Giáo trình cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí trình độ cao đẳng

Giáo trình cung cấp kiến thức cơ bản về quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học cho nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí.

• Tác giả: Ths. Phạm Thị Nụ
• Trường học: Trường Cao Đẳng Dầu Khí
• Chuyên ngành: Vận Hành Thiết Bị Chế Biến Dầu Khí
• Đề tài: Cơ Sở Quá Trình và Thiết Bị trong Công Nghệ Hóa Học
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA THỦY LỰC HỌC
• 1.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG VÀ TĨNH LỰC HỌC CHẤT LỎNG
• 1.2. Tính chất vật lý của chất lỏng
• 1.3. Khái niệm về động và tĩnh lực học chất lỏng
• 1.4. CHẾ ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT LỎNG
• 1.5. Phân loại các chế độ chuyển động của dòng chất lỏng. Dòng ổn định và dòng không ổn định
• 1.6. Phương trình Bernouli
• 1.7. TRỞ LỰC TRONG ÔNG DẪN CHẤT LỎNG
• 1.8. Trở lực do ma sát lên thành ống
• 1.9. Trở lực cục bộ
• 1.10. Chọn đường kính ống dẫn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT
• 2.1. CÁC HÌNH THỨC TRUYỀN NHIỆT
• 2.2. Bức xạ nhiệt
• 2.3. TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP
• 2.4. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng và tường ống
• 2.5. Chọn chiều chuyển động của lưu thể
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN CHẤT
• 3.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN CHẤT
• 3.2. Khái niệm chung
• 3.3. Sơ lược về các quá trình chuyển khối
• 3.4. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT
• 3.4.1. Khái niệm chung
• 3.4.2. Cân bằng pha lỏng – hơi
• 3.4.3. Dung dịch lý tưởng
• 3.4.4. Dung dịch thực. Nguyên tắc của quá trình chưng luyện
• 3.4.5. Quá trình chưng luyện liên tục, ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và tỷ số hồi lưu đến quá trình
• 3.4.6. Chưng luyện liên tục
• 3.4.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng luyện
• 3.5. QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
• 3.5.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ
• 3.5.2. Quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ
• 3.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
• 3.5.4. Phân loại chất hấp thụ (dung môi)
• 3.5.5. Nguyên lý hoạt động của thiết bị hấp thụ
• 3.5.6. Thiết bị hấp thụ loại bề mặt
• 3.5.7. Thiết bị hấp thụ loại màng
• 3.5.8. Tháp hấp thụ
• 3.6. QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
• 3.6.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ
• 3.6.2. Khái niệm và động học của quá trình hấp phụ
• 3.6.3. Phân loại các hình thức hấp phụ
• 3.6.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
• 3.6.5. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị hấp phụ
• 3.6.6. Thiết bị hấp phụ loại đứng
• 3.6.7. Thiết bị hấp phụ loại nằm dùng để hấp phụ khí
• 3.6.8. Các chất hấp phụ
• 3.6.9. Cấu trúc xốp của chất hấp phụ
• 3.6.10. Ứng dụng của các chất hấp phụ
• 3.7. QUÁ TRÌNH KẾT TINH
• 3.7.1. Khái niệm chung
• 3.7.2. Các phương pháp kết tinh
• 3.8. QUÁ TRÌNH SẤY KHÔ
• 3.8.1. Khái niệm chung
• 3.8.2. Vật liệu sấy
• 3.8.3. Thiết bị sấy
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Cơ Sở Quá Trình và Thiết Bị trong Công Nghệ Hóa Học

Giáo trình Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học là tài liệu quan trọng cho sinh viên ngành vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Tài liệu này cung cấp kiến thức nền tảng về các quá trình và thiết bị trong lĩnh vực hóa học, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tiễn của chúng.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của giáo trình

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản về các quá trình thủy lực, truyền nhiệt và truyền chất. Điều này giúp sinh viên có khả năng vận hành các thiết bị trong công nghệ hóa học một cách hiệu quả.

1.2. Cấu trúc và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình được chia thành nhiều chương, mỗi chương tập trung vào một khía cạnh cụ thể của quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học, từ thủy lực học đến các quá trình truyền chất.

II. Những Thách Thức trong Việc Nghiên Cứu Quá Trình và Thiết Bị Hóa Học

Nghiên cứu về quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học gặp nhiều thách thức, từ việc hiểu rõ các quy luật vật lý đến việc áp dụng chúng vào thực tiễn sản xuất. Những thách thức này đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức vững vàng và khả năng phân tích tốt.

