tiểu luận công nghệ trích ly tách nhựa và asphalten

Đề cương đồ án

2.2.2 Thiết bị chưng cất
2.3 Xây dựng quy trình công nghệ
Chương 3: Toán công nghệ
3.1 Tính toán cân bằng vật chất
3.2 Tính toán cân bằng nhiệt lượng
3.3 Tính toán thiết bị chính
Kết luận


CHƯƠNG 1: CƠ SƠ LÝ THUYẾT
I.1 Tổng quan về dầu nhờn và dầu gốc
I.1.1
Cơ chế bôi trơn và chứa năng của dầu nhờn
 Cơ chế bôi trơn của dầu nhờn

Dầu nhờn làm giảm ma sát giữa bề mặt tiếp xúc bằng cách cách ly giữa hai bề mặt
để chống lại sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt chi tiết máy. Khi dầu nhờn được đặt
giữa hai bề mặt tiếp xúc tạo nên một lớp màng dầu rất mỏng đủ sức để tách riêng hai
bề mặt không cho tiếp xúc trực tiếp với nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có
các phân tử trong lớp dầu nhờn chuyển động trượt lên nhau tạo nên một lực ma sát gọi
là ma sát nội tại của dầu nhờn, lực ma sát nàu nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát
sinh ra khi hai bề mặt tiếp xúc trực tiếp lên nhau. Nếu hai bề mặt này được cách ly
hoàn toàn bằng một lớp dầu thích hợp thì hệ số ma sát giảm đi khoảng 1000 đến 1000
lần so với khi chưa có lớp dầu ngăn cách.


Chức năng
- Bôi trơn để làm giảm lực ma sát và cường độ mài mòn, ăn mòn các bề mặt tiếp
xúc, làm cho máy móc hoạt động êm, qua đó đảm bảo cho máy móc hoạt động

-

với công suất tối đa và tuổi thọ động cơ được kéo dài.
Làm sạch bảo vệ động cơ và các thiết bị tránh tạo thành các lớp cặn bùn, muội

-

than bám trên bề mặt thiết bị.
Làm mát động cơ, chống lại sự quá nhiệt của chi tiết.
Làm kín do dầu nhờn có thể lấp kín những chỗ hở trong quá trình gia công máy
móc, thiết bị.

Qua đó giảm mức tiên thụ năng lượng của thiết bị, giảm chi phí bảo dưỡng, sữa
chữa cũng như thời gian chết do hỏng hóc thiết bị.
I.1.2

Thành phần hóa học của nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc
Dầu mỏ là thành phần chính để sản xuất dầu nhờn gốc, thành phần chính của nó là
các hydrocacbon và phi hydrocacbon. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn gốc
là phần cất ở nhiệt độ sôi trên 350 oC từ dầu mỏ ( phân đoạn cặn chưng cất chân
không). Vì thế hầu hết các hợp chất có mặt trong phân đoạn này đều có mặt trong
thành phần của dầu gốc.

a) Các hợp chất hydrocacbon naphten và parafin


Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu nhờn gốc từ dầu mỏ. Hàm lượng
của nhóm này tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi, chiếm
khoảng từ 40% - 90% của dầu nhờn gốc. Nhóm hydrocacbon này có cấu trúc chủ yếu
là hydrocacbon naphten vòng 5 - 6 cạnh, có kết hợp các nhánh ankyl hoặc iso ankyl,

số nguyên tử cacbon trong phân tử có thể lên tới 20 đến 70. Cấu trúc nhánh của các
vòng naphten này cũng rất đa dạng chúng khác nhau bởi một số mạch nhánh, chiều dài
của mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí thế của mạch trong vòng. Thông
thường người ta nhận thấy rằng:
-

Phân đoạn dầu nhờn nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclo

-

hexan, xyclo pentan.
Phân đoạn dầu nhờn trung bình chủ yếu các vòng naphten có các mạch nhánh

-

alkyl, izo-alkyl với số vòng từ 2 - 4 vòng.
Phân đoạn dầu nhờn cao phát hiện thấy các hợp chất các vòng ngưng tụ từ 2 - 4
vòng.

