NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI CỦA CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚI DẦU ĐỐT FO

NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI CỦA CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚI DẦU ĐỐT FO

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN MINH HUY

NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI CỦA CÁC

LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚI DẦU ĐỐT FO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn

ThS NGUYỄN TRẦN THANH PGS.TS NGUYỄN VĂN THÔNG

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

*o0o*

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Huy MSSV: 0852010068

Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1989 Nơi sinh: Nghệ An

Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tái sinh dầu nhờn thải các loại động cơ để phối trộn

với dầu đốt FO

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tìm hiểu về các công trình nghiên cứu tái chế dầu nhờn thải trước đây

 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình tái sinh dầu thải để lựa

chon các thông số tối ưu

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 05/02/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/07/2012

V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Trần Thanh

PGS TS Nguyễn Văn Thông

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày 02 tháng 08năm 2012

SINH VIÊN THỰC HIỆN

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

MỞ ĐẦU

Hiện nay, chúng ta đang sống trong thời đại của khoa học và công nghệ, với nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển, các loại phương tiện, máy móc,

thiết bị ngày càng nhiều hơn Điều đó đòi hỏi lượng dầu nhờn sản xuất phải đáp

ứng được nhu cầu sử dụng trên Mỗi năm, trên toàn thế giới sử dụng gần 40 triệu

tấn dầu nhờn, trong đó có 60% là dầu nhờn động cơ Con số đó ở Việt Nam là

khoảng 110000 tấn dầu bôi trơn mỗi năm với nhiều chủng loại khác nhau, trong đó,

dầu động cơ chiếm trên 50% Hầu như, toàn bộ lượng dầu nhờn sau khi sử dụng bị

thải trực tiếp ra ngoài môi trường Đây quả thật là một sự lãng phí rất lớn về mặt

kinh tế, bởi vì, dầu nhờn thải hoàn toàn có thể là một nguồn nguyên tốt cho việc tái

sử dụng lại Hơn thế nữa, việc thải dầu nhờn trực tiếp ra ngoài môi trường lại gây

nên sự ô nhiễm môi trường rất lớn, ảnh hưởng đến cuộc sống của con người và sinh

vật Vì thế, việc nghiên cứu tái sinh dầu nhờn thải là vấn đề vô cùng quan trọng đối

với tất cả chúng ta

Trên thế giới đã có nhiều phương pháp và công nghệ tái sinh dầu nhờn khác nhau dựa trên các thiết bị phức tạp như: xử lý bằng hóa chất, chưng cất chân

không, trích ly và hydro hóa làm sạch Mặc dù, những phương pháp tái sinh dầu

nhờn hiện đại đều cho ra dầu nhờn hoàn toàn có thể thay thế dầu nhờn gốc ban đầu

nhưng nó đòi hỏi phải có chi phí xây dựng dây chuyền tái sinh lớn, kỹ thuật cao và

công nghệ phức tạp nên không được áp dung rộng rãi đối với nhiều quốc gia

Ở Việt Nam, từ trước tới nay, việc tái sinh dầu nhờn vẫn đươc thực hiện bằng các phương pháp đơn giản và cũng chưa có một quy mô hoàn chỉnh cho việc

tái sinh dầu nhờn nên hiệu quả chưa cao Song, cũng có một vài phát minh mới

trong việc tái chế dầu, cùng với đó là sự xuất hiện của một số xưởng tái chế dầu

quy mô nhỏ Nền kinh tế nước ta đang trong thời kỳ phát triển, các phương tiện

giao thông như: xe máy, ô tô và một số loại động cơ, máy móc khác đang ngày

càng được sử dụng phổ biến hơn nên nhu cầu về dầu nhờn và dầu bôi trơn ngày

càng cao Vì vậy, với đề tài tốt nghiệp này, tôi tiến hành nghiên cứu phương pháp

tái sinh dầu nhờn thải bằng phương pháp axit-bazơ Tôi hy vọng với những gì đã

nghiên cứu được trong đề tài này có thể được áp dụng để góp phần đem lại hiệu

quả kinh tế cho đất nước ta hiện nay, đồng thời hạn chế ô nhiễm môi trường

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

LỜI CẢM ƠN

Trong lời đầu tiên của đồ án tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ThS Nguyễn Trần Thanh và PGS.TS Nguyễn Văn Thông, những người

đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo cho em về kiến thức chuyên môn trong suốt

quá trình nghiên cứu đề tài này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm đã tạo mọi điều kiên tốt nhất về dụng cụ và phòng thí nghiệm để em

thực hiện đề tài Cũng qua đây, em muốn gửi lời cảm ơn bởi những ý kiến đóng

góp và giải thích của một số thầy cô trong Khoa về những vấn đề khó giải thích

mà em gặp trong thời gian làm nghiên cứu

Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người luôn luôn ở bên và động viên tinh thần cho em, tiếp thêm cho em động lực để em

vượt qua những khó khăn trong học tập và trong cuộc sống

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

MỤC LỤC

Trang

_Toc73438799Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẦU NHỜN 1

1.1.1 Mục đích và ý nghĩa của việc sử dung dầu nhờn 1

1.1.2 Chức năng của dầu nhờn 2

1.1.3 Các tính chất sử dụng của dầu nhờn 4

1.1.4 Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn và cách xác định các chỉ tiêu đó 8

1.2 TÍNH NĂNG SỬ DỤNG VÀ CÁC PHÉP THỬ TÍNH NĂNG CỦA DẦU NHỜN 25

1.2.1 Tính năng sử dụng của dầu nhờn 25

1.2.2 Các phép thử tính năng của dầu nhờn 26

1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH DẦU NHỜN GỐC 30

1.3.1 Thành phần hóa học của dầu nhờn 30

1.3.2 Đặc tính nguyên liệu dùng để sản xuất dầu nhờn 35

1.3.3 Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn chung: 36

1.3.4 Phụ gia và pha chế phụ gia cho dầu nhờn 40

_Toc738442011.4 LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH 44

1.4.1 Giới thiệu chung 44

1.4.2 Nguyên nhân làm thay đổi tính chất của dâu nhờn 45

1.4.3 Bản chất của quá trình tái sinh dầu nhờn thải 49

1.4.4 Các phương pháp tái sinh dầu nhờn thải 49

1.4.5 Đánh giá các phương pháp tái sinh dầu nhờn thải 53

1.4.6 Các phát minh mới trong lĩnh vực tái sinh dầu nhờn thải 53

1.4.7 Tình hình tái sinh dầu nhờn thải ở Việt Nam 55

Chương II: THỰC NGHIỆM 56

2.1 MỤC ĐÍCH VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 56

2.1.1 Mục đích 56

2.1.2 Cơ sở của phương pháp 57

2.2 QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM 59

2.2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ 59

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

2.2.2 Lựa chọn phương pháp tái sinh 60

2.2.3 Qúa trình tiến hành 60

2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT SẢN PHẨM 62

_Toc738442012.3.1 Xác định độ nhớt theo ASTM-D.446 62

2.3.2 Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc hở theo ASTM-D.93 63

2.4.3 Xác định trị số axit theo phương pháp ASTM-D.664 63

2.4.4 Xác định hàm lượng cặn Conradson theo ASTM-D.189 64

2.4.5 Xác định hàm lượng tạp chất cơ học ASTM-D.473 64

2.4.6 Xác định hàm lượng lưu huỳnh ASTM-D.4294 65

2.4.5 Xác định hàm lượng nước theo ASTM-D.95 64

_Toc73844235Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 66

_Toc738442353.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐIỀU KIÊN TÁI SINH 66

3.1.1 Nồng độ axit 66

_Toc734387993.1.2 Tỷ lệ axit/dầu 67

3.1.3 Nhiệt độ xử lý axit 68

3.1.4 Thời gian khuấy 68

3.1.5 Lượng NaOH 68

3.1.6 Nhiệt độ xử lý bằng kiềm 69

3.2 KẾT QUẢ ĐO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 70

3.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM TÁI SINH 72

3.3.1 Độ nhớt 72

3.3.2 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở 72

3.3.4 Hàm lượng tạp chất cơ học 73

3.3.5 Hàm lượng cặn Conradson 73

3.3.6 Đánh giá chung 74

KẾT LUẬN 75

PHỤ LỤC 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

1.1 Những giá trị L-H ứng với độ nhớt động học ở 1000C 15

1.2 Chỉ số độ nhớt của iso-Parafin C21-24 [5, 1] 31

1.3 Thành phần Naphten và iso-Parafin trong phân đoạn dầu nhờn

đã loại n-Parafin và thơm của dầu họ trung gian [6] 32 1.4 Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn [10] 34

1.5 Tỷ lệ, thành phần của dầu gốc và các loại phụ gia trong dầu

nhờn thương phẩm 43

3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/dầu đến quá trình xử lý dầu thải

bằng axit 66 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý dầu thải bằng axit 67