2.1. Khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc chuyển đổi kiến thức lý thuyết thành kỹ năng thực hành, điều này có thể dẫn đến hiệu suất làm việc không cao trong môi trường công nghiệp.

2.2. Thách thức trong việc cập nhật công nghệ mới

Công nghệ hóa học luôn thay đổi và phát triển, việc theo kịp những thay đổi này là một thách thức lớn cho sinh viên và các chuyên gia trong ngành.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Quá Trình và Thiết Bị Hóa Học Hiệu Quả

Để nghiên cứu hiệu quả về quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học, cần áp dụng các phương pháp khoa học và thực tiễn. Những phương pháp này giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

3.1. Phương pháp học tập tích cực

Sử dụng phương pháp học tập tích cực như thảo luận nhóm, thực hành và nghiên cứu tình huống giúp sinh viên hiểu sâu hơn về các quá trình và thiết bị.

3.2. Ứng dụng công nghệ thông tin trong nghiên cứu

Công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phân tích dữ liệu, giúp sinh viên tiếp cận thông tin nhanh chóng và hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Quá Trình và Thiết Bị trong Công Nghệ Hóa Học

Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất dầu khí đến chế biến thực phẩm. Việc hiểu rõ ứng dụng thực tiễn giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về ngành nghề.

4.1. Ứng dụng trong ngành dầu khí

Trong ngành dầu khí, các thiết bị và quá trình hóa học được sử dụng để tách và chế biến các sản phẩm dầu mỏ, đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Quá trình và thiết bị hóa học cũng được áp dụng trong ngành thực phẩm để cải thiện chất lượng và an toàn thực phẩm, từ việc chế biến đến bảo quản.

V. Kết Luận và Tương Lai của Giáo Trình Cơ Sở Quá Trình và Thiết Bị

Giáo trình Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học không chỉ cung cấp kiến thức nền tảng mà còn mở ra nhiều cơ hội cho sinh viên trong tương lai. Việc cập nhật và cải tiến giáo trình là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

5.1. Tầm quan trọng của việc cải tiến giáo trình

Cải tiến giáo trình giúp sinh viên tiếp cận với những kiến thức mới nhất, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo và khả năng làm việc trong ngành.

5.2. Triển vọng nghề nghiệp cho sinh viên

Sinh viên tốt nghiệp từ chương trình này có nhiều cơ hội việc làm trong các lĩnh vực khác nhau, từ nghiên cứu đến sản xuất, nhờ vào kiến thức vững vàng về quá trình và thiết bị hóa học.

Nội dung chính

BÁO CÁO THƯ MỤC VÀ TỔNG QUAN HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH CƠ SỞ QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (mã môn học: CNH19MH13) là tài liệu giảng dạy chuyên môn thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) biên soạn và ban hành kèm theo Quyết định số 191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020. Ban biên soạn giáo trình gồm ThS. Phạm Thị Nụ (Chủ biên), cùng các tác giả Nguyễn Hữu Thanh, Trần Thu Hằng, Huỳnh Việt Triều và Phạm Công Quang.

Môn học có thời lượng 3 tín chỉ với tổng số 45 giờ (42 giờ lý thuyết, 3 giờ kiểm tra). Trong sơ đồ đào tạo, học phần được bố trí giảng dạy sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở như Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật (KTĐ19MĐ06), An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Nhiệt kỹ thuật (CNH19MH10), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12) và Hóa lý; đồng thời là môn học tiên quyết trước môn Sản phẩm dầu mỏ (CNH19MH14) cùng hệ thống các mô đun vận hành phân xưởng công nghệ.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới trang bị hệ thống kiến thức nền tảng về ba nhóm quá trình cốt lõi: thủy lực, truyền nhiệt và truyền chất; mô tả nguyên lý cấu tạo và cơ chế hoạt động của các thiết bị công nghiệp điển hình; phát triển kỹ năng phân biệt thiết bị trên sơ đồ công nghệ, tính toán hiệu số nhiệt độ trung bình; đồng thời rèn luyện tác phong làm việc khoa học, cẩn trọng. Giáo trình được xây dựng theo phương pháp tiếp cận từ định luật cơ sở, thiết lập quan hệ toán học đến mô tả thiết bị thực tế, phục vụ trực tiếp cho việc vận hành sản xuất trong ngành chế biến dầu khí.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 3 chương với cấu trúc phân bổ thời lượng và tiến trình logic cụ thể:

• Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học (10 giờ lý thuyết): Giới thiệu tính chất vật lý của chất lỏng (khối lượng riêng, trọng lượng riêng, tỷ trọng, độ chịu nén ép, đơn vị áp suất); tĩnh lực học chất lỏng (áp suất thủy tĩnh, phương trình cơ bản tĩnh lực học, định luật Pascal, định luật Acsimet, chất lỏng trong bình thông nhau, các thiết bị đo áp suất: ống Pezomet, áp kế chữ U, áp kế kiểu chén, áp kế vi sai); động lực học chất lỏng (lưu lượng, vận tốc trung bình, độ nhớt động lực và động học, sức căng bề mặt); chế độ chuyển động của dòng chảy (thí nghiệm Reynolds, chảy tầng $Re < 2320$, chảy quá độ $2320 \le Re \le 10000$, chảy rối $Re > 10000$, dòng ổn định và không ổn định, phương trình Bernouli); tính toán trở lực trong ống dẫn (trở lực ma sát thành ống $h_1$, trở lực cục bộ $h_{cb}$, chọn đường kính ống dẫn).
• Chương 2: Tổng quan về quá trình truyền nhiệt (10 giờ: 9 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Khảo sát ba hình thức truyền nhiệt cơ bản gồm dẫn nhiệt (nhiệt trường ổn định/không ổn định, định luật Phurie, độ dẫn nhiệt của vật liệu theo Bảng 2), đối lưu nhiệt (đối lưu tự nhiên và cưỡng bức, định luật cấp nhiệt Newton), bức xạ nhiệt (sóng điện từ, hệ số hấp thụ $H$, phản xạ $P$, khúc xạ $K$, phân loại vật thể); phân tích quá trình trao đổi nhiệt phức tạp đẳng nhiệt qua tường phẳng một lớp/nhiều lớp, tường ống một lớp; khảo sát truyền nhiệt biến nhiệt và phương pháp chọn chiều chuyển động của lưu thể (xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng, hỗn hợp) gắn liền với công thức tính hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ($\Delta t_{TB}$).
• Chương 3: Tổng quan về các quá trình truyền chất (25 giờ: 23 giờ lý thuyết, 2 giờ kiểm tra): Trình bày khái niệm chuyển khối giữa hai pha và nguyên lý vận hành của 5 quá trình công nghệ chính: Chưng cất (cân bằng lỏng - hơi, dung dịch lý tưởng/thực, quá trình chưng luyện liên tục, ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, tỷ số hồi lưu); Hấp thụ (cân bằng hấp thụ, chất hấp thụ, tháp đĩa chóp, đĩa sóng hình chữ S, xu páp, thiết bị màng); Hấp phụ (động học hấp phụ, than hoạt tính, Zeolit, thiết bị đứng BTP, thiết bị lớp hình xuyến, thiết bị nằm ngang); Quá trình kết tinh (phương pháp làm lạnh, bốc hơi chân không, cô đặc); Quá trình sấy khô (vật liệu sấy, thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại, phòng sấy tuần hoàn không khí nóng, hầm sấy tuy-nen).

