Đồ án Tái sinh dầu nhờn động cơ xăng thành dầu nhờn gốc

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

Mở đầu

Chúng ta biết rằng: với bất kỳ một cơ thể sống nào muốn sống

và hoạt động đợc thì nhất thiết phải có nguồn thức ăn để nuôi cơ thể

Đối với các trang thiết bị máy móc, động cơ cũng vậy, dầu nhờn chính

là nguồn "thức ăn" không thể thiếu và rất cần thiết cho chúng và chomột nền công nghiệp hóa hiện đại hóa trên toàn thế giới Và từ thuở

xa xa, các bậc thiên tài đã nghiên cứu và đúc kết nghiên cứu của mìnhmột cách ngắn gọn, song rất hàm xúc dới dạng ca dao tục ngữ lutruyền cho đến ngày nay, đó là:

" Không bôi trơn thì không đi đợc"

Với câu nói trên, chúng ta đã nhận ra đợc vai trò và tầm quantrọng không thể thiếu của dầu nhờn trong quá trình hoạt động của cácloại máy móc thiết bị và động cơ cũng nh ý nghĩa và mục đích sửdụng dầu nhờn Hơn thế nữa, ngày nay chúng ta đang sống trong thời

đại của khoa học và công nghệ, với nền công nghiệp hiện đại ngàycàng phát triển và xâm nhập vào mọi hang cùng ngỏ hẻm trên toànthế giới cũng nh xu hớng quốc tế hóa đời sống kinh tế diễn ra mạnh

mẽ trên toàn cầu thì dầu nhờn đòi hỏi cần phải đợc nghiên cứu nhiềuhơn để cho ra nhiều chủng loại dầu nhờn khác nhau với số lợng vàchất lợng ngày càng đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng hiện nay

Theo thông kê năm 1997 [13], toàn thế giới sử dụng mỗi nămgần 40 triệu tấn dầu nhờn, trong đó có 60% là dầu nhờn động cơ Khu

vực sử dụng nhiều dầu nhờn nhất là Châu Âu 34%, Châu á 28%, Bắc

Mỹ 25%, còn các khu vực khác chiếm 13% Với các nớc khu vực Châu

á - Thái Bình Dơng, hằng năm, sử dụng 8 triệu tấn Tăng trởng hằngnăm là từ 5 - 6% Đứng đầu là Nhật Bản với 29.1%, tiếp theo sau là

Trung Quốc 26%, ấn Độ 10%, Hàn Quốc 8%, úc 5%, Thái Lan 4.6%,

Inđonesia 4.5%, Malaysia 1.8% và Việt Nam chúng ta khoảng 1.5%

Cụ thể, hàng năm thị trờng Việt Nam tình hình tiêu thụ khoảng110.000 - 120.000 tấn dầu nhớt các loại Nhu cầu tiêu thụ của Việt Namtrong những năm qua cụ thể nh sau [13-trang 176, 15 - trang 117]:

Bảng 1: Nhu cầu dầu nhờn Việt Nam (ngàn tấn)

Năm Mức tiêu thụ (tấn)1992

199319941995200020052010

54.00065.00072.00085.000141.000207.000 (dự báo)316.000 (dự báo)

Nh vậy, với một nớc đang phát triển nh nớc ta thì với số liệu vừanêu trên thì không phải là một con số khiêm tốn Và toàn bộ lợng dầu

đã sử dụng này là do nớc ta nhập từ nớc ngoài dới dạng dầu nhờn gốc

và phụ gia về tự pha chế hoặc dầu nhờn thành phẩm Và hầu nh làtoàn bộ lợng dầu nhờn sau khi sử dụng thì lại bị thải trực tiếp ra ngoàimôi trờng Đây quả thật là một sự lãng phí rất lớn về mặt kinh tế, bởivì, dầu nhờn thải hoàn toàn có thể là một nguồn nguyên tốt cho việctái sử dụng lại Hơn thế nữa, việc thải dầu nhờn trực tiếp ra ngoài môitrờng lại gây nên sự ô nhiễm môi trờng rất lớn, trong khi hiện naychiến lợt "bảo vệ môi trờng" và khẩu hiệu "trái đất là đại gia đình" lànhiệm vụ vô cùng quan trọng và bức xúc của toàn nhân loại, bởi lẽ nó

là những việc làm để bảo tồn và phát triển bền vững “cái nôi của con

ngời"

