Mô hình hóa toán học quá trình sa lắng tập hợp các hạt rắn trong môi trường lỏng

LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành cảm ơn thầy TS Phan Đình Tuấn nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên trình thực luận văn Tôi chân thành cảm ơn Thầy Cô Bộ môn Máy & Thiết bị, Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí, Khoa Công Nghệ Hóa Học tạo thuận lợi hoàn thành luận văn thời hạn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn anh chị Viện Công Nghệ Hóa Học Trung tâm An toàn & Môi trường Dầu khí (RDCPSE) thuộc Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam giúp đỡ việc lấy mẫu phân tích cỡ hạt, phân tích tiêu hóa lý dầu thô Việt Nam Học viên: Tạ Đăng Khoa TÓM TẮT Quá trình lắng hạt rắn môi trường liên tục phụ thuộc tính chất nhớt môi trường, tính chất vật lý hình dạng hạt, độ nhám bề mặt, mật độ hạt Ngoài ra, sức căng bề mặt có ảnh hưởng đến lắng hạt Để làm rõ ảnh hưởng trình lắng, thí nghiệm tiến hành trình lắng tập hợp hạt cát môi trường lỏng dầu gốc với thành phần parafin hòa tan khác Hàm lượng parafin, mật độ kích thước hạt yếu tố làm ảnh hưởng mạnh tốc độ lắng hạt, đưa vào yếu tố hiệu chỉnh cho phương trình Stokes hệ thức Richarson – Zaki Chương 1: Giới thiệu sở lý thuyết mô hình hóa toán học Chương 2: Giới thiệu đối tượng nghiên cứu trình lắng diễn môi trường dầu thô tính chất dầu thô Việt Nam Dựa thảo luận, xây dựng kế hoạch thực nghiệm mô hình nghiên cứu phù hợp Chương 3: Các số liệu thực nghiệm thảo luận trình bày Từ đưa số hệ thức mô tả ảnh hưởng yếu tố nói Chúng nhận thấy khoảng biến thiên tỷ trọng hạt độ nhớt tiến hành thực nghiệm, hệ thức đề nghị cho kết phù hợp với thực nghiệm Chương 4: Bốn kết luận quan trọng trình bày Những kết xem đóng góp nhỏ vào nghiên cứu trình lắng hệ nhiều hạt đa phân tán môi trường lỏng ABSTRACT The sedimentation of solid phase in continuous media depends on the media’s viscosity, physical properties, forms, surface roughness, concentration of particles Besides, surface tention also has effect to the sedimentation To clarify the influences of these factors on the sedimentation, experiments have been carried out with sands as solid particles, petroleum with different amounts of dissolved parafin as liquid media These influences have been used as adjusted variables to the known Stokes’ equation and the Richardson – Zaki’ correlation In chapter 1: The theoretical basis of mathematical modelling method has been introduced In chapter 2: The properties of Vietnamese petroleum and related sedimentation process have been described Based on the discussions, a working plan has been figured out and the experimental apparatus system has been set up In chapter 3: Experimental results with discussions have been included Based on the results, some correlations to include the influences of the said parameters have been derived It was shown that in the range of solid particle density and liquid viscosities, the derived