Đồ án tốt nghiệp: Dây chuyền công nghệ và quy trình pha chế dầu công nghiệp

Tải đồ án tốt nghiệp dây chuyền công nghệ pha chế dầu công nghiệp. Tài liệu chi tiết quy trình, dầu gốc, phụ gia và phương pháp đánh giá chất lượng.

• Người hướng dẫn: TS. Phan Tử Bằng
• Chuyên ngành: Lọc hóa dầu
• Đề tài: Dây chuyền công nghệ pha chế dầu công nghiệp
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Tổng quan về dầu công nghiệp và ứng dụng

Dầu công nghiệp là chất lỏng thiết yếu trong các hoạt động sản xuất hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong bôi trơn, truyền động và bảo vệ thiết bị. Lịch sử phát triển của dầu bôi trơn bắt đầu từ khi con người khám phá công nghệ chế biến sâu dầu mỏ, thay thế hoàn toàn các chất bôi trơn tự nhiên như mỡ lợn và dầu ô liu. Hiện nay, dầu công nghiệp được chia thành hai nhóm chính: dầu công nghiệp thông dụng và dầu công nghiệp chuyên dụng, mỗi loại có đặc tính riêng phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Các loại dầu này không chỉ cải thiện hiệu suất máy móc mà còn kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí bảo trì và nâng cao an toàn trong sản xuất.

1.1. Phân loại dầu công nghiệp theo độ nhớt

Độ nhớt là tiêu chí quan trọng nhất trong phân loại dầu công nghiệp. Theo tiêu chuẩn quốc tế, dầu công nghiệp được phân loại từ ISO 2 đến ISO 3150, mỗi cấp độ nhớt tương ứng với các ứng dụng khác nhau. Dầu có độ nhớt thấp thích hợp cho các hệ thống yêu cầu chảy nhanh, trong khi dầu độ nhớt cao được sử dụng cho các ứng dụng chịu tải nặng. Việc lựa chọn đúng độ nhớt giúp tối ưu hóa hiệu suất máy móc và kéo dài vòng đời dầu.

1.2. Vai trò các chất phụ gia trong dầu công nghiệp

Chất phụ gia đóng vai trò quyết định trong việc nâng cao chất lượng dầu công nghiệp. Các loại chất phụ gia bao gồm: chất ức chế oxi hóa, chất khử hoạt tính kim loại, chất ức chế ăn mòn, chất phụ gia chịu điều kiện khắc nghiệt, chất cải thiện chỉ số độ nhớt, và chất làm giảm nhiệt độ đông đặc. Mỗi chất phụ gia được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo dầu đạt được các tính chất cần thiết trong quá trình hoạt động thực tế.

II. Dây chuyền công nghệ pha chế dầu công nghiệp

Dây chuyền công nghệ pha chế dầu là hệ thống tích hợp các thiết bị và quy trình để tạo ra các sản phẩm dầu công nghiệp đạt tiêu chuẩn chất lượng cao. Quy trình này bắt đầu từ việc khảo sát tính chất của dầu gốc và các chất phụ gia, tiếp theo là nhập liệu, pha chế, khuấy trộn, và cuối cùng là đánh giá chất lượng sản phẩm. Mỗi bước trong dây chuyền pha chế dầu được kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn quốc tế. Công nghệ pha chế hiện đại cho phép sản xuất dầu với độ chính xác cao, tạo ra các sản phẩm có tính chất ổn định và hiệu suất tối ưu.

2.1. Quy trình nhập dầu gốc và chất phụ gia

Bước đầu tiên trong dây chuyền pha chế là nhập liệu chính xác. Dầu gốc được chọn lựa từ các nguồn cung cấp đáng tin cậy, đi kèm với chứng chỉ phân tích chất lượng. Các chất phụ gia được cân đong theo công thức kỹ thuật, đảm bảo tỷ lệ pha trộn chính xác. Toàn bộ quy trình nhập liệu được ghi chép chi tiết để theo dõi nguồn gốc và đảm bảo traceability, đó là yêu cầu bắt buộc trong sản xuất dầu công nghiệp chất lượng cao.

