nghiên cứu sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel cỡ nhỏ

Dầu solar được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: làm nhiên liệu cho động cơ diesel có tốc độ quay trung bình và thấp n < 1000 v/ph; làm chất bôi trơn – làm mát trong các quá trìn

Trang 1

GVHD: Th.S : Phùng Minh Lộc SVTH: Nguyễn Minh Toàn K.S : Hồ Đức Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ SẢN KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN ĐỘNG LỰC

NHA TRANG : 5/2006

Trang 2

Lời nói đầu

Nhiên liệu dùng cho động cơ diesel nói riêng hay nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong nói chung đến nay phần lớn có nguồn gốc từ dầu mỏ Khi nền kinh tế phát triển nhu cầu về năng lượng, nhiên liệu của con người ngày càng cao, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải Do vậy nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ không đáp ứng đủ và ngày một cạn kiệt dần, hơn nữa nó còn ảnh hưởng xấu đến môi trường nên con người đã và đang nghiên cứu tìm ra những nguồn nguyên liệu mới để sản xuất nhiên liệu đảm bảo đáp ứng được nhu cầu của con người, không gây ảnh hưởng tới con người và môi trường thay thế cho nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ

Trong số đó dầu thực vật được coi là nguồn nguyên liệu phong phú và có nhiều ưu điểm thuận lợi cho việc sản xuất nhiên liệu Với lý do trên, tôi đã được

giao đề tài: “ Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động

cơ Diesel cỡ nhỏ”

Sau một thời gian nghiên cứu và thực nghiệm đến nay tôi đã hoàn thành đồ án với 3 nội dung cơ bản sau:

Chương 1: Khảo sát các thông số nhiệt động của một số loại dầu thực vật

phổ biến

Chương 2: Giải pháp kỹ thuật sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu thay

thế cho động cơ diesel cỡ nhỏ

Chương 3: Kết luận và đề xuất ý kiến

Trong quá trình thực hiện dù rất cố gắng nhưng do trình độ, trang thiết bị, máy móc thí nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót rất mong thầy cô, các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn Em xin chân thành

cám ơn thầy giáo, Th.S: Phùng Minh Lộc; GV.KS: Hồ Đức Tuấn đã tận tình

hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài, em cũng xin chân thành cám

ơn các thầy cô trong bộ môn và các thầy cô trong khoa cơ khí, khoa chế biến đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành được đồ án

Em xin chân thành cám ơn!

Nha trang, tháng 5 năm 2006

Sinh viên thực hiện

Trang 3

Chương 1 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LOẠI DẦU THỰC VẬT PHỔ BIẾN

1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL 1.1.1 Khái niệm

Nhiên liệu là chất cháy được và khi cháy toả ra nhiều nhiệt Than, củi,

xăng, dầu diesel, khí metan,… là các loại nhiên liệu thông dụng hiện nay

Nhiên liệu diesel là sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ, đó là hỗn hợp

phức tạp của các nhóm hydrocacbon khác nhau

1.1.2 Phân loại Động cơ diesel có thể chạy bằng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, trong đó

có cả than đá, khí đốt và nhiên liệu tổng hợp Tuy nhiên, loại nhiên liệu diesel được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay

Tuỳ thuộc vào phạm vi nhiệt độ sôi, hàm lượng tạp chất, độ nhớt,… dầu diesel có nhiều tên gọi khác nhau như: gasoil, dầu diesel tàu thuỷ, dầu solar, mazout, dầu nhẹ, dầu nặng, dầu cặn,…

Để xếp một mẫu dầu diesel vào loại nào, người ta căn cứ vào chỉ tiêu kỹ thuật của nó được quy định bởi các tổ chức có chức năng tiêu chuẩn hoá (ví dụ: ΓOCT của Liên Xô, ASTM của Mỹ, TCVN của Việt Nam, PN của Ba Lan, DIN của Đức…) hoặc các hãng chế tạo động cơ có danh tiếng Các chỉ tiêu kỹ thuật thường được thể hiện dưới hình thức một bảng, các trị số của các tính chất đặc trưng cho khả năng và hiệu quả sử dụng của một loại nhiên liệu cụ thể vào một mục đích xác định Dưới đây là một số chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu diesel

Trang 4

Bảng 1-1 Chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu diesel Theo ΓOCT 305 – 73 và ΓOCT 4749 – 73

ΓOCT 305 – 73 áp dụng cho nhiên liệu diesel được sản xuất từ dầu mỏ có hàm lượng sulfur cao

ΓOCT 4749 – 73 áp dụng cho nhiên liệu diesel được sản xuất từ dầu mỏ có hàm lượng sulfur thấp

· Α và ДΑ - nhiên liệu bắc cực dùng cho động cơ diesel làm việc trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn – 30oC

· З, ДЗ và ЗС – nhiên liệu mùa đông dùng trong điều kiện nhiệt độ từ – 30oC đến 0oC

· Л và ДЛ – nhiên liệu mùa hè dùng trong điều kiện nhiệt độ trên 0oC

1,8

¸ 3,2

3,0

¸ 6,0

1,8

¸ 3,2

1,5

¸ 4,0

3,5

¸ 6,0

3,5

¸ 6,0

4,5

¸ 8,0 Hàm lượng coke, [%], max 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Hàm lượng sulfur, [%], max 0,4 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2 0,2 0,2

Trang 5

Bảng 1-2 Chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu nặng theo ΓOCT 1667 – 68

Mức quy định Chỉ tiêu kỹ thuật

Khối lượng riêng ở 20 oC, [g/ cm3], max 0,930 0,970

Hàm lượng sulfur, [%wt], max

- Trong nhiên liệu ít sulfur

- Trong nhiên liệu nhiều sulfur

0,5 1,5

- 3,0

Nhiệt độ chớp lửa coke kín, [oC], min 65 85

Ở Mỹ, theo ASTM – D975 dầu diesel được chia thành 3 nhóm với ký hiệu:

No 1 – D; No 2 – D và No 4 – D

· No 1 – D: Nhiên liệu dùng cho động cơ diesel làm việc trong những điều kiện tải và tốc độ quay thường xuyên thay đổi Loại nhiên liệu này thường là sản phẩm chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ

· No 2 – D: Nhiên liệu cho động cơ diesel công nghiệp và động cơ xe cơ giới có chế độ làm việc nặng Loại này thường chứa sản phẩm chưng cất trực tiếp và sản phẩm cracking

Trang 6

· No 4 – D: Nhiên liệu cho động cơ diesel thấp tốc và trung tốc Loại nhiên liệu này thường là hỗn hợp của sản phẩm chưng cất trực tiếp hoặc của sản phẩm cracking với dầu cặn

Bảng 1-3 Chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu diesel theo ASTM – D905

Loại nhiên liệu Chỉ tiêu kỹ thuật

Độ nhớt động học ở 40 oC:

- Min

- Max

1,3 2,4

1,9 4,1

5,5 24,0 Thành phần chưng cất, t90, [oC]:

Hàm lượng nước và cặn, [%vol], max 0,05 0,05 0,05

Ngoài ra còn có thể phân loại dầu diesel theo sơ đồ trên hình 1-1

Dầu diesel

Nhiên liệu chưng cất diesel

Dầu cặn

Trang 7

· Nhiên liệu chưng cất - (còn gọi là nhiên liệu nhẹ) chỉ chứa các phân đoạn dầu mỏ được chưng cất trong phạm vi nhiệt độ từ 180 ¸ 400oC

· Dầu cặn - (còn gọi là dầu nặng) có thể là mazout thuần tuý hoặc là hỗn hợp của mazout với gasoil

· Gasoil - là tên gọi thương mại của phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi trong khoảng 180 ¸ 380oC, chứa các loại hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ 11 đến 18 Gasoil được coi là nhiên liệu thích hợp nhất cho động cơ diesel cao tốc Ngoài ra, gasoil cũng được dùng làm nguyên liệu trong công nghệ

nhiệt phân và cracking

· Dầu solar - (còn gọi là dầu diesel tàu thuỷ) - là phân đoạn của dầu mỏ có nhiệt độ sôi trong khoảng 300 ¸ 400 oC Dầu solar được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: làm nhiên liệu cho động cơ diesel có tốc độ quay trung bình và thấp (n < 1000 v/ph); làm chất bôi trơn – làm mát trong các quá trình cắt, dập,

tôi kim loại; để tẩm da và dùng trong công nghiệp dệt;…

Trong số dầu diesel thông dụng, gasoil là loại có độ nhớt, mật độ và hàm lượng tạp chất ít nhất; còn mazout thì ngược lại nó có các trị số của các tính chất trên cao nhất

1.1.3 Yêu cầu đối với nhiên liệu diesel

Ở động cơ diesel, nhiên liệu được phun vào buồng đốt dưới dạng sương mù và hoà trộn đều với không khí đã được nạp vào xilanh trước đó trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể Ngoài ra nhiên liệu diesel cần phải đảm bảo những yêu cầu chung đối với nhiên liệu của động cơ đốt trong như sau:

· Hoà trộn dễ dàng với không khí và cháy nhanh

· Nhiệt trị thể tích (nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị thể tích nhiên liệu) cao

Trang 8

· Không để lại tro cặn sau khi cháy và sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường

· Vận chuyển, bảo quản và phân phối dễ dàng

1.1.4 Phương pháp sản xuất nhiên liệu diesel 1.1.4.1 Công nghệ lọc- hoá dầu

Nguyên liệu chính để sản xuất các loại nhiên liệu diesel nói riêng hay nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong nói chung, cho đến nay chủ yếu vẫn là dầu mỏ Các loại động cơ hiện nay không chạy trực tiếp bằng dầu thô, do vậy khi đưa vào sử dụng cần phải chế biến dầu thô để tạo ra các loại nhiên liệu thích hợp cho từng động cơ Phổ biến hiện nay việc chế biến dầu thô nhờ vào một số công nghệ lọc – hoá dầu

1 Chưng cất phân đoạn

Công nghệ phân tách các loại hydrocacbon khác nhau có trong dầu mỏ bằng cách cho chúng bay hơi rồi làm ngưng tụ hơi đó theo từng phân đoạn khác nhau về nhiệt độ sôi được gọi là chưng cất phân đoạn

Có 2 phương pháp chưng cất phân đoạn:

- Chưng cất trực tiếp: Là quá trình chưng cất tiến hành trong điều kiện áp suất khí quyển

- Chưng cất chân không: Là quá trình chưng cất tiến hành trong điều kiện chân không

Đặc trưng của công nghệ chưng cất phân đoạn là không làm thay đổi các loại hydrocacbon về mặt hoá học mà chỉ phân tách chúng ra thành từng nhóm theo các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau

2 Cracking – là công nghệ chế biến dầu mỏ, trong đó các phân đoạn

nặng của dầu mỏ được chế biến thành các phân đoạn nhẹ hơn bằng cách bẻ gãy cấu trúc của các phân tử hydrocacbon nặng thành các hydrocacbon nhẹ hơn Ví dụ:

Trang 9

C14H30 ® C7H16 + C7H14 Nguyên liệu của cracking có thể là dầu hoả, gasoil, mazout, gudron dầu mỏ Sản phẩm thu được là khí cracking, xăng, dầu hoả, gasoil và cặn cracking Có 2 phương pháp cracking được sử dụng rộng rãi là:

- Cracking nhiệt: Là quá trình cracking được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ cao (400 đến 550oC) và không có chất xúc tác

- Cracking xúc tác: Là quá trình cracking diễn ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và nhiệt độ Chất xúc tác được sử dụng rộng rãi nhất là silica –alumina tổng hợp

1.1.4.2 Sản xuất nhiên liệu tổng hợp

Nhiên liệu tổng hợp là nhiên liệu được con người tạo ra bằng cách biến đổi hoá học các chất khác nhau có sẵn trong thiên nhiên, ví dụ: khoai tây, mía đường để sản xuất etanol; khí mỏ để tổng hợp xăng; than để sản xuất: xăng, dầu diesel, metanol, khí đốt Trong đó than là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhiên liệu tổng hợp

1.1.5 Các thông số nhiệt động của nhiên liệu diesel 1.1.5.1 Nhiệt trị

1 Khái niệm

Nhiệt trị (H): Lượng nhiệt năng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị

khối lượng hoặc một đơn vị thể tích nhiên liệu Nhiệt trị của nhiên liệu lỏng và rắn thường tính bằng kJ/kg, của nhiên liệu khí - kJ/m3 hoặc kJ/kmol, ở Anh và Mỹ nhiệt trị được tính bằng đơn vị Btu/lb hoặc Btu/ft3

2 Phân loại và phương pháp xác định

- Nhiệt trị đẳng áp (H p ) - Nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một

đơn vị số lượng nhiên liệu sau khi làm lạnh sản phẩm cháy đến nhiệt độ bằng

Trang 10

nhiệt độ của hỗn hợp trước lúc đốt cháy trong điều kiện áp suất của sản phẩm cháy đã được làm lạnh bằng áp suất của khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy

- Nhiệt trị đẳng tích (H v ) - Nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn

một đơn vị số lượng nhiên liệu sau khi đã làm lạnh sản phẩm cháy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lúc đốt cháy trong điều kiện không thay đổi thể tích của sản phẩm cháy và hỗn hợp khí trước lúc đốt cháy

- Nhiệt trị cao (H h ) - Nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn

vị số lượng nhiên liệu, bao gồm cả nhiệt lượng toả ra do sự ngưng tụ của hơi nước có trong sản phẩm cháy khi ta làm lạnh nó đến nhiệt độ bằng nhiệt độ ban đầu

- Nhiệt trị thấp (H l ) - Nhiệt lượng thu được trong trường hợp nước có trong

sản phẩm cháy vẫn ở trạng thái hơi Như vậy nhiệt trị thấp nhỏ hơn nhiệt trị cao một lượng bằng nhiệt ẩn hoá hơi của nước có trong sản phẩm cháy

