nghiên cứu - chế tạo và cải tiến thiết bị chưng cất xác định thành phần cất sản phẩm dầu mỏ



Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Về lĩnh vực trang thiết bị ngành vận hành thiết bị chế biến dầu khí hiện nay phục
vụ cho công tác giảng dạy và học thực hành còn thiếu rất nhiều so với chương trình
đào tạo hoặc giá thành ngoài thị trường, mua của nước ngoài là rất cao, không đủ
thiết bị để học sinh, sinh viên thực hành. Trang thiết bị phục vụ cho công tác đào tạo
Ngành Vận hành thiết bị dầu khí, Phân tích sản phẩm dầu khí hiện nay của Nhà
trường về lĩnh vực Công nghệ Lọc hóa dầu còn nhiều thiếu thốn, dẫn đến phần nào
gây nhiều khó khăn trong công tác giảng dạy thực hành của giáo viên và cũng như
việc học thực hành của học sinh, sinh viên.
Nửa cuối thế kỷ XX, thế giới chứng kiến sự bứt phá và chiếm lĩnh vị trí thống
soái của dầu mỏ và khí thiên nhiên với nền công nghiệp và dịch vụ xã hội, bỏ xa
nhiên liệu hóa thạch truyền thống là than đá. Và cho đến nay dầu mỏ là một trong
những nguồn năng lượng quan trọng nhất trong một nền kinh tế. Chính vì sự ứng
dụng rộng rãi trong gần như mọi hoạt động sống của con người, là nguồn nhiên liệu
cho hầu hết các phương tiện giao thông vận tải và các ngành sản xuất khác mà dầu
mỏ đã được xem là “vàng đen”.
Trải qua các quá trình chế biến, dầu mỏ cho ra nhiều sản phẩm khác nhau
phục vụ cho cuộc sống con người. Tuy nhiên để đưa một sản phẩm dầu mỏ ra thị
trường tiêu thụ thì nó đó cần đạt được các tiêu chí chất lượng nhất định.
Dựa vào thiết bị chưng cất xác định thành phần cất của sản phẩm dầu mỏ ta
có thể xác định được các đặc tính chưng cất (tính bay hơi) của hydrocacbon:
+ Các đặc tính chưng cất (tính bay hơi) của hydrocacbon thường có ảnh
hưởng quan trọng đến sự an toàn và tính năng sử dụng của chúng đặc biết đối với
các loại nhiên liệu và dung môi. Dựa vào dải sôi có thể biết được các thông tin về
thành phần, tính chất của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dụng. Tính bay
hơi là một yếu tố chính để xác định xu hướng tạo hơi nổ của hỗn hợp hydrocacbon.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 1




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012

+ Các đặc tính chưng cất có vai trò đặc biệt quan trọng cho cả xăng ôtô và
xăng máy bay, ảnh hưởng đến sự khởi động máy, làm nóng máy và xu hướng tạo
nút hơi ở nhiệt độ vận hành cao hoặc độ cao lớn, hoặc cả hai. Sự có mặt của các
thành phần có điểm sôi cao trong các loại nhiên liệu có thể ảnh hưởng đáng kể đến
sự tạo thành cặn cháy cứng.
+ Tính bay hơi ảnh hưởng đến sự bay hơi, tính chất này là một yếu tố quan
trọng khi sử dụng các dung môi, đặc biệt là những dung môi pha sơn.
Với điều kiện về kinh phí của nhà trường hiện nay có hạn nên việc mua sắm
trang thiết bị từ nước ngoài rất hạn chế. Hơn nữa, là sinh viên ngành dầu khí và sẽ là
công nhân kĩ thuật trong tương lai gần, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị này sẽ giúp
chúng em củng cố và mở rộng hơn nữa những kiến thức đã được học trên trường lớp,
gắn lí thuyết với thực hành.
Để đáp ứng nhu cầu trong công tác giảng dạy thực hành và việc học thực thực
hành của học sinh sinh viên của khoa Công nghệ Lọc Hóa dầu vào những năm tiếp
theo, …
Chính vì những lí do đó, nhóm chúng em đã mạnh dạn lựa chọn và tiến hành nghiên
cứu đề tài: “Nghiên cứu - Chế tạo và cải tiến thiết bị chưng cất xác định thành
phần cất sản phẩm dầu mỏ”
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu:
Phân tích các sản phẩm lọc dầu là một công đoạn quan trọng cuối cùng trước

khi đưa sản phẩm vào đi vào sử dụng trong thực tế, vì vậy nó quyết định đến chất
lượng sản phẩm.
Việc sử dụng các thiết bị đạt tiêu chuẩn quốc tế để đánh giá các tiêu chuẩn chất
lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong thời kì hội nhập kinh tế quốc tế của nước
ta.
* Thuận lợi: Được Đảng ủy-BGH Nhà trường và Thầy cô giáo trong Khoa Công
nghệ lọc hóa dầu quan tâm, chú trọng trong việc tạo điều kiện cho học sinh sinh viên
nghiên cứu khoa học trong Nhà trường.
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 2