Ngoài hydrocacbon vòng naphten, trong nhóm này còn có các hydrocacbon dạng nparafin và izo-parafin. Hàm lượng của chúng không nhiều và mạch cacbon thường
chứa không quá 20 nguyên tử cacbon và nếu số nguyên tử cacbon lớn hơn 20 thì
paraphin sẽ ở dạng rắn và được tách ra trong qua trình sản xuất dầu nhờn.
b) Nhóm hydrocacbon thơm và hydrocacbon naphten - thơm

Loại này phổ biến ở trong dầu chúng thường nằm ở phân đoạn có nhiệt độ sôi cao.
Thành phần cấu trúc của nhóm hydrocacbon này có ý nghĩa quan trọng đối với dầu
gốc. Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn như tính ổn định chống oxy hoá, tính
chịu nhiệt, tính chống bào mòn, tính hấp thụ phụ gia phụ thuộc vào tính chất và hàm
lượng của nhóm hydrocacbon này. Tuy nhiên hàm lượng và cấu trúc của chúng còn tuỳ
thuộc vào bản chất dầu gốc và nhiệt độ sôi của các phân đoạn.

-

Phân đoạn dầu nhờn nhẹ ( 350 - 400oC) có mặt chủ yếu các hợp chất các dãy

-

đồng đẳng benzen và naphtalen.
Phân đoạn dầu nhờn nặng hơn ( 400 - 450 oC) phát hiện thấy hydrocacbon thơm

-

3 vòng dạng đơn hoăc kép.
Trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn có chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng
naphtalen, phenatren, antraxen và một số lượng đáng kể loại hydrocacbon đa

vòng.
c) Nhóm hydrocacbon rắn


Các hydrocacbon rắn có trong nguyên liệu sản xuất dầu nhờn đôi khi lên tới 4050% tuỳ thuộc bản chất của dầu thô. Phần lớn các hợp chất này được loại khỏi dầu bôi
trơn nhờ quy trình lọc tách parafin rắn. Tuỳ theo kĩ thuật lọc mà nhóm hydrocacbon
rắn được tách triệt để hay không, nhưng dù sao chúng vẫn còn tồn tại trong dầu với
hàm lượng rất nhỏ. Sự có mặt của nhóm hydrocacbon này trong dầu nhờn làm tăng
nhiệt độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở nhiệt độ thấp nhưng lại làm tăng tính
ổn định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định oxy hoá. Nhóm này có hai loại
hydrocacbon rắn là parafin rắn ( có thành phần chủ yếu là các ankan có mạch lớn hơn
20) và xerezin ( là hỗn hợp của các hydrocacbon naphten có mạch nhánh alkyl dạng
thẳng hoặc dạng nhánh và một lượng không đáng kể hydrocacbon rắn có vòng thơm
và alkyl).
d) Các hợp chất nhựa và asphalten

Các chất nhựa - asphalten bao gồm: Chất nhựa trung tính, asphalten, sunfuacacbon,
các axit asphantic, cacbon và cacboit. Đặc điểm của các hợp chất này là có độ nhớt lớn
nhưng chỉ số nhớt lại rất thấp. Mặt khác các chất nhựa có khả năng nhuộm màu rất
mạnh, nên sự có mặt của chúng trong dầu sẽ làm cho màu của dầu bị tối. Trong quá
trình bảo quản và sử dụng, khi tiếp xúc với oxy không khí ở nhiệt độ thường hoặc
nhiệt độ cao, nhựa đều rất dễ bị oxy hoá tạo nên các sản phẩm có trọng lượng phân tử
lớn hơn tuỳ theo mức độ bị oxy hoá. Những chất này làm tăng độ nhớt và đồng thời
tạo cặn không tan đọng lại trong các động cơ đốt trong, nếu hàm lượng chất nhựa bị
oxy hoá càng mạnh thì chúng càng tạo ra nhiều loại cacbon, cacboit, cặn cốc, tạo tàn.
Vì vậy việc loại bỏ các tạp chất nhựa ra khỏi phân đoạn dầu nhờn trong quá trình sản
xuất là một khâu công nghệ rất quan trọng.
e) Các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy

Những hợp chất chứa S nằm lại trong dầu nhờn chủ yếu là lưu huỳnh dạng sunfua
khi được dùng để bôi trơn các động cơ đốt trong sẽ bị cháy tạo thành SO 2 và SO3 gây
ăn mòn các chi tiết động cơ. Những hợp chất chứa oxy, chủ yếu là các hợp chất axit
naphtenic có trong dầu gây ăn mòn các đường ống dẫn dầu, thùng chứa làm bằng các
hợp kim của Pb, Cu, Zn, Sn, Fe. Những sản phẩm ăn mòn này lại lắng đọng lại trong
dầu, làm bẩn dầu và góp phần tạo cặn đóng ở các chi tiết của động cơ.


