Chưng cất dầu thô (CDU): nguyên lý, công thức, biểu đồ và xu hướng 2026
Chưng cất dầu thô là trái tim của nhà máy lọc dầu, nơi dòng dầu thô được tách thành các phân đoạn theo khoảng nhiệt độ sôi. Hiểu đúng nguyên lý, công thức và đặc tính cân bằng pha là điều kiện tiên quyết để tối ưu hiệu suất và an toàn.
1. Nguyên lý tách theo nhiệt độ sôi
Dầu thô là hỗn hợp hàng nghìn hydrocacbon có nhiệt độ sôi trải dài từ dưới 30°C tới trên 550°C. Trong tháp khí quyển, dầu được gia nhiệt và tách nhờ chênh lệch nhiệt độ ngưng tụ trên các đĩa: cấu phần nhẹ bay lên đỉnh, cấu phần nặng xuống đáy.
2. Công thức then chốt
Khả năng tách hai cấu tử được đặc trưng bởi độ bay hơi tương đối, càng lớn càng dễ tách:
Quan hệ cân bằng pha rút gọn cho hệ hai cấu tử lý tưởng:
Áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ được mô tả bằng phương trình Antoine:
Đường làm việc đoạn cất theo phương pháp McCabe-Thiele, với R là tỷ số hồi lưu và xD là nồng độ sản phẩm đỉnh:
Số đĩa lý thuyết tối thiểu ở chế độ hồi lưu hoàn toàn tính theo phương trình Fenske:
3. Biểu đồ cân bằng pha
Giao điểm của đường làm việc với đường cân bằng cùng số bậc thang giữa chúng cho biết số đĩa lý thuyết cần thiết. Đường làm việc càng gần đường cân bằng thì càng cần nhiều đĩa.
4. Khử muối và chuẩn bị nguyên liệu
Trước khi vào lò, dầu thô qua cụm khử muối bằng điện trường. Dầu được trộn nước rửa khoảng 4 đến 7 phần trăm thể tích rồi tách pha trong trường điện cao áp, đưa nồng độ muối xuống dưới 3 pptb để bảo vệ ống lò và đỉnh tháp.
5. Lò gia nhiệt, dải nhiệt độ và chân không
Dầu được nâng lên khoảng 350 đến 370°C; đáy tháp khí quyển quanh 340 đến 360°C ở áp suất gần khí quyển. Cặn khí quyển được chưng cất chân không ở vài chục mmHg, lò quanh 390 đến 410°C, để tách thêm dầu cất chân không mà không bẻ gãy mạch.
6. Ăn mòn và sự cố thường gặp
Đỉnh tháp nhạy cảm với ăn mòn do hơi axit clohydric từ muối còn sót. Biện pháp gồm bơm hóa chất trung hòa, chất ức chế tạo màng và kiểm soát điểm đọng sương. Cặn nóng tiếp xúc nước có thể gây bùng hơi đột ngột, nên quy trình xả đáy luôn nghiêm ngặt.
7. Xu hướng 2026
Năm 2026, các nhà máy thu hồi nhiệt sâu hơn qua mạng trao đổi nhiệt tích hợp, điện hóa phần gia nhiệt khi có điện sạch, số hóa vận hành để giảm tiêu hao hơi, và đồng chế biến dầu sinh học để phù hợp lộ trình trung hòa cacbon.