Đồ án hóa dầu“Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất” SVTH: Nguyễn Chí Tuân GSVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân .Đồ án hóa dầuNghiên cứu về nguyên lý phép chưng cấtMỞ potx







Đồ án hóa dầu
“Nghiên cứu về nguyên
lý phép chưng cất”


 






SVTH:NguyễnChíTuân
GSVHD:Th.sLêThịMỹNhân 
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
MỞ ĐẦU
Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa và công nghệ chế biến dầu mỏ
được xem như bắt đầu ra đời vào năm 1859 khi mà Edwis Drake (Mỹ) khai thác được
dầu thô, lúc bấy giờ lượng dầu thô khai thác được còn rất ít nó được sử dụng làm
nhiên liệu để đốt chảy thắp sáng. Thế kỷ 19 dầu được coi như nguồn tài nguyên cho
mọi phương ti
ện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân.
Hiện nay dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc

gia trên thế giới. Khoảng 65 ÷ 75% năng lượng sử dụng từ dầu mỏ, chỉ có 20 ÷22%.
Dựa vào các quá trình chế biến như: Chưng cất, hydro crarking, reforming, ankil hoá,
đồng phân hoá, polyme hoá cho ra các sản phẩm xăng, nhiên liệu phản lực dầu mỏ bôi
trơn, có hiệu quả tố
i đa và một số sản phẩm Dầu khác như: sản phẩm năng lượng, phi
năng lượng, butan, cốc và khí lỏng dân dụng, làm khí đốt và nhiên liệu.
Ngày nay trên 90% sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc từ dầu khí và tỷ lệ dầu khí
sử dụng vào mục đích năng lượng sẽ giảm dần do đó dầu khí trong một tương lai lâu
dài vẫn chiếm dữ một vị trí quan trọng trong l
ĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá
học mà không có một tài nguyên thiên nhiên nào cạnh tranh nổi.
Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp trong đó có hàng trăm hợp chất khác nhau, nhưng
nguyên tố cơ bản chứa trong dầu khí phần lớn là hyđro cacbon chiếm từ 60 ÷ 90%
trọng lượng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lưu huỳnh, nước, các phức chất cơ kim,
các chất nhựa, asphanten. Trong khí còn chứa các khí trơ như He, Ar, Xe….Dầu m
ỏ là
một hỗn hợp rất phức tạp gồm hyđro cacbon, khí thiênnhiên, khí dầu mỏ và các hợp
chất khác như CO
2
, N
2
, H
2
S, He….
Dầu mỏ muốn sử dụng được rộng rãi, chưng cất sơ khai dầu, chưng cất phân
đoạn. Các phân đoạn thu được phù hợp cho các phương pháp chế biến khác.
Đối với Việt Nam, coi dầu khí là ngành kinh tế mũi nhọn, là chỗ dựa cho ngành
công nghiệp hoá, hiện đại hoá, làm đà thúc đẩy cho nền kinh tế quốc dân. Đây là mũi
nhọn có tính chiến lược của Việt Nam, như vậy ngành công nghiệ
p dầu nước ta đang

bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá,
hiện đại hoá chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí trong công cuộc công nghiệp
hoá đất nước sẽ có ý nghĩa không chỉ bằng những chỉ tiêu kinh tế cụ thể mà ngành
công chế biến nghiệp mọi nhọn này còn là nguồn động viên tinh thần của đảng, toàn
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
dân và nhất là thành viên đang hoạt động trong ngành dầu khí, hăng hái lao động góp
phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới sánh vai với các nước trong khu vực
và trên thế giới.
Đây không phải là vấn đề mới,trong thực tế đã có nhiều nhà nghiên cứu khoa
học đã đi sâu vào nghiên cứu nguyên lý phép chưng cất và được áp dụng vào thực tiễn
mang lại hiệu quả kinh tế rất cao trong quá trình sản xuất. Song vẫn còn tồn t
ại một số
hạn chế nhất định. Chính vì vậy tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu về nguyên lý phép
chưng cất”

Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.1 Khái niệm
Chưng là phương pháp tách hổn hợp chất lỏng (cũng như các hổn hợp khí đã
hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hổn hợp.
Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm. Thường hổn hợp có bao nhiêu cấu tử thì
có bấy nhiêu sản phẩm. Đối với hổn hợ
p gồm hai cấu tử sản phẩm sẽ thu được:
Sản phẩm đỉnh: gồm cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi.
Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi.
Thường để thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết tiến hành chưng nhiều lần –
chưng luyện.
Vậy “Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi
ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa
nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue)”.
1.1.2. Lịch sử phát triển
Loài người từ xa xưa đã biết áp dụng nguyên lý phép chưng cất vào trong đời
sống của mình như: chưng cất,chưng cấ
t rượu, Đối với dầu khí con người biết sử

dụng dầu khí đã hàng nghìn năm về trước do sự bắt cháy của dòng khí tự nhiên phụt
lên theo các khe nứt của mặt đất.
Người Trung Hoa đã dùng khí tự nhiên làm khí đốt vào thế kỷ thứ ba, nhưng kỷ
nguyên dầu khí thực sự chỉ bắt đầu ở thế kỷ 19. Xưởng chưng cất dầu thô đầu tiên trên
thế gới xuấ
t hiện ở Capcado (Liên Xô cũ) vào năm 1821 những năm 1859 được coi là
năm khởi đầu của kỷ nguyên dầu khí do khai thác được mỏ dầu Titusville (Pensylvania
ở Mỹ) cũng như việc xây dựng nhà máy đầu tiên ở đó vao năm 1890.
Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến không ngừng được phát triển với những
trang thiết bị, máy móc hiện đại. Đặc biệt là thiết bị của quá trình chưng cất dầu thô.
Từ những công c
ụ, thiết bị đơn giản đem lại hiệu suất kinh tế không cao đã được thay
đổi bằng những thiết bị hiện đại.

Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
1.1.3. Phân loại chưng cất
a. Phân loại theo áp suất làm việc:
Áp suất thấp
Áp suất thường
Áp suất cao
b. Phân loại theo nguyên lý làm việc:
Chưng cất đơn giản
Chưng bằng hơi nước trực tiếp
Chưng cất
Chưng chân không
c. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
Cấp nhiệt trực tiếp
Cấp nhiệt gián tiếp

1.2. ÁP SUẤT HƠI
1.2.1. Hiện tượ
ng bay hơi
Mọi chất lỏng (dung dịch, nguyên chất) đều bay hơi. Chỉ có các phân tử ở bề
mặt chất lỏng (mặt thoáng) có năng lượng vượt trội sẽ bay hơi. Trong giai đoạn đầu,
tốc độ bay hơi luôn lớn hơn tốc độ ngưng tụ, sau một thời gian, một lượng phân tử hơi
trong không khí đạt cực đại thì tốc độ bay hơi và tốc độ ng
ưng tụ bằng nhau. Lúc đó,
coi như sự bay hơi không xảy ra nữa (thực tế vẫn xảy ra sự bay hơi).
Cần chú ý là hơi và khí về bản chất vật lý là giống nhau, nhưng chỉ gọi là khí khi chất
đó ở thể khí trong điều kiện thường như: O
2
, CO
2
, , còn hơi là chất có liên quan ở thể
lỏng trong điều kienj thường như: H
2
O, C
2
H
5
OH,
1.2.2. Áp suất hơi bão hòa
Sự bay hơi và sự ngưng tụ tất yếu sẽ dẫn đến một trạng thái mà ở đó, tốc độ bay
hơi và tốc độ ngưng tụ sẽ bằng nhau gọi là trạng thái cân bằng.
Rõ ràng, áp suất hơi lúc đó trở nên không đổi và đạt cực đạt. Áp suất đó được
gọi là áp suất hơi bão hòa của chất lỏng. Vậy: áp suất hơ
i bão hòa của một chất lỏng là
áp suất hơi riêng phần được gây ra bởi các phân tử hơi từ chất lỏng đó tồn tại trên mặt
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
thoáng khi chất lỏng bay hơi nhiều nhất.
1.2.2.1. Khái niệm về dung dịch
Pha: Là tập hợp chất đồng nhất về mặt vật lý và hóa học.ví dụ:
Không khí gồm N
2
, O
2
và các khí khác trộn vào nhau tạo nên pha khí.
Nước lỏng nguyên chất tạo nên pha lỏng.
Dung dịch:
Dung dịch là một pha gồm từ hai chất tan trở lên, nồng độ có thể thay đổi.
Dung dịch có thể ở trạng thái lỏng (rượu, xăng, ), khí (không khí, khí tự nhiên ),
hoặc rắn ( gang, vàng tây, ).
1.2.2.2. Áp suât hơi bão hòa của dung dịch
Dung dịch rượu khi bay hơi cho rượu và hơi nước. Hơi rượu gây ra áp suất
riêng phần P
rượu
, hơi nước gây ra áp suất riêng phần P
nước
.
Do đó,áp suất hơi bão hòa của dung dịch rượu bằng tổng áp suất hơi bão hòa
của hơi bão hòa riêng phần của hơi rượu và áp suất hơi bão hòa của hơi nước.
Tổng quát: Áp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng tổng áp suất riêng phần của
các hợp chất. P = ∑P
i

1.2.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến áp suất hơi bão hòa.
Nhiệt độ:

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất mạnh đến áp suất hơi bão hòa. Khi tăng nhiệt độ, các
phân tử ở thể lỏng có năng lượng tăng, kích thích các phân tử lỏng bay nhiều hơn.
Do đó, khi nhiệt độ tăng thì áp suất hơi bão hòa tăng rất mạnh.
Bảng 1.1. Cho thấy áp suất hơi bão hòa t
ăng nhanh theo nhiệt độ
T (
o
C) 0 20 40 60 70 80 90 100

P
H
2
4,6 17,5 55,3 149 234 355 525 760
C
6
H
6
26.5 75 183 392 551 758 1016
Aceton 67,3 185 421 860
- Bản chất: Nhiệt bay hơi, nhiệt độ sôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt là
phụ thuộc vào khối lượng phân tử (M), vào lực hút giữa các phân tử. Nói chung, một
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
chất có M càng lớn sẽ có nhiệt độ sôi càng cao vì sự bay hơi kém. Quy luật này gần
như luôn luôn đúng ở các hydrocacbon, đặc biệt khi chúng là đồng đẳng của nhau.
Chất có áp suất hơi bão hòa lớn là chất dễ bay hơi.
- Nồng độ: Xét pha lỏng ở dạng dung dịch. Ta gọi các chất tạo ra dung dịch là
các hợp phần: khả năng bay hơi của mỗi hợp phần không những phụ thuộc vào bản
chấ

t, sự tương tác của dung dịch mà còn phụ thuộc vào nòng độ của chúng.
1.2.2.4. Định luật Raoult
Gọi: P: áp suất hơi bão hòa của dung dịch
i: hợp phần i
P
i
o
: áp suất hơi bão hòa của hợp phần i ở trạng thái nguyên chất.
P
i
: áp suất hơi bão hòa riêng phần i
N
i
: nồng độ phần mol của chất i trong dung dịch.
Định luật Raoult được phát biểu như sau:
Áp suất hơi bão hòa riêng phần của một chất tỷ lệ với nồng độ phần mol của nó
trong dung dịch.
P
i
= P
i
o
. N
i
Ngoài ra, ta biets rằng áp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng tổng áp suất hơi
bão hòa riêng phần của các hợp chất. Do đó, ta lại có:
P = ∑P
i
= ∑P
i

o
. N
i
1.2.2.5.Áp suất riêng phần.
Trong điều kiện thường, giả sử trong không khí có hai hợp phần là N
2
và O
2
với
P
O2
= 0,2 atm, P
N2
= 0,8 atm thì áp suất của không khí sẽ là:
P
KK
= P
N2
+ P
O2
= 0.2 + 0,8 = 1atm
Mỗi chất khí trong hỗn hợp gây ra một áp suất của riêng mình, áp suất đó gọi là
áp suất riêng phần. tổng áp suất riêng phần của tất cả các khí chính là áp suất chung, kí
hiệu: P =
∑P
i
Ngoài ra theo định luật về chất khí, ta có:
P
i
= N

