Tiểu luận Môn học Phụ Gia: TÌM HIỂU PHỤ GIA TẠO NHŨ DOWATER

PHỤ LỤC I.TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL 1 1) Giới thiệu: 1 2) Những ảnh hưởng khi sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống: 5 3) Những nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu diesel truyền thống: 6 II.TỔNG QUAN VỀ HỆ NHŨ TƯƠNG 7 1) Khái niệm hệ nhũ tương: 7 2) Phân loại hệ nhũ tương: 8 3) Giới thiệu về chất nhũ hóa ( chất hoạt động bề mặt): 9 a) Khái niệm chất hoạt động bề mặt: 9 b) Phân loại chất nhũ hóa: 10 c) Chỉ số HLB (Hydrophile – Lipophile – Balance): 11 III.GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG DOH2O 12 1) Khái niệm: 12 2) Các chất nhũ hóa thường dùng: 13 3) Ưu điểm của nhiên liệu nhũ tương so với nhiên liệu truyền thống: 13 4) Một số đặc tính của nhiên liệu nhũ tương DONước : 14 a) Độ nhớt: 14 b) Điểm chớp cháy cốc kín: 14 c) Điểm đông đặc: 15 d) Nhiệt trị: 15 e) Kích thước nhũ: 15 IV.CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (CHDBM): 16 1) SPAN 80: Có cấu trúc phân tử như sau 16 2) SPAN 80: 17 3) TWEEN 20: 18 4) TWEEN 80: 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

Môn học: Phụ Gia

PHỤ GIA TẠO NHŨ DO/WATER

GVHD: TS NGUYỄN HỮU LƯƠNG

HV : BÙI THANH HẢI MSHV: 10401076

TP.HCM, 2011

PHỤ LỤC

I.TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL 1

1) Giới thiệu: 1

2) Những ảnh hưởng khi sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống: 5

3) Những nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu diesel truyền thống: 6 II.TỔNG QUAN VỀ HỆ NHŨ TƯƠNG 7

1) Khái niệm hệ nhũ tương: 7

2) Phân loại hệ nhũ tương: 8

3) Giới thiệu về chất nhũ hóa ( chất hoạt động bề mặt): 9

a) Khái niệm chất hoạt động bề mặt: 9

b) Phân loại chất nhũ hóa: 10

c) Chỉ số HLB (Hydrophile – Lipophile – Balance): 11

III.GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG DO/H2O 12

1) Khái niệm: 12

2) Các chất nhũ hóa thường dùng: 13

3) Ưu điểm của nhiên liệu nhũ tương so với nhiên liệu truyền thống: 13

4) Một số đặc tính của nhiên liệu nhũ tương DO/Nước : 14

a) Độ nhớt: 14

b) Điểm chớp cháy cốc kín: 14

c) Điểm đông đặc: 15

d) Nhiệt trị: 15

e) Kích thước nhũ: 15

IV.CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (CHDBM): 16

1) SPAN 80: Có cấu trúc phân tử như sau 16

2) SPAN 80: 17

3) TWEEN 20: 18

4) TWEEN 80: 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu

Lương

1) Giới thiệu:

Nhiên liệu diesel là một lọai nhiên liệu lỏng, có khỏang nhiệt độ sôi

cao hơn dầu lửa và xăng Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đọan

gasoil, là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, với khỏang nhiệt

độ sôi từ

250 đến 3700C Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ

diesel

(đường bộ, đường sắt, đường thủy, …) và một phần được sử dụng trong các

tuabin khí (trong công nghiệp phát điện, xây dựng, …) Thành phần phân đọan

gasoil gồm có paraffin, naphthene, olefin và aromatic với số nguyên tử cacbon

từ C14 đến C20 Ngòai ra, phân đọan gasoil cũng có thể được trộn chung với

các sản phẩm của các quá trình khác: cracking xúc tác, hydrocracking, … để

tăng sản lượng, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Thành phần của nhiên liệu diesel chủ yếu bao gồm chất nền và các chất

phụ gia Chất nền chính là phân đọan gasoil thu từ các quá trình khác nhau

Các chất phụ gia được bổ xung vào thành phần chất nền nhằm cải thiện các

chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm diesel

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu

Lương

o Phụ gia làm giảm điểm vẩn đục

o Phụ gia tăng chỉ số cetane

o Phụ gia chống sự oxy hóa, ngăn cản tạo nhựa

o Phụ gia khử họat tính kim lọai

o Phụ gia chống ăn mòn

o Phụ gia khử nhũ

o Phụ gia tạo màu

Những yêu cầu đối với nhiên liệu diesel gồm có [10]:

 Đảm bảo cấp nhiên liệu liên tục và tin cậy vào buồng cháy, phù hợp

với quá trình làm việc của động cơ

 Có khả năng tự cháy và bay hơi phù hợp để động cơ khởi động dễ

dàng,

có tốc độ tăng áp suất xi lanh không quá lớn và có tốc độ cháy đủ lớn

 Ít đóng cặn trong hệ thống cấp nhiên liệu và trong xy lanh

 Có tính ăn mòn thấp

Để đánh giá chất lượng diesel, người ta thường xác định một số chỉ tiêu

kỹ thuật của nhiên liệu diesel theo các tiêu chuẩn như TCVN, ASTM, … Một số

tiêu chuẩn quan trọng đối với nhiên liệu diesel được liệt kê dưới đây

 Chỉ số cetane:

Đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel, đặc

trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel Trị số cetane là một đại

lượng quy ước, có giá trị bằng tỷ số phần trăm thể tích của cetane (C16H34) trong

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu

Lương

 Độ nhớt:

Đây cũng là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu diesel Độ

nhớt quyết định khả năng lưu động và hóa sương của nhiên liệu, do đó cũng

quyết định đặc tính cháy của nhiên liệu trong xi lanh

 Hàm lượng nước

 Hàm lượng lưu huỳnh:

Hàm lượng lưu huỳnh là nguyên nhân trực tiếp gây nên sự ăn mòn của

các thiết bị tồn trữ cũng như các chi tiết động cơ Hiện nay hàm lượng lưu

huỳnh trong DO là 0, 05% và 0, 25%

 Tỷ trọng

 Điểm vẩn đục và điểm chảy

 Nhiệt độ chớp cháy:

Nhiệt độ chớt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu bay hơi

tạo với không khí một hỗn hợp có thể phụt cháy rồi tắt ngay như một tia

chớp khi đưa ngọn lửa đến gần

Nhiệt độ chớp cháy được xác định trong hai loại thiết bị cốc kín và cốc

hở khác nhau nên tương ứng ta cũng có hai loại nhiệt độ chớt cháy cốc kín và

cốc hở loại cốc kín thường dùng cho các loại sản phẩm có độ bay hơi lớn còn

loại cốc hở thường dùng cho các phân đoạn nặng

Bảng 1 trình bày những yêu cầu về chất lượng của nhiên liệu diesel

theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5689:2005

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu

Lương

Bảng 1 : Tiêu chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu diesel (TCVN 5689:2005)

TT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp

12 Khối lượng riêng ở 15oC,

kg/m3

820 – 860 TCVN 6594:

2000 (ASTM D1298)/ ASTM4052

13 Độ bôi trơn, µm, max 460 ASTM D6079

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu

Lương

 Nhu cầu sử dụng Diesel ở Việt Nam được biểu hiện trong biểu đồ sau :

2) Những ảnh hưởng khi sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống:

Nói chung, nhiên liệu diesel truyền thống được sản xuất bằng phương

pháp chưng cất trực tiếp dầu thô từ các mỏ khóang dầu Vì vậy, nguồn nhiên liệu

diesel sử dụng trên thế giới phải phụ thuộc vào nguồn cung cấp này Tuy

nhiên, sản lượng dầu khai thác của thế giới đang giảm và không ổn định trong

tình hình chính trị của thế giới hiện nay Vì vậy, giá dầu thô tăng rất cao (

USD 56/thùng)