2.2. Khuấy trộn dầu gốc với chất phụ gia

Khuấy trộn là khâu then chốt để phân tán đều các chất phụ gia trong dầu gốc. Các thùng trộn được trang bị các mái khuấy đặc biệt tạo ra dòng xoáy đồng đều, đạt công suất khuấy tối ưu. Nhiệt độ, tốc độ khuấy, và thời gian khuấy được điều chỉnh theo từng công thức riêng. Quá trình khuấy trộn tiếp tục cho đến khi đạt độ đồng nhất hoàn toàn, được xác nhận thông qua các phép thử chất lượng nhanh.

III. Đánh giá chất lượng dầu công nghiệp sau pha chế

Đánh giá chất lượng là công đoạn không thể thiếu để xác nhận sản phẩm dầu công nghiệp có đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật. Các chỉ tiêu chất lượng chính bao gồm: chỉ số độ nhớt được xác định ở các nhiệt độ chuẩn, nhiệt độ chớp cháy biểu hiện an toàn cháy nổ, nhiệt độ đông đặc liên quan đến khả năng sử dụng ở điều kiện lạnh. Ngoài ra, trị sè axit (TAN) và kiềm (TBN) cho biết khả năng chống oxy hóa và trung hòa axit sinh ra trong quá trình sử dụng. Hàm lượng nước và cặn cacbon cũng được kiểm tra để đảm bảo độ tinh khiết. Các phép thử chống mài mòn và chịu áp cao xác nhận khả năng bôi trơn và bảo vệ thiết bị.

3.1. Các chỉ tiêu vật lý của dầu công nghiệp

Chỉ số độ nhớt là thước đo độ cát của dầu, được xác định bằng các phương pháp tiêu chuẩn ở 40°C và 100°C. Nhiệt độ chớp cháy xác định điểm mà hơi dầu bắt đầu cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa. Nhiệt độ đông đặc cho biết nhiệt độ thấp nhất mà dầu vẫn duy trì khả năng chảy. Các chỉ tiêu này trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của dầu công nghiệp trong các điều kiện làm việc khác nhau.

3.2. Kiểm tra hóa học và hiệu suất bôi trơn

Trị sè axit (TAN) được xác định bằng phương pháp chuẩn độ, cho biết hàm lượng axit trong dầu, tương quan với khả năng ăn mòn. Trị sè kiềm (TBN) đo khả năng của dầu trong việc trung hòa axit, quan trọng đặc biệt với dầu động cơ. Hàm lượng nước được xác định bằng phương pháp Karl Fischer, cao quá sẽ gây ra giãn nở và mất tính bôi trơn. Các phép thử chống mài mòn sử dụng các thiết bị tiêu chuẩn để mô phỏng điều kiện hoạt động thực tế và xác nhận hiệu suất bôi trơn.

IV. Các loại dầu công nghiệp chuyên dụng

Bên cạnh dầu công nghiệp thông dụng, thị trường hiện có nhiều loại dầu chuyên dụng được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể với yêu cầu khắt khe. Dầu truyền động bánh răng chứa chất phụ gia cực áp đặc biệt để chịu tải lớn và tốc độ cao. Dầu máy nén khí cần khả năng chống bọt và làm sạch xuất sắc. Dầu thủy lực phải đáp ứng các yêu cầu về độ tinh khiết cao và ổn định tính chất. Dầu cách điện sử dụng trong các máy biến áp, phải có điện trở suất cao. Dầu tua bin được thiết kế cho các turbine, đòi hỏi độ bền oxy hóa đặc biệt cao. Mỗi loại dầu công nghiệp chuyên dụng được pha chế với công thức riêng, chứa các chất phụ gia cụ thể phù hợp với điều kiện hoạt động.

4.1. Dầu truyền động bánh răng và dầu thủy lực

Dầu truyền động bánh răng chứa chất phụ gia Tribology bao gồm chất chống mài mòn, chất cực áp, và chất biến tính ma sát, giúp giảm mài mòn và phát nhiệt ở các mặt tiếp xúc. Dầu thủy lực được phân loại theo độ nhớt ISO 15, 22, 32, 46, 68, 100. Chúng yêu cầu độ tinh khiết cao (ISO 15/13/10 hoặc tốt hơn), chứa chất phụ gia tẩy rửa, chất khử hoạt tính kim loại, và chất ức chế gỉ để bảo vệ các pump và van trong hệ thống.

