Tổng quan về dầu nhờn

Mở đầu Trên thế giới hiện nay, dầu nhờn vẫn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Với vai trò quan trọng của mình, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu. Cùng với sự phát triển của xã hội các loại máy móc, thiết bị, công cụ được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng ngày càng nhiều, dẫn đến mức tiêu thụ dầu bôi trơn tăng lên không ngừng trong những năm qua. Theo thống kê mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn hiện nay khoảng 40 triệu tấn

doc88 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 2280 | Lượt tải: 2download
Tóm tắt tài liệu Tổng quan về dầu nhờn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
mỗi năm. ở nước ta tuy mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn thấp hơn nhiều so với các nước phát triển nhưng cũng đạt ở mức 100.000 tấn mỗi năm đối với dầu bôi trơn và mức tăng trưởng là 4-8% mỗi năm. Toàn bộ lượng dầu này nước ta phải nhập từ nước ngoài dưới dạng thương phẩm hoặc ở dạng dầu gốc cùng với các phụ gia rồi tự pha chế, như vậy hàng năm nhà nước ta phải bỏ ra một ngoại tệ lớn để đáp ứng nhu cầu về bôi trơn cho các ngành công nghiệp và dân dụng trong nước. Nền công nghiệp dầu khí Việt Nam tuy mới chỉ dừng lại ở mức khai thác song đã đóng góp một nguồn ngoại tệ đáng kể cho nền kinh tế quốc dân. Ngày nay dầu khí Việt Nam đang là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn và dự án với xu hướng phát triển mạnh, đặc biệt là dự án nhà máy Dung Quất đi vào hoạt động. Khi đó đáp ứng được một phần lớn nhu cầu về dầu bôi trơn trong nước và tiết kiệm được một lượng lớn ngoại tệ mà dự kiến để nhập khẩu dầu bôi trơn. Trước vấn đề cấp thiết đó, các tập thể khoa học lớn đang không ngừng nghiên cứu thành phần, tính chất của dầu mỏ nói chung và các cấu tử nói riêng để hoàn thiện các phương pháp khai thác và chế biến nguồn tài nguyên quý giá này. Khi sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt lớp tiếp xúc của các chi tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mòn, giảm ma sát, tản nhiệt, làm mát. Nhờ vậy giảm được tiêu hao năng lượng để thắng lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển động, Nói chung, dầu nhờn có ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hiện nay. Đặc biệt nó có tầm quan trọng lớn đối với các loại máy móc, nếu thiếu chúng thì máy móc thiết bị không thể làm việc được. Chương I Tổng quan về dầu bôi trơn I.Ma sát và bôi trơn 1.1.Sơ lược về ma sát.[5] Khi một vật chuyển động trên bề mặt của vật khác thì sẽ xuất hiện một lực gọi là lực ma sát. Lực đó cản lại chuyển động của chính vật thể ấy. Trong một số trường hợp thì lực ma sát cũng có ích. Ví dụ: Lực ma sát trong các lỗ phanh, các chuyển động dây đai. Trong nhiều trường hợp khác thì ma sát lại có hại. Ví dụ: Khi chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác , nhiệt năng biến thành cơ năng. Để khắc phục hiện tượng ma sát phải tiêu tốn một phần năng lượng và đôi khi phải tiêu tốn một năng lượng khá lớn. Có nhiều dạng ma sát: + Ma sát trượt: Khi một vật khác trượt trên một vật khác, bề mặt của chúng tiếp xúc với nhau thì sinh ra một lực ma sát gọi là lực ma sát trượt + Ma sát lăn: Khi một vật hình tròn hoặc cầu lăn trên bề mặt của vật khác và hai vật tiếp xúc với nhau tại một điểm hoặc một đường thì sinh ra một lực ma sát gọi là ma sát lăn. Ma sát trượt thường lớn gấp 10 á 100 lần ma sát lăn ( trong trường hợp so sánh của các bề mặt khô, tức là ma sát xuất hiện khi một vật rắn chuyển động trên bề mặt một vật khác và giữa hai vật đó không có chất bôi trơn). + Ma sát khô - Nguyên nhân của ma sát khô: * Do sự liên kết cơ học của các chỗ lỗi trên bề mặt vật rắn. * Do tác động tương hỗ giữ các phân tử của các bề mặt làm việc tại các điểm tiếp xúc. + Ma sát tĩnh: là ma sát đo được ở trạng thái bắt đầuchuyển động của bề mặt. + Ma sát động: là ma sát đo được trong quá trình chuyển động của bề mặt. Ma sát tĩnh lớn hơn ma sát động là do khi chuyển động không phải toàn bộ hai bề mặt tiếp xúc với nhau mà sự tiếp xúc thực sự chỉ xảy ra ở một số điểm của bề mặt, ngay cả khi bề mặt tiếp được gia công rất nhẵn, lực ma sát phụ thuộc vào tiếp điểm và năng lượng liên kết của các tiếp điểm này. Hơn nữa, khi bắt đầu chuyển động thì các bề mặ phải có một gia tốc đủ lớn để thắng được lực quán tính cản trở chuyển động. Hiện tượng ma sát luôn kéo theo sự hao phí công nhằm khắc phục ma sát và làm toả nhiệt, gây mài mòn các chi tiết làm việc. Trong khi cố gắng giảm bớt hao phí sức để khắc phục ma sát khi các bề mặt làm việc được bôi trơn bằng dầu thì ma sát giảm xuống rất nhiều, thậm chí ma sát trượt ở các bề mặt được bôi trơn có thể nhỏ hơn ma sát lăn nữa. Khi có hai bề mặt chuyển động lên nhau được ngăn cản bởi một lớp dầu thì sẽ xuất hiện ma sát lỏng, tức là một lượng ma sát trong bản thân lớp dầu giữa các phân tử dầu, lượng tổn thất ma sát lỏng so với ma sát khô thì nhỏ hơn rất nhiều. Ma sát lỏng so với ma sát khô có nhiều ưu điểm hơn như: + Độ mài mòn các chi tiết giảm đi rất rõ. + Tổn thất công suất chống ma sát giảm đi. + Các chi tiết bị nóng ít hơn. + Các vật ma sát có thể chịu được tải trọng lớn hơn. + Nâng cao độ bền và kéo dài thời gian hoạt động của các chi tiết làm việc. 1.2. Bôi trơn và vai trò của dầu bôi trơn.[5] 1.2.1.Bôi trơn Bôi trơn là biện pháp làm giảm masat và mài mòn đến mức thấp nhất bằng cách tạo ra giữa bề mặt masat một lớp chất được gọi là chất bôi trơn. Hầu hết các chất bôi trơn là chất lỏng. Chất lỏng để làm vật liệu bôi trơn cần có các tính chất sau: Yêu cầu chất lỏng phải có khả năng chảy loang trên bề mặt kim loại. Tính chất này còn có nhiều tên như: “ Tính bôi trơn, khả năng bôi trơn, tính bám dính...”. Chất lỏng có tính chất bôi trơn thì dễ chảy loang trên bề mặt kim loại, đi vào những khe nhỏ và bám chắc lên bề mặt. Lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng với nhau cũng là tính chất cần thiết của chất lỏng dùng làm chất bôi trơn. Lực liên kết giữa các phân tử của một chất lỏng càng lớn thì lực ma sát giữa các phân tử chuyển động của chất lỏng càng lớn. áp dụng lý thuyết bôi trơn thuỷ động học vào thiết kế, chế tạo và sử dụng máy móc ( Khi trục quay trong vòng bi thì lớp dầu hoàn toàn ngăn cách các bề mặt làm việc với nhau và như vậy nó ngăn cản không cho các bề mặt kia tiếp xúc trực tiếp với nhau ) người ta đã khẳng định được các yếu tố cơ bản sau: + Số lượng ma sát của các chi tiết làm việc phụ thuộc vào các điều kiện làm việc chủ yếu của chúng. + Bề dày để đảm bảo bôi trơn lỏng. + Tác dụng làm mát của dầu nhờn. + Dầu có độ nhớt phù hợp với từng điều kiện làm việc. Để thực hiện bôi trơn lỏng ổ đỡ với lượng hao phí công suất do ma sát nhỏ nhất cần phải tính đến hàng loạt các yếu tố. Độ nhớt của dầu, tải trọng trên ổ đỡ, Tốc độ chuyển động của các chi tiết làm việc, diện tích các bề mặt làm việc, khe hở giữa các chi tiết làm việc, tình trạng nhiệt độ của ổ đỡ... Các nguyên lý bôi trơn lỏng đều được biểu diễn bằng những công thức toán học. Ngày nay có nhiều phương pháp tính toán lỏng bôi trơn cho các chi tiết ma sát nhưng đều dựa trên cơ sở những nguyên lý bôi trơn thuỷ động do Petrop đưa ra. + Trong trường hợp ma sát lỏng, nếu độ nhớt của dầu, tốc độ trượt của các chi tiết làm việc và bề mặt tiếp xúc của chúng tăng thì lượng tổn thất do ma sát sẽ tăng lên. + Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt thấp và ngược lại. + Khe hở giữa các chi tiết làm việc càng lớn thì dầu bôi trơn càng cần độ nhớt cao. + Tải trọng trên các chi tiết làm việc càng lớn thì độ nhớt càng cao. Vậy bôi trơn là một vấn đề hết sức quan trọng trong công nghiệp hiện đại cũng như trong các lĩnh vực công nghệ từ trước đến nay. Có nhiều tác nhân bôi trơn, với các cơ chế khác nhau nhưng có chung một đặc điểm là giảm ma sát trong quá trình chuyển động. Có thể nói hai vấn đề ma sát và bôi trơn có quan hệ mật thiết với nhau luôn luôn có mặt cùng nhau trong các quá trình công nghệ. 1.2.2.Vai trò của dầu bôi trơn .[5] 12.2.1.Dầu nhờn bôi trơn máy. Dầu nhờn có nhiều công dụng trong đó có 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, tăng hiệu suất có ích của toàn động cơ, tức là tăng tính hiệu quả kinh tế cho hoạt động của động cơ. Nguyên nhân của việc giảm ma sát là do khi bôi trơn sẽ có sự thay thế trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng ma sát nội tại của màng chất lỏng ngăn cách các chi tiết máy. Ma sát nội tại giữa các màng chất lỏng này luôn luôn nhỏ hơn rất nhiều so với các dạng ma sát khác. 1.2.2.2. Dầu nhờn giảm mài mòn máy: Dầu nhờn có tác dụng ngăn chặn tối đa sự mài mòn xảy ra ở các nơi có nhiều chuyển dịch tương đối giữa các bề mặt với tốc độ thấp, ở giữa các bề mặt chịu tải cao. ở điều kiện nhiệt độ và áp lực cao, màng dầu bôi trơn dễ có khả năng bị phá huỷ nên yêu cầu trong dầu bôi trơn phải có những phụ gia chống mài mòn dầu, tạo thành trên các chi tiết kim loại một màng chất bảo vệ bền vững chúng sẽ trượt dọc theo nhau mà không gây hiện tượng mài mòn các bề mặt kim loại. 1.2.2.3. Dầu nhờn chống ăn mòn kim loại. Nước là một nguyên nhân gây nên sự gỉ sét của các chi tiết được chế tạo từ kim loại. Mỗi một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sản ra hơn một thể tích nước, mặc dù phần lớn lượng nước này ở thể hơi và thoát ra qua ống xả, tuy nhiên còn một ít đọng lại trong lòng xi lanh hay lọt qua xecmăng và ngưng lại trong cacte. 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. Nhưng khi cháy có tính ăn mòn cùng lọt qua xecmăng rồi ngưng lại hoặc hoà tan trong dầu, ngoài ra còn các chất axít được tạo thành do sự oxy hoá dầu. Vì vậy khả năng tạo gỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng. Các chi tiết cần được bảo vệ chống lại sự ăn mòn và chống gỉ. Màng dầu bôi trơn phủ lên bề mặt các chi tiết ma sát có tác dụng chống gỉ sét cho máy móc trong thời gian ngừng hoạt động, các bộ phận ẩm ướt như tuốc bin hơi, máy móc làm việc trên công trường, đồng ruộng. Ngoài ra chúng còn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền của chất axit, một sản phẩm của quá trình cháy các loại nhiên liệu nhiều lưu huỳnh trong động cơ diezel. Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc một phần vào khả năng trung hoà của dầu máy đối với những hợp chất có tác dụng ăn mòn. Để dầu nhờn đảm bảo được tính năng này phải sử dụng các phụ gia mang tính kiềm có tác dụng trung hoà các axit tạo ra khi nhiên liệu cháy. Thông thường trong quá trình sử dụng dầu nhờn, hàm lượng phụ gia ngày sẽ giảm dần khi phụ gia thấp dưới quy định cho phép thì dầu không còn đủ phẩm chất và phải thay thế. 1.2.2.4. Dầu nhờn làm mát máy. Do ma sát tại các bề mặt làm việc như piston- xylanh trục khuỷu – bậc lót đều phát sinh nhiệt. Mặt khác một số chi tiết như piston, vòi phun còn nhận nhiệt của khí cháy truyền đến. Do đó nhiệt độ ở một số chi tiết là rất cao, có thể phá hỏng các điều kiện làm việc bình thường của động cơ như gây ra bó kẹt, giảm độ bền của các chi tiết, kích nổ ở động cơ xăng, giảm hệ số nạp...Nhằm giảm nhiệt cho các chi tiết máy cần có hệ thống làm mát trong quá trình động cơ hoạt động. Làm mát động cơ dựa vào hệ thống làm mát chỉ thực hiện được 60% công việc làm mát. Nước 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, piston và các cụm chi tiết khác được làm mát bằng dầu máy. Dầu máy cacte theo hệ thống bôi trơn ( có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chi tiết ) được dẫn đến các bề mặt có nhiệt độ cao để tải bớt nhiệt đi và cacte lại được làm mát bằng bộ tản nhiệt không khí. Đặc biệt dầu bôi trơn là phương tiện chính làm mát piston. Thực tế cho thấy khi dòng dầu làm mát dẫn đến đỉnh dưới của piston gặp trục trặc thì piston sẽ bị kẹt ngay. Nếu vì một lý do nào đó lượng dầu không đủ để tản bớt nhiệt, khiến nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn sẽ làm cho kim loại của vòng bị nóng chảy ra và bị phá huỷ. Chức năng làm mát này đòi hỏi phải chịu nhiệt độ cao nghĩa là dầu giữ được tính ổn định, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao. Để đạt được tính ổn định đó trên thực tế phải nhờ tới các phụ gia chống oxy hoá. Muốn tản nhiệt tốt phải thay dầu trước khi độ nhiễm bẩn của dầu quá cao nằm tại các hệ thống dẫn dầu, đồng thời giữ mức dầu trong cacte cao hơn mức dầu tối thiểu cho phép. 1.2.2.5. Dầu nhờn làm kín máy Màng dầu bôi trơn ngăn cách các chi tiết chuyển động trong động cơ, ngoài tác dụng bôi trơn, giảm ma sát, chống mài mòn còn có tác dụng làm kín. Trên thực tế bề mặt của xecmăng, rãnh xecmăng và thành xylanh không trơn tru. Qua kính hiển vi ta sẽ thấy bề mặt của chúng nhấp nhô. Chính vì thế xecmăng không thể hoàn toàn ngăn cản hơi đốt từ trong buồng đốt có áp suất cao lọt ra ngoài vào cacte là nơi có áp suất thấp, do vậy làm giảm công suất của động cơ. Dầu máy có chức năng lấp vào các khoảng trống giữa các bề mặt xecmăng và thành xylanh, có tác dụng làm kín, ngăn cản tối đa không cho các khí nóng trong quá trình đốt cháy đi qua xecmăng của piston đi vào cacte. Độ kín của hệ piston – xecmăng – xylanh phụ thuộc vào độ nhớt của dầu bôi trơn. Vì vậy khi lắp ráp cụm chi tiết máy phải bôi trơn dầu vào rãnh xecmăng và bề mặt xylanh. 1.2.2.6. Dầu nhờn làm sạch. Trên bề mặt ma sát, trong quá trình làm việc thường có vảy rắn tróc ra khỏi bề mặt. Dâù bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó giữ lại trong các bầu lọc của hệ thống bôi trơn tránh cho bề mặt bị cào xước. Vì vậy khi động cơ chạy rà sau khi lắp ráp hoặc sửa chữa thường có nhiều mạt kim loại còn sót lại trong quá trình lắp ráp và nhiều vảy tróc ra khi chạy rà nên phải dùng dầu bôi trơn có dộ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi các mạt bẩn trên bề mặt và sau đó chạy rà phải thay nhớt mới phù hợp hơn. Ngoài ra, trong động cơ diezen khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than, càn tránh hiện tượng muội bám cặn trên thành píston nhiều gây cháy xecmăng, cũng như muội làm nghẽn bộ lọc các đường dẫn dầu bôi trơn . Trong động cơ xăng pha chì khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muội chì, cần tránh sự đóng cặn của muội chì. Tất cả hiện tượng vừa nói trên góp phần tạo ra hai loại cặn trong dầu máy trong quá trình làm việc là 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 dở. Ban đầu cặn bùn tồn tại ở dạng những hạt rất nhỏ mà không có bầu lọc nào có thể tách chúng ra được. Lúc ban đầu tác hại không lớn vì chúng ít và rời rạc. Nhưng cùng với thời gian cặn bùn tích tụ nhiều, đóng cục lại và sẽ gây tác hại, làm hạn chế sự lưu thông của dầu. Cặn cứng ( Vecni ) là sản phẩm của quá trình oxy hoá các hợp phần kém ổn định có trong dầu trong nhiệt độ và áp suất cao. Cặn cứng làm thành một lớp cứng trên các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ. Các bộ phận bơm, xecmăng, piston và các ổ đỡ rất dễ bị đóng cặn cứng. Nếu để cho các cặn cứng tích tụ trên các chi tiết này động cơ không thể làm việc một cách bình thường được. 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 và tạo điều kiện cho động cơ hoạt động một cách trơn tru. Để đảm bảo các công dụng của dầu bôi trơn yêu cầu dầu bôi trơn có thành phần và có chất lượng phù hợp. Thành phần và chất lượng đó phụ thuộc vào các loại dầu nhờn gốc và các phụ gia sử dụng trong pha chế cũng như điều kiện tại xưởng pha chế dầu nhờn. II. Phân loại dầu nhờn[1] 2.1. Phân loại theo nguồn gốc 2.1.1. Dầu gốc khoáng Các dầu gốc khoáng được sản xuất từ dầu mỏ bằng các quá trình tinh chế chọn lọc. Do nguyên liệu để sản xuất dầu mỏ có giá thành rẻ nên chúng được sử dụng phổ biến nhất. Bản chất của dầu thô và công nghệ sản xuất quyết định tính chất vật lý và hoá học của dầu gốc tạo thành. Dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính mạch nhánh parafin. Dầu gốc khoáng được phân thành dầu gốc parafin, naften tuỳ theo loại nào chiêm ưu thế. Quá trình sản xuất dầu gốc khoáng phải qua các công đoạn như: Chưng cất chân không, tách chiết bằng dung môi, tách sáp, làm sạch. Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế chất bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế,độ ổn định nhiệt và khả năng tương hợp với các phụ gia hoặc vật liệu mà dầu sẽ tiếp xúc trong qúa trình sử dụng làm nguyên liệu sản xuất có độ nhớt nằm trong khoảng 11 á 150mm2/s ở 400C, trong khi độ nhớt của các phân đoạn cặn lại khoảng 140 á 1200mm2/s ở 400C. Cách gọi tên tạo ra sự phân biệt các phân đoạn dầu chưng cất và dầu cặn theo độ nhớt. Hiện nay các loại dầu gốc có chỉ số độ nhớt trên 85 được coi là dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI), dầu gốc có chỉ số độ nhớt dưới 30 được coi là dầu có chỉ số độ thấp (LVI), còn lại là dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI); ngoài ra nếu chỉ số độ nhớt cao hơn140 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hoặc xiêu cao (XHVI). 2.1.2. Dầu gốc tổng hợp. Dầu gốc tổng hợp là các chất bôi trơn được tổng hợp bằng phản ứng hoá học từ các hợp chất có phân tử lượng thấp. Dầu khoáng bị hạn chế bởi nguồn gốc dầu thô nên không đủ các tính năng bôi trơn thích hợp cho tất cả các loại động cơ, máy móc kể cả khi đã được xử lý sâu và thêm các phụ gia. Do có các tính chất bôi trơn rất tốt, khoảng nhiệt độ làm việc rộng (-550C đến 3200C), nhiệt độ đông đặc thấp, độ bền nhiệt cao nên dầu tổng hợp thường được sử dụng cho các mục đích đặc biệt. Các dầu tổng hợp được chia thành các nhóm hoá chất độc lập, quan trọng nhất là: Hydrocacbon tổng hợp Este hữu cơ Polyglycol Este photphat Bốn nhóm này chiếm trên 90% khối lượng dầu tổng hợp hiện nay do các tính chất đặc biệt khác với dầu khoáng như hoàn toàn không cháy hoặc hoà lẫn với nước, tuy nhiên do giá thành cao nên chưa được sử dụng rộng rãi. Các hydrocacbon tổng hợp gồm các hợp chất chỉ chứa cacbon và hydro được tạo thành bởi các quá trình polyme hoá, ankyl hoá hoặc ngưng tụ. Chúng có chỉ số độ nhớt cao có thể đạt tới 170 với độ linh động tốt,điểm đông thấp, bền oxy hoá và bền nhiệt tới 3150C, vì thế thường được sử dụng làm dầu động cơ, dầu tuabin, dầu máy nén, dầu truyền động và dầu thuỷ lực. Các este hữu cơ gồm các hợp chất chứa cacbon, hydro, oxy với một hoặc nhiều liên kết este trong phân tử được tạo thành từ các axit đa chức hoặc rượu đa chức. Do có các tính chất bôi trơn tốt, độ bay hơi thấp, bền oxy hoá và bền nhiệt, đặc biệt là độ linh động ở nhiệt độ thấp rất tốt nên được sử dụng hầu hết ở các động cơ phản lực máy bay hoặc pha vào dầu động cơ, dầu máy nén, dầu truyền động... Các polyglycol là các polyme có liên kết oxy trong phân tử được sử dụng phổ biến nhất với khoảng độ nhớt rộng. Chúng là các chất bôi trơn rất tốt, độ dẫn nhiệt cao, điểm đông thấp và ít hoà tan các tác nhân hoá học nên rất tốt cho các loại dầu máy nén, dầu thuỷ lực... Các este photphat gồm nhiều hợp chất đa dạng với cấu trúc gốc hydrocacbon liên kết với nhóm photphat. Ngoài các tính chất bôi trơn tốt chúng còn có một đặc điểm nổi bật là khả năng chịu lửa rất tốt nên thường được sử dụng làm các dầu chịu lửa trong công nghiệp. Ngoài ra còn có một số chất lượng chuyên dùng như hợp chất chứa halogen, silic, nitơ với số lượng nhỏ cho các mục đích đặc biệt Những ưu điểm chung của dầu nhờn tổng hợp so với dầu gốc khoáng. + ưu điểm kỹ thuật Độ bền ôxy hoá cao, đặc tính nhiệt nhớt cao, độ bay hơi thấp, nhiệt độ đông đặc thấp, độ bôi trơn tốt, không độc hại. + ưu điểm ứng dụng. Nhiệt độ làm việc cao hơn, khoảng làm việc rộng hơn, giảm tiêu hao dầu, làm việc được ở nhiệt độ thấp hơn, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại khi tiếp xúc với thực phẩm. 2.2. Phân loại theo đối tượng sử dụng. 2.2.1.Dầu nhờn động cơ.[5] Dầu nhờn động cơ được sản xuất chủ yếu từ dầu chưng cất và dầu cặn. Mặt khác có thể đi từ dầu tổng hợp tuy nhiên loại dầu sản xuất từ dầu tổng hợp có giá trị cao. Dầu nhờn động cơ có nhiều chủng loại nhằm đáp ứng tính năng kỹ thuật của các loại động cơ. Để thuận lợi cho việc sử dụng và thay thế người ta thường phân loại dầu động cơ theo phạm vi sử dụng và theo độ nhớt của chúng. Phân loại theo phạm vi sử dụng: ở Liên Xô cũ, dầu nhờn động cơ được phân loại theo GOST 17476 – 72. ở các nước tư bản dầu nhờn động cơ được phân thành nhóm theo phạm vi sử dụng theo cách phân loại của API – 1970 (American-Petroleum-Institute). Hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ (SAE) đã đưa ra cách phân loại dầu động cơ theo cấp độ nhớt SAE. Theo đó dầu động cơ được phân thành 11 cấp gồm: 0W, 5W, 10W,15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50, 60. Trong đó các cấp độ nhớt có kèm chữ W chỉ dầu mùa đông, các cấp độ nhớt không chỉ chữ cái W chỉ dầu mùa hè, dầu 4 mùa là loại dầu đồng thời thoả mãn yêu cầu của cả 2 nhóm trên. VD: 20W-50 có nghĩa là dầu này khi sử dụng ở môi trường có nhiệt độ thấp thì sẽ có độ nhớt tương đương với dầu SAE 20W nhưng ở môi trường có nhiệt độ cao thì độ nhớt tương đương với dầu SAE-50. Chính vì vậy dầu này có thể sử dụng quanh năm ở các nước có các mùa nhiệt độ chênh lệch nhau. Nhóm dầu nhờn Phạm vi sử dụng A Động cơ diezel và động cơ xăng không cường hoá B B1 Động cơ xăng cường hoá ít B2 Động cơ xăng cường hóa ít V VĐV Động cơ xăng cường hoá trung bình V2 Động cơ diezel cường hoá trung bình G G1 Động cơ xăng cường hoá cao G2 Động cơ diezel cường hoá cao D Động cơ diezel cường hóa cao làm việc ở điều kiện nặng E Động cơ diezel tốc độ quay thấp, có hệ thống bôi trơn làm việc trong nhiên liệu nặng có hàm lượng lưu huỳnh dưới 3,5% Bảng 1: Phân loại các nhóm dầu động cơ theo phạm vi sử dụng. Nhóm Phạm vi sử dụng Nhóm S: Dùng cho động cơ xăng SA Động cơ kiểu cũ, làm việc ở tải trọng nhẹ, chưa có yêu cầu về phụ gia. SB Dùng cho động cơ xe tải cực nhẹ, chỉ cần một lượng phụ gia bảo vệ tối thiểu. SC Dùng cho các loại xe con và một số xe tải sản xuất trước năm 1964 được chế tạo cho dịch vụ bảo hành, bảo dưỡng động cơ xăng, có khả năng hạn chế cặn, gỉ, mài mòn ở nhiệt độ cao. SD Dùng cho xe con và xe tải sản xuất trước năm 1968 chịu tải trọng cao có các tính năng tốt hơn cấp SC SE Dùng cho xe con và xe tải chịu tải trọng nặng, sản xuất trước 1972, Có khả năng chống oxy hoá cao,chống tạo cặn, gỉ, ăn mòn ở nhiệt độ cao tốt hơn cấp SD SF Dùng cho động cơ tải trọng nặng và dùng xăng không chì, sản xuất trước 1980, có độ ổn định oxy hoá, chống mài mòn cao hơn cấp SD SG Tiêu biểu cho các loại dầu động cơ xăng hiện nay của xe con, xe tải, xe du lịch chịu tải trọng nặng và dùng xăng không chì, sản xuất trước năm 1989, khả năng chống oxy hoá, ăn mòn tốt hơn cấp SF SJ Tiêu biểu cho các loại dầu động cơ xăng mới nhất hiện nay, dùng cho xe con, xe tải, xe đua chịu tải trọng nặng, dùng xăng không chì sản xuất trước năm 1995 Bảng 2: Phân loại dầu nhờn động cơ xăng theo tiêu chuẩn API Nhóm Phạm vi sử dụng. Nhóm C: Dùng động cơ diezel. CA Động cơ tải trọng nhẹ, dùng nhiên liệu ít lưu huỳnh, sản xuất trước năm 1950. CB Động cơ làm việc ở tải trọng trung bình, không tăng áp suất và nhiên liệu ít lưu huỳnh, có khả năng chống ăn mòn ổ đỡ, tạo cạn ở nhiệt độ cao. CC Dùng cả cho động cơ xăng và động cơ diezel