Nghiên cứu quá trình tái sinh dầu nhờn thải

Khi hai mặt phẳng của chi tiết chuyển động thì chúng đợc cách ly hoàn toànbằng một lớp màng dầu, nếu sử dụng loại dầu nhờn phù hợp với các điều kiện làm việc của máymóc thì hệ số ma sát

MỞ ĐẦU

Chúng ta biết rằng: với bất kỳ một cơ thể sống nào muốn sống và hoạt động đợc thì nhấtthiết phải có nguồn thức ăn để nuôi cơ thể Đối với các trang thiết bị máy móc, động cơ cũngvậy, dầu nhờn chính là nguồn "thức ăn" không thể thiếu và rất cần thiết cho chúng và cho mộtnền công nghiệp hóa hiện đại hóa trên toàn thế giới

Hơn thế nữa, ngày nay chúng ta đang sống trong thời đại của khoa học và công nghệ, vớinền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển và xâm nhập vào mọi hang cùng ngỏ hẻm trêntoàn thế giới cũng nh xu hớng quốc tế hóa đời sống kinh tế diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu thìdầu nhờn đòi hỏi cần phải đợc nghiên cứu nhiều hơn để cho ra nhiều chủng loại dầu nhờn khácnhau với số lợng và chất lợng ngày càng đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng hiện nay.

Và hầu nh là toàn bộ lợng dầu nhờn sau khi sử dụng thì lại bị thải trực tiếp ra ngoài môitrờng Đây quả thật là một sự lãng phí rất lớn về mặt kinh tế, bởi vì, dầu nhờn thải hoàn toàn cóthể là một nguồn t i nguyên tốt cho việc tái sử dụng Hơn thế nữa, việc thải dầu nhờn trực tiếp raàngoài môi trờng lại gây nên sự ô nhiễm môi trờng rất lớn, trong khi hiện nay chiến lợt "bảo vệmôi trờng" và khẩu hiệu "trái đất là đại gia đình" là vấn đề vô cùng quan trọng và bức xúc củatoàn nhân loại, bởi lẽ nó là những việc làm để bảo tồn và phát triển bền vững “cái nôi của conngời"

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phơng pháp và công nghệ tái sinh dầu nhờn khác nhaudựa trên các thiết bị phức tạp nh : xử lý bằng hóa chất, chng cất chân không, trích ly và hydrohóa làm sạch Tất cả những phơng pháp tái sinh dầu nhờn hiện đại đều cho ra dầu nhờn hoàntoàn có thể thay thế dầu nhờn gốc ban đầu Tuy nhiên nó đòi hỏi phải có chi phí xây dựng dâychuyền tái sinh lớn, kỹ thuật cao và công nghệ phức tạp

Từ trớc đến nay, việc tái sinh dầu nhờn ở Việt Nam vẫn được thực hiện bằng các phơngpháp đơn giản và cũng cha có một quy mô hoàn chỉnh cho việc tái sinh dầu nhờn Đứng trớc tình

hình đó, với đề tài “nghiờn cưỳ quỏ trỡnh tỏi sinh dầu nhờn thải” nhúm nghiên cứu chỳng tụi

sẽ trỡnh bày cỏc quỏ trỡnh cũng như cỏc phơng pháp tái sinh dầu nhờn thải với công nghệ đơngiản, rẻ tiền và gúp phần hạn chế ô nhiễm môi trờng do dầu nhờn thải gây ra đồng thời đem lạihiệu quả kinh tế cao phù hợp với tình hình đất nớc ta hiện nay

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lí THUYẾT VỀ DẦU NHỜN 1.1 Lịch sử phát triển của dầu nhờn

Khi con ngời lần đầu tiên chế tạo ra những chiếc xe có bánh và xe cổ kéo thì chất bôi trơn

cũng đợc tìm ra và sử dụng Và kỹ thuật cùng với chất bôi đã trở thành những yếu tố không thể

tách rời nhau Màng dầu mỏng đợc bôi lên trên bề mặt làm việc đã tạo ra khả năng hoạt độngnhịp nhàng và lâu bền cho các cơ cấu do con ngời chế tạo ra.

Có rất nhiều chất liệu có thể dùng để bôi trơn nh mở nớc, mở động vật, dầu thực vật, dầu thảomộc và các sản phẩm dầu mở tổng hợp, các loại dầu mở quánh, các chất rắn kim loại nóng chảy

và thậm chí cả không khí nữa Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ đề cập tới chất bôi trơn đang đ ợcchú ý và sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật ngày nay, đó là chất bôi trơn đợc chế biến từ dầumỏ

Nhà bác học Nga nổi tiến D.l.Mendeleep chính là một trong những ngời đầu tiên đặt vấn

đến đề dùng mazut để sản xuất ra dầu nhờn

Từ năm 1867, ngời ta đã bắt đầu chế biến dầu mỏ thành dầu nhờn Năm 1870 ở Cream(Nga), tại nhà máy Xakhanxkidơ bắt đầu chế biến dầu nhờn từ dầu mỏ Năm 1876-1877 Ragorin

đã xây dựng ở Bulakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiên trên thế giới có công suất 100.000put/năm Nhà máy này đã sản xuất đợc 4 loại dầu nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa

xe mùa hè và mùa đông Đến năm 1879 thì Ragorzin cho xây dựng ở Conxtantinop nhà máy thứhai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu Chính Mendeleep cũng đã làm việc ở các phòng thínghiệm và những phân xởng của nhà máy này vào những năm 1880 - 1881 Dới sự chỉ đạo trựctiếp của ông, nhiều cơ sở khoa học của ngành sản xuất dầu nhờn đã xây dựng và trong vòng mấynăm sau đó dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bớc ngoặc trong lịch sử chế tạo chấtbôi trơn Dầu nhờn đã có mặt khắp thị trờng Pháp, Anh và các nớc châu Âu, Châu Mỹ, Châu á,thậm chí còn gây ra sự cạnh tranh khá quyết liệt giữa dầu nhờn của Nga và của Mỹ Sau đó, cácnhà máy còn có chất lợng cao hơn cũng đợc xây, mở rộng và đã đặt nền móng cho sự thăng tiếnhùng hậu của ngành chế tạo dầu nhờn cho đến tận ngày nay

Cũng trong thời gian đó, do công nghiệp và ngành vận tải đờng sắt phát triển mạnh mẽ,nhu cầu về dầu nhờn tăng lên rất nhiều Những sản phẩm dầu xuất hiện đầu tiên trên thị trờng làdầu nhờn gốc dầu mỏ màu đen, trong khi mở động vật có màu xám và dầu thảo mộc có màu hơivàng Dầu đen thì giá rẽ hơn dầu sáng từ 3 - 4 lần Điều đó có tác dụng quyết định đối với sốphận của nó ngay từ buổi đầu tiên sử dụng loại dầu mới này tiết kiệm đợc rất nhiều Tuy nhiênngay cái buổi ban đầu đó, mặt dù dầu khoáng rẽ hơn rất nhiều và có trữ lợng lớn song nó cha thểcạnh tranh với dầu thảo mộc và mở động vật

Thời kỳ đầu, ngời ta không sử dụng ở dạng nguyên chất dầu này mà phải pha lẫn với cácchất bôi trơn nh dầu ô liu, dầu thầu dầu, mở lợn grafit Mãi về sau ngời ta mới bắt đầu sử dụngdầu nhờn nguyên chất một cách thận trọng hơn Và lúc đầu do ngời ta sử dụng cha quen dầunhờn nguyên chất cho nên việc sử dụng gặp nhiều khó khăn và kết quả xấu nh tổn thất tăng do

ma sát các chi tiết máy bị nóng lên, xảy ra nhiều sự cố Các công trình nghiên cứu của nhà báchọc Nga nổi tiến N.P.Petrop đã tạo điều kiện để dầu nhờn đợc sử dụng rộng rãi hơn Trong tácphẩm của mình, ông đã nêu lên khả năng là hoàn toàn có thể dùng dầu nhờn để thay thế cho dầuthảo mộc và mở động vật, đồng thời nêu lên những nguyên lý bôi trơn áp dụng những nguyên

lý đó ngời ta đã thay thế việc sử dụng dầu nhờn và tất nhiên là nó đã không làm máy móc hoạt

động tồi hơn so với sử dụng dầu thảo mộc và mở động vật mà ngợc lại nó mang lại những dấuhiệu tốt hơn

Ngày nay, với những tiến bộ khoa học kỹ thuật không ngừng con ngời đã xây dựng đợcnhững tháp chng cất chân không hiện đại thay thế cho những nhà máy chng cất củ kỷ với nhữngtháp chng có công suất thấp và tạo ra các sản phẩm có chất lợng kém.

Những phơng tiện tinh chế mới cũng đã đợc xây dựng để chuyên sản xuất ra các loại phụgia cho vào dầu nhờn nhằm cải thiện và nâng cao chất lợng cho các loại dầu nhờn Ngành sảnxuất dầu nhờn tổng hợp cũng đã vào cuộc và đang đợc phát triển không ngừng

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

đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng ngỏ hẽm trên toàn thế giới và xu hớng quốc tế hóa nềnkinh tế thế giới cũng ngày còn phát triển mạnh mẽ Tất cả những đặc điểm đã nêu trên của thời

đại đã đặt ra sự cần thiết là phải có nền công nghiệp bôi trơn tiên tiến, hiện đại và nó đang đợc

đặt ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây dựng cho đ ợc một nền côngnghiệp dầu mỏ hiện đại, đáp ứng, thỏa mản nhu cầu ngày càng tăng của nền kinh tế quốc dân

đang không ngừng phát triển

Các tập đoàn t bản lớn liên quan đến dầu nhờn nh PB, Castron, Exson, Mobil, Total Esso

đã có mặt hầu hết trên các nớc trên thế giới và hoạt động trong mọi lĩnh vực của công nghiệp dầu

mỏ nh nghiên cứu, thăm dò, khai thác vận tải, lọc dầu, tiếp thị Họ cũng đã và đang áp dụngthành tựu mới nhất của khoa học, đa nền công nghiệp dầu mỏ hàng năm tăng trởng không ngừng

và sản xuất dầu nhờn không ngừng đợc tăng cao về mặt chất lợng cũng nh số lợng, sáng tạo thêmnhiều chủng loại mới

Hiện nay, để đáp ứng đợc nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng trởng của nền kinh tế pháttriển, trên thế giới đã sản xuất ra nhiều loại dầu nhờn khác nhau Và chỉ có những chuyên gia đisâu về từng loại dầu nhờn thì mới có thể hiểu sâu và hết đợc mọi chủng loại dầu nhờn hiện nay

1.2 Tầm quan trọng của dầu nhờn :

Ngày xa, các bậc thiên tài đã tìm ra một nguyên lý rằng: “Khi các bề mặt đợc bôi trơn

so với không đợc bôi trơn thì tính trợc sẽ dễ dàng hơn và bề mặt ít nóng hơn khi làm việc“.