i
.P
Với: P
i
: áp suất riêng phần
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
N
i
: nồng độ phần mol
P: áp suất chung.
Vậy: Áp suất riêng phần bằng nồng độ phần mol nhân với áp suất chung.
1.3. SỰ SÔI
1.3.1.Sự sôi của dung dịch
Sự sôi khác với sụ bay hơi. Mọi chất lỏng đều bay hơi (ở mặt thoáng) ở bất
nhiệt độ nào. Sự bay hơi càng mạnh khi nhiệt độ càng cao, còn sự sôi là hiện tượng
khối chất lỏng bay hơi ồ ạt không nhữ
ng ở trên mặt thoáng của chất lỏng mà còn ở
ngay trong lòng chất lỏng. Khi đó áp suất hơi bão hòa của chất lỏng đang sôi bằng áp
suất đè lên mặt thoáng, pha hơi lúc đó chỉ gồm hơi do lỏng tạo ra, không chứa các khí
vốn đã từng có trên mặt thoáng.
Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi thì áp suất hơi còn bé áp suất hơi trên mặt
thoáng nên trong pha khí gồm có cả hơi do lỏng tạ
o ra và các khí có sẵn từ trước. Cần
phải nâng nhiệt độ lên nữa để green mặt thoáng chỉ gồm các hơi do lỏng tạo ra đến khi
chúng có áp suất tổng bằng áp suất đè lên mặt thoáng thì sự sôi sẽ xảy ra. Như vậy,
nhiệt độ sôi của một chất phụ thuộc vào áp suất đè lên mặt thoáng. Áp suất đè lên mặt
thoáng càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao. Do đó một chất lỏng sẽ sôi t
ại nhiệt độ mà ở

đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất đè lên mặt thoáng.
Cần chú ý rằng ở áp suất không đổi, chất nguyên chất sôi ở một nhiệt độ cố
định còn dung dịch thì sôi xảy ra trong một khoảng nhiệt độ.
1.3.2. Định luật Konolalov
Xét sự sôi của dung dịch, ở một nhiệt độ nào đó pha hơi sẽ là một hỗn hợp gồm
tất cả
các hợp phần có mặt trong dung dịch lỏng.
Giả sử dung dịch ban đầu gồm có hai chất A và B. Theo định luật Raoult và
định luật về chất khí:
P
A
=
0
A
P .
L
A
N = P
H
A
P (1)

B
P
=
0
B
P
.
L

B
N
=
P

H
B
N

(2)
Với:
L
A
N : nồng độ phần mol của A trong lỏng

H
A
N
:
nồng độ phần mol của A trong hơi
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân

L
B
N : nồng độ phần mol của B trong lỏng

H
B

N : nồng độ phần mol của B trong hơi
P: áp suất hơi bão hòa của dung dịch
P
A
: áp suất riêng phần của A
P
B
: áp suất riêng phần của B

0
A
P
: áp suất hơi bão hòa nguyên chất của A

O
B
P : áp suất hơi bão hòa nguyên chất của B
Chia (1) cho (2) ta có:
L
B
L
A
L
B
0
B
L
A
0
A

H
B
H
A
N
N
NP
NP
N
N
=
•
•
=
. α
Với α =
0
0
B
A
P
P
: Gọi là độ bay hơi tương đối của A đối với B
Giả sử A dễ bay hơi hơn B, nên α > 1. Do đó theo (3) ta có:

L
B
L
A
H

B
H
A
N
N
N
N
>

Rõ ràng nồng độ chất dễ bay hơi hơn A trong pha hơi ở bất đẳng thức trên lớn
hơn nồng độ của chất dễ bay hơi A trong dung dịch lỏng ban đầu.
Đó cũng chính là định luật Konovalov: Thành phần pha hơi khác thành phần
pha lỏng, pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với pha lỏng.
Nhận xét:
- Dung dịch càng giàu chất dễ sôi thì sôi ở nhiệt độ càng thấp
- Khi sôi, dung dịch cho ra pha hơi giàu chấ
t dễ sôi hơn nó (ban đầu). Dung
dịch sẽ không sôi ở nhiệt độ đó nữa, nó chỉ sôi khi nhiệt độ được tăng lên.
- Dung dịch sôi ở một khoảng nhiệt độ, lớn hơn nhiệt độ của chất dễ sôi và nhỏ
hơn nhiệt độ của chất khó sôi




Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân

1.3.3. Thành phần của pha hơi khi đun sôi một pha lỏng

Hình 1.1. Quan hệ thành phần lỏng – hơi hệ hai chất A -B
Như ta đã biết, một chất lỏng sẽ sôi tại nhiệt độ mà ở đó áp suất hơi bão hòa của
nó bằng áp suất đè lên mặt thoáng. Ở áp suất không đổi chất nguyên chất sôi ở nhiệt
độ cố định.
Người ta còn dùng khái niệm áp suất hơi bão hòa Ried, đó là áp suất tuyệt đôi ở
100
o
F (37.8
0
C) được đặc trưng cho khả năng bay hơi của phân đoạn xăng, đại lượng
này càng lớn khả năng bay hơi càng cao.
Khi một chất lỏng nguyên chất sôi thì nó tạo ra một pha hơi nguyên chất.
Chúng ta hãy xét trường hợp một dung dịch lỏng sôi. Khi đo pha hơi sẽ là một hỗn hợp
thường gồm tất cả các hợp phần có mặt trong dung dịch lỏng. Chúng có thành phần
phụ thuộc vào thành phầ
n của dung dịch lỏng theo định luật Konovalov mà ta đã
biết:

L
B
L
A
L
B
0
B
L
A
0
A

H
B
H
A
N
N
NP
NP
N
N
=
•
•
=
. α (3)
Với α =
0
0
B
A
P
P
: Gọi là độ bay hơi tương đối của A đối với B
Giả sử A dễ bay hơi hơn B, thì
O
B
O
A
PP > . Ta có,

Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
α =
0
0
B
A
P
P
> 1 →
L
B
L
A
H
B
H
A
N
N
N
N
> (4)
Từ (4) ta thấy, nồng độ của chất dẽ bay hơi A trong pha hơi rõ ràng lớn hơn
nồng độ của chất dễ bay hơi B trong dung dịch lỏng ban đầu. phương trình (3) là
phương trình mô tả toán học của định luật Konovalov: Thành phần pha hơi khác thành
phần pha lỏng, pha hơi giàu chất dễ bay hơi so với pha lỏng.
Khái niệm giàu chất dễ sôi hơn ở đây có nghĩa là nồng độ phần mol chấ
t dễ sôi

trong pha hơi lớn hơn nồng độ phần mol của nó trong dung dịch. Ngược lại, dĩ nhiên là
nồng độ chất khó sôi trong pha hơi bé hơn ( nghèo chất khó bay hơi) nồng độ của nó
trong dung dịch lỏng.
Thật vậy, xét hệ benzen (A) và toluen (B) với A là benzen dễ bay hơi hơn B có
thành phần
0,2N
L
Benzen
= , 0,8N
L
Toluen
= ở nhiệt độ thường. Khi nâng nhiệt độ lên 70
0
C
thì
547mmHg,P
0
Benzen
=
202mmHg,P
0
toluen
=
tức là α = 2,71
202
547
= .
Theo định luật Roult:
Bezen
P = 547 . 0,2 = 109,4 mmHg.

Toluen
P = 202 . 0,8 = 161,6 mmHg.
Nếu P =
Toluen
P
+
Bezen
P
=161,6 + 109,4 =271 mmHg.
Theo định luật về chất khí,ta có:

Bezen
P
= P .
H
Bezen
N
→
H
Bezen
N
=
P
P
Bezen
=
271
4,109
= 0,4

Toluen
P = P .
H
Toluen
N →
H
Toluen
N =
P
P
Toluen
=
271
6,161
= 0,6
Rõ ràng, thành phần pha hơi giàu chất dễ bay hơi hơn so với thành phần pha
lỏng đúng theo định luật Konovalov.
Ba đường ứng với 3 giá trị α =
0
Toluen
0
Bezen
P
P
là 1; 2,71 và 5. Khi α càng lớn thì được
cong càng lệch khỏi đường chéo α = 1.
1.3.4. Giản đồ trạng thái cân bằng lỏng – hơi hệ hai chất
Giản đồ trạng thái là một hình cho ta biết sự tồn tại của các pha và mối liên hệ
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
giữa các pha đó,hay nói cách khác, nó cho ta biết sự tương ướng về thành phần các pha
của các chất theo nhiệt độ.
Giả sử có dung dich a gồm hai chất A và B. Ta biết, dung dịch lỏng này sôi ở
nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của chất khó sôi và cao hơn nhiệt độ sôi của chất dễ sôi.
Trục hoành: Trục thành phần.
Trục tung: Trục nhiệt độ.
Giản đồ như hình 1.2 cho ta thấy sự ph
ụ thuộc nhiệt độ sôi của dung dịch vào
thành phần dung dịch ban đầu như mô ta ở đường Ua
3
V gọi là đường lỏng hay đường
sôi. Đường lỏng là đường biễu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ của dung dịch lỏng vào
thành phần pha lỏng. Đường Ua
5
V gọi là đường hơi. Đường hơi là đường biễu diễn sự
phụ thuộc của nhiệt độ mà pha hơi bị ngưng tụ phụ thuộc vào thành phần pha hơi.
Vùng bị kẹp hai đường trên gọi là vùng cân bằng lỏng – hơi.
Giả sử chất A dễ sôi hơn chất B, theo lý thuyết, nếu dung dịch có nồng độ phần
mol của chất A càng lớn thì nhiệt độ sôi của dung dịch càng nh
ỏ. Nếu thành phần ban
đầu của hỗn hợp có nồng độ của chất A (dễ bay hơi) lần lượt là 0,2; 0,57; 0,85 thì theo
hình vẽ ta có T
3
> T
2
>T
d.
Tất cả các dung dịch có nhiệt độ thấp hơn hiệt độ tương ứng
với đường lỏng đều chứa sôi, nghĩa là vẫn còn nguyên ở thể lỏng. Ta có thể thấy được

điều này ở hình vẽ, dung dịch a được đun nóng đến nhiệt độ T
1
(điểm hệ là a
1
), nhiệt
độ T
2
(điểm hệ là a
2
) hay dung dịch b được đun nóng đến nhiệt độ T
1
(điểm hệ là b
1
),
nhiệt độ T
2
(điểm hệ là b
2
) hoặc dung dịch c được đun nóng đến nhiệt độ T
1
(điểm hệ
là c
1
), , chúng đều chưa sôi.

Hình 1.2: Giản đồ trạng thái cân bằng lỏng - hơi
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
Xét quá trình đun sôi dung dịch a (dung dich có 80% mol B và 20% mol A).

Khi đun nóng a đến T
1
ta được dung dịch a
1
. Dung dich này vẫn gồm 80% mol B và
20% mol A, nó vẫn ở thể lỏng, tương tự dung dịch a
2
vẫn ở thể lỏng dù nhiệt độ được
nâng lên T
2
.
Khi đun nóng dung dich a đến nhiệt độ T
3
, dung dịch a trở thành a
3
. Dung a
3

vẫn gồm 80% mol B và có nhiệt độ T
3
. Tại nhiệt độ này, dung dịch a
3
bắt đầu sôi.
Tương tự, khi đun nóng dung dịch c đến nhiệt độ T
2
,dung dịch c trở thành dung dịch c
2

và nó bắt đấu sôi.
Các điểm a, a

1
, a
2,
a
3
, b, b
1
, b
2
,c,c
1
,c
2
, biễu diễn thành phần và nhiệt độ của
pha lỏng nên được gọi là điểm lỏng. Tập hợp các điểm lỏng gọi là vùng lỏng. Vùng
lỏng nằm ở vùng lỏng và dưới vùng lỏng. Bất kỳ một dung dịch nào có điểm biểu diễn
nằm dưới đường lỏng đều không sôi như dung dịch a
1
, a
2,
b
1,
b
2
, Bất kỳ một dung
dịch lỏng nào có điểm biễu diễn nằm trên đường lỏng đều bắt đầu sôi như các dung
dịch g
5,
f
4,

a
3
, b
2
,
Ta lần lượt xét các dung dịch sau:
Dung dịch a với:N
A
= 0,2 và N
B
= 0,8 sôi ở nhiệt độ T
3
.
Dung dịch b với N
A
= 0,42 và N
B
= 0,58 sôi ở nhiệt độ T
3
.
Dung dịch c với N
A
= 0,57 và N
B
= 0,43 sôi ở nhiệt độ T
2
.
Khi đun nóng dung dịch a đến nhiệt độ T
3
, dung a trở thành dung dịch a