correlations have well described the experimental results In chapter 4: Four important conclusions have been shown The conclusions could be considered a small contribution to the basic researches of the sedimentation of the poly – dispered system in liquid media MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 1.1 Mô hình hóa 1.1.1 Định nghóa 1.1.2 Phân loại mô hình toán học 1.1.3 Các bước thiết lập mô hình toán học 10 1.2 Mô hình toán học cho trình lắng 10 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu 10 1.2.2 Quá trình lắng hạt 11 1.2.3 Quá trình lắng hệ huyền phù 13 CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA DẦU THÔ VIỆT NAM 15 2.1 Khái niệm dầu thô 15 2.2 Thành phần dầu thô 15 2.2.1 Thành phần nguyên tố dầu thô 15 2.2.2 Thành phần hóa học dầu thô 16 2.3 Tạp chất học dầu thô 19 2.3.1 Nguồn gốc 19 2.3.2 Thành phần 19 2.3.3 Tính chaát 20 2.4 Parafin dầu thô 22 2.4.1 Cấu trúc tinh theå 22 2.4.2 Tính chất 23 2.4.3 Phân loại 25 2.4.4 Öùng duïng 26 2.5 Ngành công nghiệp Dầu khí Việt Nam 27 2.5.1 Tình hình khai thác dầu thô 27 2.5.2 Tính chất dầu thô Việt Nam 27 2.5.3 Tính lưu biến dầu thô Việt Nam 29 2.5.4 Đặc điểm chung dầu thô Việt Nam 31 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 32 3.1 Thiết bị thí nghieäm 32 3.2 Vật tư hóa chất 34 3.2.1 Tập hợp hạt rắn 34 3.2.2 Môi trường lưu chất 34 3.3 Phương pháp phân tích 35 3.4 Keát thực nghiệm thảo luận 35 3.4.1 Khảo sát trình lắng hạt 35 3.4.1.1 Thực nghiệm kết 35 3.4.1.2 Thảo luận kết 36 3.4.2 Khảo sát trình lắng tập hợp hạt đơn phân tán 39 3.4.2.1 Thực nghiệm kết 39 3.4.2.2 Xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm 41 3.4.2.3 Thảo luận kết 44 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng parafin lên trình lắng hạt 49 3.4.3.1 Thực nghiệm kết 49 3.4.3.2 Thảo luận kết quaû 51 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng parafin lên trình lắng tập hợp hạt đơn phân tán 51 3.4.4.1 Thực nghiệm kết 51 3.4.4.2 Xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm 53 3.4.4.3 Thảo luận kết quaû 55 3.4.5 Khảo sát trình lắng tập hợp hạt đa phân tán 66 3.4.5.1 Thực nghiệm kết 66 3.4.5.2 Thảo luận kết 68 3.4.6 Xây dựng chương trình tính toán trình lắng 71 CHƯƠNG 4: KẾT LUAÄN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHUÏ LUÏC 80 MỞ ĐẦU Trong trình vận chuyển tồn trữ, thành phần dầu thô bị thay đổi Những thành phần nước, sediment (tạp chất học gồm cát, đá,…), asphalt… lắng xuống tạo lớp cặn bùn dầu thô đáy tàu, đáy bồn Lớp cặn gây nhiều khó khăn vấn đề vận chuyển tồn trữ dầu thô Hằng năm giới phải tiêu tốn hàng triệu đô–la Mỹ để xử lý lớp cặn môi trường Trên giới có nhiều nghiên cứu phương pháp hạn chế trình hình thành lớp cặn bùn này: sử dụng phụ gia, vi sóng… Tuy nhiên hạt hình cầu lắng môi trường có thành phần khác trình diễn phức tạp Việc hiệu chỉnh phương trình lắng Stokes hệ số hệ thức Richardson Zaki chứng tỏ hiệu Tuy nhiên, số thực nghiệm hoà tan parafin vào dầu thô với hàm lượng khác