Quả thật vậy, tất cả các bộ phận máy móc lớn hay nhỏ dù có tinh chế kỹ đến thế nào thìnhững bề mặt của chúng vẫn không khỏi không có những chổ gồ ghề rất nhỏ mà mắt thờngkhông nhìn thấy đợc Khi hai bề mặt phẳng chuyển động thì những chổ lồi lõm vô cùng bé đócũng sẽ ngăn cản nhau, tạo ra một lực cản gọi là lực ma sát, chính lực này đã làm cho các bộphận máy móc bị nóng lên, và khi nhiệt độ lên quá cao làm cho các mặt tinh chế chảy dính lêntrên các mặt của vật bị cọ sát Do đó, lực ma sát tăng lên và làm cho các bộ phận máy móc bị hhỏng Và có lực ma sát thì làm cho các chi tiết máy móc bị mài mòn dẫn đến độ chính xác củamáy móc giảm sút, đồng thời ảnh hởng đến cả tính chính xác của công việc và năng suất củamáy móc đồng thời lại tiêu hao năng lợng (vì muốn vận hành đợc máy móc cần phải có năng l-ợng nhng do có ma sát nên một phần năng lợng bị tiêu hao vào việc chống lại lực ma sát) Nhvậy, lực ma sát trong những trờng hợp này là những lực ma sát có hại Muốn giảm bớt lực ma sátnày và hậu quả của nó thì nhất thiết phải có dầu mỏ bôi trơn Khi ta tra dầu mở bôi trơn vào các

bề mặt chi tiết thì các phân tử sẽ phân phối vào các chổ lồi lõm của mặt phẳng cọ sát, làm cho sự

ma sát giữa các phân tử sẽ hơn rất nhiều lần lực ma sát giữa hai mặt phẳng của bề mặt chi tiết

Trong đời sống hằng ngày cũng nh trong công nghiệp, vấn đề ma sát luôn luôn đợc chúng

ta đối mặt Bởi vì, trong thực tế có nhiều ngành kinh tế sử dụng máy móc chỉ ở mức là 30% nh ngvẫn có hao mòn máy móc Nguyên nhân chủ yếu gây ra hao mòn cho các chi tiết máy móc là do

lực ma sát Không chỉ với những nớc đang phát triển nh nớc ta mà ngay cả những nớc phát triển,tổn thất do ma sát và do mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân Chẳnghạn nh là:

 CHLB Đức: Thiệt hại do mài mòn và do ma sát các chi tiết hàng năm từ 32-40 tỷ

DM Trong đó ngành công nghiệp là 8,3 - 9,4 tỷ, ngành năng lợng là 2,67-3,2 tỷ, ngành giaothông vận tải là 17-23 tỷ

 Canada: Tổn thất hàng năm do ma sát là lên đến hơn 5 tỷ USD Canada Chi chí sửa

chữa và bảo dỡng thiết bị tăng nhanh, chiếm 46% so với chi phí đầu t ban đầu Riêng trongngành lâm nghiệp, chi phí sửa chữa gấp 3,5 chi phí ban đầu đầu t

 Việt Nam: Theo ớc tính của các chuyên gia cơ khí thiệt hại do ma sát, mài mòn và chi

phí bảo dỡng hàng năm lên vài triệu USD

Chính vì vậy, việc làm giảm tác động của lực ma sát luôn là mục tiêu quan trọng của cácnhà sản xuất máy móc, thiết bị cũng nh ngời sử dụng chúng Để thực hiện điều này ngời ta đãdùng dầu bôi trơn Khi hai mặt phẳng của chi tiết chuyển động thì chúng đợc cách ly hoàn toànbằng một lớp màng dầu, nếu sử dụng loại dầu nhờn phù hợp với các điều kiện làm việc của máymóc thì hệ số ma sát sẽ giảm đi 100 - 1000 lần so với khi cha có lớp dầu ngăn cản

1.3 Chức năng của dầu nhờn

Khi cho dầu nhờn vào động cơ ta nhận thấy rằng động cơ hoạt động êm hơn, máy ít nónghơn, lâu mài mòn hơn Vậy dầu nhờn có chức năng nh thế nào??? Chức năng dầu nhờn nh sau:

1.3.1 Làm giảm ma sát, chống mài mòn và chống xớc:

Đây là mục đích chính của dầu nhờn, bởi vì khi máy móc làm việc thì các bộ phận máymóc có các bề mặt chi tiết cọ sát nhau sinh ra sức cản làm cho máy móc h mòn Với sự có mặtcủa dầu nhờn thì hai bề mặt tiếp xúc nhau đợc tách ra chỉ còn ma sát nội tại của dầu nhờn, masát này nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chỉ tiết máy Do đó, ma sátgiảm đi đáng kể, dẫn đến độ mài mòn giảm và các bề mặt tiếp xúc đợc bảo vệ khỏi bị xớc Nhvậy, dầu nhờn trong động cơ có tác dụng làm cho máy trơn giảm đi sự cọ sát, giảm bớt sự màimòn, bị xớc của máy giúp máy hoạt động êm hơn và đảm bảo cho máy móc làm việc có côngsuất tối đa

1.3.2 Tác dụng làm mát máy:

Một tác dụng quan trọng nửa của dầu nhờn là làm mát máy và chống lại sự quá nhiệt ởcác chi tiết Khi động cơ làm việc thì nhiên liệu cháy và sinh nhiệt, một phần nhiệt năng sinh rathì biến thành công, một phần nhiệt năng còn lại cần phải đa ra ngoài, hơn nữa ở bề mặt cọ sátgiữa hai chi tiết vẫn sinh ra nhiệt, những phần nhiệt này cần phải đa ra ngoài để tránh sự h hỏngmáy móc Ngời ta dùng dầu nhờn ngoài tác dụng bôi trơn giảm ma sát thì dầu nhờn phải thu hútnhiệt năng và truyền ra nớc làm nguội

Dầu nhờn đổ vào trong máy luôn luôn đa vào tất cả các bộ phận của máy móc và lu độngtuần hoàn trong máy Cho nên khi độ nhớt của dầu nhờn mà còn nhỏ thì dầu lu động trên bề mặtchi tiết càng nhanh và nhiệt năng truyền ra càng nhiều Trong điều kiện nhiệt độ giống nhau thìdầu nhờn có độ dính cao, thì tính lu động kém hơn và nhiệt năng truyền ra tơng đối ít Và ngợclại dầu nhờn có độ dính thấp có thể tản nhiệt tơng đối nhanh

1.3.3 Tác dụng làm kín, khít:

Cho dù cố gắng đến mấy thì ngời ta cũng không thể nào khắc phục những chỗ hở trongquá trình gia công và dù cố gắng đến mấy thì con ngời vẫn không thể nào làm đợc cho bề mặtkim loại hoàn toàn nhẳn, và rồi khi hoạt động thì các bề mặt chi tiết cũng không thể nhẵn đợcmãi Chính những chỗ hở này đã gây nên hiện tợng xì hơi ở buồng nổ của động cơ Và ta hìnhdung rằng nếu trong xilanh không có dầu nhờn thì hơi thừa sẽ từ buồng nổ qua các khe hở nhỏ đ -

a vào trong cacte Khi ta cho dầu nhờn vào thì dầu nhờn sẽ lắp đầy kít những khe hở nhỏ thànhmàng dầu có tác dụng ngăn hơi thừa không đi qua đợc và đảm bảo đợc công suất cho động cơ.Dầu nhờn có độ bám dính cao thì tính năng làm kín sát càng cao

1.3.4 Tác dụng tẩy rửa:

Khi động cơ làm việc, do sự tiếp xúc của hai bề mặt kim loại sinh ra các hạt mịn kim loại

đồng thời khi máy móc hoạt động thì luôn luôn hút không khí vào, bụi cát cũng theo không khí

mà vào động cơ, khi hổn hợp đốt cháy sẽ hình thành mụi than, bản thân dầu nhờn ở những nơi cónhiệt độ cao sẽ sinh ra hiện tợng bốc hơi, tách ly tạo thành hydrocacbya nh keo Những chấtsinh ra này luôn luôn thanh trừ khỏi bề mặt cọ sát Công việc này sẽ do dầu nhờn đảm nhiệm.Nhờ vào trạng thái chảy lỏng dầu đợc lu chuyển qua các bề mặt chi tiết và cuốn theo các tạp chất

có hại nêu trên và đa cào cacte dầu, rồi từ cacte đa vào bầu lọc, dầu nhờn qua bầu lọc đợc biếnthành dầu sạch còn các chất cặn bẩn thì ở lại trong bầu lọc

1.3.5 Bảo vệ bề mặt kim loại:

Bề mặt chi tiết, máy móc khi làm việc thờng tiếp xúc với oxy, hơi nớc làm cho kim loại bị

ăn mòn Nhờ dầu nhờn tạo thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt kim loại nên ngăn cách đợc kimloại với tác nhân gây ăn mòn, nhờ vậy mà bảo vệ bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn Dầu nhờn còn

đợc dùng để bảo quản dụng cụ kim loại trong bảo quản và vận chuyển để chống han rỉ

Với những chức năng u việt vừa nêu trên thì dầu nhờn ngày càng khẳng định rõ vai trò vô cùngquan trọng của mình trong sự phát triển của ngành công nghiệp trên thế giới

I.4 Các tính chất sử dụng của dầu nhờn:

1.4.1 Tính chất bôi trơn làm giảm ma sát:

Khi một vật chuyển động lên một vật khác thì xuất hiện lực ma sát Chính lực ma sát nàycản trở chuyển động của các chi tiết đó Để giảm đi sự cản trở này ngời ta dùng dầu nhờn có tínhbôi trơn tốt, tức là khả năng chảy loãng ra trên bề mặt các chi tiết Tính chất phức tạp này gọi làtính chất bôi trơn của dầu nhờn

Theo nguyên lý bôi trơn, thì khi dầu đợc đặt vào giữa hai bề mặt tiếp xúc nhau, chúng sẽchảy loang và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặttiếp xúc nhau Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có các phân tử trong lớp dầu tiếp xúc trợt lênnhau tạo nên ma sát chống lại lực tác dụng gọi là lực ma sát nội (hay ma sát lỏng của dầu nhờn).Nhờ thế làm giảm ma sát của các chi tiết hoạt động trong động cơ máy móc

Đặc trng cho ma sát nội là độ nhớt, vì vậy việc nghiên cứu đến tính chất sử dụng dầu nhờnphải bắt đầu từ độ nhớt và đây cũng là yêu cầu cơ bản nhất đối với dầu nhờn

Độ nhớt của dầu nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ là rất quan trọng ở nhiều khía cạnh

Nó có ảnh hởng đến độ kín khít, tổn hao công ma sát, khả năng chống mài mòn và khả năng tạocặn Do vậy, trong các động cơ chuyển động khứ hồi, độ nhớt của dầu có tác động chính đến l-ợng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệm dầu, và hoạt động chung của cả động cơ

Khi sử dụng dầu nhờn, thì cần phải chọn loại dầu nhờn có độ nhớt thích hợp với môi trờng

sử dụng Khi sử dụng dầu nhờn có độ nhớt không phù hợp sẽ gây ra những tác hại nh sau:

Dầu có độ nhớt nhỏ dễ bị đẫy ra khỏi bề mặt ma sát do không chịu đợc tải trọng, dễ dẫn

đến ma sát giới hạn, gây mài mòn

Dầu có độ nhớt nhỏ làm cho khả năng bám dính kém không có khả năng che kín Đặcbiệt đối với những bề mặt ma sát đã dơ, mòn, dầu không lấp đợc các khe hở dẫn đến bị dò lọt khícháy, nhiên liệu

Tăng lợng tiêu hao dầu nhờn do khả năng bay hơi cao

1.4.2 Tính lu động:

Dầu nhờn, khi họat động trong môi trờng nhiệt độ thấp thì nhất thiết phải có đợc tính lu

động phù hợp để dầu nhờn có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác, chẳng hạn nh dầu nhờn

động cơ thì duy chuyển từ thùng chứa sang cacte và chảy ngay đợc vào bơm khi động cơ khởi

động Trong trờng hợp này, nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn không phải là một chỉ tiêu tin cậy đểcho biết là liệu dầu này có thể chảy đợc vào bơm dầu hay không mà cần phải tiến hành thửnghiệm trực tiếp trên các thiết bị mô phỏng sự khởi động nguội và thiết bị thử nhiệt độ giới hạncủa bơm Tuy nhiên trong điều kiện khí hậu Việt Nam thì tính chất này không quan trọng lắm

