Đồ án Nghiên cứu tái sinh dầu nhờn thải

a hỗn hợp làm việc của động cơ trên thành xylanh và trộn lẫn với dầu nhờn. - Do tác dụng của các của các cấu tử phân tán tẩy rửa của phụ gia sẽ chứa nhiều tạp chất phân tán mịn tạo thành hệ huyền phù bền vững trong dầu. Các thành phần này làm cho dầu nhờn có màu tối, độ nhớt thay đổi (có thể tăng hoặc giảm), chỉ số độ nhớt giảm, thành phần cơ học và hàm nƣớc trong dầu tăng lên. Muốn tái sinh đƣợc loại dầu nhờn này, chúng ta phải tách toàn bộ các chất trên để đƣa dầu về trạng thía ban đầu. Điều này có thể thực hiện bằng nhiều phƣơng pháp đã nêu ở trên tùy thuộc vào dầu thải và điều kiện kinh tế của từng nƣớc. ở đây, do điều kiện kinh tế cũng nhƣ thời gian nghiên cứu ít cho nên em chọn phƣơng pháp tái sinh bằng axit sau đó sử lý lại bằng kiềm. II.1 MỤC ĐÍCH VÀ CƠ SỞ HOÁ HỌC CỦA TỪNG BƢỚC TIẾN HÀNH: II.1.1 Khử nƣớc: Nhƣ đã nói, trong dầu thải bao giờ cũng có nƣớc đó là do quá trình sử dụng và quá trình thu gom, bảo quản dầu thải chƣa đúng cách. Tác hại của nƣớc nhƣ sau:  Tạo nhủ tƣơng nƣớc dầu.  Làm giảm nồng độ axit cho vào trong giai đoạn sau. Vì vậy, khâu đầu tiên của quá trình tái sinh dầu nhờn là khử nƣớc có trong dầu bằng cách đun nóng mẫu dầu thải lên 120oC và giữ trong 5 phút. II.1.2. Làm sạch bằng axit sunfuaric H2SO4: II.1.2.1. Mục đích: Tiến hành làm sạch dầu nhờn thải bằng axit sunfuric với mục đích là tách một phần hay tách toàn phần các hợp chất sau ra khỏi dầu nhờn thải: Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 75  Các hợp chất hydrocacbon đói.  Các hợp chất chứa lƣu huỳnh.  Các hợp chất chứa nitơ.  Các hợp chất chứa oxy.  Các hợp chất nhựa.  Các hợp chất asphanten.  Các hợp chất kém ổn định. Nhờ vậy mà cải thiện đƣợc một số tính chất nhƣ sau:  Độ ổn định chống oxi hoá.  Lƣợng cặn cacbon.  Khả năng phá nhủ.  Màu và mùi của dầu. II.1.2.2. Cơ sở của phương pháp: Làm sạch bằng axit sunfuric là sự kết hợp giữa hai phƣơng pháp hoá lý và hoá học. Thật vậy, axit sunfuric không chỉ có tác dụng phản ứng với các hợp chất có hại có trong dầu nhờn thải mà còn là một chất điện ly mạnh để keo tụ.  Về mặt hoá học: Khi cho axit sunfuric vào dầu thải, axit tham gia vào nhiều phản ứng phức tạp. Thông thƣờng, axit sunfuric không tác dụng với các hợp chất Parafin và Naphten nhƣng trong sản phẩm phụ của quá trình thấy có các hydrocacbon này, vì chúng kết hợp với sunfo axit và este axit tạo nhủ. Các hydrocacbon thơm bị sunfo hóa, mức độ này tùy thuộc vào cấu trúc nhánh alkyl đính bên. Các hydrocacbon thơm có mạnh bên dài và có nhiều mạnh bên thì khó bị sunfo hóa. Các hydrocacbon lai hợp naphten - thơm bị sunfo hóa khi lƣợng axit nhiều. Các hydrocacbon đói tác dụng với axit sunfuric tạo thành este axit xảy ra ở điều kiện nhiệt độ thấp. R R CH3 C = CH2 + H2SO4 C R R OSO3H Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 76 Các este của axit sunfuric nƣớc tan trong nƣớc và khi trung hòa tạo thành muối tƣơng ứng. Khi cho tác dụng với nƣớc hay cho tác dụng với nƣớc kiềm thì este của axit sunfuric sẽ bị thủy phân tạo thành rƣợu tƣơng ứng. Phản ứng này xảy ra ở điều kiện nhiệt độ bình thƣờng. + H2O H2SO4 + Các este của axit sunfuric kết hợp với hydrocacbon đói tạo thành các polimer. Các hydrocacbon đói kết hợp với sunfuric ở nhiệt độ 40oC thì tạo thành các este trung tính. Các este trung tính có thể tạo thành khi đốt nóng hỗn hợp este axit của axit sunfuric : Este trung tính này là chất lỏng không màu, không hòa tan trong nƣớc nhƣng hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ. Chúng dễ hòa tan trong dầu đã làm sạch của quá trình. Các hợp chất chứa lƣu huỳnh kết hợp với axit sunfuric, chẳng hạn nhƣ là Mecaptan, tạo thành khí SO2 và đisunfua theo phƣơng trình sau: R CH3 R OSO3H C R CH3 R OH C R = CH2 R C R = CH2 R C + H2SO4 R CH3 R O C R R CH3 C SO2 O R CH3 R OSO3H C R CH3 R OSO3H C t o H2SO4 R CH3 R O C R R CH3 C SO2 O + Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 77 Đisunfua RS RS tạo thành dễ hòa tan trong sản phẩm làm sạch. Cho axit sunfuric đậm đặc tác dụng lên Thiophen (C4H4S) và các đồng đẳng của nó tạo thành axit thiofen- sunfuric. Các disunfua, sunfua, thiophan chúng không tác dụng với axit sunfuric nhƣng chúng lại tan rất tốt trong axit sunfuric, đặc biệt là điều kiện ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình xử lý dầu thải thì còn tạo ra axit naphtenic. Một phần axit naphtenic thì bị sunfo hóa, còn một phần thì hòa tan trong axit sunfuric.  Về hoá keo: Dầu phế thải có thể coi là một dung dịch keo và các chất bẫn có lẫn trong dầu là những hạt keo, chúng mang điện và luôn luôn chuyển động xô đẩy nhau không ngừng. Khi cho axit sunfuric với nồng độ đủ lớn vào vì đây là chất điện ly mạnh cho nên chúng có tác dụng ép mỏng lớp điện tích kép của hạt keo và hạ thấp hàng rào năng lƣợng tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm và keo tụ. Sự keo tụ đƣợc nhận biết qua một vài dấu hiệu nhƣ có sự thay đổi màu, xuất hiện hiện tƣợng vẩn đục, sự bắt đầu kết tủa của pha phân tán... Để tăng hiệu suất cho quá trình keo tụ thƣờng thì tiến hành khuấy trộn mạnh. Bởi vì ta biết rằng nguyên nhân của sự keo tụ là cân bằng hấp phụ của chất làm bền bị phá vỡ, các hạt keo bị mất tính ổn định và bị phá vỡ. Cho nên khi khuấy trộn thì có tác dụng phá vỡ cân bâng hấp phụ. Quá trình keo tụ còn xảy ra rất tốt ở điều kiện nhiệt độ cao vì ở điều kiện nhiệt độ cao thì thì cũng xảy ra sự khử hấp phụ chất làm bền và làm tăng chuyển động Brown làm cho các hạt keo dễ vƣợt qua đƣợc hàng rào thế năng để keo tụ. Song ở điều kiện nhiệt độ thấp thì keo tụ cũng xảy ra tốt vì là khi nhiệt độ giảm thì độ tan của các chất giảm, độ quá bảo hoà tăng lên dẫn tới sự keo tụ. Tóm lại, khi tiến hành sử lý axit sunfuric H2SO4 thì có các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhƣ sau: nhiệt độ, hàm lƣợng axit sunfuric, nồng độ axit, thời gian tiếp xúc. 2 RSH + H2SO4 RS RS + SO2 + H2O Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 78 Các yếu tố ảnh hƣởng lên kết quả tái sinh dầu nhờn bằng axit H2SO4 [9- trang 132]:  Yếu tố nhiệt độ : Nhiệt độ xử lý vô cùng quan trọng trong việc làm sạch dầu nhờn thải bằng axit sunfuric H2SO4. Nhiệt độ phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn cần làm sạch. Thông thƣờng tái sinh dầu nhờn thải bằng axit sunfuric, muốn nhận đƣợc dầu nhờn có chất lƣợng tốt thì tiến hành ở nhiệt độ thấp. Khi làm sạch dầu nhờn có độ nhớt 18 - 25 mm2/c ở 50oC thì tiến hành tái sinh ở nhiệt độ 55 - 80oC. Nguyên liệu dầu nhờn có độ nhớt là từ 3-5 mm 2 /c ở 50oC thì tiến hành nhiệt độ làm sạch là từ 30 - 35oC . Nói chung, muốn chọn đƣợc chế độ nhiệt độ tối ƣu đối với từng loại dầu nhờn thì phải chọn qua các số liệu thực nghiệm.  