3.3 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình xử lý dầu thải

bằng axit 68 3.4 Ảnh hưởng của lượng NaOH 40% đến quá trình trung hòa axit 68

3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý dầu bằng kiềm 69

3.6 Thông số thu được của các mẫu dầu động cơ xe ô tô 70

3.7 Thông số thu được của các mẫu dầu động cơ xe máy 71

3.8 Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò 6239-2002 71

2.1 Các giai đoạn sản xuất dầu nhờn 37

2.2 Quy trình tái sinh dầu nhờn thải 62

1.1 Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về

trị số độ nhớt (VI) 15

1.2 Thành phần của phân đoạn cất chân không 33

2.1 Bộ thiết bị khử nước trong dầu nhờn 60

2.2 Bộ thiết bị xử lý dầu bằng axit 60

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

2.3 Bộ thiết bị lắng cặn và xà phòng sau khi trung hòa axit 61

2.4 Bộ thiết bị rửa và lắng nước khi rửa dầu bằng NaOH 61

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu dầu tái

3.2 Biểu đồ so sánh độ nhớt động học ở 400C của các loại dầu 72

3.3 Biểu đồ so sánh nhiệt độ chớp cháy cốc hở các loại dầu 72

3.4 Biểu đồ so sánh hàm lượng tạp chất cơ học các loại dầu 73

3.5 Biểu đồ so sánh hàm lượng cặn Conradson các loại dầu 73

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

VI : Viscosity index

PE : Pressure energy

SI : The International System of Units

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẦU NHỜN

1.1.1 Mục đích và ý nghĩa của việc sử dụng dầu nhờn [4, 6]

Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển động, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết máy, tẩy sạch bề mặt tránh

đó, lực ma sát tăng lên và làm cho các bộ phận máy móc bị hư hỏng Và có lực ma sát thì làm cho các chi tiết máy móc bị mài mòn dẫn đến độ chính xác của máy móc giảm sút, đồng thời ảnh hưởng đến cả tính chính xác của công việc và năng suất của máy móc đồng thời lại tiêu hao năng lượng (vì muốn vận hành được máy móc cần phải có năng lượng nhưng do có ma sát nên một phần năng lượng bị tiêu hao vào việc chống lại lực ma sát) Như vậy, lực ma sát trong những trường hợp này là những lực ma sát có hại Muốn giảm bớt lực ma sát này và hậu quả của nó thì nhất thiết phải có dầu mỏ bôi trơn Khi ta tra dầu mỡ bôi trơn vào các bề mặt chi tiết thì các phân tử sẽ phân phối vào các chỗ lồi lõm của mặt phẳng cọ xát, 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 [6]

Trong đời sống hằng ngày cũng như trong công nghiệp, vấn đề ma sát luôn luôn được chúng ta đối mặt Bởi vì, trong thực tế có nhiều ngành kinh tế chỉ sử dụng máy móc chỉ ở mức là 30% nhưng vẫn 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 nước đang phát triển như nước ta mà ngay cả những nước phát triển, tổn thất

do ma sát và do mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân Chẳng hạn như là [4]:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- 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 lượng là

2,67-3,2 tỷ, ngành giao thông 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 dưỡng thiết bị tăng nhanh, chiếm 46% so với chi phí đầu tư ban đầu Riêng trong ngành lâm nghiệp, chi phí sửa chữa gấp 3,5 chi phí ban đầu đầu tư

- Việt Nam: Theo ước tính của các chuyên gia cơ khí thiệt hại do ma sát, mài

mòn và chi phí bảo dưỡng 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 các nhà sản xuất máy móc, thiết bị cũng như người sử dụng chúng Để thực hiện điều này người ta đã dùng dầu bôi trơn Khi hai mặt phẳng của chi tiết chuyển động thì chúng được cách ly hoàn toàn bằng một lớp màng dầu, nếu sử dụng loại dầu nhờn phù hợp với các điều kiện làm việc của máy móc thì hệ số ma sát sẽ

giảm đi 100 - 1000 lần so với khi chưa có lớp dầu ngăn cản

1.1.2 Chức năng của dầu nhờn [3]

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

1.1.2.1 Làm giảm ma sát, chống mài mòn và chống xước

Đây là mục đích chính của dầu nhờn, bởi vì, khi máy móc làm việc thì các

bộ phận máy móc có các bề mặt chi tiết cọ sát nhau sinh ra sức cản làm cho máy móc hư mòn Với sự có mặt của dầu nhờn thì hai bề mặt tiếp xúc nhau được tách ra chỉ còn ma sát nội tại của dầu nhờn, ma sát này nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chỉ tiết máy Do đó, ma sát giảm đi đáng kể, dẫn đến độ mài mòn giảm và các bề mặt tiếp xúc được bảo vệ khỏi bị xước Như vậy, dầu nhờn trong động cơ có tác dụng làm cho máy trơn giảm đi sự cọ sát, giảm bớt sự mài mòn, bị xước của máy giúp máy hoạt động êm hơn và đảm bảo cho máy móc làm

việc có công suất tối đa

1.1.2.2 Tác dụng làm mát máy

Một tác dụng quan trọng nữa của dầu nhờn là làm mát máy và chống lại sự quá nhiệt ở các chi tiết Khi động cơ làm việc thì nhiên liệu cháy và sinh nhiệt, một phần nhiệt năng sinh ra thì biến thành công, một phần nhiệt năng còn lại cần phải đưa ra ngoài, hơn nữa ở bề mặt cọ xát giữa hai chi tiết vẫn sinh ra nhiệt, những phần

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

nhiệt này cần phải đưa ra ngoài để tránh sự hư hỏng máy móc Người ta dùng dầu nhờn ngoài tác dụng bôi trơn giảm ma sát thì dầu nhờn phải thu hút nhiệt năng và truyền ra nước làm nguội

Dầu nhờn đổ vào trong máy luôn luôn đưa vào tất cả các bộ phận của máy móc và lưu động tuần hoàn trong máy Cho nên khi độ nhớt của dầu nhờn mà còn nhỏ thì dầu lưu động trên bề mặt chi tiết càng nhanh và nhiệt năng truyền ra càng nhiều Trong điều kiện nhiệt độ giống nhau thì dầu nhờn có độ dính cao, thì tính lưu động kém hơn và nhiệt năng truyền ra tương đối ít Và ngược lại dầu nhờn có độ dính thấp có thể tản nhiệt tương đối nhanh

1.1.2.3 Tác dụng làm kín, khít

Cho dù cố gắng đến mấy thì người ta cũng không thể nào khắc phục những chỗ hở trong quá trình gia công và dù cố gắng đến mấy thì con người vẫn không thể nào làm được cho bề mặt kim loại hoàn toàn nhẵn, và rồi khi hoạt động thì các bề mặt chi tiết cũng không thể nhẵn được mãi Chính những chỗ hở này đã gây nên hiện tượng xì hơi ở buồng nổ của động cơ Và ta hình dung rằng nếu trong xylanh không có dầu nhờn thì hơi thừa sẽ từ buồng nổ qua các khe hở nhỏ đưa vào trong cacte Khi ta cho dầu nhờn vào thì dầu nhờn sẽ lắp đầy khít những khe hở nhỏ thành màng dầu có tác dụng ngăn hơi thừa không đi qua được và đảm bảo được công suất cho động cơ

Dầu nhờn có độ bám dính cao thì tính năng làm kín sát càng cao

1.1.2.4 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 hỗn hợp đốt cháy sẽ hình thành mụi than, bản thân dầu nhờn ở những nơi có nhiệt độ cao sẽ sinh ra hiện tượng bốc hơi, tách ly tạo thành hydrocacbua như keo Những chất sinh ra này luôn luôn loại bỏ khỏi bề mặt cọ xát Công việc này sẽ do dầu nhờn đảm nhiệm Nhờ vào trạng thái chảy lỏng dầu được lưu chuyển qua các bề mặt chi tiết và cuốn theo các tạp chất có hại nêu trên và đưa cào cacte dầu, rồi từ cacte đưa vào bầu lọc, dầu nhờn qua bầu

lọc được biến thành dầu sạch còn các chất cặn bẩn thì ở lại trong bầu lọc

1.1.2.5 Bảo vệ bề mặt kim loại

Bề mặt chi tiết, máy móc khi làm việc thường tiếp xúc với oxy, hơi nước làm cho kim loại bị ăn mòn Nhờ dầu nhờn tạo thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

kim loại nên ngăn cách được kim loại với tác nhân gây ăn mòn, nhờ vậy mà bảo vệ

bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn Dầu nhờn còn được dùng để bảo quản dụng cụ kim loại trong bảo quản và vận chuyển để chống han rỉ

