tìm hiểu công nghệ sản xuất dầu nhờn

tìm hiểu công nghệ sản xuất dầu nhờn

MỞ ĐẦU

Chương 1 Tổng quan về dầu nhờn

1.1. Giới thiệu về dầu nhờn

1.1.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của dầu nhờn

1.1.1.1 Khái niệm

Dầu nhờn là loại dầu dùng cho bôi trơn các thiết bị máy móc, động cơ Dầu nhờn làhỗn hợp gồm dầu gốc và phụ gia hay gọi là dầu nhờn thương phẩm Phụ gia thêm vào vớimục đích làm tăng tính tốt của dầu vốn có mà dầu gốc đơn thuần không có được

1.1.1.2 Lịch sử phát triển của dầu nhờn

Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn Tất cảcác loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó dùng dầuôliu Khi dầu ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộckhác Ví dụ, để bôi trơn cọc sợi máy dệt người ta sử dụng đến dầu cọ

Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến dầu

mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut ( chiếm 70 – 90 %) không được sử dụng và coi như

bỏ đi Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển thì lượng cặn mazut càng ngàycàng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi Lúc đầungười ta lấy cặn dầu mỏ pha thêm vào dầu thực vật hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp để tạo

ra dầu bôi trơn, nhưng chỉ ít lâu sau người ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế tạo ra dầunhờn

Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo được dầu nhờn

từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp Nhà bác học người Nga nổi tiếngD.I.Mendeleev chính

là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề dùng mazut để chế tạo ra dầu nhờn.Năm 1870 – 1871, Ragorzin đã xây dựng một xưởng thí nghiệm dầu nhờn nhỏ, và đếnnăm 1876 – 1877, Ragorzin xây dựng ở Balakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiêntrên thế giới có công suất 100.000 put/năm Nhà máy này đã sản xuất được bốn loại dầunhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa đông Các mẫu dầu nhờncủa Ragorzin đã được mang đến triển lãm quốc tế Pari năm 1878 và đã gây được nhiềuhấp dẫn đối với chuyên gia các nước Phát huy kết quả đó, năm 1879, Ragorzin cho xâydựng ở Conxtantinôp nhà máy thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu ChínhMendeleep cũng đã làm việc ở các phòng thí nghiệm và những phân xưởng của nhà máynày vào những năm 1880 – 1881 Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của ông, nhiều cơ sở khoahọc của ngành sản xuất dầu nhờn đã được xây dựng và chỉ trong vòng mấy năm sau đó,

ngành chế tạo dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sửchế tạo chất bôi trơn Các tác phẩm nghiên cứu của nhà bác học Nga nổitiếng N.P.Petrop đã tạo điều kiện để dầu nhờn được sử dụng rộng rãi hơn Trong các tácphẩm của mình, ông đã nêu lên khả năng có thể dùng hoàn toàn dầu nhờn thay thế chodầu thực vật và mỡ động vật, đồng thời nêu lên những nguyên lý bôi trơn… Cùng vớinhững tiến bộ khoa học không ngừng, con người đã xây dựng được những tháp chưng cấtchân không hiện đại thay thế cho những nhà máy chưng cất cũ kỹ, đây là bước phát triểnmạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu mỏ.

Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghiệp hiện đại

đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng, ngõ hẻm trên thế giới và xu hướng quốc tế hóanên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ Tất cả những đặc điểm nêu trêncủa thời đại đã đặt ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây dựngđược một nền công nghiệp dầu mỏ hiện đại, đáp ứng và thỏa mãn các nhu cầu ngày càngtăng của nền kinh tế thế giới

1.1.1.3 Các tập đoàn công ty sản xuất dầu nhờn tiêu biểu

Các tập đoàn công ty tư bản sản xuất dầu nhờn tiêu biểu trên thế giớinhư :Shell, Exxon-Mobil, BP, Chervon, Total, … đã có mặt trên hầu hết các nước trênthế giới Họ cũng đã và đang áp dụng rộng rãi những thành tựu mới nhất của khoa học,đưa nền công nghiệp dầu mỏ hằng năm tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu nhờncũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêmnhiều chủng loại dầu nhờn mới

• Tâp đoàn dầu khí Exxon mobil là tập đoàn dầu khí đa quốc gia của mỹ là tập đoàndầu khí lớn nhất thế giới hiện nay Các sản phẩm dầu nhớt của Exxon mobil trênthị trường Việt Nam như mobil 1, mobil super 1000x2, mobil delvac… dầu nhớt

dùng cho ôtô Sản phẩm dầu công nghiệp như mobil DTE, mobil Mobilgear 600

XP ISO vg…

• Tâp đoàn dầu khí BP là tập đoàn dầu khí của Anh quốc, là một trong những tậpđoàn dầu khí lớn nhất hiện nay, BP hoạt đông đa quốc gia và tại Viêt Nam thamgia nhiều lĩnh vực như khoan tham dò khai thác dầu khí, cung cấp và sản xuất dầunhờn, hiện nay BP có nhà máy sản xuất dầu nhờn tại khu công nghiệp nhà bè đãcung ứng cho thị trường Việt Nam rất nhiều sản phẩm như BP ENERGOL GS,VISTRA 300 4t 20w50, … đã trở thành thương hiệu dầu nhờn được nhiều ngườiViệt Nam tin dùng

1.2 Thành phần của dầu nhờn

Thành phần của dầu nhờn gồm dầu gốc và phụ gia Trong đó dầu gốc gồm dầu gốckhoáng, dầu gốc tổng hợp và dầu bán tổng hợp.có rất nhiều chất phụ gia được cho vàodầu nhớt như là phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt, phụ gia chông mài mòn…

1.2.1 Dầu gốc

1.2.1.1 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 biếnnhất Bản chất của dầu thô và công nghệ sản xuất quyết định tính chất vật lý và hoá họccủa dầu gốc tạo thành Dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính mạchnhánh parafin Dầu gốc khoáng được phân thành dầu gốc parafin, naften tuỳ theo loại nàochiêm ưu thế Quá trình sản xuất dầu gốc khoáng phải qua các công đoạn như: Chưng cấtchân không, tách chiết bằng dung môi, tách sáp, làm sạch Việc lựa chọn dầu gốc để phachế chất bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế,độ ổn định nhiệt và khả năngtương hợp với các phụ gia hoặc vật liệu mà dầu sẽ tiếp xúc trong qúa trình sử dụng làmnguyên liệu sản xuất có độ nhớt nằm trong khoảng 11 ÷ 150mm2/s ở 400C, trong khi độnhớt của các phân đoạn cặn lại khoảng 140 ÷ 1200mm2/s ở 400C

