Đồ án Môn học Bitum dầu mỏ

của ta với thời gian như nhau. Còn vật liệu không bị phá huỷ khi nén người ta xác định ứng suất gây nên sự biến đổi mẫu 25%. Để khô ngoài không khí, mang mẫu đi cân phân tích được trọng lượng là m Khi mẫu nhũ tương đã khô đem ngâm mẫu vào trong nước trong thời gian khoảng 24 giờ Sấy khô bề mặt rồi đem đi cân bằng cân phân tích được trọng lượng m’ Kết quả là m’-m chính là lượng nước đã bị thấm vào trong nhũ tương. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 73 CHƯƠNG 3. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM I. Quá trình thuỷ phân dầu I.1. Hoá chất và thiết bị để xác định chỉ số xà phòng hoá và chỉ số axit - Bình tam giác 250ml - Ống sinh hoà ngược - Micro buret 2cm, buret 10cm. - Pipet các loại - Ống đong 50ml - Bếp cách thuỷ - Rượu etylic 96% - Dung dịch phenolphtalein - Dung dịch KOH trong rượu etylic 0,5N I.2. Hoá chất và thiết bị dùng trong quá trình thuỷ phân dầu Để tiến hành thuỷ phân dầu lạc, dầu sở, dầuHướng Dương, ta cần chuẩn bị những dụng cụ và hoá chất sau -Bình hai cổ đáy tròn, dung tích loại 250ml và 500ml -Bộ mô tơ, cánh khuấy. - Bếp điện có ổn định nhiệt. - Nhiệt kế loại 1000C. -Buret, pipet các loại. -Phễu chiết. -Bình tam giác, cốc có mỏ, ống đong. - Dầu hướng dương - Dung dịch KOH 30% - Dung dịch H2SO460% - H2O II. Hoá chất và thiết bị dùng trong quá trình tổng hợp chất nhũ hoá - Bình ba cổ, dung tích 500ml - Máy khuấy liên xô cũ Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 74 - Nhiệt kế loại 2000C - Các dụng cụ phân tích - Chỉ thị phenolphtalein, thymolbrom xanh - Dietanolamin - Axit linoleic III. Hoá chất và thiết bị dùng trong qúa trình chế tạo nhũ tương bitum III.1.Hoá chất : + Chất nhũ hoá vừa mới tổng hợp, bitum, Nước, CaCl2 , HCl, + Bitum sử dụng trong nghiên cứu là bitum mác 60/70 thông dụng trên thị trường. + Nước được sử dụng đảm bảo yêu cầu chứa ít những hợp chất hữu cơ và khoáng vật. III.2.Thiết bị 2.1. Thiết bị kuấy sơ bộ tốc độ 400-500v/phút + Cánh khuấy + Máy khuấy + Bếp điện + Biến thế điều chỉnh nhiệt độ 2.2 .Thiết bị khuấy trộn tốc độ cao 4000-5000v/phút IV. Hoá chất và thiết bị trong quá trình kiểm định chất lượng nhũ tương bitum IV.1. Thiết bị + Thiết bị đo độ nhớt Engler + Kính hiển vi điện tử để xác định kích thước hạt + Thiết bị xác định độ kết dính + Tủ sấy IV.2. Hoá chất: Đá răm, nước cất + Đá dăm + Nước cất Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 75 PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Bước đầu tiên của giai đoạn tổng hợp chất nhũ hoá là quá trình thuỷ phân dầu, nhằm thu được axit béo cho nên mục đích của quá trình này là tìm ra các điều kiện tối ưu để thuỷ phân dầu một cách hiệu quả nhất, thu được lượng axit béo nhiều nhất tức là làm cho độ chuyển hoá của dầu là cao nhất I. QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN DẦU I.1. Thuỷ phân dầu lạc và dầu sở I.1.1. Kết quả thuỷ phân dầu lạc và dầu sở khi không có LAS Lượng dầu =200(g), Lượng H2O=60(g), Lượng H2SO4=5(g), T0 =100oC Bảng 1: Kết quả quá trình thuỷ phân dầu lạc khi không có Las Thời gian 1h 2h 3h 4h 5h Mẫu chuẩn 15.32% 18.00% 19.5% 18.21% 18.31% Bảng 2: Kết quả quá trình thuỷ phân dầu sở khi không có Las Thời gian 1h 2h 3h 4h 5h Mẫu chuẩn 19.6% 21.3% 25.54% 24.89% 24.34% Từ các bảng 1, 2 ta thấy: Khi tiến hành thuỷ phân dầu lạc và dầu sở theo phương pháp cộng H2O, nếu không có chất hoạt động bề mặt Las thì phản ứng xảy ra rất chậm nên độ chuyển hoá của dầu không cao, chỉ đạt được cao nhất 25,54% đối với dầu sở và chỉ được 19,5% đối với dầu lạc khi thời gian tiến hành quá trình thuỷ phân là 3 giờ. Sau đó dù có tăng thời gian phản ứng lên thì độ chuyển hoá cũng không tăng lên được mà còn gây nên những phản ứng phụ bẻ gãy mạch cacbon,… tác động xấu đến qúa trình thủy phân. Nguyên nhân là do khi không có Las diện tích bề mặt tiếp xúc giữa dầu và nước thấp dẫn đến khả năng phản ứng giữa dầu và nước kém. I.1.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng LAS Lượng dầu = 200(g), lượng H2O = 60(g), lượng H2SO4 = 5(g), To=1000C Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 76 Bảng 3: Kết quả ảnh hưởng của lượng Las đến độ chuyển hoá của dầu lạc T(h) LAS 1h 2h 3h 4h 5h 1g C%=25.38% 50.85% 64,27% 62.52% 63.13% 2g 28.65% 43% 69,68% 65,2% 63.33% 3g 32.64% 47,75% 72,78% 68,45% 70.25% 4g 39,63% 64% 79,54% 75.34% 73.45% 5g 47,46% 69,4% 77.25% 72.65% 75,1% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 2 3 4 5 1g Las 2g Las 3g Las 4g Las 5g Las t (giê) x (%) Hình 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu lạc theo thời gian ở các lượng LAS khác nhau Bảng 4: Kết quả ảnh hưởng của lượng Las đến độ chuyển hoá của dầu sở t (h) LAS 1h 2h 3h 4h 5h 1g C=23% 31,1% 51,89% 50,33% 52.96% 2g 35,73% 49,47% 56,56% 53,13% 49,8% 3g 43,2% 64,48% 73.87% 70.2% 75.15% Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 77 4g 47,4% 67,72% 80,23% 79,4% 75,2% 5g 40,23% 49,43% 75,56% 76,2% 75,4% 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 1g Las 2g Las 3g Las 4g Las 5g Las Las (g) x (%) Hình 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu sở theo thời gian ở các lượng Las khác nhau. Từ bảng 3,4 và các đồ thị 3,4 ta thấy: + Chất hoạt động bề mặt Las có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thuỷ phân dầu thực vật, chỉ thêm 1g Las độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở sau 3giờ đã đạt 64,27% và 51,89% trong khi đó cũng trong 3 giờ thuỷ phân khi không có Las, độ chuyển hoá của dầu lạc chỉ là 19,5%, của dầu sở 25,54%. Kết quả đạt được như vậy là do Las là chất hoạt động bề mặt rất mạnh nên khi Las có mặt trong phản ứng làm giảm sức căng bề mặt của dầu, nước và sức căng bề mặt tiếp xúc giữa hai pha dầu và nước làm cho diên tích tiếp xúc giữa dầu và nước tăng lên rất nhiều dẫn đến tăng khả năng phản ứng. + Khi ta tăng lượng Las từ 1-3g thì độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở cũng tăng lên theo lượng Las do lượng Las tăng thì khả năng hoạt động bề mặt cũng tăng lên tức là khả năng phản ứng giữa dầu và nước là tốt hơn, và đến 4g Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 78 thì độ chuyển hoá không tăng nữa là do độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở lúc này đá khá cao, hơn nữa phản ứng thuỷ phân ở đây lại là phản ứng thuận nghịch cho nên độ chuyển hoá không tăng nữa cũng là hợp lý. + Độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở khi thời gian tiến hành thuỷ phân trong 3giờ là lớn nhất, trước 3 giờ thì do thời gian chưa đủ phản ứng thuỷ phân chưa xảy ra tới cùng nên độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở chưa cao. Còn quá 3 giờ thì do độ chuyển hoá không tăng thêm mà còn có xu hướng giảm, một phần là do độ chuyển hoá đã cao, phản ứng đã đạt đến cân bằng nên độ chuyển hoá không tăng thêm được. Hơn nữa trong quá trình thuỷ phân ở nhiệt độ 1000C, nếu thực nghiệm làm không tốt có thể làm bay hơi nước sẽ khiến cho phản ứng xảy ra theo chiều nghịch làm giảm độ chuyển hoá. I.1.3. Kết quả thuỷ phân lần 2 Lượng dầu =200(g), Lượng H2SO4=5(g), Nhiệt độ =1000C Bảng 5: Kết quả thuỷ phân lần 2 đối với dầu Lạc t (h) LAS 1h 2h 3h 4h 1g 72.48% 84.52% 83.45% 83.00% 2g 78.01% 85.63% 84.76% 81.15% 3g 75.89% 90.21% 89.12% 87.65% 4g 85.21% 96.53% 94.31% 95.25% 5g 84.67% 88.25% 89.35% 89.21% Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 79 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 1g Las 2g Las 3g Las 4g Las 5g Las t (giê) x (%) Hình 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu lạc theo thời gian trong quá trình thuỷ phân lần 2 Bảng 6: Kết quả thuỷ phân lần 2 đối với dầu sở t (h) LAS 1h 2h 3h 4h 1g 70.56% 78.52% 75.32% 76.25% 2g 74.01% 80.87% 81.76% 79.12% 3g 81.00% 87.54% 86.12% 87.65% 4g 86.21% 94.74% 92.59% 90.45% 5 g 85.46% 92.5% 90.27% 91.54% Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 80 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 1g Las 2g Las 3g Las 4g Las 5g Las t (giê) x (%) Hình 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu sở theo thời gian trong quá trình thuỷ phân lần 2 Từ bảng 5,6 và các đồ thị 5,6 ta thấy : + Độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở tiếp tục tăng theo thời gian khi ta tiến hành thuỷ phân tiếp lần 2 thêm 3 giờ nữa là vì trước khi tiến hành thuỷ phân lần 2 ta đã đã tách glixerin ra khỏi hỗn hợp sản phẩm của quá trình thuỷ phân lần một, do đó làm cho phản ứng tiếp tục xảy ra theo chiều thuận, tức là chiều tạo ra axít béo. + Đến 4 giờ thì độ chuyển hoá không tăng được nữa và cũng có xu hướng giảm, nguyên nhân hoàn toàn giống như ở trên là do phản ứng đã đạt đến cân bằng và nếu phản ứng tiến hành quá lâu chắc chắn không tránh khỏi mất mát nước. Mặt khác khi thuỷ phân lần 2 đến 3 giờ độ chuyển hoá đã rất cao tới hơn 95%, do đó ta không nên tiến hành phản ứng lâu hơn nữa cho mất thời gian. I.1.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng H2SO4 đến độ chuyển hoá của dầu thực vật Lượng dầu =200(g), lượng LAS =4(g), lượng H2O=60(g), nhiệt độ =1000C Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 81 Bảng 7: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng cuả lượng H2SO4 đến độ chuyển hoá của dầu sở t (h) H2SO4 1h 2h 3h 4h 5h 3g 21.15% 32.21% 54.84% 53.33% 50.71% 4g 28.7% 41.97% 68.27% 64.32% 67.76% 5g 40.62% 64.48% 81.5% 80.34% 73.31% 6g 27.35 37.75 72.27 63.37 60.15 7g 29.6 41.15 70.26 60.15 50.28 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 3g axit 4g axit 5g axit 6g axit 7g axit t (giê) x (%) Hình 7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu lạc theo thời gian với các lượng axit khác nhau. Bảng 8: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng cuả lượng H2SO4 đến độ chuyển hoá của dầu sở t (h) H2SO4 1h 2h 3h 4h 5h 3g 22.45% 34.52% 55.24% 53.45% 54.71% 4g 27.3% 42.31% 70.00% 66.32% 68.76% 5g 50.65% 70.45% 83.21% 80.57% 81.23% Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 82 6g 42.65% 67.24% 79.54% 77.32% 75.15% 7g 39.6% 50.64% 75.87% 74.98% 72.41% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 3g axit 4g axit 5g axit 6g axit 7g axit t (giê) x (%) Hình 8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu sở theo thời gian với các lượng axit khác nhau. Từ bảng 7,8 và các đồ thị 7,8 ta thấy rằng: + Khi ta thay đổi lượng xúc tác axít H2SO4 từ 3-7g, lúc đầu khi ta tăng lượng axít thì độ chuyển hoá cũng tăng theo và đạt cực đại bằng 80,34% đối với dầu lạc và 80,57% đối với dầu sở khi lượng axít = 5g là do khi tăng lượng xúc tác axít lên thì làm tăng khả năng phản ứng của dầu với nước. Tức là tốc độ phản ứng tăng lên. Nhưng khi ta tăng lượng axít lên quá 5g thì độ chuyển hoá không tăng thêm nữa là do lượng axít đã đủ để phản ứng tiến hành nhanh đạt đến cân bằng nên lượng axit nhiều hơn chỉ làm tốn hoá chất và có thể còn gây ra những phản ứng phụ không mong muốn làm cho độ chuyển hoá của dầu giảm dẫn đến hiệu suất tạo ra axít béo không cao + Từ các kết quả trên ta cũng nhận thấy thời gian tiến hành phản ứng thuỷ phân trong 3 giờ là phù hợp nhất, tại đó độ chuyển hoá đạt cực đại. Thời gian Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 83 phản ứng ít hoặc nhiều hơn 3 giờ đều không có lợi cho quá trình thuỷ phân dầu lạc và dầu sở I.1.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng H2O đến độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở Lượng dầu =200(g), lượng LAS= 4(g), lượng H2SO4=5(g), T0 = 1000 C Bảng 9: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng nước đến độ chuyển hoá của dầu lạc t (h) H2O 1h 2h 3h 4h 5h 40(g) 37.8% 54.62% 67.24% 61.12% 66.66% 50(g) 39.63% 64% 79.59% 75.34% 73.45% 60(g) 40.62% 64.68% 81.5% 80.34% 73.31% 70(g) 38.74% 66.73% 80.78% 72.7% 79.45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 2 3 4 5 40g 50g 60g 70g t (giê) x (%) Hình 9: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu lạc theo thời gian với các lượng H2O khác nhau. Bảng 10: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng nước đến độ chuyển hoá của dầu sở T (h) H2O 1h 2h 3h 4h 5h 40(g) 43.21% 60.87% 74.65% 72.14% 70.63% Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 84 50(g) 47.4% 67.72% 80.23% 79.4% 75.2% 60(g) 50.65% 70.45% 83.21% 80.57% 81.23% 70(g) 46.28% 68.25% 81.2% 74.7% 78.45% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 40g 50g 60g 70g t (giê) x (%) Hình 10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu sở theo thời gian với các lượng H2O khác nhau. Từ bảng 9,10 và các đồ thị 9,10 ta thấy: + Lượng nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân, khảo sát lượng nước thay đổi từ 40g -70g tức là phản ứng thuỷ phân tiến hành trong điều kiện dư nước, để phản ứng luôn xảy ra theo chiều thuận. Lúc đầu khi tăng lượng nước thì độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở tăng là do lượng nước càng nhiều thì phản ứng theo chiều tạo ra axít béo càng có lợi cho đến khi lượng nước bằng 60g thì độ chuyển hoá là lớn nhất. Sau đó tiếp tục tăng lượng nước lên 70g cũng không làm tăng thêm độ chuyển hoá nữa do lượng nước lúc này đã đủ dư để cho phản ứng luôn xảy ra theo chiều tạo ra axít béo cho nên tăng thêm chỉ làm tốn nước mà thôi. + Như vậy lượng nước phù hợp để tiến hành quá trình thuỷ phân là 60g Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 85 I.1.