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

1.1.3 Các tính chất sử dụng của dầu nhờn

Để dầu nhờn có được những chức năng vừa nêu trên thì dầu nhờn cần phải

có những tính chất sau:

1.1.3.1 Tính chất bôi trơn làm giảm ma sát [6, 17]

Khi một vật chuyển động lên một vật khác thì xuất hiện lực ma sát Chính lực ma sát này cản trở chuyển động của các chi tiết đó Để giảm đi sự cản trở này người ta dùng dầu nhờn có tính bôi trơn tốt, tức là khả năng chảy loãng ra trên bề mặt các chi tiết Tính chất phức tạp này gọi là tính chất bôi trơn của dầu nhờn [6]

Theo nguyên lý bôi trơn [6], thì khi dầu được đặt vào giữa hai bề mặt tiếp xúc nhau, chúng sẽ chảy loãng và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt tiếp xúc nhau Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có các phân tử trong lớp dầu tiếp xúc trượt lên nhau 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 trưng cho ma sát nội là độ nhớt, vì vậy, việc nghiên cứu đến tính chất sử dụng dầu nhờn phải 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 hưởng đến độ kín khít, tiêu hao công ma sát, khả năng chống mài mòn, và khả năng tạo cặn Vì vậy, trong các động cơ chuyển động khứ hồi, độ nhớt của dầu có tác động chính đến lượng 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 trường sử dụng Khi sử dụng dầu nhờn có độ nhớt không phù hợp sẽ gây ra những tác hại như sau:

 Nếu độ nhớt quá lớn:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Trở lực do ma sát nội tăng, động cơ phải tiêu tốn năng lượng lớn để duy trì hoạt động bình thường làm cho công suất của động cơ bị giảm

- Độ nhớt cao làm cho động cơ khởi động khó khăn, dầu khó lưu thông vào các bề mặt ma sát tạo ma sát bán khô, gây mài mòn nhanh chóng

- Dầu có độ nhớt lớn lưu chuyển trong đường ống khó khăn và khả năng làm mát kém

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

1.1.3.2 Tính lưu động

Dầu nhờn, khi họat động trong môi trường nhiệt độ thấp thì nhất thiết phải có được tính lưu động phù hợp để dầu nhờn có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác, chẳng hạn như dầu nhờn động cơ thì duy chuyển từ thùng chứa sang cacte và chảy ngay được vào bơm khi động cơ khởi động Trong trường hợp này, nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn không phải là một chỉ tiêu tin cậy để biết được liệu dầu có thể chảy được vào bơm dầu hay không mà cần phải tiến hành thử nghiệm trực tiếp trên các thiết bị mô phỏng sự khởi động nguội và thiết bị thử nhiệt độ giới hạn của bơm Tuy nhiên, trong điều kiện khí hậu Việt Nam thì tính chất này không quan trọng lắm

1.1.3.3 Tính ổn định chống oxy hóa

Tính chất này rất đáng được lưu tâm vì các sản phẩm dầu nhờn do bị oxy hóa nên sinh ra các chất tạo cặn, tăng cường ăn mòn các ổ đỡ kim loại, hợp kim Pb/Cu Hơn nữa, các sản phẩm của quá trình oxy hóa xuất hiện làm cho dầu nhờn thay đổi màu và thay đổi một số tính chất hóa lý của dầu nhờn như: không khí sẽ làm khuấy trộn dầu trong cacte (đối với dầu nhờn động cơ), chỉ số axit 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 thống bôi trơn bị bẩn do các lớp cặn cacbon

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Khi động cơ làm việc ở nhiệt độ cao là điều kiện cho quá trình oxy hóa xảy

ra mạnh Ngoài ra, còn một vài yếu tố khác cũng làm cho dầu nhờn bị oxy hóa là:

- Lượng dầu chứa được trong cacte ít

- Thời gian thay dầu lâu

- Công suất ra của động cơ rất cao

Do vậy, khả năng chống oxy hóa là một yêu cầu quan trọng đối với dầu nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ đốt trong Khả năng chống oxy hóa của dầu nhờn thường được tăng cường bằng cách cho thêm vào dầu các loại phụ gia chống oxy hóa

1.1.3.4 Tính phân tán, tẩy rửa

Trong quá trình làm việc, các loại cặn cơ học sinh ra luôn là mối hiểm họa đối với các thiết bị các thiết bị máy móc đặc biệt là các động cơ đốt trong, chúng là bụi, muội than, và các mạt 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 tượng mài mòn mạnh Không những thế, mà lượng nhiệt do ma sát gây ra có thể gây quá nhiệt cục bộ dẫn đến động cơ hoạt động thiếu chính xác, hiệu suất cũng giảm

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

Các phụ gia tẩy rửa có chức năng giữ cho bên trong động cơ được sạch sẽ, còn các phụ gia phân tán giữ cho các cặn cứng ở dạng keo, ngăn không cho chúng tạo thành cặn vecni, cặn lắc hay cặn bùn Hơn nữa, các phụ gia này còn có khả năng trung hòa, có trị số kiềm tổng (TBN) đạt từ 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 oxy hóa dầu gây ra

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

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 được pha chế bảo đảm tốt mọi tính năng chống mài mòn, ăn mòn Đặc biệt trong các trường hợp dầu nhờn động cơ xăng, khả năng chống ăn mòn, nhất là ăn mòn ổ đồng, chì và chống

gỉ do nước ngưng tụ và các sản phẩm không cháy được hoặc 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 a xít và các sản phẩm cháy gây

ra Trong trường hợp này thì các chức năng chống ăn mòn gắn liền với độ kiềm các phụ gia tẩy rửa

1.1.3.6 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 thể rất dễ bị cháy, nhưng thường thì động cơ không đủ thời gian (quá trình xảy ra trong khoảng thời gian 1% giây) và không đủ oxy 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 chưa cháy hết

Việc tạo thành muội than trên các chi tiết động cơ bắt đầu từ việc hình thành lớp màng keo trên các chi tiết đó Trong động cơ khi làm việc thì những phân tử dầu mới, mồ hóng và các hạt cốc không ngừng rơi vào màng keo Sự thay đổi đáng kể

do màng dầu bị các sản phẩm cháy làm 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 định vì khi bề dày lớp muội than tăng thì mép trên của nó sẽ gần vùng nhiệt độ cao hơn và do bị nóng nhiều hơn, những phân tử dầu mới sẽ gây ra sự thay đổi cũng nhiều hơn và cũng không có khả năng bám chắc trên bề mặt muội Đến một lúc nào đó lớp muội không tăng lên được nửa và sẽ xuất hiện thế cân bằng cho tới khi do một số nguyên nhân nào đó mà vùng nhiệt độ cao hoặc sẽ không 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 sử dụng do những nguyên nhân sau:

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

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Khi có muội than trên các chi tiết buồng đốt sẽ hạn chế lượng 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 thường 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 liệu cháy 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 được

- 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 như trong hệ thống bôi trơn

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

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

1.1.4 Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn và cách xác định chỉ tiêu đó

1.1.4.1 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 độ kiềm 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): là lượng axit đã được tính chuyển ra số mg

KOH tương ứng, cần thiết để trung hòa lượng kiềm có trong 1g mẫu và được xác định theo phương pháp ASTM-D.2896

 Chỉ số axit mạnh (TAN): là số mg KOH cần thiết để trung hòa lượng

axit có trong 1g mẫu và được xác định theo phương pháp ASTM-D.664 [6]

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

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Sự có mặt của axit trong dầu nhờn gây ra những tác hại như sau: khi có nhiệt độ cao thì chúng gây ăn mòn các chi tiết kim loại của máy móc, động cơ và ống dẫn, làm giảm tính ổn định chống oxy hóa của dầu Ngoài ra, chúng còn là những chất có hại cho chất lượng của dầu Chính vì thế mà cần phải xác định hàm lượng axit có trong dầu nhờn để tránh trường hợp hàm lượng của chúng quá giới hạn cho phép có trong dầu nhờn

Có 3 phương pháp dùng để xác định trị số trung hòa, đó là [17]:

- Phương pháp I: ASTM-D.974 (xác định trị số axit và kiềm bằng phương pháp chuẩn độ có dùng chất chỉ thị màu) đây là phương pháp chủ yếu thích hợp với các loại dầu màu sáng

- Phương pháp II: ASTM-D.664 (xác định trị số axit của các sản phẩm dầu

mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế) phương pháp này được dùng cho các sản phẩm tối màu

- Phương pháp III: ASTM-D.2896 (xác định trị số kiềm của các sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế dùng axit Percloric) phương pháp này được dùng để xác định các hợp chất kiềm có trong các sản phẩm dầu mỏ