Cách gọi tên tạo ra sự phân biệt các phân đoạn dầu chưng cất và dầu cặn theo độnhớt Hiện nay các loại dầu gốc có chỉ số độ nhớt trên 85 được coi là dầu có chỉ số độnhớt 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 caohơn140 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hoặc xiêu cao (XHVI).[1]

hợp thường được sử dụng cho các mục đích đặc biệt Các dầu tổng hợp được chia thànhcác nhóm hoá chất độc lập, quan trọng nhất là:

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 tạothành bởi các quá trình polyme hoá, ankyl hoá hoặc ngưng tụ Chúng có chỉ số độ nhớtcao 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 truyềnđộng và dầu thuỷ lực

Các Este hữu cơ gồm các hợp chất chứa cacbon, hydro, oxy với một hoặc nhiều liênkết Este trong phân tử được tạo thành từ các axit đa chức hoặc rượu đa chức Do có cáctính 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 hoặcpha 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 biếnnhất với khoảng độ nhớt rộng Chúng là các chất bôi trơn rất tốt, độ dẫn nhiệt cao, điểmđông thấp và ít hoà tan các tác nhân hoá học nên rất tốt cho các loại dầu máy nén, dầuthuỷ lực

Các este photphat gồm nhiều hợp chất đa dạng với cấu trúc gốc hydrocacbon liên kếtvới 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 côngnghiệp 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, không cháy…

+ Ưu điểm ứng dụng

Nhiệt độ làm việc cao hơn, khoảng làm việc rộng hơn, giảm tiêu hao dầu, làm việcđược ở nhiệt độ thấp hơn, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại khi tiếp xúc với thựcphẩm.[1]

sẽ đưa tiếp vào dầu Có loại phụ gia chỉ có một chức năng nhưng cũng có loại phụ gia cónhiều chức năng Như phụ gia ZnDDP có chức năng chống oxi hóa, giảm mài mòn, ứcchế ăn mòn Do vậy sẽ có phụ gia đơn chức và phụ gia đa chức Phụ gia có tác dụng nângcao những phẩm chất có sẵn của dầu, một số khác tạo cho dầu có những có những phẩmchất mới cần thiết Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau tạo ra hiệu ứngtương hỗ Có những phụ gia lại có hiệu ứng đối kháng với nhau nghĩa là làm giảm tácdụng của nhau, tương tác với nhau tạo ra những sản phẩm phụ không tan hoặc ảnh hưởngxấu tới tới phẩm chất của dầu Do đó khi dùng phụ gia phải khảo sát với từng loại dầu đểkhắc phục các hậu quả không mong muốn Vì có khả năng cải thiện phẩm chất của dầukhá rõ rệt nên ngày nay các chủng loại dầu bôi trơn đều có ít nhất một loại phụ gia Dophụ gia đã cải thiện nhiều tính chất của dầu bôi trơn nên cũng tạo khả năng cho làm việccải 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 phụgia phụ thuộc rất nhiều vào dầu gốc (thành phần của dầu gốc) Tính hoà tan có thể giảithích do sự hình thành các chất phụ gia hoạt động bề mặt phụ thuộc nhiều vào khả năngcủa chúng hấp thụ trên bề mặt máy ở thời gian và vị trí nhất định.[2]

Trong quá trình sử dụng dầu nhờn rất rễ bị biến chất làm giảm phẩm chất, chất lượngcủa dầu Các phụ gia được sử dụng để ngăn chặn các biến đổi làm giảm chất lượng củadầu nhờn Có thể kể đến một số loại phụ gia tiêu biểu có trong dầu nhờn như sau

1.2.2.1 phụ gia chống oxi hóa

a, Quá trình oxi hóa

Phản ứng ôxy hoá là phản ứng trong đó ôxy kết hợp với các chất khác hay bất cứ phảnứng nào trong đó có sự trao đổi điện tử đây là một khía cạnh quan trọng của quá trình bôitrơn khi mà oxy không khí có thể tác dụng với các hợp phần của dầu bôi trơn ở nhữngđiều kiện vận hành khác nhau Hầu hết các hợp phần của dầu bôi trơn đều tác dụng nhanhhoặc 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 oxykhông khí chúng có thể tác dụng dần dần với oxy trong không khí Tốc độ của quá trìnhoxy hoá chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ tăng thì tốc độ của quá trình oxyhoá tăng Sự tiếp xúc với không khí hoặc sự trộn lẫn thường xuyên với chúng cũng làmtăng tốc độ oxy hoá Như vậy quá trình oxy hoá là quá trình biến chất dầu động cơ Mặc

dù cơ chế của quá trình oxy hoá rất phức tạp, nhưng nói chung được xác định là phản ứngdây chuyền của các gốc tự do

Những gốc hoạt động đầu tiên được hình thành từ những phân tử dầu không bền,chịu tác động của ôxy không khí tạo ra những gốc peroxyt (ROO.) sau đó lại tác độngvới dầu chưa bị ôxy hoá tạo thành những hạt nhân phản ứng mới và hydro peroxyt(ROOH) Những hydro peroxyt này không bền lại sinh ra các gốc mới để phát triển phản

ứng Trong khi phản ứng oxy hoá tiếp diễn các hợp chất chứa oxy bị polime hoá tạothành những chất có độ nhớt rất cao, mà đến một nhiệt độ nào đó trở nên không tan trongdầu, tạo nên cặn.

b, quá trình ức chế oxi hóa

Để làm giảm sự tạo thành các sản phẩm oxy hoá từ dầu nhờn, người ta sử dụng cácchất ức chế oxy hoá Chúng có tác dụng làm giảm bớt các peroxyt hữu cơ, do đó kết thúccác phản ứng và vì thế làm giảm tối đa sự tạo thành axit, muội, polyme và cặn bùn Phản ứng ức chế:

ROO. + InhH → ROOH + Inh.