có tang áp làm việc ở điều kiện tải trọng nặng. CD Dung cho động cơ chịu tải trọng nặng và tăng áp suất cao, nhiên liệu có khoảng chất lượng rộng. hàm lượng lưu huỳnh cao. CD-II Dùng cho động cơ diezel hai kỳ làm việc trong điều kiện khắc nhiệt, đáp ứng yêu cầu đối với dầu CD CE Dung cho động cơ có tăng áp, tải trọng rất nặng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, phức tạp. CF Dùng cho động cơ diezel tốc độ cao hiện nay có tăng áp, làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt phức tạp. ECO Sử dụng cho xe con, xe tải nhẹ có tính năng tiết kiệm nhiên liệu so với tiêu chuẩn. Bảng 3: Phân loai dầu nhờn cho động cơ diezel theo tiêu chuẩn API b. Phân loại theo độ nhớt: Hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ (SAE) đã đưa ra cách phân loại dầu động cơ theo cấp độ nhớt SAE. Theo đó dầu động cơ được phân thành 11 cấp gồm: 0W, 5W, 10W,15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50, 60. Trong đó các cấp độ nhớt có kèm chữ W chỉ dầu mùa đông, các cấp độ nhớt không chỉ chữ cái W chỉ dầu mùa hè, dầu 4 mùa là loại dầu đồng thời thoả mãn yêu cầu của cả 2 nhóm trên. VD: 20W-50 có nghĩa là dầu này khi sử dụng ở môi trường có nhiệt độ thấp thì sẽ có độ nhớt tương đương với dầu SAE 20W nhưng ở môi trường có nhiệt độ cao thì độ nhớt tương đương với dầu SAE-50. Chính vì vậy dầu này có thể sử dụng quanh năm ở các nước có các mùa nhiệt độ chênh lệch nhau Loại độ nhớt độ nhớt ở –180C mPa.s, max Độ nhớt ở 1000C, mm2/s min max 5W 1,250 3,8 - 10W 2,500 4,1 - 15W 5,000 4,1 - 20W 10,000 5,6 - SAE20 5,6 9,3 SAE30 9,3 12,5 SAE40 12,5 16,3 SAE50 16,3 21,5 Bảng 4: Phân loại dầu nhờn động cơ theo độ nhớt SAE. Loại Độ nhớt SAE-J-300D Độ nhớt ở –180C mPa.s – max SAE-J-300E Độ nhớt ở mPa.s ở max Nhiệt độ chảy 0C, max 0W -300C á 32500C -35 5W 1.250 -250C á 35000C -30 10W 2.500 -200C á 35000C -25 15W 5.000 -150C á 35000C -20 20W 1.000 -100C á 45000C -10 25W -50C á 60000C -10 Bảng 5: So sánh loại độ nhớt theo 2 cách phân loại SAE. Phân loại theo đặc chủng dầu động cơ sử dụng cho quân đội. + Đặc chủng MIL-L2104C dùng cho động xăng và diezel nhóm SD/CD với cấp độ nhớt SAE 10W. + Đặc chủng MIL-L21260B dùng cho động cơ xăng và diezel có tính chất bảo quản với cấp độ nhớt SAE 10W và SAE30, SAE50. + Đặc chủng MIL-9000F dùng cho động cơ diezel tàu thuỷ và tàu ngầm với độ nhớt ở 1000C thấp nhất là 5,4mm2/s. + Đặc chủng MIL-L46157 là dầu tổng hợp dùng quanh năm cho các động cơ tăng cường làm việc trong điều kiện khắc nghiệt từ –540C đến 40C với độ nhớt ở 1000C ít nhất là 5,75mm2/s. + Đặc chủng MIL-L46152A dùng cho máy vận chuyển kèm động cơ xăng và động cơ diezel nhám SE/CC với cấp độ nhớt 5W/20, 10W hoặc 30. Các nước Châu Âu lại có các loại dầu đặc chủng riêng phù hợp với điều kiện từng nước, hoặc từng hãng. 2.2.2. Dầu nhờn truyền động.[1] Dầu truyền động là loại dầu bôi trơn các bánh răng giúp cho việc truyền chuyển động và công suất từ một trục quay này sang một trục quay khác hoặc để thay đổi hướng chuyển động. Các loại bánh răng thường gặp là: Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng, bánh răng côn xoắn, bánh răng trục vít... Chức năng chính của dầu truyền động bánh răng là tạo ra một màng bôi trơn giữa các bề mặt ma sát và các răng tiếp xúc với nhau, trong trường hợp các bánh răng kín thì dầu truyền động còn tải nhiệt sinh ra trong quá trình các răng tiếp xúc với nhau. Dầu truyền động phải đảm bảo chống ăn mòn và mài mòn tốt, Do phải chịu trượt dọc giữa các răng nên dầu có thể bị đẩy ra ngoài không tạođược màng bôi trơn. Dầu phải có độ bám dính cao, bền oxy hoá và bền cơ để chống va đập trong hộp số. a. Phân loại theo SAE Theo SAE dầu truyền động được phân thành 6 loại với độ nhớt khác nhau:75W, 80W, 85W, 90W, 140W, 250W. Phân loại theo độ nhớt SAE-J-300D Độ nhớt ở –180C mPa.s – max SAE-J-300E min max 75W -40 4,2 - 80W -26 7,0 - 85W -12 11,0 - 90W - 13,0 <24,0 140W - 24,0 <41,0 250W - 41,0 - Bảng 6: Phân loại dầu nhờn truyên động theo SAE-J-306(10/1979) Trong bảng trên ba chủng loại đầu tiên yêu cầu có tính nhiệt thấp. Độ nhớt của chúng được đo bằng nhớt kế Breufil đạt tới 150.000 Mpa và ở nhiệt độ thấp. Người ta cho rằng dầu nhờn có độ nhớt như vậy sẽ làm cho hệ truyền động dễ khởi động và hoạt động bền vững. Với chủng loại dầu khác thì độ nhớt của chúng được xác định ở nhiệt độ dương. b. Phân loại theo API Theo API dầu truyền động được phân thành 6 nhóm tương ứng với các điều kiện vận hành khác nhau, các loại truyền động khác nhau. Phân nhóm Phạm vi sử dụng Đặc tính GL1 Dùng cho hệ truyền động bánh răng kiểu hình trụ, trục vít côn xoắn làm việc ở tốc độ và tải trọng nhẹ. -Thường không có phụ gia - Có thể có phụ gia chống oxy hoá, chống ăn mòn và tạo bọt, nhưng không pha phụ gia chống kẹt xước. GL2 Dùng cho hệ truyền động trục vít làm việc trong điều kiện như GL1 nhưng có yêu cầu cao hơn về tính chống ma sát. Nhóm này có phụ gia chống ma sát. GL3 Dùng cho hệ truyền động bánh răng côn xoắn, làm việc ở điều kiện khắc nghiệt về tốc độ và tải trọng. Có tính chống mài mòn và kẹt xước tốt hơn GL2, nhưng kém hơn GL4 GL4 Dùng cho ôtô có hệ truyền động hypoit, làm việc ở tốc độ cao, momen quay thấp và ở tốc độ thấp momen quay cao Có phụ gia chống kẹt xước, chất lượng cao GL5 Dùng cho ôtô có hệ truyền động hypoit, làm việc ở tốc độ cao, momen quay thấp. Hệ truyền động có tải trọng va đập trên bánh răng truyền động, hoạt động ở tốc độ trượt cao -Điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn so với GL4 - Phụ gia chống kẹt xước có chứa photpho và lưu huỳnh. GL6 Dùng cho truyền động hypoit ôtô có sự dịch chuyển dọc theo trục của hệ truyền động gây ra mô men quay lớn khi tăng tốc độ và tải trọng va đập Có phụ gia chống kẹt xước chứa photpho và lưa huỳnh nhiều hơn nhóm GL5 Bảng 7: Phân loại dầu nhờn truyền động theo API. Theo phân loại API, dầu nhờn được chia tương ứng với từng kiểu và mức độ tải trọng của truyền động bánh răng, gồm 6 nhóm: GL1, GL2, GL3,GL4,GL5, GL6. Nhóm GL4 và GL5 được gọi là dầu truyền động tổng hợp dùng cho hệ truyền động ôtô kiểu hypoit và các kiểu truyền động khác có tốc độ và tải trọng khác nhau để phù hợp với các loại ôtô hiện đại. 2.2.3. Dầu nhờn tổng hợp.[1] a. Đặc điểm và ứng dụng. Dầu mỏ là nguyên liệu chính cung cấp dầu gốc để pha chế một số lớn các loại dầu nhờn, đặc biệt là dầu động cơ . Tuy nhiên các tính chất của dầu gốc khoáng không đủ để cung cấp tính năng bôi trơn thích hợp cho tất cả các loại động cơ, máy móc, thiết bị. Điều này liên quan đến dầu khoáng vì được chiết tách từ gốc dầu thô có thành phần hoá học giống nhau, làm hạn chế tính bôi trơn. Ngược lại vì các dầu tổng hợp được tổng hợp bằng phản ứng hoá học từ các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn có thể cho loại dầu nhờn như đã định trước. Hơn nữa thành phần của dầu khoáng bị hạn chế bởi nguồn gốc dầu thô dùng để sản xuất dầu nhờn. Thậm chí với sử lý sâu như sử lý bằng hydro Thì thành phẩm vẫn là một hỗn hợp của rất nhiều thành phần mà không có phương pháp nào tách riêng được các chất có thuộc tính bôi trơn tốt ra khỏi hỗn hợp thành phần trên. Vì vậy dầu khoáng sản xuất ra chỉ có các thuộc tính trung bình đại diện cho những thành phần chính trong dầu. Mặt khác các hợp chất tổng hợp có thể có các tính chất của các chất tốt nhất trong dầu khoáng. Chúng cũng có thể có các tính chất riêng, như hoàn toàn không cháy hoặc hoà lẫn với nước mà không thể tìm thấy bất kỳ ở dầu khoáng nào. Gần đây trên thị trường dầu động cơ, sự chú ý đáng kể đã được tập trung vào các dầu nhờn tổng hợp. Mặc dù những sản phẩm này tương đối mới mẻ, việc sử dụng các dầu tổng hợp đã được ứng dụng trong nhiều năm trong các ngành công nghiệp. Ưu điểm cơ bản của các dầu tổng hợp là khoảng nhiệt độ làm việc rộng (khoảng từ –550C á 3200C). Dầu tổng hợp có nhiệt độ đông đặc thấp và độ bền nhiệt cao, do đó thường được dùng trong những mục đích đặc biệt, cần loại dầu chịu lửa hay những yêu cầu đặc biệt khá._.c. Sau đây là một số ưu điểm chung của dầu nhờn tổng hợp so với dầu nhờn khoáng. Phân loại dầu tổng hợp: Có nhiều phương pháp được sử dụng để phân loại dầu tổng hợp tuy nhiên chỉ có hai trong số này được dùng phổ biến nhất. Chúng được mô tả như sau: Phương pháp thứ nhất là phân nhóm theo loại dầu có cùng những tính chất đặc thù như đặc trưng nhớt, độ bay hơi...bỏ qua sự giống nhau giữa các loại nguyên liệu chính. vì vậy phương pháp này có những ưu điểm cơ bản trong việc lựa chọn và ứng dụng các loại dầu nhờn tổng hợp. Tuy nhiên cũng có những phức tạp đáng kể trong việc miêu tả các sản phẩm theo một chuỗi lôgic. Phương pháp thứ hai: Phân nhóm các loại dầu tổng hợp theo tính chất hoá học cơ bản của chúng. Do đó các sản phẩm có thể được xem xét như các nhóm hoá chất độc lập, cho phép khái quát hoá đáng kể sự khác nhau giữa các nhóm và trong cùng một nhóm. Từ quan điểm thực tiễn, những loại dầu tổng hợp quan trọng nhất bao gồm: + Hydrocacbon tổng hợp + este hữu cơ + Polyglycol + este photphat. Các dụng chính của chúng được tổng kết trong bảng sau: Nhóm dầu tổng hợp ứng dụng Hydrocacbon tổng hợp Dầu động cơ tuabin, dầu máy nén, dầu bánh răng, dầu/ chất lỏng thuỷ lực este hữu cơ Dầu động cơ phản lực, dầu động cơ, dầu thuỷ lực, dầu máy nén, dầu tuabin, dầu bánh răng Polyglycol Dầu phanh , dầu chịu lửa, dầu máy nén khí, dầu bánh răng este photphat Dầu/ chất lỏng chịu lửa Bảng 8: ứng dụng của bốn nhóm dầu tổng hợp quan trọng. 2.2.3. Dầu thuỷ lực.[1] Dầu thuỷ lực là một môi trường truyền năng lượng trong các hệ thống thuỷ lực mà ở đó có sự biến đổi cơ năng thành thuỷ năng của chất lỏng. Dầu thuỷ lực cũng có tính chất bôi trơn làm giảm ma sát, chất chống mài mòn như các chất bôi trơn điển hình khác, tuy nhiên tính chất đặc trưng cho dầu thuỷ lực là khả năng chịu nén. Dầu thuỷ lực phải thật sự không bị nén để truyền lực tốt, phải tương thích với các vật liệu làm kín tránh rò rỉ làm giảm áp suất trong hệ thống. Ngoài ra, dầu thuỷ lực phải có tỷ trọng cao để tăng công suất, có độ bền nhớt lớn trong điều kiện chịu áp lực cao, không tạo bọt, độ ổn định ôxy hoá cao. Dầu thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trong các máy công cụ, các cơ cấu thuỷ lực, cơ cấu phanh, cơ cấu trợ lực tay lái. ở đó cần khuyếch đại lực hay các cơ cấu cần sự hoạt động chính xác theo tiêu chuẩn ISO 6743/4 thì dầu thuỷ lực được phân loại thành: HH: Dầu khoáng tinh chế không chứa các chất ức chế. HL: Dầu khoáng tinh chế có chứa các chất ức chế rỉ và chống ôxy hoá HM: Kiểu HL có tính chất chống mài mòn được cải thiện hơn. HR: Kiểu HL có chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn. HV: Kiểu HM có chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn. HG: Kiểu HM có tính chất chống kẹt, bảo đảm chuyển động không trượt, nhảy. HS: Chất lỏng tổng hợp không có tính chất chống cháy đặc biệt. HFAE: Nhũ tương chống cháy của dầu trong nước có chứa tối đa 20% trọng lượng các chất có thể cháy. HFAS: Dung dịch chống cháy của hoá chất pha trong nước chứa tối thiểu 80% nước. HFB: Nhũ tương chống cháy của nước trong dầu chứa tối đa 25% các chất có thể cháy được. HFC: Dung dịch chống cháy của polyme trong nước chứa tối thiểu 35% khối lượng nước HFDR: Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở este của axit photphoric. HFDR: Chất lỏng chống cháy trên cơ sở các clo hydrocacbon. HFDT: Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở hỗn hợp của HFDR và HFDS. Các loại dầu thuỷ lực gốc khoáng bao gồm những nhóm sản phẩm quan trọng nhất được sử dụng rộng rãi như HH, HV, HR và HC. Chúng có khoảng nhiệt độ làm việc rộng, khả năng bôi trơn tốt, tương thích với các vật liệu trong hệ thống, tiếp nhận phụ gia tốt và tương đối rẻ tiền nhưng khả năng chống cháy kém. Các chất lỏng thuỷ lực tổng hợp có khả năng chịu lửa tốt, thích hợp với các điều kiện ở mỏ than, xưởng sản xuất thép, lò nung nhưng có giá thành cao. Chúng gồm các loại este của axit photphoric, các polyglycol, este photphat, silicon. Các chất nhũ tương gồm nhũ tương dầu trong nước và nước trong dầu được sử dụng nhiều vì có giá thành thấp, nhưng khả năng chống mòn không cao. Chúng được xếp vào nhóm HFAE và HFB và khó bị cháy khi hàm lượng nước cao. Các chất lỏng gốc nước là các dung dịch nước được làm đặc bằng các polyme có khả năng chống mài mòn cao hơn nhũ tương. Các chất lỏng này là hỗn hợp của glycol và các polyeste tan trong nước với các chất ức chế rỉ, ăn mòn và ức chế ôxy hoá, có tính chất chống lửa tốt khi hàm lượng nước trên 35%. 