3
. Lúc
này dung dịch a
3
vẫn gồm có 0,2 A và 0,8 B ở nhiệt độ T
3
và bắt đầu sôi. Tương tự,
nếu ta đun dung dịch c đến nhiệt độ T
2
, dung dịch d đến nhiệt độ T
d
thì chúng lần lượt
là dung dịch là c
2
và d
d
sôi ở nhiệt độ T
2
và T
d
.
Các điểm a, a
1
,a
2,
b, b
1
, b
2
,c,c

1
, d,d
1
, biễu diễn thành phần và nhiệt độ của pha
lỏng nên được gọi là những điểm lỏng. Tập hợp các điểm lỏng gọi là vùng lỏng. Vùng
lỏng nằm dưới đường lỏng.các điểm thuộc vùng lỏng chưa sôi, còn các dung dịch có
các điểm nằm trên đường lỏng như h
5
, g
4
, a
3
, c
2
, d
1
bắt đầu sôi.
Dựa vào hình vẽ ta thấy: khi đun nóng dung dịch a đến nhiệt độ T
3
, dung dịch
vẫn ở thể lỏng (bắt đầu sôi) được biễu diễn bằng điểm a
3
, lỏng a
3
bắt đầu sôi sinh ra
hơi c
3
. Hơi c
3
là điểm biểu diễm thành phần và nhiệt đội của pha hơi c

3
sinh ra từ lỏng
a
3
. Lỏng a
3
và hơi c
3
có cùng nhiệt độ nhưng thành phần khác nhau. Hơi c
3
có N
B
=
0,43 trong khi lỏng a
3
chứa N
B
= 0,80, hay nói cách khác, hơi c
3
có N
A
= 0,57 trong
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
khi đó lỏng a
3
chỉ chứa 0,2N
A
mà thôi.rõ ràng pha hơi sinh ra sẽ giàu chất dễ bay hơi

hơn so với lỏng ban đầu của nó và dĩ nhiên lỏng còn lạ đang sôi theo đúng định luật
Konovalov đã chỉ rõ.
Vì lỏng a
3
sôi sinh ra hơi c
3
giàu A hơn nên lỏng còn lại sẽ nghèo A hơn hay nói
cách khác, lỏng còn lại sẽ giàu B hơn, nên nó không sôi nữa. Muốn chúng tiếp tục sôi,
ta phải nâng nhiệt độ lên một ít nữa. Lỏng còn lại đó sẽ sôi cho ra một hơi giàu A

hơn
so với bản thân nó nhưng hơi đó sẽ không bao giờ giàu A hơn ban đầu được (nên có
thành phần N
A
< 0,20).
Xét ở nhiệt độ T
4
có lỏng f
4
và hơi b
4
. Lỏng f
4
có N
A
= 0,11, N
B
= 0,89. Ta bảo
lỏng có điểm biểu diễn là a
4

. Hơi b
4
có N
B
= 0,58, N
A
= 0,42 cũng ở nhiệt độ T
4
. Ta
bảo b
4
là điểm hơi biểu diễn pha hơi đó. Quan hệ giữa hơi b
4
và lỏng f
4
được tính theo
quy tắcđòn cánh cân như sau:
Ở nhiệt độ T
4
hệ có hai pha là pha hơi và pha lỏng. Chúng phụ thuộc vào hệ a
ban đầu nên điểm a
4
là điểm biểu diễn thành phần của hệ. Điểm a
4
gọi là điểm hệ.
Theo quy tắc đòn cánh cân ta có:
Đoạn thẳng
44
ba . Lượng pha hơi b
4

= đoạn thẳng
44
fa . Lượng pha lỏng f
4
.
Theo hình vẽ:
44
ba
= 0,80 – 0,58 = 0,22

44
fa = 0,89 – 0,80 = 0,09
Nên,
4
4
b hoi pha Luong
f long pha Luong
=
44
44
fa
ba
=
9
22
29,0
22,0
=
Quan hệ đó có nghĩa là tại nhiệt độ này, pha lỏng vẫn còn nhiều hơn pha hơi
22/9 lần, lượng pha lỏng bằng 22/31 lượng hệ, lượng hơi bằng 9/31 lượng hệ.

Ta thấy lỏng a
3
, lỏng f
4
là các pha lỏng bắt đầu sôi và luôn cho ra một pha hơi
tương ứng có điểm biễu diễn trên đường hơi lần lượt là c
3
và b
4
. Lỏng c
2
, lỏng d
d
sôi
cho ra hơi d
2
, hơi e
d
lần lượt ở nhiệt độ T
2
, T
d.
vùng nằm giữa vùng lỏng và vùng hơi là
vùng dị thể, nghĩa là vùng mà nếu mà điểm hệ nằm trong đó như là điểm a
4
, b
3
thì hệ
luôn luôn gồm hai pha: pha lỏng và pha hơi với thành phần được tính theo quy tắc đòn
cánh cân như trên. Ta bảo vùng dị thể có cân bằng lỏng – hơi.