Tóm lại, các hơp chất phi hydrocacbon là những hợp chất có hại làm ảnh hưởng
đến chất lượng của dầu gốc. Để tăng thời gian sử dụng, cũng như các tính năng sử
dụng của dầu nhờn người ta phải pha thêm vào dầu gốc các phụ gia khác nhau, tùy
thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể mà nhà sản xuất sẽ thêm vào các phụ gia tương ứng. Do
đó thành phần hoá học của dầu nhờn rất phức tạp.
1.1.3 Quy trình sản xuất dầu nhờn gốc
Mazut
Dầu cất nhẹ

Chưng cất chân không
Dầu cất trung

Dầu cất nặng

Cặn gudun

Trích ly, chiết Tách
asphan
bằng dung môi bằng propan
Dầu cất nhẹ

Dầu cất trung

Dầu cất nặng

Tách sáp

Cặn gudron
Sáp

Làm sạch bằng hydro

Dầu gốc
I.2
I.2.1

Tổng quan về nhựa và asphalten
Tính chất vật lý của asphalten

Asphalten là một chất rắn, bở có màu nâu tối, có điểm chảy từ 120 – 140 oC, bị phân
hủy khi đun ở nhiệt độ cao hơn 300oC tạo thành khí và cốc. Asphalten không hòa tan
trong rượu, trong xăng nhẹ (eter dầu mỏ), nhưng có thể hòa tan trong benzen, clorofor
và CS2. Đặc tính đáng chú ý của Asphalten là tính hòa tan trong một số dung môi kể
trên thì thực ra chỉ là quá trình trương trong để hình thành nên dung dịch keo. Cho
nên, có thể nói Asphalten là những phần tử keo “ưa” dung môi này nhưng lại “ ghét”
dung môi khác.


Về cấu trúc, các Asphalten rất phức tạp, chúng được xem như là một hợp chất hữu
cơ cao phân tử, với những mức độ trùng hợp khác nhau. Cho nên trọng lượng phân tử
của chúng có thể thay đổi trong phạm vị rộng từ 1000 tới 10000 hoặc cao hơn. Các
Asphalten có chứa các nguyên tố S, O, N có thể nằm dưới dạng các dị vòng trong hệ
nhiều vòng thơm ngưng tụ cao. Các hệ vòng thơm này cũng có thể được nối với nhau
qua những cầu nối ngắn để trở thành những phân tử có trọng lượng phân tử lớn.
I.2.2

Tính chất của nhựa
Các hợp chất nhựa, nếu tách ra khỏi dầu mỏ chúng sẽ là những chất lỏng đặc
quánh, đôi khi ở trạng thái rắn. Chúng có màu vàng sẫm hoặc nâu, tỷ trọng lớn hơn 1,
trọng lượng phân tử từ 500 đến 2000. Nhựa tan được hoàn toàn trong các loại dầu
nhờn của dầu mỏ, xăng nhẹ, cũng như trong benzen, cloroform, ete. Khác với
asphalten, nhựa khi hòa tan trong các dung môi kể trên chúng tạo thành dung dịch
thực. Cũng như asphalten, thành phần nguyên tố và trọng lượng phân tử của nhựa thì
từ các loại dầu mỏ khác nhau, hoặc từ các phân đoạn khác nhau của loại dầu đó, hầu
như gần giống nhau, có nghĩa chúng không phụ thuộc gì vào nguồn gốc. Như vậy
nhựa của dầu mỏ bất kỳ nguồn gốc nào cũng đều có thành phần nguyên tố và trọng
lượng phân tử gần như nhau. Tuy nhiên, nhựa của phân đoạn nặng, đồng thời tỷ lệ C/H
của nhựa trong phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp hơn. Sự tăng tỷ số C/H này chủ yếu là
tăng C chứ không phải là do giảm H vì trong nhựa ở các phân đoạn, hầu như H ít thay