giữ nguyên độ nhớt môi trường tốc độ lắng hạt thay đổi Như vậy, yếu tố đề cập, sức căng bề mặt thay đổi ảnh hưởng đến trình lắng tương tác môi trường liên lục với hạt pha rắn Trên sở đó, luận văn nhằm giải vấn đề “Mô hình hóa toán học trình sa lắng tập hợp hạt rắn môi trường lỏng” để đưa mô hình tính toán cho trình lắng tónh hạt cát, đá môi trường lỏng đường mô tả toán học theo phương pháp hiệu chỉnh lại phương trình sẵn có chúng phù hợp điều kiện cụ thể với “Quá trình lắng tạp chất học dầu thô” ví dụ đối tượng công nghệ CHƯƠNG MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 1.1 Mô hình hóa 1.1.1 Định nghóa Mô hình đối tượng chủ thể sở đồng dạng cấu trúc chức dùng thay cho nguyên tương ứng để giải nhiệm vụ định [9] Như với nguyên có nhiều mô hình khác tùy thuộc vào nhiệm vụ cần giải Mô hình toán học biểu diễn toán học mặt chủ yếu nguyên theo nhiệm vụ phạm vi giới hạn, với độ xác vừa đủ dạng thích hợp cho vận dụng 1.1.2 Phân loại mô hình toán học Có nhiều cách phân loại mô hình toán học theo nhiều đặc điểm khác [9]: Mô hình xác định: cho phép xác định xác đại lượng theo đại lượng vào Mô hình thống kê: cho phép xác định đại lượng theo đại lượng vào với phân bố xác suất định Mô hình giải tích: mô tả đối tượng dựa vào lý thuyết, thông số chúng để tính toán số liệu công nghệ Mô hình thực nghiệm: xây dựng kết đo đại lượng đặc trưng đối tượng nghiên cứu theo phương pháp thống kê Mô hình động: có nghiên cứu đến độ trạng thái ổn định hệ thống Mô hình tónh: nghiên cứu trạng thái ổn định Mô hình tuyến tính – phi tuyến: dựa mối quan hệ tuyến tính – phi tuyến hàm số mô tả hệ thống Mô hình hệ quả: cho phép xác định giá trị biến số chưa đo thông qua giá trị biến số đo (đo gián tiếp) Mô hình tiên đoán: xác định biến số phụ thuộc nhờ giá trị cho trước biến số độc lập Mô hình thiết kế: phục vụ cho việc thiết kế chuyển quy mô hệ thống thiết bị Mô hình điều khiển: phục vụ cho việc điều khiển hệ thống thiết bị 1.1.3 Các bước thiết lập mô hình toán học Để lập mô hình toán học mô tả trình công nghệ cần thực bước sau [9]: ♦ Xác định thông tin độc lập liên kết hệ môi trường: xác định yếu tố tác động đến hệ ♦ Xác định cấu trúc mô hình hóa: phân tích cấu trúc hệ nhằm xác định mối liên hệ đại lượng ♦ Xây dựng hàm toán mô tả trình xảy hệ nhằm mô tả hành vi hệ ♦ Xác định thông số mô hình từ số liệu thực nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm ♦ Kiểm tra tính tương hợp mô hình cải tiến cần thiết 1.2 Mô hình toán học cho trình lắng 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu Dầu thô sau khai thác từ giếng lên xử lý giàn khoan để loại bớt nước tạp chất học (sediment) theo tiêu chuẩn giới (xem hình 1.1) Sau dầu đạt tiêu chuẩn tồn trữ tạm thời “Tàu nổi” khơi chờ xuất bán 10 Đốt Khí Dầu thô Bộ lọc cặn mm Dầu Tách Khí – Dầu 50oC – 52oC Khí Dầu Tách Nước – Sediment 60oC – 65oC Nước Dầu Xuất bán “Tàu nổi” Dầu thương phẩm Nước: < 0,5% Sediment: < 0,5% Biển Hình 1.1: Tách Nước điện trường 1600 – 2000V