Mặt khác, việc sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đã thải ra môi

trường một lượng khí thải rất lớn Trong thực tế, khi động cơ diesel họat động,

nó thải ra một lượng rất lớn các hợp chất độc hại như COx, NOx, SO2, hơi

hydrocacbon, … Khi nhu cầu sử dụng các sản phẩm dầu mỏ nói chung và nhiên

liệu diesel nói riêng gia tăng, nạn ô nhiễm môi trường cũng gia tăng, dẫn đến thúc

đẩy hiện tượng nóng lên của bề mặt trái đất hay còn gọi là hiệu ứng nhà kính

Theo các nhà nghiên cứu trên thế giới thì cứ 1 kg nhiên liệu diesel truyền thống

khi cháy sẽ thải ra 3,2 kg CO2 Bảng 8 trình bày mức độ gia tăng của các chất

gây ô nhiễm trong khí quyển

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

Bảng 2: Sự gia tăng các chất ô nhiễm trong khí quyển Chất ô nhiễm Thời kỳ tiền công

to lớn trong việc phát triển khoa học kỹ thuật cũng như kinh tế của một quốc gia.Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, nguồn cung cấp này đã trở nên không ổn định

và những tác hại xấu về môi trường từ việc sử dụng chúng đang là một vấn đề cầnđược giảm thiểu Do đó, việc tìm ra những nguồn nhiên liệu thay thế là hết sứccấp bách

3) Những nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu diesel truyền thống:

Ngay từ những năm cuối thế kỷ 19, thế giới đã bắt đầu nghiên cứu về cácnhiên liệu có thể thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống Vấn đề này càngđược phát triển mạnh trong những năm xảy ra chiến tranh thế giới, giai đọankhủng hỏang dầu mỏ và nhất là trong những năm gần đây Các nhà nghiên cứu

đã tìm ra hướng giải quyết cho nhiên liệu diesel truyền thống như sau

 Dầu thực vật: Từ những năm thuộc thập kỷ 80 của thế kỷ trước, trên thếgiới đã có những thử nghiệm những nguồn thay thế cho nhiên liệu diesel truyềnthống như dầu cải, dầu lạc, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cọ, … do dầuthực vật có khối lượng riêng, chỉ số cetane, nhiệt trị chỉ thấp hơn nhiên liệu dieselmột ít Ưu điểm của lọai nhiên liệu này là chất thải ít gây ô nhiễm môi trường, cónguồn nguyên liệu vô tận, giảm thiểu được lượng nhập khẩu dầu từ nhiên liệu

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

khóang, vì vậy, giải quyết được vấn đề năng lượng đối với những nước không cónguồn khóang mỏ Những thử nghiệm về việc sử dụng dầu thực vật làm nhiênliệu cho động cơ diesel được thực hiện bằng cách tiến hành sử dụng trực tiếp dầuthực vật, hoặc hỗn hợp của dầu thực vật với dầu diesel theo một tỷ lệ nhất định.Kết quả thử nghiệm cho thấy nếu sử dụng trực tiếp dầu thực vật thì công suấtđộng cơ giảm, suất tiêu hao nhiên liệu cao, hàm lượng oxít nitơ thải ra caohơn, hàm lượng oxít cacbon thấp hơn Ngòai ra, khi sử dụng trực tiếp dầu thựcvật thì gặp khó khăn ở bộ phận phun nhiên liệu và họat động của động cơ do dầuthực vật có độ nhớt cao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel

 Nhiên liệu nhũ tương DO/H2O: Đây là một dạng nhiên liệu mới kết hợp

giữa nước và dầu diesel, nhiên liệu nhũ tương có các ưu điểm nổi bật sau

_Tiết kiệm nhiên liệu hơn so với sử dụng nhiên liệu truyền thống

_Giảm được khí thải NOx trên cùng một lượng nhiên liệu

 Nhiên liệu hòan nguyên: Đây là nguồn năng lượng chuyển hóa từ cácnguồn nhiên liệu có sẵn trong tự nhiên: năng lượng mặt trời, năng lượng thủy lực,năng lượng gió, …; hay là nguồn năng lượng nhân tạo: năng lượng điện, …Hiệnnay, người ta còn đang thử nghiệm những nguồn năng lượng của hải dương vànguồn năng lượng của trung tâm địa cầu Ưu điểm của nguồn năng lượng này là:nguồn năng lượng sạch, tận dụng được những lợi thế của tự nhiên, là nguồn nănglượng vô tận Tuy nhiên, việc ứng dụng các nguồn năng lượng này vẫn còn hạnchế và chỉ mới ở mức độ thử nghiệm

