nghiên cứu giải pháp cải thiện chất lượng phun và khả năng tự bốc cháy của dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN ĐỘNG LỰC TÀU THUYỀN -oOo - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯNG PHUN VÀ KHẢ NĂNG TỰ BỐC CHÁY CỦA DẦU THỰC VẬT LÀM NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ DIESEL Ngành : CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TÀU THUYỀN Mã ngành : 18.06.10 Mã ĐATN : 30 / ÑATN / 43 CKDL GVHD : Ths GVC PHUØNG MINH LỘC GV HỒ ĐỨC TUẤN SVTH : PHAN THÀNH TÍNH MSSV : 43 S1046 Lớp : 43 - DLTT- SG Nha Trang –6/2006 SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn KHẢO SÁT SẢN LƯỢNG VÀ THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CỦA DẦU THỰC VẬT LÀM NHIÊN LIỆU THAY THẾ SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn 1.1.TỔNG QUAN CÁC LOẠI DẦU THỰC VẬT HIỆN CÓ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Khái niệm Dầu thực vật dầu chế biến từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc thực vật, gồm: đậu Tương, Lạc, Vừng, Bông, Cám gạo, Sở, Dừa, thành phần chủ yếu loại dầu Ester Axít béo Gơlixêrin Ngoài thành phần loại dầu thực vật cịn có số chất khác Protêin, Gluxít, chất màu, Vitamin, chất chiếm tỷ lệ nhỏ dầu thực vật · Đặc điểm loại dầu thực vật có độ nhớt cao, tan tốt dung môi hữu không phân cực Ête, Ester, Axêtơn, Benzen… có khối lượng phân tử lớn, khả bị ơxy hố cao bị ơxy hố có mùi Do phải bảo quản đồ vật kín khơng cho tiếp xúc với khơng khí · Dầu thực vật có phạm vi sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt chế biến thực phẩm Làm dầu ăn có nhiều chất dinh dưỡng, ngồi cịn sử dụng nhiều lĩnh vực khác, dùng để sản xuất dầu mỡ bơi trơn, mỹ phẩm Trước thực trạng có nhiều biến động nguồn lượng dầu mỏ thập niên gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày tăng cao, người bắt đầu nghĩ đến nguồn lượng để thay nguồn lượng dầu mỏ Dầu thực vật nguồn lượng đáng ý mà nghiên cứu để dùng làm nhiên liệu tương lai gần cho động diesel SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn 1.1.2 Công thức tổng quát loại dầu thực vật chủ yếu O CH2 O C R O CH2 O C R' O CH2 O C R'' Trong đó: R, R’, R’’ gốc Axít béo Các loại dầu thực vật khác nhau, có thay đổi thành phần Axít béo cơng thức Ester với Gơlixêrin Ngồi cịn có số hợp chất khác chiếm tỷ lệ nhỏ có loại dầu đặc trưng 1.2 SẢN LƯỢNG, GIÁ VÀ QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN MỘT SỐ LOẠI DẦU THỰC VẬT PHỔ BIẾN 1.2.1 Sản lượng loại dầu thực vật nước ta năm 2005 Bảng 1-1 Sản lượng loại dầu thực vật năm 2005 [1] 2005 Diện tích gieo trồng 1000 Khối lượng chế biến dầu 1000 Đậu tương Lạc Vừng Dừa Sở Cám gạo 169,10 302,40 49,90 151,00 20,00 - 29,17 15,90 – 17,80 10,80 – 17,73 39,32 0,90 150,00 Trẩu Bông 60,00 1,80 30,00 SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn 1.2.2 Gía số loại dầu thực vật phổ biến Việt Nam năm 2005 Bảng 1-2 Giá số loại dầu thực vật phổ biến Việt nam [2] TT SẢN PHẨM ĐVT GIÁ MUA DẦU THÔ (VND) GIÁ BÁN SAU TINH LUYỆN (VND) GHI CHÚ Kg Kg 7.800 10.200 9.800 13.000 Bán khơng bao bì Bán khơng bao bì 13.000 16.000 16.000 18.000 36.500 35.500 39.000 Bán khơng bao bì Bán chai Bán phuy Bán chai Bán phuy Bán khơng bao bì Bán chai Bán chai (dầu thô ) Nhập Dầu khác Dầu Nành Mua nước Dầu Nành Đậu Phộng Kg 14.500 Dầu Mè Kg 28.000 Dầu Dừa Kg 14.500 Kg 10.000 1.2.3 Quy hoạch phát triển số loại dầu thực vật phổ biến Việt Nam [1] · Quy hoạch