Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC BỘ MÔN HÓA HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NGUỒN MỠ CÁ TRA CÁ BASA ĐỂ ĐIỀU CHẾ DẦU NHỜN SINH HỌC
Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện TS. BÙI THỊ BỬU HUÊ HUỲNH VĂN CẦN MSSV: 2041706 LỚP: CỬ NHÂN HÓA HỌC KHÓA: 30 Cần Thơ tháng 6 năm 2008
LỜI CẢM ƠN # " Em xin chân thành cảm ơn cô Bùi Thị Bửu Huê, người đã cho em những ý tưởng khoa học, đã chỉ dạy, hướng dẫn tận tình, cô đã truyền đạt kiến thức cũng như các phương pháp cần thiết để xử lý một vấn đề khoa học. Em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong bộ môn Hóa - Khoa Khoa Học và thầy cô trong trường Đại Học Cần Thơ, quý thầy cô đã tận tâm truyền đạt những kiến thức rất quý báo giúp em tự tin giải quyết một vấn đề khoa học. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình là điểm tựa về mặt tinh thần vững chắc cho tôi trong suốt bốn năm đại học và xin chân thành cảm ơn đến tất cả những người bạn đã động viên, giúp đỡ giúp tôi hoàn thành luận văn này. Cần Thơ, ngày 1 tháng 6 năm 2008 HUỲNH VĂN CẦN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " Cần Thơ, ngày tháng năm PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP # " 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Bộ Môn Hóa Học – Khoa Khoa Học – Trường Đại Học Cần Thơ. 4. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 5. Mục đích của đề tài: Hiện nay, dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 120.000 tấn dầu bôi trơn mà toàn bộ lượng dầu này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng dầu thành phẩm hoặc dầu gốc cùng với các loại phụ gia. Trong khi đó hầu như toàn bộ dầu đã qua sử dụng lại dùng không đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường theo chiều hướng xấu. nước về dầu nhờn sinh học như nghiên cứu của nhà hoá học Girma Biresaw làm việc tại cơ quan nghiên cứu nông nghiệp (ARS) thuộc bộ nông nghiệp Mỹ đã nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật, trong nước một nhóm nhà khoa học của đại học quốc gia Hà Nội đã nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật để sản xuất chất bôi trơn tại Việt Nam. Các loại dầu được khảo sát là dầu dừa, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su, dầu sở, nhưng chưa thấy đề cập đến nguồn mỡ cá basa. Chính vì vậy chúng tôi chọn hướng nghiên cứu là “nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. Nghiên cứu này không những giúp giải quyết vấn đề về môi trường mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, sạch thân thiện với môi trường. 6. Nội dung chính Khảo sát các điều kiện tốt nhất để tổng hợp dầu nhờn sinh học từ mỡ cá basa bằng phương pháp khuấy cơ học thông thường có gia nhiệt bao gồm: • Tỉ lệ mol phản ứng giữa methyl este với trimethylolpropan • Lượng xúc tác • Thời gian phản ứng • Nhiệt độ phản ứng • Áp suất Trên cơ sở điều kiện tốt nhất tìm được ở phương pháp khuấy cơ học thông thường sẽ nghiên cứu ứng dụng phương pháp vi sóng. DUYỆT CỦA BỘ MÔN ĐỀ NGHỊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " Cần Thơ, ngày tháng năm PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP # " 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Bộ Môn Hóa Học – Khoa Khoa Học – Trường Đại Học Cần Thơ. 4. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 5. Mục đích của đề tài: Hiện nay, dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 120.000 tấn dầu bôi trơn mà toàn bộ lượng dầu này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng dầu thành phẩm hoặc dầu gốc cùng với các loại phụ gia. Trong khi đó hầu như toàn bộ dầu đã qua sử dụng lại dùng không đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường theo chiều hướng xấu. Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp nước về dầu nhờn sinh học như nghiên cứu của nhà hoá học Girma Biresaw làm việc tại cơ quan nghiên cứu nông nghiệp (ARS) thuộc bộ nông nghiệp Mỹ đã nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật, trong nước một nhóm nhà khoa học của đại học quốc gia Hà Nội đã nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật để sản xuất chất bôi trơn tại Việt Nam. Các loại dầu được khảo sát là dầu dừa, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su, dầu sở, nhưng chưa thấy đề cập đến nguồn mỡ cá basa. Chính vì vậy chúng tôi chọn hướng nghiên cứu là “nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra, cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. Nghiên cứu này không những giúp giải quyết vấn đề về môi trường mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, sạch thân thiện với môi trường. 6. Nội dung chính Khảo sát các điều kiện tốt nhất để tổng hợp dầu nhờn sinh học từ mỡ cá basa bằng phương pháp khuấy cơ học thông thường có gia nhiệt bao gồm: • Tỉ lệ mol phản ứng giữa metyl este với trimethylolpropan • Lượng xúc tác • Thời gian phản ứng • Nhiệt độ phản ứng • Áp suất Trên cơ sở điều kiện tốt nhất tìm được ở phương pháp khuấy cơ học thông thường sẽ nghiên cứu ứng dụng phương pháp vi sóng. DUYỆT CỦA BỘ MÔN ĐỀ NGHỊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP Nhận xét và đánh giá của cán bộ hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 4. Nội dung nhận xét a. Nhận xét về hình thức .