Nhiệt trị có thể được xác định bằng nhiệt lượng kế đẳng tích hoặc nhiệt lượng kế đẳng áp bằng cách đốt cháy một lượng xác định mẫu thử rồi đo nhiệt lượng toả ra và tính toán nhiệt trị

1.1.5.2 Tính bay hơi

1 Khái niệm

Tính bay hơi là thuật ngữ được sử dụng để biểu đạt khả năng bay hơi, phạm

vi nhiệt độ sôi và hàm lượng các thành phần có nhiệt độ sôi khác nhau có trong mẫu thử Tính bay hơi còn có tên gọi khác như: tính hoá hơi, độ hoá hơi, thành phần chưng cất, tính hoá hơi cân bằng

2 Các chỉ tiêu đánh giá và phương pháp xác định

Tính bay hơi của nhiên liệu được đánh giá bằng 2 đại lượng: Áp suất hơi bão hoà và đường cong chưng cất

Trang 11

4

3

2

1 5

- Rửa sạch và làm lạnh bình chứa lỏng (1) tới 00C Đổ mẫu thử vào đầy bình Mẫu thử cần được bảo quản trước đó sao cho các thành phần nhẹ không bay mất

- Nối bình chứa lỏng với bình chứa hơi

- Ngâm ngập tới van cả hai bình trên vào thùng nước có nhiệt độ 38 ± 0,30C

- Sau 5 phút, nhấc bình chứa mẫu ra khỏi thùng nước và lắc mạnh vài lần, đặt bình trở lại thùng, quan sát nhiệt kế Cứ sau 2 phút lại lặp lại một lần như vậy cho đến khi áp kế chỉ giá trị không đổi

Áp suất hơi bão hoà được tính như sau :

Hình 1-2 Dụng cụ đo áp suất hơi bão hoà

1 – Bình chứa mẫu thử, 2 – Bình chứa hơi, 3 – Thùng đụng nước, 4 – Áp kế, 5 – Nhiệt kế

Áp suất hơi bão hoà – là áp

suất của hơi của chất lỏng ở trạng thái cân bằng giữa thể hơi và thể lỏng được xác định trong những điều kiện qui ước

Qui trình xác định áp suất hơi bão hoà bằng dụng cụ thể hiện trên hình 1-2 như sau:

- Tráng bình chứa (2) bằng nước cất, không sấy khô Cắm nhiệt kế sâu 3/4 bình trong 5 phút để đo nhiệt độ ban đầu (t0) của không khí

Trang 12

RVP = Pt - Dp [1 – tr.44]

Trong đó : Pt - Áp suất có giá trị không đổi quan sát được trong thí nghiệm

Dp - Hiệu chỉnh theo áp suất không khí và hơi nước tại nhiệt độ t0

1.1.5.3 Độ nhớt

1 Khái niệm

Độ nhớt – còn gọi là ma sát nội - là một tính chất của chất lỏng đặc trưng

cho lực ma sát chống lại sự chuyển dịch tương đối của các lớp chất lỏng cạnh nhau dưới tác dụng của ngoại lực

Đơn vị đo: Engler (oE), Saybolt Universal Seconds (SUS), Saybolt Furol Seconds (SFS), Redwood Seconds I (Red.No.I), Redwood Seconds II (Red No.II)

2 Phương pháp xác định Dụng cụ đo độ nhớt của chất lỏng được gọi là nhớt kế Hiện nay hầu hết

các loại nhớt kế đều hoạt động theo một nguyên lý chung là đo thời gian mà một đơn vị thể tích mẫu thử chảy qua một lỗ tiêu chuẩn của nhớt kế trong những điều kiện qui ước Độ nhớt tuyệt đối của mẫu thử được xác định theo công thức:

Trong đó : t t – Thời gian 200ml mẫu thử chảy qua ống tiêu chuẩn của nhớt kế, [s]

c – Hằng số của ống đo

Độ nhớt Engler được tính như sau:

oE = t1/to [1 – tr 25]

to – Thời gian 200ml nước cất chảy qua ống tiêu chuẩn của

nhớt kế ở 200C, [s]

1.1.5.4.Tính tự bốc cháy

1 Khái niệm

Trang 13

Tính tự bốc cháy của nhiên liệu là tính chất liên quan đến khả năng tự phát hoả khi hỗn hợp nhiên liệu – không khí chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ đủ lớn

2 Các chỉ tiêu đánh giá và phương pháp xác định

Để định lượng tính tự bốc cháy của nhiên liệu, có thể sử dụng các đại lượng sau:

- Thời gian chậm cháy (t i ) - là khoảng thời gian tính từ thời điểm hỗn hợp

cháy chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ đủ lớn đến thời điểm xuất hiện những trung tâm cháy đầu tiên Trong trường hợp động cơ diesel, thời gian chậm cháy (ti ) được tính từ thời điểm nhiên liệu bắt đầu được phun vào buồng đốt đến thời điểm nhiên liệu phát hoả

Nhiên liệu có tính tự bốc cháy càng cao thì thời gian chậm cháy (ti ) càng ngắn và ngược lại

- Hằng số độ nhớt và tỷ trọng – (VG) là một thông số được tính toán trên cơ

sở độ nhớt và tỷ trọng của dầu diesel Tuỳ thuộc vào đơn vị của độ nhớt, tỷ trọng và quan điểm của các tác giả mà có thể có các công thức tính VG khác nhau ví dụ:

d = 1,0820 VG + (0,776 – 0,72VG) [loglog(n - 4 )] – 0,0887 [1 – tr 59] Trong đó:

d – Tỷ trọng ở 60 oF

n - Độ nhớt động học ở 100 oF, [mSt]

VG – Hằng số độ nhớt - tỷ trọng

- Chỉ số diesel – (DI) là thông số được tính toán trên cơ sở tỷ trọng và điểm

aniline của nhiên liệu

DI = oA 0,01oAPI [1 – tr 60]

Trong đó:

Trang 14

oAPI - Tỷ trọng tính theo thang API

oA - Điểm anilin, [oF]

Điểm anilin là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó mẫu thử hoà tan hoàn toàn vào anilin (C6H5NH2) có cùng thể tích

- Số cetane – (CN) là đại lượng đánh giá tính tự bốc cháy của nhiên liệu

bằng cách so sánh nó với nhiên liệu chuẩn Về trị số, đó là số phần trăm thể tích của chất n-cetane ( C16H34 ) có trong hỗn hợp với chất a-methylnaphthalen (C10H7CH3) nếu hỗn hợp này tương đương với nhiên liệu thí nghiệm về tính tự bốc cháy Nhiên liệu chuẩn là hỗn hợp với những tỷ lệ thể tích khác nhau của n-C16H34 và a-C10H7 CH3, n-C16H34 là một hydrocarbon loại parafin thường có tính

tự bốc cháy rất cao, người ta qui ước số cetane của nó bằng 100; còn a-C10H7CH3 là một hydrocarbon thơm, chứa một nhóm methyl trộn lẫn với các nguyên tử hydrogen a, khó tự bốc cháy, có số cetane qui ước bằng 0