Những phương pháp ASTM-D.664 và phương pháp ASTM-D.974 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 phương pháp chuẩn độ dùng chỉ thị màu là phép xác định các hợp chất axit hay kiềm có trong dầu bôi trơn với điều kiện

là loại dầu bôi trơn này tan hoàn toàn hoặc gần như tan hoàn toàn trong dung môi Toluen và alcol izo-propylic Nó dùng để xác định lượng kiềm hay axit cần thiết để trung hòa các thành phần axit hay kiềm có trong bất kì loại dầu mỡ mới hay loại đã dùng rồi, trừ dầu động cơ đặc biệt là dầu điezel

Hiện nay, có rất nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao phẩm chất dầu bôi trơn và tùy thuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu cho vào có tính axit hay kiềm Trong một số trường hợp có cả axit yếu và kiềm yếu, khi tan vào trong dầu chúng không tác dụng với nhau mà chúng tác dụng 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 nên trong 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

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Rất nhiều phụ gia hiện đang sử dụng cho dầu động cơ có chứa các hợp chất kiềm nhằm trung hòa các sản phẩm axit của quá trình cháy, lượng 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 được áp dụng cho hầu hết động cơ, đặc biệt là động cơ điezel

Chỉ số axit tổng của dầu nhờn thải là một đại lượng đánh giá mức độ biến chất của dầu do quá trình oxy hóa Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn thì chỉ số TAN ban đầu tương đối nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng, điều đó phản ánh đúng sự mất dần chất chống oxy hóa Tuy nhiên không nên sử dụng chỉ số trung hòa như là một tiêu chuẩn duy nhất để xác định độ hư hỏng của dầu do quá trình oxi hóa, bởi vì những chỉ tiêu khác như là độ nhớt, hàm lượng tro và tạp chất cơ học v.v phải được xem xét một cách thích đáng

Trong dầu có hàm lượng lưu huỳnh S cao thì dầu đó phải có TBN càng cao, thông thường thì TBN = 20%S Trong khi sử dụng nếu như TBN thay đổi khoảng

50% thì thay dầu mới và trị TAN thay đổi khoảng 1% thì thay đổi dầu mới [21]

1.1.4.2 Độ nhớt

Nhìn chung, mọi người 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 của chất lỏng, được sinh ra bởi áp lực cơ học giữa các hạt cấu tạo nên chất lỏng

Độ nhớt là một yếu tố quan trọng quyết định trong việc tạo thành màng dầu bôi trơn ở hai 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 năng chịu được sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xylanh, nó cũng đánh giá khả năng làm kín khít của dầu cũng như mức độ tiêu hao

và thất thoát [21]

Riêng đối với dầu nhờn động cơ, đặc biệt là động cơ ô tô thì độ nhớt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự dễ dàng khởi động và tốc độ trục khuỷu Nếu dùng dầu có

độ nhớt không phù hợp, chẳng hạn như là độ nhớt quá cao so với yêu cầu thì sẽ gây

ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp làm giảm tốc độ động cơ và đó làm tăng lượng nhiên liệu tiêu hao kể cả ngay sau khi động cơ đã khởi động, ngược lại khi sử dụng loại dầu nhờn có độ nhớt thấp hơn so với độ nhớt yêu cầu thì dẫn đến chống mài mòn và tăng lượng tiêu hao dầu [7] Như vậy, đối với mỗi chi tiết máy

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

điều cơ bản đầu tiên là phải dùng đầu có độ nhớt thích hợp với những điều kiện vận hành máy móc khác nhau

Khi sử dụng các phương tiện tải trọng nặng thì sử dụng loại dầu bôi trơn có

độ nhớt cao Ngược lại, những phương tiện nhẹ, tốc độ cao thì dùng dầu có độ nhớt thấp Độ nhớt cũng là một chỉ tiêu quan trọng trong việc theo dõi dầu trong suốt quá trình sử dụng Nếu biểu hiện độ nhớt tăng lên thì là dấu hiệu của dầu bị oxi hóa còn nếu là độ nhớt giảm thì có thể là do nguyên liệu lẫn vào hoặc là do các tạp chất khác lẫn vào [17]

Thông thường sử dụng 3 loại độ nhớt sau: độ nhớt động học, độ nhớt động lực, độ nhớt quy ước [15]

 Độ nhớt động lực (kí hiệu là hoặc là ): là lực cản tác động lên chất lỏng khi có hai lớp chất lỏng chuyển động tương đối nhau trong khoảng cách 1cm, diện tích 1cm2, dưới tác động của một lực là 1din, vận tốc chuyển động 1cm/giây [18]

Đơn vị độ nhớt động lực thông thường là Pa.s

Theo Newton: Độ nhớt động lực là chính là số đo khả năng chống lại sự

chảy của dầu nhờn được xác định bằng tỷ số giữa ứng xuất trượt  và tốc độ trượt S theo phương trình như sau:

Theo hệ đơn vị SI: Độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn

vị diện tích (N/m2) cần dùng trong quá trình chuyển động tương đối (m/s) giữa hai mặt phẳng nằm ngang được ngăn cách nhau bởi một lớp dầu dày 1mm, đó được gọi

là độ nhớt động lực, tính bằng Pascal giây (Pas)

Theo hệ đơn vị CGS: Độ nhớt động lực lại tính bằng poazơ P (dyn.s/cm2) 1Pas = 10P và 1P =1g/1cm.s

Công thức tính độ nhớt động lực như sau:

     t

Trong đó:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

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

- t : thời gian chảy, s

- : độ nhớt động lực tính bằng cP hay mPas

 Độ nhớt động học (kí hiệu là  )

Là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng Nó là số đo lực cản

chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực [20]

Nguyên tắc xác định độ nhớt động học là đo thời gian (tính bằng giây) của

một thể tích xác định của chất lỏng chảy qua mao quản của nhớt kế chuẩn, dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt 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 được bằng cách chuẩn trực tiếp với các chất chuẩn đã biết trước độ nhớt hoặc từng bậc với nước cất Nước cất

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

Giữa độ nhớt quy ước và độ nhớt động học có mối quan hệ thực nghiệm, nó được biểu thị bởi công thức gần đúng như sau:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

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

E

31,6E31,

Nhiều phương pháp và thiết bị được dùng để đo độ nhớt, nhưng quan trọng nhất vẫn là những dụng 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 được sử dụng, các chỉ tiêu kỹ thuật và các qui trình sử dụng của tất cả các loại nhớt kế động học mao quản làm bằng thủy tinh được dẫn ra ở ASTM-D.446

Có những phương pháp xác định độ nhớt như sau [6, 17]:

- ASTM-D.445: dùng để xác định độ nhớt động học của các chất lỏng có màu trong suốt và mờ đục, hay các sản phẩm dầu mỏ lỏng, đặc biệt là dầu bôi trơn, thường đo ở nhiệt độ 40 và 100oC

- ASTM-D.1532: dùng để xác định độ nhớt của những chất lỏng bôi trơn hàng không ở nhiệt độ thấp và số % chuyển đổi độ nhớt sau khoảng thời gian là 3h

và 72h mẫu được đặt ở nhiệt độ thấp

- ASTM-D.2893: đo độ nhớt ở nhiệt độ thấp của các chất bôi trơn hay dùng cho ôtô, dùng nhớt kế quay Brookfield

- Đồ thị sự phụ thuộc độ nhớt động học vào nhiệt độ được dẫn ra trong tiêu chuẩn D-341 (các độ nhớt - nhiệt độ dùng cho các sản phẩm dầu lỏng) là những phương tiện thuận lợi để xác định chính xác độ nhớt động học của một loại dầu khoáng hay hydrocacbon lỏng ở bất kỳ nhiệt độ nào nằm trong vùng giới hạn đã cho Các đồ thị của sự phụ thuộc độ nhớt động học vào nhiệt độ sẽ được thiết lập khi ta biết độ nhớt động học ở hai nhiệt độ khác nhau

- ASTM-D.2162: hướng dẫn dùng những nhớt kế mẫu và dầu có độ nhớt chuẩn để kiểm tra các nhớt kế đo hàng ngày

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Thông thường người ta xác định độ nhớt của dầu nhờn ở nhiệt độ là 40 và

100oC thì người ta có thể đánh giá được là loại dầu nhờn đó là tốt hay xấu, có còn được sử dụng được hay không Người ta còn dùng độ nhớt để phân loại dầu bôi trơn nói chung và dầu nhờn động cơ nói riêng

1.1.4.3 Chỉ số độ nhớt [6, 7, 15, 17]

Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm Dầu nhờn được coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao Ngược lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp Chỉ số độ nhớt (VI) là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ

Quy ước dầu gốc parafin độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI=100 Họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI =0 Như vậy, chỉ số độ nhớt

có tính quy ước Chỉ số độ nhớt VI được tính như sau:

VI =

H L

U L





100 Trong đó:

U: là độ nhớt động học ở 40oC của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải tính, mm2/s

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Hình1.1 Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về

trị số độ nhớt (VI) Bảng 1.1 Những giá trị L-H ứng với độ nhớt động học ở 100 o C

Nếu độ nhớt động học ở 100oC lớn hơn 70 mm2/s thì giá trị L-H được tính như sau:

L=0,8353Y2+14,57Y-216

H=0,1684Y2+11,85Y-97

Trong đó:

Y: là độ nhớt động học ở 100oC của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s

Dựa vào chỉ số độ nhớt, người ta phân dầu nhờn gốc thành các loại như sau:

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao HVI

Độ nhớt động học ở 100 o C mm 2 /s Giá trị L Giá trị H

2,0 7,994 6,394 2,1 8,64 6,894 5,0 40,23 28,49 5,1 41,99 29,49 15,0 296,5 149,7 15,1 300,0 151,2 20,0 493,2 229,5 20,2 501,5 233 70,0 490,5 1,558

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt trung bình MVI

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt thấp LVI Hiện nay cũng chưa có quy định rõ ràng về chỉ số độ nhớt của các loại dầu gốc nói trên Trong thực tế chấp nhận là chỉ số độ nhớt (VI) của dầu nhờn cao hơn

85 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt cao Nếu chỉ số độ nhớt thấp hơn 30 thì dầu

đó xếp vào loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp, còn dầu (MVI) nằm giữa hai giữa hai giới hạn đó thì có chỉ số độ nhớt trung bình Nhưng trong chế biến dầu, từ công nghệ hydrocracking có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao (>140) Các loại dầu này được xếp vào loại có chỉ số độ nhớt cao (VHVI) hay siêu cao(XHVI) Dầu (LVI) được sản xuất từ họ dầu mỏ naphten Nó được tính khi mà chỉ số ổn định oxy hoá không phải là chỉ tiêu chính được chú trọng nhiều Dầu gốc (MVI) được sản xuất từ dầu chưng cất naphten-parafin, nhưng không cần tách chiết sâu Còn dầu gốc (HVI) thường được sản xuất từ họ dầu parafin qua tách chiết sâu bằng dung môi chọn lọc và tách sáp

1.1.4.4 Màu sắc [6, 17]

Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về dầu thô dùng chế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sôi, về phương pháp và mức độ làm sạch trong quá trình tinh luyện, về hàm lượng 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 Người

ta nhận thấy rằng dầu bị tối màu dần trong quá trình sử dụng là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn hay sự bắt đầu của quá trình oxy hóa Sự sẫm màu của dầu kèm theo sự thay đổi không lớn chỉ số trung hòa và độ nhớt thường là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn các chất lạ Các tạp chất có màu có thể làm thay đổi màu dầu một cách rõ rệt, nhưng không ảnh hưởng đến các thuộc tính khác Ví dụ như màu dầu ít có ý nghĩa đối với dầu động cơ Rất nhiều các dầu mới có pha phụ gia tối màu và thông thường trong quá trình sử dụng thì dầu của động cơ tối màu rất nhanh

Nói chung, các phương pháp so màu đều dựa trên cơ sở so sánh bằng mắt thường, lượng ánh sáng truyền qua một bề dày xác định của một loại dầu với lượng ánh sáng truyền qua của một trong số các dãy kính màu Theo ASTM-D.1500 (màu của các sản phẩm dầu mỏ) thì phương pháp thử là phương pháp xác định bằng mắt màu của các loại dầu bôi trơn và một số lượng lớn các sản phẩm dầu mỏ khác, các loại sáp cũng nằm trong số đó

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Người ta dùng một nguồn ánh sáng tiêu chuẩn, còn mẫu thì được đặt trong buồng thử rồi so sánh 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 được sử dụng chủ yếu cho các mục đích kiểm tra trong quá trình sản xuất và đối với người tiêu dùng thì màu dầu cũng là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng, vì người ta nhìn thấy được Ví dụ, trong quá trình chế biến dầu gốc, màu sắc của dầu là dấu hiệu hướng dẫn cho người tinh luyện biết rằng quá trình hoạt động sản xuất có tốt không Tuy nhiên, thuộc tính này

ít có ý nghĩa vì chúng không nói lên ðýợc chất lýợng của dầu, trừ các trýờng hợp dầu trắng trong y học và công nghiệp, vì chúng thường dùng để pha chế hay được dùng làm các sản phẩm mà độ bẩn hay màu bẩn là không được ưa chuộng

1.1.4.5 Khối lượng riêng và tỷ trọng [17]

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

độ tiêu chuẩn Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lượng riêng của một chất lỏng đã đo ở nhiệt độ qui định với khối lượng riêng của nước ở cùng điều kiện nhiệt độ đó Như vậy, nếu khối lượng riêng của nước là bằng 1 thì tỷ trọng của dầu và khối lượng riêng của dầu là bằng nhau ở nhiệt độ quy định đó Trọng lượng 0API là một hàm đặc biệt của trọng lượng riêng chúng liên quan với nhau theo phương trình:

Như vậy giá trị API sẽ tăng khi trọng lượng của dầu thay đổi theo nhiệt độ và được xác định ở nhiệt độ nhất định, sau đó đưa về nhiệt độ chuẩn

Có các phương pháp xác định khối lượng riêng và tỷ trọng như sau:

- Tiêu chuẩn ASTM-D.1250 cung cấp những bảng cho phép tính chuyển khối lượng riêng và tỷ trọng đo được 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)

- Phương pháp đo ASTM-D.941 (khối lượng riêng và tỷ trọng của chất lỏng đo bằng Pycnomet Lipkin có hai capila) dùng cho các phép đo khối lượng riêng của chất lỏng bôi trơn bất kỳ có độ nhớt nhỏ hơn 15 mm/s ở 12oC

- Phương pháp ASTM-D.1298 thường dùng trong phòng thí nghiệm Người ta sử dụng một tỷ trọng kế bằng thủy tinh để xác định khối lượng riêng, tỷ trọng, hay trọng lượng API của tất cả các sản phẩm dạng lỏng

Phép xác định khối lượng riêng khá nhanh và dễ dàng vì các sản phẩm của phân đoạn dầu thô nhất định thì chúng có khoảng nhiệt độ sôi và độ nhớt nhất định

141.5

0 API =

Trọng lượng riêng 60/60oF

- 131.5

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

cho nên chúng có khối lượng riêng trong một khoảng xác định Ta biết rằng với các loại dầu nhờn gốc khác nhau thì có khối lượng riêng khác nhau ở cùng điều kiện nhiệt độ như nhau Ví dụ như các loại dầu gốc parafin có khối lượng riêng nhỏ hơn các loại dầu gốc có chứa thành phần naphten và aromat Chính vì vậy, người ta sử dụng khối lượng riêng trong việc nhận biết các loại dầu nếu ta biết được khoảng nhiệt độ chưng và độ nhớt của dầu

Phép đo khối lượng riêng kết hợp với các phép đo khác cho phép nhận biết thành phần hydrocacbon có trong dầu nhờn gốc, như thành phần parafin, naphten và aromat

Khối lượng riêng của một chất bôi trơn ít có ý nghĩa trong vịêc đánh giá chất lượng Khối lượng riêng của dầu đã sử dụng cũng gần bằng khối lượng riêng của dầu mới Một giá trị khối lượng riêng bất thường cho thấy rằng dầu bị lẫn các sản phẩm khác hay một dung môi hay một chất khí Chẳng hạn, sự thay đổi khối lượng riêng của dầu động cơ có thể là do dầu bị nhiễm chất bẩn hoặc có lẫn nhiên liệu vào Tuy nhiên, khối lượng riêng và tỷ trọng được dùng chủ yếu là để xác lập các chỉ tiêu về trọng lượng và thể tích trong vận chuyển, tồn chứa và mua bán Như vậy, ứng dụng chủ yếu của khối lượng riêng là để chuyển đổi trọng lượng sang thể tích hay từ thể tích sang trọng lượng

1.1.4.6 Điểm chớp cháy và bắt lửa [2, 6, 17, 20, 21]

Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển là 101,3 kPa, mẫu được nung nóng Khi có ngọn lửa thì sẽ chớp cháy

và lan truyền tức thì trên bề mặt mẫu

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

Điểm bắt lửa và điểm chớp cháy của dầu mới thay đổi theo độ nhớt Dầu có

độ nhớt cao thì sẽ có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn Thông thường độ bắt cháy phụ thuộc vào loại dầu thô Dầu naphten thường có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn dầu parafin có cùng độ nhớt Quy luật chung là đối với các hợp chất như nhau thì có điểm chớp cháy và bắt lửa tăng khi mà trọng lượng phân tử tăng

