Đồ án Trích ly dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc

ời ta thường tiến hành khử asphan trước. Trong sản xuất dầu nhờn, phổ biến là dùng propan lỏng để khử chất nhựa - asphan trong phân đoạn gudron. Mục đích của quá trình này là ngoài việc tách các hợp chất nhựa - asphan còn cho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng, đã làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốc hoá và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhớt cao cho dầu gốc. 2. Cơ sở lý thuyết của quá trình:. Cơ sở lý thuyết của quá trình là các hợp chất nhựa, asphan chiếm phần chủ yếu trong cặn gudron, chúng là các hợp chất có khả năng hoà tan kém trong dung môi không cực. Nhờ tính chất này, người ta chọn dung môi parafinic để tách chúng. Dung môi tạo điều kiện cho quá trình đông tụ các chất nhựa - asphan và hoà tan chọn lọc hydrocacbon. Trong dung môi parafinic, khả năng hoà tan các hợp chất hydrocacbon có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau: Naphten, parafin > Hydrocacbon thơm mộl vòng > hydrocacbon thơm đa vòng. Do vậy trong quá trình khử asphan, đồng thời xảy ra hai quá trình: đông tụ, lắng các chất nhựa asphan và trích ly các hợp chất hydrocacbon. Nếu tăng dần trọng lượng phân tử của dung môi không cực, sẽ làm tăng khả năng hoà tan của dung môi và như vậy sẽ làm giảm độ chọn lọc. Chính vì thế mà trong thực tế, propan lỏng là dung môi thích hợp nhất cho quá trình này. 3. Sơ đồ công nghê tách asphan bằng Propan lỏng-:. Hình 5. Sơ đồ tách asphan bằng propan lỏng 1. Bình chứa propan; 2. Thiết bị bay hơi; 3. Máy nén 4. Cột khử dung môi ở rafinat; 5. Lò đốt nóng; 6. Tách dung môi khỏi rafinat; 7. Thiết bị lắng tách; 8. Cột tách dung môi khỏi Asphan; 9. Cột tách dung môi khỏi asphan; 10. Cột trích ly; I. propan; II. Nguyên liệu; III. Hơi nước; IV. Rafinat; V. Asphan; VI. Chất lỏng ngưng tụ . II.3.3.2. Các quá trình tách ly bằng dung môi chọn lọc: a. Công dụng: Các quá trình này có nhiệm vụ tách các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng, các hợp chất nhựa asphan bằng các dung môi có cực nhằm cải thiện thành phần hoá học của dầu nhờn. Các quá trình này được xem như là các quá trình làm sạch chọn lọc dầu nhờn. b. Cơ sở lý thuyết: Các hợp chất nhựa và hydrocacbon thơm đa vòng là các hợp chất có hại, không mong muốn có mặt trong dầu nhờn. Sự có mặt của chúng không những làm cho chất lượng dầu kém đi, chỉ số nhớt thấp mà chúng còn làm cho màu dầu rất xấu. Các hợp chất này bằng phương pháp chưng cất không thể loại bỏ được. Làm sạch dựa vào tính chất hoà tan chọn lọc của dung môi có cực, cho phép sản xuất ra được dầu gốc chất lượng cao từ bất cứ dầu thô nào. Vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch chọn lọc là tính chất của dung môi, đó là tác dụng của lực van der waals (lực định hướng, cảm ứng, phân tán) xảy ra giữa dung môi và các hợp chất phân cực cần phải tách đi trong dầu nhờn. Yếu tố quan trọng của quá trình làm sạch chọn lọc là độ chọn lọc và khả năng hoà tan của dung môi. Độ chọn lọc là khả năng phân tách rõ ràng các cấu tử nguyên liệu vào rafinat, bao gồm các hợp chất có ích như iso - parafin, naphten, lai hợp