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở Lượng dầu =200(g), lượng LAS =4(g), lượng H2SO4=5(g), lượng H2O= 60g Bảng 11: Kết qủa nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hoá của dầu lạc t (h) To 1h 2h 3h 4h 5h 70oC 13.6% 21.8% 33.21% 39.11% 47.25% 80oC 17.7% 31.2% 47.7% 56.2% 61.1% 90OC 19.7% 33.2% 63.3% 58.2% 60.07% 1000C 40.62% 64.48% 81.5% 80.34% 73.31% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 t (giê) x (%) Hình 11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu lạc theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau,()700C; ()800C; ()900C; ()100oC. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 86 Bảng 12: Kết qủa nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hoá của dầu sở t (h) H2SO4 1h 2h 3h 4h 5h 700C 17.32% 27.21% 38.45% 49.65% 56.48% 800C 20.32% 32.48% 50.45% 56.87% 61.1% 900C 27.98% 39.15% 73.00% 67.54% 70.32% 1000C 50.65% 70.45% 83.21% 80.57% 81.23% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 t (giê) x (%) Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá dầu sở theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau,()700C; ()800C; ()900C; ()100oC. Từ bảng 11,12 và các đồ thị 11,12 ta thấy : + Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn và quyết định đến quá trình thuỷ phân. Khi ta tiến hành phản ứng ở các nhiệt độ từ 700 thì độ chuyển hoá của dầu lạc và dầu sở chưa cao là do nhiệt độ còn thấp nên khả năng phản ứng của dầu và nước chưa cao, khi ta tăng nhiệt độ dần lên thì độ chuyển hoá đã tăng lên rất nhiều và đạt cực đại khi nhiệt độ là 1000C. Nếu quá 1000C thì nước sẽ bay hơi và gây các phản ứng phụ vì các thành phần tham gia phản ứng đều là các chất cao phân tử nên sẽ làm giảm độ chuyển hoá hoặc độ chọn lọc của quá trình thuỷ phân. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 87 I.2.Thủy phân dầu hướng dương I.2.1.Kết quả xác định chỉ số xà phòng hoá Ao=(10,2-3,4).28,05/1=190.74 phần lý thuyết tổng quan ở phần trước như vậy số liệu thực nghiệm là đáng tin cậy I.2.2. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ Lượng dầu = 30(g), lượng KOH30% = 19(g), t =90(phút) Bảng 13.Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình thuỷ phân Nhiệt độ(oC) Khối lượng axit Linoleic(g) Độ chuyển hoá(%) Hiệu suất(%) 75 24,8 88,7 82,6 80 26,6 92 88,6 85 27,05 95,8 90 90 26,89 95,5 89,6 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 70 75 80 85 90 95 NhiÖt ®é(C)  (%) Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất axit Linoleic vào nhiệt độ Từ bảng 13 và đồ thị 13 ta thấy: Hiệu suất của quá trình thuỷ phân tăng dần theo nhiệt độ đến 850C thì hiệu suất lại giảm khi nhiệt độ tăng, như vậy là nhiệt độ thấp hoặc cao do phản ứng chưa xảy ra hoàn toàn khi nhiệt Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 88 độ thấp quá và có sự phân huỷ chất phản ứng khi nhiệt độ quá cao quá đều không có lợi cho quá trình thuỷ phân, nhiệt độ tối ưu của chúng ta ở đây là 850C I.2.3.Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian Lượng dầu = 30(g), lượng KOH30% = 19(g), T0= 850C Bảng 14. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thuỷ phân dầu hướng dương. Thời gian(phút) Khối lượng axit Linoleic(g) Độ chuyển hoá(%) Hiệu suất axit Linoleic(%) 60 20,45 83 68 75 23,78 92 79,26 90 27,14 97,4 90,46 105 27,08 97,2 90,26 120 26,8 95,8 89 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 t (phót)  (%) Hình 14 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất phản ứng theo thời gian Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 89 Từ bảng 14 và đồ thị hình14 ta nhận thấy: + Thời gian tối ưu để đạt được hiệu suất cao nhất là 90 phút. Nếu thời gian lớn hơn hoặc nhỏ hơn đều không tốt cho quá trình thuỷ phân dầu.Do nếu thời gian phản ứng nhỏ quá thì phản ứng thuỷ phân chưa diễn ra đến cùng nên hiệu suất sẽ thấp còn nếu thời gian dài quá thì có thể dẫn đến các phản ứng phụ do các thành phần trong dầu thực vật đều là chất cao phân tử dễ bị phân huỷ dưới những tác động lâu dài của nhiệt. Hơn nữa khi phản ứng đã đạt hiệu suất cao, kéo dài chỉ làm lãng phí thời gian mà thôi. + Thời gian tăng dần từ thấp đến thời gian tối ưu là 90 phút thì hiệu suất axit Linoleic tăng, nhưng khi thời gian vượt quá 90 phút thì hiệu suất lại có xu hướng giảm dần, tuy nhiên lượng giảm là tương đối thấp. Khi thời gian phản ứng còn ngắn thì các chất tham gia phản ứng ở thể lỏng. Khi thời gian tăng lên thì sản phẩm tạo thành bị quánh lại, đó chính là xà phòng. Do vậy, ta phải tăng cường tốc độ khuấy trộn. I.2.4.Kết quả ảnh hưởng của lượng KOH Lượng dầu = 30(g), T0= 850C, t = 90(phút) Bảng 15 : Kết quả ảnh hưởng của lượng KOH đến quá trình thuỷ phân Lượng KOH(g) Khối lượng axít Linoleic (g) Độ chuyển hoá(g) Hiệu suất (%) 17 19,90 80.22% 66,34% 18 22,82 88,75% 76.07% 19 27,50 96,72% 91,67% 20 27,00 92,43% 90,02% 21 26,61 90,02% 88,7% Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 17 18 19 20 21 l­îng KOH(g) % Hình 15 . Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất quá trình thuỷ phân vào lượng KOH Từ bảng kết quả 15 và đồ thị hình vẽ 15 ta nhận thấy + Dung dịch KOH là một trong hai chất tham gia phản ứng nên nó có ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng xà phòng hoá. Lượng dung dịch KOH được xác định dựa vào trị số xà phòng hoá của dầu Hướng Dương. Lượng dầu càng tăng thì lượng dung dịch KOH cũng phải tăng + Đối với thí nghiệm này, ta sử dụng 30g dầu nên lượng dung dịch KOH cần dùng là 19g. Nếu lượng KOH ít hơn 19g thì phản ứng sẽ không xảy ra hoàn toàn dẫn đến hiệu suất axit thu được thấp. Còn nếu ta dùng quá dư KOH thì hiệu suất cũng không tăng, mặt khác còn ảnh hưởng xấu đến chất lượng axit Linoleic thu được. + Từ đồ thị hình vẽ ta cũng nhận thấy rõ nhận xét trên khi lượng KOH tăng lên thì hiệu suất thu hồi sản phẩm cũng tăng đến khi lượng KOH =19g là cực đại, sau đó lại có xu hướng giảm. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 91 II. KẾT QUẢ TỔNG HỢP CHẤT NHŨ HOÁ  Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ Lượng axít béo = 150(g), lượng diethanolamin = 65(g) Bảng 16: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hoá của axít oleic. To T 1000C 1200C 1300C 1400C 1h 16,73% 20,81% 29% 57% 2h 25,83% 31,32% 48,6% 79,43% 3h 30,08% 37,5% 61,43% 92,0% 4h 31,19% 54% 77,44% 95,5% 5h 43% 70,01% 90,52% 99,99% 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 x(5x (%) t Hình 16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cuả độ chuyển hoá của axít oleic theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau,()1000C; ()1200C; ()130C; ()1400C Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 92 Bảng 17. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hoá của axit linôleic To T 1000C 1200C 1300C 1400C 1h 17,27% 23,55% 31,2% 56,72% 2h 24,67% 32,71% 51,11% 81,11% 3h 33,72% 41,22% 62,82% 92,01% 4h 41,28% 55,66% 77,14% 96,36% 5h 55,24% 71,11% 91,27% 99,9% 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 t (giê) x (%) Hình 17: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cuả độ chuyển hoá của axít linôlêic theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau,()1000C; ()1200C; ()130C; ()1400C Từ các bảng 16,17 và đồ thị hình vẽ 16,17 trên ta nhận thấy : + Độ chuyển hoá của axít béo phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và thời gian phản ứng. Tiến hành với nhiệt độ phản ứng từ 1000C đến 1400C trong thời Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 93 gian 5 giờ ta thấy khi nhiệt độ và thời gian tăng thì độ chuyển hoá cũng tăng lên. + Ở nhiệt độ 1000C thì tốc độ phản ứng còn chậm nên độ chuyển hoá của axit còn khá thấp, mãi đến 5 h cũng chỉ đạt x%=55,24% với axít linoleic và 43% đối với axít oleic, do đo nhiệt độ này không thích hợp. + Ở nhiệt độ 1200C thì độ chuyển hoá của axit linoleic đã bắt đầu tăng cao, đến mẫu 5 đạt được x%=71,11% với axít linoleic và 70.01% với axít linoleic. Màu sắc của chất nhũ hoá cũng khá đẹp, có thể dùng làm màu thương mại hay ứng dụng với những sản phẩm yêu cầu mẫu mã đẹp. + Ở nhiệt độ 1300C thì độ chuyển hoá đã tăng lên rất nhiều theo thời gian và đến mẫu 5 giờ độ chuyển hoá của axit linoleic đã đạt x=91,27% và độ chuyển hoá của axít oleic đạt 90,02%. Màu sắc sản phẩm vẫn còn khá đẹp nhưng đã bắt đầu chuyển sang xanh. + Đến 1400C, do nhiệt độ phản ứng lúc này rất cao cho nên tốc độ phản ứng giữa axít béo và diethanolamin tăng lên rất nhiều làm cho độ chuyển hoá tăng lên rất nhanh theo thời gian, ngay 1 giờ phản ứng độ chuyển hoá của axít linoleic đã là 56,72%, của axít oleic là 57% và sau 5 giờ phản ứng axít béo đã chuyển hoá gần hết, độ chuyển hoá tới hơn 99%. III. GIAI ĐOẠN CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG BITUM III.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất nhũ hoá đến quá trình tạo nhũ tương bitum III.1.1 Kết quả chọn loại nhũ Bảng 18: Kết quả nghiên cứu độ ổn đối với mẫu nhũ gốc axít oleic Mâũ Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian sa lắng Yếu x%=35% 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 10 ngày Trung bình 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 17 ngày Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 94 x%=60% Cao x%=99% 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 31ngày Bảng 19: Kết quả nghiên cứu độ ổn định với mẫu nhũ gốc axít linôleic Mâũ Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian sa lắng Yếu x%=35% 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 7 ngày Trung bình x%=60% 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 15 ngày Tốt x%=99% 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 27 ngày Từ các bảng 18 và 19 có thể thấy rằng: - Tất cả các mẫu chất nhũ hoá của chúng ta đã tổng hợp ra đều có khả năng tạo nhũ tương bitum. - Khi độ chuyển hoá của axit trong phản ứng tổng hợp chất nhũ hoá càng cao, tức là lượng akyldiethanolamin tạo ra càng nhiều, thì hiệu quả tạo nhũ tương bitum càng tốt, độ bền của nhũ càng được lâu. - Cả hai loại nhũ được tổng hợp từ axit oleic và linoleic đều có tác dụng làm chất nhũ hoá rất tốt, mẫu nhũ tổng hợp từ axit oleic có phần tốt hơn chút ít Như vậy cuối cùng ta sẽ chọn loại mẫu nhũ được tổng hợp từ axit oleic hoặc axit linoleic, hoặc có thể dùng kết hợp cả hai axit mà trong phản ứng tạo chất nhũ hoá Độ chuyển hoá của axit là cao. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 95 III.1.2. Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hoá Bảng 20: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nhũ đến độ ổn định của nhũ tương Bitum Mâũ Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian sa lắng M1 0,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút Không tạo nhũ M2 1g 50g 40g 900C 140oC 40phút Không tạo nhũ M3 1,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút Không tạo nhũ M4 2g 50g 40g 900C 140oC 40phút 3 ngày M5 2,5g 50g 40g 900C 1400C 40phút 5 ngày M6 3g 50g 40g 900C 140oC 40phút 8 ngày M7 3,5 50g 40g 900C 140oC 40phút 12ngày M8 4g 50g 40g 900C 140oC 40phút 17ngày M9 4,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 21ngày M10 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 31ngày M11 5,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 27ngày M12 6g 50g 40g 900C 140oC 40phút 22ngày M13 6,5g 50g 40g 900C 1400C 40phút 15ngày M14 7g 50g 40g 900C 1400C 40phút 10ngày M15 8g 50g 40g 900C 1400C 40phút kém Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 96 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 t (giê) x (%) Hình 