2.2.4. Dầu nhờn dùng cho thiết bị công nghiệp.[5] Dầu nhờn dùng cho thiết bị công nghiệp được chia làm hai loại chính: - Dầu công nghiệp thông dụng: Là dầu dùng cho các cơ cấu hoạt động của máy móc thiết bị ở tải trọng thấp và nhiệt độ thấp không có những yêu cầu đặc biệt về chất lượng đó là những loại dầu dùng cho cơ cấu truyền động máy cái, máy dệt, máy xây dựng, xe tải nâng, thiết bị luyện kim, thiết bị mỏ và các thiết bị khác trong nghành công nghiệp nhẹ, công nghiệp nặng, công nghiệp thực phẩm...Dầu này không có phụ gia và có thể sử dụng trong bất cứ cơ cấu thiết bị nào hoạt động với tải trọng nhẹ. Dầu công nghiệp loại đặc biệt: Là loại dầu nhờn chuyên dụng, dùng để bôi trơn từng thiết bị riêng biệt (có từng chi tiết, bộ thiết bị, máy móc...) Dầu này đảm bảo khả năng làm việc của các loại máy móc thiết bị công nghiệp, các máy gia công kim loại và các thiết bị khác có chế độ hoạt động chuyên dụng. VD: Dầu máy nén, dầu tuabin, dầu xylanh... Tóm lại số lượng chủng loại dầu bôi trơn rất lớn. Để sử dụng đúng các loại dầu bôi trơn đòi hỏi người tiêu dùng sử dụng phải nắm bắt được các cách phân loại và ứng dụng của mỗi loại dầu khác nhau. Từ đó ta thấy việc lựa chọn và sử dụng dầu bôi trơn có một ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình vận hành một loại máy móc nào đó. Như vậy trong thực tế không có một loại dầu đa năng nào đáp ứng yêu cầu đặt ra cho tất cả các loại máy móc. 2.2.5. Dầu gia công kim loại.[1] Dầu gia công kim loại có chức năng bôi trơn để làm giảm ma sát, cải thiện độ nhẵn bề mặt gia công, bảo vệ bề mặt sau gia công không bị rỉ, ăn mòn và các cặn bẩn, làm giảm mài mòn dụng cụ, chúng làm mát vật gia công và phoi để nâng cao tuổi thọ dụng cụ cho phép nâng cao tốc độ làm việc, giảm độ biến dạng không mong muốn và đạt được độ chính xác về kích thước. Ngoài hiệu quả làm mát, chuyển các mạt kim loại, giảm ma sát, mài mòn và tải nhiệt chúng còn hoạt động như các chất tải nhiệt và bôi trơn. Trong quá trình gia công kim loại, nhiệt lượng phát sinh do ma sát và dụng cụ có thể lên đến 10000C hoặc cao hơn. áp suất cắt gọt có thể lên tới 5000N/mm2 gây ra sự hàn dính cục bộ. Các dầu khoáng (kể cả dầu este và dẫn xuất dầu béo) được sử dụng như các dầu gốc, dầu este và các dẫn xuất dầu béo phần chính dùng như các phụ gia. Các chất tạo nhũ anion hoạt tính và chất tạo nhũ không ion được thêm vào các chất lỏng gốc nước, các sản phẩm anion hoạt tính hoạt động như các tác nhân chống gỉ, các chất tạo nhũ không ion ít nhạy đối với nước cứng.Các chất ức chế rỉ được cho vào để ngăn ngừa rỉ cho các cặp làm việc bằng thép, ngăn ngừa sự xuất hiện các đốm trắng cho các hợp kim nhẹ và sự mất màu của các kim loại không chứa sắt. Các xà phòng kim loại, rượu cao và silicon được thêm vào như các tác nhân chống tạo bọt, dầu silicon khó bị tẩy sạch bằng cách rửa. Để tăng tính nhớt, các dẫn xuất dầu béo, axit béo, các hợp chất clo, lưu huỳnh, photpho được thêm vào để hình thành các lớp màng trên bề mặt kim loại. III. Các tiêu chuẩn cơ bản đánh giá chất lượng dầu nhờn [1] Dầu nhờn bao gồm các sản phẩm, các phân đoạn nhỏ lấy ra từ quá trình trưng cất chân không, những sản phẩm đó được gọi là dầu khoáng. Dầu khoáng tuỳ theo mức độ sử dụng mà tiếp tục được tinh chế kỹ: Rửa axít, trung hoà kiềm, chưng cất, lọc đất trắng, pha trộn phụ gia, các loại ta được dầu nhờn. Dầu nhờn được sử dụng trong kỹ thuật với mục đích chủ yếu là bôi trơn, giảm masat, ngoài ra dầu nhơn đồng thời đảm bảo các chức năng như làm mát, tẩy rửa, bảo vệ, cách điện, giảm rung, truyền lực... Để đánh giá đầy đủ chất lượng dầu nhờn cần phải xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật sau: 3.1. Độ nhớt động học. Độ nhớt của một phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do masat nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn. Theo đơn vị SI thì độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích ( N/m2) cần dùng trong quá trình chuyển động tương đối (m/s) giữa hai mặt phẳng nằm ngang được ngăn cách bởi một lớp dầu dầy 1mm. Đó là độ nhớt động lực được tính bằng pascal giây (Pa.s). 1Pa.s = 1Ns/m2 = 10P = 1000cP Việc đo độ nhớt trong nhớt kế mao quản dưới tác dụng của trọng lượng chất lỏng phụ thuộc vào gia tốc và tỷ trọng dẫn đến độ nhớt động học u: u = h/d Trong đó h là độ nhớt động lực và d là tỷ trọng của chất lỏng Độ nhớt của dầu thường được đo bằng Poazơ (P), Centi Poazơ (CP), đối với độ nhớt động lực. Đối với độ nhớt động học đơn vị đo là Stoc(St), Centi Stoc(cSt), (1m2/s = 104St = 106cSt, 1mm2/s = 1Cst). Trong đơn vị SI độ nhớt động học còn được tính bằng m2/s Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp, phải bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có masat nội tại bé. Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hoá học. + Các hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Nếu chiều dài và độ phân nhánh càng lớn thì độ nhớt sẽ tăng lên. + Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt số vòng càng nhiều thì độ nhớt lại càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao nhất. Khi sử dụng dầu bôi trơn phải lưu ý sự thích hợp của độ nhớt với từng loại máy móc, động cơ, nếu không thích hợp sẽ gây ra tác hại sau.[10] + Độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công suất máy do tiêu hao nhiều công để thắng lực cản của dầu, khó khởi động máy nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trường thấp, giảm khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lưu thông kém. + Độ nhớt quá nhỏ dầu sẽ không tạo được lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt các chi tiết máy móc, nên làm tăng sự masat, gây hư hại máy, giảm công suất, tác dụng làm kín kém, lượng dầu hao hụt nhiều trong quá trình sử dụng Khi dầu bôi trơn lẫn nhiên liệu sẽ làm giảm độ nhớt, do đó trong bảo quản cần tuyệt đối tránh điều đó nhằm bảo đảm chất lượng của dầu đáp ứng yêu cầu bôi trơn các loại máy móc động cơ. Có nhiều phương pháp và thiết bị được dùng để đo độ nhớt, nhưng quan trọng là những dụng cụ mao quản mà trong mao quản đó thời gian chảy của dầu tỷ lệ với độ nhớt động học. 3.2. Chỉ số độ nhớt.[4] Một đặc tính nữa của dầu nhờn là sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Một loại dầu nhờn được coi là bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ ta nói rằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao. Nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. Chỉ số độ nhớt (VI) là một giá trị bằng số dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ dựa trên cơ sở so sánh khoảng thay đổi tương đối về độ nhớt của hai loại dầu chọn lọc chuyên dùng. Hai loại dầu này khác biệt rất lớn về VI. Quy ước dầu gốc parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ VI = 100. Họ dầu gốc naften có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI = 0. Trong đó: U: độ nhớt động học ở 400C của dầu có chỉ số độ nhớt cần tính(mm2/s). L: độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng độ nhớt động học ở 1000C với dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s. H: độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100 và cùng độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt mm2/s. Nếu độ nhớt động học của dầu ở 1000C Ê 70 mm2/s thì các giá trị tương ứng của L và H cần phải tra trong bảng ASTM – D2270, TCVN 3181-79. Độ nhớt động học L-U L-H H(VI=100) L(VI=0) U VI của dầu U= L - U L - H 100 40 Nhiệt độ, 0C H1: Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về chỉ số độ nhớt (VI). Nếu độ nhớt động học ở 1000C > 70 mm2/s thì giá trị L và H được tính như sau. L = 0,8353 Y2 + 14,67 Y – 216 H = 0,1684 Y2 + 11,85 Y – 97 Trong đó Y độ nhớt động học ở 1000C của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s. Độ nhớt động học ở 1000C, mm2/s Giá trị L Giá trị H 2,0 7,994 6,394 2,1 8,64 -6,894 5,0 40,23 28,49 5,1 41,99 29,49 15,0 296,5 149,7 15,1 300,0 151,2 20,0 493,2 229,5 20,2 501,5 233 70,0 4905 1558 Bảng 9: Những giá trị L và H ứng với độ nhớt động học ở 1000C Nếu U > L thì VI sẽ là số âm, dầu này có tính nhớt nhiệt kém. Nếu L > U > H thì VI sẽ trong khoảng 0 á 100. Nếu H > U thì VI > 100, dầu này có tính nhớt nhiệt tốt. Thông thường các loại dầu bôi trơn có VI = 95. Loại có VI > 100 hiếm hơn tuy vậy ngày càng phổ biến.Trong thực tế, phân loại dầu nhờn gốc theo VI như sau: Dầu có chỉ số độ nhớt thấp (LVI): VI < 30 Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI): VI = 30 á 85 Dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI): VI > 85 Dầu có chỉ số độ nhớt rất cao(VHVI): VI > 105 Nếu nhiệt độ làm việc của máy ít thay đổi, người ta ít chú ý tới chỉ số độ nhớt. Nếu nhiệt độ máy thay đổi trong phạm vi rộng thì chỉ số độ nhớt là một chỉ tiêu chất lượng cần được coi trọng. Trong quá trình sử dụng, chỉ số độ nhớt dầu nhờn luôn có biểu hiện thay đổi, là do dầu bị nhiễm bẩn bởi các tạp chất khác hoặc sự phá vỡ cấu trúc phân tử của các phụ gia polyme trong dầu. 3.3. Hàm lượng lưu huỳnh. Lưu huỳnh có thể có sẵn trong dầu gốc, dầu khoáng hay trong các loại phụ gia. Nó có thể ở dạng hoá học hay ở dạng tương đối trơ trong trạng thái kết hợp với chất khác. Lưu huỳnh hoạt động được là loại tác dụng vời đồng kim loại ở 1490C. Hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn. Tuy nhiên do những hiệu ứng cực áp có lợi điều tiết quá trình chạy máy đã bù trừ tác dụng ăn mòn này. Theo ASTM D 1662 lưu huỳnh hoạt động trong các chất lỏng cắt gọt thì mẫu được đun với bột đồng đến 1500C sau đó bột đồng được lọc ra khỏi hỗn hợp. Lượng lưu huỳnh hoạt động là hiệu số giữa hàm lượng lưu huỳnh của mẫu trước và sau khi xử lý với đồng xác định theo phương pháp ASTM D 129(Lưu huỳnh trong các sản phẩm dầu mỏ – phương pháp dùng bom), dùng để xác định tổng hàm lượng lưu huỳnh trong mọi loại dầu bôi trơn với điều kiện hàm lượng lưu huỳnh ít nhất phải là1%. Phương pháp đèn ASTM D 1266 dùng để xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng có nồng độ từ 0,01 đến 0,4% trong các sản phẩm dầu lỏng có sử dụng đèn đốt. Phương pháp ASTM D 129 xác định lưu huỳnh trong các phụ gia đậm đặc. 3.4. Điểm đông đặc Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn giữ được tính linh động ở điều kiện đã cho Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi dầu nhờn được làm lạnh những sáp này được tách ra ở dạng tinh thể, đan cài với nhau tạo thành một lớp cấu trúc cứng giữ dầu ở trong cái túi rất nhỏ của các cấu trúc đó. Khi cấu trúc tinh thể của tháp này tạo thành đầy đủ, dầu không luân chuyển được. Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu người ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. Do điểm đông đặc của hầu hết các loại dầu liên quan đến quá trình kết tủa của sáp nên một số loại dầu không chứa sáp thì liên quan đến điểm đông đặc giới hạn. Đối với loại dầu này độ nhớt của chúng tăng lên khi nhiệt độ giảm đến một nhiệt độ nào đó thì dâù mất tính linh động. Người ta có thể dùng phụ gia để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của các loại dầu này vì các phụ gia đó chỉ có tác dụng ngăn cản sự lớn lên và bao bọc của cấu trúc tinh thể sáp. Phương pháp xác định điểm đông đặc của dầu theo TCVN- 3753. Theo phương pháp này, trước tiên dầu được đun nóng để đảm bảo các cấu tử trong dầu tan hoàn toàn, sau đó làm sạch theo tốc độ quy định, cứ 30C lại kiểm tra tính linh động của dầu một lần. Nhiệt độ đông đặc của dầu bằng nhiệt độ mà tại đó dầu không linh động được nữa(khi ta nghiêng bình đựng nó) +30C. Còn đo điểm đông đặc của dầu theo phương pháp ASTM- D 2500. 3.5. Trị số axit và kiềm. Trị số axit và kiềm liên quan đến trị số trung hoà dùng để xác định độ axit và độ kiềm của dầu bôi trơn. Độ axit thường được biểu hiện qua trị số axit tổng (TAN) cho biết lượng KOH cần thiết tính bằng miligam cần thiết để trung hoà tất cả các hợp chất mang tính axit có mặt trong 1g mẫu dầu. Độ kiềm trong dầu bôi trơn được xác định bằng trị số kiềm tổng (TBN) cho biết lượng axit clohydric hay percloric được quy chuyển sang lượng KOH tương đương tính bằng miligam cần thiết để trung hoà các hợp chất mang tính kiềm có trong một gam mẫu dầu. Chỉ số axit tổng của dầu là đại lượng đánh giá mức độ biến chất của dầu do quá trình oxy hóa.Đối với tất cả các loại dầu bôi trơn. TAN có giá trị ban đầu nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng, do một số phụ gia chống mài mòn có tính axit cao nên TAN ban đầu không dùng để đánh giá chất lượng của dầu. Axit tan trong nước biểu thị 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. 3.6. Độ bền ôxy hóa. Độ bền ôxy hoá là một chỉ tiêu đặc trưng quan trọng của dầu nhờn. Sự ôxy hoá dầu nhờn phụ thuộc vào nhiệt độ, lượng ôxy chứa trong dầu và khả năng xúc tác của kim loại. Các sản phẩm do ôxy hoá dầu sẽ sinh ra các chất tạo cặn, axit, làm tăng độ nhớt, tăng cường ăn mòn. Do vậy khả năng chống ôxy hoá cao là một nhu cầu quan trọng đối với những dầu làm việc trong các điều kiện có nước, nhiệt độ cao, áp suất lớn, thời gian thay dầu lâu. 3.7. Hàm lượng tro. Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy, được tính bằng (%) khối lượng các thành phần không thể cháy đuợc trong nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại, từ các chất bẩn và mạt kim loại bị mài mòn. Trong dầu nhờn động cơ bao giờ cũng có một lượng tro và các tạp chất cơ học do nguyên nhân sau đây. + Các chất vô cơ trong quá trình rửa, tinh chế, rửa axit, lọc đất trắng không kỹ. +Thành phần tro của thuốc thêm. 3.8. Hàm lượng cacbon. Cặn cacbon là lượng cặn còn lại được tính bằng % trọng lượng sau khi dầu trải qua quá trình bay hơi, cracking và cốc hóa trong những điều kiện nhất định. Các loại dầu khoáng thu được từ bất kỳ loại dầu thô nào đều có lượng cặn tăng theo độ nhớt của chúng. Các loại dầu chưng cất có lượng cặn cacbon nhỏ hơn các loại dầu cặc có cùng độ nhớt. Các loại dầu parafin thường có hàm lượng cặn cao hơn dầu naften. Phương pháp xác định cặn cacbon được sử dụng chủ yếu cho các loại dầu gốc dùng vào việc sản xuất dầu động cơ và một vài sản phẩm dầu xylanh nặng. Dầu bôi trơn càng được tinh chế nghiêm ngặt bao nhiêu thì hàm lượng cặn càng thấp đi bấy nhiêu. Vì vậy hàm lượng cặn cacbon để tính mức độ tinh luyện của một loại dầu. Các phụ gia có mặt trong dầu nhờn ảnh hưởng lớn đến lượng cặn mà ta xác định. Phương pháp này giúp cho việc chọn các loại dầu hydrocacbon dùng vào mục tiêu thích hợp như dùng cho máy nén khí, các quá trình xử lý nhiệt, các ổ đỡ chịu nhiệt cao. 3.9. Màu sắc. Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về dầu thô chế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sôi, về phương pháp mức độ làm sạch trong quá trình tinh luyện, về hàm lượng và bản chất phụ gia pha vào đó. Màu sắc đánh giá được sự nhiễm bẩn của dầu trong quá trình sử dụng. Sự thay đổi màu sắc cũng theo sự biến đổi không lớn về trị số trung hoà và độ nhớt cho biết dấu hiệu nhiễm bẩn của chất lạ. Màu sắc của dầu ít có ý nghĩa đối với dầu động cơ. Rất nhiều dầu mới có pha chất phụ gia tối màu, thông thường trong quá trình sử dụng thì dầu động cơ tối màu rất nhanh. 3.10. Khối lượng riêng và tỷ trọng. Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu chuẩn. Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ quy định với khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ quy định đó. Tỷ trọng và khối lượng riêng của một loại dầu bằng nhau nếu khối lượng riêng của nước là 1. Khối lượng riêng của dầu nhờn là thông số quan trọng cho việc nhận biết và quản lý chất lượng, việc vận chuyển đổi thể tích khối lượng trong giao nhận. Với những loại dầu dùng cho mục đích bôi trơn hoặc cần phải liên tục tuần hoàn thì khối lượng riêng phần nào phản ánh khả năng tốc độ tuần hoàn của dầu trong hệ thống. 3.11. Điểm bắt cháy - chớp cháy. Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất tại khi quyển, mẫu được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa trong điều kiện đặc biệt của phương pháp thử. Mẫu sẽ chớp cháy khi có lửa và lan truyền tức khắc bề mặt của mẫu. Điểm bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu sau khi chớp cháy sẽ liên tục cháy trong 5 giây. Dầu có độ nhớt cao hơn sẽ có điểm bắt cháy và chớp cháy cao hơn, ở nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn biểu thị và nói lên độ nguy hiểm có thể xảy ra khi cháy nổ. 3.12. Hàm lượng cặn không tan. Hàm lượng cặn không tan làm tăng độ đông đặc của chất bôi trơn, làm mài mòn máy, làm giảm tính bay hơi của dầu nhờn. Cặn không tan trong petan bao gồm các chất không tan, có thể tách ra khỏi dung dịch dầu trong pentan bằng phương pháp li tâm. Cặn không tan trong toluen bao gồm phần cặn không tan trong pentan và trong toluen. Cặn không tan trong pentan có dùng chất đông tụ gồm các chất không tan trong pentan cộng với các cặn ở dạng huyền phù do đặc tính rửa của dầu. Cặn không tan trong toluen có dùng chất đông tụ bao gồm cặn không tan trong pentan có dùng chất đông tụ và cũng không tan trong toluen. Với động cơ diezel tải trọng thấp mà bôi trơn bằng các loại dầu khoáng cần lưu ý việc thay các bộ phận lọc hay dùng các phương pháp làm sạch khác khi lượng cặn không tan trong toluen theo cách thứ nhất đạt đến giá trị 0,2%. Khi hàm lượng cặn không tan trong pentan vượt hơn lượng cặn không tan trong toluen khoảng 0,3% thì phải thay dầu. Với dầu động cơ có độ phân tán cao thì lượng cặn không tan có đạt đến 3á4% vẫn chấp nhận được. 3.13. Sức căng bề mặt. Sức căng bề mặt là lực liên kết bên trong tác dụng lên các phân tử nằm trên bề mặt chất lỏng. Sức căng bề mặt đặc trưng cho khả năng tạo bọt của các sản phẩm thể lỏng. Sức căng càng lớn thì khả năng tạo bọt càng thấp. Vì vậy tính chống tạo bọt cũng cao. Sức căng bề mặt còn là chỉ tiêu đánh giá mức độ biến chất của dầu trong quá trình sử dụng. Thông thường qua giá trị sức căng bề mặt người ta dự đoán được khả năng bền oxy hoá của dầu. Mặt khác sức căng bề mặt giảm còn có nghĩa là dầu bị lẫn các chất phân cực, trong quá trình sử dụng các chất chống ăn mòn bị tiêu hao dần cũng làm cho sức căng bề mặt tăng lên. Bất kỳ sự thay đổi nào của sức căng bề mặt cũng đều được xem xét cùng với các thuộc tính khác và chủng loại dầu. 3.14. Chỉ số kết tủa. Chỉ số kết tủa là lượng cặn kết tủa tách ra từ 10% là dầu và 90% là dung môi naften bằng phương pháp li tâm ở những điều kiện nhiệt độ nhất định. Chỉ số này nhằm xác định hàm lượng, tạp chất bị pha lẫn trong dầu, đặc biệt là những chất không tan trong naften hay những chất nhựa. Những hợp chất này làm giảm chất lượng dầu vì chúng là chất kém bền nhiệt và kém bền oxy hoá. Xác định chỉ số kết tủa dầu bôi trơn theo phương pháp ASTM-D 91, phép đo này chỉ xác định tổng các chất rắn hay các chất không tan trong dầu để nhận biết từng thành phần cần phải tách chúng ra rồi mới phân tích. 3.15. Chỉ số khúc xạ tán sắc ánh sáng. Chỉ số khúc xạ là tỷ số tốc độ một sóng ánh sáng trong không khí so với tốc độ của sóng ánh sáng đó trong dầu ở điều kiện nhất định. Tán sắc khúc xạ là hiệu số của hai chỉ số khúc xạ của một loại dầu khi dùng hai bước sóng ánh sáng khác nhau. Cả hai chỉ số khúc xạ đều đo ở cùng một nhiệt độ. Chỉ số khúc xạ và tán sắc khúc xạ là những thuộc tính vật lý cơ bản chúng được dùng cùng với những tính chất khác để đánh giá chất lượng dầu khoáng. Phương pháp ASTM D 1218(chỉ số khúc xạ và độ tán sắc khúc xạ của các hydrocacbon lỏng) ở nhiệt độ từ 20 đến 300C. Phương pháp (ASTM D 1747 chỉ số khúc xạ của các chất nhớt quánh) ở nhiệt độ từ 80 đến 1000C. Phương pháp này có thể dùng để phân loại các hydrocacbon trên cơ sở tương quan thực tế với độ nhớt và tỉ trọng. 3.16. Chỉ số xà phòng hoá. Chỉ số xà phòng hoá biểu thị lượng kiềm( miligam KOH) tác dụng với 1g dầu khi đun nóng theo một cách nhất định. Nếu không có mặt các chất gây cẳn trở thì chỉ số xà phòng hoá cho biết lượng các chất béo có mặt trong dầu. Phương pháp ASTM D 128 (phân tích các mỡ bôi trơn), dùng để xác định hàm lượng các chất có thể bị xà phòng hoá và loại trừ ảnh hưởng của các tạp chất khác đến kết quả. Phương pháp ASTM D 94 (chỉ số xà phòng hoá của các sản phẩm dầu mỏ), dùng xác định các axit tự do có mặt trong dầu cùng với các hợp chất khác như este mà các hợp chất này cùng chuyển hoá thành xà phòng kim loại khi đun nóng. Chỉ số xà phòng hoá tăng lên trong dầu khi sử dụng. 3.17. Hàm lượng tro sunfat. Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hoá mẫu sau đó phần cất được sử lý bằng H2S04 và nung nóng đến khối lượng không đổi. Hàm lượng tro sunfat gồm có tro của phụ gia đưa vào để nâng tính năng của dầu. Còn khi thấy lượng tro tăng quá mức có thể nghĩ đến sự có mặt của các tạp chất như các chất bẩn cặn do mài mòn và các loại tạp chất khác. Việc sử dụng xăng pha chì đã làm tăng lượng tro sunfat trong dầu động cơ. Hàm lượng tro sunfat trong dầu động cơ ôto thường nằm trong khoảng 0,8 á 1,5%, còn hàm lượng tro sunfat cho động cơ diezel là trên 17%. Hàm lượng tro sunfat dầu nhờn thường được xác định theo phương pháp TCVN 2689, tương tự như phương pháp xác định tro. Mẫu được đốt cháy cho đến khi chỉ còn lại tro và cặn các bon. Sau khi để nguội chúng được sử lý một lần với H2SO4 và nung ở nhiệt độ 7750C cho đến khi quá trình oxy hoá cacbon kết thúc. Sau đó tro lại được làm lạnh, lại sử lý một lần nữa với H2SO4 và nung ở 7750C cho đến khi nhiệt độ không đổi. 3.18. Hàm lượng nước. Hàm lượng nước trong dầu là lượng nước được tính bằng % theo trọng lượng thể tích hay phần triệu. Hàm lượng nước trong dầu bôi trơn là một đặc trưng quan trọng đối với các loại dầu nhờn như dầu thuỷ lực, dầu ôtô, dầu bánh răng công nghiệp, dầu tuabin, dầu xylanh, hơi nước và dầu công nghiệp. Đặc biệt nó cực kỳ quan trọng đối với dầu biến thế. Nước trong dầu bôi trơn không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự ôxy hoá mà nó còn gây nên hiện tượng nhũ tương. Trong một số trường hợp nước còn làm thuỷ phân các phụ gia, tạo nên những bùn mềm, xốp. Nếu hàm lượng nước trong dầu công nghiệp lớn hơn lượng vết (trên 0,1%) thì người ta phải loại chúng ra bằng phương pháp li tâm, lọc hay chưng cất chân không. Hàm lượng nước trong dầu bôi trơn được xác định theo phương pháp TCVN 2692. 