Yếu tố lưu lượng axit: Mức độ tách các chất nhựa, asphanten ra khỏi dầu nhờn tăng lên khi tăng lƣợng axit. Nhƣng không tăng theo tỉ lệ mà những lƣợng axit tăng ban đầu sẽ có tác dụng mạnh hơn còn những lƣợng axit tăng sau ít có tác dụng.  Yếu tố nồng độ axit sunfuric : Nồng độ axit cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình tái sinh dầu nhờn. Khi nồng độ axit thấp thì axit chỉ khử đƣợc một phần các hydrocacbon đói cũng nhƣ các hợp chất khác. Đồng thời khi nồng độ axit thấp thì về lĩnh vực hoá keo là không đủ để hạ thấp hàng rào năng lƣợng tạo khả năng keo tụ. Khi tăng nồng độ axit thì sẽ tăng sự tạo thành axit sunforic hóa. Thông thƣờng, quá trình tái sinh dầu nhờn bằng axit thì nồng độ axit hợp lý nhất là trong khoảng từ 92 - 98%.  Yếu tố thời gian tiếp xúc: Trong quá trình làm sạch thì thời gian khuấy trộn dầu với axit thƣờng tiến hành từ 30-70 phút. Thời gian này phụ thuộc vào thể tích thiết bị khuấy trộn và phụ thuộc vào tính chất của dầu nhờn thải. Nếu bề mặt tiếp xúc của dầu nhờn và axit càng lớn khuấy trộn axit với dầu nhờn càng ít. Vì vậy, việc khuấy trộn phải thực hiện liên tục trong suốt thời gian xử lý dầu. Axit sunfuric không chỉ tác dụng với các chất của nguyên liệu trong lúc khuấy mà còn cả khi lắng gudron axit. Thời gian lắng sau khi khuấy trộn Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 79 thƣờng là từ 2-8 giờ đối với phân doạn dầu nhờn cất, còn với dầu nhờn nặng khoảng 20 giờ. Trong phƣơng pháp tái sinh dầu nhờn bằng axit sunfuric thì tốc độ lắng và sự lắng hoàn toàn của các chất có hại rất có ý nghĩa. Để tăng nhanh sự lắng đọng thì ngƣời ta cho thêm vào dầu nhờn đang xử lý các chất lắng đọng. Chất lắng đọng tốt nhất mà thƣờng đƣợc sử dụng là thủy tinh lỏng, đất sét. Dầu sau khi tiến hành tái sinh bằng phƣơng pháp axit thì cần phải trung hòa và tách những chất có hại. II.1.2.3. Quá trình tiến hành:  Lấy 300 ml mẫu đã loại nƣớc ở bƣớc thứ nhất cho vào cốc thuỷ tinh loại 500 ml. Đem đun nóng ở nhiệt độ cần thí nghiệm và khuấy với tốc độ 60 - 80 vòng/phút.  Sau khi mẫu đạt đến nhiệt độ cần thí nghiệm thì bắt đầu cho axit sunfuric 98% với hàm lƣợng cần thí nghiệm và khuấy.  Sau thời gian khuấy 40 phút thì mang mẫu ra và để lắng trong vòng 18 h sau đó lắng bỏ cặn. Sau khi xử lý axit xong, ta sẽ có đƣợc các bảng kết quả về hàm lƣợng axit, thời gian khuấy trộn, nhiệt độ xử lý, nồng độ axit. II.1.3 Trung hoà kiềm: Sau khi sử lý dầu nhờn bằng axit sunfuric thì trong dầu sẽ còn axit, đây là điều bất lợi cho dầu nhờn động cơ vì nó sẽ phá huỷ máy cho nên sau khi xử lý axit thì phải tiến hành trung hoà axit dƣ. Những chất kiềm thƣờng đƣợc dùng là NaOH, Na2CO3 hay là Na3PO4, với những chất kiềm này ngoài nhiệm vụ trung hoà axit dƣ trong đầu sau tái sinh thì những chất kiềm này còn có thể tác dụng với các axit hữu cơ tạo thành những muối natri (xà phòng), những muối này tan trong nƣớc và đƣợc tách ra trong quá trình lắng dầu. Khi cho kiềm vào dầu sau khi dã xử lý axit ta nhận thấy có sự thay đổi màu dầu điều đó có nghĩa là kiềm cũng có tác dụng làm sạch các tạp chất mà trong quá trìng xử lý bằng axit không xử lý hết. Nhƣng khi xử lý kiềm ta cũng còn nhận thấy yếu tố nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý dầu ảnh hƣởng đối lập đến kết quả. Thật vây, khi nồng độ kiềm tăng lên thì sự thuỷ phân của xà phòng giảm nhƣng lại dễ tạo nhủ. Khi tăng Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 80 nhiệt độ thì tăng khả năng tạo nhủ thấp nhƣng khả năng thuỷ phân của xà phòng trong nƣớc thì lại tăng lên. Nhƣ vậy, tốt nhất là nên sử dụng kiềm yếu và ở điều kiện nhiệt độ cao. Tuy nhiên cần phải khảo sát thực nghiệm để tìm ra chế độ tối ƣu. Muốn biết lƣợng axit trong dầu nhờn sau khi trung hoà có còn kiềm hay không thì tiến hành thử bằng cách: lấy một ống thuỷ tinh cho vào nƣớc cất rồi cho dầu vào, dầu nên nhiều hơn nƣớc một chút, lắc mạnh trong 3 phút, sau đó đổ dầu ở trên đi, nƣớc còn lại bên dƣới ta cho vào vài giọt chỉ thị màu metyl da cam vào. Và căn cứ vào màu mà ta nhận biết là có còn axit hay không, nếu có nƣớc có màu da cam thì đã hết axit, nếu nƣớc có màu hồng thì axit còn tồn tại và do vậy cần phải tiến hành thử một lần nữa. Sau khi trung hòa kiềm xong phải dùng nƣớc để khử hết bazơ còn thừa. Cách làm nhƣ sau: dùng nƣớc sôi 100oC đổ vào mẫu để lắng trong 8 giờ rồi tháo nƣớc (khối lƣợng mỗi lần pha vào bằng 1/5 khối lƣợng dầu). Quá trình rửa kiềm này có thể tiến hành nhiều lần cho tới khi không còn kiềm trong mẫu. Để kiểm tra đƣợc bazơ có còn trong mẫu hay không thì ta cũng dùng thuốc chỉ thị màu (phenolphlatein) nhƣ sau: dùng một ống thủy tinh cho nƣớc cất vào cùng với dầu đã tẩy bazơ với khối lƣợng nhiều hơn nƣớc, rồi lắc mạnh trong 3 phút. Sau đổ dầu ở trên ra nhỏ mấy giọt phenolphlatein vào. Nếu nƣớc không có màu thì chứng tỏ bazơ đã hết, nếu nƣớc có màu hồng thì bazơ vẫn còn cho nên phải tẩy vài lần nửa cho hết bazơ. II.1.4. Hấp phụ: Để làm cho màu dầu sau khi tái sinh đạt hiệu quả nhƣ mong muốn thì bƣớc tiếp theo là cho hấp phụ những chất bẩn còn chƣa đƣợc tách hết trong hai quá trình trên. Các chất mà có thể sử dụng làm chất hấp phụ là đất sét, vôi và nhôm oxit. Nhƣng vì việc sử dụng đất sét có nhƣợc điểm là cặn của quá trình gây ra ô nhiễm môi trƣờng và khó xử lý cho nên em chọn vôi và nhôm oxit để làm chất