vùng nguyên liệu: Tập trung khai thác diện tích trồng loại có suất cao, chất lượng tốt có để nâng cao sản lượng nguyên liệu cho chế biến Quy hoạch mở rộng diện tích có dầu truyền thống thành vùng nguyên liệu tập trung để đáp ứng phần nguyên liệu cho chế biến dầu thực vật Đầu tư mở rộng hình thành vùng chuyên canh loại có dầu theo định hướng sản xuất hàng hóa để cạnh tranh với nước khu vực Phát triển có dầu gắn liền với chương trình chuyển đổi trồng góp phần xây dựng phát triển kinh tế · Quan điểm định hướng phát triển Các có dầu chủ yếu nước ta chọn: Đậu Tương, Lạc, Vừng, Dừa, Sở, Trẩu, Bông Cám gạo Riêng Hướng dương cần trồng thử nghiệm đại trà có sở để lập kế hoạch phát triển SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Bảng 1-3 Quy hoạch phát triển nguồn nguyên liệu [1] Loại có dầu 2005 2010 Diện tích gieo trồng (1000 ha) Khối lượng để chế biến dầu (1000 tấn) Diện tích gieo trồng (1000 ha) Khối lượng để chế biến (1000 tấn) 205,00 -400,00 31,14 -43,320 368,60 32,90 - 47,20 Đậu Tương 169,10 29,17 Lạc 302,40 Vừng 49,90 10,8 -17,73 58,10 28,20 - 35,10 Dừa 151,00 39,32 159,10 39,36 - 53,30 Sở 20,00 0,90 100,00 18,00 – 72,00 Cám gạo - 150,00 - 300,00 Trẩu - 1,80 28,00 12,60 Bông 60,00 30,00 150,00 90,00 15,90 – 17.80 · Dự kiến nhu cầu vốn đầu tư phát triển loại có dầu đến năm 2010 - Vốn đầu tư trồng Lạc, Vừng, đậu Tương: - Vốn đầu tư trồng Dừa: 1.537,6 - 2.652,6 tỷ đồng 394,0 – 399,8 tỷ đồng - Vốn đầu tư trồng chăm sóc Sở, Trẩu: 680,8 tỷ đồng Tổng cộng 2.612,4 – 3.733,2 tỷ đồng · Quy hoạch phát triển công nghiệp chế biến dầu thực vật Quy hoạch khâu tinh luyện dầu: Để phù hợp với mục tiêu phát triển ngành đề ra, dự kiến cân đối phát triển công suất tinh luyện dầu nhu cầu dầu thực vật đến năm 2010: SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Bảng 1-4 Tổng sản lượng dầu thực vật Năm Tổng nhu cầu (tấn / năm) 2005 2010 Công suất tinh luyện (tấn /năm) 663.00 783.000 638.600 · Quy hoạch đến năm 2010: Đưa nhà máy tinh luyện dầu Bình Dương công suất 120.000 /năm công ty DASO vào hoạt động (năm 2004 ) VOCARIMEX đầu tư di chuyển nhà máy dầu Tường An kết hợp xây dựng nhà máy tinh luyện dầu khu công nghiệp phú Mỹ 1, thuộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu công suất 180.000 /năm Vốn đầu tư ước khoảng 300 tỷ đồng VOCARIMEX đầu tư xây dựng nhà máy tinh luyện dầu cảng dầu thực vật, Quận 7, Thành Phố Hồ Chí Minh, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu công suất 180.000 /năm, vốn đầu tư ước khoảng 300 tỷ đồng · Quy hoạch khâu ép trích ly Theo tính tốn, đến năm 2005, nguồn nguyên liệu nước đáp ứng từ (14,3 –15)% nhu cầu ngành, năm 2010, đáp ứng từ (18,3 - 32,6)% nhu cầu Để vùng nguyên liệu có điều kiện phát triển, nhà máy ép, trích ly dầu thơ cần trước bước Giai đoạn đầu sử dụng nguyên liệu nhập (đậu Tương ), sau bước thay nguyên liệu nước Bảng 1-5 Quy hoạch trích ly dầu Năm 2005 2010 Cơng suất trích ly (triệu nguyên liệu /năm ) 420.000 660.000 – 900.000 SVTH: Phan Thành Tính Cơng suất ép (tấn ngun liệu /năm ) Tổng công suất (tấn nguyên liệu /năm ) 208.600 273.100 – 406.000 628.600 933.100 1.306.000 Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Năm 2005: - Đầu tư phục hồi nâng cấp thêm số nhà máy xưởng ép dầu sẵn có địa phương (12 sở ), dự kiến vốn đầu tư khoảng 10 tỷ đồng - Đưa nhà máy trích ly dầu Cám loại hạt khác công suất 120.000 /năm Cần Thơ hoạt động ( năm 2003 ) - Đầu tư xây