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012

* Khó khăn: Các thành viên trong nhóm bên cạnh công tác nghiên cứu khoa học
còn phải thực hiện việc học tập nên việc nghiên cứu thường xuyên bị gián đoạn. Một
số vật tư và thiết bị đều phải mua ngoài thị trường.
Tuy nhiên, với sự cố gắng, nỗ lực của tất cả thành viên thực hiện đề tài chúng em
hy vọng đề tài sẽ đạt được kết quả tốt như nhiệm vụ đặt ra.
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu chế tạo thiết bị chưng cất xác định thành phần cất của sản phẩm dầu
mỏ đưa vào phục vụ giảng dạy thực hành phù hợp với nội dung chương trình đào tạo
ngành Vận hành thiết bị dầu khí đáp ứng trong việc sử dụng thiết bị để giảng dạy và
học thực hành của học sinh sinh viên góp phần nâng cao chất lượng đào tạo của Khoa
Công nghệ lọc hóa dầu và của Nhà trường.
4. Đối tượng nghiên cứu:
Thiết bị chưng cất xác định thành phần cất của sản phẩm dầu mỏ (bộ phận làm lạnh,

bộ phận gia nhiệt, các dụng cụ thí nghiệm đi kèm, các vật tư cấu thành thiết bị: nút
cao su, tấm đỡ, thiết bị định tâm đầu dò nhiệt độ…).
5. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu ứng dụng để giảng dạy thực hành thí nghiệm môđun thực hành quá
trình chưng cất trình độ trung cấp và cao đẳng nghề thuộc các ngành nghề của khoa
Công nghệ lọc hóa dầu như Vận hành thiết bị dầu khí; phân tích các sản phẩm dầu
lọc dầu,…
6. Ý nghĩa khoa học
* Về cơ sở khoa học:
- Giúp người nghiên cứu nắm rõ được cơ sở lý thuyết về chưng cất nói chung cũng
như chưng cất các sản phẩm lọc dầu nói riêng.
- Giúp sinh viên thực hành nắm rõ quy trình tiến hành chưng cất, các thao tác cơ bản
của bài thí nghiệm. Từ đó có thể hiểu rõ hơn về những lý thuyết đã được học.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 3


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



* Về thực tế:
Chế tạo được thiết bị hoàn chỉnh phục vụ cho công tác nghiên cứu và học tập
cho sinh viên cũng như giáo viên khoa Lọc hóa dầu.
7 .Ứng dụng của đề tài
Thiết bị phục vụ tốt cho công tác nghiên cứu và học tập cho sinh viên cũng như
giáo viên khoa Lọc hóa dầu.
Từ thiết bị đã được chế tạo, làm tiền đề cho các quá trình nghiên cứu sâu hơn

về sau.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 4


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Từ thời xưa, con người đã biết phương pháp chưng cất để phục vụ cuộc sống.
Trong thời kỳ Cổ đại các loại tinh dầu được chưng cất nhiều nhất. Vào thời kỳ chuyển
tiếp thế kỷ (năm 1000), khi axít sulfuric và axít nitric và đặc biệt là từ khi rượu
(êtanol) được khám phá thì chưng cất trở thành một phương pháp hết sức quan trọng.
Thêm vào đó, trong thế kỷ 17, là việc chưng cất lấy nước ngọt từ nước biển và chưng
cất nhựa đường và hắc ín để trét kín tàu. Từ khi dầu mỏ được con người biết đến,
Theo Thánh kinh, đó là chất nhựa đường (asphalte hay bitume) mà NOÉ đã xảm
thuyền (calfater) cho cái tàu của ông (arche) và mẹ của MOISE đã phết vô nôi của
con trai bà trước khi thả trên sông NIL. Những người Ai Cập cũng dùng để bảm đảm
sự bảo quản những xác ướp (momie) của họ. Bên Âu Châu, sử dụng hydrocarbure
xưa nhất là để cho dầu mỡ vào bánh xe của những xe bò, nhất là dùng trong y học.
Dầu hay bitume (là loại đá màu xám đen hay nâu, có tính nhờn mà người ta trộn với
đá vôi bột để làm asphalte nhân tạo) thực ra dùng để điều chế thuốc dẻo để bôi cho
chứng nhức lưng, vết thương và sưng phồng. Ở Trung Quốc nó được sử dụng như
như một chất đốt đơn thuần. Theo thời gian, con người đã biết thành phần của dầu
mỏ chứa nhiều họp chất quan trọng. Chính vì vậy, loài người đã tìm tòi, nghiên cứu
phương pháp sử dụng tốt nhất dầu mỏ. Từ đó, chưng cất dầu mỏ ra đời.

1.1.

Khái niệm, mục tiêu, quá trình chưng cất

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như
hỗn hợp khí thành các cấu tử riêng biệt.
Nguyên tắc: dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa
là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau).
Sản phẩm:
+ Đỉnh: cấu tử có độ bay hơi lớn – nhiệt độ sôi thấp
+ Đáy: cấu tử có độ bay hơi kém – nhiệt độ sôi cao

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 5


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



Trong tự nhiên, nhiều loại chất lỏng có nhiệt độ sôi ở một điểm cố định, ví vụ
như nước có nhiệt độ sôi ở 100oC (ở áp suất khí quyển-1amt), do nước chỉ chứa 1
loại cấu tử.
Xăng động cơ là hỗn hợp của nhiều loại phân tử hydrocacbon khác nhau, chưa kể
một lượng nhỏ các chất phụ gia có trong xăng. Mỗi loại phân tử hydrocacbon đề có
đặc tính hóa lý riêng và nhiệt độ sôi là một trong những đặc tính hóa lý đó. Các phân
tử hydrocacbon khác nhau thì có nhiệt độ sôi khác nhau. Chính vì vậy, xăng không
có nhiệt độ sôi cố định mà sôi ở trong một khoảng nhiệt độ, thường nằm trong khoảng
30-220oC

