MỞ ĐẦUTrong công nghiệp cũng như trong dân dụng dầu nhờn là chất bôi trơn yếu trong các quá trình vận hành máy móc thiết bị, các động cơ. Với vai trò hết sức quan trọng như vậy, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu ở các nhà máy, xí nghiệp, cho quá trình vận hành các thiết bị, máy móc, công cụ. Cùng với sự phát triển của xã hội, các thiết bị máy móc ngày càng được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng hết sức đa dạng, ngày càng nhiều do đó nhu cầu vể dầu nhờn bôi trơn không ngừng tăng trong những năm qua. Theo thống kê, toàn thế giới hiện tại sử dụng mỗi năm gần 40 triệu tấn, trong đó trên 60% là dầu đông cơ. Khu vực sử dụng nhiều nhất là Châu Âu 34%, Châu Á 28%, Bắc Mỹ 25%, 13% còn lại là các khu vực khác. Các nước Châu Á Thái Bình Dương, hàng năm sử dụng gần 8 triệu tấn. Tăng trưởng hàng năm khoảng từ 5 8%. Nhật Bản đứng đầu 29,1%, tiếp theo Trung Quốc 26%, Ấn Độ 10%, Hàn Quốc 8%, Úc 5%, Thái Lan 4,6%, Indonesia 4,5%, Malaysia 1,8%, Việt Nam 1,5% (khoảng 120.000 tấn) . Ở Việt Nam toàn bộ lượng dầu nhờn này ta phải nhập từ nước ngoài dưới dạng thành phẩm hoặc ở dạng dầu gốc cùng với các loại phụ gia rồi tự pha chế.Cùng với phát triển của xã hội kéo theo sự bùng phát của phương tiện cá nhân. Ví dụ ở Hà Nội môi năm có khoảng 100 nghìn xe gắn máy được nhập khẩu. Đây chính là một thị trường rất lớn cho công nghiệp sản xuất dầu nhờn động cơ.Năm 2003, ở nước ta sẽ đi vào hoạt động nhà máy lọc dầu đầu tiên ở Dung Quất, ta có thể sử dụng phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển (còn gọi là mazut) làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất dầu nhờn gốc, từ đó không phải nhập từ nước ngoài các dạng dầu gốc, giảm được giá thành sản xuất và đặc biệt bảo vệ được môi trường cho nhà máy lọc dầu Dung Quất. NỘI DUNGI.ĐỊNH NGHĨA.1.Định nghĩa:Dầu nhờn là loại dầu dùng để bôi trơn cho các động cơ. Dầu nhờn là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia,1 hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được.La Rousse: là sản phẩm dùng để bôi trơn Technique: là sản phẩm cho phép hoạc làm dễ dàng cho sự chuyển động giữa hai chi tiết cơ khí.2.Phân loại:•Phân loại theo trạng thái của dầu bôi trơn
Trang 1MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp cũng như trong dân dụng dầu nhờn là chất bôi trơn yếutrong các quá trình vận hành máy móc thiết bị, các động cơ Với vai trò hết sức quantrọng như vậy, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu ởcác nhà máy, xí nghiệp, cho quá trình vận hành các thiết bị, máy móc, công cụ Cùngvới sự phát triển của xã hội, các thiết bị máy móc ngày càng được đưa vào ứng dụngtrong công nghiệp và dân dụng hết sức đa dạng, ngày càng nhiều do đó nhu cầu vểdầu nhờn bôi trơn không ngừng tăng trong những năm qua Theo thống kê, toàn thếgiới hiện tại sử dụng mỗi năm gần 40 triệu tấn, trong đó trên 60% là dầu đông cơ.Khu vực sử dụng nhiều nhất là Châu Âu 34%, Châu Á 28%, Bắc Mỹ 25%, 13% cònlại là các khu vực khác Các nước Châu Á- Thái Bình Dương, hàng năm sử dụng gần
8 triệu tấn Tăng trưởng hàng năm khoảng từ 5 - 8% Nhật Bản đứng đầu 29,1%, tiếptheo Trung Quốc 26%, Ấn Độ 10%, Hàn Quốc 8%, Úc 5%, Thái Lan 4,6%,Indonesia 4,5%, Malaysia 1,8%, Việt Nam 1,5% (khoảng 120.000 tấn)
Ở Việt Nam toàn bộ lượng dầu nhờn này ta phải nhập từ nước ngoài dưới dạng thànhphẩm hoặc ở dạng dầu gốc cùng với các loại phụ gia rồi tự pha chế
Cùng với phát triển của xã hội kéo theo sự bùng phát của phương tiện cá nhân Ví
dụ ở Hà Nội môi năm có khoảng 100 nghìn xe gắn máy được nhập khẩu Đây chính
là một thị trường rất lớn cho công nghiệp sản xuất dầu nhờn động cơ
Năm 2003, ở nước ta sẽ đi vào hoạt động nhà máy lọc dầu đầu tiên ở Dung Quất,
ta có thể sử dụng phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển (còn gọi là mazut) làmnguyên liệu cho quá trình sản xuất dầu nhờn gốc, từ đó không phải nhập từ nướcngoài các dạng dầu gốc, giảm được giá thành sản xuất và đặc biệt bảo vệ được môitrường cho nhà máy lọc dầu Dung Quất
Trang 2NỘI DUNGI.ĐỊNH NGHĨA.