4.2. Dầu cách điện và dầu tua bin

Dầu cách điện được sử dụng trong các máy biến áp và tụ điện, yêu cầu điện trở suất cao (>10¹⁰ Ω·cm), hàm lượng nước cực kỳ thấp, và độ bền oxy hóa xuất sắc. Dầu tua bin được thiết kế cho các turbine khí và hơi nước, phải chịu được nhiệt độ cao, áp suất cao, và có tuổi thọ dài (5-10 năm). Cả hai loại dầu này đều chứa chất phụ gia ức chế oxi hóa mạnh mẽ để duy trì tính chất ổn định trong thời gian dài hoạt động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU BÔI TRƠN 7 1.Lịch sử hình thành và phát triển: Từ thời xa xưa, các thiết bị cơ khí và chất bôi trơn đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau. Không có chất bôi trơn thì con người không có được những thành tựu rực rỡ và những sáng tạo kì diệu của nền kĩ thuật nh ngày nay. Có rất nhiều chất liệu dùng để bôi trơn nh mỡ nước, mỡ động vật, dầu thảo mộc và các sản phẩm dầu mỏ tổng hợp. Tuy nhiên, đáng chú ý hơn cả là chất bôi trơn được chế tạo từ dầu mỏ.

Cách đây 100 năm, con người, thậm chí, chưa có được khái niệm về dầu bôi trơn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó, dùng dầu ô liu. Khi dầu ô liu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác. Ví dụ, để bôi trơn cọc sợi máy dệt, người ta đã dùng đến dầu cọ.

Kỉ nguyên của dầu bôi trơn thực sự bắt đầu khi loài người tìm ra công nghệ chế biến sâu dầu mỏ. Việc bôi trơn đã mở một cánh cửa cho dầu mỏ. Dầu bôi trơn được sử dụng ngày càng nhiều: máy nổ và động cơ đốt trong thuộc mọi loại kích cỡ; tua bin; máy Ðp. đều được bôi trơn bằng dầu hoặc mỡ được chế biến cho phù hợp với yêu cầu sử dụng.

Các tính chất điện môi của các loại dầu lấy từ dầu mỏ đã khiến chúng được dùng cả trong các maý biến thế, trong các hộp rơ le hoặc hộp nối tiếp trong các dây cáp ngầm dưới đất. Sản xuất dầu bôi trơn là một lĩnh vực của công nghệ lọc dầu. Các tập đoàn tư bản lớn liên quan đến dầu bôi trơn nh BP, Exxon, Total. đã có mặt trên hầu hết các nước và trong mọi lĩnh vực của công nghiệp dầu mỏ.

Họ đã và đang ứng dụng những thành tựu mới nhất của khoa học, đưa nền công nghiệp dầu mỏ tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu bôi trơn cũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại dầu bôi trơn mới. Chức năng của dầu bôi trơn: Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát và mài mòn đến mức thấp nhất bằng cách tạo ra giữa các bề mặt vật liệu ở đó xảy ra sù ma sát một lớp chất bôi trơn. Lớp chất này tạo ra sự ngăn cách giữa các bề mặt vật liệu một cách nhanh chóng một khi được sử dụng hợp lí. Hầu hết các chất bôi trơn ở dạng lỏng.

Dầu bôi trơn có chức năng chủ yếu: - Bôi trơn làm giảm ma sát và do đó, làm giảm cường độ mài mòn, ăn mòn của các bề mặt tiếp xúc. - Làm sạch và bảo vệ các chi tiết được bôi trơn khỏi các hạt mài mòn nhằm nâng cao tuổi thọ của máy móc. Ngoài các chức năng chủ yếu trên, dầu bôi trơn còn có nhiều chức năng khác nh: chống gỉ và ăn mòn những bộ phận làm bằng kim loại; giảm tối thiểu cặn. Tuỳ từng chủng loại máy móc và tuỳ điều kiện làm việc, cần lựa chọn dầu bôi trơn thích hợp.

