như rượu, este, các hydrocacbon,…)

Trong điều kiện sản xuất, quá trình kết tinh bao gồm các giai đoạn sau: kết tinh, tách tinh thể ra khỏi dung dịch còn lại, rửa và sấy khô tinh thể [5]

b Cân bằng trong kết tinh

Phần lớn các chất khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan tăng, các chất này gọi là hòa tan dương Một vài chất có độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng, gọi là hòa tan âm,

ở nhiệt độ cố định nào đó dung dịch ở trạng thái cân bằng với pha rắn gọi là dung dịch bão hòa Trong dung dịch bão hòa thì giữa tinh thể và dung dịch ở trạng thái cân bằng động, nghĩa là trong một đơn vị thời gian các tinh thể mới tạo thànhbằng số tinh thể tan vào dung dịch

Để kết tinh người ta phải tạo ra trạng thái quá bão hòa cho dung dịch Trạng thái quá bão hòa của dung dịch thường không bền vững và dễ chuyển về trạng thái bão hòa

Để kết tinh loại dung dịch này thường người ta cần làm lạnh dung dịch để chuyển nhanh về trạng thái thuận tiện cho kết tinh.Tác nhân làm lạnh của quá trình gọi là môi chất lạnh

c Môi chất lạnh

Định nghĩa: Môi chất lạnh (tác nhân lạnh) là chất môi giới sự dụng trong

chu trình động học ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn Môi chất tuần hoàn được trong hệ

thống lạnh nhờ quá trình nén

Phân loại

- Dựa vào thành phần hoá học:

 Môi chất hữu cơ: hydrocacbon, halocacbon…

- Dựa vào nhiệt độ sôi và áp suất bão hoà

 Môi chất có ấp suất sôi cao: R744

 Môi chất có áp suất sôi trung bình: R123, R134

 Nhóm môi chất có áp suất sôi thấp: R717, R507

Ngoài ra còn dựa vào tính độc hại và tính dễ cháy nổ để phân loại

- Nhiệt độ cuối cùng nén cao (làm mát đầu xilanh và phải hút hơi bão

hoà)

- Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao (tổn thất áp suất nhỏ, đường ống và

các van gọn nhẹ)

- Hệ số đẫn nhiệt và trao đội nhiệt lớn (thuận cho việc thiết kế chế

tạo thiết bị ngưng tự và bay hơi)

- Bền vững trong khoảng nhiệt độ và áp suất công tác, chỉ phân huỷ

C (tuy nhiên nếu bề mặt xilanh làm bằng thép và có mặt ẩm làm

Bảng 3.Các thông số trạng thái ở 0 o C của NH 3

4.26 2.8

2.68 1.92

- NH3 không tác dụng với phi kim, kim loại đen chế tạo máy và kim

loại màu (trừ Cu và hợp lim của Cu)

- Khi tiếp xúc vơi NH3 phải mang mặt mạ phòng độc, khi sử cố hệ

thống ít nhất phải có hai người

- Khi bị ngạt phải đưa ra chổ thoát nhưng phải ấm, xông hơi ấm và

uốn các chất kích thích: cà phê, trà nóng,…

- Khi bị bỏng phải nhanh chóng rửa bằng nước sạch và ấm, nếu nặng thì phải đưa đi bệnh viện

e Sơ đồ công nghệ

Trong phần lớn các sơ đồ loại sáp và tách dầu sử dụng ammoniac

và propan làm chất làm lạnh Sơ đồ nguyên tắc tách sáp lạnh sử dụng amoniac làm chất làm lạnh được thể hiện trong hình H2

H2 Sơ đồ nguyên tắc tách sáp và tách dầu lạnh với chất làm lạnh amoniac

1.3.3.2 Phương pháp kết tinh có sử dụng dung môi

Quá trình khử parafin trong dầu nhờn được sử dụng nhiều nhất hiện nay dựa trên phương pháp kết tinh với sự có mặt của một dung môi Dung môi này, tồn tại ở dạng lỏng, sẽ cải thiện đáng kể các điều kiện cân bằng nhiệt động của hệ.Một dung môi lý tưởng phải hoà tan tốt dầu nhờn (phần dầu không chứa parafin) và kết tủa hoàn toàn parafin có trong dầu nguyên liệu Mặt khác, parafin khi kết tủa phải tự tạo thành mạng tinh thể không quá chặt chẽ nhằm tạo điều

kiện cho dầu nhờn (phần dầu không chứa parafin) ở dạng lỏng có thể đi qua trong quá trình lọc về sau Do đó, biến số hoạt động đầu tiên của quá trình tách parafin chính là loại dung môi được sử dụng Một dung môi tốt cho quá trình khử parafin cần có các tính chất sau:

- Độ hòa tan và độ chọn lọc: có độ hòa tan tốt đối với dầu nhờn và có độ chọn lọc kết tủa đối với parafin trong quá trình kết tinh

- Có điểm sôi thấp: sau khi tách parafin dung môi cần được loại bỏ các sản phẩm bằng phương pháp chưng cất Điểm sôi thấp cho phép tiết kiệm được năng lượng tiêu tốn trong công đoạn này

- Nhiệt hóa hơi và nhiệt dung riêng nhỏ với cùng một lý do trên

- Điểm đông đặc thấp: dung môi cần giữ được trạng thái lỏng trong suốt thời gian lọc

- Không độc hại, không ăn mòn, rẻ và sẵn có

Có rất nhiều dung môi hoặc hỗn hợp dung môi đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật trên:

- 1927, hỗn hợp axeton và benzene; 1930 hỗn hợp cloru-etylen và benzen Hiện cả hai dung môi này không còn sử dụng nữa do độc

- 1932, dung môi propan Hiện không còn sử dụngdo tiết bị phải làm việc dưới áp suất propan hóa lỏng

- Hiện nay một số loại dung môi còn đang được sử dụng như các hỗn hợp của methyl–iso butyl–ceton; Tricloro–ethylene; Dichloro–methan và hỗn hợp của methyl–ethyl–ceton và tolulen (MEK – toluene) Hỗn hợp dung môi MEK- toluene chiếm tới 80%

Quá trình loại sáp có sử dụng dung môi lựa chọn tiến hành liên tục và gồm các giai đoạn sau:

- Trộn nguyên liệu với dung môi;

- Xử lý nhiệt hỗn hợp;

- Làm lạnh dần dung dịch thu được đến nhiệt độ cho trước; tách tinh thể hydrocacbon rắn ra khỏi dung dịch;

- Tách pha lỏng - lỏng;