Phương pháp xác định số cetane được áp dụng phổ biến hiện nay là so sánh tỷ số nén tới hạn của nhiên liệu thí nghiệm và của nhiên liệu chuẩn trên một loại động cơ thí nghiệm đã được tiêu chuẩn hoá và hoạt động ở một chế độ qui ước

Trên thị trường hiện có nhiều loại động cơ thí nghiệm được sử dụng để xác định tính tự bốc cháy của nhiên liệu như: CFR (Mỹ), ИT 9-3, ИT 9-3M (của Liên xô),… Khi thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D613-61T, điều kiện hoạt động của động cơ như sau:

Tốc độ quay : 900 rpm Góc phun sớm nhiên liệu : 13o góc quay trục khuỷu Nhiệt độ nước làm mát : 212 oF

Nhiệt độ không khí nạp : 150 oF

1.1.5.5 Nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy

Trang 15

1.Khái niệm

- Nhiệt độ bén lửa (t f ) - Nhiệt độ tối thiểu của nhiên liệu lỏng tại đó hơi

của nó tạo với không khí một hỗn hợp và bắt cháy khi đưa ngọn lửa tới gần

- Nhiệt độ bắt cháy (t b ) - Nhiệt độ tối thiểu tại đó mẫu thử được đốt nóng

trong những điều kiện qui ước bắt cháy khi đưa ngọn lửa tới gần và cháy trong

thời gian không dưới 5 giây

2.Phương pháp xác định

1.1.5.6 Mật độ

Mật độ của một chất là đại lượng đặc trưng cho số lượng chất đó có trong một đơn vị thể tích của nó Mật độ có thể được đánh giá thông qua nhiều đại lượng khác nhau như: khối lượng riêng, trọng lượng riêng, tỷ trọng,…

- Khối lượng riêng – Khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất

r =

V

m [1 – tr 21]

Hình 1 -3 Xác định nhiệt độ chớp lửa bằng cốc hở

1 – Bếp điện, 2 – Cốc lớn đựng cát, 3 – Cốc nhỏ đựng

mẫu thử, 4 – Que châm lửa, 5 – Nhiệt kế

5

4

3

12

Có hai loại dụng cụ với tên gọi là cốc kín và cốc hở được sử dụng để xác định nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy Nhiệt độ chớp lửa của SPDM đo bằng cốc hở cao hơn khi đo bằng cốc kín khoảng 20 ¸ 25 oC

Trang 16

Trong đó:

r - Khối lượng riêng, [kg/m3]

V - Thể tích, [m3]

m - Khối lượng của chất có trong thể tích V, [kg]

- Trọng lượng riêng – Trọng lượng của một đơn vị thể tích của một chất

G- Trọng lượng của chất chứa trong thể tích V, [N]

- Tỷ khối – (còn gọi là tỷ trọng) của một chất là một đại lượng không thứ

nguyên, có trị số bằng khối lượng của chất đó chia cho khối lượng của nước cất có cùng thể tích

m1 - Khối lượng của một đơn vị thể tích mẫu thử ở nhiệt độ t1, [kg]

m2 - Khối lượng của cùng một đơn vị thể tích nước cất

ở nhiệt độ t2, [kg]

Ở nhiều nước châu Âu, người ta chọn t1= 15 oC, t2 = 15 oC hoặc t2 = 4 oC

Ở Mỹ và Anh chọn t1 = t2 = 60 oF = 15,6 oC Khi đó tỷ khối có ký hiệu tương ứng là 15

15

d , 15 4

d và d@60 oF

1.2 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DẦU THỰC VẬT THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

Trang 17

Nhiên liệu dầu thực vật thay thế cho động cơ diesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu diesel nhưng không phải được sản xuất

từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật Nhiên liệu dầu thực vật là một loại năng lượng tái

tạo, theo phương diện hoá học thì nhiên liệu dầu thực vật là methyl este hoặc ethyl este của những axit béo

Người ta phân loại nhiên liệu dầu thực vật theo tên gọi của các loại cây mà dầu của nó là nguyên liệu để chế biến ra nhiên liệu như: nhiên liệu dầu dừa, nhiên liệu dầu hạt cải, nhiên liệu dầu hướng dương, nhiên liệu dầu đậu nành,…

1.2.2 Cơ sở kỹ thuật và đặc điểm thực tiễn của việc nghiên cứu sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động cơ Diesel

1.2.2.1 Cơ sở kỹ thuật

Dựa trên lý thuyết về nhiên liệu, những chất cháy được và toả ra nhiều nhiệt thì được sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên không phải bất cứ chất nào khi cháy toả ra nhiều nhiệt đều là nhiên liệu mà theo quan điểm sử dụng, nhiên liệu phải thoả mãn các yêu cầu:

· Phải có nhiều trong tự nhiên

· Có năng suất toả nhiệt lớn

· Sản phẩm cháy ít gây độc hại cho con người, sinh vật sống và không ô nhiễm môi trường

Như đã biết dầu mỡ đều là những chất cháy được, do đặc tính này mà con người đã có những công trình nghiên cứu, thử nghiệm để biến dầu thực vật làm nhiên liệu sử dụng cho các động cơ khác nhau

Ngoài ra, do dầu mỡ có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng đây là một ưu điểm trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng

1.2.2.2 Đặc điểm thực tiễn

Trang 18

Từ lâu con người đã phát hiện và lấy dầu mỏ làm chất đốt phục vụ cho đời sống của mình, làm nhiên liệu chạy các loại động cơ,… Ngày nay, nhiều nguồn năng lượng đã được khai thác và sử dụng với một tỷ trọng ngày càng lớn trong đời sống cũng như trong nền kinh tế nói chung, nhưng năng lượng nhiệt đặc biệt là dùng trong giao thông vận tải phần lớn vẫn nhận được từ dầu mỏ Dầu mỏ được khai thác từ các mỏ dầu trong lòng đất Với trình độ khoa học kỹ thuật hiện nay con người có thể tìm kiếm thăm dò, phát triển thêm được nhiều mỏ dầu và khai thác dầu ở hiệu quả cao Nhưng con người cũng biết dầu mỏ không phải là nguồn nguyên liệu, nguồn tài nguyên vô tận, nó sẽ cạn kiệt khi nhu cầu sử dụng nguồn nhiên liệu này ngày càng tăng cao Biết rõ điều này từ lâu con người đã nghiên cứu để tìm ra những nguồn năng lượng, nguồn tài nguyên mới để thay thế cho dầu mỏ trong đó có nguồn nguyên liệu từ thực vật

