TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ QUI TRÌNH TÁCH SÁP TRONG
SẢN XUẤT DẦU NHỜN” GVHD : ThS. Nguyễn Văn Toàn
Lớp : DH10H2
SVTH : Trƣơng Công Thắng
Nguyễn Thị Bích Thảo

Vũng Tàu 12 - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA–VŨNG TÀU

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ


Nội dung đồ án:
 Tổng quan về lý thuyết
 Dây chuyền công nghệ sản xuất
 Tính toán
Nhận xét của ngƣời duyệt:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Ngày…tháng…năm 2013
Ngƣời duyệt
(Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN

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

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
CHƢƠNG 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
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN 28
3.1. Số liệu ban đầu 28
3.2. Cân bằng vật chất cho tháp kết tinh 29
3.2.1. Dòng vào 29
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

Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ
Chương 3: Tính toán ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan dầu nhờn
1.1.1. Công dụng của dầu nhờn
1.1.1.1. Công dụng làm giảm ma sát
Mục đích cơ bản của dầu nhờn là bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các
chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát. Máy móc sẽ bị mòn ngay nếu không có
dầu bôi trơn. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000
lần so với ma sát khô. Khi cho dầu vào máy với một lớp đủ dày, dầu sẽ xen kẽ
giữa hai bề mặt. Khi chuyển động, chỉ có các phân tử dầu nhờn trượt lên nhau.
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

a. Thành phần của dầu gốc khoáng
Dầu gốc khoáng thường chứa các loại hydrocacbon sau đây:
- Parafin mạch thẳng và mạch nhánh.
- Hydrocacbon no đơn và đa vòng (naphten) có cấu trúc vòng xyclohexan
gắn với mạch nhánh paraffin.
- Hydrocacbon thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu chứa các mạch nhánh
ankyl trong cùng một phân tử.
- Các hợp chất hữu cơ có chứa các dị tố, chủ yếu là các hợp chất chứa lưu
huỳnh, oxi và nitơ.
Các parafin mạch thẳng, dài là loại sáp rắn nên hàm lượng chúngtrong dầu
bôi trơn phải giảm tới mức tốt thiểu, đặc biệt là đối với dầu bôi trơn sử dụng ở
nhiệt độ thấp. Trong khi đó, các parafin mạch nhánh lại là thánh phần rất tốt cho
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 4

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.

C,cSt
Chỉ số độ nhớt
Tỷ trọng ở 20
o
C
Nhiệt độ chớp cháy,
o
C
Điểm anilin,
o
C
Nhiệt độ đông đặc,
o
C
Phân tử lượng, đvC
Chỉ số khúc xạ
40
6,2
100
0,8628
229
107
-15
440
1,4755
40
5,0
0
0,9194
174

(Phân tích cấu trúc nhóm)
%C
A
%C
N
%C
P

2
32
66
19
37
44
41
36
23

- 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
40

 Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI): 30 < VI < 85, được sản xuất
từ cả hai phần cất naphten và parafin.
 Dầu có chỉ số độ nhớt thấp (LVI): VI < 30, được sản xuất từ phân
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]
Dầu gốc
HC no
(%)
Hàm lƣợng lƣu huỳnh
(%)
Chỉ số độ nhớt
(%)
Nhóm I
Nhóm II
Nhóm III
< 90
≥ 90
≥ 90
>0,03
≤ 0,03
≤0,03
80 – 120
80 – 120

- 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,
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 8

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

Mazut Ch-ng cÊt ch©n kh«ng
DÇu cÊt nhÑ DÇu cÊt chung DÇu cÊt nÆng CÆp gudron
ChiÕt b»ng
dung m«i b»ng propan
T¸ch asphan
DÇu cÊt chungDÇu cÊt nhÑ DÇu cÊt nÆng DÇu cÆn
T¸ch s¸p
L µm s¹ch b»ng Hydro
DÇu gèc
PhÇn chiÕt
S¸p
Asphot


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.
1.2.4. Quá trình tách Aromatic
Các hydrocacbon thơm có chỉ số độ nhớt thấp, độ nhớt lớn, đồng thời
chúng rất kém bền, dễ bị oxi hóa làm tăng khuynh hướng tạo cốc.
Việc tách aromat cũng được thực hiện bằng phương pháp chiết. Có 3
dung môi thường sử dụng đó là surfurol, phenol và N-metyl-2pyrolydon (NMP).
Nếu đem dung môi hòa trộn kỹ với phân đoạn dầu sau đó để yên để cho hỗn hợp
này tách lắng thì hình thành 2 lớp. Pha chiết chứa hầu như chứa toàn bộ dung
môi cùng với các cấu tử tan trong đó mà chủ yếu là hydrocacbon thơm; Pha còn
lại chứa các cấu tử không tan, chủ yếu là các hydrocacbon no và một ít dung
môi.
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:
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 10