1.4.3 Tính ổn định chống oxi hóa:

Tính chất này rất đáng đợc lu tâm vì các sản phẩm dầu nhờn do bị oxi hóa nên sinh ra cácchất tạo cặn, tăng cờng ăn mòn các ổ đỡ kim loại, hợp kim Pb/Cu Hơn nữa, các sản phẩm củaquá trình oxi hóa xuất hiện làm cho dầu nhờn thay đổi màu và thay đổi một số tính chất hóa lýcủa dầu nhờn nh: không khí sẽ làm khuấy trộn dầu trong cacte (đối với dầu nhờn động cơ), độaxit tăng lên, độ nhớt tăng lên, màu của dầu nhờn tối đi, trong dầu nhờn xuất hiện các chất lắng

ở dạng nhủ v.v Đây là nguyên nhân chính làm cho các chi tiết máy móc, động cơ và hệ thốngbôi trơn bị bẩn do các lớp cặn cacbon

Khi động cơ làm việc ở nhiệt độ cao là điều kiện cho quá trình oxi hóa xảy ra mạnh.Ngoài ra, còn một vài yếu tố khác cũng làm cho dầu nhờn bị oxi hóa là:

- Lợng dầu chứa đợc trong cacte ít

- Thời gian thay dầu lâu

- Công suất ra của động cơ rất cao

Do vậy, khả năng chống oxi hóa là một yêu cầu quan trọng đối với dầu nhờn, đặc biệt làdầu nhờn động cơ đốt trong Khả năng chống oxi hóa của dầu nhờn thờng đợc tăng cờng bằngcách cho thêm vào dầu các loại phụ gia chống oxi hóa

1.4.4 Tính phân tán, tẩy rửa:

Trong quá trình làm việc, các loại cặn cơ học sinh ra luôn là mối hiểm họa đối với cácthiết bị các thiết bị máy móc đặc biệt là các động cơ đốt trong, chúng là bụi, muội than, và cácmạt kim loại Các cặn này có thể bám trên bề mặt cần bôi trơn làm tăng ma sát giữa các bề mặt

và là nguyên nhân gây nên hiện tợng mài mòn mạnh Không những thế, mà lợng nhiệt do ma sátgây ra có thể gây quá nhiệt cục bộ dẫn đến động cơ hoạt động thiếu chính xác, hiệu suất cũnggiảm

Để chống lại những hiện tợng vừa nêu trên thì ngời ta cho vào dầu nhờn các chất phụ giatẩy rửa và phân tán phù hợp Các phụ gia này ngăn ngừa khả năng tạo cặn và duy trì hoạt độngcủa động cơ

Các phụ gia tẩy rửa có chức năng giữ cho bên trong động cơ đợc sạch sẽ, còn các phụ giaphân tán giữ cho các cặn cứng ở dạng keo, ngăn không cho chúng tạo thành cặn vecni, cặn lắchay cặn bùn Hơn nữa, các phụ gia này còn có khả năng trung hòa, có trị số kiềm tổng TBN đạttới 50 - 70, để trung hòa các sản phẩm axit trong quá trình cháy nhiên liệu

- Chống lại mài mòn do các sản phẩm axit trong quá trình cháy gây ra

- Bảo vệ các ổ đỡ hợp kim đồng - chì khỏi sự ăn mòn do các sản phẩm oxi hóa dầu gây ra.Chỉ cần thiếu một trong các yếu tố trên cũng gây ra sự ăn mòn trong các chi tiết máy móc

động cơ, thiết bị Do đó, các loại dầu nhờn cần phải đợc pha chế bảo đảm tốt mọi tính năngchống mài mòn, ăn mòn Đặc biệt trong các trờng hợp dầu nhờn động cơ xăng, khả năng chống

ăn mòn nhất là ăn mòn ổ đồng- chì và chống gỉ do nớc ngng tụ và các sản phẩm không cháy đợchoặc không cháy hết trong nhiên liệu gây ra là hết sức quan trọng Dầu sử dụng cho động cơ

điezel phải có khả năng chống lại sự ăn mòn các ổ đỡ hợp kim do các axit và các sản phẩm cháygây ra Trong trờng hợp này thì các chức năng chống ăn mòn gắn liền với độ kiềm các phụ giatẩy rửa

1.4.6 Khả năng chống lại sự tạo muội than, tạo cặn:

Trong buồng đốt của động cơ, nhiệt độ tăng lên rất cao và mọi hợp chất hữu cơ đều có thểrất dễ bị cháy, nhng thờng thì động cơ không đủ thời gian (quá trình xảy ra trong khoảng thờigian 1% giây) và không đủ oxi để cháy hoàn toàn nhiên liệu và dầu lọt vào buồng đốt luôn có

điều kiện tạo thành mồ hóng, các hạt cốc, các sản phẩm cha cháy hết

Việc tạo thành muội than trên các chi tiết động cơ bắt đầu từ việc hình thành lớp màngkeo trên các chi tiết đó Trong động cơ khi làm việc thì những phân tử dầu mới, mồ hóng và cáchạt cốc không ngừng rơi vào màng keo Sự thay đổi đáng kể do màng dầu bị các sản phẩm cháylàm bẩn dẫn đến tạo thành lớp than rắn trên bề mặt kim loại gọi là muội than

Bề dày của lớp muội than không ngừng tăng lên và chỉ tăng lên đến một độ dày nhất địnhvì khi bề dày lớp muội than tăng thì mép trên của nó sẽ gần vùng nhiệt độ cao hơn và do bị nóngnhiều hơn, những phân tử dầu mới sẽ gây ra sự thay đổi cũng nhiều hơn và cũng không có khảnăng bám chắc trên bề mặt muội Đến một lúc nào đó lớp muội không tăng lên đợc nửa và sẽ

xuất hiện thế cân bằng cho tới khi do một số nguyên nhân nào đó mà vùng nhiệt độ cao hoặc sẽkhông tiến đến gần sát bề mặt lớp muội hoặc không tách ra xa bề mặt đó.

Việc tạo muội trong buồng đốt làm giảm hoạt động lâu bền của động cơ, tăng chi phí sửdụng do những nguyên nhân sau:

- Nhiệt độ các chi tiết phủ muội than tăng lên và khi lợng muội than tăng lên thì thể tíchbuồng đốt bị thu hẹp, làm tăng tỷ lệ nén của động cơ, khả năng trao đổi nhiêt kém đi sẽ tạo điềukiện xảy ra cháy kích nổ

- Khi có muội than trên các chi tiết buồng đốt sẽ hạn chế lợng hổn hợp nhiên liệu đi vào

động cơ làm giảm công suất động cơ

- Muội than có thể phá vỡ quá trình đốt cháy bình thờng nhiên liệu trong bộ chế hòa khí

động cơ, các hạt muối bị đốt cháy đỏ lên buồng đốt sẽ có thể là nguyên nhân làm nguyên liệucháy sớm

- Muội đóng ở đế supap sẽ làm supap khó đóng, làm cháy supap

- Muội than ở bugi đánh lửa sẽ làm cho nó không đánh lửa đợc

- Các hạt muội than từ buồng đốt rơi xuống đáy cacte dầu sẽ làm nóng vòng găng, tăng

độ mài mòn các chi tiết làm việc và các chất lắng đọng khác nhau trên các chi tiết động cơ cũng

nh trong hệ thống bôi trơn

Nh vậy, muội than rất có ý nghĩa quan trọng đối với dầu nhờn, chúng gây ra rất nhiều táchại Khi dầu nhờn có chất lợng tốt thì trong quá trình sử dụng sẽ không có hoặc ít có muội thanhình thành trên bề mặt các chi tiết Do đó, dầu nhờn cần phải có tính chống lại sự tạo thành muộithan

Ngoài sự tạo muội than của dầu nhờn thì chúng còn có khả năng tạo cặn Việc tạo cặn củadầu nhờn cũng gây ra rất nhiều tác hại cho động cơ nh là: làm tắc các rãnh dầu, đờng dầu và cácbầu lọc, làm cho các dầu mới bị giảm phẩm chất, cặn có thể quánh và rắn lại đến mức không thểdùng phơng pháp cơ học để làm sạch do vậy dầu nhờn phải có tính chống lại sự tạo cặn

1.5 Các chỉ tiêu chất lợng của dầu nhờn và cách xác định các chỉ tiêu đó:

Mỗi sản phẩm dầu nhờn lu hành trên thị trờng đều phải đạt một số chỉ tiêu nhất định vàdựa vào những chỉ tiêu này làm cơ sở cho việc đánh giá chất lợng của các sản phẩm dầu nhờn.Việc phân tích và đánh giá chất lợng các sản phẩm dầu nhờn thông qua các chỉ tiêu là điều rấtquan trọng, nó giúp cho chúng ta có thể có đợc đầy đủ những thông tin cần thiết và chính xáccủa các loại dầu nhờn khác nhau cho phép chúng ta lựa chọn dầu nhờn phù hợp cho từng mục

đích sử dụng

1.5.1 Trị số axit và kiềm:

Trị số axit và kiềm có liên quan đến tới trị số trung hòa, dùng để xác định độ axit và độkiềm của dầu nhờn (trị số trung hòa là tên gọi chung cho trị số axit tổng và trị số kiềm tổng)

♦ Chỉ số kiềm mạnh TBN (Total Base Number): là lợng axit đã đợc tính chuyển ra số

mg KOH tơng ứng, cần thiết để trung hòa lợng kiềm có trong 1g mẫu và đợc xác định theo

ph-ơng pháp ASTM-D2896

♦ Chỉ số axit mạnh TAN (Total Acid Number): là số mg KOH cần thiết để trung hòa

l-ợng axit có trong 1g mẫu và đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D664

Các chất mang tính axit có mặt trong dầu nhờn là: axit vô cơ, axit hữu cơ, este, keo, nhựa

và các chất phụ gia Các chất mang tính kiềm có mặt trong dầu nhờn là: các phụ gia tẩy rửa,muối kim loại

Sự có mặt của axit trong dầu nhờn gây ra những tác hại nh sau: khi có nhiệt độ cao thìchúng gây ăn mòn các chi tiết kim loại của máy móc, động cơ và ống dẫn, làm giảm tính ổn địnhchống oxi hóa của dầu Ngoài ra, chúng còn là những chất có hại cho chất lợng của dầu Chính vìthế mà cần phải xác định hàm lợng axit có trong dầu nhờn để tránh trờng hợp hàm lợng củachúng quá giới hạn cho phép có trong dầu nhờn

Có 3 phơng pháp dùng để xác định trị số trung hòa, đó là:

♦ Phơng pháp I: ASTM-D974 (xác định trị số axit và kiềm bằng phơng pháp chuẩn độ

có dùng chất chỉ thị màu) đây là phơng pháp chủ yếu thích hợp với các loại dầu màu sáng

♦ Phơng pháp II: ASTM-D664 (xác định trị số axit của các sản phẩm dầu mỏ bằng

ph-ơng pháp chuẩn độ điện thế) phph-ơng pháp này đợc dùng cho các sản phẩm tối màu

♦ Phơng pháp III: ASTM-D2896 (xác định trị số kiềm của các sản phẩm dầu mỏ bằngphơng pháp chuẩn độ điện thế dùng axit Percloric) phơng pháp này đợc dùng để xác định cáchợp chất kiềm có trong các sản phẩm dầu mỏ

Những phơng pháp ASTM-D664 và phơng pháp ASTM-D974 là thích hợp cho việc xác

định chỉ số kiềm tổng TBN và chỉ số axit mạnh TAN

Phép xác định chỉ số axit và kiềm bằng phơng pháp chuẩn độ dùng chỉ thị màu là phépxác định các hợp chất axit hay kiềm có trong dầu bôi trơn với điều kiện là loại dầu bôi trơn nàytan hoàn toàn hoặc gần nh tan hoàn toàn trong dung môi Toluen và alkol izo-propylic Nó dùng

để xác định lợng kiềm hay axit cần thiết để trung hòa các thành phần axit hay kiềm có trong bấtkì loại dầu mỡ mới hay loại đã dùng rồi, trừ dầu động cơ đặc biệt là dầu điezen