Inh. + .OOR → InhOOR ( hợp chất không hoạt động)

Trong đó Inh là chất ức chế ôxy hoá

+ Nhóm thứ nhất: Bao gồm các hoá chất phản ứng với các gốc khơi mào, các gốcperoxyt và hydroperoxyt để tạo thành các hợp chất không hoạt động

+ Nhóm thứ hai: Gồm những chất hoá học có tác dụng phân huỷ những hợp chất trênthành những hợp chất kém hoạt động.[2]

1.2.2.1.1 phân loại phụ gia oxy hoa

Dầu khoáng có thể chứa một số chất ức chế tự nhiên, thường là các hợp chất chứa lưu huỳnh Bản chất và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào chủng loại dầu thô, phương pháp và mức độ xử lý dậu Tuy nhiên phần chủ yếu các chất ức chế là các hoá chất tổng hợp Thông thường chúng gồm các loại sau:

a. Các dẫn xuất của phenol

Chúng là các gốc tự dohoặc những chất ức chế gốc vì chúng phản ứng với các gốc tự do (R) để tạo thànhnhững hợp chất không có gốc tự do Chúng được sử dụng trong nhiều loại dầu nhờn

và các chất bôi trơn khác

2,6- điterbutyl - p- cresol (2,6 điterbutyl – 4 - metylphenol): Đây là một phụ gia quantrọng trong nhóm này

Phụ gia khác của nhómnày như:

4,6- điankyl phenol

b Amin thơm

Thuộc nhóm này chủ yếu là các diankylphenlyamin.

Trong đó R là ankyl nhận được từ các olefin Chúng được sử dụng như là phụ giachống ôxy hoá cho cả dầu khoáng và dầu tổng hợp

Các diankylphelnylalphanaptylamin cũng được sử dụng rộng rãi

hoặc các phenylalphanaptylamin (PAN)

Chúng là những phụ gia tiêu biểu cho dầu bôi trơn

c Các phenol chứa N hoặc S.

Nhóm này gồm các hợp chất là dẫn xuất của urê

trong đó R- ankyl C8÷ C12 và x=1 hoặc 2

Một vài sunfua phenolat của một số kim loại ngoài tính năng chống ôxy hóa còn cóthêm tính rửa và tính kiềm

d. Các kẽm diankyl dithiophotphat ( ZnDDP)

phần tan Phần hoạt động Phần tan

trong dầu bề mặt trong dầu

R có thể là các ankyl bậc 1: CH3- CH2- CH2- CH2

bậc 2: CH3- CH- CH3

Kẽm ZnDDP là phụ gia chống oxy hoá nhiệt độ cao, sử dụng rất phổ biến trong dầuđộng cơ Các ZnDDP với nhóm ankyl bậc 2 có khả năng bảo vệ chống oxy hoá loạitrung Thay nhóm ankyl bằng nhóm aryl làm tăng độ bền nhiệt của phụ gia nhưng làmgiảm khả năng chống oxy hoá

1.2.2.2 phụ gia ức chế ăn mòn

Chức năng của một số chất ức chế ôxy hoá là giảm tối thiểu việc tạo thành cácperoxyt hữu cơ, axit và các thành phần ôxy hoá khác làm xuống cấp dầu bôi trơn, đặc biệt

là dầu động cơ, vì vậy chúng cũng tác động như một chất ức chế ăn mòn và do đó phục

vụ cả hai mục đích Bởi thế người ta có thể nói rằng chất ức chế ăn mòn bổ xung tác dụngthực tiễn của các chất chống ôxy hoá Các chất ức chế ăn mòn tạo thành một màng bảo vệtrên bề mặt của kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc giữa tác nhân ăn mòn như axit peroxyt và

các chất khác như kim loại nền Màng hấp phụ bảo vệ cũng giảm tối đa tác dụng xúc tácôxy hoá của kim loại.

Các chất ức chế ăn mòn được sử dụng rộng rãi trong dầu bao gồm

Gỉ là sự hình thành sắt hydroxyt, là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn bề mặt

Vì thế ức chế bề mặt sắt chống gỉ là một yêu cầu đối với tất cả các loại dầu Vì vậy chất

ức chế gỉ được dùng cho các chất bảo vệ kim loại đen chống gỉ Gỉ thường liên quan đến

sự tạo thành sắt hydroxyt Fe(OH)2 những phụ gia này có tác dụng chống lại sự ảnh hưởngcủa axit ăn mòn và hơi ẩm Chúng vừa trung hoà các chất axit vừa tạo ra trên bề mặt kimloại một lớp màng bảo vệ Lớp màng này có tính kị nước Nó có tác dụng chống ẩmkhông cho nước thấm qua Tuỳ loại dầu người ta sử dụng chất chống gỉ khác nhau Đốivới dầu thuỷ lực, dầu tuần hoàn thì dùng các axit ankylsuxinic và các dẫn xuất củachúng Còn đối với dầu bôi trơn động cơ dùng các sulfonat, este Đối với dầu bánh răngdùng dầu amin dazolin Các amin photphat, sulfonat trung tính hay kiềm chủ yếu dùngcho dầu bảo quản Hiêu quả ức chế gỉ được kiểm tra bằng độ dài mạch ankyl của phụ gia.Việc giảm kích thước của các nhóm ankyl làm giảm độ hoà tan của dầu và do đó làmtăng xu hướng các phân tử phụ gia tách ra khỏi dung dịch và dính trên bề mặt Cácsulfonat của canxi và natri được sử dụng phổ biến với nồng độ từ 0,1 ÷ 2% Các amin béođược sản xuất từ axit béo với nồng độ 1,5 ÷ 2% sẽ tác dụng như chất ức chế gỉ.

1.2.2.4 Phụ gia tẩy rửa

Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia chứa kim loại Thông thườngnhững loại phụ gia này là loại kiềm cao có chứa Cacbonat kim loại phân tán trong dầu,

do đó chúng có khả năng trung hòa axit tạo thành trong quá trình lưu huỳnh cháy và tiếpxúc với nước Dạng bảo vệ này đặc biệt quan trọng trong các động cơ diezel sử dụngnhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao Các chất tẩy rửa có tác dụng kéo cặn ra bề mặtchúng bám dính Về nguyên tắc các chất tẩy rửa có chứa:

+ Các nhóm phân cực như sunfonat, cacbon xilyl

+ Các gốc mạch thẳng, mạch vòng hay vòng thơm

+ Một hoặc vài ion kim loại thông dụng

Chất tẩy rửa thường chứa hàm lượng kim loại cao ( tới 10 lần so với hệ số tỷ lượng)chúng thường có tính kiềm hoặc kiềm cao Các chất tẩy rửa được phân loại theo độ kiềm.Các chất phân tán không thường được sử dụng phối hợp với các chất tẩy rửa kim loại đểtạo thành cặn ở nhiệt độ thấp.