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp ƒ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... ƒ Những vấn đề còn hạn chế: c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... d. Kết luận, đề nghị và điểm: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... Cần thơ, ngày tháng 6 năm 2008 Cán bộ hướng dẫn Nhận xét và đánh giá của cán bộ phản biện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ chấm phản biện: ..................................................................................... 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 4. Nội dung nhận xét a. Nhận xét về hình thức .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp ƒ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... ƒ Những vấn đề còn hạn chế: c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... d. Kết luận, đề nghị và điểm: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... Cần thơ, ngày tháng 6 năm 2008 Cán bộ phản biện MỤC LỤC # " LỜI CÁM ƠN ..........................................................................................................i PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP .......................................ii NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.............................iv NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN................................vi MỤC LỤC .......................................................................................................... viii DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ ........................................................................xv PHẦN MỘT: GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................1 PHẦN HAI: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .............................................................4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN .....................................................5 I. Khái niệm ...........................................................................................................5 II. Lịch sử phát triển của dầu nhờn ........................................................................5 III. Công dụng của dầu nhờn .................................................................................6 III.1. Bôi trơn máy .................................................................................................6 III.2. Chống ăn mòn kim loại.................................................................................6 III.3. Làm mát máy ................................................................................................7 III.4. Làm kín máy .................................................................................................8 III.5. Làm sạch máy ...............................................................................................9 III.5. Chức năng bảo vệ bề mặt..............................................................................9 IV. Thành phần của dầu nhờn................................................................................9 IV.1. Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ .......................................................................10 IV.1.1. Thành phần hydrocacbon của dầu gốc ....................................................10 IV.2. Dầu nhờn tổng hợp .....................................................................................11 IV.2.1. Nhóm hydrocacbon tổng hợp ..................................................................12 IV.2.2. Nhóm các este hữu cơ..............................................................................12 IV.2.3. Nhóm este photphat .................................................................................13 IV.2.4. Nhóm polyalkyl glycol ............................................................................13 V. Phân loại dầu nhờn..........................................................................................14 V.3. Phân loại theo ý nghĩa sử dụng ....................................................................15 VI. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn ...........................................................16 VI.1. Khối lượng riêng và tỉ trọng ......................................................................16 VI.2. Màu sắc của dầu nhờn ................................................................................16 VI.3. Độ nhớt của dầu nhờn.................................................................................17 VI.4. Chỉ số độ nhớt.............................................................................................17 VI.5. Tính bay hơi của dầu nhờn .........................................................................17 VI.6. Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn ............................................................17 VI.7. Độ sạch của dầu nhờn.................................................................................19 VI.8. Độ ổn định oxi hóa .....................................................................................19 VI.9. Tính tạo bọt của dầu bôi trơn......................................................................19 VI.10. Tính tạo nhũ và tính tách nhũ của dầu bôi trơn ........................................19 VII. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut ................................................20 VII.1. Giới thiệu về mazut ...................................................................................20 VII.2. Quy trình công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut..............................21 VII.2.1. Chưng cất chân không............................................................................21 VIII.2.2. Các quá trình trích ly, chiết tách bằng dung môi ..................................21 VII.2.3. Quá trình tách sáp...................................................................................21 VII.2.4. Quá trình làm sạch bằng hidro ...............................................................21 CHƯƠNG II: DẦU NHỜN SINH HỌC .............................................................23 I. Khái niệm .........................................................................................................23 II. Ưu điểm và nhược điểm của dầu nhờn sinh học .............................................23 II.1. Ưu điểm........................................................................................................23 II.2. Nhược điểm ..................................................................................................24 III. Vấn đề sử dụng và nghiên cứu dầu nhờn sinh học trong và ngoài nước .......24 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ CÁ BASA VÀ PHƯƠNG PHÁP TRANSESTER HÓA ...........................................................................................26 I. Giới thiệu về cá basa và thành phần hóa học của dầu mỡ................................26 I.1. Các đặc điểm chính của cá basa ....................................................................26 I.2. Thành phần hóa học của dầu mỡ ...................................................................27 I.3. Các loại axit béo trong mỡ cá basa................................................................28 I.4. Ứng dụng của mỡ cá basa ..............................................................................29 II. Phương pháp transester hóa dầu mỡ ...............................................................30 II.1. Các loại xúc tác dùng trong phản ứng transester hóa ..................................32 II.1.1. Sử dụng xúc tác axit ..................................................................................32 II.1.2. Sử dụng xúc tác bazơ ................................................................................32 II.1.3. Sử dụng xúc tác enzym .............................................................................34 II.1.4. Sử dụng xúc tác zeolit ...............................................................................34 PHẦN BA: THỰC NGHIỆM ...........................................................................35 CHƯƠNG I: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................36 I. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................36 II. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................38 II.1. Cơ sở để dự đoán các vết xuất hiện trên bảng mỏng ...................................38 CHƯƠNG II: PHẦN THỰC NGHIỆM ..............................................................40 I. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ nghiên cứu .........................................................40 I.1. Hóa chất .........................................................................................................40 I.2. Thiết bị và dụng cụ ........................................................................................40 II. Điều chế metyl este của các axit béo ..............................................................40 II.1. Chuẩn bị nguyên liệu ...................................................................................40 II.2. Xử lý sơ bộ nguyên liệu ...............................................................................41 II.3. Đánh giá chất lượng nguyên liệu .................................................................41 II.3.1. Chỉ số axit .................................................................................................41 II.3.2. Chỉ số xà phòng.........................................................................................42 II.3.3. Chỉ số iod ..................................................................................................43 II.3.4. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng.............................................44 II.4. Điều chế metyl este của các axit béo ...........................................................44 III. Điều chế dầu nhờn sinh học...........................................................................47 III.1. Quá trình thực hiện .....................................................................................47 III.2. Kết quả khảo sát..........................................................................................49 III.2.1. Khảo sát tỉ lệ mol .....................................................................................49 III.2.2. Khảo sát lượng xúc tác ...........................................................................50 III.2.3. Khảo sát nhiệt độ .....................................................................................51 III.2.4. Khảo sát thời gian ....................................................................................52 III.4. Phân tích thành phần sản phẩm ..................................................................54 PHẦN BỐN: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................58 PHẦN PHỤ LỤC Danh sách hình và sơ đồ
DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ # " Danh Mục  Trang   Hình    Hình 1: Ký hiệu chỉ loại dầu nhờn “10W-30” được bán ở Mỹ  14   Hình 2: Thang đo ăn mòn mảnh đồng  18   Hình 3: Dầu nhờn sinh học  24   Hình 4: Cá basa  27   Hình 5: Sắc ký lớp mỏng  40   Hình 6: Cấu trúc của silica gel  40   Hình 7: Cấu trúc của mono-, di, trieste  41   Hình 9: Dầu nhờn sinh học từ mỡ cá basa  51   Hình 10: Bản mỏng ứng với tỉ lệ 3.7 : 1  52   Hình 11: Bản mỏng ứng với xúc tác 0.7%  53   Hình 12: Bản mỏng ứng với xúc tác 1.5%  53   Hình 13: Bản mỏng ứng với nhiệt độ 145°C  54   Hình 14: Kết quả sắc ký bản mỏng ứng với phương pháp vi sóng  55   Sơ đồ    Sơ đồ 1: Các phân đoạn của dầu mỏ và ứng dụng  20   Sơ đồ 2: Quy trình sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut  23   Sơ đồ 3: Cơ chế phản ứng transester hóa  32   Sơ đồ 4: Điều chế dầu nhờn sinh học từ mỡ cá basa  39   Sơ đồ 5: Xử lý nguyên liệu  43   Sơ đồ 6: Quy trình điều chế metyl este của các axit béo  48   Sơ đồ 7: Quy trình điều chế dầu nhờn sinh học  50   xii CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Chữ viết tắt    EtOAc  Etyl axetat   PE  Ete dầu hỏa   DNSH  Dầu nhờn sinh học   ME  Metyl este   PHẦN MỘT GIỚI THIỆU CHUNG A. Phần đặt vấn đề Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghiệp hiện đại đã và đang xâm nhập vào mọi khía cạnh trên thế giới và xu hướng quốc tế hóa nên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển ấy đòi hỏi phải có sự bền vững. Để có sự phát triển bền vững thì môi trường cũng phải bền vững theo chiều hướng tốt. Tuy nhiên thực trạng hiện nay trong nước cũng như trên thế giới vấn đề bức xúc của xã hội là vấn đề ô nhiễm môi trường. Trong đó các sản phẩm từ dầu mỏ như dầu nhờn đã qua sử dụng, các khí thải từ các động cơ các phế phẩm từ ngành chế biến lương thực thực phẩm như mỡ cá tra, cá basa đã góp phần không nhỏ vào sự ô nhiễm môi trường. Hiện nay, dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 120.000 tấn dầu bôi trơn mà toàn bộ lượng dầu này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng dầu thành phẩm hoặc dầu gốc cùng với các loại phụ gia. Trong khi đó hầu như toàn bộ dầu đã qua sử dụng lại dùng không đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường theo chiều hướng xấu. Trước thực trạng trên cần phải có những nghiên cứu tận dụng các nguồn phế phẩm trên góp phần bảo vệ môi trường. Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về dầu nhờn sinh học như nghiên cứu của nhà hoá học Girma Biresaw làm việc tại cơ quan nghiên cứu nông nghiệp (ARS) thuộc bộ nông nghiệp Mỹ đã nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật, trong nước một nhóm nhà khoa học của đại học quốc gia Hà Nội đã nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật để sản xuất chất bôi trơn tại Việt Nam. Các loại dầu được khảo sát là dầu dừa, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su, dầu sở, nhưng chưa thấy đề cập đến nguồn mỡ cá basa. Chính vì vậy chúng tôi chọn hướng nghiên cứu là “nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. Nghiên cứu này không những giúp giải quyết vấn đề về môi trường mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, sạch thân thiện với môi trường. B. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phản ứng transester hóa giữa trimethylolpropan với methyl este, xúc tác là sodium methylate theo hai phương pháp: ƒ Phương pháp khuấy từ gia nhiệt có gắn hệ thống áp suất kém ƒ Phương pháp vi sóng Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm thu được ứng với các điều kiện tối ưu tìm được.
PHẦN HAI LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN I. Khái niệm Dầu nhờn được chế luyện từ dầu mỏ, nó có thể có màu đen nâu hay màu lục. Phạm vi độ sôi khoảng 350°C và tỉ trọng d= 0.88 - 0.95. II. Lịch sử phát triển của dầu nhờn [13] Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó dùng dầu ôliu. Khi dầu ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác. Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut (chiếm 70 – 90 %) không được sử dụng và coi như bỏ đi. Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển thì lượng cặn mazut càng ngày càng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi. Lúc đầu người ta lấy cặn dầu mỏ pha thêm vào dầu thảo mộc hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp để tạo ra dầu bôi trơn, nhưng chỉ ít lâu sau người ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế tạo ra dầu nhờn. Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo được dầu nhờn từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp. Nhà bác học người Nga nổi tiếng D. I. Mendeleep chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề dùng mazut để chế tạo ra dầu nhờn. Năm 1870 – 1871, Ragorzin đã xây dựng một xưởng thí nghiệm dầu nhờn nhỏ. Năm 1876 – 1877, Ragorzin xây dựng ở Balakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiên trên thế giới. Nhà máy này đã sản xuất được bốn loại dầu nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa đông. Các mẫu dầu nhờn của Ragorzin đã được mang đến triển lãm quốc tế tại Pari năm 1878 và đã gây được sự chú ý đối với chuyên gia các nước. Phát huy kết 1879, Ragorzin cho xây dựng ở Conxtantinôp nhà máy thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu. Chính Mendeleep cũng đã làm việc ở các phòng thí nghiệm và những phân xưởng của nhà máy này vào những năm 1880 – 1881. Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của ông, ngành sản xuất dầu nhờn đã được xây dựng và chỉ trong vòng mấy năm sau đó, ngành chế tạo dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử chế tạo chất bôi trơn. III. Công dụng của dầu nhờn [7] III.1. Bôi trơn máy Dầu nhờn có nhiều công dụng trong đó công dụng quan trọng nhất là bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết, làm giảm ma sát, do đó làm giảm tổn thất cơ giới trong động cơ nên làm tăng hiệu suất có ích của toàn động cơ. Nguyên nhân của việc giảm ma sát là do khi bôi trơn sẽ có sự thay thế ma sát trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng ma sát nội tại của màng chất bôi trơn thể lỏng ngăn cách các chi tiết máy. Ma sát nội tại giữa các màng chất lỏng này luôn nhỏ hơn nhiều so với các dạng ma sát khác. III.2. Chống ăn mòn kim loại III.2.1. Nguyên nhân của sự mài mòn kim loại Nước là nguyên nhân góp phần gây nên sự rỉ sét của các chi tiết được chế tạo từ kim loại. Một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sinh ra một thể tích nước. Mặc dù phần lớn nước ở thể hơi và thoát ra ống xả, tuy nhiên vẫn còn một ít đọng lại trong lòng xylanh. Hiện tượng này thường xảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm, thêm vào đó các sản phẩm phụ sinh ra do nhiên liệu cháy dở, ngoài ra còn các chất axit được tạo thành do sự oxi hóa dầu, vì vậy khả năng tạo rỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng. Các chi tiết cần được bảo vệ chống lại sự ăn mòn và chống rỉ. III.2.2. Chống ăn mòn kim loại của dầu nhờn Dầu nhờn sẽ tạo một lớp màng mỏng phủ trên bề mặt các chi tiết ma sát có tác dụng chống rỉ trong thời gian ngừng hoạt động, nhất là những bộ phận ẩm ướt. Ngoài ra dầu nhờn còn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền các chất axit được sinh ra từ các loại nhiên liệu nhiều lưu huỳnh trong động cơ diesel. III.3. Làm mát máy III.3.1. Mục đích của việc làm mát Việc làm mát nhằm làm giảm nhiệt độ của các chi tiết máy. III.3.2. Sự cần thiết của việc sử dụng dầu nhờn Nhiều người cho rằng việc làm mát động cơ hoàn toàn dựa vào hệ thống nước làm mát. Trên thực tế hệ thống nước làm mát chỉ thực hiện được 60% công việc làm mát. Nước chỉ làm mát phần trên động cơ là các đỉnh xylanh, lòng xylanh và các van còn trục khuỷu, các ổ đỡ, trục cam, các bánh răng, pittong và nhiều chi tiết khác được làm mát bằng dầu nhờn. Qua số liệu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ cháy thường là 1090 – 1650°C, những phần chính của van có thể lên tới 540 – 1095°C, nhiệt độ pittông có thể lên tới 540°C. Thiếc (Sn) và chì (Pb) là hai kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp, được dùng chế tạo các chi tiết trong bạc đỡ. Chúng thường mềm ra ở 180°C và nóng chảy ở 232°C (Sn) và 327°C (Pb). Vì vậy nếu như không sử dụng dầu nhờn để tản bớt nhiệt sẽ làm cho kim loại của vòng bi nóng chảy ra và bị phá hủy. III.3.3. Nguyên nhân sinh nhiệt của động cơ Nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu của động cơ là do ma sát giữa các bề mặt của chi tiết bên trong động cơ và do quá trình cháy của nhiên liệu. III.3.4. Quá trình làm mát Dầu nhờn ở trạng thái lỏng chảy qua các bề mặt ma sát và mang theo nhiệt sẽ làm mát vật liệu. Chức năng làm mát đòi hỏi dầu phải chịu nhiệt cao, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao. III.4. Dầu nhờn làm kín máy Ở một số động cơ ô tô tại vị trí piston, máy phát, bơm thủy lực làm việc ở áp suất cao, do đó yêu cầu độ kín cao. Vì vậy dầu nhờn dựa vào khả năng bám dính và tạo màng lấp kín các khe hở, bảo đảm quá trình làm việc bình thường cho thiết bị. III.5. Dầu nhờn làm sạch máy Dầu nhờn sẽ có tác dụng cuốn trôi các vẩy tróc, sau đó các cặn bẩn sẽ bị giữ lại tại các bộ phận lọc của hệ thống bôi trơn. Trong động cơ diesel, khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than sẽ bám cặn trên thành piston gây cháy xecmăng, làm nghẽn các bộ lọc. Trong động cơ dùng xăng pha chì, khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muội chì. Các hiện tượng trên góp phần tạo ra hai loại cặn trong dầu nhờn trong quá trình làm việc: cặn bùn và cặn cứng. - Cặn bùn được tạo thành do sự kết hợp giữa hơi nước, bụi, sản phẩm xuống cấp và nhiên liệu cháy chưa hoàn toàn. Cùng với thời gian cặn bùn sẽ tích tụ nhiều, đóng cục lại sẽ làm hạn chế sự lưu thông của dầu nhờn. - Cặn cứng là sản phẩm của quá trình oxi hóa các hợp phần kém ổn định có trong dầu tại nhiệt độ và áp suất cao. Cặn cứng làm thành lớp áo cứng trêncác chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ. Động cơ không thể làm việc một cách bình thường nếu cặn cứng tích tụ nhiều trên các chi tiết của máy. Dầu nhờn với phụ gia tẩy rửa sẽ có tác dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn bùn, cặn cứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch sẽ tạo điều kiện cho động cơ hoạt động tốt. III.6. Chức năng bảo vệ bề mặt Sự tiếp xúc các chi tiết máy với các tác nhân gây ăn mòn như: oxy, độ ẩm của không khí, khí thải hay khí cháy từ nhiên liệu đốt trong động cơ hay các lò đốt, môi trường làm việc dẫn đến bề mặt vật liệu bị oxy hóa hay bị ăn mòn. Vì vậy dầu nhờn có tác dụng tạo lớp màng bao phủ bề mặt các chi tiết ngăn cách sự tiếp xúc với các yếu tố môi trường. IV. Thành phần của dầu nhờn Dầu nhờn thương phẩm bao gồm hai hợp phần là dầu gốc (base lubes) và phụ gia (additives). Dầu gốc được sử dụng nhiều nhất là các phân đoạn dầu khoáng gốc dầu mỏ, được chế biến theo công nghệ truyền thống. Ngoài ra còn có thể dùng một số loại dầu gốc tổng hợp hay dầu gốc động thực vật. IV.1. Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ có nhiều chủng loại. Tuy vậy chúng được sản xuất từ quy trình pha trộn trên cơ sở bốn loại nguyên liệu là: - Phân đoạn dầu nhẹ (light fraction) : sôi trong khoảng 350 – 400°C. - Phân đoạn dầu trung bình (midle fraction): sôi trong khoảng 400 – 450°C. - Phân đoạn dầu nặng (heavy neutral): sôi trong khoảng 450 – 500°C. - Phân đoạn dầu cặn (bright stock): sôi khoảng trên 500°C. Thông thường có bốn loại dầu gốc tương ứng với bốn phân đoạn chưng cất nói trên là : dầu gốc SN 150, dầu gốc SN 300, dầu gốc SN 450, và dầu gốc cặn BS 150. Với: SN (Solvent Neutral – chỉ dầu trung tính làm sạch bằng dung môi). BS (Bright Stock – dầu cặn). 150; 300; 450 chỉ độ nhớt quy ước ở 100°F (37,8°C). Cần lưu ý rằng bốn phân đoạn dầu nhờn với độ sôi đã chỉ ra ở trên chỉ mang tính chất tương đối. Trong sản xuất, tùy thuộc loại dầu thô đem chế biến cũng như những yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế người ta có thể chia bốn phân đoạn dầu nhờn theo những phạm vi độ sôi khác nhau sao cho hợp lý và kinh tế nhất. IV.1.1. Thành phần hydrocacbon của dầu gốc Thành phần chủ yếu của dầu bôi trơn là các hợp phần hydrocacbon, bao gồm các nhóm khác nhau: a. Nhóm hydrocacbon naphtalen – parafin Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu bôi trơn, hàm lượng của chúng có thể lên tới 40 – 80% tùy thuộc loại dầu mỏ. Nhóm này có cấu trúc chủ yếu là hydrocacbon vòng naphtalen, có kết hợp với nhánh alkyl hoặc iso-alkyl. Số cacbon trong phân tử có thể từ 20 – 70 nguyên tử cacbon. Loại hydrocacbon này có tính bôi trơn tốt, có tính ổn định hóa học tốt, do đó chúng là thành phần tốt của dầu bôi trơn. Ngoài ra còn có các hydrocacbon dạng n-parafin và iso-parafin với hàm lượng không lớn. b. Nhóm hydrocacbon thơm và naphtalen thơm Nhóm này bao gồm các hợp chất trong dãy đồng đẳng của benzen, naphtalen. Đôi khi còn có đồng đẳng của phenantren và antraxen. Một hợp phần nữa là các hydrocacbon hỗn tạp, bao gồm trong phân tử cả vòng thơm và naphtalen. Nhóm hydrocacbon này dễ bị oxy hóa tạo ra các hợp chất keo nhựa, đồng thời có tính bôi trơn thay đổi nhiều theo nhiệt độ, do đó chúng là hợp phần làm giảm chất lượng dầu thương phẩm. c. Nhóm hydrocacbon rắn Các hydrocacbon rắn có trong nguyên liệu sản xuất dầu bôi trơn khoảng 40 – 50%. Phần lớn những hợp chất này được loại khỏi dầu bôi trơn nhờ quy trình tách lọc parafin. Tùy kĩ thuật tách lọc mà nhóm hydrocacbon rắn này được tách triệt để hay không, nhưng dù sao chúng vẫn còn tồn tại trong dầu với hàm lượng nhỏ sự có mặt của nhóm hydrocacbon này làm tăng nhiệt độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở nhiệt độ thấp, nhưng lại làm tăng tính ổn định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định chống oxi hóa. Nhóm này có hai loại hydrocacbon rắn là parafin rắn có thành phần chủ yếu là alkan có mạch cacbon lớn hơn 20 và xerezin là hỗn hợp các hydrocacbon naphten có mạch nhánh alkyl dạng thẳng hoặc dạng nhánh và một lượng không đáng kể hydrocacbon rắn có vòng thơm và mạch nhánh alkyl. Ngoài những thành phần chủ yếu kể trên trong dầu bôi trơn còn có các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy tồn tại ở các hợp chất nhựa, asphalten. Đây là những thành phần làm giảm chất lượng của dầu bôi trơn, chúng có màu sẫm, dễ bị biến chất, tạo cặn trong dầu khi làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Tuy nhiên sự có mặt của chúng với hàm lượng nhỏ sẽ làm tăng tính bám dính của dầu nhờn đối với bề mặt kim loại giúp cho khả năng chống ăn mòn, mài mòn các chi tiết máy. IV.2. Dầu nhờn tổng hợp Dầu nhờn tổng hợp có nguồn gốc là sản phẩm của những phản ứng hóa học . Dầu nhờn tổng hợp ra đời do sự đòi hỏi phát triển của công nghiệp chế tạo động cơ và các loại thiết bị. Chế độ làm việc của các bề mặt ma sát, các chi tiết máy ngày càng khắc nghiệt và phức tạp hơn. Trong điều kiện đó dầu nhờn gốc khoáng biểu hiện những nhược điểm không dễ khắc phục như tính ổn định hóa học, tính ổn định nhiệt không cao, khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp không tốt, không đáp ứng đòi hỏi bôi trơn tốt trong phạm vi nhiệt độ rộng,… Do đó từ những năm 30 của thế kỷ 20, người ta đã đề xuất việc sử dụng một số hợp chất hữu cơ để bôi trơn, đó là dầu nhờn tổng hợp. Nhờ tính ưu việt của dầu nhờn tổng hợp là có thể làm việc trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn, trơ về mặt hóa học, ít tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại,…mà dầu nhờn tổng hợp ngày càng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như dùng làm dầu nhờn động cơ, dầu bánh răng,… Dầu nhờn tổng hợp gồm bốn nhóm chủ yếu là hydrocacbon tổng hợp, các este hữu cơ, các este photphat và các polyglycol. IV.2.1. Nhóm hydrocacbon tổng hợp Hydrocacbon tổng hợp được sản xuất nhờ quá trình polyme hóa các olefin, alkyl hoá các olefin hay các clo – parafin bằng benzen, ngưng tụ - khử clo các dẫn xuất