parafin - naphten và các hợp chất thơm một vòng, còn phần trích ly (extract) chỉ chứa các cấu tử có hại như là các hợp chất đa vòng, nhựa asphan và một lượng rất nhỏ các hợp chất có lợi. Khả năng hoà tan của dung môi là đại lượng được thể hiện bằng lượng dung môi cần thiết để hoà tan một lượng xác định các cấu tử của nguyên liệu, hay nói cách khác là trong điều kiện để nhận rafinat có chất lượng xác định, lượng dung môi cần thiết càng ít để nhận được cùng một rafinat chất lượng tương đương, thì khả năng hoà tan của dung môi càng lớn Về nguyên lý, độ chọn lọc và khả năng hoà tan là hai đại lượng ngược nhau, tăng chỉ tiêu này sẽ dẫn tới làm giảm chỉ tiêu kia. Độ hoà tan của hydrocacbon trong dung môi có cực không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của hydrocacbon mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường tuân theo một số quy luật sau: - Khi tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon thì độ hoà tan tăng. - Khi tăng chiều dài mạch alkyl, độ hoà tan giảm xuống. - Độ hoà tan giảm khi tăng số nguyên tử cacbon trong naphten. - Độ hoà tan của hydrocacbon thơm sẽ lớn hơn naphten. Khi có cùng số nguyên tử cacbon trong vòng. - Hydrocacbon parafin có độ hoà tan nhỏ nhất . c. Các ưu điểm khi làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chon lọc - Không tác dụng hoá học với nguyên liệu, tránh được mất mát cấu tử cần thiết. - Dung môi có khả năng tái sinh lại được nên chi tiêu dung môi ít, làm tăng được hiệu quả kinh tế của quá trình. - Quá trình tiến hành trên thiết bị liên tục, nên công suất thiết bị lớn . d. Các sơ đồ công nghê:. 4 6 11 12 14 VI 16 13 15 17 V VI + II IV + II II 18 21 19 20 II 24 23 22 IV VI VI + II II II II VI +II VI + II I III + II I VI + II VI 1 2 5 9 8 7 10 3 I II II I Hình 6. Sơ đồ công nghệ làm sạch chọn lọc bằng phenol 3 VI I XI 2 1 I I 5 I 6 IV+II V 31 8 30 4 29 9 10 VI II III II III + II III + II II 7 11 II III + II 12 13 VII + II IX IV + II IV + II 14 15 II + VII 17 16 21 IV + II 28 18 IV + II II II VII + II IV + II II II 19 20 VI IV 21 VI VII VIII + II VII + II 25 22 23 24 26 VII + II VII + II Hình 7. Sơ đồ công nghệ trích ly bằng furfurol II 3.4. Quá trình tách sáp: Sáp là một hỗn hợp mà chủ yếu là các parafin phân tử lượng lớn và một lượng nhỏ các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao (chúng dễ kết tinh ở nhiệt độ thấp) và kém hoà tan vào dầu nhờn có nhiệt độ thấp. Vì thế chúng cần phải tách ra khỏi dầu nhờn. II. 3.4.1. Quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh: Khi tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra do chúng bị kết tinh. Như vậy bằng cách kết tinh có thể sử lý dầu nhờn chứa sáp. Quá trình này dựa vào nguyên lý kết tinh parafìn rắn bằng cách làm lạnh, sau đó tách chúng khỏi dầu nhờ lọc hay ly tâm. Trong các dây truyền sản xuất trước đây, dầu được làm lạnh ở các dàn lạnh, sau đó hỗn hợp đặc chứa dầu và sáp được chuyển qua bộ phận lọc ép áp suất. Tại đây những tinh thể sáp được giữ lại, còn dầu nhờn được chảy qua khi lớp sáp đủ dày, xả áp và tháo các bánh sáp thô ra. Phương pháp này có các nhược điểm sau: - Làm việc gián đoạn và rất nhiều khâu phải dùng