1.2.2.5 Phụ gia phân tán

Là các phụ gia có khả năng ngăn ngừa hoặc làm chậm qúa trình tạo cặn và lắng đọngtrong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp Như vậy chức năng cơ bản của một chất phântán là làm yếu lực liên kết giữa các tiểu phân riêng biệt với nhau Tạo điều kiện làm tan rãcác kết tủa xốp và các khối kết tụ do đó cho phép từng tiểu phân có thể tồn tại như mộtthực thể riêng biệt

Cấu trúc chung của một chất phân tán không giống với cấu trúc của một chất tẩy rửa.Trong đó chất phân tán có một đuôi hydrocacbon hoặc một nhóm đi đầu giúp cho chấtphân tán tan được hoàn toàn trong dầu gốc được sử dụng chất phân tán cũng có một đầuphân cực Các chất phân tán được sử dụng rộng rãi nhất đều có chứa các nhóm chức nhưamin, amit hoặc hydroxyt este

Lượng chất phân tán được sử dụng nói chung phụ thuộc vào chất rắn cần phân tántrong dầu Hậu quả của chất phân tán là kết quả của sự tác động qua lại đặc biệt giữa cáctác nhân được chọn và các chất phân tán

1.2.2.6 phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt

Các chất cải thiện chỉ số nhớt (VI) còn được biết dưới tên gọi là các polyme tan đượctrong dầu, có tác dụng làm tăng1 độ nhớt của dầu mà nhờ đó tốc độ thay đổi độ nhớttrong dầu giảm đi Điều này có ý nghĩa là chúng làm tăng tối thiểu độ nhớt của dầu ởnhiệt độ thấp nhưng làm tăng đáng kể ở nhiệt độ cao

Các chất cải thiện chỉ số nhớt là các polyme

có trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 10000 ÷ 500000 Tuy nhiên trọng lượng phân

tử của phụ gia tốt nhất trong khoảng 50000 ÷ 150000 Chúng được sử dụng để pha chếcác dầu bốn mùa dùng bôi trơn động cơ nặng, diezen và các cầu trục Một trong nhữngphụ gia để tăng độ nhớt mà người ta biết nhiều là Polyizobutylen có trọng lượng phân tử15.000 ÷ 25.000 là tốt nhất.

Polyizobutylen polymetacrylatViệc chọn chất cải thiện chỉ số độ nhớt tuỳ thuộc vào đặc tính của dầu gốc, nhưngcần chú ý:

+ Việc thêm phụ gia cải thiện độ nhớt sẽ làm thay đổi tính chảy của dầu gốc Độ nhớtđộng học của dầu pha chế sẽ thay đổi với tốc độ trượt

+ Trọng lượng của phân tử cải thiện độ nhớt càng tăng chúng càng nhạy cảm với sựthay đổi ứng suất cơ học

+ Ứng suất dịch chuyển được sinh ra, ví dụ giữa piston và thành xylanh trong động cơ

sẽ dẫn đến quá trình đứt gãy không thuận nghịch Các phân tử polyme thành các mạchnhỏ hơn quá trình này làm cho độ nhớt giảm đi Các phân đoạn nhớt từ dầu mỏ như phânđoạn cặn được sử dụng như chất làm đặc trưng không được xem là phụ gia

1.2.2.7 phụ gia chống tạo bọt

Để tránh hoặc giảm sự tạo bọt người ta sử dụng các loại phụ gia này, chúng còn đượcgọi là chất huỷ hoặc phá bọt Sự tạo bọt mạnh ảnh hưởng xấu tới tính chất bôi trơn củadầu và làm tăng sự oxy hoá của chúng cho không khí trộn mạnh vào dầu Khả năngchống lại sự tạo bọt của dầu bôi trơn khác nhau một cách đáng kể và phụ thuộc vào loạidầu thô, phương pháp và mức độ chế biến và độ nhớt của dầu Khả năng này có thểkhống chế được bằng cách bổ xung một lượng nhỏ chất chống tạo bọt vào dầu.Chất được

sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là polymetylsiloxan

Chúng được pha với tỷ lệ thấp hơn so với bất kỳ chất phụ gia nào (0,001 ÷ 0,0001)nói chung người ta cho rằng các phân tử phụ gia chống tạo bọt bám vào bọt không khílàm giảm sức căng bề mặt, các bọt bong bóng nhỏ vì thế mà tụ lại tạo thành các bọt sónglớn nổi lên trên bề mặt lớp bọt và vỡ ra làm thoát không khí ra ngoài.

Ngoài các loại phụ gia trên còn có các loại phụ gia khác như: phụ gia cực áp có trongdầu bánh răng, phụ gia tác nhân bám dính, phụ gia thụ động hóa kim loại, phụ gia diệtkhuẩn, phụ gia tạo nhũ khử nhũ và một vài chất khác

1.3 Chức năng của dầu nhờn

Trong dầu nhờn bôi trơn có 6 chức năng cơ bản đó là: bôi trơn giảm mài mòn, bảo vệ bềmặt, làm mát, làm kín, làm sạch

1.3.1 chức năng 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 nàycòn có nhiều tên như: “ Tính bôi trơn, khả năng bôi trơn, tính bám dính ” Chất lỏng cótính chất bôi trơn thì dễ chảy loang trên bề mặt kim loại, đi vào những khe nhỏ và bámchắc lên bề mặt Lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng với nhau cũng là tính chất cầnthiết của chất lỏng dùng làm chất bôi trơn Lực liên kết giữa các phân tử của một chấtlỏng càng lớn thì lực ma sát giữa các phân tử chuyển động của chất lỏng càng lớn ápdụng lý thuyết bôi trơn thuỷ động học vào thiết kế, chế tạo và sử dụng máy móc ( Khitrục quay trong vòng bi thì lớp dầu hoàn toàn ngăn cách các bề mặt làm việc với nhau vànhư vậy nó ngăn cản không cho các bề mặt kia tiếp xúc trực tiếp với nhau ) người ta đã + Số lượng ma sát của các chi tiết làm việc phụ thuộc vào các điều kiện làm việc chủyếu 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 cầnphải tính đến hàng loạt các yếu tố Độ nhớt của dầu, tải trọng trên ổ đỡ, Tốc độ chuyểnđộng của các chi tiết làm việc, diện tích các bề mặt làm việc, khe hở giữa các chi tiết làmviệc, 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 đềudựa 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 tiếtlàm 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 nhưtrong các lĩnh vực công nghệ từ trước đến nay Có nhiều tác nhân bôi trơn, với các cơ chếkhác nhau nhưng có chung một đặc điểm là giảm ma sát trong quá trình chuyển động Cóthể nói hai vấn đề ma sát và bôi trơn có quan hệ mật thiết với nhau luôn luôn có mặt cùngnhau trong các quá trình công nghệ