Để đánh giá nhiệt độ sôi của xăng trong phòng thí nghiệm, người ta tiến hành
chưng cất 100ml xăng và ghi lại giá trị nhiệt độ tại các điểm có nhiệt độ sôi khác
nhau. Khi đó, các phân tử hydrocacbon khác nhau trong xăng sẽ chuển riêng rẽ từ
dạng lỏng sang dạng khí. Vì vậy tính chất sôi và bay hơi của xăng thường được đánh
giá bằng nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt độ sôi tương ứng với % thể tích
chưng cất được của xăng ngưng tụ trong thiết bị chưng cất và được gọi chung là
thành phần cất.
Dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ không thể dễ dàng phân tách thành các
hydrocacbon riêng biệt, chúng chỉ có thể phân chia ra thành các thành phần nhỏ hơn
gọi là phân đoạn. Trong mỗi phân đoạn gồm một hỗn hợp hydrocacbon đơn giản.
Ứng với từng phân đoạn ta có thể biết được các sản phẩm thu được và khối
lượng của chúng.
1.2.

Ý nghĩa

1.2.1. Ý nghĩa sử dụng của phương pháp xác định thành phần cất
+ Phương pháp cơ bản xác định dải sôi của sản phẩm dầu mỏ bằng việc thực
hiện một đợt chưng cất đơn giản đã được sử dụng từ lâu trong ngành công nghiệp
dầu mỏ. Phương pháp đã được áp dụng một thơi gian dài nên có môt lượng lớn cơ sở
số liệu lưu trữ để dự đoán độ nhạy tối đa đối với sản phẩm và quá trình chế biến.
+ Các đặc tính chưng cất (tính bay hơi) của hydrocacbon thường có ảnh hưởng
quan trọng đến sự an toàn và tính năng sử dụng của chúng đặc biết đối với các loại
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 6


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



nhiên liệu và dung môi. Dựa vào dải sôi có thể biết được các thông tin về thành phần,
tính chất của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dụng. Tính bay hơi là một yếu
tố chính để xác định xu hướng tạo hơi nổ của hỗn hợp hydrocacbon.
+ Các đặc tính chưng cất có vai trò đặc biệt quan trọng cho cả xăng ôtô và
xăng máy bay, ảnh hưởng đến sự khởi động máy, làm nóng máy và xu hướng tạo nút
hơi ở nhiệt độ vận hành cao hoặc độ cao lớn, hoặc cả hai. Sự có mặt của các thành
phần có điểm sôi cao trong các loại nhiên liệu có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự tạo
thành cặn cháy cứng.
+ Tính bay hơi ảnh hưởng đến sự bay hơi, tính chất này là một yếu tố quan
trọng khi sử dụng các dung môi, đặc biệt là những dung môi pha sơn.
+ Thông thường trong các tiêu chuẩn chất lượng, hợp đông mua bán, quy trình
lọc dầu, kiểm tra và các quy định về sự phù hợp đều quy định các giới hạn chưng cất.
1.2.2. Ý nghĩa của việc xác định thành phần cất
Ngoài việc đánh giá thành phần hoá học của xăng thì thành phần cất còn có ý
nghĩa rất quan trọng đối với xăng nhiên liệu bởi các giá trị của nó ảnh hưởng trực
tiếplên khả năng khởi động, khả năng tăng tốc và cả khả năng cháy hoà toàn trong
buồng cháy.
* Ảnh hưởng đến khả năng khởi động:
Xăng cho động cơ phải có một độ bay hơi nhất định để cho động cơ có thể khởi
động được ở nhiệt độ thấp. Qua nghiên cứu thực tế cho thấy khả năng khởi động
của động cơ ở nhiệt độ thấp phụ thuộc vào nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi 10%,
20%, 30%. Khi những giá trị này càng thấp thì động cơ càng dễ khởi động, nhưng
nếu chúng thấp quá thì xăng bay hơi quá nhiều do đó dễ gây ra hiện tượng nút hơi
làm thay đổi thành phần của xăng được nạp vào xylanh ở một số chu kỳ nào đó
gây ra hiện tượng thiếu hụt xăng cung cấp cho động cơ, điều này thường dẫn đến
quá trình cháy không hoàn toàn và tạo ra nhiều chất độc hại trong khói thải làm ô
nhiễm môi trường. Ngoài ra quá trình bay hơi lớn sẻ gây mất mát vật chất và cũng
gây ô nhiễm. Ngược lại khi những giá trị quá lớn nghĩa là xăng khó bay hơi thì

động cơ khó khởi động khi đang ở nhiệt độ thấp.
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 7