đến áp suất. - Độ nhớt của dầu tách sáp lớn, gây trở ngại cho quá trình lọc, đặc biệt là các loại dầu có độ nhớt cao. - Không áp dụng được cho nguyên liệu là dầu cặn vì tách sáp không triệt để do các vi tinh thể parafin được tạo ra trong quá trình không thể tách ra bằng lọc . II. 3.4.2. Tách sáp bằng dung môi chọn lọc: Để khắc phục các nhược điểm trên, người ta sử dụng dung môi để tăng độ linh động của dầu nhờn. Do sáp cũng có thể hoà tan vào dung môi, nên phải tiến hành ở nhiệt độ thấp và phải chọn dung môi thích hợp. Một dung môi tách sáp tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau: - ít (hay không) hoà tan sáp. - Hoà tan tốt dầu nhờn ở lại nhiệt độ kết tinh của sáp. - Sáp ở dạng tinh thể lớn để dễ tách bằng lọc - Có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, tiết kiệm năng lượng. - Dung môi phải dễ kiếm, rẻ không độc hại và không gây ăn mòn - Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành Sáp mềm Hình 8. Sơ đồ công nghệ tách sáp dùng dung môi chọn lọc II. 3.5. Quá trình làm sạch bằng hydro: Quá trình tinh chế sản phẩm dầu đã tách sáp là quá trình cần thiết nhằm loại bỏ các chất hoạt động về mặt hoá học, có ảnh hưởng đến độ màu của dầu gốc. Ví dụ, các hợp chất nitơ có ảnh hưởng rất mạnh đến màu sắc cũng như độ bền màu của dầu gốc, vì thế phải loại bỏ chúng và đó chính là yêu cầu của quá trình tinh chế bằng hydro. Tính chất của dầu nhờn sau khi hydro hoá làm sạch được thay đổi như sau: Làm giảm độ nhớt 0 - 2 Làm tăng chỉ số nhớt 0 – 2 Hạ thấp nhiệt độ đông đặc, 0C 0 – 2 Tăng sáng màu (độ) 1 - 2 Lò ống Hình 9. Sơ đồ công nghệ hydro hoá làm sạch II.3.6. Xu hướng cải tiến công nghệ sản xuất dầu gốc: Công nghệ sản xuất dầu gốc vừa nêu là công nghệ truyền thống và ngày càng được cải thiện nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao hơn, hiệu suất lớn hơn và kinh tế hơn. Một trong những hướng cải tiến là áp dụng các quá trình xử lý bằng hydro, có xúc tác, chẳng hạn như quá trình hydrocracking và hydroizome hoá. Nhờ quá trình hydrocracking cho phép sản xuất được loại dầu nhờn có nhiệt độ đông đặc thấp và chỉ số độ nhớt rất cao. Tuỳ theo điều kiện công nghệ người ta chia hydrocracking thành ba loại sau: 1 . Hydrocracking khe khắt tiến hành ở áp suất hydro rất cao, từ 200 đến 250 at (20 đến 25 MPa). 2. Hydrocracking với độ khe khắt vừa phải tiến hành ở áp suất hydro từ 100 đến 150 at. 3. Hydrocracking ở điều kiện mềm tiến hành ở áp suất hydro từ 30 đến 70 at. Quá trình hydrocracking hay dùng là loại 1 và 2, còn hydrocracking mềm chính là quá trình hydro hoá làm sạch vừa nêu trên. Khi tiến hành hydrocracking để sản xuất dầu nhờn, người ta làm thay đổi thành phần hoá học và cấu trúc của nguyên liệu theo hướng tăng các hydrocacbon có chỉ số nhớt cao, nhiệt độ đông đặc thấp và độ ổn định oxy hoá cao. Sản phẩm chính của quá trình sẽ là các hợp chất một vòng loại naphten hay hợp chất thơm có mạch nhánh alkyl dài phân nhánh hoặc các iso - parafin từ C20 đến C40 có các nhánh phân nhánh. Vì thế khi tiến hành quá trình hydrocracking, ngoài các phản ứng hydrogenolyse các hợp chất dị nguyên tố nitơ, oxy, lưu huỳnh, các phản ứng mong muốn cần xảy ra là: 