Ví dụ, Ở nhiệt độ T
2
hệ có 0,43B với điểm hệ là c
2
. Điểm c
2
trùng với điểm
lỏng c
2
, ta có điểm hơi d
2
nên:
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân

22
dc . Lượng hơi =
22
cc . Lượng lỏng
Vì:
22
cc = 0 mà
22
dc #0, nên dễ thấy lượng hơi bằng 0. Chính xác hơn là
22
cc
gần bằng không, nghĩa là lượng hơi có nhưng rất ít vì hơi chỉ mới bắt đầu sinh ra
mà thôi.
Khi đun nóng a đến nhiệt độ T

5
, điểm hơi là a
5
trùng với điểm hệ, còn điểm
lỏng la g
5
. Lỏng g
5
chứa đến 0,97B và chỉ còn 0,3A. Hệ bây giờ giàu B (chất khó sôi
nên sôi ở nhiệt độ cao hơn là T
5
để cho ra hơi là a
5
). Thực ra trong hệ chỉ có hơi a
5
, có
rất ít lỏng g
5
vì theo quy tắt đòn cánh cân, tại đây:

55
aa . Lượng hơi =
55
ga . Lượng lỏng
Vì
55
aa = 0 và
55
ga # 0 nên lượng lỏng g
5

= 0 (gần bằng không). Sự sôi của
hệ a kết thúc tại đây.
Nếu nâng nhiệt độ lên T
6
, ta chỉ còn pha hơi a
6
. Tất cả các điểm biễu diễn nằm
phía trên đường hơi chỉ gồm một pha hơi. Tập hợp các điểm biểu diễn gọi là vùng hơi.
Tóm lại :
Ở nhiệt độ thấp hơn đường lỏng, hệ vẫn là pha lỏng, chưa sôi.
Ở nhiệt độ ứng với đường lỏng thì hệ bắt đầu sôi.
Ở nhiệt độ nằm trong vùng dị
thể thì hệ đang sôi, gồm pha hơi và pha
lỏng.
Ở nhiệt độ ứng với đường hơi thì hầu hết là pha hơi. Sự sôi sắp kết thúc.
Ở nhiệt độ trên đường hơi, hệ chỉ có một pha, đó là pha hơi.
Như vậy, dung dịch chỉ sôi ở một khoảng nhiệt độ nhất định, chúng phụ thuộc
mạnh vào nồng độ của các chất trong dung dị
ch và điều tất yếu xẩy ra là nhiệt độ tăng
dần trong quá trình sôi.
1.4. Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT
Qúa trình chưng cất có ý nghĩa rất quan trọng, chưng cất để tách các dung dịch
thành các cấu tử khác nhau theo nhu cầu mong muốn sử dụng của con người. Đồng
thời mang lại hiệu quả cao nhất trong quá trình sản xuất.
Đối với ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ việc sử dụ
ng dầu mỏ ở dạng thô không
thuận lợi, không kinh tế, kém hiệu quả. Do đó cần phải chế biến dầu mỏ thành những
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân

sảm phẩm có tình kỷ thuật ngày càng cao. Để chế biến dầu thô thành các sản phẩm thì
việc đầu tiên và bắt buộc là phải phân chia nó thành các phân đoạn bằng phương pháp
chưng cất.
Quá trình chế biến dầu mỏ được cải thiện trong các nhà máy lọc dầu và hóa
dầu. Các nhà máy lọc dầu chế biến dầu mỏ thành những sảm phẩm gồm từ những hợp
chất hóa học về cơ
bản đã có trong dầu mỏ. Các sản phẩm đó là xăng dùng cho ô tô,
dầu diezel làm nhiên liệu cho động cơ diezel, chất bôi trơn, nhiên liệu phản lực, nhựa
đường, Vì những đặc điểm kể trên mà việc chưng cất dầu thô được tiến hành trong
một hệ thống gồm nhiều tháp chưng cất hoạt động ở các áp suất khác nhau.
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LÝ PHÉP CHƯNG CẤT
Ta khảo sát quá trinh chưng cất trong thiết bị đơn giản hình 2.1 như sau:













Hình 2.1: Sơ đồ chưng cất đơn giản

1. Nguồn nhiệt 9. Cổng hút chân không
2. Bình thủy tinh 10. Adapter (thiết bị kết nối)
3. Cột ngưng tụ-bay hơi 11. Điều chỉnh nhiệt độ
4. Nhiệt kế 12. Điều chỉnh tốc độ khu
ấy
5. Ống sinh hàn 13. Thiết bị khấy và gia nhiệt
6. Nước làm lạnh đầu vào 14. Dầu gia nhiệt
7. Nước làm lạnh đầu ra 15. Cánh khuấy
8. Bình chứa sản phẩm chưng cất
16. Dung dịch làm lạnh

Dung dịch chưng cất gồm hai chất A và B gọi là dung dịch a,
chúng được đựng trong bình (2) nguồn nhiệt (1) cấp cho bình. Dung dịch sôi ở nhiệt
độ T
3
.
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
Hơi bay vào ống sinh hàn (5) được chảy trong ống dẫn hơi ngưng tụ nằm trong ống
sinh hàn, khi gặp lạnh, ngưng tụ thành các giọt lỏng (distillat) chảy vào ống nhận
distillat (8). Để quá trình sôi diễn ra điều hòa, người ta thêm vào trong bình một ít đá
bọt hoặc nhúng vào dung dịch một mao quản (15). Nhiệt kế (4) dùng để theo giỏi nhiệt
độ của hơi lấy ra.
Như vậy, phép chưng cất dựa trên sự sôi trong một h
ệ mở gần như đẳng áp vì
hơi sinh ra liên tục và liên tục được lấy ra khỏi hệ, giống như khi ta đun sôi một nồi
nước không đậy nắp.
Như hình trên ta thấy rằng lỏng chảy vào ống nhận có N
A

= 0,57 và N
B
= 0,43
so với lỏng ban đầu là N
A
= 0,2 và N
B
= 0,8.
Vậy, bằng cách chưng cất dung dịch a nghèo A trong bình đun ta thu được
distillat c
3
giàu A hơn. Đó là phép chưng cất đơn giản nhất.
Chưng cất là phương pháp tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó rồi ngưng
tụ bay hơi ra để tách được hai phần: phần nhẹ gọi là distillat và phần nặng gọi là cặn
chưng cất.
Nếu bây giời ta dùng distillat c
3
cho vào thiết bị trên để chưng cất tiếp thì dung
dịch c bây giờ đóng vài trò dung dịch cần chưng cất có N
A
= 0,57.
Gia nhiệt dung dịch c chỉ đến nhiệt độ T
2
(nhỏ hơn T
3
) thì nó đã sôi và ta thu
được hơi d
2
, hơi đó được làm lạnh, cho ta distillat d
1

có N
A
cao hơn nữa: N
A
= 0,85.
Tiếp tục làm nhiều lần như vậy thì ta sẽ thu được A gần như nguyên chất.
Vậy, phép chưng cất có thể tách dung dịch thành distillat có thành phần mong
muốn và cặn chưng cất.
2.2.CHƯNG ĐƠN GIẢN
2.2.1.Chưng bay hơi dần dần
Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày ở hình 2.2. Hỗn hợp chất lỏng
được đưa vào thiết bị đốt nóng(2) liên tục trong bình ch
ưng (1) từ nhiệt đọ thấp tới
nhietj độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sảm phẩm và ngưng tụ hơi bay ra trong thiết bị
ngưng tụ (3), cuối cùng thu sảm phẩm lỏng trong bể chứa (4). Phương pháp chưng này
thường chỉ áp dụng trong phòng thí nghiệm.

Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân








2.2.2. Chưng cất bay hơi một lần

Hinh 2.3: Sơ đồ chưng bay hơi một lần
Phương pháp này còn gọi là bay hơi cân bằng. sơ đồ như hình vẽ 2.3. Hỗn hợp
chất lỏng được cho liên tục vào thiết bị đun sôi (2), ở đây hỗn hợp được đốt nóng đến
nhiệt độ xác định và ở áp suất cho trước. Pha lỏng – h
ơi được tạo thành và đạt đến
trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó lại được cho vào thiết bị phân chia một lần trong
thiết bị đoạn nhiệt (1). Pha hơi qua thiết bị ngưng tụ (3) rồi vào bể chứa (4) ta nhận
được phần cất, phía dưới thiết bị (1) pha lỏng tách ra liên tục và nhận được phần cặn.
Tỷ lệ giữa lượng hơi
được tạo thành khi bay hơi một lần với lượng chất lỏng nguyên
liệu chưng ban đầu gọi là phần chưng cất (gọi tắt là phần chưng).
Chưng cất bay hơi một lần như vậy sẽ cho phép nhận được phần chưng cất lớn
hơn so với bay hơi dần dần ở cùng một điều kiện về nhiệt độ và áp suất. Ưu
điểm nổi
bật này của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất
Thùng bay hơi 1 lần
Sản phẩm chưng
lỏng
Dầu thô
Sản phẩm đáy
Dầu
Cặn
Thùng bay hơi

Sản phẩm chưng cất
phân đoạn
Hình 2.2. Sơ đồ chưng bay hơi dần dần

Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
dầu. Tuy với nhiệt độ chưng giới hạn, nhưng vẫn cho phép nhận được một lượng phần
cất lớn hơn.
2.2.3. Chưng cất bay hơi nhiều lần
Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau ở
nhiệt độ tăng cao dần (hơi ở áp suất thấp hơn) đối với phần cặn. S
ơ đồ như hình vẽ 2.4.
Phần cặn của chưng lần một, là nguyên liệu cho chưng lần hai sau khi được đốt nóng
đến nhiệt độ cao hơn. Từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh,
còn ở đáy của thiết bị chưng lần hai nhận được phần cặn.
Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi m
ột lần và bay hơi nhiều lần có ý
nghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biết dầu mỏ ở các dây chuyền hoạt động
liên tục. Qúa trình bay hơi một lần được áp dụng khi đốt nóng dầu trong thiết bị trao
đổi nhiệt, trong lò ống và tiếp theo quá trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận
cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện.
Chưng cất đơn giản, nhất là loạ
i bay hơi một lần, không đạt được độ phân chia
cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất lỏng. Để nâng
cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng người ta phải tiến hành chưng cất có
hồi lưu hay chưng cất có tinh luyện – đó là chưng cất phức tạp.
Ưu điểm: của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện th
ực tế
chưng cất dầu.

Nhược điểm: của phương pháp này là nhiệt độ chưng lại bị giới hạn và không
tách được sản phẩm trắng riêng ra.

Hình 2.4. Sơ đồ chưng bay hơi nhiều lần
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
2.3. CHƯNG CẤT PHỨC TẠP
2.3.1. Chưng cất có hồi lưu
Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy ra một phần chất lỏng ngưng tụ
từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng hơi bay lên.
Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà
pha hơi khi tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi
thấp hơn) so với khi không có sự hồi lưu, nhờ vậy mà có độ phân chia cao hơn. Việc
hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt và được bố trí phía trên
thiết bị chưng.
Tùy theo mục đích ý nghĩa mà người ta sử dụng các dạng hồi lưu như sau:
* Hồi lưu đỉnh:
Hồi lưu đỉnh có hai dạng đó là hồ
i lưu nóng và hồi lưu nguội.
+ Hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản phẩm
đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó sau đó cho tưới trở lại đỉnh tháp. Như vậy, chỉ cần cấp một
lượng nhiệt đủ để cho chúng bay hơi (do bị ngưng tụ).
+ Hồi lưu lạnh được thực hiện bằng cách làm nguộ
i và ngựng tụ sản phẩm đỉnh rồi
tưới lại đỉnh tháp.
Khi đó, nhiệt lượng cần thiết để cấp cho phần hồi lưu bao gồm nhiệt cần đun nóng nó
đến nhiệt độ và nhiệt lượng cần để hóa hơi.
* Hồi lưu hơi:
Được thực hiện bằng cách đun sôi để bay hơi một phần sản phẩm đáy (cặn VR)

rồ
i đưa về vùng đáy tháp.
* Hồi lưu vòng.
Hồi lưu dạng này còn được gọi là hồi lưu trung gian. Để phân bố lưu lượng
lỏng và hơi hydrocacbon được đồng đều hơn cũng như việc điều chỉnh nhiệt độ của
các vùng trong tháp chưng cất, người ta rút bớt một lượng lỏng ở một độ cao (thích
hợp) nào đó, làm lạnh nó, rồi lại đưa vào tháp ở
vài ba đĩa cao hơn.
Hồi lưu vòng có ưu điểm là giảm lưu lượng ở một vùng nào đó trong tháp nhằm
làm giảm tiết diện của tháp (làm tăng công suất của tháp), hơn nữa, nó tận dụng một
lượng nhiên liêu rất lớn ở trong tháp chưng cất để đun nóng dầu thô hoặc trao đổi nhiệt
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
với các nguyên liệu cần thiết khác nên trong trường hợp này, ý nghĩa chính của sự hồi
lưu là làm tăng độ phân tách – giảm đi rất nhiều.
2.3.2. Chưng cất có tinh luyện
Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu
Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả phía hai phía giữa
pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiề
u nhau. Quá trình này được thực hiện
trong tháp tinh luyện. Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện giữa pha hơi và pha lỏng,
trong tháp được trang bị các đĩa hay đệm. Độ phân chia các hỗn hợp trong tháp phụ
thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha, vào lượng hồi lưu ở đỉnh tháp.

