Lượng dầu nhờn thu được sau khi lọc: Gdầu = 500 ( kg/h)
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 30
Lượng sáp thu được sau khi lọc:
Gsáp = G1 - Gdầu = 666,6667 – 500 = 166,6667 (kg/h)
Lượng dung môi MEK-Toluen trong dầu nhờn sau khi lọc tách sáp: = G2× = 1600,0001 (kg/h)
Lượng dung môi MEK-Toluen trong sáp sau khi lọc tách dầu nhờn: = G2 - = 2000,0001 – 1600,0001 = 400,0000 (kg/h) Tổng lượng dòng vật chất ra khỏi thiết bị:
Gra = Gdầu + Gsáp + + = 2666,6668 (kg/h)
Bảng 6. Cân bằng vật chất cho tháp kết tinh
Dòng vào Lƣợng (kg/h) Dòng ra Lƣợng (kg/h)
- Nguyên liệu vào -Dung môi MEK- Toluen
G1= 666,6667 G2= 2000,0001
-Dầu nhờn loại sáp -Sáp
-Lượng dung môi trong dầu nhờn -Lượng dung môi trong sáp Gdầu = 500 Gsáp = 166,6667 = 1600,0001 = 400,0000 Tổng cộng Gvào= 2666,6668 Tổng cộng Gra = 2666,6668
3.3. Cân bằng nhiệt lƣợng cho tháp kết tinh
Gọi: Q1: Nhiệtlượng cần thiết để làm lạnh nguyênliệu (Kcal/h) Q2: Nhiệtlượng cần thiết để làm lạnh dung môi (Kcal/h) Q3: Nhiệtlượng cần thiết làm lạnh nước (Kcal/h)
Q4: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường (Kcal/h)
QNH3: Nhiệt lượng mà dung môi NH3 cần cung cấp cho quá trình làm lạnh (Kcal/h)
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 31
3.3.1.Nhiệt lƣợng cần thiết để làm lạnh nguyên liệu Q1 = G1.∆t.cdầu
Trongđó:
G1: Lượng nguyên liệu vào tháp kết tinh trong 1 giờ
t1: Nhiệt độ nguyên liệu vào tháp 10oC; t2: nhiệt độ sau làm lạnh -18oC ∆t = t1 - t2 = 10 - (-18) = 28
c: Nhiệt dung riêng dầu khoáng (Kcal/kg.độ)
Áp dụng công thức để tính nhiệt dung riêng của một số chất lỏng: ([7], I.46, 152) C = 0,5 ) ( ) 32 . 5 / 9 ( 886 , 1 1625 t t d t Trongđó:
: khối lượng riêng tương đối của chất lỏng ở 15,6oC t: Nhiệt độ của chất lỏng vào tháp
Giới hạ náp dụng cho phương trình này: 0oC < t < 205oC Nhiệt dung riêngcủamộtsốchấtlỏnglà:
Cnước = 1,01 (Kcal/kg.độ) cdầukhoáng = 0,0295 (Kcal/kg.độ) cdầugốc = 0,0281 (Kcal/kg.độ)
Vậy nhiệtlượng cần thiết để làm lạnh nguyênliệu:
Q1 = 666,6667×28×0,0295 = 550,6667 (kcal/h)
3.3.2.Nhiệt lƣợng cần thiết để làm lạnh dung môi MEK-Toluen Q2 = (GMEK+GToluen).∆t.cdm
Trong đó:
G2: Lượngcủa dung môi MEK-Toluenđưavàokếttinh ∆t = t1 - t2 = 10 - (-18) = 28 cdm = 0,5 ) ( ) 32 . 5 / 9 ( 886 , 1 1625 t t d t = 0,4283(Kcal/kg.độ) Vậy nhiệtlượng cần thiết để làm lạnh dung môilà:
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 32
3.3.3.Nhiệt lƣợng cần thiết làm lạnh nƣớc Q3 = G3.∆t.cnƣớc
Trong đó:
G3: Lượng chi phí dung môivàothápkếttinh ∆t = t1 - t2 = 10 - (-18) = 28
cnước: nhiệt dung riêngcủanướclà 1,01 (Kcal/kg.độ) Vậy nhiệtlượng cần thiết làm lạnh nước là:
Q3 = 60,0000×1,01×28 = 1696,8000 (Kcal/h)
3.3.4. Nhiệt lƣợng tổn thất ra môi trƣờng
Chọn tổn thất nhiệt lấy bằng 15% lượng nhiệt thực tế.