3.19. Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng. Tiêu chuẩn xác định TCVN 2694-1995, ASTM 130. Sự ăn mòn trên bề mặt các chi tiết gây tổn thất cho kim loại hoặc sự tích tụ các cặn bẩn, ổ trục làm bằng hợp kim đồng ống lót trục làm bằng đồng thau cần phải được bôi trơn bằng các loại dầu không ăn mòn. Các loại dầu khác như dầu thuỷ lực, dầu biến thế cũng cần phải không ăn mòn. Để xem một loại dầu có thích hợp cho một thiết bị có những bộ phận kim loại để bị ăn mòn hay không, người ta phải tiến hành phép thử ăn mòn mảnh đồng đối với các sản phẩm dầu mỏ bằng phép kiểm nghiệm độ mờ xỉn cuả mảnh đồng. Theo phương pháp này mảnh đồng được đánh bóng và ngâm ngập trong mẫu dầu, gia nhiệt tới nhiệt độ nhất định và giữ trong thời gian qui định. Nhiẹt độ và thời gian qui định tuỳ thuộc vào tổng loại dầu. Khi kết thúc thử nghiệm mảnh đồng được lấy ra, rửa sạch đem so với bảng tiêu chuẩn ASTM về ăn mòn mảnh đồngvà sẽ kết luận cụ thể về tính ăn mòn của mẫu dầu thí nghiệm thuộc mức độ nào. Vi. các loại phụ gia cho dầu nhờn. [1] 4.1. Đặc tính của phụ gia. Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí cả những nguyên tố được đưa thêm vào các chất bôi trơn như dầu mỡ nhờn chất lỏng chuyên dùng để nâng cao tính chất riêng biệt của sản phẩm cuối cùng. Phụ gia được pha vào sản phẩm dầu mỡ với nồng độ thông thường 0,01 á 5% khối lượng. Trong vài trường hợp có thể từ vài phần triệu đến 10%. Phụ gia có thể sử dụng riêng biệt, cũng có thể dùng hỗn hợp một số phụ gia được pha trộn thành phụ gia đã đóng gói. Phụ gia có tác dụng nâng cao những phẩm chất có sẵn của dầu, một số khác tạo cho dầu có những có những phẩm chất mới cần thiết. Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau tạo ra hiệu ứng tương hỗ. Có những phụ gia lại có hiệu ứng đối kháng với nhau nghĩa là làm giảm tác dụng của nhau, tương tác với nhau tạo ra những sản phẩm phụ không tan hoặc ảnh hưởng xấu tới tới phẩm chất của dầu. Do đó khi dùng phụ gia phải khảo sát với từng loại dầu để khắc phục các hậu quả không mong muốn. Vì có khả năng cải thiện phẩm chất của dầu khá rõ rệt nên ngày nay các chủng loại dầu bôi trơn đều có ít nhất một loại phụ gia. Do phụ gia đã cải thiện nhiều tính chất của dầu bôi trơn nên cũng tạo khả năng cho làm việc cải thiện cải thiện các loại xe và máy móc ngày càng tân tiến hơn. Dầu gốc có ảnh hưởng đến phụ gia có hai tính năng chính. Tính hoà tan và tính tương hợp. Tính tương hợp phụ gia phụ thuộc rất nhiều vào dầu gốc (thành phần của dầu gốc). Tính hoà tan có thể giải thích do sự hình thành các chất phụ gia hoạt động bề mặt phụ thuộc nhiều vào khả năng của chúng hấp thụ trên bề mặt máy ở thời gian và vị trí nhất định. 4.2. Chất ức chế oxy hoá. 4.2.1. Quá trình ôxy hoá. Phản ứng ôxy hoá là phản ứng trong đó ôxy kết hợp với các chất khác hay bất cứ phản ứng nào trong đó có sự trao đổi điện tử đây là một khía cạnh quan trọng của quá trình bôi trơn khi mà oxy không khí có thể tác dụng với các hợp phần của dầu bôi trơn ở những điều kiện vận hành khác nhau. Hầu hết các hợp phần của dầu bôi trơn đều tác dụng nhanh hoặc chậm với oxy, khả năng bền ôxy hoá của các hợp chất này tăng dần theo thứ tự sau. Hydrocacbon không no < hợp chất dị nguyên tố < hydrocacbon thơm < naphten < parafin. Vì dầu nhờn thường làm việc ở điều kiện tiếp xúc trực tiếp với oxy không khí chúng có thể tác dụng dần dần với oxy trong không khí. Tốc độ của quá trình oxy hoá chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ tăng thì tốc độ của quá trình oxy hoá tăng... Sự tiếp xúc với không khí hoặc sự trộn lẫn thường xuyên với chúng cũng làm tăng tốc độ oxy hoá. ._.ọc là khả năng phân tách hai nhóm cấu tử khác nhau về mặt hoá học. Khả năng hoà tan là lượng dung môi ít nhất cần dùng để hoà tan một lượng xác định nguyên liệu, lượng dung môi dùng càng ít thì khả năng hoà tan càng cao, độ chọn lọc càng cao thì khả năng hoà tan càng thấp và ngược lại. Nhiệt độ sôi của dung môi phải khác xa so với cấu tử được chiết tách để có thể thu hồi dung môi một cách dễ dàng bằng chưng cất. Có 3 dung môi thường được sử dụng trong quá trình này, đó là: Phenol, furfurol và N – metyl- pyrolydon (NMP). Phenol có khả năng hoà tan cao, tạo điều kiện thuận lợi cho làm sạch nguyên liệu khỏi các cấu tử không mong muốn, rẻ tiền, dễ kiếm nhưng độc hại. Phenol thường được sử dụng cho các quá trình ở các nhà máy của Liên bang Nga. Furfurol được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới do ít độc hại hơn phenol. Tuy có khả năng hoà tan kém hơn phenol nhưng furfurol lại có độ chọn lọc cao hơn nên cho hiệu quả lớn hơn khi dùng fururol để làm sạch phần cất có chứa nhiều hydrocacbon thơm. Nhược điểm chính của dung môi này là tính oxy hoá, dễ tạo nhựa khi có mặt không khí và hơi nước. Để tránh quá trình oxy hoá người ta thường bảo quản furfurol bằng khí trơ, kiểm tra nhiệt độ chặt chẽ trong hệ thống đun nóng và tái sinh dung môi, khử khí sơ bộ khỏi nguyên liệu trước khi trích ly, hoặc thêm chất chống oxy hoá đặc biệt vào furfurol. Do khả năng hoà tan các chất nhựa của furfurol kém nên dung môi này chỉ áp dụng với các nguyên liệu có chất lượng cao. Vì vậy, ngày nay các quá trình này dần dần được thay thế bằng dung môi NMP có khả năng hoà tan tốt hơn, có độ chọn lọc cao hơn và đặc biệt là ít độc hại hơn. Sau đây là công nghệ trích ly NMP của công ty Bechetel Công nghệ tách lọc MP của công ty bechtel là một quá trình trích ly dùng dung môi NMP để loại bỏ những thành phần không mong muốn trong các phân đoạn của dầu nhờn. Quá trình này sản xuất ra các sản phẩm Parafinic hoặc naphtenic phù hợp cho quá trình chế biến dầu gốc. Quá trình này loại bỏ có lựa chọn các hợp chất thơm và các hợp chất chứa dị nguyên tố như ôxy, nitơ, lưu huỳnh. Sản phẩm của quá trình này có thể được tách sáp để sản xuất dầu gốc có chất lượng cao, nó được đặc trưng bởi chỉ số độ nhớt cao, chịu nhiệt tốt và ổn định ôxy hoá cao, màu sáng và phản ứng tốt với các chất phụ gia. 1: Tháp trích ly. 2: Tháp tách hai bậc. 3,4: Tháp chưng hơi nước. 5: Tháp chưng cất tách nước. 6,7,8,9: Bộ phận gia nhiệt. 10,11: Thiết bị đun nóng. 12,13,14: Thiết bị ngưng tụ 15,16,17: Thùng chứa Nguyên lý hoạt động Dầu nguyên liệu và dung môi NMP được đưa vào tháp trích ly (1) tại nhệt độ đã điều chỉnh và tỉ lệ dòng theo yêu cầu theo dòng ngược chiều để tiến hành trích ly ở thể lỏng – lỏng. Dung môi đi từ trên xuống, dầu đi từ dưới lên. Dung môi và pha trích qua bộ phận trao đổi nhiệt (6) và (7) đi vào tháp tách hai bậc (2). Dưới tác động của sự bốc hơi nhiều bậc ở các áp suất khác nhau dung môi được tách ra khỏi pha trích ở dạng hơi của các bậc ở tháp tách (2). Dung môi này được đưa qua các bộ phận trao đổi nhiệt (6), (7), (8) và đưa vào tháp chưng cất tách nước (5). Nước được bay hơi ra ở đỉnh tháp (5) qua thiết bị ngưng tụ (14) đi vào thùng chứa (17) và nước được tháo ra ngoài, một phần được quay lại tháp (5) ở dạng hồi lưu. Dung môi được thu hồi ở đáy tháp (5) được đưa trở lại tháp trích ly (1). Dòng dầu tinh chế (Rafinate) có lẫn dung môi đi ra ở đỉnh tháp trích ly(1) qua thiết bị trao đổi nhiệt (9) qua thiết bị đun nóng (11) và đưa vào tháp chưng hơi nước (4). Phần trích ở tháp tách thứ hai của tháp tách (2) sau khi tách dung môi được đưa vào thiết bị đun nóng, sau đó đưa tới tháp tách thứ nhất của tháp tách (2). Sau khi tách dung môi ở tháp (2) cũng được đưa sang tháp chưng hơi nước (3), nước và dung môi ở tháp (3),(4) được qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh (12), (13) vào thùng chứa (15), (16) sau đó đi vào tháp (5) ở đây dung môi được tách nước và quay về tháp trích ly (1). Dầu đã tinh chế ở tháp (4) qua thiết bị trao đổi nhiệt (9) được lấy ra ngoài. Phần triết được lấy ra ngoài ở đáy tháp (3). 2.3. Tách sáp. Sáp dầu mỏ là một hỗn hợp parafin mạch thẳng và một lượng nhỏ các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao và hoà tan kém trong dầu ở nhiệt độ thấp, vì vậy cần phải loại ra khỏi dầu nhờn. Trên thực tế, đa phần dầu gốc từ dầu mỏ đều phải qua quá trình tách sáp, trừ một số loại dầu có hàm lượng parafin thấp và làm việc ở nhiệt độ cao. Tách sáp là một trong những khâu quan trọng nhất và khó khăn nhất trong quá trình chế biến dầu gốc. Có hai quy trình chính hiện đang sử dụng là + Làm lạnh sáp để kết tinh sáp có dùng dung môi + Cracking chọn lọc bẻ gẫy mạch parafin thành các sản phẩm nhẹ với hydro. Việc tách triệt để parafin để đạt nhiệt độ đông đặc cực thấp là không cần thiết vì gây ra sự hao hụt dầu lớn, chi phí cao. Hơn nữa parafin cũng có chỉ số nhớt tốt. Quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh dựa trên nguyên lý làm lạnh dầu để kết tinh parafin rắn sau đó lọc hoặc ly tâm tách riêng phần rắn khỏi pha lỏng. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là không liên tục, khó lọc do độ nhớt cao của dầu nhất là các dầu nặng và có sự tạo thành các loại sáp vi tinh thể. Để khắc phục có thể dùng dung môi để giữ tính linh động thu được phần lọc có độ nhớt thấp ở nhiệt độ làm lạnh, cho phép lọc liên tục với hiệu quả cao Một dung môi tách sáp tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau: + ít hay không hoà tan sáp. + Hoà tan tốt dầu nhờn tại nhiệt độ kết tinh sáp. + Sáp ở dạng tinh thể lớn để dễ tách bằng lọc. + Có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, tiết kiệm năng lượng. + Dung môi phải dễ kiếm, rẻ, không độc hại và không gây ăn mòn. + Tỷ lệ dung môi / nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành. Các dung môi chính được sử dụng là xêton, propan, và các dẫn xuất của Clo. ở đây ta dùng dung môi xêton Nguyên lý hoạt động Nguyên liệu chứa sáp qua hệ thống làm lạnh sơ bộ đi vào thiết bị kết tinh Dilchill . Đồng thời dung môi qua bộ phận gia nhiệt và qua hệ thống làm lạnh quay trở lại bộ phận gia nhiệt, một phần dung môi lạnh sạch được tháo ra ngoài, phần còn lại được đưa vào tháp kết tinh Dilchill. Dưới các điều kiện khuấy trộn mạnh hầu hết quá trình kết tinh xảy ra ở trong tháp này. Hỗn hợp dạng bùn của sáp, dung môi xêton, dầu sau đó được đưa qua thiết bị làm lạnh quét mặt đi vào thiết bị lọc sáp dạng thùng quay một hoặc hai bậc, dung môi lạnh sạch lấy ra lúc đầu được bổ xung vào trong quá trình lọc. Tại thiết bị phần thu được gồm dung môi và dầu được đưa qua bộ phận gia nhiệt sau đó qua bộ phận thu hồi dung môi tại đây dung môi được thu lại và phần dầu đã tách sáp được lấy ra ngoài. Phần còn lại của thiết bị là bùn sáp được qua thiết bị đun nóng để tách dầu có trong sáp sau đó đưa vào thiết bị lọc tách dầu hai bậc cả hai thiết bị lọc này đều được bổ xung dung môi lạnh sạch. Tại thiết bị lọc thứ nhất dung môi và dầu được qua bộ phận thu hồi dung môi tại đây dung môi được thu lại và dầu được đưa ra ngoài. Phần sáp còn lại trong thiết bị lọc thứ nhất tiếp tục được đưa sang thiết bị lọc thứ hai, ở đây sáp và dung môi được đưa qua bộ phận thu hồi dung môi thu lại dung môi và sáp được đưa ra ngoài. Phần sáp còn lại có chứa dầu lại được đưa về thiết bị đun nóng và tiếp tục những quá trình trên đến khi nào thu được lượng dầu tối đa. Công nghệ này yêu cầu bề mặt lọc ít, ít cần rửa màng lọc để đạt được lượng dầu tương tự trong sáp theo yêu cầu, quá trình làm lạnh thấp hơn và bề mặt lọc của thiết bị làm lạnh kết tinh được quét sạch, điều này có nghĩa chi phí chạy máy thấp hơn Nguyên lý hoạt động Cặn chưng ở áp suất khí quyển được đưa vào tháp chưng cất chân không tại đây nó được tách thành các phần cất dầu bôi trơn có độ nhớt khác nhau và phần cặn