- 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

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 0,5-
2%V. Đây là công đoạn có tên gọi là khử dầu mềm mà nó có cùng một nguyên
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
nhiệt độ vận hành.Thực vậy, nhiệt độ sẽ vào khoảng từ -15 đến -25
o
C (tuỳ thuộc
vào yêu cầu điểm chảy cần đạt được.Nhiệt độ thấp để kết tinh cả phần dầu mềm,
còn nếu chỉ cần kết tinh parafin thì +2 đến +5
o
C là đủ) đối với quá trình tách
parafin trong khi đó quá trình khử dầu mềm được thực hiện trong khoảng từ 2
đến 15
o
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:

- Sản xuất xi đánh đồ gỗ.
- 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 phƣơng 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 phƣơng 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?
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 13

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,

 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.
d. Môi chất lạnh NH
3

- NH
3
là chất khí không màu, có mùi khai, cháy trong oxy có ngon
lửa màu vàng.
- Là chất lạnh rẻ tiền, dể kiếm, dễ bảo quản, có thể sản xuất trong
nước.
- Tuy NH3 độc hại những vẫn coi là môi chất của hiện tại và tương
lai.
Tính chất nhiệt động:
- Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -33,35
o
C
- Nhiệt độ đông đặc: -77,7
o
C
- Nhiệt độ ngưng tụ: 32
o
C
- Áp suất ngưng tụ khoảng 12÷15 kg/cm
2

- ρ(0
o
C) = 0.64kg/dm
3

Đơn vị
Lỏng
Hơi
Áp suất
Mpa
0.43
0.43
Thể tích riêng
Dm
3
/kg
1.57
289.3
Nhiệt dung riêng
- Đẳng áp
- Đẳng tích
kJ/(kg.K)
kJ/(kg.K)
4.26
2.8
2.68
1.92
Độ nhớt
10
-6
Pa.s
179.09
9.06
Hệ số dẫn nhiệt
W/(m.K)

thống ít nhất phải có hai người.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 16

- 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- Tháp kết tinh; 2- thùng trữ; 3- tháp tách lỏng;
4- máy làm lạnh; 5- bình chứa; 6- thùng trung gian;
7- tách dầu; 8- máy nén.
I- Amoniac hơi; II- amoniac lỏng; III- nước.

1.3.3.2. Phƣơng pháp kết tinh có sử dụng dung môi
Quá trình khử parafin trong dầu nhờn được sử dụng nhiều nhất hiện nay

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;
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn

Khoa Hóa Học & CNTP Trang 18

- Thu hồi dung môi từ dung dịch dầu nhờn loại parafin và sáp.

H3: Tách sáp bằng kết tinh sử dụng dung môi
1- Máy trộn; 2- thiết bị gia nhiệt bằng hơi; 3- máy lạnh bằng nước;
4- tháp kết tinh; 5- tháp kết tinh bằng amoniac; 6- máy lọc chân không;
7- tách dung môi ra khỏi dung dịch dầu nhờn loại sáp;
8-tách dung môi ra khỏi sáp.
I-Nguyên liệu; II-dung môi; III-dung dịch nguyên liệu;

-1
; tỷ lệ thể tích khí chứa hydro:
nguyên liệu là 800÷2.000, chi phí hydro 0,8÷2%k.l so với nguyên liệu. Thông
thường hydrocracking tiến hành với phân đoạn distilat có nhiệt độ sôi cuối 500 ÷
550
o
C, deasphatisat với độ cốc dưới 4% hoặc là hỗn hợp của chúng. Khác với
làm sạch bằng hydro trong hydrocracking cấu trúc và phân tử lượng của nguyên
liệu thay đổi. Do diễn ra phản ứng đứt vòng, đồng phân hóa và hydro hóa đã
làm tăng đáng kể chỉ số độ nhớt. Hiệu suất dầu nhờn với tính chất cho trước phụ
thuộc vào bản chất của nguyên liệu và độ khắc nghiệt của phản ứng và bằng 30
÷ 70% so với nguyên liệu.
Bảng 4.Chỉ số hoạt động của sơ đồhydrocracking để nhận dầu nhờn gốc
Chỉ số
Quá trình

FIN
Isomax
Hãng“Gulf”
Phương
án 1
Phương
án 2
Phương
án 1
Phương
án 2
Nguyên liệu
Deasphantisat
Distilat chân