Q4 = (Q1+Q2+Q3)×0,15 = (550,6667+23265,2527+1696,8000)×0,15 =3826,9079(Kcal/h)
3.3.5. Nhiệt lƣợng mà dung môi NH3 cần cung cấp cho quá trình làm lạnh
Nhiệt lượng mà dung môi NH3 cần cung cấp cho quá trình làm lạnh chính bằng tổng lượng nhiệt lượng Q1, Q2, Q3, Q4 thu vào khi thực hiện quá trình làm lạnh .
QNH3 = Q1+Q2+Q3+Q4 = 550,6667+23265,2527+1696,8+3826,9079 = 29339,6273 (Kcal/h) Bảng 7.Cânbằng nhiệt lƣợng Quá trình tỏa nhiệt Nhiệt lƣợng
(kcal/h) Quá trình thu nhiệt
Nhiệt lƣợng (kcal/h) Dung môi NH3 lạnh cấp nhiệt QNH3 = 29339,6273 Làm lạnh nguyên liệu Làm lạnh dung môi Làm lạnh nước Tổn thất ra môi trường Q1 = 550,6667 Q2 = 23265,2572 Q3 = 1696,8000 Q4= 3826,9079 Tổng cộng Qtỏa= 29339,6273 Tổng cộng Qthu= 29339,6273 3.4. Tính toán thiết bị chính
Thiết bị cô đặc kết tinh là thiết bị thân hình trụ đứng, dạng vỏ áo, đáy và nắp ellipse tiêu chuẩn.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 33
Vật liệu chế tạo thiết bị :
Thân làm bằng thép không gỉ để không làm ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm, mã hiệu X18H10T.
Vỏ làm bằng thép thường CT3
Phương pháp gia công : dùng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai phía.
Các thông số kích thước, chọn : Đường kính trong : DT= 1200 (mm) Chiều cao thân : HT= 1800 (mm) Hệ số chứa đầy : ß= 0,8
Đáy, nắp ellipse tiêu chuẩn : hgờ= 50 (mm); ht= 300 (mm)
F = 1,75 (m2); Vnắp, đáy= 0,283 (m3) Vỏ bọc cách nhiệt, vật liệu : bông thuỷ tinh, bề dày = 0,09 m
Hệ số dẫn nhiệt: λcách nhiệt = 0,035 W/mK. ([9], Bảng 28, tr28) Lớp vỏ cách thân 50 (mm) ,làm bằng thép thường :
Bề dày: S = 5 mm = 0,005 m.
Hệ số dẫn nhiệt : λthép = 46,5 W/mK. ([9], Bảng 28, tr28) Thời gian lưu : t= 2h
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng ([7], I.2, 5) Áp dụng công thức:
Trong đó:
ρxtb: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp, kg/m3 adầu: phần khối lượng của dầu trong hỗn hợp
aMEK: phần khối lượng của MEK trong hỗn hợp aToluen: phần khối lượng của toluen trong hỗn hợp anước: phần khối lượng của nước trong hỗn hợp
ρdầu, ρMEK, ρToluen, ρnước: khối lượng riêng của dầu, MEK, toluene, nước adầu = = = 0,25
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 34
aMEK = = = 0,5820
aToluen= = = 0,1455
anước= = = 0,0225
Ta có: ρxtb = = 844,4784(kg/m3)
Năng suất thể tích nhập liệu :Vđ = = 3,2288(m3/h)
Tính kích thước thùng Thể tích thùng :
Vthùng = Vthân+ Vđáy+ Vnắp = HT+2.Vđáy = 1,8+2×0,283 = 2,6007 (m3) Chiều cao toàn bộ thùng : Hthùng = HT+ Hđáy+ Hnắp= 1,8 + 0,35×2 = 2,5 (m) Thể tích hỗn hợpchứa : Vhh = 0,8.Vthùng = 0,8×2,6007 = 2,0806 (m3)
Chiều cao hỗn hợp chứa tính từ đáy :
Hhh = Hhh(thân)+Hhh(đáy) = +hđấy = + 0,35 = 1,9394 (m)
Tính bề mặt truyền nhiệt:
Để đảm bảo truyền nhiệt tốt thì lớp vỏ áo của thiết bị được bao cao hơn chiều cao mực chất lỏng ở bên trong 150mm.
Bề mặt truyền nhiệt : F = Fhh(thân)= π×D(Hhh(thân)+0,15) = 6,56 (m2)
Tính số thùng kết tinh:
N = = = 3; Vậy chọn số thùng kết tinh là 3 thùng.