Tiến trình nội dung đi từ cơ học thủy lực (vận chuyển lưu thể, trở lực) đến nhiệt động học truyền năng lượng, kết thúc bằng các quá trình phân tách pha và chuyển khối phức tạp, phản ánh đúng chuỗi quy trình công nghệ trong nhà máy hóa chất và lọc dầu.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết cơ sở (Fundamental theories): Thuyết động học lưu chất, định luật bảo toàn cơ năng dạng phương trình Bernouli ($H_{tp} = z + \frac{P}{\rho g} + \frac{\omega^2}{2g} = const$), lý thuyết cân bằng pha trong hệ chất lỏng - hơi, cơ chế biến đổi nhiệt năng thành sóng điện từ trong bức xạ nhiệt.
• Nguyên lý cốt lõi (Core principles): Định luật Pascal về truyền áp suất thủy tĩnh ứng dụng cho máy ép thủy lực; định luật đẩy Acsimet ($P_d = \gamma V$); định luật dẫn nhiệt Phurie ($dQ = -\lambda \frac{dt}{dn} dF d\tau$); định luật cấp nhiệt Newton ($dQ = \alpha (t_\tau - t) dF d\tau$); nguyên lý ma sát trong của Newton về độ nhớt ($\mu$).
• Khung phân tích kỹ thuật (Essential frameworks): Chuẩn số đồng dạng Reynolds ($Re = \frac{\omega d \rho}{\mu}$); mô hình trở lực đường ống Darcy-Weisbach; mô hình xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát $K$ và nhiệt trở vách ngăn; mô hình tính toán hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ($\Delta t_{TB}$).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Xác định chế độ dòng chảy bằng chuẩn số Reynolds; tính toán tổn thất áp suất dọc đường và cục bộ trong ống dẫn; tính toán truyền nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp và tường ống; tính toán hiệu số nhiệt độ trung bình cho các sơ đồ lưu thể xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, tỷ số hồi lưu đến cân bằng pha và hiệu suất chưng cất; đánh giá mức độ suy giảm năng lượng do trở lực ma sát và độ nhám bề mặt ống.
• Năng lực nghề nghiệp thực tế (Practical competencies): Phân biệt, đọc hiểu sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị công nghệ: tháp chưng cất đĩa chóp, tháp hấp thụ đĩa sóng S, thiết bị hấp phụ BTP, thiết bị kết tinh chân không, hầm sấy tuy-nen, áp kế vi sai.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình áp dụng định hướng dạy học tích cực, kết hợp các phương thức tổ chức sư phạm:

• Phương pháp giảng dạy của giảng viên: Giảng viên sử dụng diễn giảng ngắn gọn, phương pháp nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, trình chiếu phim ảnh minh họa thiết bị, tổ chức câu hỏi thảo luận và giao bài tập tình huống theo nhóm. Giảng viên phân chia lớp học thành các nhóm nhỏ (8-10 học viên) để phân công chủ đề nghiên cứu chuyên sâu trước giờ học lý thuyết.
• Bài tập và tình huống thực hành: Hệ thống câu hỏi và bài tập cuối mỗi chương tập trung vào bài toán tính toán kỹ thuật và giải thích hiện tượng. Cụ thể gồm: giải thích thí nghiệm Reynolds; bài toán cân bằng bình thông nhau; bài toán tính lực ép piston máy ép thủy lực theo định luật Pascal; bài toán xác định phân bố nhiệt độ $t_3, t_4$ qua các lớp tường lò vữa chịu lửa và gạch xây; bài toán so sánh lượng chất tải nhiệt tiêu thụ giữa sơ đồ lưu thể xuôi chiều và ngược chiều.
• Phương pháp kiểm tra và đánh giá: Căn cứ theo quy chế đào tạo tín chỉ (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH), kết quả môn học được đánh giá qua thang điểm 10 quy đổi sang thang điểm 4, gồm:
  • Điểm quá trình (40%): Gồm 01 cột điểm kiểm tra thường xuyên sau 10 giờ học (hình thức hỏi miệng, trắc nghiệm hoặc báo cáo; chuẩn đầu ra A1, C1, C2); 01 cột điểm kiểm tra định kỳ sau 19 giờ học (hình thức tự luận/trắc nghiệm; chuẩn đầu ra A2, B2, C1, C2) và 02 cột kiểm tra định kỳ sau 43 giờ học (chuẩn đầu ra A3, A4, A5, B1, C1, C2).
  • Điểm thi kết thúc môn học (60%): Tổ chức sau 45 giờ học bằng hình thức viết kết hợp tự luận và trắc nghiệm, đánh giá tổng hợp các chuẩn đầu ra A1-A5, B1-B2, C1-C2.
• Quy định tự học đối với người học: Học viên phải đọc trước giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp; tham gia tối thiểu 70% thời lượng giảng dạy lý thuyết (nghỉ học quá 30% số tiết phải học lại môn học); chủ động tham gia thảo luận nhóm, hoàn thành các báo cáo kỹ thuật và nộp bài tập đúng thời hạn quy định.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