đổi. Cần chú ý ở đây hàm lượng S và O trong nhựa có trọng lượng phân tử lớn đều
giảm một cách rõ rệt.
Nhựa có tính chất đặc biệt là có khả năng nhuộm màu rất mạnh, đặc biệt là nhựa từ
các phân đoạn nặng hoặc từ dầu thô, khả năng nhuộm màu của những loại nhựa này
gấp 10-20 lần so với nhựa của những phân đoạn nhẹ như kerosen. Chính vì vậy, những
sản phẩm trắng (xăng, kerosen, gas-oil) khi có lẫn nhựa (hoặc tạo nhựa khi bảo quản)
đều trở nên có màu vàng. Những loại dầu mỏ rất ít asphalten, nhưng vẫn có màu sẫm
đến nâu đen (như dầu Bạch Hổ Việt Nam) chính là vì sự có mặt các chất nhựa nói trên.
Về tính chất hoá học, nhựa rất giống asphalten. Nhựa rất dễ chuyển thành
asphalten, ví dụ chỉ cần bị oxy hoá nhẹ khi có sự thâm nhập của oxy không khí ở nhiệt
độ thường hay đun nóng. Thậm chí khi không có không khí chỉ đun nóng chúng cũng
có khả năng từ nhựa chuyển thành asphalten do các quá trình phản ứng ngưng tụ được


thức hiện sâu rộng. Chính vì thế, các loại dầu mỏ khi có độ biến chất cao, mức độ lún
chìm càng sâu, thì sự chuyển hoá từ nhựa sang asphalten càng dễ, hàm lượng nhựa sẽ
giảm đi nhưng asphalten tạo thành được nhiều lên.
Nhựa và asphalten cùng một nguồn gốc và thức chất asphalten chỉ là kết quả biến
đôi sâu hơn của nhựa. Chính vì vậy, trọng lượng phân tử của asphalten bao giờ cũng
cao hơn nhựa, và gần đây dựa vào một số kết quả phân tích cấu trúc nhựa và asphalten,
đã cho thấy phần lớn cacbon đều nằm trong hệ vòng ngưng tụ nhưng hệ vòng ngưng tụ
của asphalten rộng lớn hơn.
1.2.3 Ứng dụng của nhựa và asphalten
Nhựa và asphalten có mặt trong nguyên liệu làm cho sản phẩm bị sẫm màu, cháy
không hết sẽ tạo cạn, tạo tàn. Trong quá trình chế biến chúng dễ gây ngộ độc xúc tác.
Cặn dầu mỏ chứa nhiều nhựa và asphalten là nguyên liệu tốt để sản xuất nhựa
đường.


Cơ sở hóa học tách nhựa và asphalten

I.3

1.3.1 Cơ sở hóa học
Dựa vào tích chất hòa tan chọn lọc của dung môi được sử dụng. Khi trộn với
nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử trong nguyên liệu sẽ được phân thành hai
nhóm: nhóm các cấu tử hào tan tốt vào dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi là pha
chiết (extract), còn phần không tan hay hòa tan rất ít vào dung môi gọi là pha rafinat.
Sản phẩm có ích có thể nằm trong pha extract hay pha rafinat tùy theo dung môi sử
dụng. Sau đó nhờ sự chênh lệch nhiệt độ sôi để tách riêng dung môi và các thành phần
nguyên liệu.
Yêu cầu của dung môi:
-

Phải có tích hòa tan chọn lọc.
Bền về mặt hóa học, không phản ứng với các cấu tử nguyên liệu, không gây ăn mòn và