1. Hydro hoá các hợp chất thơm đa vòng thành naphten Chỉ số nhớt ằ -60 ằ + 20 Nhiệt độ đông đặc > + 500C < + 200C 2. Tiếp tục dehydro khử vòng các naphten đa vòng, hydrocacbon thơm và hydrocacbon lai hợp loại naphten thơm thành hydrocacbon đơn vòng: Chỉ số nhớt 20 100 - 140 Nhiệt độ đông đặc + 200C < 00C 3. Hydroizone hoá các hydrocacbon parafin Chỉ số nhớt 125 119 Nhiệt độ đông đặc + 190C - 40 0C Như vậy trong quá trình phản ứng xảy ra, đã đồng thời nâng cao chỉ số nhớt và giảm nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn . Chương III: Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc dùng phương pháp trích ly bằng phenol III.1. Mục đích và ý nghĩa của quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc. Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà chứng cất không thể loại ra được. Các cấu tử này thường là các chất nhựa, phi hydrocacbon, các hydrocacbon thơm mạch bên ngắn ngưng tụ cao… thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng lại biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo cặn nhựa và cặn bùn trong dầu. Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi chọn lọc là dựa vào tính chất hoà tan có chọn lọc của dung môi được sử dụng. Khi trộn dung môi vào nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử của nguyên liệu sẽ phân thành hai nhóm: nhóm hoà tan tốt trong dung môi tạo thành pha riêng gọi là pha trích (extract); còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít trong dung môi gọi là rafinat. Sản phẩm có ích có thể nằm trong pha trích hay rafinat tuỳ thuộc vào loại dung môi sử dụng. Với dung môi phenol thì sản phẩm có ích không hoà tan vào dung môi này, nên chủ yếu trong pha trích là những cấu tử có hại đối với dầu nhờn. Do đó quá trình trích lý bằng dung môi chọn lọc đặc biệt có ý nghĩa trong việc sản xuất dầu nhờn. Quá trình này làm tăng độ ổn định, chống oxy hoá cho dầu nhờn, tăng chỉ số độ nhớt, giảm tỷ trọng, giảm độ nhớt, giảm độ cốc hoá, làm sáng màu cho dầu nhờn. Tuy nhiên, nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn lại tăng bên. III.2. Sơ đồ nguyên tắc của quá trình trích ly lỏng - lỏng. Dung dịch dầu L + M Dung môi thứ G Trích ly L: Pha raphinát Pha trích: G + M Dung môi G Hoàng nguyên (thường là chưng luyện) M: Cấu tử cần tách Hình 10: Sơ đồ nguyên tắc của quá trình trích ly Quá trình trích ly lỏng - lỏng bao gồm 3 giai đoạn. - Giai đoạn trộn lẫn dung dịch đầu với dung môi thứ: Cấu tử phân bố trong hỗn hợp đầu sẽ đi vào dung môi thứ cho đến khi đạt được cân bằng giữa hai pha. - Giai đoạn tách hai pha ra: Hai pha này phân thành lớp nên tách ra rất dễ dàng, một pha gồm dung môi thứ và cấu tử phân bố gọi là dung dịch trích. Một pha gồm dung môi đầu và một ít cấu tử phân bố còn lại (có thể có lẫn một ít dung môi thứ) gọi là dung dịch rafinat. Thường thì các cấu tử trong dung dịch đầu và dung môi thứ có hoà tan một phần vào nhau nên mỗi pha tối thiểu gồm 3 cấu tử. - Giai đoạn hoàn nguyên dung môi: Tách dung môi ra khỏi dung dịch rafinat và dung dịch trích. Như vậy để tách một hỗn hợp lỏng đồng nhất bằng phương pháp trích ly thì phức tạp hơn chưng luyện, nhưng trong nhiều trường