Nước Xử lý nước Sơ đồ xử lý sơ dầu thô giàn khoan Theo thời gian, lớp cặn dầu “Tàu nổi” tăng dần trình lắng diễn Mặc dù hàm lượng tạp chất học dầu thô thương phẩm thấp (< 0,5%kl), theo thời gian lớp cặn tích tụ dần tăng lên đáng kể Theo tài liệu nghiên cứu hai công ty quản lý đường ống dẫn dầu Tatarxki Baskiarxki bể chứa dầu thô dung tích 5000 m3 độ cao trung bình lớp cặn đáy năm 500 – 800 mm Khi súc rửa bể người ta phải bỏ 400 – 450 m3 cặn dầu bể [29] 1.2.2 Quá trình lắng hạt Nhìn chung chuyển động hạt trường trọng lực chịu tác dụng lực đẩy Ac–si–met, lực cản trọng lực Khi hạt rơi tự do, ban đầu hạt rơi nhanh dần lực cản nhỏ Khi vận tốc tương đối hạt tăng lên lực cản tăng lên, gia tốc 11 hạt giảm dần Đến tổng lực ngược chiều cân gia tốc hạt triệt tiêu, lúc vận tốc tương đối hạt đạt đến giá trị lớn gọi vận tốc cân (vận tốc lắng) Năm 1851 Stokes đưa phương trình tính toán vận tốc cân hạt sau [2, 4, 6, 19, 21, 24]: U= Trong đó: d (ρ p − ρ f )g (1.1) 18µ U: vận tốc cân hạt, m/s d: đường kính tương đương hạt, m ρp: tỷ trọng hạt, kg/m3 ρf: tỷ trọng lưu chất, kg/m3 g: gia tốc trọng trường, 9,81 m/s2 µ: độ nhớt động lực học lưu chất, Pa.s Từ thực nghiệm cho thấy định luật Stokes (1.1) hoàn toàn xác hạt có chuẩn số Rây–nôn (Reynolds) thỏa Rep 1% Rep 9% Rep 0,3; sai số 3% Rep 0,1; sai số 0,5; sai số 1,0; chuẩn số Reynolds hạt định nghóa là: Re p = dUρ f µ (1.2) Khi vận tốc lắng hạt lớn lực quán tính chất lỏng bắt đầu chi phối đến chuyển động hạt Lúc phương trình Stokes không áp dụng Tuy nhiên từ thực nghiệm cho thấy trình cuyển động hạt lưu chất chia thành vùng khác tùy thuộc vào giá trị chuẩn số Reynolds: vùng định luật Stokes có Rep 0,3; vùng trung gian vùng Stokes vùng Niu–tơn (Newton) có 0,3 < Rep < 500; vùng định luật Newton có 500 Rep < 2.105; vùng lớp biên có Rep > 2.105 [19] Nếu hạt chuyển động vùng định luật Newton vận tốc cân hạt tính sau: 12 PHÂN LOẠI HẠT THEO KÍCH THƯỚC Dùng rây (bằng vải lụa mịn) để phân loại nhóm hạt theo kích thước khác phương pháp rây ướt Đối với nhóm hạt khoảng kích thước xác định, tiến hành lắng môi trường dầu gốc (trong suốt) để phân riêng nhóm hạt có kích thước mong muốn ĐO TỐC ĐỘ LẮNG Tiến hành thí nghiệm ống đong thủy tinh ngâm bể điều nhiệt Tốc độ lắng đo thông qua việc xác định quãng đường rơi hạt khoảng thời gian liên tiếp ĐO PHÂN BỐ NỒNG ĐỘ KHỐI LƯNG HẠT Lượng mẫu cho lần thí nghiệm lít Gia nhiệt mẫu đến nhiệt độ tiến hành lắng (45 – 80oC, phụ thuộc vào giá trị độ nhớt muốn khảo sát), lúc gia nhiệt phải trộn cho mẫu đồng Cho cột lắng vào cột điều nhiệt Khi nhiệt độ mẫu cột điều nhiệt đạt nhiệt độ mong muốn cho mẫu vào cột lắng Theo thời gian quy định, tiến hành lấy mẫu vị trí thân theo thứ tự từ xuống, đem đo thành phần tạp chất học vị trí tương ứng 88 XÁC ĐỊNH HÀM LƯNG TẠP CHẤT CƠ HỌC 1/ Nguyên tắc Thử nghiệm dựa theo tiêu chuẩn ASTM D473, nhằm xác định hàm lượng tạp chất học (sediment) có dầu thô dầu FO Mẫu đặt ống lót sứ xốp, trích ly dòng Toluen nóng phần cặn