1 Định nghĩa:
Dầu nhờn là loại dầu dùng để bôi trơn cho các động cơ Dầu nhờn là hỗn hợp baogồm dầu gốc và phụ gia,[1] hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm Phụgia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tínhchất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được
La Rousse: là sản phẩm dùng để bôi trơn
Technique: là sản phẩm cho phép hoạc làm dễ dàng cho sự chuyển động giữa haichi tiết cơ khí
Phân loại theo mục đích sử dụng: có 3 loại chính
-Dầu cho động cơ
-Dầu truyền động (bo te de vitesse …)
-Dầu công nghiệp
II.THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN.
Dầu nhờn để bôi trơn cho các động cơ hoạt động vận hành trong thực tế đó là hỗnhợp bao gồm dầu gốc và phụ gia, hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm.Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được nhữngtính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được
Trang 31 Dầu gốc
Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quátrình xử lý vật lý và hóa học Dầu gốc thông thường gồm có ba loại là: dầu thực vật,dầu khoáng và dầu tổng hợp
Trước đây, thông thường người ta dùng phân đoạn cặn mazut là nguyên liệuchính để sản xuất dầu nhờn gốc Nhưng về sau này khi ngành công nghiệp nặng vàchế tạo máy móc phát triển, đòi hỏi lượng dầu nhờn ngày càng cao và chủng loạingày càng phong phú cũng như tiêu chuẩn về chất lượng ngày càng cao, nên người ta
đã nghiên cứu tận dụng phần cặn của quá trình chưng cất chân không có tên gọi làcặn gudron làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc có độ nhớt cao Tóm lạinguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn gốc là cặn mazut và gudron
1.2.1 Cặn mazut
Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn350°C Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờngốc Để sản xuất dầu nhờn gốc người ta đem mazut chưng cất chân không thu đượcphân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau:
Phân đoạn dầu nhờn nhẹ ( LVGO: Light Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ sôi từ300°C - 350°C
Phân đoạn dầu nhờn trung bình ( MVGO: Medium Vacuum Gas Oil ) có nhiệt
độ từ 350°C - 420°C
Trang 4 Phân đoạn dầu nhờn nặng ( HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ từ420°C - 500°C.
Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocacbon có sốcacbon từ C21-40, những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tửlớn ( 1000 – 10000), cấu trúc phức tạp, bao gồm:
1.2.2 Cặn gudron
Cặn gudron là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độsôi trên 500°C Trong phần này tập trung các cấu tử có số nguyên tử cacbon từ C41trở lên, thậm chí có cả C80, có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp Do đóngười ta không chia thành phần của phân đoạn này theo từng hợp chất riêng biệt màngười ta phân làm ba nhóm như sau:
1.2.3 Nhóm chất dầu
Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiềucác hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữahydrocacbon thơm và napten, đây là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1.Nhóm chất này hòa tan được các dung môi nhẹ như paraffin và xăng, nhưng người takhông thể tách nó bằng các chất như silicagen hay là than hoạt tính vì đây là những
Trang 5hợp chất không có cực Trong phân đoạn cặn gudron, nhóm dầu chiếm khoảng 45 –46%.