Đứng trớc hai vấn đề nh vậy thì việc tái sinh dầu nhờn nhấtthiết là cần phải đợc nghiên cứu sao cho phù hợp với tình hình cụ thểcủa nớc ta và đợc áp dụng nhanh chóng vào trong thực tế để khôngnhững tiết kiệm đợc đáng kể nguồn nguyên liệu, tiết kiệm kinh tế màcòn gốp phần giải quyết nạn ô nhiễm môi trờng, một vấn đề bức xúccủa thế kỷ 21

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phơng pháp và công nghệ táisinh dầu nhờn khác nhau dựa trên các thiết bị phức tạp nh : xử lý bằnghóa chất, chng cất chân không, trích ly và hydro hóa làm sạch Tất cảnhững phơng pháp tái sinh dầu nhờn hiện đại đều cho ra dầu nhờnhoàn toàn có thể thay thế dầu nhờn gốc ban đầu Tuy nhiên nó đòi hỏiphải có chi phí xây dựng dây chuyền tái sinh lớn, kỹ thuật cao và côngnghệ phức tạp

Từ trớc đến nay, việc tái sinh dầu nhờn ở Việt Nam vẫn đơcthực hiện bằng các phơng pháp đơn giản và cũng cha có một quy mô

hoàn chỉnh cho việc tái sinh dầu nhờn Đứng trớc tình hình đó, với đềtài tốt nghiệp này em tiến hành nghiên cứu phơng pháp tái sinh dầunhờn thải với công nghệ đơn giản, rẻ tiền và gốp phần hạn chế ônhiễm môi trờng do dầu nhờn thải gây ra đồng thời đem lại hiệu quảkinh tế cao phù hợp với tình hình đất nớc ta hiện nay.

Phần I Tổng quan lý thuyết về dầu nhờn Chơng I : Giới Thiệu Chung Về Dầu Nhờn

Khi con ngời lần đầu tiên chế tạo ra những chiếc xe có bánh và xe cổ

kéo thì chất bôi trơn cũng đợc tìm ra và sử dụng Và kỹ thuật cùng với chấtbôi đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau Màng dầu mỏng đợcbôi lên trên bề mặt làm việc đã tạo ra khả năng hoạt động nhịp nhàng và lâubền cho các cơ cấu do con ngời chế tạo ra

Có rất nhiều chất liệu có thể dùng để bôi trơn nh mở nớc, mở động vật,dầu thực vật, dầu thảo mộc và các sản phẩm dầu mở tổng hợp, các loại dầu mởquánh, các chất rắn kim loại nóng chảy và thậm chí cả không khí nữa Tuynhiên, ở đây chúng ta chỉ đề cập tới chất bôi trơn đang đợc chú ý và sử dụngrộng rãi nhất trong kỹ thuật ngày nay, đó là chất bôi trơn đợc chế biến từ dầumỏ

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

đầu tiên đặt vấn đến đề dùng mazut để sản xuất ra dầu nhờn

Từ năm 1867, ngời ta đã bắt đầu chế biến dầu mỏ thành dầu nhờn Năm

1870 ở Cream (Nga), tại nhà máy Xakhanxkidơ bắt đầu chế biến dầu nhờn từdầu mỏ Năm 1876-1877, Ragorin đã xây dựng ở Bulakhan nhà máy chế biếndầu nhờn đầu tiên trên thế giới có công suất 100.000 put/năm Nhà máy này