phần lớn lượng nước này ở thể hơi và thoát ra qua ống xả, tuy nhiên còn một ít đọng lạitrong lòng xi lanh hay lọt qua xecmăng và ngưng lại trong cacte Hiện tượng này thườngxảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm Thêm vào đó các sản phẩmphụ sinh ra do nhiên liệu cháy dở Nhưng khi cháy có tính ăn mòn cùng lọt qua xecmăngrồi ngưng lại hoặc hoà tan trong dầu, ngoài ra còn các chất axít được tạo thành do sự oxyhoá dầu Vì vậy khả năng tạo gỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng Các chi tiết cầnđược 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 chomáy móc trong thời gian ngừng hoạt động, các bộ phận ẩm ướt như tuốc bin hơi, máymóc 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 nhiềulưu huỳnh trong động cơ diezel Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc một phần vào khả năngtrung hoà của dầu máy đối với những hợp chất có tác dụng ăn mòn Để dầu nhờn đảmbảo được tính năng này phải sử dụng các phụ gia mang tính kiềm có tác dụng trung hoàcác axit tạo ra khi nhiên liệu cháy Thông thường trong quá trình sử dụng dầu nhờn, hàmlượng phụ gia ngày sẽ giảm dần khi phụ gia thấp dưới quy định cho phép thì dầu khôngcòn đủ phẩm chất và phải thay thế

1.3.3 Chức năng làm mát

Do ma sát tại các bề mặt làm việc như piston- xylanh trục khuỷu – bậc lót đều phátsinh nhiệt Mặt khác một số chi tiết như piston, vòi phun còn nhận nhiệt của khí cháytruyền đến Do đó nhiệt độ ở một số chi tiết là rất cao, có thể phá hỏng các điều kiện làmviệc bình thường của động cơ như gây ra bó kẹt, giảm độ bền của các chi tiết, kích nổ ởđộng cơ xăng, giảm hệ số nạp Nhằm giảm nhiệt cho các chi tiết máy cần có hệ thốnglàm mát trong quá trình động cơ hoạt động Làm mát động cơ dựa vào hệ thống làm mátchỉ thực hiện được 60% công việc làm mát Nước làm mát phần trên động cơ là các đỉnhxylanh, 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 đểtải bớt nhiệt đi và cacte lại được làm mát bằng bộ tản nhiệt không khí Đặc biệt dầu bôitrơn là phương tiện chính làm mát piston Thực tế cho thấy khi dòng dầu làm mát dẫn đếnđỉnh dưới của piston gặp trục trặc thì piston sẽ bị kẹt ngay Nếu vì một lý do nào đólượng dầu không đủ để tản bớt nhiệt, khiến nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn sẽ làm cho kimloại 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 ổnđịnh, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao Để đạt đượctính ổn định đó trên thực tế phải nhờ tới các phụ gia chống oxy hoá Muốn tản nhiệt tốtphải 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

1.3.4 Chức năng làm kín

Màng dầu bôi trơn ngăn cách các chi tiết chuyển động trong động cơ, ngoài tác dụngbôi trơn, giảm ma sát, chống mài mòn còn có tác dụng làm kín Trên thực tế bề mặt củaxecmăng, rãnh xecmăng và thành xylanh không trơn tru Qua kính hiển vi ta sẽ thấy bềmặt của chúng nhấp nhô Chính vì thế xecmăng không thể hoàn toàn ngăn cản hơi đốt từtrong buồng đốt có áp suất cao lọt ra ngoài vào cacte là nơi có áp suất thấp, do vậy làmgiảm công suất của động cơ Dầu máy có chức năng lấp vào các khoảng trống giữa các bềmặt xecmăng và thành xylanh, có tác dụng làm kín, ngăn cản tối đa không cho các khínóng trong quá trình đốt cháy đi qua xecmăng của piston đi vào cacte Độ kín của hệpiston – xecmăng – xylanh phụ thuộc vào độ nhớt của dầu bôi trơn Vì vậy khi lắp rápcụm chi tiết máy phải bôi trơn dầu vào rãnh xecmăng và bề mặt xylanh

1.3.5 Chức năng 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 bôitrơn tránh cho bề mặt bị cào xước Vì vậy khi động cơ chạy rà sau khi lắp ráp hoặc sửachữa 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, trongđộng cơ diezen khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than, càn tránh hiện tượng muội bám cặntrên thành píston nhiều gây cháy xecmăng, cũng như muội làm nghẽn bộ lọc các đườngdẫn dầu bôi trơn Trong động cơ xăng pha chì khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muộichì, cần tránh sự đóng cặn của muội chì Tất cả hiện tượng vừa nói trên góp phần tạo rahai 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 vànhiên liệu cháy dở Ban đầu cặn bùn tồn tại ở dạng những hạt rất nhỏ mà không có bầulọc 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 hạnchế sự lưu thông của dầu

Cặn cứng ( Vecni ) là sản phẩm của quá trình oxy hoá các hợp phần kém ổn định cótrong dầu trong nhiệt độ và áp suất cao Cặn cứng làm thành một lớp cứng trên các chitiết có nhiệt độ cao của động cơ Các bộ phận bơm, xecmăng, piston và các ổ đỡ rất dễ bịđóng cặn cứng Nếu để cho các cặn cứng tích tụ trên các chi tiết này động cơ không thểlàm 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, cặncứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch và tạo điều kiện cho động cơ hoạt độngmột cách trơn tru

Để đảm bảo các công dụng của dầu bôi trơn yêu cầu dầu bôi trơn có thành phần và cóchất 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

1.3.6 Chức năng giảm mài mòn

Dầu nhờn có tác dụng ngăn chặn tối đa sự mài mòn xảy ra ở các nơi có nhiều chuyểndịch 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 nênyêu cầu trong dầu bôi trơn phải có những phụ gia chống mài mòn dầu, tạo thành trên cácchi tiết kim loại một màng chất bảo vệ bền vững chúng sẽ trượt dọc theo nhau mà khônggây hiện tượng mài mòn các bề mặt kim loại.[3]

1.4 các chỉ tiêu kỹ thuật trong dầu nhờn

Dầu nhờn bao gồm các sản phẩm, các phân đoạn nhỏ lấy ra từ quá trình trưng cấtchân không, những sản phẩm đó được gọi là dầu khoáng Dầu khoáng tuỳ theo mức độ sửdụng mà tiếp tục được tinh chế kỹ: Rửa axít, trung hoà kiềm, chưng cất, lọc đất trắng, phatrộn phụ gia, các loại ta được dầu nhờn Dầu nhờn được sử dụng trong kỹ thuật với mụcđích chủ yếu là bôi trơn, giảm masat, ngoài ra dầu nhơn đồng thời đảm bảo các chứcnăng 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 thuậtsau:

1.4.1 độ nhớt động học

Độ nhớt của một phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực domasat nội tại của nó sinh ra khi chuyển động Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năngbôi 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 nằmngang được ngăn cách bởi một lớp dầu dầy 1mm Đó là độ nhớt động lực được tính bằngpascal giây (Pa.s)

= 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 Độnhớt 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 caonhất

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 lựccản của dầu, khó khởi động máy nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trường thấp, giảmkhả 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 chitiết máy móc, nên làm tăng sự masat, gây hư hại máy, giảm công suất, tác dụng làm kínkém, 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 tuyệtđối tránh điều đó nhằm bảo đảm chất lượng của dầu đáp ứng yêu cầu bôi trơn các loạimáy móc động cơ

Có nhiều phương pháp và thiết bị được dùng để đo độ nhớt, nhưng quan trọng lànhững dụng cụ mao quản mà trong mao quản đó thời gian chảy của dầu tỷ lệ với độ nhớtđộng học.[1]

1.4.2 chỉ số độ nhớt

Một đặc tính nữa của dầu nhờn là sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ Thông thườngkhi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm Mộtloại dầu nhờn được coi là bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ ta nóirằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao Nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ có nghĩa làdầu có chỉ số độ nhớt thấp

Nhiệt độ, 0C

Chỉ số độ nhớt (VI) là một giỏ trị bằng số dựng để đỏnh giỏ sự thay đổi độ nhớt củadầu bụi trơn theo nhiệt độ dựa trờn cơ sở so sỏnh khoảng thay đổi tương đối về độ nhớtcủa hai loại dầu chọn lọc chuyờn dựng Hai loại dầu này khỏc biệt rất lớn về VI

Quy ước dầu gốc parafin cú độ nhớt ớt thay đổi theo nhiệt độ VI =

100 Họ dầu gốc naphten cú độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI = 0

Trong đú:

U: độ nhớt động học ở 400C của dầu cú chỉ số độ nhớt cần tớnh(mm2/s)

L: độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu cú chỉ số độ nhớt bằng 0 và cựng độnhớt động học ở 1000C với dầu cần tớnh chỉ số độ nhớt mm2/s

H: độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu cú chỉ số độ nhớt bằng 100 và cựng

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 ≤ 70 mm2/s thỡ cỏc giỏ trị tương ứng của L và

H cần phải tra trong bảng ASTM – D2270, TCVN 3181-79

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

Nếu L > U > H thì VI sẽ trong khoảng 0 ÷ 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 vậyngày 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 ÷ 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 Nếunhiệt độ máy thay đổi trong phạm vi rộng thì chỉ số độ nhớt là một chỉ tiêu chất lượngcần được coi trọng.[4]

1.4.3 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 kiềmcủa dầu bôi trơn Độ axit thường được biểu hiện qua trị số axit tổng (TAN) cho biếtlượng KOH cần thiết tính bằng miligam cần thiết để trung hoà tất cả các hợp chất mangtính axit có mặt trong 1g mẫu dầu Độ kiềm trong dầu bôi trơn được xác định bằng trị sốkiềm tổng (TBN) cho biết lượng axit clohydric hay percloric được quy chuyển sanglượng KOH tương đương tính bằng miligam cần thiết để trung hoà các hợp chất mangtính 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 cógiá trị ban đầu nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng, do một số phụ gia chống màimòn có tính axit cao nên TAN ban đầu không dùng để đánh giá chất lượng của dầu Axittan trong nước biểu thị sự có mặt của axit vô cơ được phát hiện định tính theo sự đổi màucủa chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm Quy địnhtuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu

1.4.4 độ bền oxy hóa

Độ bền ôxy hoá là một chỉ tiêu đặc trưng quan trọng của dầu nhờn.Sự ôxy hoá dầunhờn 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, tăngcường ăn mòn Do vậy khả năng chống ôxy hoá cao là một nhu cầu quan trọng đối vớinhững dầu làm việc trong các điều kiện có nước, nhiệt độ cao, áp suất lớn, thời gian thaydầu lâu

1.4.5 hàm lượng tro

Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy, được tính bằng (%) khối lượng các thành phầnkhông thể cháy đuợc trong nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại, từ các chất bẩn và mạtkim loại bị mài mòn Trong dầu nhờn động cơ bao giờ cũng có một lượng tro và các tạpchất 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

1.4.6 khối lượng riêng và tỷ trọng

Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêuchuẩn

Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ quy định vớikhối 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 củanước là 1

Khối lượng riêng của dầu nhờn là thông số quan trọng cho việc nhận biết và quản lýchất lượng, việc vận chuyển đổi thể tích khối lượng trong giao nhận Với những loại dầudùng cho mục đích bôi trơn hoặc cần phải liên tục tuần hoàn thì khối lượng riêng phầnnào phản ánh khả năng tốc độ tuần hoàn của dầu trong hệ thống

1.4.7 điểm bắt cháy và chớp cháy

Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất tại khi quyển, mẫuđược 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 cháytrong 5 giây

Dầu có độ nhớt cao hơn sẽ có điểm bắt cháy và chớp cháy cao hơn, ở nhiệt độ chớpcháy của dầu nhờn biểu thị và nói lên độ nguy hiểm có thể xảy ra khi cháy nổ

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 phápnày, trước tiên dầu được đun nóng để đảm bảo các cấu tử trong dầu tan hoàn toàn, sau đólàm 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 tanghiêng bình đựng nó) +30C Còn đo điểm đông đặc của dầu theo phương pháp ASTM-

D 2500

1.4.9 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 phụgia đưa vào để nâng tính năng của dầu Còn khi thấy lượng tro tăng quá mức có thể nghĩđến sự có mặt của các tạp chất như các chất bẩn cặn do mài mòn và các loại tạp chấtkhác

Việc sử dụng xăng pha chì đã làm tăng lượng tro sunfat trong dầu động cơ Hàmlượng tro sunfat trong dầu động cơ ôto thường nằm trong khoảng 0,8 ÷ 1,5%, còn hàmlượng tro sunfat cho động cơ diezel là trên 17% Hàm lượng tro sunfat dầu nhờn thườngđược 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 chúngđược sử lý một lần với H2SO4 và nung ở nhiệt độ 7750C cho đến khi quá trình oxy hoácacbon 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