dựng nhà máy trích ly đậu Nành cảng dầu thực vật Nhà Bè, Quận 7, Thành Phố Hồ Chí Minh, tỉnh Bà Rịa –Vũng Tàu công suất 300.000 /năm, vốn đầu tư khoảng 300 tỷ đồng - Xây dựng xưởng phân loại ép dầu Vừng An Giang, công suất 10.000 /năm, vốn đầu tư khoảng tỷ đồng Đến năm 2010: - Đầu tư nâng cấp mở rộng xưởng ép dầu địa phương, vốn đầu tư dự kiến 20 tỷ đồng - Đầu tư mở rộng nhà máy trích ly dầu Cám hạt có dầu Cần Thơ lên gấp đôi, vốn đầu tư khoảng 60 tỷ đồng - Đầu tư xây dựng nhà máy trích ly dầu đậu Nành Quảng Ninh, cơng suất 240.000 /năm, vốn đầu tư ước khoảng 180 tỷ đồng - Đầu tư xây nhà máy trích ly dầu đậu Nành Thanh Hóa, Hà Tĩnh, cơng suất 120.000 /năm, vốn đầu tư khoảng 100 tỷ đồng - Đầu tư xây dựng thêm xưởng ép dầu tai: Hà Giang công suất 5.000 / năm; Sơn La, cơng suất 30.000 /năm, Bình Thuận, công suất 5.000 /năm, vốn đầu tư khoảng 16 tỷ đồng - Đầu tư mở rộng xưởng ép dầu tại: Bình Định (lên 60.000 /năm ), Đak Lak (lên 30.000 / năm ), Đồng Nai (lên 20.000 /năm ), Bình Dương (lên 60.000 / năm ) Tổng vốn đầu tư khoảng 62 tỷ đồng SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Bảng 1-6 Nhu cầu vốn đầu tư chế biến dầu thực vật đến năm 2010: Các hạng mục đầu tư Khâu ép trích ly: -Đầu tư cải tạo mở rộng -Đầu tư khâu tinh luyện (đầu tư ): Tổng cộng Đơn vị 2005 2010 Tỷ đồng Tỷ đồng 214 10 200 – 438 80 – 142 Tỷ đồng Tỷ đồng 204 300 120 – 296 200 Tỷ đồng 514 400 – 638 Tổng hợp nhu cầu vốn đầu tư toàn ngành đến 2010: - Vốn đầu tư phát triển nguồn nguyên liệu: 2.612,4 -3.733,2 tỷ đồng - Vốn đầu tư cho khu công nghiệp chế biến 1.014,0 – 1.252,0 tỷ đồng Tổng cộng: 3.626,4 -4.985,2 tỷ đồng · Định hướng phân vùng: Đối với công đoạn tinh luyện, dự án đầu tư phân bố trí nơi có thị trường tiêu thụ hạ tầng phát triển Đối với công đoạn ép trích ly dầu thơ, tùy trường hợp dự án đầu tư bố trí gần vùng trồng nguyên liệu tập trung lớn Đầu tư kết hợp tận dụng sở vật chất có sẵn, xưởng ép trích ly dầu thơ đầu tư quy mơ lớn bố trí vệ tinh gần nhà máy chế biến, tinh luyện, gần cảng biển nhằm tận dụng sở hạ tầng sẵn có, giảm bớt chi phí ban đầu, hạ gía thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh với dầu thơ nhập ngoại, đặc biệt kết hợp sử dụng nguyên liệu nước lẫn nguyên liệu nhập · Về phát triển nguyên liệu: SVTH: Phan Thành Tính Trang PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Đối với Trẩu, Sở cần lồng ghép phát triển vùng nguyên liệu với chương trình trồng rừng đầu nguồn, rừng phịng hộ phủ xanh đất trồng đồi núi trọc để tranh thủ đầu tư ngân sách Chương trình trồng Sở với quy mô lớn triển khai lớn Nghệ An, Thanh Hóa, Hà Giang, Lạng Sơn, Quảng Ninh…cần nhân rộng tỉnh trung du miền núi phía bắc tỉnh trung khác Khuyến khích nơng dân đưa có dầu như: đậu Tương, Lạc, Vừng vào sản xuất đại trà kết hợp với thâm canh, mở rộng diện tích gieo trồng phát triển thành vùng nguyên liệu quy mơ lớn 1.3 MỘT SỐ THƠNG SỐ NHIỆT ĐỘNG ĐẶC TRƯNG CỦA DẦU DIESEL 1.3.1 Mật độ Mật độ chất đại lượng đặc trưng cho số lượng chất có đơn vị thể tích So với số tiêu kỹ thuật khác, mật độ tiêu chất lượng quan trọng nhiên liệu chất bôi trơn Nó thường sử dụng vào mục đích sau đây: - Tính tốn chuyển đổi thể tích khối lượng, chuyển đổi thể tích nhiệt độ sang thể tích nhiệt độ khác - Đánh giá sơ thành phần hoá học sản phẩm dầu mỏ Nếu hai loại sản phẩm dầu mỏ có nhiệt độ sơi sản phẩm có mật độ cao thường có hàm lượng Hyđrơcacbon loại Naphthene Aromatic