-

dễ sử dung.
Có giá thành rẻ, dễ kiếm.
Có nhiệt độ sôi khác xa so với các cấu tử cần tách để dễ dành thu được dung môi, tiết
kiêm năng lượng.
Trong công nghệ chế biến dầu nhờn ngày nay để tách triệt để nhựa và asphalten
người ta sử dụng dung môi propan lỏng.
1.3.2 Tổng quan về dung môi propan lỏng
Propan lỏng là một chất lỏng không màu, không mùi nhưng độc với thần kinh
trung ương của người và động vật. ở điều kiện bình thường nó là chất khí và có tỉ
trọng d420=0.5. Propan lỏng có một tính chất đặc biệt là trong khoảng nhiệt độ từ 40 oC
đến 60oC hòa tan rất tốt paraffin nhưng độ hòa tan sẽ giảm khi tăng nhiệt độ, nhiệt độ

hòa tan tới hạn của propan là 96.8oC, tại nhiệt độ đó tất cả các hydrocacbon đều không
tan trong propan. Trong khoảng nhiệt độ từ 40 đến 96,8 oC các chất nhựa và asphalten
hầu như không tan trong propan, vì thế tính chất này sẽ quyết định chế độ công nghệ
xử lý nhựa và asphalten bằng propan lỏng.
Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh tới khả năng hòa tan của propan. Khi nhiệt độ cao hơn
50oC, khả năng hòa tan giảm đi làm cho hiệu suất phần rafinat giảm xuống nhưng lại
cải thiện được chất lượng sản phẩm như giảm độ nhớt, độ cốc hóa, tăng màu sáng hơn


cho sản phẩm. Trong thực tế quá trình tách nhựa và asphalten bằng propan lỏng được
tiến hành với chế độ như sau:
-

Nhiệt độ đỉnh tháp trích ly: 75-85oC;
Nhiệt độ đáy tháp trích ly: 50-60oC.
Nếu tăng nhiệt độ đỉnh tháp lên quá cao thì hiệu suất phần dầu nhờn thu được nhỏ
tuy chất lượng sản phẩm tang nhưng không đạt chỉ tiêu về kinh tế. Vì thế nhiệt độ đỉnh
tháp chỉ cho phép nhỏ hơn hay bằng 85oC.
Nhiệt độ đáy tháp trích ly nếu giảm quá thấp sẽ làm cho các hợp chất nhựa và
asphalten làm cho hiêu suất của quá trình giảm. Vì thế nhiệt độ đáy tháp không được
nhỏ hơn 40oC.
Do đồng thời xảy ra hai quá trình: lắng, đông tụ các chất nựa và asphalten và trích
ly các cấu tử hydrocacbon mà tỷ lệ dung môi propan trên nguyên liệu là một thông số
quan trọng. Khi khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi trên nguyên liệu chô thấy tồn
tại một điểm thích hợp mà tại đó tỉ lệ nhỏ mà chất lượng dầu nhờn thu được là tốt nhất.

Hiệu suất rafinat
Độ cốc hóa, Chỉ số độ

toC

Hình 1 : Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình

Tại vùng tỷ lệ propan/nguyên liệu còn thấp, propan có tác dụng chủ yếu là chất
đông tụ nhựa và asphalten, nên trong khoảng này khả năng hòa tan và độ chọn lọc của
dung môi thay đổi giống nhau. Nhưng khi tăng tỉ lệ propan/nguyên liệu xuất hiện điểm
chuyển, lúc này khả năng hòa tan tăng nhanh còn độ chọn lọc lại tăng rất chậm.


Khi tăng nhiệt độ trích ly propan có đầy đủ tính chất của một dung môi chọn lọc.
Nhưng nếu tăng nhiệt độ từ 90oC đến nhiệt độ hòa tan tới hạn và trong khoảng tỷ lệ
propan/nguyên liệu thay đổi từ 1/1 đến 10/1 sẽ không thấy xuất hiện điểm chuyển đặc
biệt và không tồn tại tỉ lệ dung môi tối ưu như khi nghiên cứu ở nhiệt độ thấp hơn
85oC.

2

80oC

85oC

Độ cốc hóa

1
90oC
95oC

5/1

10/1

Tỉ lệ propan/nguyên liệu
Hình 2: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi
Ngoài ra, tỷ lệ dung môi propan/nguyên liệu thích hợp còn phụ thuộc vào chất
lượng nguyên liệu đưa vào. Nếu nguyên liệu chứa nhiều hợp chất nhựa và asphalten
thì tỷ lên dung môi propan/nguyên liệu cần thấp từ khoảng 2/1 đến 3/1 thao khối
lượng. Những nguyên liệu có hàm lượng nhựa và asphalten thấp thì tỉ lệ dung môi cần
cao hơn từ 4/1 đến 6/1 để có thể đạt được độ cốc hóa như nhau.
Để đảm bảo propan ở trạnh thái lỏng thì áp suất trong tháp trích ly phải được duy
trì ở mức 37 - 44 atm. Nếu áp suất quá cao thì tỉ trọng của propan lớn và làm tăng độ
hòa tan của nó, như vậy sẽ làm độ cốc hóa tăng, màu sản phẩm sẫm hơn và độ nhớt
cao hơn.
3.3 Tổng qua về phương pháp trích ly lỏng-lỏng