1.2.4 Nhóm chất nhựa
Nhóm nhựa hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu nhưng nó là hợpchất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như than hoạt tính hay silicagen Nhómchất nhựa gồm hai thành phần là các chất trung tính và axit Các chất trung tính cómàu nâu hoặc đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100°C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dànghòa tan trong xăng, naphta Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kếtdính Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng
10 – 15% khối lượng cặn gudron Các chất axit là chất có nhóm-COOH, màu nâusẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong clorofom và rượu etylic, chất axit tạocho nhựa có tính hoạt động bề mặt, chiếm 1% trong cặn dầu mỏ
1.2.5 Nhóm asphanten
Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1,chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong cacbon disunfua(CS2), nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300°Ckhông bị nóng chảy mà bị cháy thành tro
Trong quá trình thì nhóm dầu, nhựa, asphanten tồn tại ở trạng thái hệ keo, trong
đó nhóm nhựa tan trong dầu tạo thành một dung dịch thật sự, người ta gọi là môitrường phân tán Asphanten không tan trong nhóm dầu nên tồn tại ở trạng thái phaphân tán Ngoài ba nhóm chất trên, trong cặn godron còn tồn tại các hợp chất cơ kimcủa kim loại nặng, các hợp chất cacbon, cacboit, các hợp chất này không tan trongcác dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridine
1.3 Dầu nhờn tổng hợp
Dầu nhờn sản xuất từ dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế do nó có những ưu điểm như:công nghệ sản xuất dầu đơn giản, giá thành rẻ Nhưng ngày nay, để đáp ứng yêu cầucao của dầu nhờn bôi trơn, người ta bắt đầu quan tâm đến dầu tổng hợp nhiều hơn.Dầu tổng hợp là dầu được tạo ra bằng các phản ứng hóa học từ những hợp chất ban
Trang 6đầu, do đó nó có những tính chất được định ra trước Nó có thể có những tính chất tốtnhất của dầu khoáng, bên cạnh nó còn có các tính chất khác đặc trưng như là: khôngcháy, không hòa tan lẫn trong nước.
Ưu điểm của dầu tổng hợp là có khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ -55°C đến320°C, có độ bền nhiệt lớn, có nhiệt độ đông đặc thấp, chỉ số độ nhớt cao… Chínhnhững ưu điểm này mà dầu tổng hợp ngày càng được sử dụng nhiều, nhất là trong
Phương pháp 1: dựa vào một số tính chất đặc thù để phân loại như: độ nhớt,khối lượng riêng
Phương pháp 2: dựa vào bản chất của chúng
Theo phương pháp 2 người ta chia dầu tổng hợp thành những loại chính sau:hydrocacbon tổng hợp, este hữu cơ, poly glycol, và este photphat Bốn hợp chấtchính này chiếm trên 40% lượng dầu tổng hợp tiêu thụ trên thực tế
2 Phụ gia cho dầu nhờn
Dầu nhờn thương phẩm để sử dụng cho mục đích bôi trơn là hỗn hợp của dầugốc và phụ gia Do đó, chất lượng của dầu bôi trơn ngoài sự phụ thuộc rất nhiều vàodầu gốc, nó còn phụ thuộc vào phụ gia
Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, vô cơ, thậm chí là những nguyên tố hóa họcđược thêm vào chất bôi trơn, nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mongmuốn Thông thường, hàm lượng phụ gia đưa vào là 0,01 – 5%, trong một số trườnghợp phụ gia được dùng từ vài phần triệu cho đến vài phần trăm Do là những hợpchất hoạt động, vì vậy khi tồn tại trong dầu phụ gia có thể tác dụng với nhau và làmmất chức năng của dầu nhờn Ngược lại, chúng cũng có thể tác động tương hỗ vớinhau tạo ra một tính chất mới có lợi cho dầu nhờn, do đó việc phối trộn các phụ giacần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng để loại trừ những hiệu ứng đối kháng và nângcao tính tác động tương hỗ Sự tác động tương hỗ giữa phụ gia và dầu gốc cũng làmột yếu tố cần được quan tâm khi sản xuất dầu nhờn
Trang 7Ngày nay, để đạt được các tính năng bôi trơn thì dầu có chứa nhiều phụ gia khácnhau Chúng có thể được pha riêng lẻ vào dầu nhờn hoặc phối trộn lại với nhau đểtạo thành một phụ gia đóng gói rồi mới đưa vào dầu nhờn.