Hiện nay, có rất nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao phẫm chất dầu bôi trơn và tùythuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu cho vào có tính axit hay kiềm Trong một số trờng hợp

có cả axit yếu và kiềm yếu, khi tan vào trong dầu chúng không tác dụng với nhau mà chúng tácdụng với cả hai loại axit mạnh và kiềm mạnh dùng để chuẩn độ cho cả hai trị số là axit và kiềm.Cũng có những loại phụ gia khác có khả năng tham gia phản ứng trao đổi ion với kiềm, cho nêntrong quá trình trung hòa làm sai lệch các giá trị của phép xác định Những hiệu ứng của phụ gia

đã che lấp mất sự thay đổi độ axit của dầu có chứa chất phụ gia

Rất nhiều phụ gia hiện đang sử dụng cho dầu động cơ có chứa các hợp chất kiềm nhằmtrung hòa các sản phẩm axit của quá trình cháy, lợng tiêu tốn ở thành phần kiềm này là một chỉ

số về tuổi thọ sử dụng của dầu Phép đo độ kiềm liên quan đến TBN hiện đang đ ợc áp dụng chohầu hết động cơ, đặc biệt là động cơ điezen

Chỉ số axit tổng của dầu nhờn thải là một đại lợng đánh giá mức độ biến chất của dầu doquá trình oxi hóa Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn thì chỉ số TAN ban đầu tơng đối nhỏ vàtăng dần trong quá trình sử dụng, điều đó phản ánh đúng sự mất dần chất chống oxi hóa Tuynhiên không nên sử dụng chỉ số trung hòa nh là một tiêu chuẩn duy nhất để xác định độ h hỏngcủa dầu do quá trình oxi hóa, bởi vì những chỉ tiêu khác nh là độ nhớt, hàm lợng tro và tạp chấtcơ học v.v phải đợc xem xét một cách thích đáng

Trong dầu có hàm lợng lu huỳnh S cao thì dầu đó phải có TBN càng cao, thông thờng thìTBN = 20%S Trong khi sử dụng nếu nh TBN thay đổi khoảng 50% thì thay dầu mới và trị TANthay đổi khoảng 1% thì thay đổi dầu mới.

1.5.2 chỉ số xà phòng hóa:

Chỉ số xà phòng hóa biểu thị hàm lợng kiềm tác dụng với 1g dầu khi đun nóng theo mộtcách nhất định Chỉ số xà phòng hóa cho biết lợng các chất béo có trong dầu nhờn

Các loại dầu khoáng có thể chứa các phụ gia, nh các chất béo, có thể phản ứng với kiềm

để tạo thành các xà phòng kim loại Dầu động cơ đã sử dụng có thể chứa các axit tự do, este vàchúng có thể chuyển thành xà phòng kim loại khi đun nóng Theo phơng pháp ASTM-D129 thìchỉ số xà phòng hóa đợc xác định là số miligam KOH tiêu tốn cho 1g dầu trong điều kiện nhất

định

1.5.3 Độ nhớt:

Nhìn chung, mọi ngời đều công nhận rằng độ nhớt là một tính chất quan trọng và cơ bản

đối với các loại dầu bôi trơn Độ nhớt là ma sát nội tại trong lòng chất lỏng cản trở sự chảy củachất lỏng, đợc sinh ra bởi áp lực cơ học giữa các hạt cấu tạo nên chất lỏng

Độ nhớt, nó là một yếu tố quan trọng quyết định trong việc tạo thành màng dầu bôi trơn ởhai điều kiện thủy động (màng dày) và bôi trơn thủy động đàn hồi (màng mỏng) Thêm vào đó

độ nhớt còn có thể xác định khả năng khởi động động cơ dể dàng ở điều kiện lạnh và khả năngchịu đợc sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xylanh, nó cũng đánh giá khả năng làm kín khít của

dầu cũng nh mức độ tiêu hao và thất thoát

Riêng đối với dầu nhờn động cơ, đặc biệt là động cơ ô tô thì độ nhớt cũng là yếu tố ảnh ởng đến sự dễ dàng khởi động và tốc độ trục khuỷu Nếu dùng dầu có độ nhớt không phù hợp,chẳng hạn nh là độ nhớt quá cao so với yêu cầu thì sẽ gây ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanhthấp làm giảm tốc độ động cơ và đó làm tăng lợng nhiên liệu tiêu hao kể cả ngay sau khi động cơ

h-đã khởi động, ngợc lại khi sử dụng loại dầu nhờn có độ nhớt thấp hơn so với độ nhớt yêu cầu thìdẫn đến chống mài mòn và tăng lợng tiêu hao dầu Nh vậy, đối với mỗi chi tiết máy điều cơ bản

đầu tiên là phải dùng đầu có độ nhớt thích hợp với những điều kiện vận hành máy móc khácnhau

Khi sử dụng các phơng tiện tải trọng nặng thì sử dụng loại dầu bôi trơn có độ nhớt cao.Ngợc lại, những phơng tiện nhẹ, tốc độ cao thì dùng dầu có độ nhớt thấp Độ nhớt cũng là mộtchỉ tiêu quan trọng trong việc theo dõi dầu trong suốt quá trình sử dụng Nếu biểu hiện độ nhớttăng lên thì là dấu hiệu của dầu bị oxi hóa còn nếu là độ nhớt giảm thì có thể là do nguyên liệulẫn vào hoặc là do các tạp chất khác lẫn vào

Thông thờng sử dụng 3 loại độ nhớt sau: độ nhớt động học, độ nhớt động lực, độ nhớt quyớc

Theo Newton: độ nhớt động lực là chính là số đo khả năng chống lại sự chảy của dầu

nhờn đợc xác định bằng tỷ số giữa ứng xuất trợt τ và tốc độ trợt S theo phơng trình nh sau:

Trong đó: - ρlà mật độ dầu ở cùng nhiệt độ đo trong thời gian chảy t, g/cm3

- t là thời gian chảy, s

độ xác định Độ nhớt động học là tích số giữa hằng số nhớt kế và thời gian chảy của dầu Hằng

số nhớt kế thu đợc bằng cách chuẩn trực tiếp với các chất chuẩn đã biết trớc độ nhớt hoặc từngbậc với nớc cất Nớc cất có độ nhớt chuẩn ở 0oC là 1,79 cP và ở 20oC là 1,002 cP

Nguyên tắc: dựa trên cơ sở so sánh thời gian chảy của 200ml chất lỏng cần xác định vớithời gian chảy của 200ml nớc cất ở 20oC qua nhớt kế Engle

Giữa độ nhớt quy ớc và độ nhớt động học có mối quan hệ thực nghiệm, nó đợc biểu thịbởi công thức gần đúng nh sau:

- Nếu độ nhớt động học νtừ 1 đến 120 mm2/s thì:

E

31 , 6 E 31 ,

t = ì − ν

Nhiều phơng pháp và thiết bị đợc dùng để đo độ nhớt, nhng quan trọng nhất vẫn là nhữngdụng cụ mao quản, mà trong mao quản đó thời gian chảy của dầu tỷ lệ với độ nhớt động học.Nhiều hình dạng mao quản khác đã đợc sử dụng, các chỉ tiêu kỹ thuật và các qui trình sử dụngcủa tất cả các loại nhớt kế động học mao quản làm bằng thủy tinh đợc dẫn ra ở ASTM-D.446

Thông thờng ngời ta xác định độ nhớt của dầu nhờn ở nhiệt độ là 40 và 100oC thì ngời ta

có thể đánh giá đợc là loại dầu nhờn đó là tốt hay xấu, có còn đợc sử dụng đợc hay không Ngời

ta còn dùng độ nhớt để phân loại dầu bôi trơn nói chung và dầu nhờn động cơ nói riêng

1.5.3.4 Chỉ số độ nhớt.

Độ nhớt của dầu nhờn thay đổi theo nhiệt độ, áp suất Tuy vậy, mối tơng quan giữa nhiệt

độ và độ nhớt gọi là tính nhớt nhiệt của dầu nhờn có ý nghĩa quan trọng hơn cả

Chỉ số nhớt kế VI (Viscosity Index) là con số ở trên thang đo qui ớc, là một trị số chuyêndùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ Chỉ số độ nhớt cao chứng tỏ

là dầu đó ít thay đổi theo nhiệt độ, và ngợc lại Đối với dầu bôi trơn thì khi nhiệt độ càng tăng thì

độ nhớt càng giảm Mức độ giảm độ nhớt của dầu nhờn khi nhiệt độ tăng là phụ thuộc vào thànhphần hóa học của dầu nhờn

Tiêu chuẩn ASTM-D.2270 đa ra cách tính chỉ số độ nhớt của dầu bôi trơn và các sảnphẩm tơng tự từ giá trị độ nhớt động học của chúng đo ở 40oC và ở 100oC Tiêu chuẩn này đa rahai cách tính, phơng pháp thứ nhất (A) áp dụng cho các sản phẩm có giá trị VI đến 100 còn ph-

ơng pháp thứ hai (B) áp dụng cho các sản phẩm có giá trị VI bằng 100 hay lớn hơn Chỉ số VI làmột giá trị bằng số đánh giá sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dựa trên cơ sở so sánh khoảngthay đổi độ nhớt theo nhiệt độ của hai loại dầu chọn lọc chuyên dùng, hai loại dầu này khácnhau rất lớn về VI

Loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp thì độ nhớt của dầu thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ (cácloại dầu Naphten), ngợc lại các loại dầu có chỉ số độ nhớt cao thì độ nhớt của dầu ít thay đổi theonhiệt độ (các loại dầu Parafin)

Trong nhiều

trờng hợp, nếu nhiệt

độ làm việc của máy

Trong quá trình sử dụng dầu có biểu hiện thay đổi chỉ số độ nhớt thì đó là dầu nhiễm bẩn

có lẫn các sản phẩm khác Đôi khi quá trình oxi hóa cũng là nguyên nhân làm tăng chỉ số độnhớt trong quá trình sử dụng Việc giảm chỉ số độ nhớt VI cũng có thể là có những lực phá vỡcấu trúc phân tử của các phụ gia Polyme có mặt trong dầu bôi trơn

1.5.4 Màu sắc.

Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về dầu thô dùngchế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sôi, về phơng pháp và mức độ làm sạch trong quá trình tinhluyện, về hàm lợng và bản chất của phụ gia pha vào trong dầu

Màu dầu rất khác nhau: từ trong suốt đến màu sẫm hoặc màu đen kịt Ngời ta nhận thấyrằng dầu bị tối màu dần trong quá trình sử dụng là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn hay sự bắt đầu củaquá trình oxi hóa Sự sẫm màu của dầu kèm theo sự thay đổi không lớn chỉ số trung hòa và độnhớt thờng là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn các chất lạ Các tạp chất có màu có thể làm thay đổimàu dầu một cách rõ rệt, nhng không ảnh hởng đến các thuộc tính khác Ví dụ nh màu dầu ít có

ý nghĩa đối với dầu động cơ Rất nhiều các dầu mới có pha phụ gia tối màu và thông thờng trongquá trình sử dụng thì dầu của động cơ tối màu rất nhanh

Nói chung, các phơng pháp so màu đều dựa trên cơ sở so sánh bằng mắt thờng, lợng ánhsáng truyền qua một bề dày xác định của một loại dầu với lợng ánh sáng truyền qua của mộttrong số các dãy kính màu Theo ASTM-D1500 (màu của các sản phẩm dầu mỏ) thì phơng phápthử là phơng pháp xác định bằng mắt màu của các loại dầu bôi trơn và một số lợng lớn các sảnphẩm dầu mỏ khác, các loại sáp cũng nằm trong số đó

Ngời ta dùng một nguồn ánh sáng tiêu chuẩn, còn mẫu thì đợc đặt trong buồng thử rồi sosánh màu với các đĩa thủy tinh, màu có giá trị từ 0,5 đến 8,0

Phép xác định màu của các sản phẩm dầu mỏ đợc sử dụng chủ yếu cho các mục đíchkiểm tra trong quá trình sản xuất và đối với ngời tiêu dùng thì màu dầu cũng là một chỉ tiêu chấtlợng quan trọng, vì ngời ta nhìn thấy đợc Ví dụ, trong quá trình chế biến dầu gốc, màu sắc củadầu là dấu hiệu hớng dẫn cho ngời tinh luyện biết rằng quá trình hoạt động sản xuất có tốtkhông Tuy nhiên, thuộc tính này ít có ý nghĩa vì chúng không nói lên đợc chất lợng của dầu, trừcác trờng hợp dầu trắng trong y học và công nghiệp, vì chúng thờng dùng để pha chế hay đợcdùng làm các sản phẩm mà độ bẩn hay màu bẩn là không đợc a chuộng

Hình 2.1 Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ;

lý giải về chỉ số độ nhớt (VI).