Mặc dù điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu là một đặc trưng sơ bộ về bản chất cháy của nó nhưng 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 người ta thường dùng ASTM-D.92 (xác định điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở) và ASTM-D.93 (xác định

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở) Phương pháp này còn được dùng để xác định độ nhiễm bẩn của dầu bôi trơn bởi những lượng nhỏ các chất dể bay hơi Trong trường hợp dầu động cơ điezel 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 liệu vào trong dầu nhờn của động cơ xăng ta có thể dùng phương pháp ASTM-D.322

Đối với người sử dụng, trong những trường hợp nhất định, việc xác định điểm chớp cháy và bắt lửa là hết sức cần thiết với công tác phòng chống cháy nổ Tuy nhiên, đó là một trong những tính chất cần lưu ý, khi đánh giá toàn bộ nguy cơ gây nổ của vật tư Hơn nữa, khi cần làm việc ở nhiệt độ cao mà ta lại sử dụng dầu

có điểm chớp cháy thấp, nghĩa là dễ bay hơi gây ra tiêu hao lớn Dầu mới thì có điểm chớp cháy và bắt lửa thấp hơn giá trị mà nó cần phải có thì đó là dấu hiệu của dầu có độ nhớt thấp, có phân đọan dầu nhẹ, dung môi dễ bay hơi và xảy ra quá trình cracking dầu do làm việc ở nhiệt độ cao Nhưng nếu dầu mới lại có điểm chớp cháy

và bắt lửa cao hơn mức bình thường báo hiệu cho sự pha trộn cho dầu có độ nhớt cao hơn

1.1.4.7 Điểm anilin [2, 6, 15, 17, 20, 21]

Một hỗn hợp gồm hai thành phần là hỗn hợp hydrocacbon và anilin không tan trong nhau chia thành hai lớp, khi tăng nhiệt độ lên thì hỗn hợp thành đồng nhất (tan hoàn toàn) Khi làm nguội từ từ đến một nhiệt độ xác định nào đó thì hỗn hợp lại bắt đầu phân lớp, biểu hiện bằng hiện tượng đục lên của dung dịch Nhiệt độ ứng với thời điểm xuất hiện hiện tượng đục này được gọi là điểm anilin [20]

Điểm anilin thường được sử dụng để xác định hàm lượng aromat, naphten và

parafin có trong hổn hợp [15] Tuy nhiên, nó cũng có nhiều ý nghĩa thực tiễn khác

như việc xác định chỉ ra hiệu ứng hòa tan của dầu vào các chất hữu cơ, mà các chất này làm kín trong hệ thống thủy lực, các chất cách điện v.v Nói chung, dầu có điểm anilin càng thấp thì càng làm trương nở các vật liệu làm kín

Điểm anilin được xác định theo phương pháp ASTM-D.661 bằng cách trộn lẫn các thể tích tương đương của dầu, anilin và n-heptan, gia nhiệt cho đến khi hỗn hợp tan trong đồng thể sau đó làm lạnh từ từ, nhiệt độ mà tại đó hỗn hợp tách thành

hai pha chính là điểm anilin

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

1.1.4.8 Cặn cacbon [2, 6, 17, 20, 21]

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

Phương pháp xác định cặn cacbon được sử dụng chủ yếu cho các loại dầu gốc dùng vào việc sản xuất dầu nhờn động cơ và một vài loại dầu xylanh nặng

Dầu nhờn được tinh chế nghiêm ngặt thì hàm lượng cacbon càng giảm Vì vậy, hàm lượng cặn cacbon còn dùng để đánh giá mức độ tinh luyện của dầu và nó cũng giúp cho việc lựa chọn các loại dầu nhờn cho những mục tiêu thích hợp khác nhau Nếu chúng ta sử dụng dầu nhờn có hàm lượng cặn cacbon lớn có thể sẽ gây mài mòn và làm tắc nghẽn kim phun, tắc nghẽn hệ thống Lượng cặn cacbon trong dầu nhờn động cơ mà cao thì nó có thể gây ra hiện tượng kích nổ hay làm tắc kim phun trong động cơ điezel hay có thể làm giảm thể tích của buồng đốt do nó bám dính vào thành xylanh xupap Các phụ gia có mặt trong dầu nhờn cũng góp phần làm ảnh hưởng đến hàm lượng cặn

Có hai phương pháp xác định hàm lượng cặn cacbon, thứ nhất là phương pháp ASTM-D.524 (xác định hàm lượng cặn cacbon của các sản phẩm dầu mỏ theo Ramsbottom) mẫu được nung nóng ở nhiệt độ nhất định trong một quả cầu thủy tinh

có lỗ nhỏ để cho các thành phần bay hơi bốc 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 lượng cặn cacbon theo Ramsbottom Phương pháp thứ hai là ASTM-D.189 Hai phương pháp này chỉ khác nhau ở dụng cụ tiến hành là chính còn về nguyên tắc là đun nóng

để thực hiện quá trình cracking và cốc hóa rồi cân lượng cặn còn lại

1.1.4.9 Hàm lượng tro và tro sunfat [2, 6, 17, 20, 21]

Hàm lượng tro được định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các khoáng chất còn lại sau khi đốt cháy một mẫu dầu nhờn Một lượng nhỏ các tạp chất có mặt trong thành phần tro có thể là thông tin cho phép xem xét liệu sản phẩm dầu nhờn

đó có thích hợp để sử dụng cho mục đích đã định hay không

Thành phần chính của tro là: những oxit kim loại của Ca, Mg, Al, Fe, V, Ni,

Na, và oxit silic do các muối thủy phân tạo thành [20]

Tro sunfat là hàm lượng cặn còn lại sau khi than hóa mẫu, sau đó phần cặn được xử lý bằng axit sunfuric và đun nóng đến khối lượng không đổi Ngày nay,

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

nhiều nhà sản xuất đã đưa giới hạn cực đại của hàm lượng tro sunfat vào bản đặc tính kỹ thuật của một số loại dầu nhờn động cơ Hàm lượng tro sunfat trong dầu nhờn động cơ khoảng từ 0,8 đến1,5% còn hàm lượng tro sunfat của phụ gia đóng gói cho động cơ xăng là từ 7 đến 13% và cho dầu động cơ điezel là trên 17% [17]

Việc xác định hàm lượng tro giúp ta đánh giá được lượng phụ gia đưa vào trong dầu bởi vì hàm lượng tro sunfat là tro của các loại phụ gia mà ta cho vào dầu nhờn để làm tăng tính năng sử dụng của dầu nhờn Với hàm lượng 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 lượng tro quá lớn thì khi thải ra ngoài môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường

Có hai phương pháp xác định hàm lượng tro:

- Phương pháp ASTM-D.482 dùng để xác định hàm lượng tro của các loại dầu nhờn không có chứa phụ gia tạo tro (dầu tuabin và nhiều loại tuần hoàn

có độ nhớt cao) hoặc là có chứa phụ gia không tạo tro (dầu máy nén, dầu bánh răng, dầu động cơ khí)

- Phương pháp ASTM-D.874 dành riêng cho các loại dầu có chứa các phụ gia tạo tro Phương pháp này không nên dùng cho các dầu nhờn gốc cũng như các loại dầu nhờn không có phụ gia

1.1.4.10 Hàm lượng lưu huỳnh [6, 17, 20, 21]

Lưu huỳnh có thể có sẵn trong dầu khoáng hoặc dầu gốc hay là trong các phụ gia Nó có thể hoạt động hóa học hay ở dạng tương đối trơ ở dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ Dạng lưu huỳnh hoạt động gây ăn mòn, đặc biệt đối với đồng và các hợp chất chứa đồng Ngược lại, một ít hàm lượng lưu huỳnh ở dạng trơ thì có tác dụng tốt, bởi vì nó làm tăng khả năng bám dính trên bề mặt vật liệu bôi trơn

- ASTM-D.129 (phương pháp dùng bom) được áp dụng để xác định tổng hàm lượng trong mọi loại dầu bôi trơn với điều kiện hàm lượng lưu huỳnh ít nhất phải bằng 1% Nguyên tắc của quá trình là bật tia lửa điện để đốt cháy một lượng nhỏ mẫu trong môi trường oxy hóa ở áp suất cao Sản phẩm cháy thu hồi, lưu huỳnh

ở dạng kết tủa với BaSO4 và được đem cân

- ASTM-D.1266 (phương pháp đèn) dùng để xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng cộng có nồng độ từ 0,01 đến 0,4% trong các sản phẩm dầu Để xác định

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu bôi trơn hay các sản phẩm dầu mỏ có hàm lượng lưu huỳnh cao không thể đốt trực tiếp mà dùng phương pháp pha trộn