hẹp. Phần nhẹ nhất thu được ở đỉnh trên cùng của tháp và tăng dần tỷ trọng từ trên xuống dưới. Việc tiến hành trong tháp chưng cất chân không là để giảm nhiệt độ quá trình chưng cất tránh phân huỷ dầu ở nhiệt độ cao. Phân đoạn nặng nhất thu được ở đáy tháp (cặn gudron) được qua bộ phận tách nhựa, đưa nhựa ra ngoài phần dầu còn lại đưa sang quá trình xử lý hydro và chưng cất lại. Các phân đoạn còn lại như dầu cất nhẹ, dầu cất trung, dầu cất nặng được qua thiết bị triết bằng dung môi, phần chiết được lấy ra ngoài ở đáy tháp. Phân đoạn nhẹ không cần qua xử lý hydro và chưng cất lại vì ở phân đoạn này không chứa các thành phần phức tạp và nhiệt độ tương đối thấp. Các phân đoạn còn lại được đưa qua quá trình xử lý hydro và chưng cất lại, ở quá trình này phần dầu nhẹ nhất được đưa ra ngoài các phần còn lại được tiếp tục đưa sang công đoạn tách sáp, ở công đoạn này sau quá trình tách sáp chúng ta thu được các phân đoạn dầu khác nhau, ở đỉnh tháp dầu trung tính 125, đến 250 và500 còn phần cặn Brai thu được ở đáy tháp ( phân đoạn dầu bôi trơn nặng có độ nhớt cao để sản xuất dầu động cơ ), sáp được lấy ra ngoài ở đáy tháp. Khi sử dụng công nghệ này, công suất tăng đáng kể có thể đạt tới 60%. Hiệu suất và năng suất ít thay đổi với nguyên liệu ban đầu so với khi sử dụng trích ly bằng dung môi. Chương IV biện pháp tái sinh làm sạch dầu nhờn[8,9] Tái sinh dầu nhờn thải cho phép không những tiết kiệm đáng kể nhiên liệu mà còn giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường, một vấn đề mà cả thế giới quan tâm, hiện nay trên thế giới có tới 15 á 20 công nghệ tái sinh khác nhau từ đơn giản nhất như phương pháp axit cổ điển đến hiện đại như phương pháp đa tầng sử dụng kiểu tẩy bằng dung môi lựa chọn hoặc bằng hydro, các phương pháp đa tầng tạo ra dầu gốc rất hoàn hảo nhưng vốn đầu tư xây dựng dây truyền tái sinh lớn, công nghệ phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao. Từ trước tới nay việc tái sinh dầu nhờn thải của ta được thực hiện bằng phương pháp axit. Do đặc điểm của phương pháp cũng như chưa hoàn chỉnh về công nghệ nên hiệu quả tái sinh thấp gây ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng các phương pháp hiện đại chưa thể thực hiện được do cơ sở vật chất khoa học kỹ thuật của ta còn quá nghèo nàn, lạc hậu. I. Bản chất của phương pháp tái sinh dầu thải. Trong quá trình sử dụng các chỉ tiêu phẩm chất của dầu bị giảm sút dần do những nguyên nhân sau: 1.1. Dầu bị ôxy hoá. Khi làm việc trong các động cơ, máy móc và các thiết bị khác, khi bảo quản trong kho cũng như khi vận chuyển dầu đều tiếp xúc với oxy của không khí. Sự tiếp xúc này là nguyên nhân chủ yếu gây nên sự biến đổi về mặt hoá học của dầu, đó chính là quá trình oxy hoá. Trong các quá trình oxy hoá các tính chất hoá lý của dầu sẽ bị thay đổi. Theo quy luật thì sự thay đổi này dẫn đến sự giảm sút các chỉ tiêu chất lượng của dầu. Nếu sự oxy hóa xảy ra ở mức độ đủ sâu thì có thể loại bỏ dầu khỏi hệ thống bôi trơn của máy móc và thay nó bằng dầu mới. 1.2. Sự phân huỷ bởi nhiệt. Khi dầu tiếp xúc với các phần tử có nhiệt độ cao của máy móc thì xảy ra sự phân huỷ nhiệt, cracking. Kết quả của quá trình này là tạo ra các sản phẩm nhẹ, dễ bay hơi. Ngoài ra thì dầu còn chịu sự đốt nóng cục bộ khá lớn. Các hydrocacbon trong dầu mà có cấu trúc càng phức tạp, mạch càng dài thì nó càng dễ phân huỷ dưới tác động của nhiệt độ cao. 1.3. Sự làm loãng bởi các tạp chất. Các mạt kim loại lẫn trong dầu do sự mài mòn của các bề mặt kim loại của các chi tiết. Các tạp chất khoáng như bụi, cát trong không khí rơi vào dầu trong quá trình làm việc và tích luỹ lại trong dầu. Các chất này gây ra sự mài mòn rất lớn thậm chí đến vài phần trăm. Trong quá trình làm việc dầu sẽ dần dần bị lẫn nước, nước xâm nhập vào trong dầu từ không khí xung quanh, từ các sản phẩm cháy của nhiên liệu và do sự không kín của hệ thống làm mát động cơ. Nước nằm trong dầu ở dạng hoà tan hoặc ở dạng nhũ tương và tuỳ thuộc vào điều kiện nó có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác. 1.4. Sự làm loãng bởi nhiên liệu. Sự thay đổi độ nhớt trong quá trình làm việc do sự pha loãng dầu bởi các cấu tử nặng của nhiên liệu có ý nghĩa rất lớn trong thực tế. Hơi nhiên liệu có thể ngưng tụ lại trên các bề mặt phía trong xylanh và sẽ chảy xuống pha loãng dầu. Quá trình này dẫn đến việc làm giảm nhiệt độ bắt cháy và độ nhớt của dầu nhờn. Dầu phế thải gây ô nhiễm môi trường bởi vì nó chứa rất nhiều chất bẩn độc hại. Đó là nước, nhiên liệu đốt cháy chưa hết và các sản phẩm oxy hoá dầu sinh ra trong quá trình động cơ làm việc, là cát bụi, tạp chất cơ học, các hạt kim loại bị bào mòn của chi tiết máy rơi vào dầu trong quá trình làm việc và thu hồi... tất cả chúng lơ lửng trong dầu tạo ra axit, nhựa, cặn bùn khiến cho độ nhớt thay đổi mạnh, nhiệt độ bắt cháy hạ thấp, trị số axit, hàm lượng tạp chất cơ học, hàm lượng nước tăng cao. Tái sinh dầu thải thực chất là quá trình tách loại hết những chất bẩn ra khỏi dầu thải, phục hồi lại những tính chất ban đầu của dầu. Việc tách chất bẩn ra khỏi dầu thải được thực hiện bằng phương pháp kết tủa. Có thể tạo kết tủa bằng phương pháp vật lý như lắng đọng, lọc, chưng cất, ly tâm hoặc bằng phương pháp hoá lý như như đông tụ, hấp phụ hoặc bằng phương pháp hoá học như làm sạch bằng axit, bằng kiềm. Đặc tính và biến chất của dầu thải sẽ quyết định phương pháp tái sinh nó. Vì vậy khi tiến hành tái sinh dầu thải cần phải căn cứ vào loại, mức độ, tính chất làm bẩn của dầu cũng như công dụng sau này của dầu tái sinh mà lựa chọn phương pháp tái sinh cho phù hợp và đạt hiệu quả cao. II. Các phương pháp tái sinh dầu chủ yếu. Các phương pháp vật lý chỉ tái sinh được dầu thải có độ biến chất chưa sâu. Đối với những dầu thải có tốc độ biến chất sâu, đặc biệt dầu động cơ có chứa phụ gia phân tán tẩy rửa (dầu thải không lọc) thì các phương pháp vật lý không thể sử dụng được. Để tái sinh những dầu thải này cần phải dùng phương pháp lý hoá, phương pháp hoá học hoặc tổ hợp nhiều phương pháp khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp tái sinh dầu thải phổ biến nhất: 2.1. Phương pháp tái sinh hoá lý.[9] 2.1.1. Đông tụ. Là phương pháp chủ yếu để tăng cường tính chất lọc cho những dầu thải không lọc. Bản chất của đông tụ là sự tập hợp những hạt keo, tạo ra những chất kết tụ lắng xuống. Có thể gây đông tụ bằng cách tác động cơ học, bằng nhiệt, bằng dòng điện, bằng chất đông tụ. Chất đông tụ có thể là chất điện ly, chất hoạt động bề mặt hoặc chế phẩm tẩy rửa tổng hợp. Những chất đông tụ, điện ly điển hình là: H2SO4, Na2CO3, Na2CiO3, Na3PO4. Chất đông tụ hoạt động bề mặt anion gốc sulfonat mà phổ biến nhất là sunfunol RSO3Na trong đó R là gốc 12 á 18C. Chất đông tụ có khả năng làm mất dần điện tích của các hạt keo làm chúng ngừng xô đẩy nhau và dính lại với nhau tạo thành hạt lớn lắng xuống đáy. Đông tụ thường được tiến hành trong bể lắng đáy hình nón được trang bị những thiết bị đun nóng và khuấy trộn. Dầu thải Lắng sơ bộ Thiết bị đông tụ Thiết bị lắng Thiết bị làm sạch Dầu tái sinh Nước + cặn cơ học Bể chứa cặn Dung dịch muối Cặn nặng Pha vào FO Sản xuất bitum Thiết bị trung hoà Hình 6: Sơ đồ hệ thống tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp đông tụ. Dầu thải sau khi thu hồi được để lắng trong các bể chứa để tách sơ bộ các tạp chất cơ học và nước rồi được đưa vào thiết bị đông tụ. Tại đây dầu thải được xử lý bằng các chất đông tụ theo quy trình như đã trình bày trên hình vẽ. Sau khi được xử lý, dầu được chuyển sang thiết bị lắng đọng và được tách cặn. Dầu thu được tiếp tục qua thiết bị làm sạch bằng hấp phụ hoặc trích ly để cho dầu gốc. Cặn thu được (thường có tính kiềm) được trung hoà trong thiết bị trung hoà để tách muối và nước. Phần cặn còn lại gồm atphan và nhựa được pha trộn với FO để đốt hoặc chuyển sang sản xuất bitum. 2.1.2. Hấp phụ. Hấp phụ là quá trình tập chung các chất bẩn trên bề mặt chất hấp phụ. Chất hấp phụ có khả năng giữ trên bề mặt của mình một lượng lớn các chất asphan, axit, este vầ các sản phẩm oxy hóa khác trong dầu thải. Hiệu quả hấp phụ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất và trị số bề mặt chất hấp phụ. Đặc tính của những chất hấp phụ cũng có ý nghĩa quan trọng không kém. Ví dụ như Silicagen hấp phụ tốt nhựa asphan còn oxyt nhôm lại hấp phụ tốt axit hữu cơ phân tử thấp. Để tăng khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phải hoạt hoá nó. Trong tái sinh dầu thải người ta sử dụng chất hấp phụ phổ biến nhất là sét tẩy màu rồi đến Silicagen, oxyt nhôm... về nguyên tắc chất hấp phụ càng được nghiền nhỏ thì bề mặt hấp phụ và khả năng hấp phụ của nó càng lớn song lại gây trở ngại lớn cho quá trình lọc sau hấp phụ. 2.2. Phương pháp tái sinh hoá học. 2.2.1. Làm sạch dầu nhờn bằng axit sunfuaric:[9] Là một phương pháp hoá học có tác dụng làm sạch các chất có hại, nó còn là dung môi tốt cho nhiều hợp chất.Tất cả các chất có hại (trừ các axit hữu cơ) được tách ra khỏi dầu nhờn cùng với gudron axit (cặn nhớt nặng). Các chất nhựa trong dầu kết hợp với axit sunfuaric có thể xảy ra theo 3 hướng sau: một phần nhựa hoà tan trong axit sunfuaric, phần khác ngưng tụ với axit tạo hợp chất tương tự asphanten, phần thứ 3 kết hợp với axit sunfuaric tạo thành axit sunfuaric hoá. Tất cả các dạng nhựa trên đều chuyển vào gudron axit. axit sunfuric thường dùng để làm sạch dầu nhờn biến áp, dầu nhờn trắng và để tái sinh dầu nhờn. axit sunfuaric thường được dùng để tách các hợp chất hydrocacbon và các chất nhựa, asphanten. Kết qủa làm sạch phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian tiếp xúc, nguyên liệu và axit, nồng độ axit, hàm lượng axit. + Nhiệt độ vô cung quan trọng trong việc làm sạch dầu nhờn, để nhận được dầu có chất lượng tốt người ta tiến hành làm sạch ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt độ làm sạch mà tăng thì độ hoà tan các hợp chất axit và chủ yếu các hợp chất polime trong dầu cũng tăng lên. + Nồng độ axit giảm thì khả năng hoà tan vào polime sẽ giảm, khi tăng nồng độ axit thì sẽ tăng sự tạo thành axit sunfuaric hoá, nó sẽ chuyển vào gudron axit. + Lưu lượng axit: mức độ tách các chất nhựa asphten ra khỏi dầu nhờn tăng lên khi tăng lưu lượng axit. Lưu lượng axit đối với từng loại dầu nhờn khác nhau. + Thời gian tiếp xúc ít khi bề mặt tiếp xúc của dầu và axit càng lớn. Vì vậy việc khuấy trộn phải thực hiện liên tục với cường độ đủ lớn trong suốt thời gian xử lý. Thường phương pháp khuấy trộn cơ học dầu với axit thực hiện trong khoảng thời gian 30 á 40 phút. Quá trình làm sạch bằng axit sunfuaric thường được tiến hành trong thiết bị khuấy trộn trong đó hỗn hợp dầu với axit được trộn bằng cách sục không khí hoặc dùng bơm tuần hoàn trộn. Tiếp theo cặn bùn axit tạo thành được lắng tách trong bể lắng hoặc ly tâm. Thông thường thiết bị trộn là thùng thép hình trụ phía trong lót lớp chì, đáy hình nón để dễ lắng và tháo cặn bùn axit. Thiết bị chính của quá trình làm sạch dầu nhờn bằng axit sunfuaric là máy khuấy. Việc sử lý bằng axit sunfuaric dẫn đến việc tách một phần hoặc hoàn toàn các hợp chất không no, các hợp chất chứa lưu huỳnh, các hợp chất chưa nitơ, oxy và các hợp chất nhựa, các chất ở dạng asphan nên cải thiện được sự ổn định chống ôxy hoá, lượng cặn cacbon, khả năng phá nhũ, chỉ số trung hoà, mầu và mùi của dầu. Tuy nhiên quá trình này có một số nhược điểm, nên khi xử lý xong quá trình làm sạch này sẽ cho sang quá trình làm sạch bằng kiềm. 2.2.2. Làm sạch bằng kiềm[8]. Những chất kiềm được dùng để làm sạch dầu