cao hơn; sản phẩm có mật độ thấp thường chứa nhiều Parafin - Đánh giá sơ nhiệt trị nhiên liệu Nhiệt trị nhiên liệu thường giảm theo chiều tăng mật độ Mật độ sản phẩm dầu mỏ đánh giá thơng qua nhiều đại lượng khác nhau, : khối luợng riêng, trọng lượng riêng, tỷ khối, v.v · Khối lượng riêng – khối lượng đơn vị thể tích chất SVTH: Phan Thành Tính Trang 10 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG TỰ BỐC CHÁY CỦA DẦU THỰC VẬT SVTH: Phan Thành Tính Trang 54 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn 3.1 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ BỐC CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL: Tính tự bốc cháy nhiên liệu tính chất liên quan đến khả tự phát hỏa hỗn hợp nhiên liệu – khơng khí chịu tác dụng áp suất nhiệt độ đủ lớn Để định lượng tính tự bốc cháy nhiên liệu, sử dụng đại lượng 3.1.1.Thời gian chậm cháy (ti ) Là khoảng thời gian tính từ thời điểm hỗn hợp cháy chịu tác dụng áp suất nhiệt độ đủ lớn đến thời điểm xuất trung tâm cháy Trong trường hợp động diesel, thời gian chậm cháy (ti ) tính từ thời điểm nhiên liệu bắt đầu phun vào buồng đốt đến thời điểm nhiên liệu phát hoả Nhiên liệu có tính tự bốc cháy cao thời gian chậm cháy (ti ) ngắn, ngược lại Thời gian chậm cháy đại lượng phản ánh tính tự bốc cháy nhiên liệu diesel theo cách mà mong muốn nhất, ảnh hưởng mạnh trực tiếp đến toàn diễn biến chất lượng trình cháy động diesel Tuy nhiên thời gian chậm cháy nhiên liệu diesel động thực tế kéo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn giây Đo trực tiếp khoảng thời gian ngắn việc khó, người ta sử dụng đại lượng khác để đánh gía tính tự bốc cháy sở số tính chất lý hóa nhiên liệu có liên quan mật thiết với thời gian chậm cháy, so sánh tính tự bốc cháy mẫu thử nhiên liệu chuẩn 3.1.2 Hằng số độ nhớt – Tỷ trọng Là thơng số tính tốn sở độ nhớt tỷ trọng dầu diesel Tùy thuộc vào đơn vị chọn độ nhớt, tỷ trọng Giữa độ nhớt, tỷ trọng số độ nhớt – tỷ trọng có mối quan hệ sau.[3] d= 1.0820VG + (0.776 –0.72VG )[log log (u -4 ) }- 0.0887 {3.1} Trong đó: SVTH: Phan Thành Tính Trang 55 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn d – tỷ trọng 60oF u - độ nhớt động học.ở 1000F ,[Mst ], VG – số độ nhớt tỷ trọng 3.1.3.Chỉ số diesel (DI ) Là thơng số tính tốn sở tỷ trọng điểm Aniline nhiên liệu [3] DI = 0A.0.01API {3.2} Trong đó: A – điểm Aniline,0F, API – tỷ trọng tính theo thang API Bởi độ nhớt, tỷ trọng điểm Aniline đại lượng có quan hệ chặt chẽ với thành phần hố học dầu diesel xét từ gốc độ hàm lượng nhóm Hyđrơcacbon, nên số độ nhớt – tỷ trọng số diesel phản ánh tính tự bốc cháy nhiên liệu Khi xác định cơng thức {3.1} {3.2}, VG nhỏ thời gian chậm cháy ngắn, tính tự bốc cháy cao; cịn DI nhỏ thời gian chậm cháy dài 3.1.4 Số Cetan Là đại lượng đánh giá tính tự bốc cháy nhiên liệu cách so sánh với nhiên liệu chuẩn Về trị số, số phần trăm thể tích chất n – Cetan (C16H34 ) có hỗn hợp với chất a - Mêthylnaphthalen (C10H7CH3 ) hỗn hợp tương đương với nhiên liệu thí nghiệm tính bốc cháy, nhiên liệu chuẩn hỗn hợp với tỷ lệ thể tích khác n –C16H34 a -C10H7CH3 n – C16H34 Hyđrơcacbon loại Paraphin thường có tính bốc cháy cao, người ta quy ước số Cetan 100; cịn a - C10H7CH3 Hyđrơcacbon thơm, chứa nhóm Mêthyl trộn lẫn với nguyên tử Hyđrơgen a, khó tự bốc cháy, có số Cetan quy ước khơng SVTH: Phan Thành Tính Trang 56 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn 90 VG 0.96 70 