L - độ nhớt của dầu có VI = 0 (dầu có VI thấp – dầu naphten).

H - độ nhớt của dầu có VI = 100 (dầu có VI cao – dầu Parafin).

U - độ nhớt của dầu cần phải tính chỉ số độ nhớt

1.5.5 Khối lợng riêng và tỷ trọng.

Khối lợng riêng là khối lợng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu chuẩn

Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lợng riêng của một chất lỏng đã cho ở nhiệt độ qui định với khối lợngriêng của nớc ở cùng điều kiện nhiệt độ đó Nh vậy, nếu khối lợng riêng của nớc là bằng 1 thì tỷtrọng của dầu và khối lợng riêng của dầu là bằng nhau ở nhiệt độ quy định đó Trọng lợng API làmột hàm đặc biệt của trọng lợng riêng chúng liên quan với nhau theo phơng trình:

Nh vậy giá trị API sẽ tăng khi trọng lợng của dầu thay đổi theo nhiệt độ và đợc xác định ởnhiệt độ nhất định, sau đó đa về nhiệt độ chuẩn

Có các phơng pháp xác định khối lợng riêng và tỷ trọng nh sau:

 Tiêu chuẩn ASTM-D1250 cung cấp những bảng cho phép tính chuyển khối lợngriêng và tỷ trọng đo đợc ở bất kỳ nhiệt độ nhiệt độ nào trong khoảng từ -17,8oC (oF) đến 160oC(500oF) về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 15,6oC (60oF)

 Phơng pháp đo ASTM-D941 (khối lợng riêng và tỷ trọng của chất lỏng đo bằngPycnomet Lipkin có hai capila) dùng cho các phép đo khối lợng riêng của chất lỏng bôi trơn bất

kỳ có độ nhớt nhỏ hơn 15 mm/s ở 12oC

 Phơng pháp ASTM-D1298 thờng dùng trong phòng thí ngiệm Ngời ta sử dụng một

tỷ trọng kế bằng thủy tinh để xác định khối lợng riêng, tỷ trọng, hay trọng lợng API của tất cảcác sản phẩm dạng lỏng

Phép xác định khối lợng riêng khá nhanh và dễ dàng vì các sản phẩm của phân đoạn dầuthô nhất định thì chúng có khoảng nhiệt độ sôi và độ nhớt nhất định cho nên chúng có khối lợngriêng trong một khoảng xác định Ta biết rằng với các loại dầu nhờn gốc khác nhau thì có khối l-ợng riêng khác nhau ở cùng điều kiện nhiệt độ nh nhau Ví dụ nh các loại dầu gốc parafin cókhối lợng riêng nhỏ hơn các loại dầu gốc có chứa thành phần naphten và aromat Chính vì vậy,ngời ta sử dụng khối lợng riêng trong việc nhận biết các loại dầu nếu ta biết đợc khoảng nhiệt độchng và độ nhớt của dầu

Phép đo khối lợng riêng kết hợp với các phép đo khác cho phép nhận biết thành phầnhydrocacbon có trong dầu nhờn gốc, nh thành phần parafin, naphten và aromatic

Khối lợng riêng của một chất bôi trơn ít có ý nghĩa trong vịêc đánh giá chất lợng Khối ợng riêng của dầu đã sử dụng cũng gần bằng khối lợng riêng của dầu mới Một giá trị khối lợngriêng bất thờng cho thấy rằng dầu bị lẫn các sản phẩm khác hay một dung môi hay một chất khí.Chẳng hạn, sự thay đổi khối lợng riêng của dầu động cơ có thể là do dầu bị nhiễm chất bẩn hoặc

l-có lẫn nhiên liệu vào Tuy nhiên, khối lợng riêng và tỷ trọng đợc dùng chủ yếu là để xác lập cácchỉ tiêu về trọng lợng và thể tích trong vận chuyển, tồn chứa và mua bán Nh vậy, ứng dụng chủyếu của khối lợng riêng là để chuyển đổi trọng lợng sang thể tích hay từ thể tích sang trọng lợng

1.5.6 Điểm chớp cháy và bắt lửa:

Điểm chớp cháy của dầu đợc định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển là101,3 kPa, mẫu đợc nung nóng Khi có ngọn lửa thì sẽ chớp cháy và lan truyền tức thì trên bềmặt mẫu

Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu tiếp tục cháy trong 5 giây đợc gọi là điểm bắt lửa

141.5

Trọng l ợng API =

Trọng l ợng riêng 60/60oF

- 131.5

Điểm bắt lửa và điểm chớp cháy của dầu mới thay đổi theo độ nhớt Dầu có độ nhớt caothì sẽ có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn Thông thờng độ bắt cháy phụ thuộc vào loại dầuthô Dầu naphten thờng có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn dầu parafin có cùng độ nhớt Quyluật chung là đối với các hợp chất nh nhau thì có điểm chớp cháy và bắt lửa tăng khi mà trọng l-ợng phân tử tăng.

Mặc dù điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu là một đặc trng sơ bộ về bản chất cháy của nónhng chúng chỉ là một trong những yếu tố gây ra hỏa hoạn của dầu Để xác định điểm chớp cháy

và bắt lửa của dầu bôi trơn ngời ta thờng dùng ASTM-D.92 (xác định điểm chớp cháy và bắt lửacốc hở) và ASTM-D.93 (xác định điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở) Phơng pháp này còn đợcdùng để xác định độ nhiễm bẩn của dầu bôi trơn bởi những lợng nhỏ các chất dể bay hơi Trongtrờng hợp dầu động cơ điezen có sự giảm đáng kể của điễm chớp cháy, có thể xác nhận một cách

định tính rằng: việc hòa tan các nhiên liệu vào dầu đã làm giảm đáng kể độ nhớt của dầu Để xác

định sự hòa tan nhiên liệuvào trong dầu nhờn của động cơ xăng ta có thể dùng phơng phápASTM-D.322

Đối với ngời sử dụng, trong những trờng hợp nhất định, việc xác định điểm chớp cháy vàbắt lửa là hết sức cần thiết với công tác phòng chống cháy nổ Tuy nhiên, đó là một trong nhữngtính chất cần lu ý, khi đánh giá toàn bộ nguy cơ gây nổ của vật t Hơn nữa, khi cần làm việc ởnhiệt độ cao mà ta lại sử dụng dầu có điểm chớp cháy thấp, nghĩa là dễ bay hơi gây ra tiêu haolớn Dầu mới thì có điểm chớp cháy và bắt lửa thấp hơn giá trị mà nó cần phải có thì đó là dấuhiệu của dầu có độ nhớt thấp, có phân đọan dầu nhẹ, dung môi dễ bay hơi và xảy ra quá trìnhcracking dầu do làm việc ở nhiệt độ cao Nhng nếu dầu mới lại có điểm chớp cháy và bắt lửa caohơn mức bình thờng báo hiệu cho sự pha trộn cho dầu có độ nhớt cao hơn

1.5.7 Điểm anilin.

Một hổn hợp gồm hai thành phần là hổn hợp hydrocacbon và anilin không tan trong nhauchia thành hai lớp, khi tăng nhiệt độ lên thì hổn hợp thành đồng nhất (tan hoàn toàn) Khi làmnguội từ từ đến một nhiệt độ xác định nào đó thì hổn hợp lại bắt đầu phân lớp, biếu hiện bằnghiện tợng đục lên của dung dịch Nhiệt độ ứng với thời điểm xuất hiện hiện tợng đục này thì đợcgọi là điểm anilin

Điểm anilin thờng đợc sử dụng để xác định hàm lợng aromat, naphten và parafin có tronghổn hợp Tuy nhiên, nó cũng có nhiều ý nghĩa thực tiễn khác nh việc xác định chỉ ra hiệu ứnghòa tan của dầu vào các chất hữu cơ, mà các chất này làm kín trong hệ thống thủy lực, các chấtcách điện v.v Nói chung, dầu có điểm anilin càng thấp thì càng làm trơng nở các vật liệu làmkín

Điểm anilin đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D.661 bằng cách trộn lẫn các thể tích

t-ơng đt-ơng của dầu, anilin và n- heptan, gia nhiệt cho đến khi hỗn hợp tan trong đồng thể sau đólàm lạnh từ từ, nhiệt độ mà tại đó hổn hợp tách thành hai pha chính là điểm anilin

1.5.8 Cặn cacbon.

Cặn cacbon đợc tạo ra khi cho bay hơi và nhiệt phân một sản phẩm dầu mỏ Cặn nàykhông phải là cặn cacbnon hoàn toàn mà nó là một loại cốc và còn bị biến đổi của quá trìnhnhiệt phân Cặn cacbon chính là sản phẩm cháy trong điều kiện thiếu không khí

Phơng pháp xác định cặn cacbon đợc sử dụng chủ yếu cho các loại dầu gốc dùng vào việcsản xuất dầu nhờn động cơ và một vài loại dầu xylanh nặng

Dầu nhờn đợc tinh chế nghiêm ngặt thì hàm lợng cacbon càng giảm Vì vậy, hàm lợngcặn cacbon còn dùng để đánh giá mức độ tinh luyện của dầu và nó cũng giúp cho việc lựa chọncác loại dầu nhờn cho những mục tiêu thích hợp khác nhau Nếu chúng ta sử dụng dầu nhờn cóhàm lợng cặn cacbon lớn có thể sẽ gây mài mòn và làm tắc nghẽn kim phun, tắc nghẽn hệ thống.Lợng cặn cacbon trong dầu nhờn động cơ mà cao thì nó có thể gây ra hiện tợng kích nổ hay làmtắc kim phun trong động cơ điezel hay có thể làm giảm thể tích của buồng đốt do nó bám dínhvào thành xylanh xupap Các phụ gia có mặt trong dầu nhờn cũng góp phần làm ảnh hởng đếnhàm lợng cặn.

Có hai phơng pháp xác định hàm lợng cặn cacbon, thứ nhất là phơng pháp ASTM-D.524(xác định hàm lợng cặn cacbon của các sản phẩm dầu mỏ theo Ramsbottom) mẫu đợc nungnóng ở nhiệt độ nhất định trong một quả cầu thủy tinh có lỗ nhỏ để cho các thành phần bay hơibốc hết đi Phần cặn nặng trong bóng thủy tinh tiếp tục cracking hóa và cốc hóa Phần còn lại

đem cân và xác định hàm lợng cặn cacbon theo Ramsbottom Phơng pháp thứ hai là D.189 Hai phơng pháp này chỉ khác nhau ở dụng cụ tiến hành là chính còn về nguyên tắc là đunnóng để thực hiện quá trình cracking và cốc hóa rồi cân lợng cặn còn lại

ASTM-1.5.9 Hàm lợng tro và tro sunfat.