Về mặt môi trường, các nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ chưa phải là nguồn nhiên liệu sạch nhất do trong nhiên liệu còn chứa một lượng lưu huỳnh khá cao Và mong muốn tìm ra những nguồn năng lượng sạch là vấn đề ngày càng trở lên cấp thiết hiện nay của con người Trong dầu thực vật gần như không chứa lưu huỳnh, không độc và dễ dàng phân huỷ bằng các biện pháp sinh học do vậy nếu dùng nhiên liệu chế biến từ dầu thực vật sẽ ít ảnh hưởng đến con người và môi trường hơn so với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ Với những ưu điểm của nó mà nhiều công trình nghiên cứu để có thể đưa nhiên liệu dầu thực vật vào sử dụng sớm nhất và hiệu quả nhất

Về mặt nguyên liệu: Nước ta với đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, nguồn tài nguyên đất canh tác đa dạng, phong phú rất thích hợp cho sự phát triển của các loại cây trồng có chứa nhiều dầu như: dừa, sở, trẩu, lạc, vừng, đậu, … Ngày 8 – 3 – 2004 Bộ trưởng bộ Công nghiệp đã ký quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển ngành dầu thực vật tại Việt Nam đến năm 2010, với qui

Trang 19

hoạch này sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành dầu thực vật, tăng tỷ trọng nguồn nguyên liệu trong nước

Với tất cả những vấn đề trên đã tạo tiền đề cho chúng ta có thể thực hiện việc nghiên cứu đề tài

1.2.3 Yêu cầu đối với nhiên liệu dầu thực vật

Nhiên liệu dầu thực vật dùng làm nhiên liệu thay thế động cơ diesel phải đảm bảo được các yêu cầu cần thiết của nhiên liệu dùng cho động cơ diesel, và việc cải hoán động cơ diesel để có thể chạy được bằng nhiên liệu dầu thực vật

phải là đơn giản, hiệu quả và kinh tế nhất

1.2.4 Sản xuất nhiên liệu dầu thực vật

Để sản xuất nhiên liệu dầu thực vật, ta pha khoảng 10% metanol hoặc etanol vào dầu thực vật và dùng các chất xúc tác khác nhau như: hydroxit natri, hydroxit kali, ancolat,… ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào khoảng 60 oC, khi đó liên kết este của glyxerin trong dầu thực vật bị phá huỷ và các axit béo sẽ

được este hoá với metanol hoặc etanol

Sản xuất dầu thực vật (ép, trích ly)

Nguyên liệu chứa dầu thực vật (ép, trích ly)

Dầu thực vật thô

Nhiên liệu dầu thực vật

Metanol hoặc Etanol

Tách nước và glyxêrin

+

Trang 20

Hình 1- 4 Sơ đồ sản xuất nhiên liệu dầu thực vật 1.2.5 Thống kê sản lượng và qui hoạch phát triển các loại dầu thực vật

ở Việt Nam 1.2.5.1 Qui hoạch phát triển nguồn nguyên liệu ở Việt Nam

Các cây có dầu chủ yếu ở nước ta có thể lựa chọn là: đậu tương, lạc, vừng, dừa, sở, trẩu, bông và cám gạo Riêng cây hướng dương cần trồng thử nghiệm đại trà mới có cơ sở để lập kế hoạch

Bảng 1- 4 Quy hoạch phát triển nguồn nguyên liệu đến năm 2010

LOẠI CÂY CÓ DẦU

Diện tích gieo trồng

Trang 21

- Vốn đầu tư trồng lạc, vừng, đậu tương : 1.537,6 ¸ 2.652,6 tỷ đồng

- Vốn đầu tư trồng dừa : 394,0 ¸ 399,8 tỷ đồng

- Vốn đầu tư trồng sở, trẩu : 680,8 tỷ đồng

Tổng cộng : 2.612,4 ¸ 3.733,2 tỷ đồng 1.2.5.3 Qui hoạch phát triển công nghiệp chế biến dầu thực vật

1 Qui hoạch khâu tinh luyện dầu

Để phù hợp với mục tiêu phát triển ngành đã đề ra, dự kiến cân đối phát triển công suất tinh luyện dầu và nhu cầu dầu thực vật đến năm 2010:

Bảng 1-5 Qui hoạch khâu tinh luyện dầu

663.000 783.000

2 Qui hoạch khâu ép và trích ly

Theo tính toán đến năm 2005, nguồn nguyên liệu trong nước mới đáp ứng được từ 14,3¸15% nhu cầu của ngành, năm 2010 có thể đáp ứng được từ 18,3¸32,6% nhu cầu Để các vùng nguyên liệu có điều kiện phát triển, các nhà máy ép, trích ly dầu thô cần đi trước một bước Giai đoạn đầu có thể sử dụng nguyên liệu nhập sau đó từng bước thay thế bằng nguyên liệu trong nước

Bảng 1- 6 Qui hoạch công suất ép và trích ly dầu thô

Năm Công suất trích ly

Trang 22

2010 660.000 ¸ 900.000 273.100 ¸ 406.000 933.100 ¸1.306.000

Bảng 1-7 Nhu cầu vốn đầu tư chế biến Dầu thực vật đến năm 2010

Khâu ép và trích ly:

-Đầu tư cải tạo, mở rộng

Tổng hợp nhu cầu vốn đầu tư toàn ngành đến năm 2010:

- Vốn đầu tư phát triển nguồn nguyên liệu : 2.612,4 ¸3.733,2 tỷ đồng

- Vốn đầu tư cho công nghiệp chế biến : 1.014,0 ¸ 1.252,0 tỷ đồng

Tổng cộng : 3.626,4 ¸ 4.985,2 tỷ đồng

1.2.6 Một số tính chất và chỉ số quan trọng của dầu mỡ có nguồn gốc từ động, thực vật

1.2.6.1 Tính chất lý học

Dầu mỡ thường nhẹ hơn nước, tỷ trọng vào khoảng 0,91 ~ 0,976, mức độ không no của dầu mỡ càng lớn thì tỷ trọng càng lớn, các loại dầu mỡ đều có tính nhớt, nhiệt độ càng cao độ nhớt càng giảm

Trang 23

Thông thường dầu mỡ không tan trong nước, nhưng tan trong nhiều dung môi hữu cơ như: este, benzen, etxăng,…

Điểm nóng chảy của các dầu mỡ thiên nhiên thể hiện không rõ ràng, cho nên khó xác định, thường người ta tiến hành xác định điểm đông đặc của hỗn hợp axit béo tách ra rừ dầu mỡ, điểm đông đặc càng cao chứng tỏ có nhiều các axit béo no và ngược lại

Trang 24

1.2.6.2 Tính chất hoá học

1 Tác dụng xà phòng hoá

Trong những điều kiện thích hợp dầu mỡ có thể thuỷ phân (nhiệt độ, áp suất, xúc tác) Phản ứng có thể biểu thị tổng quát như sau:

C3H5 (OCOR)3 + 3 H2O « 3RCOOH + C3H5(OH)3 (1) Phản ứng qua các quá trình trung gian tạo thành các diglyxêrit và mônôglyxêrit

Nếu trong quá trình thuỷ phân có mặt các kiềm hydroxyt (KOH, NaOH) thì sau khi xẩy ra quá trình thuỷ phân, axit béo sẽ tác dụng với kiềm tạo thành muối kiềm của axít béo tức là xà phòng