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



* Ảnh hưởng lên khả năng tăng tốc
Khi chuyển từ chế độ chậm sang chế độ nhanh, động cơ đòi hỏi lượng xăng nạp
vào phải đủ lớn và bay hơi nhanh để bảo đảm cho quá trình cháy cung cấp nhiệt.
Độ bay hơi này phụ thuộc vào nhiệt độ sôi đầu đến nhiệt độ sôi t50%, t60%,
Cũng tương tự như trên, khi những nhiệt độ sôi này càng nhỏ thì độ bay hơi càng
tốt tạo điều kiện tốt cho quá trình cháy tốt. Ngược lại khi những giá trị này lớn thì
quá trình hoá hơi không tốt do đó dễ dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn tạo ra
nhiều chất độc hại trong khói thải gây ô nhiễm môi trường.
Ảnh hưởng đến khả năng cháy hết
Nhiệt độ sôi cuối và những nhiệt độ sôi 90%, 95% của xăng phải được giới hạn
nhất định để bảo đảm quá trình cháy tốt. Nếu những giá trị này lớn quá thì quá trình
cháy sẽ không hoàn toàn. Phần nhiên liệu không cháy hết có thể bị phân huỷ trong
điều kiện nhiệt độ cao làm tăng nồng độ chất độc hại trong khói thải hoặc chúng tồn
tại ở trạng thái lỏng và đọng lại trên thành xy lanh làm loảng màng dầu bôi trơn gây
ra hiện tượng mài mòn, sau đó chúng được xecmăng đưa xuống carter chứa dầu và
làm bẩn dầu bôi trơn.
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm dầu mỏ
Để đánh giá chất lượng dầu thô trên thị trường, đồng thời định hướng cho các
quá trình sử dụng, chế biến, tính toán công suất thiết bị cho nhà máy lọc dầu, việc
phân tích, xác định các chỉ tiêu của dầu thô là rất cần thiết.

1.3.1. Thành phần Hydrocacbon trong dầu mỏ
Hydrocacbon là thành phần quan trọng nhất của dầu thô, trng dầu chúng chiếm
từ 60 đến 90% trọng lượng. dầu chứa càng nhiều Hydrocacbon thì càng có giá trị
kinh tế cao. Phù thuộc vào hàm lượng từng loại:
Parafin, naphten, aromatic mà có thể sản suất nhiều lại sản phẩm nhiên liệu có chất
lượng khác nhau. Dầu chứa nhiều naphten, aromatic sẽ cho phép sản xuất xăng có trị
số octan cao. Dầu chứa nhiều n-parafin sẽ là nguồn tạo ra nhiên liệu Diesel có chất
lượng tốt, nhưng nếu hàm lượng parafin rắn cao quá sẽ làm tăng điểm đông đặc của
dầu, gây khó khăn cho quá trình vận chuyển, bốc rót, phải áp dụng các biện pháp để
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 8




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012

hạ điểm đông, gây tốn kém. Dầu trung gian naphteno-parafinic sẽ là nguyên liệu tốt
để sản xuất ra dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao.
1.3.2. Tỷ trọng
Tỷ trọng là tỷ số giữa trọng lượng riêng của một vật ở một nhiệt độ nhất định
và trọng lượng riêng của một vật khác được chọn là chuẩn, xác định cùng vị trí.
Dựa vào tỷ trọng có thể đánh giá sơ bộ dầu mỏ thuộc loại nặng hay nhẹ, mức
độ biến chất cao hay thấp. theo tỷ trọng người ta chia dầu thành 3 phân cấp:
- Dầu nhẹ: d154 < 0,830
- Dầu trung bình : d154 = 0,830 ÷ 0,884
- Dầu nặng: d154 > 0,884
Dầu thô càng nhẹ, hiêu suất và các sản phẩm trắng thu được khi chưng cất
càng cao, dầu càng chứa ít S, càng mang nhiều các đặc tính parafin hoặc naphtenoparafinic. Dầu càng nặng thì càng chứa nhiều các dị nguyên tố, các chất nhựa và

asphaten,….Không thuận lợi để sản xuất các sản phẩm nhiên liệu và dầu nhờn, nhưng
là nguyên liệu tốt để sản xuất bitum (nhựa đường) và cốc.
Có thể xác định tỷ trọng bằng các phương pháp như: dùng phù kế, cân thũy tĩnh,
picnomet.
1.3.3. Độ nhớt
Độ nhớt là tính chất của một chất lỏng, được xem là ma sát nội của chất lỏng
và cản trở sự chảy của chất lỏng. nguyên nhân có độ nhớt là do ái lực cơ học giữa
các hạt cấu tạo nên chất lỏng.
Độ nhớt của dầu mỏ liên quan đến quá trình bơm vận chuyển, sự bôi trơn, sự
phun nhiên liệu trong các động cơ. Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng
thì độ nhớt giảm.
Phân loại: - Độ nhớt động lực
- Độ nhớt động học
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 9




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
- Độ nhớt quy ước ( độ nhớt Engler)
1.3.4. Điểm Anilin

Điểm anilin là nhiệt độ thấp nhất trong điều kiện xác định, anilin và sản phẩm
tương ứng thể tích hòa tan vào nhau để tạ một hổn hợp đồng nhất.
Khi thành phần hóa học khác nhau thì giá trị điểm Anilin khác nhau. Cụ thể
như sau:
- Hydrocacbon thơm thì cho giá trị điểm anilin thấp.
- Các parafin cho giá trị điểm anilin cao.