Yêu cầu phẩm chất dầu bôi trơn: Dầu bôi trơn-còn gọi là dầu nhờn, dầu nhớt-dùng để bôi trơn các chi tiết chuyển động trượt lên nhau phải có những đặc tính cơ bản sau: - Bám dính chắc trên bề mặt dưới dạng một lớp mỏng. - Độ nhớt vừa phải, chỉ số độ nhớt thường phải lớn. - “Hoà tan” tốt cặn, muội than sinh ra do ma sát, do sự cháy của nhiên liệu. - Bền hoá học, Ýt biến chất khi bảo quản và sử dụng, bền về mặt sinh học.

- Dẫn nhiệt tốt. Phân loại dầu bôi trơn: Trong lịch sử phát triển đã có nhiều hệ thống phân loại được sử dụng, song mỗi hệ thống đều có những yếu điểm, đều không tổng quát. Hầu hết các hệ thống phân loại đều dựa trên tính chất cơ bản của dầu bôi trơn là độ nhớt và chỉ số độ nhớt. Cách phân loại của SAE, ISO và API được dùng phổ biến.

Nói chung, dầu bôi trơn được chia làm hai loại: dầu động cơ và dầu công nghiệp. Đối với dầu động cơ, hầu hết các hệ thống phân loại theo độ nhớt đều dựa vào độ nhớt ở hai nhiệt độ: 100 oC và ở một nhiệt độ thấp, thấp hơn 0 oC. Theo hệ thống GOST (Nga), nhiệt độ thấp đó là -18 oC, còn theo hệ thống SAE thì nhiệt độ thấp đó được tuỳ chọn, tuỳ theo cấp độ nhớt của dầu bôi trơn: Dầu có độ nhớt càng thấp thì nhiệt độ chọn càng thấp. Hiệp hội kĩ sư ô tô Mỹ (SAE) đã đưa ra tiêu chuẩn J300 phân loại cho dầu động cơ theo độ nhớt của dầu ở 100oC và -18oC nh ở bảng ( 1.1 ) Các cấp độ nhớt SAE của dầu động cơ Độ nhớt ở 0oC, mPa.

max Độ nhớt ở 100oC, Cấp độ mm2/s nhớt SAE Khởi động Khả năng bơm Min Max 0W 3250 ở - 30 30000 ở - 35 3,8 - 5W 3500 ở - 25 30000 ở - 30 3,8 - 10W 3500 ở - 20 30000 ở -25 4,1 - 15W 3500 ở - 15 30000 ở - 20 5,6 - 20W 4500 ở - 10 30000 ở - 15 5,6 - 25W 6000 ở - 5 30000 ở - 10 9,3 - 20 5,6 <9,3 30 9,3 <12,5 40 12,5 <16,3 50 16,3 <21,9 60 21,9 <26,1 Học viện dầu mỏ Mĩ-API (American Petroleum Institue) phân chia dầu động cơ thành hai nhóm chính: nhóm S cho động cơ xăng và nhóm C cho động cơ điezen với đặc tính cho ở bảng ( 1.2 ) Phân loại dầu động cơ xăng Kí hiệu Chất lượng dầu và phạm vi sử dụng * Dầu không có chất phụ gia. SA * Dùng cho động cơ xăng dưới điều kiện ôn hoà. * Dầu có chất chống oxi hoá và chống xây xát. SB * Dùng cho động cơ xăng, làm việc nhẹ.

* Dầu có tính chất hạn chế kết tủa ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, chống gỉ và chống mài mòn trong động cơ xăng. SC * Dùng cho các loại xe con và một số loại xe tải trong thời gian 1964-1967. * Dầu cung cấp tính bảo vệ tốt hơn dầu SC. SD * Dùng cho các loại động cơ của xe con và một số loại 10 xe tải sản xuất trong thời gian 1968-1970.

* Dầu có tính chất tốt hơn dầu SD về mặt chống kết tủa ở nhiệt độ cao, tính chống oxi hóa, tính chống gỉ và tính chống ăn mòn cho động cơ xăng. SE * Dùng cho động cơ các xe con và một số xe tải model 1972 và một phần model 1971. * Dầu có tính ổn định chống oxi hóa được tăng cường và cải thiện tính năng chống mài mòn hơn dầu SE. Nó cũng cho tính bảo vệ chống kết tủa trong động cơ, tính SF chống gỉ và tính chống đặc ở nhiệt độ cao.