Hàm lợng tro đợc định nghĩa là lợng cặn không cháy hay các khoáng chất còn lại sau khi

đốt cháy một mẫu dầu nhờn Một lợng nhỏ các tạp chất có mặt trong thành phần tro có thể làthông tin cho phép xem xét liệu sản phẩm dầu nhờn đó có thích hợp để sử dụng cho mục đích đã

Việc xác định hàm lợng tro giúp ta đánh giá đợc lợng phụ gia đa vào trong dầu bởi vì hàmlợng tro sunfat là tro của các loại phụ gia mà ta cho vào dầu nhờn để làm tăng tính năng sử dụngcủa dầu nhờn Với hàm lợng tro lớn hơn quy định thì có thể nói rằng dầu bị nhiễm tạp chất, hoặc

do sản phẩm của quá trình mài mòn hoặc do các kim loại tan trong dầu và các loại tạp chất khác.Nếu dầu nhờn thải có hàm lợng tro quá lớn thì khi thải ra ngoài môi trờng sẽ gây ô nhiễm môi tr-ờng

Có hai phơng pháp xác định hàm lợng tro:

+ Phơng pháp ASTM-D.482 dùng để xác định hàm lợng tro của các loại dầu nhờnkhông có chứa phụ gia tạo tro (dầu tuabin và nhiều loại tuần hoàn có độ nhớt cao) hoặc là cóchứa phụ gia không tạo tro (dầu máy nén, dầu bánh răng, dầu động cơ khí)

+ Phơng pháp ASTM-D.874 dành riêng cho các loại dầu có chứa các phụ gia tạo tro

Ph-ơng pháp này không nên dùng cho các dầu nhờn gốc cũng nh các loại dầu nhờn không có phụgia

1.5.10 Hàm lợng Lu Huỳnh:

Lu huỳnh có thể có sẵn trong dầu khoáng hoặc dầu gốc hay là trong các phụ gia Nó cóthể hoạt động hóa học hay ở dạng tơng đối trơ ở dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ Dạng luhuỳnh hoạt động gây ăn mòn, đặc biệt đối với đồng và các hợp chất chứa đồng Ngợc lại, một íthàm lợng lu huỳnh ở dạng trơ thì có tác dụng tốt, bởi vì nó làm tăng khả năng bám dính trên bềmặt vật liệu bôi trơn

- ASTM-D.129 (phơng pháp dùng bom) đợc áp dụng để xác định tổng hàm lợng trongmọi loại dầu bôi trơn với điều kiện hàm lợng lu huỳnh ít nhất phải bằng 1% Nguyên tắc của quátrình là bật tia lửa điện để đốt cháy một lợng nhỏ mẫu trong môi trờng oxi hóa ở áp suất cao Sảnphẩm cháy thu hồi, lu huỳnh ở dạng kết tủa với BaSO4 và đợc đem cân

- ASTM-D.1266 (phơng pháp đèn) dùng để xác định hàm lợng lu huỳnh tổng cộng có nồng

độ từ 0,01 đến 0,4% trong các sản phẩm dầu Để xác định hàm lợng lu huỳnh có trong dầu bôi trơnhay các sản phẩm dầu mỏ có hàm lợng lu huỳnh cao không thể đốt trực tiếp mà dùng phơng pháppha trộn

- ASTM-D.1552 (phơng pháp nhiệt độ cao) xác định tổng hàm lợng lu huỳnh có trongdầu bôi trơn, có hàm lợng lu huỳnh lớn hơn 0,06%

Hậu quả không mong muốn của lu huỳnh là gây ăn mòn, chẳng hạn nh là ăn mòn tấm

đồng Tuy nhiên, do những biểu hiện cực áp có lợi nên trong nhiều trờng lu huỳnh có mặt trongdầu bôi trơn ở dạng phụ gia thờng kết hợp với các nguyên tố khác, nh phụ gia chịu áp, chống màimòn, chống oxi hóa, chống ăn mòn

1.5.11 Hàm lợng nớc:

Hàm lợng nớc có trong dầu nhờn là lợng nớc đợc tính bằng % theo trọng lợng thể tích haytheo ppm Hàm lợng nớc trong dầu nhờn là một đặc trng quan trọng đối các loại dầu: dầu thủylực, dầu ôtô, dầu bánh răng công nghiệp, dầu tuabin, dầu xylanh, dầu công nghiệp, đặc biệt là nórất quan trọng đối với dầu biến thế Nớc có trong dầu biến thế sẽ làm giảm điện áp đánh thủnggây nguy hiểm cho máy biến thế

Nớc có trong dầu không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự oxi hóa mà nó còn tạo nên nhủtơng Trong một vài trờng hợp thì nớc thủy phân các phụ gia tạo nên bùn mềm và xốp Có thểloại nớc trong dầu nhờn bằng phơng pháp lọc, ly tâm, chng cất chân không

1.5.12 Sức căng bề mặt:

Sức căng bề mặt đợc định nghĩa là lực bên trong tác dụng lên bề mặt chất lỏng do sức hútcủa các phân tử nằm dới bề mặt Phơng pháp tiêu chuẩn ASTM-D.971 đo sức căng bề mặt bằngcách xác định lực cần thiết để nhất một vòng dây bạch kim ra khỏi bề mặt chất lỏng có sức căng

bề mặt lớn hơn, nghĩa là hớng lên từ mặt phân chia nớc - dầu

Sức căng bề mặt của dầu nhờn ít có ý nghĩa so với việc dùng nó để kiểm tra chất lợng củadầu Tuy nhiên, phơng pháp rất có ích trong việc đánh giá chất lợng của dầu nhờn đã sử dụng.Thông qua sức căng bề mặt có thể dự đoán khả năng bền oxi hóa của dầu nhờn

1.5.13 sự pha tạp nhiên liệu:

Việc lẫn nhiên liệu vào dầu nhờn động cơ làm cho độ nhớt của dầu nhờn giảm xuống,tăng khả năng mài mòn, làm giảm nhiệt độ chớp cháy làm giảm tỷ trọng Sự pha tạp chất quámức của nhiên liệu vào dầu còn có thể do trục trặc trong quá trình vận hành máy

Ngời ta xác định lợng nhiên liệu xăng lẫn vào trong dầu nhờn động cơ theo phơng phápchng cất ASTM-D.322 hoặc phơng pháp sắc kí ASTM-D.3525 Và xác định hàm lợng nhiên liệudầu điezel lẫn vào trong dầu nhờn động cơ theo phơng pháp ASTM-D.3524.

để làm sạch đợc Theo phơng pháp ASTM-D.893 có hai cách xác định hàm lợng cặn không tan làphơng pháp ly tâm và phơng pháp dùng chất đông tụ

Hầu hết, các hợp phần của dầu nhờn đều tác dụng nhanh hay chậm với oxi và quá trìnhoxi hóa chủ yếu là quá trình làm biến chất dầu động cơ và dầu máy nén Nếu dầu nhờn có độ bềnoxi hóa thấp thì thờng xuyên phải thay dầu gây nên chi phí chạy máy tăng lên

1.6 Tính năng sử dụng và các phép thử tính năng của dầu nhờn.

1.6.1 Tính năng sử dụng của dầu nhờn :

Dầu nhờn dùng cho các trang máy móc thiết bị, động cơ hiện đại thì cần phải có đầy đủnhững tính năng sử dụng sau đây:

- Đảm bảo cho máy móc khi làm việc thì h mòn rất ít

- Không cho các phụ tinh chế biến bằng kim loại màu và bằng hợp kim bị ăn mòn

- Không hình thành chất sơn và không sinh ra hiện tợng kết dính với pittông

- Bùn dầu thì có tính chất phải rất ít

- Dầu nhờn ở trong hệ thống phải lu động dễ dàng, tức là phải đảm bảo điều kịên mởmáy dễ dàng

- Trên các phụ tùng hình thành than tích rất nhỏ

Nếu sử dụng dầu nhờn, chỉ không thể bảo đảm đợc 1 trong những tính chất nêu trên thìkhông thể gọi là dầu nhờn tốt đợc và khi sử dụng loại dầu nh vậy thì không thể mang lại hiệu quảkinh tế cao

Để đáp ứng đợc nhu cầu bôi trơn của các loại dầu bôi trơn nói chung và dầu nhờn nóiriêng thì các loại dầu này không những cần phải có một phổ rộng về các thuộc tính vật lý, hóahọc mà còn phải trải qua các phép thử tính năng

1.6.2 Các phép thử tính năng của dầu nhờn:

Quá trình nghiên cứu và sản xuất dầu nhờn luôn gắn liền với đòi hỏi thực tế cuộc sống,với quá trình phát triển và công nghiệp hóa xã hội, đặc biệt hơn với dầu nhờn động cơ thì sảnphẩm đợc hình thành và ra đời luôn gắn liền với sự tồn tại và phát triển của các thế hệ động cơ

mà các công nghệ này, ngày nay gần nh thay đổi hàng giờ Vì vậy, các phép thử tính năng sửdụng của các loại dầu bôi trơn luôn đợc đặt ra, để từ đó định dạng các yêu cầu về các chất lợnghóa lý của các loại dầu cụ thể

Mục đích của việc xác định tính năng của dầu nhờn là giúp cho các việc sản xuất ra cácsản phẩm đồng nhất với nhau, dựa vào các phép thử tính năng của dầu nhờn thì phần nào cũngphản ánh đợc sự biến đổi của dầu trong quá trình sử dụng và chỉ ra những nguyên nhân làm biến

đổi đó Việc xác định tính năng sử dụng của dầu nhờn đợc thực hiện trong phòng thí nghiệm và

áp dụng tại Mỹ từ năm 1958 Có các phơng pháp thử tính năng của dầu nhờn nh sau:

1.6.2.1 Các phép thử chống mài mòn:

Một trong những chức năng chính của dầu nhờn là làm giảm độ mài mòn cơ học của các

bộ phận máy móc tiếp xúc cọ xát nhau Sự mài mòn đợc định nghĩa là sự mất dần vật liệu khôngmong muốn do một hay cả hai bề mặt không đợc bằng của các chi tiết máy tạo nên khi chúng cọxát vào nhau Các điều kiện chạy máy khác nhau, các loại vật liệu khác nhau, hình dáng bề mặt,cũng nh các yếu tố môi trờng cũng ảnh hởng đến độ mài mòn Khả năng chống kẹt khi tải trọngtăng cao của dầu nhờn chịu áp (EP) có liên quan chặc chẽ tới giảm sự mài mòn Khả năng này cóliên quan đến sức chụi tải của dầu, nó ngăn cách các chi tiết máy cọ xát vào nhau, nên giảm đợc

sự mài mòn và tránh đợc hiện tợng kẹt máy Mặt khác sức chịu tải có liên quan đến khả năng bôitrơn của các loại dầu nhờn và có thể coi là áp suất hay tải trọng cực đại mà dầu có thể chịu đựng

đợc trong những điều kiện đã cho mà không làm hỏng các chi tiết máy

Thuộc tính chống mài mòn của dầu nhờn thờng đợc thử nghiệm bằng máy 4 bi (ASTM-D

41217 đặc tính chống mài mòn của các chất lỏng bôi trơn) Phơng pháp xác định này có thể xác

định tính chống mài mòn của dầu nhờn trong tiếp xúc trợt ở những điều kiện định trớc

Ngoài ra, còn có hai phơng pháp khác xác định khả năng chịu áp EP đó là:

 Thiết bị Timken dùng một vòng thép cứng quay chà xát lên một tấm thép phẳng(ASTM-D 2782- phép đo tính chịu áp lực của các chất lỏng bôi trơn)

 Thiết bị Falex dùng một trục thép quay chà vào hai khôi thép hình chữ V (ASTM-D.3233- phép đo tính chịu áp lực của các chất lỏng bôi trơn);

1.6.2.2 Độ ăn mòn tấm đồng:

Dầu thô có chứa các hợp chất S, phần lớn các hợp chất này đã đợc loại ra trong quá trìnhsản xuất dầu nhờn gốc Tuy nhiên, các hợp chất chứa S vẫn còn lại trong dầu nhờn gốc, chúng sẽgây ăn mòn nhiều kim loại khác nhau và độ ăn mòn này không phải lúc nào cũng tuơng quan vớitổng hàm lợng S có trong dầu Hiệu ứng ăn mòn có thể rất khác nhau tùy thuộc vào thành phầnhóa học của dầu nhờn, chúng có thể có là những hợp chất rất hoạt động và cũng có thể là nhữnghợp chất tơng đối trơ