clo – parafin, trên thực tế thường dùng các chất như polyisobuten, các oligome của các olefin, các polyalkylbenzen… Bản chất hóa học của chúng là các hydrocacbon khá tinh khiết. Hydrocacbon tổng hợp là loại dầu tổng hợp phát triển nhanh nhất, chúng thường được sản xuất từ các nguyên liệu lấy từ dầu thô. Khác với dầu bôi trơn gốc khoáng, các hydrocacbon có giới hạn sôi hẹp, nhiệt độ đông đặc thấp, độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ. Về chất lượng nhóm dầu tổng hợp này không thua kém dầu chế biến bằng công nghệ hydrocracking. Ngoài ra khả năng tiếp nhận phụ gia của chúng khá tốt. Một trong những loại dầu tổng hợp thuộc nhóm này được dùng phổ biến là dầu polyalphaolefin (PAOs) dùng bôi trơn trong động cơ ô tô và trong công nghiệp, rất phổ biến ở Mỹ và Châu Âu. IV.2.2. Nhóm các este hữu cơ Các este hữu cơ dùng làm dầu nhờn tổng hợp bao gồm các este diaxit và các este polyol có công thức hóa học như sau: O O R O C (CH2)n C O R CH2 HO CH2 C CH2 OH CH2 OH OH R: gốc hydrocacbon Este diaxit polyglycol Các este diaxit được điều chế từ phản ứng của diaxit với rượu chứa một nhóm hydroxyl. Dầu tổng hợp gốc este diaxit có nhiệt độ đông đặc rất thấp, độ bền nhiệt cao và khả năng tẩy rửa tốt. Chúng được dùng chủ yếu làm dầu gốc hoặc một thành phần của dầu gốc trong pha chế các dầu động cơ ô tô và dầu máy nén khí. Các este polyol được điều chế từ polyglycol và monoaxit no. Các axit điển hình được dùng có từ 5 – 10 nguyên tử cacbon lấy từ nguồn dầu động thực vật. Dầu tổng hợp gốc este polyol có nhiệt độ đông đặc -30 tới -70°C, chỉ số độ nhớt 120 – 160, độ bền nhiệt khá cao. Chúng được dùng phổ biến nhất để pha chế dầu máy bay phản lực kiểu mới, pha chế dầu động cơ ôtô, máy nén khí,… IV.2.3. Nhóm este photphat Ưu điểm của este photphat là tính chịu nhiệt cao hơn nhiều so với dầu khoáng và tính bôi trơn cũng tốt hơn. Một lượng đáng kể sản phẩm này được dùng làm chất bôi trơn cho máy nén những nơi ở nhiệt độ cao, tránh sự bén lửa thường xảy ra đối với những loại dầu khoáng thông thường. Cấu trúc điển hình của este photphat như sau: O (A r) R O P  O R (Ar) O R (Ar) R: nhóm alkyl Ar: nhóm thơm IV.2.4. Nhóm polyalkyl glycol Nhóm polyalkyl glycol (PAGs) là những hợp chất polyme được tổng hợp trên cơ sở các monome, mà chất đơn giản nhất trong nhóm này là etylen glycol, ngoài ra còn có những polyme của etylen hoặc propylen oxit hoặc của cả hai. Cũng có dạng polyglycoete như: H – ( OCH2 – CH2)n – OH Các polyalkyl glycol có hai loại là tan trong nước và không tan trong nước Polyalkyl glycol tan trong nước được dùng rộng rãi làm dầu phanh (dầu thắng) thủy lực, làm chất lỏng thủy lực chịu lửa trong gia công cắt gọt kim loại, trong chế biến cao su tổng hợp… Polyalkyl glycol không tan trong nước dùng pha chế các loại dầu thủy lực công nghiệp, dầu bôi trơn các máy nén lạnh kiểu trục vít…Chúng được sử dụng tốt ở nhiệt độ môi trường thấp, đồng thời cũng đảm bảo bôi trơn ở nhiệt độ rất cao. Ngoài ra còn có các nhóm dầu tổng hợp khác như các hợp chất chứa halogen chủ yếu là: flo, clo, các hợp chất hữu cơ chứa silic như: este silicat, silicon và silan, các amin thơm, những dẫn xuất của cacbamit, các hợp chất dị vòng chứa nitơ, bo, photpho…Tóm lại dầu nhờn gốc tổng hợp ngày càng phát triển về chủng loại và tăng nhanh về khối lượng sử dụng. V. Phân loại dầu nhờn V.1. Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt [5]
nào đó. Theo phương pháp này, các nhà sản xuất dầu nhớt thống nhất dùng cách phân loại của hiệp hội kỹ sư ôtô Mỹ SAE (Society of Automotive Engineers). Cách phân loại của SAE tùy thuộc vào sản phẩm dầu đó là đơn cấp hay đa cấp. Dầu đa cấp có độ nhớt thỏa mãn ở nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau còn dầu đơn cấp chỉ đáp ứng ở một nhiệt độ Hình 1: Ký hiệu chỉ loại dầu nhờn "10W-30" của Castrol được bán ở Mỹ Hệ thống phân loại của SAE khá phức tạp, nó liên quan tới nhiều khái niệm khác nhau. Đối với dầu đa cấp, sau chữ SAE là các ký hiệu như 5W, 10W hay 15W, 20W. Những số đứng trước chữ "W" dùng để chỉ khoảng nhiệt độ mà loại dầu động cơ đó có độ nhớt đủ để khởi động xe lúc lạnh. Để xác định nhiệt độ khởi động theo ký tự này, chỉ cần lấy 30 trừ đi các số đó nhưng theo nhiệt độ âm. Ví dụ, dầu 10W sẽ khởi động tốt ở âm 20°C, dầu 15W khởi động tốt ở âm 15°C. Các loại dầu động cơ ở các nước hàn đới thường là loại 5W, 10W, 15W nhưng đa số các sản phẩm ở Việt Nam chỉ là loại 15W hay 20W. Mặc dù không có ý nghĩa quan trọng khi khởi động vì thời tiết ở Việt Nam thường không quá lạnh, nhưng để đạt được các yêu cầu khởi động lạnh, các nhà sản xuất phải thêm vào các chất phụ gia nên dầu có số càng nhỏ thì giá dầu càng cao. Đứng sau chữ "W" ở loại dầu đa cấp có thể là chữ 40, 50 hoặc 60. Đây là ký tự dùng để chỉ khoảng độ nhớt ở 100°C của các loại dầu nhờn. Thông thường, số càng lớn thì độ nhớt càng lớn và ngược lại. Với những động cơ hoạt động ở vùng nhiệt độ cao, chỉ số này phải cao hơn, khoảng trên 60. Do sự thay đổi nhiệt độ nên tùy thuộc mùa mà người ta dùng loại 40 hoặc 50. Trong mùa đông, trời lạnh, nhiệt độ động cơ thấp nên chỉ cần dùng loại nhỏ như 30, 40. Ở mùa hè, nhiệt độ động cơ cao nên có thể dùng loại 50. Do đặc tính của dầu đa cấp nên người ta thường gọi nó là "dầu bốn mùa". Khi có chữ "W", chúng ta có thể hiểu nó dùng được cho cả mùa đông và mùa hè. Ngoài loại đa cấp, nhiều nhà sản xuất cho ra