hợp thì trích ly có nhiều ưu điểm hơn như: - Trích ly được tiến hành ở nhiệt độ thường nên thích hợp với những chất dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao. - Có thể tách được dung dịch đẳng phí và những dung dịch có độ bay hơi tương đối gần nhau. - Với những dung dịch pha loãng thì trích ly sẽ tiết kiệm hơn. * Nguyên tắc trích ly. Để khảo sát nguyên tắc của quá trình trích ly ta giả thiết dung môi đầu và dung môi thứ hoà tan hạn chế vào nhau. Khi đó thành phần mỗi pha trích ly gồm 3 cấu tử. Do đó để đơn giản ta chọn biểu đồ pha trên toạ độ tam giác đều. Trên đỉnh của tam giác biểu diễn cấu tử phân bố (M), dung môi đầu (L) dung môi thứ (G) tinh khiết 100%. Mỗi điểm nằm trên các cạnh của tam giác đều biểu diễn thành phần của dung dịch hai cấu tử. Mỗi điểm nằm trong tam giác đều biểu diễn thành phần của dung dịch gồm ba cấu tử. G M L R F0 F1 Fm F R1 E E1 E' R' Hình 11: Biểu đồ pha hệ ba cấu tử Hỗn hợp hai cấu tử M và L hoàn toàn tan lẫn vào nhau, dùng dung môi thứ G có khả năng hoà tan chọn lọc M để tách chúng ra gọi là trích ly. Hỗn hợp đầu giả sử gồm hai cấu tử L và M hoà 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 F0, ta thu được hỗn hợp 3 cấu tử mà thành phần của hỗn hợp này được biểu diễn ở điểm N nằm trên đường thẳng F0G, vị trí của điểm N tuỳ thuộc vào tỷ lượng G/F0. Giả sử ở điểm N, hỗn hợp N là hỗn hợp dị thể, không hoà tan vào nhau phân thành 2 pha. Pha rafinat gồm hầu hết là L, một phần dung môi thứ G và cấu tử phân bố M. Pha trích gồm hầu hết là G, một phần là M và L. Trong đó nồng độ của cấu tử phân bố trong pha trích EE' lớn hơn trong rafinat RR'. Tách dung dịch rafinat ra khỏi dung dịch trích (thường bằng phương pháp gạn) rồi thêm dung môi thứ G vào rafinat, ta được một hệ 3 cấu tử mới có thành phần được biểu diễn ở 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 thử ra khỏi rafinat thì cuối cùng ta thu được rafinat gồm hầu hết là dung môi đầu. 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 tách cao hơn ta có thể thay đổi điều kiện của quá trình như giảm nhiệt độ (tăng kích thước của vùng dị thể), chọn dung môi có kích thước vùng dị thể lớn hơn, có độ dốc đường liên hợp lớn hơn. III. 3. Dung môi phenol. Phenol là chất rắn, kết tinh, không màu. Phenol hút ẩm có màu hồng, gây bỏng. Nhiệt độ nóng chảy 43oC. Phenol là một chất độc. Phenol dễ hoà lan trong rượu, trong benzen và các dung môi khác. Phenol kết hợp với nước tạo thành hai chất lỏng không trộn lẫn nhau, một dung dịch phenol trong nước và một dung dịch nước trong phenol. Các số liệu sau cho về độ hoà tan lẫn nhau của phenol và nước ở các nhiệt độ khác nhau. Độ hoà tan (% khối lượng) ở nhiệt độ, 0C Nhiệt độ 20 30 40 50 60 66 Phenol trong nước 8,20 8,75 9,60 33,20 16,80 34,00 Nước trong phenol 27,50 30,10 11,80 37,40 44,90 66,00 Phenol cùng với nước tạo thành hỗn hợp đẳng phí, chứa 9% khối lượng phenol, với nhiệt độ sôi 98oC ở 101KPa. Phenol là dung môi chọn lọc để làm sạch các phân đoạn dầu nhờn cất và dầu nhờn cặn, phenol hoà tan tốt các hydrocacbon thơm có nhánh bên ngắn, đặc biệt là các hydrocacbon đa vòng, các chất nhựa . III.4. Lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ của q úa trình. III.4.1. Lựa chọn sơ đồ công nghệ: * Phân tích các ưu, nhược điểm của các sơ đồ công nghệ làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc. - Những ưu điểm khi dùng phenol để làm sạch dầu nhờn: Có khả năng tăng chỉ số nhớt cho dầu nhờn, có khả năng hoà tan tốt các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh và sản phẩm nhựa, có thể làm sạch các phân đoạn dầu nhờn cất và phân đoạn dầu nhờn cặn nặng và cả các phân đoạn dầu nhờn nhận từ dầu mỏ lưu huỳnh, nên khi bảo quản cũng như khi tái sinh ít thay đổi chất lượng hơn so với furfurol, lý lệ phenol/nguyên liệu thấp hơn so với furfurol. - Những nhược điểm khi dùng phenol: Tính chọn lọc kém hơn furfurol, nên khi dùng phenol thì một số cấu tử dầu nhờn không tách triệt để mà còn lẫn trong extract nên làm mất mát một số cấu tử dầu nhờn thải ra ngoài làm giảm hiệu suất sản phẩm rafinat có khả năng hoà tan cao đối với các hợp chất sunfid và các chất ức chế sự oxy hoá, phenol độc hơn so với furfurol. - Những ưu điểm khi dùng dung môi furfurol: Furfurol có tính chất chọn lọc cao nên tách triệt để các cấu tử dầu nhờn ra khỏi phần thải vì vậy làm tăng hiệu suất sản phẩm rafinat có khả năng giữ sự chênh lệch nhiệt độ cao theo chiều cao của tháp trích ly nhờ vậy mà làm tăng nhiệt độ hoà tan tới hạn của nguyên liệu. Furfurol sử dụng có hiệu quả cao đối với nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất có hàm lượng hydrocacbon thơm lớn. Còn phenol sử dụng có hiệu quả cao đối với nguyên liệu mà có trọng lượng phân tử cao và nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn thu được từ dầu mỏ lưu huỳnh. Khi cùng làm sạch nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn cặn nặng thu được từ quá trình khử asphaten trong gudron bằng furfurol và phenol (với tỷ lệ dung môi như nhau) thì ta thấy hiệu suất sản phẩm rafinat khi dùng dung môi furtfurol cao hơn, nhưng chất lượng sản phẩm rafinat lại kém hơn so với khi dùng dung môi phenol. Qua phân tích, so sánh giữa các sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc dùng dung môi phenol và dung môi furfurol và từ công suất được giao (400.000tấn/năm) em chọn sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc dùng dung môi phenol và chọn nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất của quá trình chưng cất chân không mazut. III.4.2. Sơ đồ trích ly bằng dung môi phenol Hình 12. Sơ đồ công nghệ làm sạch dầu nhờn bằng phenol III 4.3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. Tháp hấp thụ. Tháp trích ly đĩa quay Tháp bay hơi rafinat Tháp tái bay hơi rafinat Tháp sấy Tháp bay hơi extract Tháp tái bay hơi extract Thiết bị trao đổi nhiệt lồng ống. Lò ống. Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ bọc ngoài Bơm Bể chứa nguyên liệu và sản phẩm Bể chứa trung gian. Trước khi vào tháp hấp thụ (2) nguyên liệu được đun nóng đến 110 á 1150C trong thiết bị (1). Tại (2) nguyên liệu đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi của hỗn hợp đẳng phí phenol - nước từ dưới lên. Hơi nước đi ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ được ngưng tụ làm lạnh và cho đi sản xuất hơi nước quá nhiệt. Nguyên liệu hấp thụ phenol lấy ra ở đáy tháp hấp thụ cho qua thiết bị làm lạnh (1) đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho vào tháp trích ly (3) nguyên liệu phenol lấy ra từ bể chứa (13) nhờ bơm (12) bơm qua thiết bị đốt nóng (1) và cho đi vào phía trên gần đỉnh tháp. Để hạn chế khả năng hoà tan của phenol, cho nước phenol vào phía dưới của tháp (3). Nhiệt độ của tháp (3) được điều chỉnh bằng nhiệt độ của nguyên liệu vào và nhiệt độ của phần tuần hoàn đáy sau khi qua trao đổi nhiệt (1). Trong tháp trích ly tạo thành 2 pha: rafinat và extract. + Tái sinh dung môi trong dung dịch rafinat được thực hiện hai cấp ở thiết bị (4) và (5). Khi ra khỏi tháp (3) dung dịch tự chảy vào thiết bị trao đổi nhiệt (9) trước đó đã qua bể chứa (13) vào lò đốt (10). Hỗn hợp hơi lỏng với nhiệt độ 260 á2900C đi ra khỏi lò đi vào phần giữa của tháp bốc hơi (4) ở đây phần nhẹ hơi phenol tách ra ở đỉnh tháp được cho qua làm lạnh ngưng tụ (1) rồi vào bể chứa (13). Dung dịch rafinat chứa khoảng 5 á 6% phenol từ đáy tháp (4) được cho qua tháp tách (5). Hơi nước qúa nhiệt được cho vào đáy tháp (5) để tách hơi phenol còn lại, hơi phenol ra khỏi (5) được cho qua làm lạnh (1) ngưng tụ rồi cho vào bể chứa (13). Rafinat cho qua trao đổi nhiệt (9) vào bể chứa sản phẩm. + Tái sinh dung môi từ dung dịch extract. Dung dịch từ đáy tháp (3) được bơm (12) cho qua thiết bị trao đổi nhiệt (1), ở đây được đốt nóng bằng hơi phenol từ (7) sang với nhiệt độ khoảng 120á1300C rồi cho vào tháp làm khô (6). Hỗn hợp đẳng phí phenol nước được dẫn về cột hấp thụ (2) hoặc qua thiết bị làm lạnh (1) rồi vào bể chứa (13). Một lượng dung dịch lấy ra từ phần đáy tháp (6) cho tự chảy sang thiết bị đun sôi (11). Trong thiết bị này đốt dung dịch extract nhờ nhiệt của hơi phenol từ tháp (7) sang. Mục đích của việc đun sôi này nhằm bổ sung nhiệt cho hỗn hợp trong tháp (6) dung dịch extract không có nước đi ra khỏi đáy tháp (6) được bơm qua lò đốt (10) nhờ bơm (12). ở đây đốt nóng đến 250 á 2800C rồi cho qua tháp (7). ở tháp này hầu như tất cả phenol được tách ra, hơi phenol từ đỉnh tháp (7) được đưa qua (11) rồi trao đổi nhiệt ở các thiết bị (1), rồi vào bể chứa (13). Hỗn hợp đáy ra khỏi tháp (7) được đưa qua thiết bị tái bốc hơi extract dể tách hết hơi phenol. Một phần hỗn hợp đáy tháp (7) được tuần hoàn lại lò đốt nhờ bơm (12) để bổ sung thêm nhiệt lượng. Để tách hết phenol người ta cho hơi nước quá nhiệt vào đáy tháp (8) hồ lưu đỉnh tháp dùng nước phenol. Hơi phenol - nước tách ra ở đáy tháp (8) được tuần hoàn lại tháp (2), extract lấy ra ở đáy tháp (8) được làm lạnh và cho về bể chứa sản phẩm. III. 4.4. Chế độ công nghệ: Khi tiến hành làm sạch bằng dung môi phenol, ngoài thành phần hoá học của nguyên liệu và của dung môi, cần phải xác định các điều kiện công nghệ của quá trình như tỷ lệ phenol/ nguyên liệu, chế độ nhiệt độ và các chất pha thêm vào dung môi. III 4.4.1. Chế độ nhiệt: Nhiệt độ tiến hành quá trình, trước hết được chọn dựa vào đại lượng nhiệt độ tan lẫn hoàn toàn nguyên liệu vào dung môi và nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ hoà tan tới hạn của dung môi (KTS). Nhiệt độ trích ly cần