3RCOOH + 3NaOH ® 3RCOONa + 3H2O (2) Từ hai phương trình phản ứng trên có thể viết tổng quát:

C3H5(OCOR)3 + 3NaOH ® 3RCOONa + C3H5(OH )3Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxêrin từ dầu mỡ

2 Tác dụng cộng hợp

Trong điều kiện thích hợp, các axit béo không no có trong các loại dầu mỡ có thể thực hiện phản ứng cộng hợp với một số hợp chất khác

Một trong những phản ứng quan trọng nhất là phản ứng hyđro hoá, phản ứng tiến hành trong điều kiện nhiệt độ, áp suất và có mặt xúc tác Nikel Quá trình có thể biểu thị sơ lược như sau:

– C – C = C – C – + H 2 to , p – C – C – C – C –

Ni

Trang 25

Phản ứng này có ý nghĩa thực tiến rất quan trọng, vì người ta có thể chuyển các dầu mỡ ở thể lỏng thành dầu mỡ thể rắn thay thế mỡ động vật trong nhiều lĩnh vực sử dụng

Trong những điều kiện thích hợp dầu mỡ có chứa các axit béo không no có thể cộng hợp với các halôgen Người ta ứng dụng một số phản ứng cộng hợp halôgen vào phân tích kiểm nghiệm dầu mỡ Dầu có thể bị axit sunfuric đậm đặc tiến hành sulfô hoá tạo thành các sản phẩm có tính tan trong nước

3 Tác dụng este hoá trao đổi (rượu phân)

Các triglyxerit trong điều kiện có mặt của các xúc tác axit vô cơ như (H2SO4, HCl) có thể tiến hành este hoá trao đổi với các rượu bậc một (như rượu metylic, rượu etylic) tạo thành các este của các axit béo và rượu đơn chức

Ví dụ: este hoá trao đổi với rượu etylic

C3H5(OCOR)3 + 3 C2H5OH « C3H5(OH)3 + 3RCOOC2H5

4 Tác dụng oxy hoá

Những dầu mỡ có chứa nhiều các loại axit béo không no dễ bị oxy hoá Đa số trường hợp phản ứng xảy ra ở những nối đôi trong mạch cacbon Tuỳ thuộc vào bản chất của chất oxy hoá và điều kiện phản ứng mà tạo ra các sản phẩm oxy hoá không toàn (như tạo ra perôxyt, xêtôaxit,…) hoặc các sản phẩm đứt mạch có phân tử lượng bé Do đó trên thực tế các chất tạo thành của phản ứng là một hỗn hợp phức tạp

Dầu mỡ tiếp xúc với không khí cũng có thể xảy ra quá trình oxy hoá làm biến chất dầu mỡ

Cơ chế của quá trình oxy hoá

Quá trình oxy hoá là phản ứng chuỗi nên thường có ba thời kỳ sau:

Trang 26

R. – Gốc của axit béo no hoặc không no tự do hoặc gốc của axit béo trong

Tuy nhiên khi có oxy hoà tan thì tương tác giữa RH ban đầu với oxy sẽ xảy

ra một cách mạnh mẽ hơn Vì sự tạo thành gốc theo phản ứng lưỡng phân (2) đòi hỏi năng lượng chỉ cần là 47 kcal/mol:

RH + O2 ® R. + HOO. (2) Trường hợp khi nồng độ RH cao thì có thể xẩy ra phản ứng tam phân:

Trang 27

vận tốc phát triển của quá trình tự oxy hoá là phản ứng tương tác giữa gốc ROO.với phân tử lipit (phản ứng 5)

- Kết thúc

Phản ứng này chỉ chấm dứt khi hai gốc tự do hoá hợp với nhau

ROO. + R,OO. ® ROOR, + O2 (6)

5 Tác dụng ôi chua của dầu mỡ

Dầu mỡ trong quá trình bảo quản thường phát sinh những biến đổi làm ảnh hưởng đến mùi vị, màu sắc; mà người ta quen gọi là sự ôi chua của dầu mỡ Những nguyên nhân của quá trình này có thể là do ảnh hưởng của những tạp chất có trong dầu, nước, vi sinh vật, các men thuỷ phân, các muối kim loại nặng(nhất là sắt) hoặc do ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, ánh sáng, không khí,…

1.2.6.3 Các chỉ số hoá học quan trọng

Để biểu thị phần nào tính chất và cấu tạo từng loại dầu mỡ, người ta đưa ra một số chỉ số có tính chất đặc trưng của dầu mỡ

Những chỉ số này có thể sơ bộ giúp ta đánh giá phẩm chất cũng như giúp đỡ tính toán trong sản xuất được thuận lợi

· Chỉ số xà phòng hoá: Là số mg KOH cần thiết để trung hoà và xà

phòng hoá hoàn toàn 1g dầu mỡ

Chỉ số xà phòng hoá càng cao chứng tỏ trong dầu mỡ có chứa nhiều axit béo phân tử lượng thấp và ngược lại

· Chỉ số axit: Là số mg KOH cần thiết để trung hoà hết lượng axit béo

tự do có trong 1g dầu mỡ Chỉ số axit của dầu mỡ không cố định, dầu mỡ càng biến chất thì chỉ số axit càng cao

Trang 28

· Chỉ số este: Là số mg KOH cần thiết để xà phòng hoá hết lượng

glyxêrit có trong 1g dầu mỡ Chỉ số este càng cao thì lượng glyxêrin có trong dầu mỡ càng nhiều

1.2.7 Các thông số nhiệt động của một số loại dầu thực vật phổ biến

Để đảm bảo nhiên liệu dầu thực vật có thể sử dụng cho động cơ diesel ta cần khảo sát các thông số của dầu thực vật và xử lý dầu sao cho các thông số kỹ thuật của dầu thực vật trở nên tương đương với dầu diesel Các thông số nhiệt động chủ yếu cần khảo sát là: độ nhớt, tỷ trọng, số cetan, khả năng bay hơi

Do điều kiện của phòng thí nghiệm động cơ, các thiết bị, máy móc, dụng cụ chưa đủ để tiến hành khảo sát đầy đủ các thông số và em cũng đã đến phòng phân tích thuộc công ty VINA CONTROL tại Thành phố Hồ Chí Minh (là công

ty có chức năng phân tích, đo lường, kiểm định chất lượng các mẫu sản phẩm) nhưng cũng không đo được số cetan và khả năng bốc hơi của các loại dầu thực vật thô vì tại đó các thiết bị chỉ đo được các mẫu thử có nhiệt độ sôi dưới 300 oC, trong khi đó dầu thực vật có nhiệt độ sôi rất cao (khoảng trên 300 oC) vậy với điều kiện hiện có ta chỉ khảo sát được thông số độ nhớt Dưới đây mô tả quá trình thí nghiệm xác định độ nhớt tại phòng thí nghiệm động cơ

Mô tả quá trình thí nghiệm xác định độ nhớt tại phòng thí nghiệm động cơ

- Dụng cụ thí nghiệm:

+ Nhớt kế (Thí nghiệm chứa mẫu thử có ống tiêu chuẩn)

Mã hiệu: LABOR MUSZERIPARI MUVEK

Budapest – Hung ga ry + Nhiệt kế

+ Đồng hồ đo thời gian + Thiết bị gia nhiệt

Trang 29

- Các mẫu thử gồm:

+ Nước cất + Dầu Diesel + Dầu Dừa + Dầu Nành + Dầu Phộng Dầu Dừa, dầu Nành, dầu Phộng đây là các loại dầu được sản xuất từ các loại cây dừa, cây đậu tương, cây lạc Là các loại cây trồng phổ biến nhất ở Việt Nam và theo bảng 1-4 đây cũng là các loại cây trồng được qui hoạch với diện tích gieo trồng, khối lượng để chế biến dầu lớn nhất trong số các nguồn nguyên liệu thực vật đến 2010

Hình 1-5 Dụng cụ đo độ nhớt

- Tiến hành thí nghiệm Cho nước cất chảy qua ống tiêu chuẩn của nhớt kế, ở nhiệt độ 20 oC đồng thời bấm đồng hồ đếm giây Khi chảy được 200

ml ta dừng đồng hồ đo ta biết được thời gian to

Và ta lần lượt đo từng mẫu thử, đo thời gian tt của 200 ml các loại mẫu thử trên khi chảy qua lỗ tiêu chuẩn của nhớt kế, ở các nhiệt độ khác nhau: 33 oC, 40

oC, 50 oC, 60 oC, 70 oC, 80 oC

Trang 30

Đo độ nhớt của dầu dừa khi pha 10%, 15%, 20% Etanol ở các nhiệt độ:

33 oC, 40 oC, 50 oC, 60 oC, 70 oC, 80 oC

Mỗi thông số cần đo, ta tiến hành làm thí nghiệm 3 lần để tăng tính chính xác

Tư øcông thức tính độ nhớt Engler ta có được các giá trị độ nhớt

1.2.7.1 Dầu dừa

Dầu dừa ép từ cùi dừa, có màu vàng nhạt, ở nhiệt độ thấp đông đặc như dầu mỡ, có mùi thơm đặc trưng của dừa

Thành phần axít béo

· Các axít béo không no (chủ yếu là ôlêic) dưới 10%

Bảng 1- 8 Thông số của dầu dừa

Trang 31

1.2.7.2 Dầu đậu nành

Dầu ép từ hạt đậu nành (còn gọi là đậu tương), có màu vàng đến vàng thẫm, có mùi đặc trưng của đậu nành

· Các axít béo không no (chủ yếu là linolic, linolenic, ôlêic) : 85 ¸ 90%

Một số thông số của dầu đậu nành được trình bày trong bảng 1-9

Bảng 1-9 Thông số của dầu đậu nành

Trang 32

1.2.7.3 Dầu lạc (dầu đậu phụng)

Dầu ép từ nhân lạc, màu vàng nhạt đến đỏ thẫm, có mùi thơm đặc trưng của lạc

· Các axít béo no (panmitic, stêaric, arasidic) : 13 ¸ 22%

81%

Một số thông số của dầu lạc được trình bày trong bảng 1-10

Bảng 1-10 Thông số của dầu lạc

Trang 33

1.2.8 Phân tích lựa chọn loại dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế

1.2.8.1 So sánh thông số các loại dầu thực vật phổ biến Bảng 1-11 So sánh thông số của 3 loại dầu thực vật

Tỷ trọng 15 °C 0,86 ¸ 0,90 0,92 0,93 ¸ 0,95 Độ nhớt [°E]

- ở 33 °C

- ở 80 °C

5,1 1,759

5,75 3,15

6,1 3,49

1.2.8.2 So sánh các thông số nhiệt động của dầu Diesel và dầu thực vật Bảng 1-12 Thông số của nhiên liệu Diesel – PETROLIMEX

2 Thành phần chưng cất, [°C]; max

3 Độ nhớt ở 20 oC, [oE] 1,2 ¸ 1,67 1,2 ¸ 1,67

4 Nhiệt độ chớp lửa cốc kín, [oC], min 60 60

9 Khối lượng riêng ở 20 oC, [g/cm3], max 0,87 0,87

10 Ăn mòn đồng (3h/ 50 oC), max N – 1 N - 1

Trang 34

Bảng 1-13 So sánh thông số dầu thực vật và dầu diesel

Tỷ trọng 15 °C 0,86 ¸ 0,90 0,92 0,93 ¸ 0,95 0,876 Độ nhớt [°E]

- ở 33 °C

- ở 80 °C

5,1 1,759

5,75 3,15

6,1 3,49

1,2 ¸ 1,76 (Theo TCVN)

1.2.8.3 Phân tích lựa chọn loại dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế

Dựa vào những yêu cầu của nhiên liệu đối với động cơ diesel, ta có thể so sánh một số thông số quan trọng như: Tính bay hơi, chỉ số cetan, tỷ trọng, độ nhớt, … của các loại dầu thực vật phổ biến để chọn làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel đảm bảo đem lại tính năng kỹ thuật và hiệu quả kinh tế cao Với điều kiện thí nghiệm hiện có ở nước ta, việc xác định trị số cetan và tính bay hơi chưa thực hiện được, do dầu thực vật có nhiệt độ sôi rất cao khoảng trên 300°C, nên có thể định tính về tính bay hơi và trị số cetan của dầu thực vật là rất kém so với diesel Với lý do trên ta chưa thể dựa vào tính bay hơi hay trị số cetan để lựa chọn nhiên liệu thay thế Vậy, trước mắt ta có thể lựa chọn nhiên liệu thay thế thông qua thông số độ nhớt, tỷ trọng của các loại dầu đã đo được vì độ nhớt đặc trưng cho mức độ đặc, loãng của nhiên liệu Độ nhớt là đại lượng dễ xác định và nó trực tiếp ảnh hưởng đến:

- Tính lưu động của nhiên liệu, khả năng bơm chuyển của nhiên liệu trong động cơ

- Khả năng bay hơi của nhiên liệu

- Quá trình lọc dầu ở két lắng và bầu lọc

Trang 35

Với những đặc điểm đó, ta có thể căn cứ vào độ nhớt để đánh giá, phân loại nhiên liệu với độ chính xác nhất định, nhất là trong điều kiện không có đủ

tư liệu cần thiết về nhiên liệu

Còn về tỷ trọng, tuy tỷ trọng của nhiên liệu không phải là chỉ tiêu đánh giá chất lượng của nhiên liệu nhưng sự khác nhau về tỷ trọng là do các thành phần của chúng khác nhau Nếu trong nhiên liệu hàm lượng oxy, lưu huỳnh, hàm lượng cacbua thơm, keo, nhựa nhiều thì tỷ trọng sẽ lớn Tỷ trọng của nhiên liệu sẽ nhỏ khi nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của nhiên liệu giảm Do đó qua tỷ trọng ta có thể:

- Đánh giá sơ bộ chất lượng của nhiên liệu

- Đánh giá một cách tương đối nhiệt trị thấp

- Đánh giá sự thay đổi chất lượng trong quá trình dự trữ, khai thác

Ngoài ra ta cũng có thể đánh giá sơ bộ chất lượng nhiên liệu dựa vào màu sắc vì màu sắc là tính chất được dùng để đánh giá một cách định tính trực quan chất lượng của nhiên liệu Nếu nhiên liệu có trọng lượng riêng càng lớn thì màu sắc của nó càng sẫm do vậy ta có thể xác định lựa chọn dầu thực vật bằng cách

so sánh màu sắc giữa nhiên liệu diesel đang sử dụng với các dầu thực vật khảo sát

Qua bảng số liệu của 3 loại dầu thực vật (bảng 1-11) Ta thấy, dầu dừa là có độ nhớt và tỷ trọng nhỏ nhất, hơn nữa giá thành của dầu dừa vừa phải nên ta

chọn dầu dừa làm nhiên liệu thay thế

Bảng 1-14 So sánh thông số giữa dầu Dừa và dầu Diesel

Độ nhớt [°E]

-ở 33 °C -ở 80 oC

1,2 ¸ 1,67

1,739

Trang 36

Tỷ trọng 0,876 (Ở 15°C) 0,86 ¸ 0,9 (Ở 15°C)

Trang 37

Chương 2 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT DÙNG DẦU THỰC VẬT LÀM NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ

2.1 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ DẦU THỰC VẬT LÀM NHIÊN LIỆU THAY THẾ

Khi sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel, do dầu dừa có độ nhớt cao, khả năng tự bốc cháy kém,… vì vậy cần có các giải pháp chế biến dầu dừa sao cho đảm bảo yêu cầu với nhiên liệu dùng cho động cơ diesel, dưới đây là các giải pháp xử lý dầu dừa làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel

2.1.1 Giải pháp cơ lý 2.1.1.1 Sấy nóng nhiên liệu

Với các thông số có được của dầu thực vật, mà cụ thể là dầu dừa ta đã lựa chọn làm nhiên liệu thay thế Ta thấy, độ nhớt ở nhiệt độ thường của dầu dừa cao hơn nhiều so với dầu diesel, hơn nữa dầu dừa gần như không bay hơi ở nhiệt độ thường Hai yếu tố trên đều ảnh hưởng tới chất lượng quá trình phun nhiên liệu và quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ diesel vì:

Độ nhớt quá cao làm cho các tia nhiên liệu khó phân tán thành các hạt nhỏ và có thể bám trên thành xylanh Độ nhớt lớn, động năng hạt lớn, tầm phun xa, những hạt sương cũng lớn Hạt sương càng lớn, thời gian bốc hơi càng cao

Độ nhớt quá thấp lại làm cho các tia nhiên liệu quá ngắn, không bao trùm hết không gian của buồng đốt Hơn nữa, độ nhớt của nhiên liệu diesel cũng không được quá nhỏ vì nhiên liệu còn được dùng để bôi trơn bơm cao áp và các lò xo trong vòi phun

Trang 38

33 40 50 60 70 80 0

5.1 4.84 3.49 1.89 2.76 1.759

T ( C)

E

o o

Cả hai trường hợp trên đều dẫn đến chất lượng quá trình tạo hỗn hợp cháy không cao, lượng nhiên liệu cháy rớt và cháy không hoàn toàn tăng, làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu, nhiệt độ khí xả tăng

Ở đây, đối với dầu dừa thì độ nhớt quá cao, cần giảm giá trị độ nhớt của dầu dừa về tương đương với giá trị độ nhớt của dầu diesel theo tiêu chuẩn kỹ thuật của nhiên liệu diesel

Một trong những phương pháp giải quyết vấn đề trên là tăng nhiệt độ của dầu dừa trước khi được bơm cao áp đưa đến vòi phun Vì khi tăng nhiệt độ sẽ làm cho độ nhớt giảm, tăng nhiệt độ cũng có ảnh hưởng tới tính bốc hơi của nhiên liệu Nhiệt độ càng cao, áp suất môi trường càng nhỏ tốc độ bốc hơi càng nhanh

Dưới đây là kết quả thí nghiệm xác định độ nhớt của dầu dừa ở các nhiệt độ khác nhau Hình 2-1

Hình 2-1 Đồ thị biểu diễn độ nhớt của dầu dừa phụ thuộc vào nhiệt độ

Việc sấy nóng nhiên liệu dầu dừa có thể dùng nước làm mát, tận dụng nhiệt của khí xả hay có thể thiết kế một bộ sấy điện

Trang 39

Trong phạm vi đề tài Nghiên cứu trên động cơ D12 sử dụng phương án tận dụng nhiệt của nước làm mát để sấy nóng dầu thưc vật Phương án này có ưu điểm là; đơn giản, dễ sử dụng và điều chỉnh phù hợp với điều kiện thí nghiệm

2.1.1.2 Tách glyxêrin ra khỏi dầu dừa

Glyxêrin có công thức C3H5(OH)3 là chất lỏng dạng sirô không màu, có vị ngọt Trộn lẫn với nước và rượu theo bất kỳ tỉ lệ nào, khối lượng riêng của glyxêrin ở 15 oC là 1,256 g/cm3, độ nhớt lớn Glyxêrin chiếm tỉ lệ khoảng 8 đến

12 % trong dầu dừa Nếu để lượng glyxêrin trong nhiên liệu thì sẽ làm cho độ nhớt của nhiên liệu lớn ảnh hưởng đến quá trình phun, giá thành của nhiên liệu cao Nên ta phải tách hàm lượng glyxêrin ra khỏi nhiên liệu, do glyxêrin tan tốt trong nước và rượu nên khi cho khoảng 10% etanol vào dầu dừa thì nó sẽ hình thành este mới giữa etanol và axit béo C2H5(COOR)3

Các phương pháp tách glyxêrin 1.Tách glyxêrin bằng phương pháp chiết

Glyxêrin tan vào nước tạo hỗn hợp chất lỏng có tỷ trọng lớn hơn este

C2H5(COOR)3 nên nó lặn phía dưới do vậy ta có thể chiết được hỗn hợp giữa glyxêrin và nước ra khỏi nhiên liệu làm cho độ nhớt giảm xuống Sau đó ta đun sôi hỗn hợp giữa nước và glyxêrin, khi sôi nên khoảng 100 oC thì nước bay hơi còn glyxêrin do có nhiệt độ sôi 290 oC nên chưa bay hơi ta thu được glyxêrin nguyên chất Glyxêrin nguyên chất được sử dụng làm thuốc nổ, mỹ phẩm, sản xuất nitro,…

Ưu, nhược điểm của phương pháp chiết glyxêrin:

Ưu điểm: Dễ thực hiện, có thể chiết được glyxêrin với số lượng lớn, yêu cầu trình độ kỹ thuật không cao, hiệu quả kinh tế cao

Nhược điểm: Không chiết được từng chất riêng biệt hoàn toàn