Để khảo sát nguyên tắc của quá trình trích ly lỏng-lỏng ta giả thiết dung môi đầu và
dung môi thứ hòa tan han chế vào nhau. Khi đó thành phần mỗi pha trích ly gồm 3 cấu
tử, do đó ta chọn biểu đồ pha trên tọa độ tam giác đều. Trên mỗi đỉnh của tam giác
biểu diễn lần lược các cấu tử: cấu tử phân bố (M), dung môi đầu (L), dung môi thứ (G)
tinh khiết 100%.
Mỗi điểm nằm trên cạnh của tam giác đều biểu diễn thành phần của dung dịch hai
cấu tử. Mỗi điểm trong tam giác biểu diễn thành phần của dung dịch ba cấu tử.

Hình 3 : Biểu đồ pha hệ ba cấu tử

Hỗn hợp hai cấu tử M và L hoàn toàn tan lẫn vào nhau, dung môi thứ G có khả
năng hòa tan chọn lọc M để tách chúng ra gọi là trích ly.
Hỗn hợp đầu giả sử gồm hai cấu tử M và L hòa tan hoàn toàn vào nhau, có thành
phần được biểu diễn ở F0 trên cạnh ML. Nếu ta thêm dung môi thứ G vào hỗn hợp F 0,
ta thu được hỗn hợp ba cấu tử mà thành phần của hỗn hợp này được biểu diễn ở điểm
N trên đường thẳng F0G, vị trí của điểm N phụ thuộc vào tỉ số G/F0.

Giả sử ở điểm N, hỗn hợp N là hỗn hợp dị thể, không hòa tan vào nhau và phân
thành hai pha. Pha rafinat gồm hầu hết là cấu tử L, một phần dung môi thứ G và cấu tử
phân bố M. Pha trích ly gồm hầu hết cấu tử G, phần lớn cấu tử M và một phần nhỏ cấu
tử L.
Tách dung dịch rafinat ra khỏi dung dịch trích ly (bằng phương pháp gạn) rồi thêm
dung môi thứ G vào rafinat, ta được một hệ ba cấu tử mới có thành phần được biểu
diễn ở điểm N1. Hỗn hợp N1 là hỗn hợp không đồng nhất sẽ phân thành hai pha rafinat
R1 và pha trích E1.
Rõ ràng thành phần của dung môi đầu trong R1 sẽ lớn hơn trong R, tiếp tục quá
trình như trên ta tìm cách tách dung môi thứ ra khỏi rafinat thì cuối cùng ta thu được
rafinat gồm hầu hết là dung môi.
Cấu tử cần tách M có độ tinh khiết tối đa sau khi đã tách hết dung môi G chỉ đạt
đến điểm Fm. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao hơn ta có thể thay đổi điều kiện của
quá trình như thay đổi nhiệt độ (tăng kích thước vùng dị thể), chọn dung môi có kích
thước vùng dị thể lớn, có độ dốc đường liên hợp lớn.
Ưu điểm của phương pháp trích ly lỏng-lỏng:
-

Trích ly thường được tiến hành ở nhiệt độ thấp nên không làm phân hủy các chất do

-

nhiệt độ.
Có thể tách được dung dịch đẳng phí và những dung dịch có độ bay hơi tương đối gần

nhau.
I.4 Sơ đồ công nghệ tách nhựa và asphalten dùng propan lỏng
Trong sơ đồ loại asphanten một bậc (hình 1) nguyên liệu cặn (gudron, phần cô) nhờ