* Dùng cho các động cơ xe con và một số xe tải model 1980-1988. * So với dầu SF có độ ổn định oxi hóa cao hơn, tính chống tạo cặn và tính chống mài mòn. SG * Cũng có các tính năng của dầu điezen CC và CD. * Dầu cấp này được xem là tiêu biểu cho các loại dầu động cơ xăng của xe con, xe tải, xe du lịch.3 ) Phân loại dầu động cơ điezen Kí hiệu Chất lượng dầu và phạm vi sử dụng * Dùng cho động cơ điezen làm việc nhẹ.

* Dầu có tính chất bảo vệ chống ăn mòn và chống kết tủa trên mặt vòng găng các động cơ điezen hút nhiên CA liệu một cách thông thường khi dùng nhiên liệu với lượng lưu huỳnh không đòi hỏi phải có các yêu cầu đặc biệt về tính chống mài mòn và tính chống kết tủa. * Dùng cho động cơ điezen làm việc ôn hoà. * Dầu có tính bảo vệ cần thiết chống mài mòn ổ bi và CB đối với hiện tượng kết tủa ở nhiệt độ cao trong các động cơ điezen hút theo cách thông thường sử dụng nhiên liệu có hàm lương lưu huỳnh cao hơn. CC * Dùng cho động cơ xăng và động cơ điezen làm việc từ ôn hoà đến nặng.

* Dầu có tính bảo vệ đối với sự hình thành kết tủa ở nhiệt độ cao và sự mài mòn ổ bi trong các động cơ điezen siêu nạp loại nhẹ và cũng có tính chống gỉ, chống ăn mòn, tính chống kết tủa ở nhiệt độ thấp trong 11 các động cơ xăng. * Dùng cho động cơ điezen làm việc nặng. * Khống chế một cách có hiệu quả sự mài mòn và kết CD tủa trong các động cơ điezen siêu nạp có tốc độ cao và công suất lớn, sử dụng nhiên liệu có khoảng chất lượng rộng. * Dùng cho các loại động cơ điezen tua bin tăng áp và siêu nạp làm việc nặng, làm việc cả ở tốc độ thấp, tải trọng cao và tốc độ cao, tải trọng thấp.

CE * Yêu cầu thử nghiệm tương đương với dầu API CD + bổ sung NTC 400 và những điều trong yêu cầu kỹ thuật MACK EO-K/2. Đối với dầu công nghiệp, người ta có hai cách phân loại: - Phân loại dầu công nghiệp theo công dụng. - Phân loại dầu công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO. Thành phần chủ yếu của dầu bôi trơn.

Dầu bôi trơn được tạo nên từ hai hợp phần là dầu gốc và chất phụ gia. Dầu gốc là hợp phần chủ yếu của dầu bôi trơn. Chất phụ gia tuy chỉ chiếm từ 0,01 đến 5% nhưng cũng có vai trò khá quan trọng. Các chủng loại dầu gốc: Dầu gốc có hai loại: - Dầu gốc khoáng.

- Dầu gốc tổng hợp. * Dầu gốc khoáng: là dầu gốc được chế biến từ dầu mỏ. Do giá thành sản xuất các hỗn hợp hiđrocacbon từ dầu mỏ thấp nên chúng được sử dụng phổ biến hơn cả trong số các loại chất bôi trơn hiện có. Dầu gốc từ dầu khoáng được sản xuất từ dầu mỏ bằng quá trình tinh chế chọn lọc.

Bản chất của dầu thô và của quá trình lọc dầu sẽ quyết định tính chất vật lí và hóa học của dầu gốc tạo thành. Các phân đoạn dầu thô thích hợp thu được từ tháp chưng cất chân không được chế biến để cho ra những dầu gốc có khoảng độ nhớt thích hợp. Các phân đoạn dầu bôi trơn có thể bao gồm tất cả các hiđrocacbon, các hợp chất dị nguyên tố có trong dầu mỏ. Do vậy, cần phải giữ lại các hợp chất có lợi và loại bỏ các hợp chất không có lợi.

Hiđrocacbon có bản chất parafin, naphten, aromatic nhưng các dầu gốc thường gồm chủ yếu các hiđrocacbon vòng với nhiều nhóm thế có bản chất 12 parafin. Parafin có độ nhớt thấp, nhưng có chỉ số độ nhớt cao và nhiệt độ đông đặc cao.