Đặc biệt nó cực kỳ quan trọng đối với dầu biến thế Nước trong dầu bôi trơn khôngnhững 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 lượngnước trong dầu bôi trơn được xác định theo phương pháp TCVN 2692

1.5 Phân loại dầu nhờn

Phân loại dầu nhờn hiện nay nguời ta phân loại theo cấp độ nhớt SAE cho dầu động

cơ và ISO cho dầu công nghiệp và theo cấp chất lượng API Có nhóm dầu nhờn chính làdầu động cơ và dầu công nghiệp

15.1 Phân loại dầu nhờn động cơ

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 cấp chất luợng và theo độ nhớt của chúng

1.5.1.1 Phân loại theo cấp độ nhớt SAE

Hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ (SAE) đã đưa ra cách phân loại dầu động cơ theo cấp độ nhớtSAE 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, cáccấp độ nhớt không chỉ chữ cái W chỉ dầu mùa hè, dầu 4 mùa là loại dầu đồng thời thoảmãn yêu cầu của cả 2 nhóm trên, dầu mùa hè có cấp độ nhiệt lớn hơn và cấp độ nhớt lớnhơn dầu dung cho mùa đông Trong dầu nhờn nguời ta cũng phân ra dầu đơn cấp và dầu

đa cấp dầu đơn cấp chỉ dùng cho 1 mùa còn dầu đa cấp dùng cho tất cả các mùa trongnăm, cấp độ nhiệt của dầu đơn cấp cũng lớn hơn đa cấp

Ví dụ: dầu nhớt TOTAL Rubia XT 20W-50 Đây là loại dầu đa cấp dùng cho cả mùađông và mùa hè 20W là cấp độ nhớt cho mùa đông, 50 là cấp độ nhớt cho mùa hè Bêncạnh loại dầu đa cấp dùng cho tất cả các màu cũng có những loại dầu chỉ dùng cho mộtmùa

Ví dụ: dầu nhớt TOTAL Rubia S 10W là một loại dầu đơn cấp, 10W là cấp độ nhớt dùngcho mùa đông

Hiệp hội các kỹ sư ôtô đưa ra bảng phân loại dầu động cơ theo độ nhớt ở 100oC SAE

J 306C

-Bảng 2: Phân loại dầu động cơ theo độ nhớt ở 100 o C SAE J 306C

1.5.1.2 Phân loại theo cấp chất lượng API

Phân loại theo cấp chất lượng API của viện dầu mỏ Mỹ cho dầu động cơ Theophuơng pháp này dầu đông cơ đuợc chia làm ba nhóm chính:

- Nhóm S(service): dầu động cơ dùng cho động cơ xăng

- Nhóm C(commercial): dầu dùng cho động cơ diesel

- Nhóm S/C: dầu dùng cho cả động cơ xăng và diesel nhưng ưu tiên cho động cơxăng

Đối với nhóm S và C nguời ta dung chữ cái để biểu hiện mức độ chất luợng của dấunhờn động cơ Thứ tự từ SA,SB,…, SM, và mới nhất là SN Hiện nay tại Việt Nam chưa

có sản phẩm cấp chất lượng SN Với dầu đông cơ diesel cũng từ phẩm cấp chất lượng

CA, CB, …,CJ-4 Cấp càng cao dầu càng chất lượng

Dầu đuợc sử dụng cho cả hai loại động cơ xăng và diesel cũng tuơng ứng với từng mức chất lượng khi sử dụng cho động cơ xăng và diesel đuợc ký hiệu như SM/CJ

Ví dụ: dầu nhớt Castrol Magnatec 10W-40 SM/CF đây là sản phẩm dầu dùng cho cảđộng cơ xăng va động cơ diesel, SM là cấp chất lượng của dầu cho động cơ xăng.CF làphẩm cấp cho động cơ diesel SM đứng truớc nên ưu tiên sư dụng cho động cơ xăng hơn

Phân loại dầu theo phẩm cấp chất lượng cho động cơ xăng theo bảng dưới đây:[3]

SA Lỗi thời Không có phụ gia, dùng cho động cơ xăng otô trước năm

1930

SB Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng otô sau năm 1951

SC Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng sau năm 1967

SD Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng sau năm 1971

SE Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng sau năm 1979

SF Lỗi thời Dùng cho các động cơ năm 1988 và trước đó

SG Lỗi thời Dùng cho các động cơ năm 1993 và trước đó

SH Lỗi thời Dùng cho các động cơ năm 1996 và trước đó

SJ Hiện hành Dùng cho các động cơ năm 2011 và trước đó

SL Hiện hành Dùng cho các động cơ ôtô năm 2004 và trước đó

SM Hiện hành Cho mọi động cơ đang sử dụng hiện nay Xuất hiện năm

2004, nhằm cải thiện sự kháng oxy hóa ,chống tạo cặn,chống mài mòn tốt hơn, hiệu quả ở nhiệt độ thấp tốt hơntrong thời gian sử dụng dầu, một số dầu SM cũng đáp ứngđuợc đặc tính ILSAC và tiết kiệm năng lượng

SN Hiện hành Loại dầu mới nhất hiện nay nhưng cho có mặt tại thị

trường Việt Nam

Bảng 3: Phân loại dầu nhờn động cơ xăng theo phẩm cấp API

Phân loại dầu theo phẩm cấp chất lượng cho động cơ diesel:[3]

CA Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ diesel sau năm 1959

CB Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ diesel sau năm 1961

CC Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ diesel sau năm 1990

CD Lỗi thời Giới thiệu năm 1955 Cho động cơ có turbo và hút khí tự

nhiênCD-2 Lỗi thời Giới thiệu năm 1985 cho động cơ 2 thì

CE Lỗi thời Giới thiệu năm 1985 Cho động cơ có turbo và hút khí tự

nhiên, 4 thì, cao tốc có thể dùng thay cho dầu cấp CC và CD

CF Hiện hành Giới thiệu năm 1994 Cho các động cơ diesel ngoài đuờng cao

tốc, phun trực tiếp và các loại khác sử dụng nhiên liệu lưuhuỳnh trên 0,5% kl Có thể dùng thay cho dầu cấp CD

CF-2 Hiện hành Giới thiệu năm 1994 Cho động cơ 2 thì

CF-4 Hiện hành Giới thiệu năm 1990 Cho các động cơ có turbo và hút khí tự

nhiên, 4 thì, cao tốc, có thể dùng thay cho dầu cấp CD, CECG-4 Hiện hành Giới thiệu năm 1995 Cho các động cơ 4 thì, cao tốc, tải khắc

nghiệt sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh CH-4 Hiện hành Giới thiệu năm 1998 Cho các động cơ 4 thì Cao tốc