3.5. Tính toán cánh khuấy3.5.1. Công suất khuấy 3.5.1. Công suất khuấy
Công suất khuấy tính cho một cánh khuấy : ([8],3.47b, tr.138) Nk= KN.ρ.n3
.dk 5
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 35
Trong đó :
KN: chuẩn số công suất suất khuấy - KN = 0,3
ρ: khối lượng riêng của dung dịch - ρ= 844,4784 (kg/m3 ) n : số vòng quay 1/s - n= 0,8 (vg/s)
dk: đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo - dk = 1198 (mm) Ở thiết bị kết tinh : Nk = 0,3×844,4784×0,8×1,1985 = 500,1311 (W)
Công suất khuấy và gạt của động cơ:
Nđc = 10.Nk =10×499,7676 = 4,9977 (kW)
3.5.2. Kích thƣớc trục khuấy
Tính momen xoắn : Mx=
Trong đó : Nđc : công suất động cơ (kW);
n: số vòng quay cánh khuấy (vòng/phút).
→Mx= = 99433,4063(Nm)
Momen uốn : Mu =
Trong đó : Mx: là momen xoắn (Nm);
Nc: tổng số cánh; chọn Nc= 2 cánh Nf = 0,8 rk = 0,4dk
→Mu= = 103749,3805
Momen tương đương : Mtđ = =
= 134830,2105 (Nm)
Đường kính trục khuấy :
Chọn vật liệu chế tạo trục khuấy là thép không gỉ
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 36
[σ] ≥ => d ≥
Trong đó : η = dtr/dng: tỷ số đường kính trong và ngoài trục khuấy (mm). Chọn η = ; [σ] = 140.106(N/m2)
→d = = 0,21 m
Chọn đường kính ngoài là 0,21 m và đường kính trong là 0,14 m
Chiều dài trục khuấy cũng chính là chiều cao tính từ phần phía dưới của bề mặt truyền nhiệt đến nắp thiết bị. Chọn L = 2,5 – 0,35 = 2,15 (m)
Bề dày cánh khuấy có thể chọn là 5 (mm)
3.6. Tính chọn ống nhập liệu và tháo liệu 3.6.1. Ống nhập liệu 3.6.1. Ống nhập liệu
Vì đây là quy trình sản xuất theo phương phápgián đoạn nên chúng ta không quan tâm đến việc cấp nguyên liệu liên tục vào tháp kết tinh mà chỉ tính toán để chọn đường ống dựa trên cơ sở đảm bảo cho thời gian nhập liệu phù hợp không làm ảnh hưởng tới chu trình sản xuất của nhà máy.
Thời gian nhập liệu cần thiết là 30 phút
Thể tích chứa của thùng kết tinh : Vhh = 2,0806 (m3)
Lưu lượng nhập liệu : G = = 0,9761(kg/s)
Chọn vận tốc dòng chảy là : 1 m/s Đường kính ống dẫn cần thiết là :
d = = = 0,03837(m)
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 37
3.6.2. Ống tháo liệu
Ống tháo liệu cần đủ lớn để tháo toàn bộ sảnphẩm ra khỏi thùng kết tinh và quá trình tháo liệu phải nhanh để tinh thể parafin kết tinh không bị kết thành khối gây cản trở cho quá trình tháo liệu.
=> Chọn ống tháo liệu có kích thước : di= 100(mm) ; do= 108(mm).
3.7. Tính chân đỡ và bích nối cho thiết bị
Tính tải trọng thiết bị
Tải trọng thiết bị được tính dựa trên điều kiện đang vận hành của thiết bị. Bao gồm :
Khối lượng thiết bị :
Mtb = Mthân + Mđáy + Mnắp + Mvỏ Mthân=π.DT.H.S.ρthép= 3,14×1,2×1,8×0,01×7900 = 535,8096 kg Mđáy= Mnắp= F.ρ.S = 1,75×7900×0,01=138,2500 kg Mvỏ = π.Dng.Hv.S.ρthép= 3,14×1,3×1,739×0,005×7900 = 280,3946 kg => Mtb = 535,8096+138,2500×2+280,3946 = 1092,7042 kg Khối lượng hỗn hợp Mhh= Vhh.ρhh= 2,0806×844,4784 = 1757,5835(kg)
Khối lượng trục khuấy, động cơ và các phần khác của thiết bị lấy bằng 5% khối lượng thiết bị
Mphụ =1092,7042×0,05 = 54,6352 (kg) Tải trọng của toàn thiết bị là:
M = Mtb+Mdd+Mphụ
= 1092,7042+1757,5835+54,6352 = 2904,9229 kg
Tính chọn chân đỡ thiết bị
P = 2904,9229 9.81 = 28497,2938(N) Chọn tháp có 4 chân đỡ.