đạt đến khối lượng không đổi Phần cặn gọi tạp chất học trích ly 2/ Dụng cụ hóa chất Bộ dụng cụ trích ly Hóa chất: Toluen 3/ Cách tiến hành Cân ống lót sứ, sau làm khô, với độ xác 0,1 mg Trộn thật mẫu Nhanh chóng lấy khoảng 10g mẫu cho vào ống lót sứ cân với độ xác 0,01 g Đặt ống lót sứ có chứa mẫu vào trích ly có chứa 200 ml Toluen Cho nước chảy qua ống ngưng tụ Bật bếp gia nhiệt Tiến hành trích ly thấy dung môi nhỏ xuống từ ống sứ không màu tiếp tục trích ly thêm 30 phút Trong trình trích ly, cần giữ tốc độ trích ly cho bề mặt chất lỏng hỗn hợp dầu Toluen ống lót sứ không dâng lên cao khoảng 20 mm tính từ đỉnh Khi mẫu chứa nhiều nước, lắp cốc chứa nước vào Nước bị lôi Toluen ngưng tụ tập trung phía cốc Khi nước đầy cốc, làm nguội hệ thống đổ nước Sau trích ly xong, sấy khô ống lót 115 – 120oC Sau làm nguội bình hút ẩm (không có chất hút ẩm) giờ, đem cân với độ xác 0,2 mg 89 Lặp lại trình trích ly kể từ dung môi nhỏ xuống từ ống lót không 15 phút Sau đem sấy, làm nguội cân Tiếp tục trình trích ly, cần thiết, khối lượng ống lót sứ có chứa tạp chất học sau lần trích ly liên tiếp không khác 0,2 mg Làm ống lót sứ: đổ bỏ phần tạp chất học nằm ống lót Nung đỏ ống lót lò nung 800oC để loại bỏ phần cháy tích tụ Tiến hành trích ly không với Toluen kể từ lúc dung môi nhỏ xuống từ ống lót Sau sấy khô, làm nguội cân Lặp lại trình trích ly khối lượng ống lót sứ sau lần trích ly liên tiếp không khác 0,2 mg Như ống lót sứ chuẩn bị cho lần đo 4/ Tính toán Hàm lượng tạp chất học tính theo % khối lượng so với mẫu 90 XÁC ĐỊNH TỶ TRỌNG 1/ Nguyên tắc Phương pháp dùng để xác định tỷ trọng dầu thô sản phẩm dầu khí trạng thái lỏng đặc dụng cụ Picnometer Nguyên tắc xác định tỷ số khối lượng mẫu khối lượng nước đo thể tích nhiệt độ xác định 2/ Hệ thống thiết bị Picnometer loại có mao quản nút Pipet Nhiệt kế xác Cân với độ xác ± 0,0001 g Nước cất 3/ Cách tiến hành Cân picnometer rỗng, làm khô sạch, với độ xác ± 0,0002 g Ghi nhận giá trị m1 Dùng pipet cho nước cất vào đến miệng picnometer cân Đậy nút mao quản dùng giấy lọc lau khô phần nước dư tràn phía Đem cân xác đến ± 0,0002 g Ghi nhận giá trị m2 Xác định nhiệt độ mẫu nước cất Đổ bỏ nước làm khô picnometer Dùng pipet lấy mẫu sản phẩm dầu mỏ cho vào picnometer Đối với mẫu có độ nhớt cao đặc, làm nóng mẫu đến 50 – 60oC rót vào picnometer để nguội Tránh làm rớt mẫu lên thành picnometer Đậy nút mao quản dùng giấy lọc thấm khô phần dầu dư tràn qua nút Cân xác đến 0,0002 g Ghi nhận giá trị m3 Xác định nhiệt độ mẫu dầu 91 Rửa làm khô picnometer 4/ Tính toán Tỷ trọng đo mẫu dầu xác định picnometer nhiệt độ phòng tính theo công thức d= m − m1 m − m1 92 XÁC ĐỊNH HÀM LƯNG DẦU 1/ Tóm tắt phương pháp Tiêu chuẩn ASTM D721 – 68 hàm lượng dầu mẫu nhỏ 15% Mẫu hòa tan với MEK, dung dịch làm lạnh đến –32oC để sáp kết tinh lọc Hàm lượng dầu pha lọc xác định cách cho bay dung môi 2/ nghóa ứng dụng Thành phần dầu sáp có ảnh hưởng quan trọng đến số tính chất sáp độ bền, độ cứng, độ uốn dẻo, tính