đã sản xuất đợc 4 loại dầu nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xemùa hè và mùa đông Đến năm 1879 thì Ragorzin cho xây dựng ởConxtantinop nhà máy thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu ChínhMendeleep cũng đã làm việc ở các phòng thí nghiệm và những phân xởng củanhà máy này vào những năm 1880 - 1881 Dới sự chỉ đạo trực tiếp của ông,nhiều cơ sở khoa học của ngành sản xuất dầu nhờn đã xây dựng và trong vòng

mấy năm sau đó dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bớc ngoặctrong lịch sử chế tạo chất bôi trơn Dầu nhờn đã có mặt khắp thị trờng Pháp,Anh và các nớc châu Âu, Châu Mỹ, Châu á, thậm chí còn gây ra sự cạnhtranh khá quyết liệt giữa dầu nhờn của Nga và của Mỹ Sau đó, các nhà máycòn có chất lợng cao hơn cũng đợc xây, mở rộng và đã đặt nền móng cho sựthăng tiến hùng hậu của ngành chế tạo dầu nhờn cho đến tận ngày nay.

Cũng trong thời gian đó, do công nghiệp và ngành vận tải đờng sắt pháttriển mạnh mẽ, nhu cầu về dầu nhờn tăng lên rất nhiều Những sản phẩm dầuxuất hiện đầu tiên trên thị trờng là dầu nhờn gốc dầu mỏ màu đen, trong khi

mở động vật có màu xám và dầu thảo mộc có màu hơi vàng Dầu đen thì giá

rẽ hơn dầu sáng từ 3 - 4 lần Điều đó có tác dụng quyết định đối với số phậncủa nó ngay từ buổi đầu tiên sử dụng loại dầu mới này tiết kiệm đợc rất nhiều.Tuy nhiên ngay cái buổi ban đầu đó, mặt dù dầu khoáng rẽ hơn rất nhiều và

có trữ lợng lớn song nó cha thể cạnh tranh với dầu thảo mộc và mở động vật

Thời kỳ đầu, ngời ta không sử dụng ở dạng nguyên chất dầu này màphải pha lẫn với các chất bôi trơn nh dầu ô liu, dầu thầu dầu, mở lợn grafit Mãi về sau ngời ta mới bắt đầu sử dụng dầu nhờn nguyên chất một cách thậntrọng hơn Và lúc đầu do ngời ta sử dụng cha quen dầu nhờn nguyên chất chonên việc sử dụng gặp nhiều khó khăn và kết quả xấu nh tổn thất tăng do masát các chi tiết máy bị nóng lên, xảy ra nhiều sự cố Các công trình nghiêncứu của nhà bác học Nga nổi tiến N.P.Petrop đã tạo điều kiện để dầu nhờn đợc

sử dụng rộng rãi hơn Trong tác phẩm của mình, ông đã nêu lên khả năng làhoàn toàn có thể dùng dầu nhờn để thay thế cho dầu thảo mộc và mở động vật,

đồng thời nêu lên những nguyên lý bôi trơn áp dụng những nguyên lý đó

ng-ời ta đã thay thế việc sử dụng dầu nhờn và tất nhiên là nó đã không làm máymóc hoạt động tồi hơn so với sử dụng dầu thảo mộc và mở động vật mà ngợclại nó mang lại những dấu hiệu tốt hơn

Ngày nay, với những tiến bộ khoa học kỹ thuật không ngừng con ngời

đã xây dựng đợc những tháp chng cất chân không hiện đại thay thế cho nhữngnhà máy chng cất củ kỷ với những tháp chng có công suất thấp và tạo ra cácsản phẩm có chất lợng kém

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

Chúng ta đang sống trong thời đại của khoa học và công nghệ, nền côngnghiệp hiện đại đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng ngỏ hẽm trên toànthế giới và xu hớng quốc tế hóa nền kinh tế thế giới cũng ngày còn phát triểnmạnh mẽ Tất cả những đặc điểm đã nêu trên của thời đại đã đặt ra sự cầnthiết là phải có nền công nghiệp bôi trơn tiên tiến, hiện đại và nó đang đợc đặt

ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây dựng cho đợc một

nền công nghiệp dầu mỏ hiện đại, đáp ứng, thỏa mản nhu cầu ngày càng tăngcủa nền kinh tế quốc dân đang không ngừng phát triển.