20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của thời gian sa lắng của nhũ tương bitum vào lượng chất nhũ hoá Bên cạnh đó dùng kính hiển vi đo , ta có bảng giá trị về đường kính các hạt nhũ như sau Bảng 20: Kết quả đo kích thước hạt của các mẫu nhũ tương bitum có hàm lượng chất nhũ hoá khác nhau Mẫu Kích thước hạt Phân bố tập hợp hạt M1 Không tạo nhũ Không tạo nhũ M2 Không tạo nhũ Không tạo nhũ M3 Không tạo nhũ Không tạo nhũ M4 13 Hạt còn lớn , phân bố hạt chưa được đều lắm M5 11 Hạt còn to, phân bố tập hợp hạt đã đều hơn M5 10 Hạt đã nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn M7 10 Hạt đã nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn M8 9 Hạt đã nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn nhiều M9 8 Hạt khá nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn nhiều M10 4 Hạt rất nhỏ, phân bố tập hợp hạt rất đồng đều M11 5 Hạt rất nhỏ, phân bố tập hợp hạt đồng đều M12 7 Hạt nhỏ, phân bố tập hợp hạt khá đồng đều M13 10 Hạt to, phân bố hạt tập hợp hạt không đều lắm Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 97 M14 13 Hạt khá to, phân bố tập hợp hạt không đều lắm M15 15 Hạt to quá, phân bố tập hợp hạt không đều lắm 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 Nhò(g) d(m) Hình 21: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước hạt nhũ tương bitum vào hàm lượng chất nhũ hoá Từ các bảng số liệu 20,21 và các đồ thị hình vẽ 20,21 ta thấy: + Hàm lượng chất nhũ hoá ở trong khoảng từ 2g – 7g thì nhũ tương bitum tạo thành là tốt nhất, có độ bền, độ ổn định cao nhất, kích thước hạt bé vầ phân bố tập hợp khá đều do hàm lượng chất nhũ hoá lúc này vừa đủ để bao quanh các giọt bitum ngăn cản sự kết lắng của các giọt bitum. + Các giá trị nằm ngoài khoảng trên đều cho kết qủa không tốt, độ bền kém, kích thước hạt lớn và phân bố không đều. Do nếu ít chất nhũ hoá quá thì không đủ để bao quanh các giọt bitum nên các giọt bitum vừa bị cắt bởi cánh khuấy lại kết tụ với nhau ngay không thể tạo thành nhũ tương được, còn nếu lượng nhũ tương mà nhiều quá thì lại gây ra hiện tượng đảo tướng nhũ tương bitum.Tức là lúc này pha phân tán(bitum) đã trở thành môi trường phân tán còn pha liên tục(nước) thì lại trở thành pha phân tán. + Lượng chất nhũ hoá tối ưu là 5g. Khi đó kích thước hạt nhỏ nhất (4), thời gian xa lắng dài nhất (31 ngày). Tuy vậy ta vẫn có thể giảm hàm Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 98 lượng chất nhũ hoá xuống bằng cách thêm vài ml dung dịch CaCl210% làm tăng độ ổn định của nhũ tương lên rất nhiều. III.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bitum Để khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng bitum đến chất lượng cũng như khả năng tạo nhũ, ta sẽ cố định tất cả các thông số công nghệ mà chỉ thay đổi hàm lượng nhũ tương bitum ta có kết quả như sau Bảng 22: Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của thời gian sa lắng theo lượng bitum Mẫu Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian xa lắng M1 5g 30g 40g 900C 1400C 40 phút 7 ngày M2 5g 35g 40g 900C 1400C 40 phút 12ngày M3 5g 40g 40g 900C 1400C 40 phút 17ngày M4 5g 45g 40g 900C 1400C 40 phút 25ngày M5 5g 50g 40g 900C 1400C 40 phút 31ngày M6 5g 55g 40g 900C 1400C 40 phút 31ngày M7 5g 60g 40g 900C 1400C 40 phút 25ngày M8 5g 65g 40g 900C 1400C 40 phút 15ngày M9 5g 70g 40g 900C 1400C 40 phút 9ngày M10 5g 75g 40g 900C 1400C 40 phút 5ngày M11 5g 80g 40g 900C 1400C 40 phút 0 ngày Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 99 0 5 10 15 20 25 30 35 0 20 40 60 80 Bitum(g) t (ngµy) Hình 22: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của thời gian sa lắng vào lượng Bitum Đồng thời sử dụng kính hiển vi điện tử để xác định kích thước hạt và phân bố giọt của các mẫu trên ta thu được bảng số liệu như sau Bảng 23: Kết quả đo kích thước hạt của các mẫu nhũ tương bitum có hàm lượng bitum khác nhau M1 13 Hạt còn lớn, phân bố hạt chưa được đều lắm M2 13 Hạt còn to, phân bố tập hợp hạt đã đều hơn M3 12 Hạt đã nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn M4 10 Hạt đã nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn M5 7 Hạt đã nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn nhiều M6 5 Hạt khá nhỏ, phân bố tập hợp hạt đều hơn nhiều M7 4 Hạt rất nhỏ, phân bố tập hợp hạt rất đồng đều M8 7 Hạt khá nhỏ, phân bố tập hợp hạt đồng đều M9 8 Hạt nhỏ, phân bố tập hợp hạt khá đồng đều M10 12 Hạt to, phân bố hạt tập hợp hạt không đều lắm M11 15 Hạt khá to, phân bố tập hợp hạt không đều lắm Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 100 M12 Không tạo nhũ Không tạo nhũ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 50 100 Bitum(g) d (m) Hình 23 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước hạt nhũ tương bitum theo hàm lượng bitum Từ bảng 21,22 và các đồ thị hình vẽ 21,22 ta thấy: Khi hàm lượng bitum quá ít cho chất lượng nhũ không cao. Nguyên nhân là do khi đó hàm lượng chất nhũ hoá quá lớn còn khi hàm lượng bitum vừa phải tức là tỷ lệ nhũ / bitum phù hợp thì cho chất lượng nhũ khá tốt, kích thước hạt nhỏ lại phân bố rất đều. Điều này có thề giải thích là tại tỷ lệ thích hợp này tạo cho nhũ tương có độ nhớt tốt nhất do đó thời gian ổn định của nhũ tương cũng được kéo dài hơn. Khi lượng nhũ tương vượt qua tỷ lệ này, nhũ tương tạo ra không bền và tất nhiên là chất lượng sẽ không cao rồi. Nguyên nhân là do vượt quá giá trị này thì độ nhớt lại tăng lên rất nhanh. III.3. Kết quả ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn Thời gian khuấy trộn có ảnh hưởng đến khả năng tạo kích thước hạt nhũ. Thời gian khuấy trộn ít thì chưa kịp tạo ra các hạt nhũ có kích thước nhỏ, mịn, còn thời gian khuấy trộn nhiều quá thì nước sẽ bị bay hơi nhiều, còn khả năng xẩy ra hiện tượng đảo tướng do tác động cơ học lâu dài, do đó nhũ tạo thành Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 101 có chất lượng kém, độ ổn định không cao, đấy là chưa kể đến tốn thời gian và năng lượng cho sự khuấy trộn. Trong quá trình nghiên cứu em nhận thấy thời gian khuấy trộn đảm bảo hiệu qủa tốt nhất là nên kéo dài từ 30-60 phút. 20 phút ban đầu ta sẽ dùng máy khuấy sơ bộ để tạo nhũ, sau đó dùng máy khuấy có tốc độ lớn để khuấy