• Cập nhật cấu trúc học phần: Giáo trình ban hành năm 2020 theo Quyết định số 191/QĐ-CĐDK được chuẩn hóa và nâng cấp dựa trên cơ sở tài liệu giảng dạy lưu hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí. Chương trình được thiết kế cô đọng trong 45 giờ học phần (3 tín chỉ), tích hợp hệ thống chuẩn đầu ra chi tiết theo quy định của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội (Kiến thức A1-A5, Kỹ năng B1-B2, Năng lực tự chủ và trách nhiệm C1-C2).
• Tính tích hợp công nghệ dầu khí thực tế: Các nội dung lý thuyết được liên kết trực tiếp với cấu tạo thiết bị chế biến hóa dầu thực tế. Giáo trình cung cấp danh mục hình vẽ chi tiết về các cụm thiết bị công nghiệp: tháp đĩa chóp không có ống chảy chuyền, kết cấu van xu páp trên đĩa tháp, tháp đĩa sóng hình chữ S, thiết bị hấp phụ khí loại đứng BTP, cấu trúc tinh thể Zeolit và than hoạt tính, thiết bị sấy bằng tia hồng ngoại kiểu đèn, hầm sấy tuy-nen.
• Kết nối chương trình đào tạo nghề: Giáo trình giữ vai trò bản lề trong khối kiến thức kỹ thuật cơ sở (mục II.2), cung cấp cơ sở tính toán và nguyên lý thiết bị để người học trực tiếp học tiếp các mô đun thực hành chuyên sâu như: Vận hành thiết bị tách dầu khí (CNH19MĐ16), Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (CNH19MĐ17), Vận hành máy thủy khí I & II (CNH19MĐ18, CNH19MĐ19), Vận hành lò gia nhiệt và thiết bị nhiệt (CNH19MĐ20), Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (CNH19MĐ22) và Vận hành các phân xưởng chế biến khí (CNH19MĐ25).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

• Sinh viên mục tiêu: Học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng hệ chính quy chuyên ngành/nghề "Vận hành thiết bị chế biến dầu khí" tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo ngành công nghệ kỹ thuật hóa học, chế biến dầu mỏ và khí đốt.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học đại cương và kỹ thuật cơ sở trong khung chương trình gồm: Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật (KTĐ19MĐ06), An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Nhiệt kỹ thuật (CNH19MH10), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12) và môn Hóa lý.
• Đối với giảng viên: Tài liệu cung cấp khung chương trình chuẩn, phân bổ tiết học, chuẩn đầu ra, hệ thống câu hỏi thảo luận nhóm và các bài toán mẫu để biên soạn giáo án, ngân hàng đề kiểm tra định kỳ và đề thi kết thúc học phần.
• Mục đích tự học và tra cứu: Kỹ thuật viên, công nhân vận hành tại các trạm xử lý khí, nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất có thể sử dụng giáo trình làm tài liệu tra cứu các công thức tính tổn thất áp suất, tính truyền nhiệt, cấu tạo bên trong của tháp chưng cất, tháp hấp thụ và thiết bị hấp phụ.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ cho sinh viên cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, giảng viên giảng dạy ngành công nghệ hóa học, cũng như kỹ thuật viên đang làm việc tại các nhà máy lọc - hóa dầu và chế biến khí cần tra cứu kiến thức nguyên lý thiết bị.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này?

Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Nhiệt kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Hóa lý, Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật và có kiến thức căn bản về Toán giải tích và Vật lý đại cương.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu quá trình - thiết bị khác là gì?

Giáo trình tập trung trực tiếp vào nguyên lý cấu tạo và cơ chế hoạt động của các thiết bị điển hình trong ngành dầu khí (tháp đĩa chóp, tháp đĩa sóng S, tháp hấp phụ BTP, thiết bị kết tinh chân không, Zeolit), gắn liền việc tính toán nhiệt - thủy lực cơ bản với kỹ năng nhận diện thiết bị trên sơ đồ công nghệ vận hành.

4. Làm sao để tự học giáo trình hiệu quả?

Người học cần đọc trước nội dung từng chương, bám sát các phương trình giải tích (Bernouli, Phurie, Newton, Reynolds), giải toàn bộ các bài tập định lượng về tính nhiệt trở và hiệu số nhiệt độ $\Delta t_{TB}$, kết hợp đối chiếu sơ đồ cấu tạo thiết bị trong danh mục hình vẽ và tham gia thảo luận nhóm (8-10 học viên).