Yêu cầu chung của một loại phụ gia:
Dễ hòa tan trong dầu
Không hoặc ít hòa tan trong nước
Không ảnh hưởng đến tốc độ nhũ hóa của dầu
Không bị phân hủy bởi nước và kim loại
Không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc của hệ thống dầu nhờn
Không làm tăng tính hút ẩm của dầu nhờn
Hoạt tính có thể kiểm tra được
Không độc, rẻ tiền, dễ kiếm
III.TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM DẦU NHỜN
Độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ Khi ở nhiệt độ cao, độ nhớt giảm vàngược lại Dầu có độ nhớt thấp dễ di chuyển hơn so với dầu có độ nhớt cao Ngoài ra,
do trọng lượng của các phân tử cấu thành nên dầu nhờn có liên quan trực tiếp đến độnhớt của nó nên người ta thường gọi thành dầu nặng hay dầu nhẹ Dầu nhẹ dùng đểchỉ loại có độ nhớt thấp, dầu nặng chỉ dầu có độ nhớt cao
Trên thực tế, dầu nhẹ dễ bơm và luân chuyển qua động cơ nhanh hơn Ngượclại, dầu nặng thường có độ nhớt cao, di chuyển chậm hơn nên có áp suất cao hơnnhưng lưu lượng dầu qua bơm lại thấp hơn
Trang 8+ Khả năng lưu thông kém.
• Nếu dầu có độ nhớt nhỏ:
+ Dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt bôi trơn
+ Khả năng bám dính kém
+ Mất mát dầu bôi trơn
Độ nhớt là đại lượng kiểm tra sự thay đổi dầu trong quá trình sử dụng, độ nhớt có thểbiểu diễn dưới 3 dạng:
Trang 9IV.CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
1 Chỉ số độ nhớt (Viscosity Index – VI):
Là sự thay đổi độ nhớt của dầu nhờn trong khoản nhiệt độ cho trước Dầunhờn có độ nhớt biến đổi lớn theo nhiệt độ VI thấp Dầu nhờn có độ nhớt biến đổinhỏ theo nhiệt độ VI cao Trong đồ thị ASTM: độ dốc của đường thẳng biểu thị
độ nhớt so với nhiệt độ chỉ ra tính chất của VI: Dốc nhiều (cao): VI thấp Dốc ít(thấp): VI cao
2 NHIỆT ĐỘ CHỚP CHÁY/ĐIỂM CHỚP CHÁY CLEVELAND (cốc hở)
a Định nghĩa nhiệt độ chớp cháy (NĐCC), điểm chớp cháy (ĐCC):
NĐCC là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển (101, 3 KPa), mẫu dầu nhớtđược nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa Mẫu sẽ chớp cháy khi có ngọn lửa và lantruyền tức thì ra khắp bề mặt của mẫu dầu
Như vậy: Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó lượng hơi thoát ra từ bề mặt củamẫu dầu nhờn sẽ bốc cháy khi có ngọn lửa đưa vào
Và: Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi thoát ra từ mẫu dầu nhờn vần tiếp tục cháy đượctrong 5 giây gọi là điểm bắt lửa
Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn:
Dầu nhờn có độ nhớt thấp thì điểm chớp cháy và điểm bắt lửa thấp Ngược lại, dầu nhờn có độ nhớt cao điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cao Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cũng phụ thuộc vào loại dầu gốc:
Dầu gốc loại Napthenic có điểm chớp cháy và điểm bắt lửa nhỏ hơn dầu gốcParaffinic khi có cùng độ nhớt
Nói chung, đối với các hợp chất tương tự nhau thì điểm chớp cháy và điểm bắtlửa tăng khi trọng lượng phân tử tăng
Ví dụ: dầu nhờn, dầu FO, DO, dung môi…
b Phương pháp xác định nhiệt độ chớp cháy có 02 phương pháp:
Trang 10Phương pháp cốc hở Cleveland (COC + Cleveland Open Cup).