1) Khái niệm hệ nhũ tương:

Nhũ tương là hệ có pha phân tán và môi trường phân tán đều ở dạng lỏng

Để tạo nhũ tương hai chất lỏng đó không tan vào nhau Trong hai chất lỏng tạothành nhũ tương, có một pha lỏng phân cực thường gọi là pha “ nước” ký hiệu n

hay w (water)- pha lỏng kia không phân cực thường gọi là “ dầu” ký hiệu d hay o

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

(oil)

2) Phân loại hệ nhũ tương:

Nhũ tương thường được phân loại theo tính chất của pha phân tán và môitrường phân tán ( pha liên tục) Theo cách phân loại này người ta chia nhũ tương

Có thể nhận biết và phân biệt loại nhũ tương bằng các phương pháp sau:

 Thêm một ít nước vào hệ nhũ tương, nước chỉ trộn lẫn trong nhũ tươngd/n mà không trộn lẫn trong nhũ tương n/d

 Thêm một ít chất màu chỉ có khả năng tan vào một loại chất lỏng: nướchoặc dầu, nó sẽ nhuộm màu giọt chất lỏng hay môi trường phân tán,qua kính hiển vi điện tử có thể xác định được nhũ tương

 Đo độ dẫn điện của nhũ tương: độ dẫn điện của nhũ tương d/n ( # độdẫn điện của nước) > n/d ( rất nhỏ)

Trong một số trường hợp, người ta phân loại nhũ tương theo nồng độ củapha phân tán, theo cách này nhũ tương được phân làm ba loại: loãng, đặc và rấtđặc

 Nhũ tương loãng: nồng độ pha phân tán < 0, 1 % Nói nhũ tương loãngkhông có nghĩa là đem pha loãng nhũ tương đậm đặc được nhũ tươngloãng mà nó có nhiều tính chất đặc trưng như: các hạt nhũ tương loãng

có kích thước rất khác với các hạt nhũ tương đặc và rất đặc, có đường

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

kính khoảng 10-5 cm, có tích điện Điện tích này là do sự hấp phụ cácion của chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường Khi không có chấtđiện ly thì bề mặt hạt nhũ tương hấp phụ OH- và H+ do nước phân ly

 Nhũ tương đậm đặc: chứa một lượng lớn pha phân tán, có thể đến 74 %thể tích Đường kính hạt tương đối lớn > 1micromét, có thể được nhìnthấy bằng kính hiển vi thường

 Nhũ tương rất đậm đặc( ví dụ như nhũ tương gelatin hóa) có tỷ lệ phaphân tán > 74% thể tích, các hạt không còn là hình cầu như hai loại kia

mà có hình đa diện ngăn cách nhau như tổ ong, có tính chất cơ họcgiống như gel ( có thể cắt bằng dao)

3) Giới thiệu về chất nhũ hóa ( chất hoạt động bề mặt):

a) Khái niệm chất hoạt động bề mặt:

Các chất HDBM là những chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt củadung môi chứa nó Các chất này có khả năng hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tantương đối nhỏ, nếu không chúng có xu hướng rời khỏi bề mặt vào trong lòng chấtlỏng

1 phân tử chất HDBM gồm 2 phần

+ Phần phân cực (ái nước, ưa nước, háo nước) thường chứa các nhóm

carboxylate, sulfonate, sulfate, amine bậc bốn…… Nhóm này làm cho phân tửchất họat động bề mặt có ái lực lớn đối với nước và bị kéo vào lớp nước