5. Giáo trình có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu tham khảo chính của giáo trình là bản lưu hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí, kết hợp hệ thống mô hình học tập thiết bị thực tế, máy chiếu và các tài liệu khảo sát công nghệ tại các doanh nghiệp chế biến dầu khí.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học là tài liệu học thuật cơ sở chuyên môn, chuẩn hóa các nguyên lý khoa học tự nhiên về thủy lực học, trao đổi nhiệt và truyền chất phục vụ cho ngành chế biến dầu khí. Nội dung sách dẫn xuất từ hệ thống công thức toán - lý nền tảng đến cấu tạo chi tiết của các thiết bị công nghiệp như tháp chưng luyện, tháp hấp thụ đĩa sóng, thiết bị hấp phụ đứng và hệ thống sấy.

Lộ trình học tập được thiết lập tuần tự: bắt đầu từ tính toán dòng chảy thủy lực tại Chương 1, phân tích hiệu quả truyền nhiệt và bố trí dòng lưu thể tại Chương 2, đến nắm vững các thiết bị chuyển khối phân tách cấu tử tại Chương 3. Đây là nền tảng trực tiếp để sinh viên tiếp thu các mô đun chuyên sâu về vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô, phân xưởng chế biến khí và thực tập sản xuất tại doanh nghiệp. Người học cần kết hợp nghiên cứu giáo trình năm 2017 và quy chế đào tạo theo Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH để đạt chuẩn đầu ra theo yêu cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 22 − Cánh tay đòn xoay quanh trục O Nguyên lý hoạt động: Khi tác dụng 1 lực Q vào cánh tay đòn, gây nên lực P1 ở pittong nhỏ, áp suất ở xilanh nhỏ là p1 = P1/F1 Theo định luật Pascal, áp suất p1 do pittong nhỏ tác dụng lên chất lỏng được truyền nguyên vẹn tới xilanh lớn cũng là p1 P1 P F Áp lực tác dụng lên bề mặt pittong lớn là: P2 = p1.F2 Suy ra 1 = 1 F1 P2 F2 Ta thấy tỷ lệ F2/F1 càng lớn thì lực P2 càng lớn. Tức tiết diện của pittong T2 lớn gấp bao nhiêu lần so với tiết diện của pittong T2, thì lực P2 của máy ép cũng lớn gấp bấy nhiêu lần. Chính vì thế mà người ta dựa vào định luật Pascal để chế tạo máy nâng vật. ❖ Định luật Acsimet Định luật cho phép ta xác định lực tác dụng lên một vật khi nhúng vật trong chất lỏng hay chất khí.

Nội dung: “Một vật nhúng vào trong chất lỏng (hay khí) nằm yên đều bị chất lỏng (hay khí) đó tác dụng một lực bằng trọng lực phần chất lỏng (hay khí) bị vật chiếm chỗ, lực này hướng lên trên và có điểm đặt tại trọng tâm của khối chất lỏng (hay khí) bị chiếm chỗ. Lực này gọi là lực đẩy Acsimet.” Công thức tính: Pd = 𝛾.17) Trong đó: Pd – Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật; [N] V – Thể tích của vật, m3 𝜌 – Khối lượng riêng của vật, [kg/m3] 𝛾 – Trọng lượng riêng của chất lỏng, [N/m3] ❖ Sự cân bằng của chất lỏng trong bình thông nhau Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 23 (a) (b) Hình 1. Áp suất ở hai bình thông nhau dạng kín (a) và hở (b) ✓ Đối với bình hình (a): Chất lỏng đồng nhất có khối lượng riêng 𝜌 đựng trong 2 bình ở đáy có ống thông nhau; Tác dụng lên bề mặt chất lỏng ở 2 bình áp suất lần lượt là P 01 và P02; Xét tại một điểm trên mặt so sánh O-O ta có: Bình A: P1 = P01 + ρ.h2 − Đối với bình kín: Chất lỏng ở trạng thái cân bằng nên: P1 = P2 tức P01/P02 = h1 - h2. Vậy 1 chất lỏng thông nhau ở 2 bình kín có mức chênh lệch mặt thoáng của chất lỏng trong các bình tỷ lệ thuận với mức chênh lệch áp suất trong các bình đó.