Phương pháp cốc kín Pensky – Marsten (PMCC – Pensky Martens Closed Cup)Như: Sự trộn lẫn dầu DO của động cơ Diesel vào dầu nhờn làm điểm chớp cháygiảm và độ nhớt cũng giảm
Hoặc đối với những loại nhớt tổng hợp dùng cho động cơ 02 thì để xác định chínhxác điểm chớp cháy không thể dùng điểm chớp cháy Cleveland, cũng như dầu thắng(HBF3/4) mà phải dùng phương pháp PMCC Vì PMCC có điểm chớp cháy thấp hơnCOC do nó có tính an toàn cao hơn
• Phương pháp làm thí nghiệm xác định điểm chớp cháy:
Ngọn lửa thử: D = 5/32 ” (4mm)
Khuấy đều mẫu
Nhiệt độ tăng lên từ 50C – 60C/phút (90F – 110F)
Và cứ nhiệt độ tăng lên 10 C (20F) thì ta đưa ngọn lửa vào cho đến khi đạt 1040C(2200F) Khi trên 1040C thì ta đưa ngọn lửa thử vào khi nhiệt độ tăng 2,70C (50F).Đến khi ngọn lửa phựt cháy trên bề mặt bốc hơi của mẫu thì nhiệt độ tại đó gọi lànhiệt độ chớp cháy (điểm chớp cháy) và nếu sự phựt cháy kéo dài trong 5 giây thìnhiệt độ tại đó gọi là điểm bắt lửa
3 TRỊ SỐ KIỀM TỔNG TBN (ASTM D 2896) (Đồ thị tương quan giữa TBN &
3 TRỊ SỐ AXÍT TỔNG (TAN).
Trang 114 Định nghĩa:Là lượng kiềm KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết tất cả các hợp chất mang tính axit có trong 1g mẫu dầu nhờn.
Thường thấy ở dầu cách điện (Isovoltine KA 7-4, Isovoltine II)
Dầu máy nén khí lạnh (Lunaria K, Lunaria KT)
• Đối với dầu máy nén khí lạnh:
- Những yếu tố quan trọng:
+ Tính chất ổn định hoá học và nhiệt (dầu vừa chịu nhiệt độ cao và thấp)
+ Tính cách điện (đối với máy kính: cuộn dây nằm trong lốc máy)
+ Độ nhớt: tạo màng dầu tốt ở nhiệt độ cao và loãng để hồi dầu hoàn toàn khi nhiệt
+ Khả năng cách điện kém, hư cuộn dây và lốc máy
• Đối với dầu turbin: (ASTM D 664: chuẩn độ điện thế)
* Acid hữu cơ, dầu bị đặc lại (tăng độ nhớt)
* Sự oxy hoá tăng sản phẩm oxy hoá không tan tạo thành keo
* Giảm tính khử nhủ, khả năng giải phóng bọt khí kém hư hỏng thiết bị
Trang 12Ngược lại đối với dầu biến thế, dầu turbin, dầu máy nén khí lạnh thì trị số TAN làquan trọng dễ ảnh hưởng đến tính chất và khả năng sử dụng của dầu Do đó để xácđịnh hàm lượng TAN (đối với dầu mới lẫn dầu cũ) có nằm trong phạm vi cho phépkhông, thì người ta dùng kiềm KOH để trung hoà lượng axit có trong mẫu dầu, lượngKOH tiêu hao này cho đến khi mẫu đến đích trạng thái trung hòa chính là lượng axit
có trong dầu
Dầu động cơ diesel: không có hoặc <0.1% wt (vết/trace) (ASTM D 95)
Dầu biến thế: không có hoặc < 30 ppm (max)
Dầu thủy lực: không có hoặc <0.1% wt trong quá trình sử dụng nếu > 0.2% wt thìphải thay vì sẽ ăn mòn hệ thống thủy lực và thủy phân các hợp chất phụ gia.Dầu hộp số: hàm lượng nước < 0.2 % wt Trong quá trình sử dụng nếu > 0.5% wt thìphải thay
+ Dầu turbin: không có hoặc < 0.1% wt
+ Dầu nén khí lạnh: < 50 ppm
+ Dầu nén khí: không có hoặc < 0.1 % wt
5 ĂN MÒN LƯU HUỲNH (Sulphure Corrosive – Ăn mòn bởi surphure)
Lưu huỳnh có sẳn trong dầu gốc hay phụ gia Nó có thể ở dạng hoạt động hoặc trơkhi kết hợp với các chất khác
Lưu huỳnh hoạt động là loại tác dụng được với kim loại đồng ở nhiệt độ cao vàhậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn đồng Chính từ lý do đó cho