DI 0.88 50 0.84 0.80 30 20 60 40 soá Cetan (CN ) 80 100 số diesel (DI ) sốđộ nhớt - tỷ trọng (VG ) 0.96 10 Hình.3-1 Quan hệ VG, DI CN [3] Phương pháp xác định số Cetan áp dụng phổ biến so sánh tỷ số nén tới hạn (eCR ) nhiên liệu thí nghiệm nhiên liệu chuẩn loại động chế độ quy ước Trên thị trường có nhiều loại động thí nghiệm sử dụng để xác định tính tự bốc cháy nhiên liệu thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D613 – 61T, điều kiện hoạt động động sau: Tốc độ quay Góc phun sớm nhiên liệu : 900 ( v/ph) : 130 (gqtk) Nhiệt độ nước làm mát : 212 F (86,880C) Nhiệt độ khơng khí nạp : 150 0F (51,330C) Tính bốc cháy nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến trình cháy động diesel qua ảnh hưởng đến tiêu chất lượng động Thời gian chậm cháy dài dẫn đến hàng loạt hậu sau đây: - Làm tăng phụ tải học tác dụng lên cấu truyền lực động nhiên liệu tập trung giai đoạn chậm cháy nhiều dẫn đến tốc độ tăng áp suất (wpm ) áp suất cực đại (pz ) SVTH: Phan Thành Tính Trang 57 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn - Làm giảm công suất hiệu suất động lượng nhiên liệu cháy rớt tăng - Động diesel có tốc độ quay cao u cầu nhiên liệu phải có tính tự bốc cháy tốt 3.1.5 Quan hệ trị số Cetan nhiên liệu số vòng quay động Tuỳ thuộc vào thành phần hoá học, loại nhiên liệu có trị số Cetan khác nghĩa có khả tự bốc cháy khác Muốn động diesel hoạt động bình thường, đảm bảo cơng suất địi hỏi nhiên liệu phải có trị số Cetan phù hợp với số vòng quay động [13] Tốc độ quay Trị số Cetan Dưới 500 vòng / phút 30 –40 500 –1000 vòng / phút 40 –50 Trên 1000 vòng / phút Trên 50 Khi sử dụng nhiên liệu có trị số Cetan phù hợp với số vịng quay động cơ, động làm việc êm, đạt công suất thiết kế trị số Cetan nhiên liệu khơng phù hợp với số vịng quay, động làm việc khơng bình thường Khi trị số Cetan thấp yêu cầu, động làm việc khó khăn, máy nóng cơng suất giảm Khi trị số Cetan nhiên liệu cao mức yêu cầu nhiên liệu tự cháy q nhanh nên cháy khơng hồn tồn, xả khói đen, tiêu hao nhiên liệu, làm bẩn máy gây ô nhiễm môi trường Thông thường nhiên liệu có trị số Cetan vào khoảng (40 –50) sử dụng động hoạt động mùa hè trị số Cetan (50 –55) tốt cho động hoạt động mùa đông 3.2 GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG TỰ BỐC CHÁY CỦA DẦU THỰC VẬT 3.2.1 Ảnh hưởng số chất phụ gia đến trị số Cetan Quá trình cháy động diễn phản ứng ơxy hóa nhiên liệu mãnh liệt làm thay đổi tính chất mặt lý hóa nhiên liệu phun vào buồng đốt động diesel SVTH: Phan Thành Tính Trang 58 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Phương trình biểu diễn trình cháy nhiên liệu động đốt CnHmOr +{n + m r m m r - }(O2 +3,76N2) ® nCO2 + H2O +3,76{n + + }N2 2 Để nâng cao khả bốc cháy nhiên liệu, nghĩa tăng khả ôxy hóa nhiên liệu có nhiều phương pháp Trong sử dụng chất phụ gia dùng nhiều, đơn giản hiệu cao Các chất pha chủ yếu gốc Nitro Nitrat chất ơxy hố mạnh Vậy pha thêm hợp chất Nitro vào dầu Dừa tác dụng nhiệt độ áp suất cao q trình ơxy hóa diễn nhanh, rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy ( thời gian chậm cháy), làm trị số Cetan dầu Dừa tăng lên Bảng 3.1 Chất phụ gia số Cetan dầu diesel.