− Đối với bình hở hoặc áp suất bình trên bề mặt bằng nhau: tức P01 = P02; P1 = P2 nên h1= h2. Vậy 1 chất lỏng thông nhau trong 2 bình áp suất bằng nhau thì mức chất lỏng trong các bình nằm trên cùng 1 mặt phẳng. ✓ Đối với hình (b): Chất lỏng không đồng nhất (không tan lẫn vào nhau) có khối lượng riêng 𝜌1 ; 𝜌2 ; đựng trong 2 bình ở đáy có ống thông nhau; Tác dụng lên bề mặt chất lỏng ở 2 bình áp suất lần lượt là P01 = P02 = Pa; Xét tại một điểm trên mặt so sánh O-O ta có: Bình A: P1 = Pa + ρ.h2 1 h2 Khi cân bằng P1 = P2 nên Pa + ρ1.h2; Suy ra = ;  2 h1 Vậy 2 chất lỏng không tan lẫn có khối lượng riêng khác nhau thông nhau trong 2 bình để hở, thì chiều cao mức chất lỏng tính từ mặt chuẩn của 2 bình tỷ lệ nghịch với khối lượng riêng của nó. Động lực học chất lỏng Lưu lượng: Lưu lượng của chất lỏng là lượng chất lỏng chảy qua thiết diện ngang của ống dẫn trong 1 đơn vị thời gian.

Đơn vị tính: [kg/s], [kg/h]; [m3/s], [m3/h], [l/s] (lưu lượng thể tích) Lưu lượng của chất lỏng chỉ được tính khi dòng chất lỏng đã choán đầy ống dẫn. Ở tâm ống có tốc độ lớn nhất, càng gần thành ống tốc độ càng giảm, ở sát thành Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 24 ống tốc độ bằng 0 do chịu ảnh hưởng của ma sát. Trong trường hợp dòng chảy không ổn định, vận tốc còn phụ thuộc vào thời gian. Do đó người ta tính vận tốc trung bình.

Vận tốc trung bình Vận tốc trung bình là vận tốc của chất lỏng chảy trong ống được tính bằng lượng thể tích chất lỏng chảy qua 1 đơn vị thiết diện trong 1 đơn vị thời gian. Công thức tính vận tốc trung bình 𝑉 𝜔= (1.18) 𝐹 Trong đó: V – lưu lượng thể tích chất lỏng, (m3/s); F – Thiết diện ống dẫn, m2 Biểu diễn qua khối lượng m, ta có vận tốc khối lượng là 𝑚 𝑉.ρ – lưu lượng khối lượng của chất lỏng, kg/s Vận tốc chất lỏng có ảnh hưởng đến trở lực của đường ống. Vận tốc càng lớn, trở lực càng tăng, do đó tốn năng lượng của thiết bị vận chuyển chất lỏng hay khí. Ngược lại nếu vận tốc bé thì trở lực bé, nhưng để đảm bảo lưu lượng thì cần đường kính ống lớn, như vậy sẽ làm tăng giá thành xây dựng.

Độ nhớt: Khi chất lỏng thực chuyển động sẽ xảy ra quá trình trượt giữa các lớp chất lỏng, vì có ma sát trong. Lực ma sát này gây ra sức cản của chất lỏng đối với chuyển động tương đối của phần tử chất lỏng. Tính chất này của chất lỏng gọi là độ nhớt. Biểu đồ thể hiện chuyển động của các lớp chất lỏng trượt lên nhau Từ biểu đồ cho thấy lớp A chuyển động với vận tốc ω, lớp B chuyển động với vận tốc ω+dω.

Hai lớp chuyển động song song, vận tốc tương đối của lớp sau so với lớp trước là dω, khoảng cách giữa 2 lớp là dn. Công thức tính độ nhớt động lực như sau: S dω μ= ∙ (1.20) F dn Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 25 Trong đó: μ – độ nhớt động lực S – lực ma sát bên trong chất lỏng, N F – diện tích mặt tiếp xúc giữa các lớp chất lỏng. d - gradien vận tốc dn Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và khối lượng riêng của chất lỏng, được tính bởi công thức: μ  =ρ (1.21) Đơn vị tính của độ nhớt động học là cm2/s hoặc St (Stôc) với (1St = 1 cm2/s). Sức căng bề mặt: Bề mặt chất lỏng được tập hợp bởi các phần tử chất lỏng sát liền với lớp bề mặt tiếp xúc với môi trường xung quanh.

Lớp phần tử này chịu tác dụng của lực hút phân tử bên trong lớn hơn lực hút môi trường xung quanh. Vì vậy trên bề mặt xuất hiện 1 áp lực theo phương pháp tuyến với bề mặt phân giới giữa chất lỏng với môi trường và hướng vào phía trong lòng chất lỏng. Do áp lực này mà chất lỏng có xu hướng thu hẹp bề mặt của nó và để tạo ra bề mặt mới cần tốn 1 công gọi là sức căng bề mặt. Ký hiệu của sức căng bề mặt là: 𝜎 có đơn vị là: N/m 1.