- Các cyclo parafin và olefin cho điểm anilin có giá trị nằm giữa so với hydrocacbon
thơm và parafin.
- Trong một dãy đồng đẳng, điểm anilin tăng khi phân tử lượn tăng.
Điểm anilin được sử dụng chủ yếu để đánh giá hàm lượng của hydrocacbon
thơm trong mẫu dầu.
Ngoài ra, AP (Anilin point) còn được dùng để đánh giá ID (Index Diesel) và CN
(Cetan Number).
1.3.5. Nhiệt độ chớp cháy
Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ tại đó, khi phân đoạn dầu mỏ được đốt nóng,
hơi hydrocacbon sẽ thoát ra tạo với không khí xung quanh một hổn hợp mà khi đưa
ngọn lữa đến gần thì chúng sẽ bùng cháy rồi phụt tắt như một tia chớp.
Như vậy nhiệt độ chớp cháy có liên quan đến hàm lượng các sản phẩm nhẹ có
trong phân đoạn. Dầu càng nhiều cấu tử nhẹ thì nhiệt độ chớp cháy càng thấp.
- Phân đoạn xăng thì nhiệt độ chớp cháy không quy định, thường là nhiệt độ
âm.
- Phân đoạn kerosene nhiệt độ chớp cháy từ 28 đến 60oC.
- Phân đoạn diesel nhiệt độ chớp cháy cốc kín từ 35 đến 86oC.
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 10


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



- Phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ chớp cháy từ 130 đến 240oC.
Có hai phương pháp để đo nhiệt độ chớp cháy: phương pháp cốc kín và phương
pháp cốc hở.
Phương pháp cốc kín thường được áp dụng đối với các sản phẩm dể bay hơi

như: xăng, kerosene, diesel.
Phương pháp cốc hở áp dụng với các phân đoạn khó bay hơi như dầu nhờn.
Phương pháp cốc kín bao giờ cũng cho nhiệt độ chớp cháy thấp hơn so với
phương pháp cốc hở.
Xác định nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tồn chứa
bảo quản nhiên liệu. Nếu nhiệt độ chớp cháy của nhiên liệu thấp, khi bảo quản
trong bể chứa ngoài trời nắng nóng phải đề phòng có tia lửa điện ở gần để tránh
cháy nổ.
Khi xác định nhiệt độ chớp cháy của một phân đoạn dầu mỏ nào đó, thấy
nhiệt độ chớp cháy thấp khác thường, có thể nghỉ rằng trong phân đoạn đã lẩn các
nhiên liệu nhẹ.
1.3.6. Nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục và điểm kết tinh
Đông đặc là một tính chất của dầu mỏ và sản phẩm của dầu mỏ. Chúng bị
mất tính linh động khi nhiệt độ hạ xuống thấp. Tính linh động mất đi là do sự tạo
thành những mạng tinh thể parafin hoặc do độ nhớt tăng mạnh.
Mạng tinh thể parafin được tạo thành vì trong những sản phẩm dầu mỏ gồm
hổn hợp hydrocacbon có nhiệt độ đông đặc khác nhau. Khi làm lạnh đến một nhiệt
độ nhất định, những parafin có phân tử lượng lớn kết tinh trước, những
hydrocacbon có phân tử lượng nhỏ sẽ chui vào khung tinh thể đó, dẩn đến sự vẩn
đục trước khi đông đặc. Thông thường điểm vẩn đục lớn hơn điểm đông đặc từ
3oC đến 5oC.
Xác định nhiệt độ vẩn đục, đông đặc, kết tinh để đánh giá sự tan chảy của các
chất trong sản phẩm dầu khi chúng ta làm việc ở nhiệt độ thấp.
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 11


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



- Nhiệt độ vẩn đục
Là nhiệt độ mà tại đó hệ bắt đầu đùng đục như mây (do những tinh thể
hydrocacbon ngậm nước bắt đầu xuất hiện) khi ta hạ nhiệt độ xuống.
- Nhiệt độ đông đặc
Là nhiệt cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng đem làm lạnh trong điều kiện nhất
định không còn chảy được nữa.
- Nhiệt độ kết tinh
Là nhiệt độ để sản phẩm bắt đầu kết tinh có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
1.3.7. Chiều cao ngọn lửa không khói
Chiều cao ngon lửa không khói là chiều cao cực đại của ngon lửa không có
khói khi nhiên liệu bị đót cháy trong một đèn bằng bấc (tim) được thiết kế bởi một
thiết bị đo chuyên dụng. Phương pháp này nhằm xác định điểm khói của kerosene.
Xác định chiều cao ngọn lửa không khói sẽ cung cấp cho ta một thông tin về
đặc tính tạo khói của nhiên liệu trong một ngọn lửa khuếch tán. Điểm khói có liên hệ
với thành phần hydrocacbon của nhiên liệu. Tỷ số H/C càng cao thì điểm khói càng
cao, nhiên liệu càng chứa nhiều hàm lượng thơm thì ngọn lửa càng có khói, các
parafin cho ít khói hơn cả.
Điểm khói là một đại lượng có mối liên hệ với khã năng truyền nhiệt từ các
sản phẩm cháy của nhiên liệu. Nếu điểm khói càng thấp thì sự truyền nhiệt sẽ kém,
ảnh hưởng đến khả năng sinh công của động cơ. Khói càng nhiều sẽ tạo nhiều muội
than tích tụ trên cánh quạt tubin, ống phun, gây tiếng ồn, gây mài mòn động cơ, ảnh
hưởng đến tuổi thọ của máy.
1.3.8. Nhiệt hóa hơi
Hóa hơi là một tính chất đặc trưng của các chất lỏng. Đối với các đơn chất,
quá trình hóa hơi ở nhiệt độ và áp suất không đổi.
Ví dụ: Nước sôi ở 100oC với 1atm.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 12