[7] Phụ gia Lượng pha [% ] Đinitro propan C3H6 (NO2 )2 Nitrobenzen C6H5NO2 Etylnitrat C2H5ONO2 Amyl nitrat C5H11ONO2 Trị số Cetan Trước pha Sau pha 36,6 50,1 1.0 2.0 40 50 2.0 55 74 1.5 44 56,7 3.2.2 Cơ chế chất phụ gia làm tăng trị số Cetan · Phương án Sử dụng dầu Dừa thô Dầu Dừa chất dễ bị ơxy hóa, thành phần dầu Dừa có nhiều gốc Hyđrơcacbon khơng no Phản ứng tự oxy hố dầu Dừa điều kiện thường: SVTH: Phan Thành Tính Trang 59 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Phản ứng tự oxy hóa chất béo Axít Linoleic [8] H H H CH3 (CH2)4 C H (CH2)7 CO2R' H H Ester Linoleic acicd Cơ chế q trình tự ơxy hóa Ester Linoleic Giai đoạn 1: Bắt đầu trình tự ơxy hóa H H H CH3 (CH2)4 C H H H (CH2)7 CO2R' H H H C CH3 (CH2)4 (CH2)7 CO2R' ° H H R ° H CH3 (CH2)4 H H H C (CH2)7 CO2R' H Giai đoạn 2: Phát triển dây chuyền, ơxy ơxy hóa chất béo tạo thành Peroxyt O-O * * * * * * * * * * H HH CH3 (CH2)4 C H * * * * O-O H * * * * * (CH2)7 CO2R' CH3 (CH2)4 C H (CH2)7 CO2R' H H SVTH: Phan Thành Tính H H Trang 60 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Giai đoạn 3: Phát triển dây chuyền, Peroxyt lại khơi mào chất béo khác Ở điều kiện thường, ôxy không khí chủ yếu tác dụng vào Axít ( tự liên kết Gơlixerit) nhiều nối đơi, tạo thành HiđrơPeroxit Nhưng 500C ơxy hóa diễn nhanh tạo thành Peroxit Không Axít béo nhiều nối đơi, mà Axít Olêic ( nối đơi) bị oxy hố mạnh, đến Axít no bị ơxy hóa Q trình ơxy hóa tác dụng nhiệt độ, áp suất Axít béo dầu Dừa Từ Axít Olêic, toạ sản phẩm ơxy hóa theo sơ đồ sau.[9] CH3(CH2)CH = CH(CH2)7COOH + O2 đ CH3(CH2)7CH ắắCH(CH2)7COOH (Peroxit) O T Peroxit, tip din: O CH3(CH2)7CH ắ CH(CH2)7COOH đ CH3(CH2)7CH ¾ CH ¾ (CH2)COOH O O O (Axít Epoxit) Tạo thành đioxítaxít từ Axít Ơlêic CH3(CH2)CH = CH(CH2)7COOH + H2 O2 đ CH3 (CH2)7 CH ắ CH(CH2)7 COOH (Axitioxioleic) OH OH Ngồi cịn tạo nhiều sản phẩm khác như: Ozonit, Anđêhit, Axít SVTH: Phan Thành Tính Trang 61 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Từ Axít béo no Panmitic bị ơxy hóa: CH3(CH2)11CH2CH2CH2COOH + ® CH3(CH2)11CH2CH = CHCOOH + H2O2 (Xetoaxit) Ngồi cịn tạo thành Oxiaxit, Axêtơn Nếu khơng pha thêm hợp chất Nitro, Nitrat Axít tự Ester dầu Dừa tự ơxy hóa thành chất khác như: Peroxit, Axít Epoxit, Ozonit, Anđêhit khơi mào chất khác tự ơxy hóa làm cho tính bay hơi, khả tự bốc cháy dầu Dừa tốt Tuy nhiên khả tự ơxy hóa dầu Dừa tạo thành Peroxit kém, đòi hỏi tác dụng nhiệt độ áp suất cao Vậy muốn sử dụng dầu Dừa làm nhiên liệu ta phải pha thêm chất phụ gia như: Nitroankan, Nitroanken hay Peroxider với dầu Dừa Nhưng, điều kiện thường xẩy tượng hoà tan chất hữu vào Để phản ứng xẩy nhanh phải có xúc tác nhiệt độ, áp suất môi trường làm việc động Các Axít tự Axít liên kết Ester dầu Dừa ơxy hóa thành R(CH2)n NO2 hợp chất có tính bay nhanh, dễ hịa trộn với khơng khí, khả bốc cháy chúng cao, phù hợp với yêu cầu động diesel Tùy theo yêu cầu động mà pha thêm hợp chất Nitro, Nitrat với tỷ lệ khác để nhiên liệu có trị số Cetan phù hợp với yêu cầu Tuy nhiên sản phẩm cháy R(CH2)n NO2 sinh khí NO2, NO, N2O4, ơxít Nitơ khả gây hại môi trường cao Để khắc phục nhược điểm ta sử dụng chất pha HyđrôPeroxit, Axêtôn Peroxit, AxêtonXeroxit Bảng 3.2 Chất phụ gia số Cetan dầu diesel.