Các tập đoàn t bản lớn liên quan đến dầu nhờn nh PB, Castron, Exson,Mobil, Total Esso đã có mặt hầu hết trên các nớc trên thế giới và hoạt độngtrong mọi lĩnh vực của công nghiệp dầu mỏ nh nghiên cứu, thăm dò, khai thácvận tải, lọc dầu, tiếp thị Họ cũng đã và đang áp dụng thành tựu mới nhất củakhoa học, đa nền công nghiệp dầu mỏ hàng năm tăng trởng không ngừng vàsản xuất dầu nhờn không ngừng đợc tăng cao về mặt chất lợng cũng nh số l-ợng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại mới

Hiện nay, để đáp ứng đợc nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng trởng củanền kinh tế phát triển, trên thế giới đã sản xuất ra nhiều loại dầu nhờn khácnhau Và chỉ có những chuyên gia đi sâu về từng loại dầu nhờn thì mới có thểhiểu sâu và hết đợc mọi chủng loại dầu nhờn hiện nay

I.2 Tầm quan trọng của dầu nhờn :

Ngày xa, các bậc thiên tài đã tìm ra một nguyên lý rằng:

“Khi các bề mặt đợc bôi trơn so với không đợc bôi trơn thì tính trợc

Quả thật vậy, tất cả các bộ phận máy móc lớn hay nhỏ dù có tinh chế kỹ

đến thế nào thì những bề mặt của chúng vẫn không khỏi không có những chổ

gồ ghề rất nhỏ mà mắt thờng không nhìn thấy đợc Khi hai bề mặt phẳngchuyển động thì những chổ lồi lõm vô cùng bé đó cũng sẽ ngăn cản nhau, tạo

ra một lực cản gọi là lực ma sát, chính lực này đã làm cho các bộ phận máymóc bị nóng lên, và khi nhiệt độ lên quá cao làm cho các mặt tinh chế chảydính lên trên các mặt của vật bị cọ sát Do đó, lực ma sát tăng lên và làm chocác bộ phận máy móc bị h hỏng Và có lực ma sát thì làm cho các chi tiết máymóc bị mài mòn dẫn đến độ chính xác của máy móc giảm sút, đồng thời ảnhhởng đến cả tính chính xác của công việc và năng suất của máy móc đồng thờilại tiêu hao năng lợng (vì muốn vận hành đợc máy móc cần phải có năng lợngnhng do có ma sát nên một phần năng lợng bị tiêu hao vào việc chống lại lực

ma sát) Nh vậy, lực ma sát trong những trờng hợp này là những lực ma sát cóhại Muốn giảm bớt lực ma sát này và hậu quả của nó thì nhất thiết phải códầu mỏ bôi trơn Khi ta tra dầu mở bôi trơn vào các bề mặt chi tiết thì cácphân tử sẽ phân phối vào các chổ lồi lõm của mặt phẳng cọ sát, làm cho sự masát giữa các phân tử sẽ hơn rất nhiều lần lực ma sát giữa hai mặt phẳng của bềmặt chi tiết [16]

Trong đời sống hằng ngày cũng nh trong công nghiệp, vấn đề ma sátluôn luôn đợc chúng ta đối mặt Bởi vì, trong thực tế có nhiều ngành kinh tếchỉ sử dụng máy móc chỉ ở mức là 30% nhng vẫn có hao mòn máy móc.Nguyên nhân chủ yếu gây ra hao mòn cho các chi tiết máy móc là do lực masát Không chỉ với những nớc đang phát triển nh nớc ta mà ngay cả những n-

ớc phát triển, tổn thất do ma sát và do mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trămtổng thu nhập quốc dân Chẳng hạn nh là [4]:

 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 nănglợng 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 dỡng thiết bị tăng nhanh, chiếm 46% so vớichi phí đầu t ban đầu Riêng trong ngành lâm nghiệp, chi phí sửa chữa gấp 3,5chi phí ban đầu đầu t