Sự ăn mòn đợc định nghĩa nh là một sự oxy hóa trên bề mặt kim loại gây nên sự tổn thấtkim loại hay sự tích tụ các cặn bẩn ổ trục làm bằng hợp kim đồng, ống lót trục bằng đồng thau,các bộ phận chuyển động trục vít bằng đồng thau cần phải dùng loại dầu nhờn không ăn mòn.Chính vì vậy, khi để xem một loại dầu nào đó có thích hợp cho một thiết bị có những bộ phận

kim loại dễ gây ăn mòn hay không thì ngời ta tiến hành phép thử ăn mòn tấm đồng D.130) Phơng pháp này cho phép định lợng về mức độ ăn mòn của dầu lên tấm đồng tinh khiết.Theo phơng pháp này thì tấm đồng đợc đánh bóng và ngâm ngập trong mẫu dầu Ngòi ta gianhiệt đến một nhiệt độ nhất định và giữ trong một thời gian nhất định, tùy thuộc vào tong loạidầu Khi phép thử kết thúc, tấm đồng đợc lấy ra, rửa sạch và đem so với bảng tiêu chuẩn ASTM

(ASTM-về ăn mòn tấm đồng Các điều kiện thử ngiệm đợc lựa chọn thích hợp cho việc áp dụng

1.6.2.3 Tính tạo nhủ.

Trong rất nhiều trờng hợp các loại dầu bôi trơn khi làm việc thì có lẫn nớc vào và nếu ợng nớc là không nhiều, không hoàn toàn tách ra thì chúng có thể tạo nhủ tơng Đối với dầunhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ thì sự tạo nhủ là điều có hại bởi vì khi phần nớc xúc với các

l-bộ phận bằng sắt của thiết bị thì sẽ làm han gỉ các l-bộ phận này, đồng thời nhủ cũng làm oxi hóa

và làm giảm khả năng bôi trơn của dầu nhờn

Do vậy, cần phải xác định tính năng tạo nhủ của dầu nhờn Có các phơng pháp xác định

Tiêu chuẩn ASTM-D.892 (đặc tính tạo bọt của dầu nhờn) đa ra những đặc trng tạo bọt củadầu mới, tức là dầu cha bị bẩn Kết quả thu đợc sẽ là không tơng ứng nếu nh dầu bị lẫn các chấtkhác nh hơi nớc ẩm, các cặn bẩn rất mịn vì những chất này làm tăng khả tạo bọt Nội dung chủyếu của phép thử là thổi không khí qua một mẫu dầu đợc giử ở nhiệt độ thấp nhất định và trongmột thời gian nhất định và trong một thời gian nhất định Ngời ta đo ngay độ tạo bọt sau khingừng thổi không khí, lợng bọt đợc đo và số liệu thu đợc cho ta biết về độ tạo bọt của dầu Sau

10 phút thì lợng bọt xẹp bớt, ngời ta có thể đo thể tích tạo bọt còn lại và coi nh đó là trị số củatính bền bọt

1.6.2.5 Độ bền oxi hóa:

Oxy hóa là một dạng làm hỏng hóa học các sản phẩm dầu mỏ Độ bền của oxi hóa dầunhờn là một đặc trng quan trọng của dầu Sự oxi hóa dầu nhờn phụ thuộc vào nhiệt độ, vào lợngoxy chứa trong dầu và hiệu ứng xúc tác của những kim loại

Nếu biết điều kiện làm việc của dầu thì ba điều kiện trên có thể đợc điều chỉnh để đa raphép thử gắn liền với thực tế sử dụng Tuy nhiên, sự oxi hóa trong khi sử dụng là một quá trìnhcực kì chậm, một phép thử nh vậy sẽ tốn nhiều thời gian Để rút ngắn thời gian thử nghiệm, nói

Một trong những phơng pháp thờng đợc sử dụng nhất là ASTM-D.9473 (đặc tính oxy hóacủa các loại dầu khoáng có chứa các chất ức chế), phơng pháp này có thể áp dụng cho hầu hếtcác loại dầu bôi trơn, đặc biệt là các dầu bôi trơn có phụ gia chống oxy hóa Tuy nhiên, phơngpháp này để xác định chủ yếu là cho dầu tuabin hơi Bởi vậy, nó đợc nó đợc đặt biệt coi trọngtrong việc xác định độ bền oxy hóa của dầu bôi trơn có lẫn nớc.

Một phơng pháp khác (ASTM-D.2272- xác định độ bền oxi hóa của các loại dầu tuabinbằng bom quay) là thử độ bền oxi hóa bằng bom quay, sử dụng bom có chứa oxi ở áp suất cao để

đánh giá độ oxy hóa

Phơng pháp thử ASTM-D.2893 dùng để xác định độ bền oxi hóa của các loại dầu bôi trơnchịu áp

Phơng pháp ASTM-D.4742 đợc dùng để đánh giá độ bền oxi hóa của các loại dầu độngcơ cho các động cơ xăng

Ngoài ra, còn một số phơng pháp nh IP 48/49 đa ra phép đo mức độ hỏng của dầu bằngcách đo dộ nhớt và hàm lợng cặn cacbon trớc và sau khi oxi hóa Hai phơng pháp khác là IP328/89 và IP 307/89 chỉ dùng để đáng giá xác định độ bền oxi hóa của các loại dầu khoángkhoáng cách điện mạch thẳng

Những kết quả của phép đo độ bền oxi hóa là cơ sở để đánh giá tuổi thọ tơng đối củanhững chất bôi trơn cùng loại

Sau quá trình thử nghiệm ngời ta xác định chỉ số trung hòa và độ nhớt cảu dầu

Do mức độ phân hủy của dầu và sự tạo thành khí gây nên áp suất cao ở nhiệt độ từ 260

đến 315oC mà phơng pháp thử này không thích hợp đối với các chất lỏng có nớc hay các chấtlỏng sinh ra khí ở áp suất cao ở nhiệt độ đã dẫn ra ở trên

Một lợng lớn các phép thử riêng cũng đợc dùng để đánh giá độ bền nhiệt của các loại dầubôi trơn chọn lọc Thông thờng chúng đốt nóng hay cho chảy tuần hoàn trên bề mặt kim loại đốtnóng Thờng ngời ta hạn chế việc cho các tấm kim loại tiếp xúc với không khí, do vậy các tấmkim loại khác nhau đóng vai trò xúc tác đợc ngâm vào trong mẫu dầu

1.6.2.7 Chống gỉ:

Phơng pháp ASTM-D.665 (những đặc tính chống gỉ của chất ức chế khi có mặt nớc) đợcdùng rộng rãi để đánh giá khả năng chông gỉ cho các bộ phận bằng sắt của các loại dầu khoáng

có các chất ức chế, đặc biệt là dầu tuabin hơi khi nớc và dầu bị trộn lẫn với nhau Phơng phápnày cũng đợc dùng cho các loại dầu khác nh dầu thủy lực và dầu bôi trơn tuần hoàn.

Trên là một vài phép thử điển hình tính năng của dầu nhờn động cơ

1.7 Tính chất hóa học v s à ơ đồ sản xuất dầu nhờn chung

1.7.1 Thành phần hóa học của dầu nhờn:

1.7.1.1 Các hợp chất Hydrocacbon

a) Các hydrocacbon Naphten và Parafin:

Các hydrocacbon này đợc gọi chung là nhóm hydrocacbon Naphten- Parafin là thànhphần chủ yếu có trong dầu nhờn gốc Hàm lợng nhóm này tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ vàkhoảng nhiệt độ sôi mà chúng chiếm từ 41-68 % trong thành phần hóa học của dầu nhờn

Trong thành phần hóa học của dầu nhờn, hàm lợng n-parafin và iso-Parafin có ít hơn sovới các thành phần hydrocacbon khác ngay cả khi đi từ nguồn dầu mỏ họ parafinic để chế biếndầu nhờn thì điều này vẫn đúng Các iso-Parafin thì lại có số lợng ít hơn cả n-parafin, chúng cócấu trúc mạch nhánh dài, ít nhánh phụ và các nhánh hầu nh là nhóm metyl

Các hợp chất n-parafin thờng có khoảng 20 cacbon, những hợp chất n-parafin có phân tửlợng lớn thờng là những Parafin rắn (gọi là sáp), chúng làm giảm độ linh động của dầu nhờn chonên cần phải làm giảm tới mức tối thiểu Nhng ngợc lại, các iso-parafin lại là những cấu tử tốtcho dầu nhờn vì chúng có độ nhớt thích hợp và tính nhớt nhiệt rất tốt

Từ bảng IV.1 cho ta thấy rằng nếu mạch càng dài, nhánh phụ ở vị trí đầu mạch và cónhánh thì chúng có trị số nhớt đặc biệt cao và là những cấu tử thích hợp cho dầu nhờn gốc cóchất lợng cao

Bảng 1.2: Chỉ số độ nhớt của iso-Parafin C 21-24

hydrocacbon naphten trong nhóm hydrocacbon naphten - parafin này có cấu trúc chủ yếu là cáchợp chất vòng naphten, có kết hợp các các nhánh alkyl hoặc iso alkyl và có nguyên tử cacbontrong phân tử có thể từ 20 - 40, hoặc có khi lên đến 60, số vòng có thể từ 1 đến 5 vòng (cũng cóloại dầu đã phát hiện có số vòng đến 7 hoặc 9) Cấu trúc có thể ở 2 dạng: cấu trúc không ngng tụ(phân tử có thể chứa từ 1 - 6 vòng) và cấu trúc ngng tụ (phân tử có thể chứa từ 2 - 4 vòng ngngtụ) Cấu trúc nhánh của các vòng naphten cũng rất đa dạng, chúng khác nhau bởi số nhánh, chiềudài mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí phân nhánh của mạch trong vùng Qua thựcngiệm ta thấy rằng :

♦ Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclohexan vàcyclopentan

♦ Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ yếu là các vòng naphten có các mạch nhánh

Hydrocacbon Số nguyên tử cacbon

♦ Phân đoạn nhớt nặng chứa các hợp chất vòng ngng tụ với số vòng từ 2 đến 4 vòng.Khi nghiên cứu sự phân bố loại hydrocacbon naphten và iso - parafin trong phân đoạn dầunhờn, đã loại thành phần n-parafin và hydrocacbon thơm của các loại dầu mỏ thuộc họ trunggian, đã cho ta thấy naphten chiếm toàn phần lớn trong đó nhiều nhất là loại 1, 2, 3, 4 và 5 vòng.(xem bảng 1.3).

Bảng 1.3: Thành phần Naphten và iso-Parafin trong phân đoạn dầu nhờn đã loại n-Parafin và

thơm của dầu họ trung gian

có ý nghĩa quan trọng đối với dầu nhờn gốc

chủ yếu vào tính chất và hàm lợng của nhóm hydrocacbon này Tuy nhiên hàm lợng và cấu trúccủa chúng còn phụ thuộc vào bản chất dầu gốc và nhiệt độ sôi của các phân đoạn

♦ Phân đoạn nhớt nhẹ (350 - 400o C) có mặt chủ yếu các hợp chất dãy đồng đẳng benzen

và Naphten

♦ Phân đoạn nhớt nặng hơn (400 - 450 o C) có chứa các hydrocacbon thơm đa vòng dạng

đơn hay dạng kép

♦ Phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng của naphten,

antraxen, và một lợng lớn các hợp chất hydrocacbon đa vòng.