[6] Tỷ lệ pha 0% 0.5% 1% 2% 3% 4% 33 41 45 51 57 61 Axêtonxeroxit Trị số Cetan Khi dùng phụ gia Axêtonxeroxit, HyđrơPeroxit, Axêtơn Peroxit khả ơxy hóa dầu Dừa cao, sản phẩm cháy khơng có ơxít Nitơ, gây ô nhiễm môi trường SVTH: Phan Thành Tính Trang 62 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn · Phương án Sử dụng ester dầu Dừa với Etanol Phương pháp này, sử dụng chất pha dầu Dừa với Etanol tạo hợp chất Ester dầu Dừa với Etanol có độ nhớt tương đương dầu diesel Hợp chất Ester có nhiều ưu điểm so với dầu Dừa thô, hàm lượng tạp chất tỷ trọng nhỏ dầu Dừa thơ Có khả ơxy hóa cao Ester dầu Dừa thô Nếu sử dụng Ester Etanol với Axít béo dầu Dừa khả bốc cháy cao, dùng làm nhiên liệu động diesel phù hợp không cần pha thêm chất phụ gia Tuy nhiên số động địi hỏi trị số Cetan cao phải pha thêm hợp chất Nitro Nitrat với hàm lượng tuỳ theo động khác Ta so sánh hợp chất Ester Etanol Axít béo dầu Dừa, với bảng thơng số tiêu chuẩn dầu diesel Việt Nam Bảng 3-1 Thông số Nhiên liệu diesel – PERTROLIMEX Chỉ tiêu kỹ thuật Số Cetane, Thành phần chưng cất, {oC} : max -t50 - t90 Độ nhớt 20oC (tương đối oE) Nhiệt độ chớp lửa cốc kín {oC }, 5.Nhiệt độ đơng đặc {oC }, max 6.Hàm lượng tro, {% wt },max 7.Hàm lượng nước, {% vol } 8.Hàm lượng sulfur, {% wt }, max 9.Khối lượng riêng 20oC,{g/cm3 }, max 10 Ăn mòn đồng, {3h /500C },max SVTH: Phan Thành Tính Mức quy định 45 48 290 370 1,2-1,67 60 270 350 1,2-1,67 60 0,02 0,05 1,0 0,87 0,01 0,05 0,5 0,87 N-1 N-1 Trang 63 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Bảng 3-2 Thông số dầu diesel sinh học.[14] Trạng thái đặc tính Điểm bốc cháy Nước tạp chất Độ nhớt động học 400C Hàm lượng tro Sự ăn mòn đồng Số cetan Điểm mây Phần cacbon lại Chỉ só axit Gơlixêrin tự Gơlixêrin tổng cộng Hệ thống ASTM D93 D2709 D445 Giới hạn 130 0,050 max 1,9 – 6,0 Đơn vị C %vol mm2 /sec D874 D130 D613 D2500 D4530** D644 D6584 D6584 0,020 max No max 47 Nổ 0,050 max 0,80 max 0,020 max 0,024 max %mass C %mass Mg KOH /gm %mass %mass Qua bảng thông số diesel dầu mỏ bảng tiêu chuẩn diesel sinh học: Ta thấy sử dụng dầu Dừa pha Etanol với tỷ lệ thích hợp tách thành phần Gơlixêrin, nước khỏi hợp chất vừa pha, hợp chất tạo thành có thơng số thơng số chuẩn diesel sinh học Bảng thông số so với thông số chuẩn diesel Việt Nam gần tương đương với độ nhớt, trị số Cetan Ngồi cịn có ưu điểm so với diesel thành phần diesel sinh học gần khơng có Lưu hùynh, hàm lượng nước tạp chất nhỏ nên gây tác hại cho động giảm lượng khí thải gây nhiễm mơi trường SVTH: Phan Thành Tính Trang 64 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn KẾT LUẬN SVTH: Phan Thành Tính Trang 65 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Dầu Dừa dùng làm nhiên liệu thay dầu diesel, để nguyên dầu điều kiện thường Do độ nhớt, tỷ trọng cao giới hạn cho phép thông số chuẩn dầu diesel Nếu muốn dùng loại nhiên liệu này, ta phải tiến hành xử lý số phương pháp mặt hoá học, vật lý nhiên liệu để thông số dầu Dừa tương đương với thông số chuẩn loại nhiên liệu dùng cho động diesel trước Khi dùng làm nhiên liệu, phải tiến hành sấy dầu lên đến nhiệt độ 800C lúc độ nhớt dầu giảm có khả phun vào buồng đốt, tăng q trình ơxy hóa nhiên liệu lên, tăng khả bốc cháy nhiên liệu Để sấy nhiên liệu tận dụng nhiệt nước làm mát, nhiên phương pháp sử dụng động có tiêu hao nhiên liệu nhỏ Ở động dùng tàu thuỷ có tiêu hao nhiên liệu lớn, phương pháp thực mà phải sử dụng sấy nhiên liệu ( sử dụng điện chiều) riêng biệt Tuy nhiên dùng dầu Dừa nguyên chất làm nhiên liệu khả tự bốc cháy Trong dầu có nhiều tạp chất, dễ làm tắc bình lọc, nhiên liệu đông đặc động ngừng hoạt động thời gian dài dầu dễ hỏng có mùi hôi ảnh hưởng đến chất lượng dầu, hỏng cặp lắp ghép Piston Cylinder bơm cao áp, nhiên liệu có tính khơng đồng Động hoạt động khơng tin cậy, giá thành cao, hiệu kinh tế thấp · Để giải nhược điểm ta sử dụng phương