phải nhỏ hơn nhiệt độ KTS. Nhiệt độ hoà tan tới hạn của dung môi đối với phân đoạn dầu nguyên liệu phụ thuộc vào thành phần của phân đoạn và vào tỷ lệ phenol/nguyên liệu. Hình 13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa KTS và nồng độ của dung môi Khi biết KTS, vùng lắng rafinat cần chọn thấp hơn nhiệt độ này từ 5 đến 15oC (nhiệt độ đỉnh tháp trích ly). Để tạo động lực trích ly, cần có sự chênh lệch nhiệt độ đỉnh và đáy tháp trích ly trong khoảng từ 5 đến 30oC. Nhiệt độ này được điều chỉnh bằng nhiệt độ cấp liệu của nguyên liệu và dung môi vào tháp trích ly cũng như nhiệt độ của dòng tuần hoàn. III 4.4.2. Tỷ lệ phenol / nguyên liệu: Tỷ lệ phenol/nguyên liệu cũng là một thông số cơ bản của quá trình trích ly, vì cùng với chế độ nhiệt, nó xác định hiệu suất và chất lượng của rafinat. Hình 14. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng giữa tỉ lệ phenol/nguyên liệu đến chất lượng fafinat Sự phụ thuộc của hiệu suất rafinat vào tỷ lệ phenol/nguyên liệu và nhiệt độ trích ly có thể biểu diễn bằng phương trình thực nghiệm sau: lg (100 - R) = (a + bT) lg S + cT + d ở đây: R - Hiệu suất rafinat T - Nhiệt độ trích ly, 0C S - tỷ lệ phenol/ nguyên liệu a, b, c, d - các hằng số thực nghiệm Tỷ lệ phenol/nguyên liệu phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, vào yêu cầu chất lượng sản phẩm dầu nhờn cần thu. Tỷ lệ này thay đổi trong một khoảng tương đối rộng. Khi làm sạch nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất và mục đích là nhận dầu nhờn có chất lượng tốt, chỉ số nhớt cao ta lấy tỷ lệ phenol/nguyên liệu từ (1,5 - 2)/1. III.4.4.3. Sự đưa thêm nước vào: Để tăng sự phân chia triệt để và giảm mất mát các cấu tử cần thiết trong extract thì người ta đưa thêm một lượng nước - phenol vào tháp trích ly (nước phenol là hỗn hợp giữa hơi phenol và nước lấy từ tháp tái bốc hơi trong bộ phận tái sinh phenol từ dung dịch rafinat và extract). Để làm sạch nguyên liệu triệt để người ta cho nước thêm vào phenol. Để giảm hàm lượng phenol trong dung dịch rafinat và để tăng hiệu suất rafinat, người ta cho thêm 2 đến 5% nước (so với lượng phenol chung cho tháp) vào đỉnh tháp và đáy tháp trích ly. Cho nước thêm vào đỉnh tháp làm giảm độ nhớt dung dịch rafinal còn cho nước vào đáy tháp thì làm tăng nhiệt độ đáy tháp, nhờ vậy mà tăng hiệu suất rafinat và làm tăng chất lượng rafinat. Phần ii. Tính toán công nghệ IV. Số liệu ban đầu Năng suất thiết bị: 400.000 tấn/năm Thời gian làm việc của dây chuyền: 8.000 giờ/năm Tỷ trọng của nguyên liệu, (kg/m3) Tỷ lệ giữa dung môi phenol và nguyên liệu là 2:1 Chi phí phenol – nước, % khối lượng so với phenol: 3% Hiệu suất rafinat, % khối lượng so với nguyên liệu: 75% Tỷ trọng rafinat, = 902 kg/m3 Nồng độ trọng lượng rafinat trong phần làm sạch: 0,8 Nhiệt độ đỉnh tháp t1 = 1100C Nhiệt độ đáy tháp t2 = 600C Nhiệt độ trong tháp trích ly, t = 850C IV.1. Tính cân bằng vật chất cho tháp trích ly 1. Dòng vào Theo số liệu ban đầu năng suất thiết bị là 400.000 tấn/năm hay = 50.000 (kg/h) Vì hiệu suất dầu nhờn thu được là 75% trên tổng lượng nguyên liệu vào nên ta tính được lượng nguyên liệu vào tháp trích ly là: G1 = 50.000. = 66666,666