+ Phần không phân cực (kỵ nước, ghét nước hay ái dầu, háo dầu, ưa dầu) là

các gốc hydrocarbon không phân cực kỵ nước, không tan trong nước, tan trongpha hữu cơ không phân cực nên bị đẩy đến pha không phân cực

Sự cần thiết phải có chất nhũ hóa:

Với những lưu ý trên, có thể thấy rằng 2 yêu cầu cuối có liên quan đến bềmặt giọt của pha phân tán Trước đây khi những lý thuyết về hóa lý chưa đượcphát triển, nhờ phương pháp thử đúng và sai người ta đã chứng tỏ tính hợp lý của

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

việc làm bền nhũ bằng sự tạo một hàng rào vật lý tại bề mặt, việc này không chỉlàm mất khả năng lắng tụ mà còn có thể ngăn chặn sự va chạm giữa các giọt trongquá trình hình thành nhũ Đó là biện pháp làm giảm sức căng bề mặt Chất thíchhợp có thể di chuyển và tồn tại trong bề mặt giữa hai pha dầu và nước, điều nàychỉ có được khi chất đó có một phần thể hiện ái lực với nước và phần còn lại sẽ thểhiện ái lực với dầu (dù ái lực không đủ mạnh để chìm vào chất đó)

Những chất có khả năng liên kết hai pha trên bề mặt theo bản chất củachúng được gọi là chất hoạt động bề mặt Với đặc trưng này chúng có thể làm bềnnhũ Chất HDBM còn được liên nhiều trong các ngành công nghiệp khác như chấtlàm tan, làm ẩm hay chất thấm ứơt Những chức năng liên quan đến vai trò trong

sự tạo nhủ đã chứng minh tính phổ biến của chúng đối với sản phẩm về nhũ

b) Phân loại chất nhũ hóa:

Theo tính chất của phần kỵ nước:

- Sự đa dạng trong chiều dài gốc hydrocarbon

- Độ bất bão hòa của gốc hydrocarbon

- Sự phân nhánh của gốc hydrocarbon

- Sự có mặt và vị trí của nhóm aryl trong gốc hydrocarbon

Theo loại điện tích

- Anionic:

-+ stearate glyceryl SE

+ glycol stearate và nguyên liệu khác

+ glycol stearate + hexylene glycol + SLES

- Nonionic:

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

+ glyceril stearate + laureth_23+ PED-20 stearate

+ stearamide MEA stearate

-c) Chỉ số HLB (Hydrophile – Lipophile – Balance):

Các tính chất của các CHDBM liên quan đến mối tương quan giữa phần áinước và phần kỵ nước Nếu phần ái nước tác dụng mạnh hơn phần kỵ nước thìCHDBM dễ hòa tan trong nước hơn, ngược lại nếu phần kỵ nước tác dụng mạnhhơn phần ái nước thì CHDBM dễ tan trong pha hữu cơ hơn Từ đó dựa vào mốitương quan giữa phần kỵ nước và ái nước mà CHDBM được sử dụng vào các mụcđích khác nhau Mối tương quan giữa phần ái nước và kỵ nước được đặc trưngbằng giá trị HLB ( cân phần ái nước-ái dầu)

HLB cho biết tỷ lệ giữa tính ái nước so với tính kỵ nước, được biểu thịbằng thang đo có giá trị từ 1-40 Các CHDBM có tính ái nước thấp sẽ có HLBnhỏ, các CHDBM có tính ái dầu thấp sẽ có HLB lớn Sự gia tăng HLB tương ứngvới sự gia tăng của tính ái nước

Có thể ước lượng sơ bộ giá trị HLB dựa trên tính chất hòa tan trong nướchay tính phân tán của chất họat động bề mặt trong nước Ứng với độ phân tán

Phụ Gia GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương

khác nhau thì giá trị HLB khác nhau

Bảng 3: Ước tính HLB dựa trên mức độ phân tán của chất hoạt động bề mặt trong nước

- Không phân tán trong nước 1-4

- Phân tán như sữa sau khi lắc 6-8

- Phân tán như sữa bền 8-10

- Phân tán trong mờ đến trong 10-13