pháp sau: Tiến hành pha thêm Etanol với tỷ lệ thích hợp, sấy nóng, lúc hợp chất có nhiều ưu điểm so với dầu Dừa nguyên chất độ nhớt thấp, tính bốc cháy cao, hàm lượng tạp chất cặn hỗn hợp giảm, nhiên liệu có tính ổn định cao phù hợp u cầu.Vậy dùng làm nhiên liệu cho động diesel giảm hàm lượng khí thải, gây nhiễm mơi trường, giải phần thiếu hụt lượng tương lai gần Nhưng loại nhiên liệu có hàm lượng nước tạp chất trộn lẫn phải dùng máy đồng thể hoá hỗn hợp thành loại nhiên liệu có tính thống dùng máy phân ly phương pháp loại bỏ 100% tạp chất nước nên nhiên liệu sử dụng gây hiên tượng “vi nổ” giá thành cao, hiệu kinh tế thấp SVTH: Phan Thành Tính Trang 66 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn Tiến hành pha thêm Etanol với tỷ lệ thích hợp vào dầu Dừa, hợp chất tạo thành tách thành phần nước Gơlixêrin khỏi hỗn hợp lúc hợp chất tạo thành loại diesel sinh học Nên dùng cho động diesel tốt, loại nhiên liệu khơng có hàm lượng Lưu huỳnh, nước tạp chất nhỏ, giảm khí thải, gây nhiễm mơi trường, giá thành thấp Nguồn lượng dồi có khả tái tạo, có triển vọng dùng làm nhiên liệu thay cho động diesel tương lai gần Tóm lại: Uu điểm: Dầu thực vật dùng làm nhiên liệu thay cho động diesel quy trình sản xuất khơng có chất thải tất sản phẩm phụ tiếp tục sử dụng Giảm hàm lượng bụi khí thải, khơng độc dễ dàng phân huỷ sinh học, nhiễm mơi trường, hàm lượng muội than bám vịi phun khơng đáng kể, giá thành thấp, hiệu kinh tế cao, có khả tái tạo Nhược điểm: Khi khởi động phải dùng dầu diesel để động chạy thời gian sau chuyển sang dùng dầu thực vật làm nhiên liệu thay Tất loại dầu thực vật điều có chung nhược điểm, thành phần dầu thực vật có chất làm mềm (trương) vật liệu làm cao su Do làm hỏng lớp đệm kín chi tiết động Nhưng nhược điểm khắc phục cách sau sử dụng dầu thực vật ta cho động chạy lại dầu diesel lớp đệm cao su trở lại hình dáng ban đầu Ngoài người chưa thể tin dầu thực vật sử dụng cho động diesel mà khơng gây hại Khá mẻ người giới nói chung người dân Việt Nam nói riêng có thói quen sử dụng nhiên liệu từ dầu mỏ, làm nhiên liệu cho động diesel Muốn người nhanh chống dùng dầu thực vật làm nhiên liệu thay cho động diesel chung ta phải chứng minh đươc dầu thực vật loại nhiên liệu tốt cho động Bằng cách phải đo, thí nghiệm thử dùng SVTH: Phan Thành Tính Trang 67 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Phùng Minh Lộc – GV: Hồ Đức Tuấn động có tính chất tốt như: cơng suất động khơng giảm khí hoạt động loại nhiên liệu mới, động làm việc bình thường khơng gây cháy nổ ảnh hưởng đến tính mạng người, khơng gây hại động cơ, gây ô nhiễm môi trường, giá thành phù hợp với người sử dụng Nguồn lượng dự trữ dồi dào, có khả tái tạo SVTH: Phan Thành Tính Trang 68 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lớp: 43DLSG ... LỰA CHỌN LOẠI DẦU THỰC VẬT LÀM NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.5.1 Bảng so sánh thông số nhiệt động dầu thực vật dầu diesel Bảng 1-11 So sánh thông số dầu thực vật dầu diesel Thông số... GV: Hồ Đức Tuấn dầu thực vật tương đương với dầu diesel Có vậy, dầu thực vật làm nhiên liệu thay dùng cho động diesel 1.5.2 Phân tích lựa chọn loại dầu thực vật làm nhiên liệu thay Bảng –12 So... lớn vượt giới hạn cho phép dầu diesel dùng động nên phun sương tạo hỗn hợp tự bốc cháy Do để sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động diesel, ta phải xử lý độ nhớt khả bốc cháy SVTH: Phan Thành