Bảng 4: Phân loại dầu nhờn động cơ diesel theo phẩm cấp API

1.5.2 Dầu nhờn truyền động

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 hướngchuyển 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 dầutruyền 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 dọcgiữa 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

1.5.2.1 Phân loại theo độ nhớt SAE.

Theo cách phân loại của SAE dầu truyền đông có các mức độ nhớt như sau: 75W,80W, 85W, 90W, 140W, 250W

Phân loại theo

độ nhớt

SAE-J-300D

Độ nhớt ở –180CmPa.s – max

SAE-J-300E

-85W -12 11,0

-Bảng 5: Phân loại dầu truyền động theo SAE

1.5.2.2 Phân loại theo dầu truyền đông theo phẩm cấp API

Theo API dầu truyền động được phân thành các nhóm tương ứng với các điều kiệnvận hành khác nhau, các loại truyền động khác nhau

Phân

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 GL1 hiện nay đã lỗi

thời

-Thường không có phụ gia

- Có thể có phụ gia chống oxyhoá, chống ăn mòn và tạo bọt,nhưng không pha phụ giachống 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

GL2 hiện nay đã lỗi thời

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 kẹtxước tốt hơn GL2, nhưng kémhơn 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

Dùng cho ôtô có hệ truyền động hypoit, -Điều kiện làm việc khắc

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

nghiệt hơn so với GL4

- Phụ gia chống kẹt xước cóchứa 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 xướcchứa photpho và lưa huỳnhnhiều hơn nhóm GL5

Bảng 6: phân loại dầu truyền động theo phẩm cấp API

1.5.3 phân loại dầu nhờn công nghiệp

Hiện nay ngừơi ta phân loại dầu công nghiệp làm hai lọai chính: phân loại theo ISO

VG, phân loại theo chủng loại dầu

1.5.3.1 Phân loại dầu công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO VG

Phân loại theo ISO VG theo tiêu chuẩn thế giới, hiện nay phấn lớn các loại dầu bôi trơn công nghiệp đuợc phân loại dựa theo cấp độ nhớt ISO 3448 và đối với dầu công nghiệp người ta thuờng quan tâm đến độ nhớt tại 40oC.[3]

Phân loại cấp độ nhớt theo

Bảng 7: Phân loại dầu nhờn công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO VG

Phuơng pháp phân loại theo ISO thường khó nhớ vì vậy người ta có cách phân loại khác dễ nhớ hơn là phân loại theo chủng loại dầu

1.5.3.2 phân loại dầu theo chủng loại

Hiện nay dầu nhờn cho công nghiệp rất đa chủng loại và đuợc đánh giá phân loại theo

tiêu chuẩn của từng thiết bị, máy móc của nhà chế tạo như dầu thủy lực, dầu bánh răng,

dầu gia công kim loại…

a) Dầu thủy lực

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 chấtbôi trơn làm giảm ma sát, chất chống mài mòn như các chất bôi trơn điển hình khác, tuynhiên 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 làmgiảm áp suất trong hệ thống Ngoài ra, dầu thuỷ lực phải có tỷ trọng cao để tăng côngsuất, có độ bền nhớt lớn trong điều kiện chịu áp lực cao, không tạo bọt, độ ổn định ôxyhoá 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 hoạtđộng chính xác theo tiêu chuẩn ISO 6743/4 thì dầu thuỷ lực được phân loại thành:[1]

- 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% trọnglượng 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 thểcháy được

- HFC: Dung dịch chống cháy của polyme trong nước chứa tối thiểu 35% khốilượng 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.Ngoài phuơng pháp phân loại trên, dầu thủy lực cũng khác đuợc xây dựng bởi các nhà chế tạo thiết bị uy tín như DIN

b) Dầu bánh răng công nghiệp

Dầu bánh răng công nghiệp là loại dầu chuyên dùng cho các loại bánh răng dựa theotiêu chuẩn của AGMA hiệp hội các nhà chế tạo bánh răng Mỹ, trong dầu bánh răng người

ta chia ra dầu bánh răng kín và dầu bánh răng hở, phụ gia sử dụng phổ biến trong dầubánh răng là phụ gia EP

8A 900 1100

-Bảng 8: phân loại độ nhớt dầu bánh răng theo AGMA

Ngoài dầu thủy lực và dầu bánh răng còn một số loại dầu khác như dầu tuabin, dầu máy nén khí, máy nén lạnh, dầu hang hải, dầu máy bay,…, tất cả đều có cách phân loại theo tiêu chuẩn riêng của nhà chế tạo thiết bị

1.6 khái quát tình hình sử dụng dầu nhờn tại Việt Nam

Theo báo cáo phân tích thị trường của công ty Total Việt Nam năm 2011 sản lượng dầu nhờn của total tại thị trường Việt Nam là khoảng 20 triệu lít, cũng theo báo cáo sản lượngcủa Total chiếm khoảng 9% toàn bộ dầu nhờn tại thị trường Việt Nam Từ số liệu trên ta thấy lượng dầu nhớt tại thị trường Việt Nam năm 2011 vào khoảng 222 triệu lít

Biểu đồ thị phần dầu nhờn năm 2011 tại thị trừơng Việt Nam

Chương 2 Các công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc 2.1 Thành phần hóa học của dầu nhờn

Nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn là phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ sôi từ 350 ÷ 5000C trong phân đoạn này có chứa các hợp chất hydrocacbon từ C21

÷ C35 hoặc có thể lên tới C40 Do vậy các hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hydrocacbon lai hợp tăng lên rất nhiều Trong phân đoạn này, ngoài thành phần chủ yếu là hỗn hợp các hydrocacbon khác nhau còn có các hợp chất dị nguyên tố mà chủ yếu là các hợp chất chứa nguyên tử oxy, nitơ, lưu huỳnh và một vài kim loại như Ni, V Những hợp chất này có những tính chất rất khác nhau Có những thành phần chủ yếu có lợi cho dầu nhờn song cũng có những thành phần là có hại cần loại bỏ [4]

2.1.1 Các hợp chất hydrocacbon

2.1.1.1 Các hydrocacbon naphten và parafin.

Các hydrocacbon này được gọi chung là các nhóm hydrocacbon naphten – parafin.Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc dầu mỏ Hàm lượng của nhóm nàytuỳ thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chiếm từ 41% ÷ 86%