chịu mài mòn, hệ số ma sát, hệ số giãn nở, điểm chảy màu sắc Các tính chất liên quan đến phạm vi sử dụng sáp 3/ Cách tiến hành Nung nóng chảy mẫu cốc, dùng bồn nước hay tủ sấy để trì nhiệt độ 70 – 100oC Ngay mẫu nóng chảy hoàn toàn khuấy trộn để có hỗn hợp đồng Nung nóng pipet nhỏ giọt để tránh kết tinh đầu pipet, rút g mẫu mẫu nóng chảy Cho mẫu vào ống nghiệm sạch, khô cân tước khối lượng xác đến mg Làm lạnh ống nghiệm, cân khối lượng xác đến mg Lấy 15 ml MEK cho vào ống nghiệm, cho ống nghiệm vào nước nóng cho mực nước với mực dung môi ống nghiệm Gia nhiệt hỗn hợp dung môi – sáp, khuấy trộn đũa khuấy xoắn tạo thành dung dịch đồng thể Nhúng ống nghiệm vào cốc nước đá, tiếp tục khuấy trộn đến hỗn hợp lạnh, lấy ống nghiệm khỏi cốc nước đá, lau khô bên cân khối lượng xác đến 0,1 mg (chú ý lúc cân đũa khuấy ống nghiệm) Đặt ống nghiệm chứa dung dịch dung môi – sáp vào buồng làm lạnh trì nhiệt độ –32oC ± 0,2 Trong trình này, việc quan trọng phải khuấy nhiệt kế nhằm tạo hỗn hợp đồng sáp 93 kết tinh Chú ý khuấy liên tục để không cho tinh thể sáp tạo thành Tiếp tục khuấy nhiệt độ đạt –25oC ± 0.5 Đũa lọc làm lạnh trước cách cho vào ống nghiệm giữ nhiệt độ –32oC ± bên buồng lạnh phút Sau nhúng đũa lọc sạch, khô vào ống nghiệm chứa dung dịch nhão Đặt “bình trọng” cân trước khối lượng để hứng pha lọc hệ thống lọc Cung cấp áp suất cho hệ thống lọc thu khoảng ml pha lọc vào bình trọng, đậy nắp lại cân xác 0,1 mg mà không chờ nhiệt độ phòng Tháo nắp bình trọng ra, đặt hệ thống thổi khí trì 35oC Sau thời gian khoảng 30 phút, lấy bình trọng cân khối lượng xác 0,1 mg Lặp lại trình bay khối lượng lần cân không lệch 0,2 mg 4/ Tính toán Hàm lượng dầu tính theo công thức: Hàm lượng dầu = 100 ∗ A ∗ C − 0,15 B∗ D Hàm lượng paraffine tính theo công thức: Hàm lượng parafin = 100% − Hàm lượng dầu Trong đó: A: khối lượng cặn, g B: khối lượng mẫu, g C: khối lượng dung môi, g D: khối lượng dung môi bay hơi, g 0,15: hệ số hiệu chỉnh cho tính tan sáp dung môi 25oF 94 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT MAO QUẢN 1/ Nguyên tắc Phương pháp theo tiêu chuẩn ASTM D 445, nhằm xác định độ nhớt động học sản phẩm dầu mỏ đục, cách đo thời gian để thể tích chất lỏng xác định chảy qua mao quản thủy tinh tác dụng trọng lực Độ nhớt động học kết tính từ thời gian chảy số tương ứng nhớt kế 2/ Thiết bị Nhớt kế mao quản thủy tinh phù hợp với độ nhớt mẫu xác định Bể điều nhiệt Nhiệt kế xác Đồng hồ bấm giây 3/ Cách tiến hành Giữ nhiệt độ bể điều nhiệt ổn định theo yêu cầu nhiệt độ thí nghiệm Nhớt kế sử dụng phải sạch, khô thích hợp với chất lỏng cần xác định độ nhớt (loại có mao quản rộng dùng cho chất lỏng nhớt, loại có mao quản hẹp dùng cho chất lỏng nhớt hơn) Nhớt kế sử dụng phải có thời gian chảy ≥ 200 giây Nạp chất lỏng vào nhớt kế với thể tích thích hợp tùy theo thiết kế nhớt kế (đối với nhớt kế Cannon Fenske, thể tích chất lỏng sử dụng 7ml cho loại dùng sản phẩm 12ml cho loại dùng sản phẩm đục) Nếu chất lỏng có chứa cấu tử