hấp phụ. Cơ chế nhƣ sau: Sau khi tiến hành xử lý dầu theo hai bƣớc trên thì trong dầu vẫn có thể còn lại một ít các chất nhựa, các chất chứa lƣu huỳnh, nƣớc, chúng là những chất làm cho màu dầu tối và là những chất phân cực. Vì Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 81 vậy, để hấp phụ đƣợc những chất này thì cần phải chọn những chất hấp phụ phân cực. Vôi và nhôm oxit là những chất hấp phụ phân cực. Quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt các mao quản. Đối với những phân tử có khả nâng đi sâu vào trong các mao quản thì khi độ xốp chất hấp phụ tăng, độ hấp phụ tăng. Đối với những chất hấp phụ có mao quản hẹp thì khi kích thƣớc phân tử chất bị hấp phụ tăng thì độ hấp phụ giảm. Chính vì lý do nhƣ vậy cho nên để tăng hiệu suất hấp phụ thì ta nên nghiền chất hấp phụ càng mịn càng tốt, bởi vì khi đó thì bề mặt hấp phụ tăng lên và dẫn tới tăng độ hấp phụ. Tuy nhiên, nếu nghiền mịn quá thì chất hấp phụ sẽ lơ lững khó lắng trong dầu đây là điều bất lợi cho quá trình lọc hấp phụ sau này. Nhƣ vậy trƣớc khi cho chất hấp phụ vào thì nghiền chất hấp phụ đến độ vừa phải, không mịn quá và sau đó hoạt hoá bằng cách nung hoặc sấy đến nhiệt độ cao để loại nƣớc trong các mao quản.   _Al2O3 hoạt hoá ở 550 o C trong 1 giờ.  Vôi đƣợc hoạt hoá ở 550oC trong 1 giờ. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến sự hấp phụ: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt. Nhiệt lƣợng tỏa ra ở hấp phụ vật lý thấp (vài kcal/mol), còn ở hấp phụ hóa học thì nhiệt lƣợng tỏa ra lên tới hàng chục, thậm chí hàng trăm kcal/mol, tƣơng đƣơng với hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học. Vì sự hấp phụ tỏa nhiệt nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, lƣợng chất bị hấp phụ giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy vậy, ở nhiệt độ thấp, hấp phụ hóa học thƣờng diễn ra chậm và khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp phụ có thể tăng theo. Điều này liên quan đến hàng rào năng lƣợng hoạt hóa đặc trƣng cho tƣơng tác hóa học giữa các phân tử bị hấp phụ và các tiểu phân của lớp bề mặt. Hấp phụ hoá học mà tốc độ phụ thuộc vào năng lƣợng hoạt hóa gọi là hấp phụ hoạt hóa. Thƣờng đối với cùng một chất, trong những khoảng nhiệt độ khác nhau có thể quan sát thấy cả hai kiểu hấp phụ. Ở nhiệt độ thấp quan sát thấy sự hấp phụ vật lý, ở nhiệt độ cao quan sát thấy sự hấp phụ hóa học. Cả hai quá Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 82 trình thƣờng bị ngăn chia bởi một vùng trung gian. Trong vùng này lƣợng chất bị hấp phụ tăng lên khi nhiệt độ tăng. Dầu nhờn thải sau khi đƣợc làm sạch sơ bộ vẫn còn lẫn một lƣợng hợp chất nhựa nhất định nên mầu của dầu còn tối và độ ổn định oxy hóa thấp. Quá trình hấp phụ nhằm mục đích tách lƣợng nhựa này ra khỏi dầu để dầu có độ trong, có mầu sáng hơn và ổn định hơn. Để sự hấp phụ xảy ra với hiệu suất cao thì việc chọn lựa chất hấp phụ và điều kiện hấp phụ là rất quan trọng. Đối với các qúa trình làm sạch dầu nhờn bằng phƣơng pháp hấp phụ, các chất hấp phụ silicagen, oxit nhôm, đất sét luôn là những chất hấp phụ sử dụng rộng rãi nhờ khả năng làm sạch cao và dễ kiếm. Trong đề tài này tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ của vôi và  -Al2O3. Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm chất hấp phụ đƣợc hoạt hóa bằng cách nung trong lò nung ở nhiệt độ cao để loại nƣớc trong mao quản. Quá trình hấp phụ đƣợc tiến hành nhƣ sau:  Cho vào cốc thuỷ tinh 200 ml dầu và đun nóng.  Tiến hành khuấy đến nhiệt độ thí nghiệm rồi cho từ từ chất hấp phụ vào.  Tiếp tục xử lý ở nhiệt độ này trong khoảng 30 phút.  Sau 30 phút thì tiến hành lọc hút chân không để tách chất hấp phụ. Sản phẩm thu đƣợc là dầu nhờn đƣợc làm sạch. II.2. CÁNH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ: II.2.1. Đo độ màu sản phẩm: Cách đánh giá màu chúng tôi tiến hành so màu nhƣ sau: chúng tôi lấy mầu dầu nhờn thƣơng phẩm và mầu dầu nhờn thải chƣa xử lý làm chuẩn. Sau đó chúng tôi chia màu của dầu thành 21 thang mẫu chỉ. Ta lấy chỉ thị màu thứ 21 là của dầu nhờn thƣơng phẩm và chỉ thị thứ 1 là màu của dầu thải. Còn các mẫu khác ta pha những tỷ lệ giữa dầu gốc và dầu thải khác nhau nhƣ trong bảng sau (xem bảng 1): Pha thứ tự các mẫu trên vào ống so màu 250ml, sau đó ta lấy mẫu dầu sản phẩm cần đánh giá cho vào ống đong 250 ml nhƣ trên, rồi so sánh màu với các mẫu vừa mới pha. Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 83 Bảng 1: Thứ tự pha các mẫu dầu cho các thang đo STT Màu chỉ thị Dầu thƣơng phẩm (ml) Dầu thải (ml) 1. Màu 1 0 100 2. Màu 2 5 95 3. Màu 3 10 90 4. Màu 4 15 85 5. Màu 5 20 80 6. Màu 6 25 75 7. Màu 7 30 70 8. Màu 8 35 65 9. Màu 9 40 60 10. Màu 10 45 55 11. Màu 11 50 50 12. Màu 12 55 45 13. Màu 13 60 40 14. Màu 14 65 35 15. Màu 15 70 30 16. Màu 16 75 25 17. Màu 17 80 20 18. Màu 18 85 15 19. Màu 19 90 10 20. Màu 20 95 5 21. Màu 21 100 0 II.2.2. Đo độ nhớt theo phƣơng pháp: (ASTM D446) Cách đo đƣợc tiến hành nhƣ sau: cho mẫu dầu cần đo vào nhớt kế mao quản để ổn định ở nhiệt độ 50oC, sau đó dùng áp suất đẩy mẫu cần đo lên quá vạch trên của nhớt kế khoảng 5mm, tiến hành đo thời gian chảy (giây) của mẫu từ vạch trên của nhớt kế xuống vạch dƣới của nhớt kế. Độ nhớt tính theo công thức sau: v = C.t Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 84 Trong đó: - v : là độ nhớt động học (mm2/s). - C: là hằng số của nhớt kế (mm2/s2). - t: là thời gian chảy của mẫu (s). II.2.3. Xác định lƣợng kiềm dƣ trong dầu nhờn: (ASTM D974 ). Cách tiến hành: cân mẫu dầu cần do chính xác 1g, với độ chính xác 0,0001 g, trong bình tam giác 250ml. Trong bình tam giac khác cho vào đó 30ml Toluen và 20ml cồn 60%, lắp ống lắp ống sinh hàn ngựơc đun nóng trên bếp cách thủy, thời gian đun 10 phút. Đem bình tam giác này ra và nhỏ vào vài gọt chỉ thị phenol phtalein và tiến hành trung hòa lƣợng axit có trong rƣợu etylic và toluen bằng dung dịch KOH 0,1N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt (lắc hỗn hợp khi trung hòa ). Trung hòa xong nhận đƣợc hỗn hợp dung môi trung tính. Đổ hỗn hợp dung môi vừa chuẩn bị xong vào bình tam giác chứa mẫu dầu và lại lắp ống sinh hàn nghịch, đặt lên bếp cách thuỷ đun cho đến khi tan hết, tiếp tục đun khoảng 5 phút nữa, để nguội đến nhiệt độ phòng . Cho thêm vào bình tam giác có chứa mẫu vài giọt chỉ thị phenolphtatein và tiến hành chuẩn độ bằng HCl 0,1N với sinh hàn nghịch, đặt lên bếp cách thủy đun cho đến khi tan hết, tiếp tục đun khoảng 5 phút nữa, để nguội đến nhiệt độ phòng Cho thêm vào bình tam giác có chứa mẫu vài giọt chất chỉ thị phenolphtatein và tiến hành chuẩn độ bằng HCl 0,1N tới khi chỉ thị mất màu hồng nhạt. Hàm lƣợng kiềm tự do trong dầu đƣợc tính theo NaOH bằng tỷ số % theo công thức: 100 m 004,0 . V = X  Trong đó : V : Thể tích dung dịch HCl 0,1N đã đƣợc sử dụng trong khi chuẩn độ, ml. 0,004 : Lƣợng NaOH tƣơng đƣơng với 1ml dung dịch HCl 0,1N tính bằng (g). Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 85 m : khối lƣợng mẫu thí nghiệm, g. II.2.4. Xác định mật độ bằng phù kế: Mật độ của chất là khối lƣợng của một đơn vị thể tích của nó. v m = p Trong hệ CGS mật độ có thứ nguyên là g/cm3. Nguyên tắc: dựa trên cơ sở của định luật acsimet. Sự nổi lên của phù kế trong lòng một chất lỏng phụ thuộc vào mậtđộ của chất lỏng đó. Mật độ đƣợc xác định theo mét tiếp xúc của hệ bề mặt chất lỏng và thang chia độ trên phù kế. Cách tiến hành nhƣ sau: trộn đều mẫu thử để mẫu đạt nhiệt độ gần với nhiệt độ môi trƣờng (  3oC). Môi trƣờng có thể tạo ra bằng một bể nƣớc và giữ nhiệt độ trong suốt thời gian xác định. Rót cẩn thận mẫu thử vào ồng đo hình trụ sạch, khô sau đó đặt ở vị trí cân bằng, không có gió thổi. Các mẫu có độ nhớt cao dễ tạo bọt khí trên bề mặt của nó, có thể phá bọt bằng cách đƣa một mảnh giấy lọc sạch chạm vào các bọt khí này. Sau đó cho từ từ phù kế sạch khô vào mẫu cần thí nghiệm. Chú ý sao cho phù kế không chạm vào thành trong của ống đong. Khi phù kế hoàn toàn ở trạng thái cân bằng mà nhiệt độ của mẫu thí nghiệm chỉ còn dao động 0,5oC thì ta đọc kết quả theo mép tiếp xúc giữa mặt chất lỏng và thang chia độ của phù kế. Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 86 II.3. SƠ ĐỒ MÔ TẢ CÁC BƢỚC NGHIÊN CỨU: II.4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN: II.4.1 Xử lý axit sunfuric: II.4.1.1 Nồng độ axit: Chúng tôi dùng axit với nồng độ 98% để nghiên cứu để tiết kiệm hoá chất. Và coi nhƣ nồng độ axit là cố định trong suốt quá trình nghiên cứu. Tẩy mầu Dầu thải l¾ng s¬ bé Khuấy và gia nhiệt t( o C) Cặn và tách nƣớc Dầu đã xử lý axit Trung hòa kiềm Dầu sau khi trung hoà Kiềm Chất hấp phụ Dầu sau khi hấp phụ Lọc chân không Dầu nhờn sạch Axit Cặn m ầ u Hình 1: Sơ đồ mô tả các bƣớc tiến hành Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 87 II.4.1.2. Yếu tố lưu lượng axit: Để tìm ra đƣợc lƣợng axit H2SO4 đƣa vào cho thích hợp, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu với các % thể tích H2SO4 cho vào dầu thải khác nhau: 10%, 13%, 15%, 17%, 19%, 21% (so với thể tích mẫu dầu thải) ở nhiệt độ 40 o C. Mẫu cố định là 300 ml dầu thải sau khi đã khử nƣớc. Thời gian khuấy là 40 phút, tốc độ khuấy cho mỗi mẫu là từ 60 - 80 vòng/phút và thời gian để lắng cho mỗi mẫu dầu là nhƣ nhau (18 giờ). Kết quả đƣợc cho trong bảng 1 sau: Bảng 2: Kết quả khảo sát hàm lƣợng axit Mẫu Dầu thải ml H2SO4 % TL Hiệu suất %TL Nhận xét Không đông tụ, dầu chƣa có dấu hiệu sạch. 2. 300 12 20 Khả năng đông tụ kém, bắt đầu có sự thay đổi màu dầu Có đông tụ, dầu có màu sáng hơn. Đông tụ tốt và dầu có màu sáng nhất. Có đông tụ và màu dầu sáng 6. 300 22 30 Khả năng đông tụ giảm 7. 300 25 X Không đông tụ Kết luận: với nhiệt độ tiến hành là 40oC, nồng độ axit 98%, thời gian khuấy 40 phút thì hàm lƣợng axit cho vào tối ƣu nhất là 17%. Bởi vì ở đây ta thu đƣợc hiệu suất cao nhất 70% và dầu có màu đỏ sáng nhất. Nhận xét: Mức độ tách các chất nhựa, atphan ra khỏi dầu nhờn tăng lên khi tăng lƣợng axit. Khả năng đông tụ dầu khi cho axit vào sẽ tăng đần khi tăng hàm 15 300 300 300 1. 3. 4. 5. 10 300 17 20 X 55 68 60 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 88 lƣợng axit, nhƣng không phải tăng lên vô cùng mà chỉ tăng đến một giá trị nhất định thì khả năng đông tụ lại giảm xuống, điều đó đƣợc giải thích nhƣ sau:  Nếu sử dụng hàm lƣợng axit thấp thì nó không đủ lƣợng để khử hết các chất có hại trong dầu nhờn nhƣng ngƣợc lại nếu hàm lƣợng nếu hàm lƣợng axit cao thì nó không chỉ khử đƣợc khử sạch những chất có hại mà còn khử cả những chất có lợi trong dầu nhờn. Việc dƣ thừa axit trong dầu sau khi tái sinh cũng gây ra tác hại là vừa tốn hoá chất vừa khó trung hoà hết lƣợng axit dƣ thừa trong dầu.  Về lĩnh vực hoá keo: hàm lƣợng axit cho vào dù cao hay thấp hơn mức cần thiết đều không xảy ra keo tụ. Thật vậy, ngƣời ta đƣa ra đại lƣợng ngƣỡng keo tụ  để đánh giá khả năng keo tụ của các chất điện ly cho trƣớc. Ngƣỡng keo tụ đƣợc biểu thị là số mili đƣơng lƣợng gam chất điện ly thêm vào một dung dịch điện ly để gây nên sự keo tụ có thể quan sát đƣợc. Khi hàm lƣợng axit chƣa đủ hoặc cao thì hoặc là chƣa đạt đến hoặc vƣợt quá ngƣỡng keo tụ có thể quan sát đƣợc cho nên không quan sát thấy keo tụ xảy ra. II.4.1.3. Yếu tố nhiệt độ: Nhiệt độ xử lý vô cùng quan trọng trong việc làm sạch dầu nhờn thải bằng axit sunfuric H2SO4. Nhiệt độ phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn cần làm sạch. Chúng tôi tiến hành khảo sát các giá trị nhiệt độ ở các giá trị nồng độ axit 17% và thời gian khuấy là 40 phút cho kết quả nhƣ bảng 3 sau: Kết luận: Từ bảng 3 ta chọn nhiệt độ tiến hành axit ở 50oC là cho hiệu suất cao nhất 73% và dầu đƣợc làm sạch nhiều nhất. Bảng 3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình Mẫu H2SO4 (%TL dầu) Tphản ứng ( o C) Hiệu suất sản phẩm(%) Nhận xét 1. 17 25 X Keo tụ kém. 2. 17 30 30 Có keo tụ . 3. 17 40 68 Keo tụ tốt 4. 17 50 73 Keo tụ tốt, độ màu sáng. 5. 17 60 60 Có keo tụ, màu tối hơn 6. 17 70 20 Khả năng keo tụ giảm Nhận xét: Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 89 Ở cùng hàm lƣợng axit 17%, nhƣng nếu nhiệt độ thấp thì khả năng làm sạch dầu nhờn thải rất thấp. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: Khi tiến hành xử lý ở điều kiện nhiệt độ thấp thì độ nhớt của dầu lớn đã ngăn cản sự tiếp xúc của dầu với axit cho nên không làm sạch đƣợc, đồng thời sự lắng đọng cặn gudron axit bị kéo dài thêm dẫn đến giảm hiệu suất dầu nhờn. Khi nhiệt độ tăng lên thì hiệu suất cũng tăng lên. Nhƣng cũng chỉ tăng lên đến một giá trị nhiệt độ nào đó thì khi tăng nhiệt độ không làm cho hiệu suất tăng lên mà lại giảm xuống. Có thể giải thích nhƣ sau: Nếu dầu nhờn thải có độ nhớt cao thì xử lý nhiệt độ càng cao nhƣng nếu nhiệt độ cao quá nhiệt độ tối ƣu thì tốc độ phản ứng của H2SO4 với cacbua hydro và nhựa tăng lên đồng thời độ tan của các hợp chất polime, gudron axit trong dầu nhờn thải cũng tăng lên làm cho màu dầu nhờn đã làm sạch bị tối, mặc dù về lĩnh vực hoá keo thì khi nhiệt độ cao thì chuyển động Brown tăng lên giúp cho các hạt keo dễ dàng vƣợt qua hàng rào năng lƣợng để keo tụ. II.4.2.4. Thời gian tiếp xúc: Chúng tôi tiến hành khuấy trong cốc thuỷ tinh loại 500ml với các thông số: hàm lƣợng axit 17%, nhiệt độ là 50oC với các thời gian khuấy khác nhau. Kết quả có bảng 4 sau đây: Bảng 4: Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến quá trình. Mẫu H2SO4 (%TL) Tphản ứng ( o C) Thời gian khuấy, phút Hiệu suất sản phẩm(%) Nhận xét 1. 17 50 20 X Keo tụ kém. 2. 17 50 30 50 Có keo tụ . 3. 17 50 40 73 Keo tụ tốt 4. 17 50 50 76 Keo tụ tốt, độ màu sáng. 5. 17 50 60 60 Có keo tụ, màu tối hơn 6. 17 50 70 20 Khả năng keo tụ giảm 7. 17 50 80 X Tạo nhủ Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 90 Kết luận: thời gian tốt nhất của quá trình là 50oC. Nhận xét: thời gian tiếp xúc có ảnh hƣởng đến quá trình xử lý. Khi thời gian xử lý chƣa đủ thì axit tiếp xúc chƣa hết với dầu thải cho nên hiệu suất thấp. Nhƣng thời gian khuấy nhiều thì tạo nhủ, vì khi đó các chất cặn bẩn có cơ hội hoà tan vào trong dầu đã làm sạch và lƣợng axit dƣ cũng sẽ tác dụng với dầu nhờn sạch... làm cho hiệu suất giảm. II.4.2 Trung hoà kiềm: Nhƣ ở trên ta đã có kết quả khi xử lý dầu thải bằng axit ở nhiệt độ 50 o C và 17% thể tích axit, thời gian tiếp xúc là 50 phút cho ta hiệu suất xử lý cặn trong dầu là tốt nhất, khi đó chúng tôi thấy dầu màu có màu đỏ sám. Tuy nhiên bài toán đặt ra ở đây làm sao làm cho màu của dầu sản phẩm có thể về gần nhƣ dầu gốc ban đầu, tức có màu vàng đỏ sáng, trong và không có axit. Ở đây, chúng tôi đã dùng NaOH nồng độ 70%. Lấy 200 ml sản phẩm dầu ở trên cho vào cốc thuỷ tinh để ổn định nhiệt 70oC. Sau đó cho từ từ NaOH (70%) với những lƣợng khác nhau, vào kết hợp với khuấy trong vòng 30 phút để cho khả năng trung hoà axit trong dầu đƣợc tốt hơn. Sau đó để lắng trong vòng 5 giờ rồi lọc bỏ cặn bẩn. Kết quả cho ta bảng số liệu 5 nhƣ sau: Bảng 5: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng NaOH Mẫu Dầu, ml Tpƣ( o C) Lƣợng NaOH, ml Nhận xét 1. 200 70 2.0 Còn axit 2. 200 70 3.0 Còn axit, màu dầu sáng 3. 200 70 4.0 Hết axit, không tạo nhủ 4. 200 70 5.0 Hết axit, tạo nhủ Kết luận: ta chọn hàm lƣợng kiềm là 4ml (nồng độ 70%), sau khi xử lọc bỏ cặn bẩn ta đƣợc hiệu suất là 95%. Nhận xét: Vì mục đích cho NaOH vào là trung hoà lƣợng axit có trong dầu đã xử lý. Lƣợng NaOH cho vào cần phải vừa đủ, nếu thiếu thì không thể trung hoà hết lƣợng axit nhƣng nếu cho vào nhiều quá thì NaOH sẽ tạo nhủ. Nồng độ NaOH cho vào cũng không yếu quá vì có lẫn nhiều nƣớc, tuy nhiên ở đây tôi không khảo sát để chọn ra nồng độ tối ƣu. Ngoài ra, nhiệt độ Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 91 cũng ảnh hƣởng đến quá trình. Kiềm còn là một chất đông tụ tốt nên khi cho kiềm vào thì nó có tác dụng làm sạch những chất bẫn vẫn còn trong dầu. Thật vậy khi xử ký trung hoà kiềm ta thấy dầu có màu sáng hơn rất nhiều. II.4.3. Hấp phụ: Sau khi trung hoà kiềm, tôi tiến hành cho dầu thải hấp phụ bằng vôi và bằng nhôm oxit. Đầu tiên đun mẫu đến các nhiệt độ cần khảo sát, sau đó cho chất hấp phụ đã hoạt hoá vào từ từ. Và chúng tôi đã tiến hành so sánh độ hấp thụ màu với các mẫu chuẩn nêu ở trên . II.4.3.1. Xử lý bằng vôi: Kết qủa đƣợc thực hiện trong các bảng sau: Bảng 6: Khảo sát thực nghiệm chất xử lý vôi Khối lƣợng (g) Nhiệt độ xử lý Độ màu so với màu chuẩn 6 80 11 100 12 120 12 140 12 160 10 8 80 13 100 14 120 14 140 13 160 13 10 80 16 100 16 120 17 140 17 160 16 80 16 100 17 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 92 12 120 17 140 17 160 16 Từ bảng số liệu trên ta có đồ thị sau: 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 NhiÖt ®é § é mÇu 6 g 8 g 10g 12 g Hình2: Đồ thị điều kiện hấp thụ tối ƣu khi dùng chất xử lý vôi Kết luận: Khi xử lý với vôi ta nhận đƣợc mẫu có độ màu là 17 ở nhiệt độ 120oC, với khối lƣợng vôi là 10g. Sau khi xử lý vôi xong ta tiến hành lọc chân không thì thu đƣợc hiệu suất sản phẩm là 85%. II.4.3.2. Xử lý bằng Al2O3: Kết qủa thực hiện trong bảng sau: Bảng 7: Khảo sát thực nghiệm chất xử lý là  Al2O3 Khối lƣợng (g) Nhiệt độ (oC) Độ mầu so với mẫu chuẩn 6 80 12 100 14 120 16 140 15 160 13 9 80 14 100 16 120 17 140 19 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 93 160 16 12 80 16 100 17 120 19 140 18 160 16 Từ bảng số liệu trên ta có đồ thị sau: 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 NhiÖt ®é (oC) § é mÇu 6 g 9 g 12g Hình 3: Đồ thị điều kiện hấp thụ tối ƣu khi dùng chất xử lý  Al2O3 Kết luận: với những kết quả thu đƣợc từ kết quả thí nghiệm ta nhận thấy với khối lƣợng  Al2O3 là 9g thì cho ta độ màu là 19, nhiệt độ xử lý là 140 o C và lọc hút chân không thu đƣợc hiệu suất 95%. Vậy, khi dùng hai chất xử lý nêu trên thì ta nhận thấy  Al2O3 cho ta kết quả thu đƣợc tốt hơn (hiệu suất cao hơn và màu sáng hơn). Nhìn trên các đồ thị trên ta thấy khả năng hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì khả năng hấp phụ lại giảm. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: Khi nhiệt độ thấp thì độ nhớt của dầu nhờn lớn cho nên khả năng khuếch tán của chất có cực (nhựa, cặn, axit...) bề mặt chất hấp phụ kém và khi tăng nhiệt độ thì khả năng khả năng khuếch tán vào bề mặt chất hấp phụ tăng lên và dầu đƣợc làm sạch. Tuy nhiên, nếu tăng nhiệt độ lên thì tốc độ khuếch tán tăng mạnh, lực khuếch tán có thể lớn hơn lực liên kết giữa lực hấp phụ dẫn đến khả năng hấp phụ giảm. Đồng thời, khi tăng nhiệt độ lên cao thì tạo điều kiện cho quá trình oxy hoá dầu nhờn dẫn đến màu dầu sau Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 94 khi xử lý xong bị tối hơn. Việc đun nhiệt độ cao quá thì cũng khó khăn trong quá trình thí nghiệm vì có hiện tƣợng trào bọt khó khống chế. Kết luận chung cho quá trình xử lý hấp phụ: mặc dù dùng  -Al2O3 thì giá thành có cao hơn vôi nhƣng hiệu suất đem lại cao hơn đồng thời trong quá trình xử lý thì ta nhận thấy dùng  -Al2O3 sẽ cho ta khả năng hoà tan trong dầu ít hơn nên dẽ lọc sạch hơn ở khâu lọc chân không. Đặc biệt là khi xử lý bằng  -Al2O3 thì nó hút nƣớc nhƣng lại không bị bả ra trong khi đó vôi thì ngƣợc lại. Với những ƣu điểm nhƣ vậy ta dùng  -Al2O3 là tốt hơn vôi. Hiệu suất của quá trình tái sinh dầu nhờn thải bằng phƣơng pháp axit nhƣ sau:  Đối với chất hấp phụ  -Al2O3 hiệu suất là : 97% . Tổng hiệu suất của quá trình tái sinh dầu thải của cả quá trình là : 76% x 97% x 95% = 70,03%.  Đối với chất hấp phụ vôi hiệu suất là : 85%. Tổng hiệu suất của quá trình tái sinh dầu thải của cả quá trình là : 76% x 85% x 95% = 61,4 %. Do điều kiện thí nghiệm không cho phép chúng tôi chỉ tiến hành đánh giá chất lƣợng dầu sau khi tái sinh với các thông số sau: độ nhớt động học, nhiệt độ chớt cháy cốc kín và mật độ. Kết quả đƣợc thực hiện cho ta bảng sau: Bảng 8 : Chất lƣợng dầu nhờn sau khi tái sinh Chất hấp phụ  -Al2O3 Vôi Hiệu suất sản phẩm cao nhất (%) 70,03 61,4 Độ nhớt động học mm2/s (40oC) 342,272 327,49 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín (oC) 155 149 Mật độ xác định bằng phù kế 78,30 78,34 Màu dầu 19 17 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 95 KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm tòi nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm nhiều lần về đề tài tái sinh dầu nhờn đã sử dụng bằng phƣơng pháp axit thì tôi có thể đƣa ra các thông số công nghệ nhƣ sau: 1. Khử nƣớc: đun mẫu ở nhiệt độ 120oC để khử nƣớc. 2. Xử lý axit:  Nồng độ axit : 98%  Hàm lƣợng axit : 17% Kl dầu  Nhiệt độ xử lý : 50oC.  Thời gian xử lý : 50 phút.  Tốc độ khuấy : 60 - 80 vòng/phút.  Thời gian lắng : 18 giờ 3. Trung hòa kiềm: Sau khi xử lý axit xong thì tiến hành trung hòa kiềm. Với 200 ml dầu sau khi xử lý axit thì ta cần phải trung hòa kiềm với các thông số sau:  Nồng độ : 70%  Hàm lƣợng : 4ml  Thời gian khuấy : 30 phút  Thời gian lắng : 5 giờ 4. Hấp phụ: với chất hấp phụ là  -Al2O3 (với 200ml dầu sau khi trung hòa kiềm)  Khối lƣợng chất xử lý: 9 gam.  Thời gian xử lý : 30 phút.  Nhiệt độ xử lý : 140oC.  Sau khi xử lý xong thì cho vào lọc hút chân không ngay. Và từ kết quả thu được trên tôi đi đến một số kết luận sau đây:  Dầu nhờn thải sau khi tái sinh bằng phƣơng pháp axit kết hợp với việc trung hòa kiềm, xử lý hấp phụ bằng  -Al2O3 thì cho ta hiệu suất hơn Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 96 70%, dầu có màu gần với dầu gốc. Tuy nhiên, độ nhớt và một vài thông số khác là chƣa phù hợp với dầu nhờn gốc. Do vậy, muốn sử dụng đƣợc dầu nhờn sau khi tái sinh làm dầu gốc thì cần phải nghiên cứu và khảo sát kỷ càng hơn để thu đƣợc chất lƣợng cũng nhƣ hiệu suất cao hơn.  Việc tiến hành tái sinh dầu thải sẽ làm giảm mức độ ô nhiễm môi trƣờng, tận dụng đƣợc triệt để vật tƣ phế liệu, tiết kiệm đƣợc ngoại tệ đồng thời làm tăng nguồn nhiên liệu để sản xuất dầu nhờn và giải quyết đƣợc vấn đề công ăn việc làm cho ngƣời lao động.  Phƣơng pháp xử lý bằng axit sunfuric thì qui trình công nghệ đơn giản, dể thực hiện và phù hợp với qui mô sản xuất nhỏ, phù hợp với điều kiện của Việt Nam hiện nay. Và tôi cũng rút ra được một số các kinh nghiệm sau đây:  Dầu đổ lẩn lộn với nhau vẫn tái sinh đƣợc, nhƣng tốn rất nhiều axit, do vậy khi thu gom dầu thải cần phải để riêng từng loại dầu nhờn khác nhau để giảm bớt hàm lƣợng axit cần dùng. Có nhƣ thế giá thành sản phẩm sau khi tái sinh mới thấp, phẩm chất dầu đảm bảo và lƣợng kiềm dùng để trung hoà không cần phải tốn nhiều.  Sau khi đun lần đầu để khử nƣớc thì cũng tiến hành lọc sơ bộ một lần để giảm bớt các chất bẩn có trong dầu thải, và do đó lƣợng axit dùng cũng sẽ giảm đi.  Khi đun dầu lần cuối ở nhiệt độ cao, nếu dầu có hiện tƣợng trào bọt thì ban đầu cho vào một lƣợng nhỏ và đun tới nhiệt độ cần đun, sau đó cho từ từ lƣợng dầu còn lại để khắc phục hiện tƣợng trào bọt. Ngoài ra, dầu nhờn và axit sunfuric cũng là những chất rất độc hại cho nên khi tiến hành làm thí nghiệm cần phải chú ý những điều sau:  Khi dùng dầu nhờn bẩn phải hết sức thận trọng, giử gìn sạch sẽ.  Tránh để dầu nhờn tiếp xúc với da với mắt và các đồ dùng cá nhân. Đồng thời tránh tiếp xúc lâu với dầu động cơ đã sử dụng.  Giữ dầu ở nhiệt độ thƣờng và tránh những nguồn gây toa lửa điện. Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 97  Khi tiếp xúc với dầu nhờn thì cần phải có găng tay, áo bảo hộ lao động.  Khi thu gom dầu thải nếu không cẩn thận sẽ ảnh hƣởng không tốt đến tính chất của dầu tái sinh. Các dụng cụ thí nghiệm cũng phải đƣợc rửa sạch sẽ và phơi khô, bảo quản để bụi bẩn không rơi vào. Tóm lại, qua một thời gian nghiên cứu đề tài tái sinh dầu nhờn thải tôi nhận thấy rằng đây là một đề tài rất hay và rất thực tế. Tuy nhiên, thời gian là có giới hạn cho nên tôi chƣa tiến hành khảo sát kĩ hơn nữa để tìm ra đƣợc một chế độ công nghệ tối ƣu hơn. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2004. Sinh viên thực hiện Trần Thị Thanh Hiên Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GS. C.KAJDAS. Dầu Mỡ Bôi Trơn. Nhà xuất bản Nhà xuất bản Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật. Hà Nội, 1993. 2. Phan Tử Bằng. Công nghệ chế biến dầu và khí. NXB Xây Dựng. Hà Nội năm 2002. 