- ASTM-D.1552 (phương pháp nhiệt độ cao) xác định tổng hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu bôi trơn, có hàm lượng lưu huỳnh lớn hơn 0,06%

Hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn, chẳng hạn như là

ăn mòn tấm đồng Tuy nhiên, do những biểu hiện cực áp có lợi nên trong nhiều trường lưu huỳnh có mặt trong dầu bôi trơn ở dạng phụ gia thường kết hợp với các nguyên tố khác, như phụ gia chịu áp, chống mài mòn, chống oxy hóa, chống ăn mòn

1.1.4.11 Chỉ số khúc xạ [17]

Chỉ số khúc xạ là tỷ số của tốc độ một sóng ánh sáng trong không khí so với tốc độ sóng ánh sáng đó trong dầu ở điều kiện nhất định Do chỉ số khúc xạ phụ thuộc vào thành phần của dầu nhờn cho nên phép đo này rất hiệu dụng trong việc kiểm tra tính đồng nhất của dầu gốc cũng như các dầu bôi trơn khác Đối với phân đoạn hydrocacbon hay các loại dầu có phân tử lượng tương đương thì chỉ số khúc

xạ sẽ tăng từ các hợp chất parafin, naphten, rồi đến aromat

1.1.4.12 Hàm lượng nước [2, 6, 17, 20, 21]

Hàm lượng nước có trong dầu nhờn là lượng nước được tính bằng % theo trọng lượng thể tích hay theo ppm Hàm lượng nước trong dầu nhờn là một đặc trưng quan trọng đối các loại dầu: dầu thủy lực, dầu ôtô, dầu bánh răng công nghiệp, dầu tuabin, dầu xylanh, dầu công nghiệp, đặc biệt là nó rất quan trọng đối với dầu biến thế Nước có trong dầu biến thế sẽ làm giảm điện áp đánh thủng gây nguy hiểm cho máy biến thế

Nước có trong dầu không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự oxy hóa mà nó còn tạo nhũ tương Trong một vài trường hợp thì nước thủy phân các phụ gia tạo nên bùn mềm và xốp Có thể loại nước trong dầu nhờn bằng phương pháp lọc, ly tâm, chưng cất chân không

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

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

Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi làm lạnh dầu thì những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đang cài vào nhau tạo thành một cấu trúc cứng, giữ dầu trong túi rất nhỏ của cấu trúc đó làm cho dầu mất tính linh động

Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu thì người ta sử dụng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc

1.1.4.15 Hàm lượng clo

Hàm lượng clo là tất cả lượng clo có mặt trong mẫu Khi tiến hành xác định hàm lượng clo có mặt trong mẫu có thể đánh giá độ nhiễm bẩn của dầu nhờn thải hoặc xác định lượng phụ gia của dầu nhờn

Nếu dầu nhờn có chứa các hợp chất halogen làm sai số khi xác định hàm lượng clo Có hai phương pháp xác định hàm lượng clo: phương pháp dùng bom ASTM-D.808 xác định clo bằng trọng lượng chuẩn và phương pháp ASTM-D.1317 xác định clo bằng thể tích Cả hai phương pháp này đều có thể áp dụng cho dầu nhờn mới hay dầu nhờn đã sử dụng cũng như dùng cho các loại mỡ

1.1.4.16 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 quá mức của nhiên liệu vào dầu còn có thể do trục trặc trong quá trình vận hành máy

Người ta xác định lượng nhiên liệu xăng lẫn vào trong dầu nhờn động cơ theo phương pháp chưng cất ASTM-D.322 hoặc phương pháp sắc ký ASTM-

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

D.3525 Và xác định hàm lượng nhiên liệu dầu điezel lẫn vào trong dầu nhờn động

cơ theo phương pháp ASTM-D.3524

1.1.4.17 Cặn không tan

Cặn không tan trong dầu nhờn là các chất bẩn, mạt kim loại do bị mài mòn, đất cát bụi, muội nhiên liệu và các sản phẩm oxy hóa Các cặn muội có mặt trong dầu nhờn động cơ làm tăng độ đặc của dầu và tạo ra các cặn bùn làm tắc các rãnh dầu, bầu lọc dẫn tới tình trạng nóng chảy bạc lót ổ đỡ, kẹt trục khuỷu Cặn không tan làm cho dầu mới giảm phẩm chất ngay khi vừa cho vào Cặn bẩn lâu ngày sẽ quánh lại và đóng rắn đến mức không thể dùng các phương pháp cơ học để làm sạch được Theo phương pháp ASTM-D.893 có hai cách xác định hàm lượng cặn không tan là phương pháp ly tâm và phương pháp dùng chất đông tụ

1.1.4.18 Chỉ số kết tủa

Lượng chất kết tủa hay cặn (tính bằng cm) được tách ra từ hỗn hợp theo thể tích là 10% dầu và 90% naphtalen bằng cách quay li tâm ở những điều kiện nhất định được gọi là chỉ số kết tủa

Thông thường dầu mỏ được tinh chế tốt thì không có tạp chất không tan trong naphtalen còn loại dầu được tinh chế một phần hay dầu đen thường chứa các hợp chất không tan trong naphtalen Những hơp chất này làm giảm chất lượng của dầu vì chúng kém bền nhiệt, kém bền oxy hóa

Phương pháp ASTM-D.91 chỉ xác định tổng các chất rắn hay các chất không tan trong dầu để nhận biết thành phần cần phải tách rồi mới tiến hành phân tích

1.1.4.19 Chỉ số xà phòng hóa

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

Các loại dầu khoáng có thể chứa các phụ gia, như 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, ete và chúng có thể chuyển thành xà phòng kim loại khi đun nóng Theo phương pháp ASTM-D.129 thì chỉ số xà phòng hóa được xác định là số miligam KOH tiêu tốn cho 1g dầu trong điều kiện nhất định

1.1.4.20 Độ bền oxy hóa

Độ bền oxy hóa của dầu nhờn là khả năng chống lại sự oxy hóa dầu khi dầu tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ cao, áp suất cao

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Quá trình oxy hóa dầu nhờn làm sinh ra các sản phẩm có hại như là axit, cặn, nhựa làm tăng độ nhớt, tăng khả năng ăn mòn và làm giảm tuổi thọ của dầu Vì thế, khả năng chống oxy hóa cao là một yêu cầu quan trọng đối với các loại dầu, đặc biệt là tuabin, dầu biến thế vì chúng làm việc trong thời gian rất lâu mới thay dầu

Hầu hết, các hợp phần của dầu nhờn đều tác dụng nhanh hay chậm với oxy

và quá trình oxy hóa chủ yếu là quá trình làm biến chất dầu động cơ và dầu máy nén Nếu dầu nhờn có độ bền oxy hóa thấp thì thường xuyên phải thay dầu nên chi phí chạy máy tăng lên

1.2 TÍNH NĂNG SỬ DỤNG VÀ PHÉP THỬ TÍNH NĂNG CỦA DẦU NHỜN

1.2.1 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 đủ những tính năng sử dụng sau đây [13]:

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

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

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

1.2.2 Các phép thử tính năng của dầu nhờn

Mục đích của việc xác định tính năng của dầu nhờn là giúp cho các việc sản xuất ra các sản phẩm đồng nhất với nhau, dựa vào các phép thử tính năng của dầu nhờn thì phần nào cũng phản ánh được 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 được thực hiện trong phòng thí nghiệm và áp dụng tại Mỹ từ năm 1958

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Có các phương pháp thử tính năng của dầu nhờn như sau:

mà không làm hỏng các chi tiết máy

Thuộc tính chống mài mòn của dầu nhờn thường được thử nghiệm bằng máy

4 bi (ASTM-D.41217 đặc tính chống mài mòn của các chất lỏng bôi trơn) Phương pháp xác định này có thể xác định tính chống mài mòn của dầu nhờn trong tiếp xúc trượt ở những điều kiện định trước

Ngoài ra, còn có hai phương pháp khác xác định khả năng chịu áp 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)

1.2.2.2 Độ ăn mòn tấm đồng

Dầu thô có chứa các hợp chất lưu huỳnh, phần lớn các hợp chất này đã được loại ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc Tuy nhiên, các hợp chất chứa lưu huỳnh vẫn còn lại trong dầu nhờn gốc, chúng sẽ gây ăn mòn nhiều kim loại khác nhau và độ ăn mòn này không phải lúc nào cũng tỷ lệ với tổng hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu Hiệu ứng ăn mòn có thể rất khác nhau tùy thuộc vào thành phần hóa học của dầu nhờn, chúng có thể có là những hợp chất rất hoạt động và cũng có thể là những hợp chất tương đối trơ