cả loại dầu đơn cấp và chỉ có ký hiệu như SAE 40, SEA 50. Loại dầu này thường được dùng cho các loại động cơ 2 kỳ, máy nông nghiệp, công nghiệp... V.2. Phân loại dầu theo tính năng Khi phân loại theo tiêu chuẩn này, các nhà sản xuất thống nhất phân theo tiêu chuẩn của Viện dầu mỏ Mỹ API (American Petroleum Institute). API phân ra theo cấp S (Service) dùng để dành dầu cho động cơ xăng và C (Commercial) cho các động cơ diesel. Với động cơ xăng, API phân ra nhiều loại với thứ tự tiến dần từ SA, SB, SC tới mới nhất là SM. Đối với động cơ diesel, API chia thành CA, CD, CC tới CG, CH và CI. Càng về sau, chất lượng sản phẩm càng tốt do các nhà sản xuất phải thêm vào những chất phụ gia đặc biệt để thích nghi với những công nghệ động cơ mới. V.3. Phân loại theo ý nghĩa sử dụng Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có hai loại chính đó là: - Dầu nhờn sử dụng cho mục đích bôi trơn (gọi là dầu động cơ). - Dầu nhờn không sử dụng cho mục đích bôi trơn (dầu công nghiệp). Trong thực tế dầu động cơ chiếm một tỉ lệ khá lớn trong công nghiệp sản xuất dầu bôi trơn nói chung (khoảng 40%) và được sử dụng phổ biến. VI. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn Yêu cầu phẩm chất của dầu nhờn - Dầu nhờn phải bôi trơn tốt trong mọi điều kiện - Độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. - Có tính ổn định chống oxy hóa tốt. - Không có lẫn tạp chất và nước VI.1. Khối lượng riêng và tỉ trọng Khối lượng riêng (Density) đo bằng g/cm3 hay kg/m3 là khối lượng của một đơn vị thể tích. Tỉ trọng (relative density) là tỉ số khối lượng riêng của một chất ở nhiệt độ nào đó, so với khối lượng riêng của nước ở 4°C. Ký hiệu dt/4, trong đó t°C là nhiệt độ tại đó xác định tỉ trọng. Thông thường dùng tỉ trọng tiêu chuẩn ở 20°C ký hiệu d20/4. Khối lượng riêng và tỉ trọng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lý khác nó đặc trưng cho từng loại phân đoạn sản phẩm dầu mỏ cũng như dùng để đánh giá phần nào chất lượng của dầu thô. Với dầu bôi trơn, khối lượng riêng ít có ý nghĩa để đánh giá chất lượng. Tuy nhiên một giá trị bất thường nào đó của khối lượng riêng cũng giúp ta phán đoán về sự có mặt trong dầu một phần nhiên liệu, dung môi, thậm chí một chất khí nào đó. VI.2. Màu sắc của dầu nhờn Chỉ tiêu màu của các dầu nhờn được sử dụng chủ yếu trong việc kiểm tra quá trình pha chế. Đối với người tiêu dùng đó cũng là chỉ tiêu mang tính cảm quan có tác động đến tâm lý, vì người ta ưa dùng những loại dầu nhờn sáng màu. Thông thường các loại dầu thương phẩm có màu nâu – vàng với ánh xanh lá cây hoặc xanh lơ. VI.3. Độ nhớt của dầu nhờn Độ nhớt là một tính chất cơ bản và quan trọng nhất của dầu nhờn, là đại lượng kiểm tra sự thay đổi dầu trong quá trình sử dụng. Độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ cao, độ nhớt giảm và ngược lại. Nếu dầu nhờn có độ nhớt quá lớn sẽ làm trở lực tăng, các chi tiết của động cơ sẽ bị mài mòn khi khởi động và khả năng lưu thông của dầu nhờn kém. Nếu dầu nhờn có độ nhớt nhỏ sẽ làm cho khả năng bám dính lên các chi tiết của động cơ kém, dầu nhờn dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt bôi trơn hơn. Độ nhớt của các nhóm hydrocacbon thay đổi theo thứ tự sau: Nhóm hydrocacbon parafin< nhóm hydrocacbon thơm < nhóm naphtalen Độ nhớt của dầu nhờn thường được đo bằng poazơ (P), centipoazơ (cP) (đối với độ nhớt động lực), hoặc stoc (St), centistoc (cSt) (đối với độ nhớt động học). VI.4. Chỉ số độ nhớt Chỉ số độ nhớt là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, đây cũng là một đặc tính quan trọng nữa của dầu nhờn. Dầu nhờn được coi là bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu có chỉ số độ nhớt cao. Ngược lại, nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. VI.5. Tính bay hơi của dầu nhờn Thành phần chính yếu của dầu nhờn là các hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao, do đó chúng rất khó bay hơi. Tuy vậy người ta vẫn phải đánh giá tính bay hơi của dầu nhờn vì có thể có những thành phần nhẹ lẫn trong dầu. VI.6. Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn Các hợp phần hydrocacbon của dầu nhờn không có tính ăn mòn, nhưng một số tạp chất lẫn trong dầu có tính ăn mòn kim loại, cần phải hạn chế đến mức tối thiểu. Để đánh giá tính ăn mòn và khả năng bảo vệ bề mặt kim loại của dầu nhờn, cần xác định các chỉ tiêu trị số axit tổng, kiềm tổng và kiểm nghiệm mảnh đồng .a. Trị số axit tổng (Total acid number (TAN)) là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu, đặc trưng bởi số miligam kali hydroxit (KOH) cần thiết để trung hòa toàn bộ lượng axit có trong 1gam dầu. b. Trị số kiềm tổng (Total base number (TBN)) là số mg KOH tỉ lượng tương đương với lượng axit HCl (hoặc HClO4) cần thiết để trung hòa các bazơ chứa trong 1gam dầu. Tính kiềm là chỉ tiêu rất cần thiết để xét đoán chất lượng dầu nhờn, nhằm đảm bảo trung hòa các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sử dụng, tránh hiện tượng rỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim loại. Axit tan trong nước biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, được phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy định tuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu. c. Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng
Hình 2: Thang đo ăn mòn mảnh đồng Tiêu chuẩn này quy định có 4 cấp màu sắc mẫu từ 1 đến 4 (hình 2):