3. Phạm Văn Cối. Chế Tạo Các Loại Mỡ, Mỡ Nhờn, Dầu Phanh ôtô và Tái Sinh Các Loại Dầu Nhờn. Nhà xuất bản Giáo Dục 1970. 4. Đỗ Huy Định. Hội Thảo Dầu Bôi Trơn (lần thứ hai). Hà Nội, năm 1994. 5. Đỗ Huy Định. Tuyển Tập Báo Cáo Hội Nghị Hóa Học Toàn Quốc, lần thứ 3. Hà Nội 1998. 6. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ. Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật. Hà Nội 2001. 7. Nguyễn Sinh Hoa. Giáo trình hoá keo. NXB Xây Dựng, năm 1998. 8. Kiều Đình Kiểm (Tổng Công ty dầu khí Việt Nam). Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 1999. 9. Võ Thị Liên. Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí. Trƣờng ĐHBK Hà Nội.1983. 10. Đinh Thị Ngọ. Hóa học dầu mỏ và khí. Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ Thuật. Hà Nội 2003. 11. Ngyuễn Hữu Phú. Hoá lý (tập 4). ĐHBK Hà Nội, 1971. 12. Nguyễn Đức Thọ. Nghiên Cứu Xử Lý Dầu Nhờn Thải Để Nhận Sản Phẩm Có Giá Trị. Luận Văn Cao Học. Hà Nội, 1998. 13. Đoàn Thiên Tích. Dầu Khí Việt Nam. Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2001. 14. Trần Mạnh Trí. Hóa Học Dầu Mỏ và Khí. Trƣờng ĐHBK Hà Nội.1979. 15. Trần Mạnh Trí. Dầu Khí Và Dầu Khí Việt Nam. Nhà xuất bản Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật. Hà Nội, 1996. 16. Minh Trí (dịch). Dầu mỡ cho thiết bị các nhà máy. Vụ kỹ thuật Bộ Công Nghiệp, năm 1960. Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 99 17. Bài Thí Nghiệm Về Dầu Mỏ. Trƣờng ĐHSP Qui Nhơn - khoa Công Nghệ. Qui Nhơn 1999. 18. Giáo trình Thí Nghiệm Về Kỹ Thuật Phân Tích Dầu Mỏ và Các Sản Phẩm Dầu Mỏ. Trƣờng ĐHBK Hà Nội - Bộ Môn Nhiên Liệu. 19. PETROLIMEX. Sổ tay chỉ tiêu chất lƣợng dầu mỡ nhờn Petrolimex. 20. S.S VOIUTSKI. Hoá học chất keo (Lê Nguyên Tảo dịch), NXB Đại Học và Trung Học chuyên nghiệp, Hà Nội năm 1973. 21. Asia-Pacific Fuel-Lubes Market 6.1997. 22. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemical. Vol A15. Lubrication and Related products - D.Klamann. Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 10 0 Mục lục Trang MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN ......................... 3 CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẦU NHỜN ............................ 3 I.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA DẦU NHỜN ......................................... 3 I.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA DẦU NHỜN .............................................. 6 I.3. CHỨC NĂNG CỦA DẦU NHỜN ........................................................... 7 I.3.1. LÀM GIẢM MA SÁT, CHỐNG MÀI MÒN VÀ CHỐNG XƢỚC ....................................................................................................................... 7 I.3.2. TÁC DỤNG LÀM MÁT MÁY ..................................................... 8 I.3.3. TÁC DỤNG LÀM KÍN, KHÍT .................................................... 8 I.3.4. TÁC DỤNG TẨY RỬA ................................................................ 8 I.3.5. BẢO VỆ BỀ MẶT KIM LOẠI ..................................................... 9 I.4. CÁC TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA DẦU NHỜN ................................ 9 I.4.1. TÍNH CHẤT BÔI TRƠN LÀM GIẢM MA SÁT ......................... 9 I.4.2. TÍNH LƢU ĐỘNG ..................................................................... 10 I.4.3. TÍNH ỔN ĐỊNH CHỐNG OXI HÓA ......................................... 11 I.4.4. TÍNH PHÂN TÁN, TẨY RỬA ................................................... 11 I.4.5. KHẢ NĂNG CHỐNG GỈ VÀ ĂN MÒN ................................... 12 I.4.6. KHẢ NĂNG CHỐNG LẠI SỰ TẠO MUỘI THAN, TẠO CẶN: ..................................................................................................................... 12 CHƢƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG CỦA DẦU NHỜN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ĐÓ .................................................. 14 II.1 TRỊ SỐ AXIT VÀ KIỀM...................................................................... 14 II.2 ĐỘ NHỚT ............................................................................................ 16 II.2.1. ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC. ........................................................ 17 II.2.2. ĐỘ N HỚT ĐỘNG HỌC ........................................................ 18 II.2.3. ĐỘ NHỚT QUY ƢỚC ............................................................ 18 II.3. CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT ............................................................................ 20 II.4. MÀU SẮC ........................................................................................ 23 II.5. KHỐI LƢỢNG RIÊNG VÀ TỶ TRỌNG .......................................... 24 II.6. ĐIỂM CHỚP CHÁY VÀ BẮT LỬA ................................................. 26 II.7. ĐIỂM ANILIN .................................................................................. 27 II.8. CẶN CACBON ................................................................................ 27 II.9. HÀM LƢỢNG TRO VÀ TRO SUNFAT .......................................... 28 II.10. HÀM LƢỢNG LƢU HUỲNH .......................................................... 29 II.11. CHỈ SỐ KHÚC XẠ ........................................................................... 30 II.12. HÀM LƢỢNG NƢỚC....................................................................... 30 II.13. SỨC CĂNG BỀ MẶT ....................................................................... 30 II. 14. ĐIỂM ĐÔNG ĐẶC ........................................................................... 31 II.15. HÀM LƢỢNG CLO .......................................................................... 31 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 10 1 II.16. SỰ PHA TẠP NHIÊN LIỆU ............................................................. 31 II.17. CẶN KHÔNG TAN .......................................................................... 