rắn phải lọc loại bỏ Nhớt kế nạp mẫu giữ bể điều nhiệt khoảng 30 phút để đảm bảo đạt đến nhiệt độ cần xác định độ nhớt Chỉnh lại lượng chất lỏng nhớt kế cần thiết Dùng dụng cụ tạo lực hút hay đẩy cho mực chất lỏng mao quản lên cao mực đánh dấu thứ khoảng 5mm để chất lỏng chảy tự 95 dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ mực đánh dấu thứ đến mực đánh dấu thứ hai Lặp lại trình Kết ghi nhận sai số hai lần đo nhỏ hay 0,2% 4/ Kết tính toán Tính độ nhớt động học từ thời gian chảy t (giây) số nhớt kế C (phụ thuộc vào nhớt kế sử dụng) theo công thức sau: ν (cSt) = C * t 96 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT (SAYBOLT) 1/ Nguyên tắc Phương pháp theo tiêu chuẩn ASTM D 88, nhằm xác định độ nhớt động học sản phẩm dầu mỏ đục, bao gồm sản phẩm sáp, cách đo thời gian để thể tích chất lỏng xác định (60ml) chảy qua mao quản tác dụng trọng lực Độ nhớt động học có đơn vị SUS, có bảng chuyển đổi tương ứng với đơn vị cSt 2/ Định nghóa Độ nhớt SUS (Saybolt Universal Viscosity): thời gian tính giây (s) 60 ml mẫu chảy qua mao quản Universal (0,0695 inch) Độ nhớt SFS (Saybolt Furol Viscosity): thời gian tính giây (s) 60 ml mẫu chảy qua mao quản Furol (0,1240 inch) Độ nhớt Furol thấp độ nhớt Universal 10 lần nên cho phép đo mẫu có thời gian đo độ nhớt Universal 1000s dầu FO loại cặn 3/ Hệ thống thiết bị Thiết bị đo độ nhớt Saybolt gồm bể điều nhiệt bên ngoài, motor cánh khuấy, hai hệ thống gia nhiệt công suất nhỏ lớn, ống đựng mẫu (SUS, SFS) bình định mức 4/ Cách tiến hành Giữ bể điều nhiệt ổn định theo yêu cầu ng đựng mẫu phải khô, thích hợp với chất lỏng cần xác định độ nhớt Đậy nút chặn đáy ống đựng mẫu Nạp mẫu vào ống đựng mẫu đến gờ chảy tràn, giữ bể điều nhiệt đến nhiệt độ mẫu bể chênh lệch không ± 0,5oC 97 Cùng lúc rút nút chặn đáy ống đựng mẫu bấm đồng hồ tính Để chất lỏng chảy tự xuống bình định mức, xác định thời gian chất lỏng chảy định mức 60ml Lặp lại trình Kết ghi nhận sai số hai lần đo nhỏ hay 0,2% 5/ Tính toán Giá trị thời gian đo đơn vị SUS, để chuyển đổi đơn vị cSt sủ dụng bảng chuyển đổi theo tiêu chuẩn ASTM D 2161 98 XÁC ĐỊNH HÀM LƯNG PARAFIN 1/ Phạm vi ứng dụng Phương pháp dùng để xác định hàm lượng sáp dầu mỏ nhựa đường theo tiêu chuẩn UOP–46, hàm lượng sáp phụ thuộc vào điều kiện tách sáp từ mẫu ban đầu 2/ Tóm tắt Mẫu sáng màu pha dung môi kết tinh Còn mẫu tối màu phải tách loại hợp chất nhựa – asphalten axit sunphuaric, phần lại pha loãng dung môi cloruametylen kết tinh sáp nhiệt độ –30oC, lọc sáp qua phễu lọc lạnh hòa tan sáp hexan nóng, sau sấy cân đến khối lượng không đổi 3/ Thiết bị – Hóa chất Bộ lọc chân không Bể làm lạnh đặt nhiệt độ ổn định –30oC Phễu lọc xốp G4, cốc cân Parafin, … n–hexan, cloruametylen, amoniac 0,1M, axit sunphuaric đậm đặc 4/ Cách tiến hành Chuẩn bị: Sấy khô bình nón dung tích 125ml 105oC 15 phút, sau làm nguội bình hút ẩm giờ, cân xác đến 0,1mg Nếu mẫu có màu lớn (ASTM D1500) hay có hợp chất asphalten phải xử lý asphalten trước (bước b) Nếu