thải phổ biến nhất là Na2CO3, NaOH, NaPO4. Kiềm tác dụng với các axit hữu cơ ( sản phẩm của sự oxy hoá dầu) tạo ra xà phòng. Vì vậy để lắng và rửa dầu sau khi làm sạch bằng kiềm là việc bắt buộc. Trong quá trình xử lý dầu thải bằng kiềm có thể xảy ra sử thuỷ ngân xà phòng được tạo ra và tạo nhũ gây trở ngại cho quá trình làm sạch. Nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý ảnh hưởng đối lập đến hai hiện tượng này. Vì vậy cần phải chọn điều kiện xử lý sao cho hạn chế được cả hai quá trình có hại trên. 2.3. Phương pháp tái sinh vật lý. 2.3.1. Lắng. Các hạt kim loại, nước, cá chất hắc ín, asphan nằm trong dầu sẽ tự lắng xuống khi dầu ở trạng thái tĩnh và theo thời gian. Việc lắng dựa trên nguyên lý ngưng lắng các hạt dưới tác dụng của trọng lực. Sự ngưng lắng sẽ tốt hơn khi ở nhiệt cao bởi ở nhiệt độ cao thì độ nhớt của dầu giảm , tạo điều kiện cho các hạt lắng nhanh. Nhiệt độ tốt nhất để ngưng lắng dầu từ 80 á 900C. Nếu để dầu tự lắng ở nhiệt độ thường thì thời gian lắng rất dài, hiệu quả lắng thấp. Quá trình lắng chỉ áp dụng như là một quá trình lọc sơ bộ. 2.3.2. Ly tâm. Là phương pháp thông dụng để tách các tạp chất cơ học, nước ra khỏi dầu. Phương pháp này còn có thể được áp dụng để rửa dầu, cho thêm nước vào dầu để nước rửa các tạp chất rồi ly tâm để tách nước ra cùng chất bẩn. 2.3.3. Lọc. Dùng trong các quá trình làm sạch sơ bộ hoặc dùng để tái sinh các loại dầu không yêu cầu độ sạch cao. Nó chỉ tách được các tạp chất cơ học. 2.3.4. Chưng cất. Là phương pháp tái sinh dầu thải khá phổ biến trên thế giới. Nó có ưu điểm là tách loại được hoàn toàn nước, nhiên liệu, tạp chất cơ học lẫn trong dầu. Tuy nhiên có phải luôn luôn đi kèm cùng với các phương pháp làm sạch khác như hấp phụ, làm sạch bằng hydro, trích ly bằng dung môi chọn lọc do nó không tách hết được các cấu tử có màu tối. 2.3.5. Rửa bằng nước. Dầu thải được rửa bằng nước để loại bỏ các sản phẩm axit hữu cơ, muối, xà phòng hoà tan trong nước. Việc rửa bằng nước không thể phục hồi dầu khi dầu đã bị lão hoá quá lớn. Phương pháp này thường được sử dụng đối với dầu tuốc bin để loại bỏ các axit thấp phần tử hoà tan được trong nước. III. Các phát minh mới trong lĩnh vực tái sinh dầu thải. Theo một sáng chế ở úc dầu thải được tải sinh bằng phương pháp đông tụ bởi tổ hợp của dung môi tổng hợp có chứa nhóm cacbonyl (C=O) với dung dịch chất điện ly. Đặc biệt nổi bật của sáng chế này là nước không cần tách ra khỏi dầu thải trước khi xử lý vì nước là thành phần thiết yếu trong quá trình đông tụ. Song việc tổng hợp các dung môi loại này là phức tạp và tốn kém. ở Đức có một phương pháp tái sinh dễ thực hiện hơn, theo phương pháp này người ta sử lý sơ bộ dầu phế thải bằng dung dịch của hỗn hợp Na2CO3 hoặc K2CO3 với Na2SO4 hoặc K2SO4 bằng dung môi hay hydro. Phương pháp này cho dầu tái sinh khá sạch, phụ gia dễ kiếm song quá trình công nghệ cồng kềnh phức tạp. Để tái sinh dầu máy thải theo một phương pháp được đề suất ở Pháp, người ta dùng dung dịch kiềm mạnh muối vô cơ có PH>9 mà trước hết là hydroxit và cacbonat của kim loại nhóm 1 hoặc 2. Bên cạnh những sáng chế mới được đề xuất này, mỗi nước đều có phương pháp tái sinh riêng phù hợp với điều kiện thực tế của đất nước mình. Tình hình tái sinh dầu thải của thế giới trong những năm gần đây: + ở Ba Lan chủ yếu tái sinh dầu động cơ, phương pháp tái sinh dầu như sau: dầu thải được khử nước, được sử lý bằng axit rồi bằng kiềm và cuối cùng được tẩy màu bằng đất sét rồi lọc ép. Có chưng cất chân không trước hoặc sau khi sử lý + ở Pháp người ta dùng propan lỏng để khử cặn bằng cách chiết rồi sử lý tiếp bằng axit, bằng đất sét rồi chưng cất chân không. Ngoài ra còn dùng chất đông tụ. + Mỹ sử dụng phổ biến phương pháp Bero. Làm kết tủa cặn bẩn bằng hỗn hợp rượu chuyên dùng trộn với dầu thải đã được tách nước sau đó chưng cất chân không cho ra những sản phẩm khác nhau. Phương pháp này đắt, thiết bị phức tạp, khó vận hành. + Phương pháp tái sinh được coi là hiện đại nhất hiện nay là phương pháp Recyclon của Hà Lan. Theo phương pháp này người ta phun các hoá chất chuyên dùng vào dầu thải đã khử nước sau đó chưng cất phân tử ở chân không cao. Cặn thải được đốt thành tro chống ô nhiễm môi trường. Phương pháp này tạo ra dầu gốc hoàn hảo nhưng rất đắt đỏ. Công nghệ tái sinh canada cũng dựa trên cơ sở của công nghệ này. ở Liên Xô hiện nay việc tái sinh dầu thải được thực hiện chủ yếu bằng cách ngưng tụ rồi chưng cất chân không và cuối cùng làm sạch bằng hydro rồi thêm phụ gia để được dầu thành phẩm, cặn được dùng làm chất đốt với nhiên liệu. Nhìn chung các dây chuyền công nghệ mới gồm 2 công đoạn chính: chưng cất dầu thải để khử nước và những cacbua hydro nhẹ, sau đó làm sạch những chất đã cất bằng hydro là giai đoại quyết định, nó được thực hiện lần lượt trong thiết bị phản ứng bảo vệ rồi trong thiết bị phản ứng chính cho sự tẩy rửa bằng hydro. IV. Tình hình tái sinh dầu thải ở Việt Nam[9] Việc tái sinh dầu thải ở Việt Nam chủ yếu do tổng công ty xăng dầu đảm nhiệm bằng phương pháp axit với một công nghệ quá cũ nát, chắp vá và không hoàn chỉnh. Do vậy hiệu quả tái sinh thấp và gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng, đặc biệt chưa có biện pháp xử lý cặn axit sau tái sinh. Năm 1993, một phương pháp tái sinh mới bằng phương pháp đông tụ được tổng công ty xăng dầu đưa ra thực hiện. Nhưng do quy chế thu mua dầu thải chưa hợp lý mà lượng dầu thải thu gom được cho tái sinh là không đáng kể so với lượng dầu đã đưa vào sử dụng. Hàng năm ngành xăng dầu tái sinh được từ 1000 á 1500 tấn dầu thải, một con số thật ít ỏi so với con số 6000 tấn được đưa vào sử dụng. Để bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguồn nguyên liệu, tiết kiệm ngoại tệ cần phải đẩy mạnh công tác tái sinh. Muốn vậy, chúng ta phải tổ chức thu gom tốt toàn bộ lượng dầu thải và cần có một phương pháp tái sinh mới sao cho vừa có hiệu quả, ít ô nhiễm môi trường vừa để thực hiện trong điều kiện hiện tại của nhà nước V. Khả năng tiêu thụ dầu nhờn trên thị trường Việt Nam. Trong những năm qua nhu cầu tiêu thụ dầu của nước ta ở mức thấp, khoảng 0,04 tấn 1 năm/ người. Dầu bôi trơn chỉ chiếm 60 á 70%, còn lại là dầu công nghiệp và các loại khác. Nhu cầu sử dụng ở miền Bắc chiếm từ 42%, miền Trung là 13%, miền Nam chiếm 45%, nhu cầu tăng trưởng hàng năm từ 3 á 7%. ở Việt Nam nhu cầu về dầu bôi trơn hiện nay vào khoảng 60.000 tấn/năm với nhiều chủng loại khác nhau trong đó dầu động cơ chiếm lớn hơn 50%. Những năm trước đây, xăng dầu nước ta chủ yếu do Liên Xô cũ cung cấp. Trong những năm gần đây, do chính sách mở của của nhà nước đã có rất nhiều những hẵng dầu lớn cung cấp cho nhu cầu về xăng dầu của nước ta (Caltex, esso, BP, Shell, Catrol, Total, Mobil, Agip...). Nhờ vậy mà thị trường dầu bôi trơn ngày càng phong phú và đa dạng, đã có rất nhiều sản phẩm được đưa ra và ngày càng hoàn thiện hơn về tính năng sử dụng để phù hợp với điều kiện khí hậu, thế hệ máy móc ở Việt Nam. Cho tới nay, để phục vụ cho nhu cầu về dầu bôi trơn thì ta vẫn chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài mặc dù công nghệ pha chế dầu bôi trơn ta có thể chủ động hoàn toàn được. Hiện tại trong nước cũng có một số công ty thực hiện pha chế dầu bôi trơn bằng con đường nhập khẩu dầu gốc và phụ gia đóng gói nhưng còn hạn chế ở cả quy mô và chất lượng còn chưa cạnh tranh được với sản phẩm của công ty nước ngoài. Để sử dụng dầu bôi trơn phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm ở Việt Nam, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của nhà thiết kế và nhu cầu sử dụng ngày càng tăng thì cùng với việc nâng cào hiểu biết của người sử dụng cần phải xây dựng nền công nghiệp pha chế dầu ở nước ta. Kết luận Sau một thời gian tích cực thực hiện bản đồ án với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo đến nay bản đồ án với đề tài “tổng quan về dầu nhờn” của em đã được hoàn thành. Bản đồ án đã nêu ra được những nội dung cơ bản sau. + Về phần lý thuyết. Các phân đoạn dầu mỏ và vị trí của phân đoạn dầu nhờn Sơ lược về masat và bôi trơn Phân loại dầu bôi trơn Các tiêu chuẩn cơ bản đánh giá chất lượng của dầu nhờn Các loại phụ gia cho dầu nhờn Chức năng của dầu bôi trơn Thành phần hoá học của dầu nhờn Cách bảo quản dầu nhờn Khả năng sản xuất và tiêu thụ dầu nhờn trên thế giới và Việt Nam Một số biện pháp tái sinh và làm sạch dầu nhờn thải + Về phần công nghệ. Sơ đồ khối quá trình sản xuất dầu nhờn Xử lý dầu nhờn bằng dung môi NMP Sơ đồ công nghệ tách sáp Dilchill Xử lý dầu nhờn công nghệ lai ghép Shell (Hibrid Shell) Với tất cả những gì đã trình bày ở trên tuy không hoàn toàn đầy đủ nhưng cũng giúp em hiểu được những khái niệm chung nhất về dầu nhờn Bất cứ ở đâu mà có hai vật rắn chuyển động so với nhau trong ổ trục hoặc trong các bộ phận khác của máy móc thì ở đó cần phải có chất bôi trơn để ngăn cách chúng và nhờ vậy sẽ làm giảm masat, ngăn ngừa hoặc làm giảm mài mòn, phòng ngừa hư hỏng, làm mát các chi tiết masat, chống ăn mòn và hấp thụ mang các chất có hại và các hợp chất cặn tạo ra khi máy hoạt động ra khỏi vùng masat. Yêu cầu của chất bôi trơn phụ thuộc vào nơi áp dụng chúng trong khi tính năng lại được quyết định bằng các tính chất của chất bôi trơn. Vì vậy, lựa chọn đúng chất bôi trơn là điều cực kỳ quan trọng. Việc lựa chọn này phải dựa trên các hướng dẫn được nêu trong các cách hướng dẫn sử dụng và bảo dưỡng máy. Chất bôi trơn tốt, được lựa chọn và sử dụng dùng kết hợp với một số bảo dưỡng hợp lý sẽ là yếu tố rất quan trọng làm cho máy hoạt động trơn tru và có hiệu quả, nâng cao hiệu quả kinh tế trong sử dụng Việc sử dụng các sản phẩm hảo hạng thường cho hiệu quả kinh tế cao mặc dầu giá cả ban đầu cao hơn những chi phí trong sử dụng, bảo dưỡng và số công lao động sẽ giảm nhiều và do vậy chi phí chung cho việc bôi trơn sẽ thấp hơn Cuối cùng do hầu hết các chất bôi trơn đều đi đến chỗ biến thành dầu thải và cần phải loại, nên cần xem xét ngay từ giai đoạn lựa chọn sao cho có thể sử dụng dầu thải như một sản phẩm phụ Tập trung phân loại các dầu đã qua sử dụng ngay tại chỗ để nếu có thể sử dụng lại lần nữa ngay taị nhà máy hoặc tái sinh lại Cần xem xét vấn đề ô nhiễm môi trường có liên quan với việc thải loại dầu đã sử dụng. Không được sử dụng biện pháp hoà loãng để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng nhưng trong quá trình hoàn thành bản đồ án này không khỏi có những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của thầy cô cùng các bạn. Tài liệu tham khảo Giáo sư C.Kajdas: Dầu mơ bôi trơn. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 1993 Trần Mạnh Trí: Hoá học dầu mỏ và khí. Đại Học Bách Khoa Hà Nội,1979 Lê Văn Hiếu: Công nghệ chế biến dầu mỏ. NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 2001 PGS. TS. Đinh Thị Ngọ: Hoá học dầu mỏ và khí. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 2001 Kiều Đình Kiểm: Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 1999 Hydrocarbon processing/November 2000 Shell Global Solution International B.V: Lube hydro processing Bechtel Corp: Lube treating Ekxon Mobil Research & Engineering Co: Lube treating Võ Thị Liên: Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí. Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1983 Phạm Văn Cối: Tái sinh tất cả các loại dầu nhờn. NXB Giáo Dục 1970 Bùi Huê Cầu: Tái sinh dầu nhờn phế thải. Tổng công ty xăng dầu 1991 Các sản phẩm dầu mỏ thương phẩm. Petrolimex 1992 Mục Lục ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA0524.DOC
Tài liệu liên quan