32 II.18. CHỈ SỐ KẾT TỦA ........................................................................... 32 II.19. CHỈ SỐ XÀ PHÒNG HÓA ............................................................... 32 II.20. ĐỘ BỀN OXI HÓA .......................................................................... 33 CHƢƠNG III: TÍNH NĂNG SỬ DỤNG VÀ CÁC PHÉP THỬ TÍNH NĂNG CỦA DẦU NHỜN. ......................................................................... 35 III.1. TÍNH NĂNG SỬ DỤNG CỦA DẦU NHỜN ..................................... 35 III.2. CÁC PHÉP THỬ TÍNH NĂNG CỦA DẦU NHỜN .......................... 36 III.2.1. CÁC PHÉP THỬ CHỐNG MÀI MÒN.................................... 36 III.2.2. ĐỘ ĂN MÒN TẤM ĐỒNG .................................................... 37 III.2.3. TÍNH TẠO NHỦ ..................................................................... 38 III.2.4. PHÉP THỬ ĐỘ BỌT............................................................... 38 III.2.5. ĐỘ BỀN OXI HÓA ................................................................ 39 III.2.6. ĐỘ BỀN NHIỆT...................................................................... 40 III.2.7. CHỐNG GỈ .............................................................................. 40 CHƢƠNG IV: TÍNH CHẤT HỌC VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM SẠCH DẦU NHỜN GỐC .......................................................................... 42 IV.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DẦU NHỜN ................................. 42 IV.1.1. CÁC HỢP CHẤT HYDROCACBON ..................................... 42 IV.1.2. CÁC THÀNH PHẦN KHÁC: ................................................. 46 IV.2. ĐẶC TÍNH NGUYÊN LIỆU DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT DẦU NHỜN: 47 IV.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG SẢN XUẤT DẦU NHỜN CHUNG: ................. 49 IV.3.1. CHƢNG CẤT ........................................................................ 50 IV.3.2. QUÁ TRÌNH TRÍCH LY CHIẾT BẰNG DUNG MÔI .......... 53 IV.3.3. QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP ..................................................... 54 IV.3.4. LÀM SẠCH BẰNG AXIT SUNFURIC VÀ ĐẤT SÉT ......... 55 IV.3.5. QUÁ TRÌNH TÁCH ATPHAN BẰNG PROPAN ................. 55 IV.3.6. LÀM SẠCH BẰNG HYDRO ................................................ 55 IV. 4 PHỤ GIA VÀ PHA CHẾ PHỤ GIA CHO DẦU NHỜN: .................. 56 IV.4.1. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................. 56 IV.4.2. CÁC CHỦNG LOẠI PHỤ GIA .............................................. 56 Phần II:Phƣơng pháp tái sinh dầu nhờn và thực nghiiệm ....................... 61 Chƣơng I: Cơ Sở Lý Thuyết phƣơng pháp tái sinh ............................... 61 I.1. Giới thiệu chung..................................................................................... 61 I.2. Nguyên nhân làm thay đổi tính chất dầu nhờn ........................................ 62 I.2.1. Sự Oxi hóa ................................................................................. 63 I.2.2. Sự nhiễm bẩn bởi các tạp chất .................................................... 65 I.2.3. Sự làm loãng bởi nhiên liệu ........................................................ 65 I.2.4. Sự phân hủy bởi nhiệt ................................................................. 66 I.3. Bản chất của quá trình tái sinh dầu nhờn thải ......................................... 66 I.4. Các phƣơng pháp tái sinh dầu nhờn thải ................................................. 67 I.4.1. Các phƣơng pháp vật lý ............................................................ 67 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn Thải Trường ĐHBK Hà Nội Trần Thị Thanh Hiên, Lớp HD-K44QN 10 2 I.4.2. Các phƣơng pháp hóa lý ........................................................... 68 I.4.3. Các phƣơng pháp hóa học......................................................... 70 I.5. Đánh giá các phƣơng pháp tái sinh dầu nhờn thải................................... 71 I.6. Các phát minh trong lĩnh vực tái sinh dầu nhờn ..................................... 71 I.7. Tình hình tái sinh dầu nhờn thải ở Việt Nam .......................................... 73 Chƣơng II: Thực nghiệm ........................................................................... 73 II.1. Mục đích và cơ sở hoá học của từng bƣớc tiến hành ............................ 74 II.1.1. Khử nƣớc ................................................................................. 74 II.1.2. Làm sạch bằng axit sunfuaric H2SO4 ........................................ 74 II.1.3. Trung hoà kiềm ........................................................................ 79 II.1.4. Hấp phụ.................................................................................... 80 II.2. Cánh đánh giá kết quả ........................................................................... 82 II.2.1. Đo độ màu sản phẩm ................................................................ 82 II.2.2. Đo độ nhớt theo phƣơng pháp .................................................. 83 II.2.3. Xác định lƣợng kiềm dƣ trong dầu nhờn . ................................ 84 II.2.4. Xác định mật độ bằng phù kế ................................................... 85 II.3. Sơ đồ mô tả các bƣớc nghiên cứu ........................................................ 86 II.4. Kết quả thực nghiệm và thảo luận ........................................................ 86 II.4.1. Xử lý axit sunfuric .................................................................. 86 II.4.2. Trung hoà kiềm ....................................................................... 90 II.4.3. Hấp phụ ................................................................................... 91 Kết luận ....................................................................................................... 95 Tài liệu tham khảo ..................................................................................... 98