trộn tạo kích thước hạt nhỏ ( cỡ 1-5) và mịn. Máy khuấy này rất tốt nên ta không cần phải mất nhiều thời gian. III.4. Kết quả ảnh hưởng của độ PH Bảng 24: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của độ PH đến quá trình tạo nhũ Mẫu PH Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Khả năng tạo nhũ M1 1 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Hơi Kém M2 1,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Gần được M3 2 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Rất tốt M4 2,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Gần được M5 3 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Rất kém M6 3,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không tạo M7 4 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút không tạo M8 4,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không tạo M9 5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không tạo Từ bảng số liệu trên ta thấy: Độ PH có ảnh hưởng rất lớn, quyết định đến việc có chế tạo được nhũ tương bitum hay không. Sau một quá trình nghiên cứu lâu dài đối với chất nhũ hoá đã tổng hợp là akyldiethanolamin (amin bậc 3), có thể kết luận PH phải bằng hoặc xấp xỉ bằng 2. Nếu PH lớn hơn hoặc Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 102 nhỏ hơn dù là rất nhỏ đều khó có khả năng tạo nhũ tương do nếu PH nhỏ thì lớp điện tích kép tạo ra không đủ để chống lại sự lắng kết của các giọt bitum, còn nếu PH lớn thì lại gây ra hiện tượng đảo tướng ngay lập tức. Vậy trong quá trình chế tạo nhũ tương ta phải đặc biệt chú ý đến yếu tố này. Hơn nữa đối với mỗi loại chất nhũ hoá chưa hẳn là độ PH đã như nhau. III.5. Kết qủa ảnh hưởng của lượng CaCl210% Bảng 25: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của CaCl2 đến quá trình tạo nhũ Mẫu CaCl2 Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian xa lắng M1 0,5ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phú t 35ngày 1ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phú t 40ngày M2 2m 5g 50g 40g 900C 1400C 40phú t 42ngày M3 3ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phú t >47ngày M4 4ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phú t 45ngày M5 5ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phú t 42ngày Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 103 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 2 3 4 5 6 CaCl2(ml) t (ngµy) Hình 25: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của thời gian sa lắng vào lượng CaCl2 Từ bảng số liệu 25 và đồ thị hình vẽ 25 có thể thấy : Lượng dung dịch CaCl2 cho thêm vào trong quá trình chế tạo nhũ tương có ý nghĩa hết sức to lớn, chỉ với một lượng rất nhỏ (3ml) nó làm tăng thời gian sa lắng lên đáng kể tới trên 47 ngày. Bởi chính CaCl2 là chất làm tăng lớp điện tích kép và tăng trọng lượng riêng của nhũ tương bitum chính vì thế nó làm tăng độ ổn định của nhũ, kéo dài thời gian sa lắng và cũng nhờ CaCl2 ta có thể giảm hàm lượng chất nhũ hoá trong nhũ tương mà thời gian sa lắng vẫn kéo dài. III.6. Kết quả ảnh hưởng của kích thước hạt nhũ Kích thước hạt nhũ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất, phẩm chất, độ bền, độ ổn định của nhũ tương bitum. Khi kích thước hạt càng nhỏ (cỡ từ 1-6) thì chất lượng nhũ càng cao, độ ổn định của nhũ càng lâu. Từ các bảng số liệu trên có thể thấy rằng : Ảnh hưởng của kích thước hạt đến độ bền và độ ổn định của nhũ tương là rất lớn. Bởi kích thước hạt nhũ càng lớn thì khả năng kết tụ và xa lắng càng tăng. Do đó nhũ tương không được ổn định, ngược lại những hạt có kích thước nhỏ thì khả năng kết tụ thấp do đó độ bền cũng được lâu hơn. III.7. Kết quả đo độ nhớt của nhũ tương bitum Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 104 Ta kiểm tra độ nhớt của nhũ tương bitum bằng cách đo độ nhớt Engler ở nhiệt độ phòng 250C. Bảng 26: Kết quả đo độ nhớt Engler của nhũ tương bitum Mẫu Lượng bitum(g) Độ nhớt Engler(g) M1 40 2 M2 45 3 M3 50 4 M4 55 5 M5 60 11 M6 65 13 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 bitum(g) §é nhít Hình 26: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng Bitum Từ bảng số liệu 24 và đồ thị hình vẽ 24 ta thấy: Khi hàm lượng bitum tăng trong khoảng từ 40-60 thì độ nhớt Engler của nhũ tương cũng tăng lên nhưng tăng chậm từ 2-5. Nhưng khi hàm lương nhũ tương vượt quá 60g thì chỉ cần tăng một lượng nhỏ bitum cũng làm cho độ nhớt của nhũ tương tăng lên rất nhiều. Chính vì sự phụ thuộc chặt chẽ của độ nhớt vào lượng bitum mà ta có tăng giảm độ nhớt bằng cách thay đổi hàm lượng bitum. Ngoài ra có thể thay Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 105 đổi độ nhớt bằng việc thay đổi lưu lượng dòng của các pha vào thiết bị khuấy trộn trong quá trình tạo nhũ. III.8. Kết quả đo chỉ số phân tách của nhũ tương cation Ta lấy mẫu nhũ tương nhựa bitum tốt nhất để xác định chỉ số phân tách các thông số xác định được trong quá trình thí nghiệm là : m= 43,4% lượng đá 100,07g. + Trọng lượng bình thí nghiệm+đá thử nghiệm+ que sắt là M1= 120,43g + Lượng nhũ rót vào là m’=100g + Khối lượng sau khi sấy là M2=173,38g + Khối lượng bitum: m2 (g) tương ứng với khối lượng nhũ tương m2=(100-m1)(m’/100)=(100-43,4)(100/100)=56,6 Vậy chỉ số phân tách IR bằng IR=(M2-M1)/m2.100%=(173,38-120,43)/56,6.=0.9356 Kết quả xác định chỉ số phân tách cho thấy : Khi ta phối trộn nhũ tương bitum cation với cốt liệu khả năng bám dính của nhũ tương cation lên bề mặt cốt liệu là rất tốt, làm cho nhũ tương có khả năng phân tách nhanh. III.9. Kết quả xác định kích thước hạt và mật độ phân bố bằng kính hiển vi quang học Để xác định kích thước hạt nhũ ta dùng kính hiển vi quang học loại với vật kính X100, thị kính X10. Nhờ vào việc đo kích thước hạt ta sẽ quan sát được mật độ phân bố của nhũ tương nhựa bitum Dưới đây hình ảnh về nhũ tương nhựa bitum mà ta đã làm ra sau khi được chụp trên kính hiển vi điện tử. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 106 Hình 27: Kết quả chụp SEM Từ hình ảnh chụp mẫu nhũ tương bitum tốt nhất ( lượng chất nhũ hoá = 5g, lượng bitum = 50g, lượng H2O = 40g, PH=2, CaCl2= 3ml) ta thấy các hạt bitum có kích thước khá nhỏ và phân tán rất đồng đều chứng tỏ chất lượng nhũ là khá tốt. IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG BITUM ĐỐI VỚI CHẤT NHŨ HOÁ CỦA CỦA MỸ Hiện nay trên thị trường thế giới đã có bán khá nhiều loại chất nhũ hoá. Một trong những loại chất nhũ hóa phổ biến đó là chất nhũ hoá cation của nước Mỹ có tên thương mại là INDULIN.DE-41. Để tìm hiểu xem hiệu quả của chất nhũ hoá đã được áp dụng trong sản xuất công nghiệp và cũng là để so sánh với chất nhũ hoá mà chúng ta đã tổng hợp được. Chúng em đã mua và thử nghiệm đối với loại mẫu nhũ hoá này. Do thời gian có hạn em chỉ khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hoá, hàm lượng bitum, độ PH và lượng CaCl2 đến thời gian sa lắng của nhũ tương bitum cation của Mỹ. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 107 IV. 1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng nhũ DF-41 Bảng 26: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hoá đến thời gian xa lắng (Đối với chất nhũ hoá của Mỹ) Mẫu Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian sa lắng M1 0,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 1 ngày M2 1g 50g 40g 900C 140oC 40phút 3 ngày M3 1,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 5 ngày M4 2g 50g 40g 900C 140oC 40phút 12ngày M5 2,5g 50g 40g 900C 1400C 40phút 17ngày M6 3g 50g 40g 900C 140oC 40phút 25ngày M7 3,5 50g 40g 900C 140oC 40phút 34ngày M8 4g 50g 40g 900C 140oC 40phút 34ngày M9 4,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 29ngày M10 5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 27ngày M11 5,5g 50g 40g 900C 140oC 40phút 17ngày M12 6g 50g 40g 900C 140oC 40phút 12ngày M13 6,5g 50g 40g 900C 1400C 40phút 6ngày M14 7g 50g 40g 900C 1400C 40phút 0ngày M15 8g 50g 40g 900C 1400C 40phút kém Từ bảng 28 ta nhận thấy: Mẫu chất nhũ hoá DF-41 đã có hiệu quả rất tốt, ngay khi lượng chất nhũ hoá chỉ là 0,5g đã tạo được nhũ tương bitum dù thời gian sa lắng chỉ là 1 ngày, tiếp theo khi ta tăng hàm lượng chất nhũ hoá lên thì thời gian sa lắng cũng tăng lên và đạt cực đại là 34 ngày khi lượng chất nhũ hoá là 3,5-4g. Sau đó tăng lượng chất nhũ hoá lên nữa thì thời gian sa lắng giảm xuống đến 7g thì không tạo nhũ nữa. IV.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bitum Bảng 29: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bitum đến thời gian sa lắng ( Đối với chất nhũ hoá của Mỹ) Mẫu Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian xa lắng Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 108 M1 4g 30g 40g 900C 1400C 40 phút 4ngày M2 4g 35g 40g 900C 1400C 40 phút 12ngày M3 4g 40g 40g 900C 1400C 40 phút 17ngày M4 4g 45g 40g 900C 1400C 40 phút 21ngày M5 4g 50g 40g 900C 1400C 40 phút 34ngày M6 4g 55g 40g 900C 1400C 40 phút 33ngày M7 4g 60g 40g 900C 1400C 40 phút 33ngày M8 4g 65g 40g 900C 1400C 40 phút 18ngày M9 4g 70g 40g 900C 1400C 40 phút 9ngày M10 4g 75g 40g 900C 1400C 40 phút 12ngày M11 4g 80g 40g 900C 1400C 40 phút 2 ngày Từ bảng 27 ta nhận thấy: + Hàm lượng bitum ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương đối với mẫu nhũ Mỹ là khá giống mẫu nhũ của chúng ta. + Tăng hàm lượng bitum từ 30g lên thì thời gian sa lắng cũng tăng theo và đạt cực đại khi lượng bitum là 50g sau đó tăng lượng bitum lên tiếp đến tận 65g thì thời gian sa lắng vẫn khá lâu đến 33 ngày. + Việc hàm lượng bitum trong nhũ tương khá cao mà vẫn tạo nhũ có độ ổn định tốt cho thấy chất nhũ hoá của Mỹ có tác dụng nhũ hoá tốt. IV.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ PH Bảng 30: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng PH đến thời gian sa lắng ( Đối với chất nhũ hoá của Mỹ) Mẫu PH Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Khả năng tạo nhũ M1 1 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Rất Tốt M2 1,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Rất Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 109 tốt M3 2 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Rất tốt M4 2,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không được M5 3 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không được M6 3,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không được M7 4 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không tạo M8 4,5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không tạo M9 5 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút Không tạo Từ bảng 30 ta thấy + Đối với chất nhũ hoá DF-41 độ PH cũng có ảnh hưởng rất chặt chẽ đến quá trình tạo nhũ tương bitum cation. + Ở đây để tạo được nhũ tương bitum khoảng PH =1-2 . Tức là đã có sự xê dịch rộng hơn so với chất nhũ hoá của ta. Tuy nhiên vẫn cần phải khống chế sát sao thông số này. Trong quá trình thí nghiệm em nhận thấy rằng đối với cả mẫu nhũ của Mỹ và của ta, PH tuyệt đối không được quá 2. Nếu không nhũ tương bitum cation khó mà tạo ra được. IV.4. Kết qủa ảnh hưởng của lượng CaCl210% Bảng 31. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của CaCl2 đến thời gian sa lắng ( Đối với chất nhũ hoá của Mỹ) Mẫu CaCl2 Lượng chất nhũ hoá Lượng bitum Lượng nước Nhiệt độ nước Nhiệt độ bitum Thời gian khuấy Thời gian xa lắng M1 0,5ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút >37ngày Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 110 M2 1ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút >37ngày M3 2m 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút >37ngày M4 3ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút >37ngày M5 4ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút >37ngày M6 5ml 5g 50g 40g 900C 1400C 40phút >37ngày Từ bảng trên ta thấy : Cũng giống như mẫu ta, khi cho dung dich muối CaCl210% vào thì thời gian sa lắng của các giọt bitum trong nhũ tương tăng lên khá nhiều lên tới trên 37 ngày và hiện nay vẫn chưa bị sa lắng. Do thời gian làm thí nghiệm có hạn nên em không thể theo dõi thêm được thời gian sa lắng còn tăng đến đâu. V. SO SÁNH HAI CHẤT NHŨ HOÁ So sánh chất nhũ hoá của Mỹ ( kí hiệu là DF-41) với chất nhũ hoá của ta Alkydiethanolamin ( kí hiệu là ADEM-BK-2004) ta phải thừa nhận rằng chất nhũ hoá của Mỹ là tốt hơn của ta. Hàm lượng chất nhũ hoá trong nhũ tương thấp hơn (< 4g) mà độ bền cũng lâu hơn. Trong quá trình làm thí nghiệm em cũng nhận thấy chất nhũ hoá DF-41 hoạt động bề mặt tốt hơn, tạo nhiều bọt hơn nhưng do sự tạo quá nhiều bọt mà trong quá trình chế tạo nhũ tương cũng gặp phải không ít khó khăn như giải quyết vấn đề phá bọt … Mặc dù vậy quá trình nghiên cứu của chúng ta vẫn chưa nhiều cho nên kết quả đạt được như vậy là cũng khá khả quan. Để hoàn thiện đề tài này cần được nghiên cứu thêm nữa trước khi áp dụng vào thực tiễn sản xuất công nghiệp. Các thiết bị thí nghiệm cần được cải tiến hơn nữa để thu được kết quả chính xác hơn. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 111 Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 112 KẾT LUẬN Sau quá trình nghiên cứu đề tài: Tổng hợp chất nhũ hoá và chế tạo nhũ tương bitum, em rút ra những kết quả sau 1. Quá trình thuỷ phân dầu Thu được axit oleic và axit linoleic từ quá trình thuỷ phân dầu lạc, dầu sở và dầu hướng dương với hiệu suất và độ tinh khiết cao. + Đối với dầu lạc và dầu sở: Thuỷ phân với H2O, các thông số tối ưu đã tìm được là: - Lượng dầu= 200(g) - Lượng H2O = 60(g) - Lượng H2SO4= 5(g) - Nhiệt độ = 1000C - Lượng chất hoạt động bề mặt LAS = 4(g) - Thời gian phản ứng = 180 phút + Đối với dầu hướng dương: Thuỷ phân KOH, các thông số tối ưu đã tìm được là - Lượng dầu= 30(g) - Lượng KOH=19(g) - Nhiệt độ = 850C Thời gian phản ứng = 90 phút 2. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá Đã tổng hợp thành công 2 loại chất nhũ hoá đi từ gốc axit béo oleic và axít linoleic với hiệu suất rất cao và tác dụng tạo nhũ tốt. Các điều kiện tối ưu đã tìm được là: - Lượng axít béo = 150(g) - Lượng diethanolamin = 65(g) - Nhiệt độ : 1400C - Thời gian : 5 giờ Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 113 3. Chế tạo thành công nhũ tương bitum cation với độ bền và độ kết dính khá cao, có khả năng ứng dụng với các công trình giao thông, xây dựng. Các thông số tối ưu đã tìm được là: - Chất nhũ hoá gốc axít oleic hoặc linôleic - Lượng chất nhũ hoá = 5(g) - Lượng bitum = 50(g) - Lượng H2O = 40(g) - Lượng CaCl210% = 3ml - PH = 2 Với những điều kiện trên nhũ tương bitum thu được là tốt nhất PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: 1. Tiếp tục kiểm định các tính chất của nhũ tương bitum cation đã chế tạo để hoàn thiện phương pháp thi công. 2. Tìm cách tăng độ ổn định của nhũ tương bitum cation 3. Nghiên cứu tổng hợp thêm những chất hoạt động bề mặt cation có tác dụng nhũ hoá tốt hơn nữa. Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Đỗ Huy Thanh. Luận án tiến sĩ hoá học. Nghiên cứu sử dụng một số dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam làm dầu gốc cho dầu bôi trơn. 2- Nguyễn Minh Tuyển. Cấu tạo tập hợp hạt trong kỹ thuật và trong tự nhiên.Tạp chí hoá học.T19,N04(1981). 3- Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thiêm. Cấu trúc tập hợp hạt trong tự nhiên, trong kỹ thuật và biến dạng của chúng trong quá trình chế biến hoá học. Hội nghị hoá học toàn quốc lần I(1981). 4- Nguyễn Minh Tuyển. Các phương pháp triển khai công nghệ hoá học .NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội 1987. 5- Doãn Minh Tân, Vũ Đức Chính. Giới thiệu vật liệu làm đường và nhũ tương nhựa đường dùng trong xây dựng đường ôtô. 6- VoisutkiS.S. Hoá học chất keo T1,T2.Lê Nguyên Tảo dịch . NXB đại học và trung học chuyên nghiệp.Hà Nội 1973. 7- Colas.Nhũ tương Bitum , Đại cương và ứng dụng. Nguyễn Xuân Mẫn dịch NXB Khoa học và kỹ thuật.1995. 8- Nguyễn Hạnh.Cơ sở lý thuyết hoá học,PhầnII.NXB Giáo dục Hà Nội.1992. 9- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá học.T1, T2,NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội .1992. 10- Nguyễn Xuân Đào. Nghiệm chứng nhựa đường chemerete asphalt mới và đường ôtô Việt Nam.TCGTVT và bưu điện , No4.1992. 11- Hội thảo kỹ thuật nhựa đường ESSO.1997. 12- Hội thảo kỹ thuật nhựa đường Caltẽ.1998. 13- Ngô Kim Định. Luận án tiến sĩ hoá học. Nghiên cứu cấu trúc tập hợp hạt trong quá trình kết tinh áp dụng cho các hệ CaCO3 , BaCO3 và BaSO4. Hà Nội 1999.ViệnKHKTGTVT.1995 Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 115 14- Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Khang. Một số kiến thức cơ bản về nhựa đường dùng trong xây dựng đường ôtô. Trường ĐHGTVT, N08.1995. 15- Phan Đình Tuấn . Mô hình hoá quá trình chiết lỏng – lỏng trên thiết bị chiết dạng tháp đĩa xung. Luận án tiến sĩ hoá học.1998. Elulsion. Theory and Practice, Reinhold pubishing corporation by Paul Bercher, Atlas Chemical Industrial, Inc. 16- Đỗ Quí Sơn. Phương trình về sự phụ thuộc của sức căng bề mặt vào kích thước giọt lỏng. 17- Nguyễn Minh Tuyển. Các máy khuấy trộn trong công nghiệp. NXB Khoa học và kỹ thuật 1987. 18- Tính chất kỹ thuật dầu mỏ thành phần. Tổng cục vật tư kỹ thuật. 19- Emulsions and Emulsions technology edited by KennethJ.Lissant. Marcel Delkker, Inc. Newyork.1974. 20- Siber Hegner and Co. Ltd. The mastersizer family of particale characterization systems. Hanoi 1996. 21- Edmund MA. Seminar on paricle characterization. Hanoi 1996. 22- K. Bert, H. Ederer, T.L. Isenhour. Computer application of chemistry. VCH publishers, New york 1998. 23- Schawartz, AM, and Perry, J.W surface active Agents. New york. Interscience Publishers, Inc, 1949; cf, also Schwartz, AM and Perry J.W and Berch, J. surface active Agents and Detergents, New york. Intersicience Publishers, Tnc. 1953. 24- Alexander A.E and Jonhson TP, “ colloid sicience ”. I. Pt. 43-848, London, Oxford University. Press. 1949. 25- Coehn, A, Ann. Physik 66,217 (1898). 26- Shuman. JH and Cockbain, E.G Trans Faraday SOC. 36,661 (1940). 27- Emulsions Sicience. Ed by Philip Sherman.Lond.N.Y.Acadpr… Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 116 28- Surfactants, acomprehensive guide. Publish and edited in Japan by Kao coporation, Newyork N.Y.1991. 29- Bitum, asphalt, and tar sands. NXB: ASTM… Elsevier Saent public, 1978. 30- Kirt- Othmer. Encyclopedia of chemical technology, vol 1,2,7,8. 31- Gouy, G, Compt, Ren, 149,654(1909); J, phys. Radium9, 457 (1910), Also Chapman, D, Phyl, Mag 25, 474(1913). 32- W.C Grifin in Kirk-othmer “ Encyclopedia of chemical technology ”. Vol 5 Intersicience Encyclopedia, Inc New york 1950. 33- The Shell Bitumen Industrial Handbook. 1995.