Các hydrocacbon thơm là những loại có 1, 2, 3 vòng thơm, còn loại có 5 vòng thơm trởlên rất ít Ngoài sự khác nhau về số vòng thơm ở các hydrocacbon thơm còn khác nhau bởi sốnguyên tử cacbon, mạch nhánh và vị trí nhánh Trong nhóm này, ngời ta còn phát hiện thấy sự cómặt của các vòng thơm ngng tụ đa vòng Một phần là do chúng đã có mặt trong nguồn dầunguyên liệu ban đầu có tỷ lệ thay đổi theo nguồn gốc dầu mỏ, một phần khác thì chúng đợc hìnhthành trong quá trình chng cất do phản ứng trùng ngng, trùng hợp dới tác dụng của nhiệt độ Tuynhiên, đại bộ phận hợp chất thơm trong dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp naphten và hydrocacbonthơm hay parafin

Nhìn chung, các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hoặc 2 vòng vớimạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt của chúng cũng xấp xĩ nhau Khităng chiều dài mạch nhánh thì độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số độ nhớt cũng tốt, đặc biệt nhánhalkyl lại phân nhánh Còn naphten và hydrocacbon cacbon nhiều vòng hoặc dạng lai hợpnaphten-hydrocacbon thơm thờng có độ nhớt rất cao song chỉ số độ nhớt lại rất thấp

Nh vậy, những hợp chất này không phải là những cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bôitrơn có chất lợng tốt, mặt khác trong quá trình làm việc thì các hợp chất này có xu hớng tạo nhựamạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhờn

Naphten một vòng và alkylbenzen

izo-Parafin

Naphten và hydrocacbon thơm hai vòng

Naphten và hydrocacbon thơm đa vòng Trích ly bằng dung môi

Các hợp chất phi hydrocacbon Phần chiết thu đ ợc

Tóm lại, những hợp chất hydrocacbon có cấu trúc gồm naphten hay hydrocacbon thơmmột vòng có nhánh iso-Parafin dài, các hợp chất iso-parafin là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vìchúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo mà chúng còn có chỉ số độ nhớt cao làm cho dầu nhờn cóchất lợng tốt

Parafin là hổn hợp chủ yếu của các phân tử n-alkan với khối lợng khá cao.( lớn hơn

20 cacbon)

Xerexin là hổn hợp chủ yếu của hydrocacbon naphten rắn có mạch nhánh dạngthẳng hoặc dạng iso, trong đó iso là chủ yếu

Tóm lại, thành phần cụ thể của hydrocacbon trong dầu nhờn nh sau:

Bảng 1.4: Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn

với các chất Phi hydrocacbon

8.0

1.7.1.2 Các thành phần khác

a) Các hợp chất nhựa và asphanten:

Các chất nhựa và asphanten là những cấu tử không mong muốn của dầu nhờn Sự có mặtcủa chất nhựa và asphanten làm nhuốm màu dầu rất mạnh, dẫn đến dầu có màu tối Trong quátrình sử dụng và bảo quản dầu nhờn, khi dầu có điều kiện tiếp xúc với oxi không khí ở nhiệt độthờng hay nhiệt đô cao thì các hợp chất này cũng rất dễ bị oxi hóa tạo nên các sản phẩm có trọnglợng phân tử lớn hơn tùy theo mức độ bị oxi hóa Những hợp chất này làm tăng độ nhớt nh ngcũng tạo cặn không tan và đọng lại trong dầu nhờn, nếu khả năng oxi hóa diễn ra mạnh thì càng

tạo nhiều cacbon, cacboit, cặn cốc tạo tàn Và khi tiến hành sản xuất dầu nhờn thì ngời ta tiến

hành loại bỏ chúng

b) Các hợp chất phi hydrocacbon :

Các hợp chất này dới tác dụng của oxi cũng dễ tạo ra những hợp chất giống nh nhựa.Những hợp chứa lu huỳnh trong dầu nhờn thờng là: các sunfua, diunfua các sunfua dị vòng hoặccác sunfua nối với vòng thơm 1 vòng hay nhiều vòng ngng tụ với vòng Naphten, các thiophen vàcác thiophen nhiều vòng v.v khi sử dụng để bôi trơn thì chúng sẽ tạo ra những hợp chất SO2 và

SO3 gây ăn mòn các chi tiết của động cơ

Các hợp chất chứa nitơ có mặt trong dầu nhờn thờng là cacboazol, pirol và các đồng đẳngcủa chúng, ngoài ra thì còn có các hợp chất pridin, quinon

Các hợp chất chứa oxi chủ yếu là các hợp chất axit naphtenic gây ăn mòn đ ờng ống dẫn,các bể chứa hợp kim Pb, Cu, Zn, Fe ngoài axit naphtenic ra thì còn có rất ít axit asphantenic

Ngoài những hợp chất phi hydrocacbon nêu trên thì trong dầu nhờn còn có các nguyên tốkim loại nh là: Ni, Va, Cu, Fe v.v với số lợng không nhiều Tuy nhiên, sự có của những hợpchất này không hoàn toàn có hại mà nó làm tăng khả năng bám dính của dầu nhờn lên bề mặtkim loại Nguyên nhân có thể là do sự hấp phụ hóa học của phần có cực của chúng lên bề mặtkim loại, trong quá trình đó các axit có thể tọa lớp với kim loại bề mặt 1 hợp chất kiểu nh xàphòng và nhờ đó mà bám chắc vào bề mặt kim loại

1.7.2 Đặc tính nguyên liệu dùng để sản xuất dầu nhờn:

Khi tiến hành chng cất dầu thô ở áp suất thờng, ngời ta thu đợc nhiều phân đoạn và sảnphẩm khác nhau, trong đó có phân đoạn mazut Và ngay từ khi ngành chế biến dầu mỏ mới ra

đời, mazut đợc xem nh là không sử dụng đợc và ngời ta đã phải chi phí rất nhiều tiền của để đào

đất chôn đi hoặt đốt bỏ một lợng mazut khổng lồ Nhng khi ngành công nghiệp dầu mỏ pháttriển, với số lợng mazut “không sử dụng đợc” ngày càng lớn đã buộc con ngời phải nghiên cứu

để sử dụng lại vào những mục đích có lợi Và Mendeleep chính là một trong những ngời đã chú

ý đầu tiên vấn đề dùng mazut làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn

Nh vậy, ngay từ đầu ngời ta dùng nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn là mazut Nó là cặncủa quá trình chng cất ở áp suất thờng có nhiệt độ sôi cao 350oC thông qua chng cất chân không

ta thu đợc các phân đoạn dầu nhờn chia theo các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau Dầu nhờn thu

đ-ợc này ngời ta cho qua các bớc làm sạch tiếp theo rồi cho các chất phụ gia vào thì sẽ thu đđ-ợc dầunhờn thơng phẩm

Để sản xuất dầu nhờn ngời ta còn dùng nguồn nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn từ quátrình chng cất dầu thô ở áp suất chân không, ngời ta còn gọi là phân đoạn gasiol chân không cónhiệt độ sôi từ 350 - 5000C đợc sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay cho

hydrocracking xúc tác Còn phân đoạn dầu nhờn hẹp 320 - 4000C; 300 - 4200C; 400 - 4500C; 420

- 4900C; 450 - 5000C đợc dùng làm nguyên liệu cho sản xuất các loại dầu nhờn bôi trơn khácnhau

Về sau, khi ngành chế tạo máy móc cũng nh ngành công nghiệp nặng phát triển đã đòihỏi chuẩn loại dầu nhờn ngày càng phải đa dạng phong phú về số lợng và chất lợng ngày càngcao, cho nên các nhà công nghệ đã nghiên cứu và tận dụng phần cặn gudron [9] làm nguyên liệu

để sản xuất dầu nhờn cặn có độ nhớt cao

Cặn gudron là phần còn lại của quá trình chng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 5000C.Trong phần này tập trung các hydrocacbon số cacbon từ 41 trở lên, có thể lên đến 50 hoặc 60thậm chí lên đến 80 Vì thế, cấu trúc của các hydrocacbon này rất phức tạp, cấu trúc chủ yếu là

hệ vòng thơm và naphten nhiều vòng, ngng tụ cao

Muốn chọn đợc nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn tốt thì phải xét đến thành phần, hiệusuất dầu nhờn và các tính chất của chúng Từ dầu mỏ nh thế nào thì cho chúng ta nguyên liệu tốt

để sản xuất dầu nhờn ??? Dầu mỏ có tiềm lợng dầu nhờn cao, và có chỉ số nhớt của dầu nhờn cao

là loại dầu có chứa ít nhựa và lu huỳnh, đây là loại dầu mỏ cho ta chất lợng sản xuất dầu nhờn cóhiệu quả kinh tế cao và có chất lợng dầu nhờn tốt Qua khảo sát về đặt tính của nguyên liệu sảnxuất dầu nhờn và qua nghiên cứu các tính chất cần phải có của dầu nhờn ta thấy nguyên liệu đểsản xuất dầu nhờn tốt là loại thuộc dầu mỏ của các họ:

1.7.3 Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn chung:

Để đáp ứng yêu cầu về thành phần của dầu nhờn gốc cần có, thì dầu nhờn cần đợc phảisản xuất từ dầu thô qua các quá trình chng cất, chiết bằng dung môi, dùng dung môi tách sáp và

xử lý tinh chế Việc lựa chọn dầu nhờn gốc để pha chế thành dầu nhờn thơng phẩm phụ thuộcvào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tơng hợp của các chất khác (phụgia) hoặc các vật liệu mà dầu tiếp xúc trong quá trình sử dụng Thông thờng thì dầu nhờn gốc đ-

ợc pha từ dầu chng cất và phân đoạn thu đợc từ dầu chng cất phần cặn

Trong mục thành phần hóa học của dầu nhờn ta đã đề cập đến thành phần mong muốn củadầu nhờn gốc Chúng bao gồm cả iso-Parafin và các phân tử có một hoặc hai vòng gắn với mạchnhánh parafin Các hợp chất khác nh các hydrocacbon có cấu trúc vòng naphten, vòng aromathoặc các dị vòng là những thành phần không mong muốn (vì chúng có tính nhớt nhiệt kém) Vìvậy mà cần phải tách những cấu tử này ra trong quá trình lọc dầu

Việc tách các thành phần không mong muốn trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc nhờcác quá trình lọc dầu sẽ cho phép có thể sản xuất dầu gốc có chất lợng cao, ngay cả với thànhphần phân đoạn của dầu thô cha thích hợp cho mục đích này

Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thờng, bao gồm các công đoạn đợcchỉ ra ở (hình 1.2), có các quá trình chính nh sau:

Chng cất chân không nguyên liệu

Chiết, tách, trích ly bằng dung môi

Tách các hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum)

Làm sạch lần cuối bằng hyđro hóa

Quá trình tách asphanten bằng dung môi propan thờng áp dụng để sản xuất dầu nhờn có

độ nhớt cao từ nguyên liệu cặn guđron cũng đợc xếp vào quá trình chiết, trích ly bằng dung môi

1.7.4 Phụ gia và pha chế phụ gia cho dầu nhờn:

1.7.4.1 Giới thiệu chung:

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố đợc thêmvào dầu bôi trơn nh dầu mỡ nhờn, chất lỏng chuyên dụng để nâng cao các tính chất riêng cho cácsản phẩm cuối cùng Thờng mỗi loại phụ gia đợc dùng ở nồng độ từ 0,01 đến 5% Tuy nhiên,trong nhiều trờng hợp, một phụ gia có thể đợc đa vào ở nồng độ giao động từ vài phần triệu đếntrên 10%

Phần lớn thì gần nh các loại dầu nhờn đều cần nhiều loại phụ gia để thoả mãn các yêu cầu

sử dụng Trong một số trờng hợp các phụ gia riêng biệt đợc pha thẳng vào dầu gốc Một số trờnghợp khác, hổn hợp các loại phụ gia đợc pha trộn thành phụ gia đóng gói, sau đó mới pha vào dầunhờn

Chiết bằng dung môi Tách asphan bằng propan