Hình. 2.5. Sơ đồ nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp chưng luyện
Pha hơi V
n
bay lên từ đĩa thứ n lên đĩa thứ n – 1 được tiếp xúc với pha lỏng L
n1

chảy từ đĩa n – 1 xuống, còn pha lỏng L
n
từ đĩa n chảy xuống đĩa phía dưới n + 1 lại
tiếp xúc với pha hơi V
n + 1
bay từ dưới lên. Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá
trình trao đổi chất xảy ra tốt hơn. Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm cấu
tử nhẹ còn pha lỏng chảy xuống phía dưới ngày càng chứa nhiều cấu tử nặng. Số lần
tiếp xúc càng nhiều, quá trình trao đổi chất càng được tăng cường và kết quả phân tách
của tháp càng tốt, hay nói casch khác, tháp có độ phân chia càng cao. Đĩa trên cũng có
M¸ ng ch¶y
truyÒn
Håi l- u trung gian
§Üa chôp
Tí i th¸ p bay h¬i phô
Cöa th¸ o håi l- u
ChÊt láng

Ln-1
Vn
Ln
Vn+1
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
hồi lưu đỉnh và đĩa dưới cũng có hồi lưu đáy. Nhờ có hồi lưu ở đỉnh và đáy làm cho
tháp hoạt động liên tục ổn định và có khản năng phân tách cao. Ngoài đỉnh và đáy
người ta con thiết kế hồi lưu trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp
cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào tháp, khi lấy sản phẩm cạnh sườn
c
ủa tháp người ta trang bị thêm các bộ phận tách trung gian cạnh sườn.

Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống thiết bị chưng cất
2.3.3. Chưng cất trong chân không và chưng cất với hơi nước.
Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô không bền, dễ bị phân huỷ nhiệt nhất là
các hợp chất chứa lưu huỳnh và các chất cao phân tử như nhựa… Các hợp chất parafin
kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphten và các naphten lại kém bền nhiệt hơn các hợp
chất thơm. Độ bền nhiệt của các cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
mà còn phụ thuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó. Trong thực tế chưng cất, đối
với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ nhiệt chúng khi
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
đốt nóng. Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá 420
o
C với dầu
không có hay chứa rất ít lưu huỳnh và không quá 320 ÷ 340
o

C với dầu có và nhiều lưu
huỳnh.
Sự phân huỷ khi chưng sẽ làm xấu đi tính chất của sản phẩm, như làm giảm độ
nhớt và nhiệt bắt cháy cốc kín của chúng, giảm độ bền ôxy hoá. Nhưng quan trọng hơn
là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chưng cất, chúng tạo thành các hợp chất ăn mòn
và làm tăng năng suất của tháp. Để giảm sự phân huỷ thì thời gian lưu của nguyên liệ
u
ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí
quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải dùng chưng cất chân
không (VD) hay chưng cất hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt. Chưng cất chân
không làm giảm nhiệt độ sôi, giảm áp suất riêng phần của hỗn hợp làm cho chúng sôi
ở nhiệt độ thấ
p hơn. Hơi nước được dùng ngay cả trong chưng cất khí quyển. Khi tinh
luyện, hơi nước được dùng để tái bay hơi các phân tử có nhiệt độ thấp còn chứa trong
mazut hay chứa trong gudron, trong nguyên liệu dầu nhờn. Kết hợp dùng chân không
và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo tách sâu hơn phân đoạn dầu
nhờn.
Tuy nhiên, tác dụng của hơi nước làm tác nhân bay hơi còn sự hạn chế. Vì nhi
ệt
lượng bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng. Vì thế nếu tăng lượng hơi
thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và khả năng tách hơi cũng
giảm theo. Do vậy lượng hơi nước có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng từ 2 ÷ 3 so
với nguyên liệu đem chưng cất khi mà số lần cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4. Trong đ
iều kiện
như vậy lượng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 ÷ 23%.
Khi chưng cất hơi nước, số lượng phân đoạn tách ra được có thể tính theo
phương trình sau:
G =
18
Mf

*
pfP
pf
−
*Z
Trong đó : G và Z: số lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước.
M
f
: phân tử lượng của hơi dầu
18 : phân tử lượng của hơi nước
P : áp suất tổng cộng của hệ
p
f
: áp suất riêng của dầu ở nhiệt độ chưng .
Đồ án hóa dầu Nghiên cứu về nguyên lý phép chưng cất

GVHD: Th.s Lê Thị Mỹ Nhân SVTH: Nguyễn Chí Tuân
Nhiệt độ hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu để tách sản
phẩm dầu ngậm nước. Do vậy, người ta thường dùng hơi nước có nhiệt độ 380 ÷
450
o
C, áp suất hơi từ 0.2 ÷ 0.5 MPa.
Hơi nước dùng trong công nghệ chưng cất dầu có nhiều ưu điểm làm giảm áp
suất riêng phần của dầu, tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích điện cục bộ, tăng
diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành các tia và bong bóng hơi. Người ta cũng dùng
hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chưng cấ
t chân không. Khi
đó đạt mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh và ngăn chặn quá trình tạo cốc
trong các lò ống đốt nóng. Tiêu hao hơi nước trong trường hợp này khoảng 0.3 ÷ 0.5%
so với nguyên liệu.

2.4. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHƯNG CẤT
Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu suất và chất lượng của sản phẩm thu
của quá trình chưng luyện là nhiệt độ, hiệu suất và phương pháp hồi lưu…Chế độ và
công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu, vào mục đích và yêu
Hình 2.7: Sơ đồ chưng bằng hơi nước trực iếp
a, chưng gián đoạn b, chưng liên tục