Tải trọng đặt lên 1 chân đỡ :G = = 7124,3234 0,7124×104 Chọn tải trọng đặt lên 1 chân đỡ : G = 1 104
(N) >0,7124 104 (N) Theo [7,bảng XIII.35,437] ta có kích thước chân đỡ :
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 38 L = 210 (mm) B = 150 (mm) B1 = 180 (mm) B2 = 245 (mm) H = 300 (mm) h = 160 (mm) S = 14 (mm) l = 75 (mm) d = 23 (mm) Tính chọn mặt bích
Chọn bích liền bằng thép kiểu 1 ([7],tập 2,bảng XIII.27,tr417) để nối đáy và nắp thiết bị với thân.
Các thông số kích thước
Kích thước nối : D = 1340 mm; Db = 1290 mm; DT = 1260 mm; Do= 1213 mm Bulông : db = M20 mm; Z = 32 mm
Kiểu bích (1): h = 25 mm
Bảng 8.Tóm tắt các thông số tính toán của tháp kết tinh
Thông số Đơn vị
tính
Tháp kết tinh
1. Kích thước
Thân Chiều cao thiết bị m 2,5 Đường kính trong m 1,2 Thể tích thùng m3 2,6007
Bề dày thân mm 10
Bề mặt truyền nhiệt m2 6,56 Bề dày đấy, nắp mm 10 Chiều cao đấy, nắp m 0,35
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 39
Đường kính mm 1300
Bề dày vỏ mm 5
Bề mặt truyền nhiệt m2 6,56 Cánh khuấy Công suất kW 4,9977
Số cánh Cánh 2
Chiều dài trục khuấy m 2,15 Đường kính cánh khuấy mm 1198
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 40
KẾT LUẬN
Với đề tài: “ Thiết kế quy trình tách sáp trong sản xuất dầu nhờn”, được sự giúp đỡ tận tình và chu đáo của thầy Nguyễn Văn Toàn cùng với sự cố gắng của nhóm, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn quy định. Quá trình làm đồ án chúng em đã thực hiện:
- Tổng quan về sản xuất dầu bôi trơn, các phương pháp tách sáp trong sản xuất dầu gốc đồng thời đi sâu vào phương pháp kết tinh có sử dụng dung môi để tách sáp.
- Thiết kế được dây chuyền sản xuất bằng phương kết tinh có sử dụng dung môi với năng suất 4000 tấn/năm.
- Tính toán thiết bị chính: Tháp kết tinh làm lạnh có chiều cao h = 2,5m, đường kính D = 1,2m
Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu xót. Hy vọng đây là những kết quả ban đầu hỗ trợn cho những thiết kế sau. Mong quý thầy cô và các bạn góp ý để bài đồ án của nhóm chúng em được hoàn thành.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] http://vi.wikipedia.org/wiki/Dầu_nhờn
[2] Trần Văn Tiến. Bài giảng QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH VẬT LÝ
[3] Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ, NXB Khoa Học & Kỹ Thuật Hà Nội, 2001.
[4] Nguyễn Bin. Các quá trình, thiết bị trong Công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 4: Kết tinh, NXB KH&KT Hà Nội, 2002.
[5] Kiều Đình Kiểm. Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu, NXB Khoa Học & Kỹ Thuật Hà Nội, 1999.
[6] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-thiet-ke-day-chuyen-san-xuat-dau-nhon- bang-phuong-phap-trich-ly-bang-dung-moi-phenol-214/
[7] Tập thể tác giả. Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công Nghệ Hóa Chất – Tập 1&2, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2004.
[8] Nguyễn Văn Lụa. Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá học và thực phẩm, Tập 1 - Các quá trình và thiết bị cơ học, Quyển 1 : Khuấy - Lắng Lọc, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2005.
[9] Tập thể tác giả. Bộ môn Máy và Thiếtbị Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp.HCM. Bảng tra cứu – Quá trình Cơ học – Truyền nhiệt – Truyền khối, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2004.
[10] Dương Viết Cường. Sản phẩm dầu mỏ và phụ gia - Bài giảng bộ môn Lọc - hóa dầu.
[11] Avilino Sequeira. Lubricant Base Oil and Wax Processing, Texaco, Lcn. 1994.