Sự ăn mòn được định nghĩa như là một sự oxy hóa trên bề mặt kim loại gây nên sự tổn thất kim loại hay sự tích tụ các cặn bẩn Ổ trục làm bằng hợp kim đồng,

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

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 người ta tiến hành phép thử ăn mòn tấm đồng (ASTM-D.130) Phương pháp này cho phép định lượng về mức độ ăn mòn của dầu lên tấm đồng tinh khiết Theo phương pháp này thì tấm đồng được đánh bóng và ngâm ngập trong mẫu dầu Người ta gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định và giữ trong một thời gian nhất định, tùy thuộc vào loại dầu Khi phép thử kết thúc, tấm đồng được lấy ra, rửa sạch và đem so với bảng tiêu chuẩn ASTM về ăn mòn tấm đồng Các điều kiện thử nghiệm

được lựa chọn thích hợp cho việc áp dụng

1.2.2.3 Tính tạo nhũ

Trong rất nhiều trường hợp các loại dầu bôi trơn khi làm việc thì có lẫn nước vào và nếu lượng nước là không nhiều, không hoàn toàn tách ra thì chúng có thể tạo nhũ tương Đối với dầu nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ thì sự tạo nhũ là điều có hại bởi vì khi phần nước xúc với các bộ phận bằng sắt của thiết bị thì sẽ làm han gỉ các bộ phận này, đồng thời nhũ cũng làm oxy hóa và làm giảm khả năng bôi trơn của dầu nhờn

Do vậy, cần phải xác định tính năng tạo nhũ của dầu nhờn Có các phương pháp xác định như sau:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Tiêu chuẩn ASTM-D.892 (đặc tính tạo bọt của dầu nhờn) đưa ra những đặc trưng tạo bọt của dầu mới, tức là dầu chưa bị bẩn Kết quả thu được sẽ là không tương ứng nếu như dầu bị lẫn các chất khác như hơi nước ẩm, các cặn bẩn rất mịn

vì những chất này làm tăng khả tạo bọt Nội dung chủ yếu của phép thử là thổi không khí qua một mẫu dầu được giữ ở nhiệt độ thấp nhất định và trong một thời gian nhất định và trong một thời gian nhất định Người ta đo độ tạo bọt ngay sau khi ngừng thổi không khí, lượng bọt được đo và số liệu thu được cho ta biết về độ tạo bọt của dầu Sau 10 phút thì lượng bọt xẹp bớt, người ta có thể đo thể tích tạo bọt còn lại và xem như đó là trị số của tính bền bọt

1.2.2.5 Độ bền oxy hóa

Oxy hóa là một dạng làm hỏng hóa học các sản phẩm dầu mỏ Độ bền của oxy hóa dầu nhờn là một đặc trưng quan trọng của dầu Sự oxy hóa dầu nhờn phụ thuộc vào nhiệt độ, vào lượng oxy 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 được điều chỉnh để đưa ra phép thử gắn liền với thực tế sử dụng Tuy nhiên, sự oxy hóa trong khi sử dụng là một quá trình rất chậm, một phép thử như vậy sẽ tốn nhiều thời gian

Để rút ngắn thời gian thử nghiệm, nói chung người ta phải tăng nhiệt độ nhằm tăng tốc quá trình oxy hóa

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

Một phương pháp khác (ASTM-D.2272- xác định độ bền oxy hóa của các loại dầu tuabin bằng bơm quay) là thử độ bền oxy hóa bằng bom quay, sử dụng bơm có chứa oxy ở áp suất cao để đánh giá độ oxy hóa

Phương pháp thử ASTM-D.2893 dùng để xác định độ bền oxy hóa của các loại dầu bôi trơn chịu áp

Phương pháp ASTM-D.4742 được dùng để đánh giá độ bền oxy hóa của các loại dầu động cơ cho các động cơ xăng

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Ngoài ra, còn một số phương pháp như IP 48/49 đưa ra phép đo mức độ hỏng của dầu bằng cách đo dộ nhớt và hàm lượng cặn cacbon trước và sau khi oxy hóa Hai phương pháp khác là IP 328/89 và IP 307/89 chỉ dùng để đáng giá xác định

độ bền oxy hóa của các loại dầu khoáng cách điện mạch thẳng

Những kết quả của phép đo độ bền oxy hóa là cơ sở để đánh giá tuổi thọ tương đối của những chất bôi trơn cùng loại

1.2.2.6 Độ bền nhiệt

Độ bền nhiệt là khả năng của một loại dầu nhờn hay của một loại phụ gia chống lại sử phân hủy nhiệt khi để lâu ở nhiệt độ cao, sự phân hủy có thể dẫn đến tăng độ axit, tăng độ nhớt và tăng độ cặn

Tiêu chuẩn ASTM-D.2160 (độ bền nhiệt của các chất lỏng thủy lực) là phép xác định độ bền nhiệt của các chất lỏng Theo phương pháp này dầu được đặt vào trong bình thủy tinh chân không kín, chịu nhiệt độ từ 260 - 516oC Như vậy, các sản phẩm phân hủy bị bay hơi được vẫn luôn tiếp xúc với chất lỏng trong suốt quá trình thử nghiệm Trong phép thử cải tiến thì mẫu dược cho vào bình thủy tinh sạch, được hút chân không (để tránh quá trình oxy hóa) và đun nóng Cần nhớ rằng phương pháp thử này không đo nhiệt độ mà lại đo các phân đoạn bay hơi tạo thành, nó chỉ cho ta biết phân đoạn chính xảy ra ở một nhiệt độ nhất định trong quá trình thử nghiệm

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

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

độ từ 260 - 315oC mà phương pháp thử này không thích hợp đối với các chất lỏng

có nước hay các chất lỏng sinh ra khí ở áp suất cao ở nhiệt độ đã dẫn ra ở trên

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

1.2.2.7 Chống gỉ

Phương pháp ASTM-D.665 (những đặc tính chống gỉ của chất ức chế khi có mặt nước) được dùng rộng rãi để đánh giá khả năng chống gỉ cho các bộ phận bằng sắt của các loại dầu khoáng có các chất ức chế, đặc biệt là dầu tuabin hơi khi nước

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

và dầu bị trộn lẫn với nhau Phương pháp này cũng được dùng cho các loại dầu khác như dầu thủy lực và dầu bôi trơn tuần hoàn

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

1.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH DẦU NHỜN GỐC

Để đạt được những chỉ tiêu chất lượng vừa nêu trên cũng như để đảm bảo được tốt các tính năng sử dụng của dầu nhờn thì trước hết phải lựa chọn nguyên liệu

có những thành phần hóa học như sau:

1.3.1 Thành phần hóa học của dầu nhờn

1.3.1.1 Các hợp chất hydrocacbon

 Các hydrocacbon naphten và parafin

Các hydrocacbon này được gọi chung là nhóm hydrocacbon naphten-parafin

là thành phần chủ yếu có trong dầu nhờn gốc Hàm lượng nhóm này tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng 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 lượng n-parafin và iso-parafin

có ít hơn so với các thành phần hydrocacbon khác ngay cả khi đi từ nguồn dầu mỏ

họ parafinic để chế biến dầu nhờn thì điều này vẫn đúng [5] Các iso-parafin thì lại

có số lượng ít hơn cả n-parafin, chúng có cấu trúc mạch nhánh dài, ít nhánh phụ và các nhánh hầu như là nhóm metyl [5, 10, 11]

Các hợp chất parafin thường có khoảng 20 cacbon, những hợp chất parafin có phân tử lượng lớn thường là những Parafin rắn (gọi là sáp), chúng làm giảm độ linh động của dầu nhờn cho nên cần phải làm giảm tới mức tối thiểu Nhưng ngược lại, các iso-parafin lại là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng có

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

có thể chứa từ 1 - 6 vòng) và cấu trúc ngưng tụ (phân tử có thể chứa từ 2 - 4 vòng ngưng tụ) Cấu trúc nhánh của các vòng naphten cũng rất đa dạng, chúng khác nhau bởi số nhánh, chiều dài mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí phân nhánh của mạch trong vùng Qua thực ngiệm ta thấy rằng :

- Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclohexan và cyclopentan

- Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ yếu là các vòng naphten có các mạch nhánh alkyl, iso-alkyl với số vòng từ 2-4 vòng

- Phân đoạn nhớt nặng chứa các hợp chất vòng ngưng tụ với số vòng từ 2 đến 4 vòng

Khi nghiên cứu sự phân bố loại hydrocacbon naphten và iso-parafin trong phân đoạn dầu nhờn, đã loại thành phần n-parafin và hydrocacbon thơm của các loại dầu mỏ thuộc họ trung gian, đã cho ta thấy naphten chiếm toàn phần lớn trong đó nhiều nhất là loại 1, 2, 3, 4 và 5 vòng (bảng 1.3)