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012

Đối với một hỗn hợp gồm nhiều chất, quá trình hóa hơi có thể thực hiện theo hai
cách:
- Cố định áp suất, tăng dần nhiệt độ.
- Cố định nhiệt độ nhưng thay đổi áp suất.
1.3.9. Nhiệt cháy
Nhiệt cháy là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy một lượng thể tích hoặc trọng
lượng nhiên liệu ở điều kiện 20oC.
Nhiệt cháy là một trong các đặc tính chủ yếu của nhiên liệu. Tùy theo từng
loại nhiên liệu mà cho các giá trị nhiệt cháy khác nhau. Trong sản phẩm dầu mỏ thì
nhiệt cháy phụ thuộc vào thành phần hydrocacbon có trong sản phẩm đó.
Như nhiệt cháy sẽ giảm theo dãy sau:
Parafin > Naphaten> Aromatic
1.3.10. Độ xuyên kim
Mỡ bôi trơn là sản phẩm của chất bôi trơn lỏng khi nó được trộn với chất làm
đặc (dạng sợi không hòa tan hoặc các hạt phân tán đều trong chất lỏng) tạo thành
chất ở trạng thái từ bán lỏng đến bán rắn.
Độ xuyên kim đặc trưng cho tính đặc, dẻo của mỡ bôi trơn. Người ta đánh
giá dộ cứng mền của mỡ bôi trơn qua giá trị của độ xuyên kim. Độ xuyên kim
không phải là một đị lượng vật lý, nó là một giá trị quy ước của viện dầu mỏ quốc
gia Mỹ (NLGI: The National Lubricating Greases Institude), để đo dộ cứng mền
của mỡ theo thang đo NLGI:
Bảng 1.1. Bảng đo dộ cứng mền của mỡ theo thang đo NLGI

Số đo độ cứng (mềm)

Độ xuyên kim (25oC)

000

445 ÷ 475

00

400 ÷ 430

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 13




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
0

355 ÷ 385

1

310 ÷ 340

2

265 ÷ 295

3

220 ÷ 250

4

175 ÷ 205

5

130 ÷ 160

6

85 ÷ 115

- Tại các nhà máy sản xuất mỡ, người ta điều khiển quá trình sản xuất mỡ bằng
cách kiểm tra độ xuyên kim vì chỉ tiêu này có liên hệ với tính chất sử dụng cơ
học của mỡ (khã năng làm giảm ma sát giữa các bề mặt khi chúng tiếp xúc với
nhau).
- Độ xuyên kim còn dùng để đánh giá độ cứng mền của bitum.
1.4. Các cơ sở của quá trình chưng cất
1.4.1. Sự sôi của dung dịch
Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất
hơi bão hoà của nó bằng áp suất môi trường đè lên mặt thoáng. Ví dụ như nước sẽ
sôi ở 1000C tại P = 1 atm (760mmHg).
Ta gọi chất có áp suất hơi bão hoà lớn, có nhịêt độ sôi thấp là chất dễ sôi.
Chất khó sôi có áp suất hơi bão hoà bé, có nhiệt độ sôi cao. Thành phần pha hơi

sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Pha hơi sinh ra khi chất lỏng nguyên chất sôi là
pha hơi đơn chất. Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn hợp của tất cả
các hợp phần của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần của dung
dịch lỏng theo định luật Konovalov.
PA=P0A.xlA=P.xhA (1)
PB=PoB.xlB=P.xhB (2)
Trong đó:

PA là áp suất hơi bảo hòa riêng phần của A

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 14




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
PB là áp suất hơi bảo hòa riêng phần của B
P0A , PoB là áp suất hơi bão hòa của A và B nguyên chất
P là áp suất hơi bão hòa của dung dịch
xlA, xlB là nồng độ phần mol của A và B trong pha lỏng
xhA, xhB là nồng độ phần mol của A và B trong pha hơi
Gọi α=

là độ bay hơi tương đối của B so với A.

Nếu α>1 : B dễ sôi hơn A
Nếu α<1 : B khó sôi hơn A
Định luật Konovalov: Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu

chất dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng.
1.4.2. Nguyên lý của quá trình chưng cất
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). Như vậy, phép chưng cất có
thể thu được Distillat có thành phần mong muốn bằng cách chưng cất nhiều lần.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 15




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012

Quá trình chưng cất đơn giản trong phòng thí nghiệm được mô tả qua hình vẽ
sau:

Hình 1.1. Hệ thống thiết bị chưng cất đơn giản
* Chú thích:
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 khuấy

5. Sinh hàn

13. Thiết bị khuấy và gia nhiệt

6. Đầu vào nước làm lạnh

14. Dầu gia nhiệt

7. Đàu ra nước làm lạnh

15. Cánh khuấy (cá từ)

8. Bình chứa sản phẩm chưng cất

16. Dung dịch làm lạnh

Giả sử dung dịch cần chưng cất gồm 2 cấu tử A và B (A có nhiệt độ sôi thấp
hơn B) được đựng trong bình cất (2), phía trên cổ bình được gắn nhiệt kế (4) để theo
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 16



Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012

dõi quá trình gia nhiệt. Khi ta tiến hành cấp nhiệt cho bình, các cấu tử sẽ nhận nhiệt
và bốc hơi. Vì A có nhiệt độ sôi thấp nên sẽ bay hơi trước rồi vào ống sinh hàn (5),
hơi này sẽ hóa lỏng và rơi vào bình chứa sản phẩm chưng cất (8).
Chưng chưng cất nhiều lần như vậy rất phiền phức, tốn thời gian mà không
kinh tế. Để khắc phục nhược điểm này ta dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất.
Cột chưng cất có số đĩa lý thuyết càng lớn, thì có khả năng cho một
distillat có thành phần khác càng nhiều so với dung dịch trong bình đun, tức là
distillat rất giàu chất dễ bay hơi. Dùng cột chưng cất có nhiều đĩa lý thuyết có thể
thu được distillat là chất dễ bay hơi gần như tinh khiết.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 17




Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
CHƯNG CẤT
2.1. Thiết bị gia nhiệt

Hình 2.1. Thiết bị gia nhiệt (phần khoanh đỏ).
2.1.1. Khái niệm
Thiết bị gia nhiệt là thiết bị thực hiện sự gia tăng nhiệt độ với chất cần gia
nhiệt

2.1.2. Cấu tạo thiết bị gia nhiệt
Gồm các bộ phận sau:
- Vỏ thiết bị
- Bếp gia nhiệt
Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 18


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



- Kính quan sát
- Quạt tản nhiệt
- Hệ thống dây điện, giắc cắm, công tắc.
- Bộ nâng bếp gia nhiệt
2.1.3. Vật liệu chế tạo
- Vỏ thiệt bị được gia công từ vật liệu chính là Inox.
2.1.4. Ứng dụng
- Gia nhiệt cho mẫu ( Xăng 92-95, Dầu hỏa, Diesel Oil) từ nhiệt độ ban đầu đến
~3700C
2.2. Thiết bị làm lạnh

Hình 2.2. Thiết bị làm lạnh (phần khoanh đỏ).

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 19



Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
2.2.1. Khái niệm

Thiết bị làm lạnh là thiết bị thực hiện quá trình hạ nhiệt độ với chất cần làm lạnh.
2.2.2. Cấu tạo thiết bị làm lạnh
Gồm các bộ phận
- Vỏ thiết bị.
- Hệ thống van cấp và xả dung môi làm lạnh.
2.2.3. Vật liệu chế tạo
- Vỏ thiệt bị được gia công từ vật liệu chính là Inox.
- Vỏ thiệt bị được gia công từ vật liệu khác tùy thuộc vào nhu cầu.
2.2.4. Ứng dụng
- Dùng để hạ nhiệt độ của dòng hơi chưng cất. Làm ngưng tụ thành chất lỏng.
2.3. Nhiệt độ chưng cất
2.3.1. Khái niệm
Nhiệt độ cất của xăng được biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi của nó tại
các tỷ lệ phần trăm lấy ra khác nhau.
2.3.2. Ý nghĩa
Xăng là hỗn hợp các hydrocacbon có nhiệt độ sôi khác nhau. Chính vì vậy,
xăng không có nhiệt độ sôi ổn định mà sôi trong một khoảng nhiệt độ, thường nằm
trong khoảng từ 30-220oC. Để đánh giá nhiệt độ sôi của xăng trong phòng thí nghiệm
người ta tiến hành chưng cất 100ml xăng và ghi lại các giá trị nhiệt độ như: nhiệt độ
sôi đầu, nhiệt độ sôi theo phần trăm thể tích (10%, 20%, 30%........90%, 98%) và
nhiệt độ sôi cuối. Thành phần cất là chỉ tiêu quan trọng đánh giá khả năng bay hơi,
khả năng tạo áp suất hơi cảu nhiên liệu.
+ Nhiệt độ sôi đầu và 10% thể tích đặc trưng cho tính dễ khởi động, tạo nút
hơi và hao hụt xăng. Nhiệt độ sôi đầu càng thấp thì dễ khởi động, tuy nhiên lượng

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 20


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



bay hơi càn lớn đó dễ tạo nút hơi (nghẽn khí) từ cacbuarato do đó động cơ sẽ khó nổ
hoặc chết máy. Nhiệt độ sôi 10% càng cao thì khó khởi động.
+ Nhiệt đội sôi 50% thể tích biểu hiện tính năng thay đổi tốc độ của máy nhờ
nhiên liệu. Nếu nhiệt độ sôi 50% thể tích quá cao (lượng hỗn hợp không khí-xăng
đưa vào động cơ nhiều) sẽ không đốt hết nhiên liệu, gây hao tổn nhiên liệu, công suất
máy giảm. Nhiệt độ sôi 50% thể tích càng thấp càng tốt, thông thường thì nó từ 90 ÷
100oC.
+ Nhiệt độ sôi 90% và sôi cuối biểu thị mức độ bay hơi hoàn toàn. Nhiệt độ
này càng cao thì xăng có nhiều phân đoạn nặng, trong quá trình bay hơi tạo ra hỗn
hợp khó cháy, một phần không kịp bay hơi dễ tạo ra cặn làm mài mòn xylanh động
cơ.
2.4. Dụng cụ và thiết bị thực hành quá trình chưng cất:

Hình 2.3. Các dụng cụ thực hành quá trình chưng cất.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 21

Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



2.4.1. Dụng cụ:
-

Bình định mức. [1]

-

Ống đong 10ml. [2]

-

Ống đong 100ml. [3]

-

Bình cầu có nhánh (bình cất có nhánh). [4]

-

Đồng hồ bấm thời gian. [5]

-

Bóp cao su. [6]

-

Kẹp để gắp bình cầu có nhánh. [7]

-

Pipet[8]

-

Hai nhiệt kế có thang chia nhiệt độ từ 0oC đến 300oC. [9]

-

Phểu thủy tinh[10]

-

Cốc thủy tinh 1000ml. [11]
Ngoài ra còn cần đến:

-

Các nút vặn cao su.

-

Tấm đỡ bình cất.

-

Bình tam giác.

-

Ca nhựa đựng đá.

2.4.2. Thiết bị:
- Hệ thống thiết bị chưng cất.
- Cân phân tích có độ chính xác 4 số.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 22


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



Hình 2.4. Cân phân tích.
-

Thiết bị sấy.

Hình 2.5. Máy sấy dụng cụ, thiết bị chưng cất.
-

Thiết bị làm lạnh.
Như hình 2.2

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 23


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012
-



Thiết bị định tâm cho đầu dò nhiệt độ.

Hình 2.6. Thiết bị định tâm đầu dò nhiệt độ.
Các thành phần chính của thiết bị chưng cất là bình cất, ống ngưng và bể làm
lạnh, tấm chắn hoặc lớp bọc bình cất bằng kim loại, nguồn nhiệt, tấm đỡ bình, dụng
cụ đo nhiệt độ và ống hứng phần cất.
2.5. Thuật ngữ về quá trình chưng cất:
 Thể tích nạp: là thể tích của 100ml mẩu thử được đưa vào bình cất ở nhiệt độ
quy định.
 Sự phân hủy của một hydrocacbon: là sự nhiệt phân hoặc quá trình cracking
của một phân tử tạo ra các phân tử nhỏ hơn có các điểm sôi thấp hơn so với
phân tử ban đầu.
 Lượng giữ động: là một lượng nhiên liệu tồn tại ở cổ bình, thành bình và ống
ngưng trong suốt quá trình chưng cất.
 Hao hụt toàn phần: là sự hao hụt do bay hơi trong quá trình chuyển mẩu từ
ống đong mẫu sang bình cất, lượng hơi mất đi trong quá trình chưng cất và
không ngưng tụ suốt quá trình chưng cất.
 Phần trăm cặn: là thể tích cặn trong bình cất, đo được khi điều chỉnh việc cấp
nhiệt sao cho khoãng thời gian giữa lần cấp nhiệt đầu tiên và điểm sôi phù hợp
với quy định từ 5-10 phút.

 Tốc độ thay đổi: là sự thay đổi trong số đọc nhiệt độ theo phần trăm bay hơi.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 24


Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2012



 Độ trễ nhiệt độ: là độ lệch giữa số đọc nhiệt độ nhận được từ dụng cụ đo nhiệt
độ và nhiệt độ thực tại thời điểm đó.
 Số đọc nhiệt độ: là nhiệt độ đo được bằng dụng cụ hoặc hệ thống đo nhiệt độ,
có giá trị bằng số đọc nhiệt kế.
 Số đọc nhiệt kế: là nhiệt độ của hơi bảo hòa đo được ở cổ bình cất dưới ống
hơi, xác định bằng nhiệt kế đã được mô tả theo các điều kiện của phép thử.
2.6. Lấy mẫu, bảo quản và chuẩn bị các điều kiện cho mẫu
2.6.1. Lấy mẫu:
Lấy mẩu theo đúng quy định trong các trường hợp cụ thể, có thể bảo quản
mẩu ở nhiệt độ dưới 20oC (68oF).
- Nhóm 1: lấy mẫu theo quy định ở nhiệt độ dưới 10oC.
- Nhóm 2,3 và 4: lấy mẫu ở nhiệt độ môi trường, sau khi lấy mẩu đóng kín ngay bình
mẫu.
2.6.2. Bảo quản mẫu:
Nếu không tiến hành thí nghiệm ngay sau khi lấy mẫu thì tiến hành lưu mẫu,
bảo quản mẫu tránh ánh sáng mặt trời trực tiếp hoặc nguồn nhiệt trực tiếp.
- Nhóm 1 và 2: bảo quản mẫu trong tủ lạnh ở nhiệt độ dưới 10oC.
- Nhóm 2,3 và 4: bào quản mẩu ở nhiệt độ môi trường hoặc thấp hơn.
2.6.3. Luyện mẫu trước khi phân tích:

- Trước khi mở bình chứa thì phải đưa mẩu về nhiệt độ quy định.
- Nhóm 1 và 2 phải đưa mẫu về nhiệt độ dưới 10oC.
- Nhóm 3 và 4 nếu ở nhiệt độ môi trường mà mẩu không ở dạng lỏng, thì phải gia
nhiệt mẫu đến nhiệt độ từ 9 ÷ 21oC.

Sinh viên Khoa Công nghệ lọc hóa dầu khóa 8 (2009-2012)

Trang 25