máy bơm 17 bơm qua thiết bị gia nhiệt bằng hơi 2 vào tháp loại asphanten. Trong một
số sơ đồ trước khi được gia nhiệt người ta đưa vào nguyên liệu một lượng propan; để
tránh va đập thủy lực sử dụng thiết bị trộn. Sử dụng tháp có hai hoặc ba cửa nạp
nguyên liệu và propan. Propan hóa lỏng lấy từ bể chứa 7, nhờ máy bơm 18 bơm qua
thiết bị gia nhiệt bằng hơi 1 đi vào phần dưới của tháp 3. Trong phần giữa của tháp,
propan trong dòng đi lên tiếp xúc với nguyên liệu nóng hơn và dòng tuần hoàn nội.
Dung dịch deasphantizat cùng lượng lớn propan được gia nhiệt trong vùng gia nhiệt
bằng hơi 4, lắng và tách ra từ trên đỉnh tháp. Sau khi giảm áp đến khoảng 2,4 MPa
dung dịch này đi vào thiết bị bay hơi nằm ngang 8, được gia nhiệt bằng hơi nước áp
suất thấp, sau đó vào thiết bị gia nhiệt 8. Một phần propan chuyển sang trạng thái hơi


nhờ giảm áp. Deasphantizat tách ra từ thiết bị gia nhiệt 9 có chứa lượng nhỏ propan
(thường không quá 6%), được chế biến tiếp trong tháp bay hơi 12 bằng hơi nước. Từ
trên tháp 12 hỗn hợp propan và hơi nước tách ra, còn từ đáy tháp thu được
deasphantizat sản phẩm và nó được máy bơm 19 bơm qua máy làm lạnh 15, rồi vào bể
chứa. Mức loại hoàn toàn propan được điều chỉnh theo nhiệt độ bắt cháy của
Deasphantizat.
Hình 4: Sơ đồ công nghệ một bậc loại asphanten trong gudron bằng propan.
1-Thiết bị gia nhiệt propan bằng hơi ; 2-thiết bị gia nhiệt nguyên liệu bằng hơi; 3-tháp
loại asphanten; 4-thiết bị gia nhiệt nội bằng hơi; 5, 5a, 6-thiết bị ngưng tụ propan; 7-bể

chứa propan lỏng; 8, 9-thiết bị bay hơi propan từ dungdịch deasphantizat; 10-lò nung
để gia nhiệt dung dịch bitum; 11-thiết bị tách hơi propan từ dung dịch bitum; 12, 13tháp bay hơi; 14-thiết bị ngưng tụ; 15-máy làm lạnh deasphantizat; 16-máy làm lạnh
bitum; 17-máy bơm nguyênliệu; 18-máy bơm propan; 19-máy bơm deasphantizat; 20máy bơm bitum; 21- máy nén propan; 22-thiết bị lắng giọt lỏng. I-Nguyên liệu; IIpropan; III-hơi propan; IV-dung dịch deasphantizat; V-deasphantizat sản phẩm; VIdung dịch bitum; VII- bitum; VIII-hơi nước; IX-nước.
Dung dịch bitum ra khỏi đáy tháp 3 được gia nhiệt trong ống xoắn của lò nung 10,
trong đó phần lớn propan được bay hơi. Hơi propan tách ra khỏi chất lỏng trong tháp
tách 11, làm việc dưới áp suất như trong thiết bị bay hơi 9. Cặn propan bay hơi nhờ hơi
nước trong tháp bay hơi bitum 13. Bitum của deasphantizat được bơm ra khỏi đáy tháp
bằng máy bơm 20.