mẫu có màu sáng cân khoảng 1,5±0,25g mẫu (M) cho vào bình nón tiến hành bước c 99 Xử lý hợp chất nhựa – asphalten: Cân khoảng 2±0,25g mẫu (M) vào bình nón khô sạch, cân xác đến 0,1mg Đun nóng mẫu thêm 50ml n–hexan để hòa tan mẫu hoàn toàn Thêm ml axit sunphuaric đậm đặc, lắc nhẹ để mẫu phản ứng với axit tạo lớp gudron (nhựa axit) Sau nhựa lắng Gạn phần dung dịch vào phễu chiết dung tích 250ml, rửa phần nhựa axit lần (mỗi lần 5ml n–hexan nóng) thu lấy phần dung dịch vào phễu chiết Rửa parafin cách thêm 50ml nước cất nóng (khoảng 40oC), xoay nhẹ để tránh tạo nhũ, tháo bỏ phần nước tách lớp Rửa axit cách thêm 15ml dung dịch amoniac 0,1M vào phễu chiết (có thể rửa thêm vài lần để dung dịch phễu trung tính) Chuyển dung dịch hexan trung hòa vào bình nón tráng rửa phễu chiết lần (mỗi lần 5ml n–hexan nóng khoảng 60oC) thu lấy phần dung môi rửa vào bình nón, cất loại dung môi làm bay phần cô đặc bếp cách thủy, thực tiếp bước c Xác định hàm lượng sáp: Hòa tan mẫu thu từ bước a (hay b) vào 20ml cloruametylen ấm (khoảng 35oC), mẫu rắn đun nóng trước thêm cloruametylen Kết tinh mẫu –30oC (trong bể làm lạnh) giữ nhiệt độ khoảng 30 phút Đặt thêm cốc dung môi cloruametylen –30oC để rửa sáp sau lọc Lọc sáp kết tinh cốc lọc xốp có kích thước (G4), sau rửa cốc dung môi lạnh chuẩn bị trước Hòa tan sáp phễu lọc xốp n–hexan nóng 100 Sau làm bay dung môi sấy cốc sáp tủ sấy 105oC 15 phút cho vào bình hút ẩm cân (S) Công đoạn lặp lại đến khối lượng ổn định 5/ Tính toán %P = Trong đó: S 100% M P: % khối lượng parafin S: khối lượng parafin thu M: khối lượng mẫu ban đầu 101 LÝ LỊCH KHOA HỌC TRÍCH NGANG Họ tên: TẠ ĐĂNG KHOA Ngày sinh: 21/12/1978 Nơi sinh: Tp.HCM – Việt Nam Địa liên lạc: 88/10 Cô Giang, P.2, Q Phú Nhuận, Tp.HCM ĐT: 08.9904188 – 0918131424 Trình độ văn hóa: KS Ngành Công nghệ Hóa học – Trường ĐHBK Tp.HCM (1997) QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: Giảng viên (từ 2002) Bộ môn Máy & Thiết bị – Khoa CNHH – Trường ĐHBK Tp.HCM HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC: 1/ Khảo sát trình lắng ảnh hưởng thành phần dầu thô (2002) 2/ Mô hình hóa trình lắng hệ phân tán môi trường dầu thô độ nhớt khác (Regional Symposium on Chemical Engineering 2005, November 30th – December 2nd, 2005) 3/ nh hưởng hàm lượng parafin đến trình lắng hạt phân tán môi trường dầu thô (Hội nghị Khoa Học & Công Nghệ lần – Trường ĐHBK, tháng 10/2005) 102 ... đến trình lắng tương tác môi trường liên lục với hạt pha rắn Trên sở đó, luận văn nhằm giải vấn đề ? ?Mô hình hóa toán học trình sa lắng tập hợp hạt rắn môi trường lỏng? ?? để đưa mô hình tính toán. .. 1: MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 1.1 Mô hình hóa 1.1.1 Định nghóa 1.1.2 Phân loại mô hình toán học 1.1.3 Các bước thiết lập mô hình toán học. .. TẮT Quá trình lắng hạt rắn môi trường liên tục phụ thuộc tính chất nhớt môi trường, tính chất vật lý hình dạng hạt, độ nhám bề mặt, mật độ hạt Ngoài ra, sức căng bề mặt có ảnh hưởng đến lắng hạt