CHẾ ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT LỎNG 1. Phân loại các chế độ chuyển động của dòng chất lỏng Chất lỏng có hai dạng chuyển động tùy theo tốc độ chảy: chuyển động xoáy và chuyển động dòng (chuyển động thành lớp). Để nghiên cứu chế độ chuyển động của dòng lưu chất, Reynolds đã tiến hành thí nghiệm chứng minh tồn tại hai dạng chảy: Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 26 Hình 1. Thí nghiệm Reynolds nghiên cứu chế độ chảy của dòng chất lỏng Mô tả hiện tượng thí nghiệm: Bằng cách điều chỉnh van 1, vận tốc lưu chất trong ống thuỷ tinh sẽ thay đổi và Reynolds nhận thấy, khi vận tốc nhỏ, dòng mực chuyển động trong ống thuỷ tinh như một sợi chỉ xuyên suốt trong ống.

Tiếp tục tăng vận tốc tới một lúc nào đó dòng mực bắt đầu gợn sóng. Nếu tiếp tục tăng vận tốc lưu chất thì dòng mực hoà trộn hoàn toàn trong nước, tức là không còn thấy dòng mực nữa. Hiện tượng này Reynolds giải thích như sau, khi vận tốc lưu chất còn nhỏ, chất lỏng chuyển động theo từng lớp song song nhau nên dòng mực cũng chuyển động theo đường thẳng. Trường hợp này Reynolds gọi là chế độ chảy tầng (chảy dòng).

Khi vận tốc tăng đến một giới hạn nào đó, các lớp chất lỏng bắt đầu có hiện tượng gợn sóng do đó dòng mực cũng có sự giao động tương ứng và chế độ này gọi là chế độ chảy quá độ. Tiếp tục tăng vận tốc lưu chất thì các lớp chất lỏng chuyển động theo mọi phương do đó dòng mực bị hoà trộn hoàn toàn trong lưu chất, trường hợp này gọi là chế độ chảy rối (chảy xoáy). Chế độ chảy dòng (Chảy tầng) Giữa tâm dòng vận tốc cực đại, càng gần thành ống, vận tốc càng giảm và có giá trị 0 ở sát thành ống. Vì vậy profil vận tốc là 1 parabol.

Khi tính toán ta dùng vận tốc trung bình. Hình vẽ dưới đây chỉ ra Profil chảy dòng: Hình 1. Profil chảy dòng (chảy tầng) của dòng chất lỏng b. Chế độ chảy rối (Chảy xoáy) Khi tốc độ tăng lên, dòng chảy bị rối nên xuất hiện dòng xoáy.

Các phần tử chuyển động với tốc độ thay đổi cả giá trị lẫn hướng tạo thành 1 parabol tù. Dọc thành ống có lớp biên, ở lớp biên tốc độ giảm dần và bằng 0 ở sát thành ống. Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 27 Hình 1. Profil chảy rối (chảy xoáy) của dòng chất lỏng Với việc nghiên cứu dòng mực chuyển động trong ống khi thay đổi vận tốc của nước Reynolds đã tìm ra một chuẩn số vô thứ nguyên đặc trưng cho chế độ chuyển động của lưu chất và được gọi là chuẩn số Reynolds tính theo công thức: 𝜔.22) 𝜇 𝜗 Trong đó:  – khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3  – độ nhớt động lực của lưu chất, N.s/m 𝜗 – độ nhớt động học, m2/s  – vận tốc dòng lưu chất chuyển động trong ống, m/s d – đường kính tương đương, m Reynolds đã chứng minh được rằng nếu: Re < 2320: lưu chất chảy tầng Re = 2320  1000: lưu chất chảy quá độ Re > 10000: lưu chất chảy rối 1.

Dòng ổn định và dòng không ổn định Dòng ốn định là dòng mà trong đó vận tốc, gia tốc, áp suất, độ sâu… không thay đổi theo thời gian, mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm ta đang xét. Dòng không ốn định là dòng mà tất cả các đại lượng như vận tốc, gia tốc, áp suất, độ sâu… thay đổi theo thời gian. Thí nghiệm minh họa dòng chảy ổn định và dòng chảy không ổn định như sau: Chương 1: Kiến thức cơ bản của thủy lực học Trang 28 h P wL Hình 1.