Hơi propan áp suất cao từ thiết bị gia nhiệt 8 và 9 và tháp tách 11 đi vào thiết bị
làm lạnh 5 và 5a. Propan hóa lỏng được thu gom trong bể chứa 7.Tháp lắng được sử
dụng để tách hơi propan ra khỏi những giọt lỏng bị hơi cuốn theo. Trong thiết bị làm
lạnh 5 hơi propan ngưng tụ dưới áp suất gần vớiáp suất trong thiết bị 9 và 11, nghĩa là
1,7 ÷ 2,1 MPa. Hơi propan áp suất thấp trong hỗn hợp với hơi nước từ các tháp 12 và
13 tách ra khỏi hơi nước trong thiết bị ngưng tụ 14, sau đó qua tháp lắng giọt lỏng 22,
được nén bằng máynén 21 và đưa vào thiết bị làm lạnh 6. Lượng propan mất mát được
bổ sung vào bể chứa 7.
Nếu propan nạp vào tháp 3 qua hai bộ phân phối thì phần propan đi vào bộ phân
phối trên được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn (thí dụ, 75oC) so với phần propan đưa
vào bộ phân phối dưới. Một phần hơi propan nén được đưa quay trở lại vùng trên của
thiết bị ngưng tụ 14, với mục đích giữ cho áp suất trong đó không thấp hơn áp suất khí
quyển và nhờ đó tránh không cho không khí thâm nhập vào thiết bị và tạo thành hỗn
hợp nổ. Trong nhiều sơ đồ còn có tháp làm sạch propan bằng dung dịch kiềm. Loại
kiềm ra khỏi propan tuần hoàn trong sơ đồ bằng dung dịch hydrosulfur, làm giảm ăn
mòn thiết bị và ống dẫn. Dưới đây là chế độ công nghệ của sơ đồ loại asphanten
gudron nhựa thấp:
Nhiệt độ,oC:
Nguyên liệu vào tháp 3 120÷130
Đỉnh tháp 3 75÷ 85
Đáy tháp 3 50÷ 65
Trong thiết bị bay hơi 8 80÷ 85
Trong thiết bị bay hơi 9 150÷165
Áp suất hoạt động, MPa:
Trong bể chứa propan lỏng 1,7÷1,8
Trong tháp 3 3,7÷4,4
Trong thiết bị bay hơi 8 2,2÷2,4
Trong thiết bị bay hơi 9 1,7÷2,1

Trong các tháp 12, 13 (áp suất tuyệt đối) ≈ 0,12
Tỷ lệ propan÷nguyên liệu (thể tích) 4:1÷6:1


Chương 2: Thiết kế
2.1 Sơ đồ nguyên tắc của trích ly tách nhựa và asphalten

Thùng chứa
propan lỏng

Máy nén

Thiết bị bay hơi
Nguyên
liệu

Cột
trích
ly

Tách C3 ở
pha rafinat

Gia nhiệt

Tách propan ở
extract

Dầu nhờ đã loại
nhựa và asphalten

Nhựa và asphalten

Hình 5: Sơ đồ nguyên tắc trích ly nhựa và asphalten
Quá trình trích ly nhựa và asphalten bằng propan lỏng bao gồm 3 giai đoạn
-

Giai đoạn 1: Trộn lẫn nguyên liệu với propan lỏng. Các hydrocacbon sẽ tan trong dung
môi propan lỏng và đi lên phía trên của tháp trích ly nhờ có trọng lượng riêng nhỏ hơn.
Các hợp chất nhựa và asphaten không tan trong propan lỏng và nặng hơn sẽ đi xuống

-

phía dưới đáy tháp.
Giai đoạn 2: Tách hai pha. Hỗn hợp dung môi và các hydrocacbon được lấy ra ở đỉnh
tháp còn các hợp chất nhựa và aspphalten cùng với một lượng nhỏ propan được lấy ra
ở đáy tháp.


-

Giai đoạn 3: Hoàn nguyên dung môi. Tách dung môi ra khỏi dung dịch rafinat và
extract. Sau đó dung môi được tuần hoàn trở lại.
2.2 Các thiết bị chính
2.2.1 Thiết bị trích ly
Có rất nhiều loại thiết bị dùng để trích ly như: tháp phun, tháp có tấm ngăn, tháp
đệm, tháp đĩa lưới có ống chảy truyền, tháp đĩa vành khan có cánh khuấy (tháp đĩa
quay tiếp xúc), tháp có chấn động ngoài. Vì đặc điểm của dầu nhờn là có độ nhớt lớn
nên thấp đĩa quay tiếp xúc phù hợp nhất cho quá trình trích ly loại bỏ nhựa và
asphalten vì:



Có đĩa quay nên có khả năng phân tán dung môi vào trong dầu nhờn tốt.
Năng suất làm việc lớn.
Hiệu suất của quá trình trích ly cao.
Dễ tự động hóa.
Nguyên lý làm việc của tháp
Dầu nhờn có nhiệt độ nhất định được đưa vào ở vị trí đĩa cuối cùng của tháp, dung môi
có nhiệt độ xác đinh được đưa vào từ đĩa trên cùng của tháp. Dầu nhờn và dung môi
tiếp xúc và được phân tán vào nhau nhờ cánh khuấy.