 Việt Nam: Theo ớc tính của các chuyên gia cơ khí thiệt hại do ma

sát, mài mòn và chi phí bảo dỡng hàng năm lên vài triệu USD

Chính vì vậy, việc làm giảm tác động của lực ma sát luôn là mục tiêuquan trọng của các nhà sản xuất máy móc, thiết bị cũng nh ngời sử dụngchúng Để thực hiện điều này ngời ta đã dùng dầu bôi trơn Khi hai mặt phẳngcủa chi tiết chuyển động thì chúng đợc cách ly hoàn toàn bằng một lớp màngdầu, nếu sử dụng loại dầu nhờn phù hợp với các điều kiện làm việc của máymóc thì hệ số ma sát sẽ giảm đi 100 - 1000 lần so với khi cha có lớp dầu ngăncản

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 nhthế nào??? Chức năng dầu nhờn nh sau:

I.3.1 Làm giảm ma sát, chống mài mòn và chống xớc:

Đây là mục đích chính của dầu nhờn, bởi vì khi máy móc làm việc thìcác bộ phận máy móc có các bề mặt chi tiết cọ sát nhau sinh ra sức cản làmcho máy móc h mòn Với sự có mặt của dầu nhờn thì hai bề mặt tiếp xúc nhau

đợc 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 đợc bảo vệ khỏi bịxớc Nh vậy, dầu nhờn trong động cơ có tác dụng làm cho máy trơn giảm đi sự

cọ sát, giảm bớt sự mài mòn, bị xớc của máy giúp máy hoạt động êm hơn và

đảm bảo cho máy móc làm việc có công suất tối đa

I.3.2 Tác dụng làm mát máy:

Một tác dụng quan trọng nửa của dầu nhờn là làm mát máy và chống lại

sự quá nhiệt ở các chi tiết Khi động cơ làm việc thì nhiên liệu cháy và sinhnhiệt, một phần nhiệt năng sinh ra thì biến thành công, một phần nhiệt năngcòn lại cần phải đa ra ngoài, hơn nữa ở bề mặt cọ sát giữa hai chi tiết vẫn sinh

ra nhiệt, những phần nhiệt này cần phải đa ra ngoài để tránh sự h hỏng máymóc Ngời ta dùng dầu nhờn ngoài tác dụng bôi trơn giảm ma sát thì dầu nhờnphải thu hút nhiệt năng và truyền ra nớc làm nguội

Dầu nhờn đổ vào trong máy luôn luôn đa vào tất cả các bộ phận củamáy móc và lu động tuần hoàn trong máy Cho nên khi độ nhớt của dầu nhờn

mà còn nhỏ thì dầu lu động trên bề mặt chi tiết càng nhanh và nhiệt năngtruyền ra càng nhiều Trong điều kiện nhiệt độ giống nhau thì dầu nhờn có độdính cao, thì tính lu động kém hơn và nhiệt năng truyền ra tơng đối ít Và ng-

ợc lại dầu nhờn có độ dính thấp có thể tản nhiệt tơng đối nhanh

I.3.3 Tác dụng làm kín, khít:

Cho dù cố gắng đến mấy thì ngời ta cũng không thể nào khắc phụcnhững chỗ hở trong quá trình gia công và dù cố gắng đến mấy thì con ngờivẫn không thể nào làm đợc cho bề mặt kim loại hoàn toàn nhẳn, và rồi khihoạt động thì các bề mặt chi tiết cũng không thể nhẵn đợc mãi Chính nhữngchỗ hở này đã gây nên hiện tợng xì hơi ở buồng nổ của động cơ Và ta hìnhdung rằng nếu trong xilanh không có dầu nhờn thì hơi thừa sẽ từ buồng nổ quacác khe hở nhỏ đa vào trong cacte Khi ta cho dầu nhờn vào thì dầu nhờn sẽlắp đầy kít những khe hở nhỏ thành màng dầu có tác dụng ngăn hơi thừakhông đi qua đợc và đảm bảo đợc công suất cho động cơ

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

I.3.4 Tác dụng tẩy rửa:

Khi động cơ làm việc, do sự tiếp xúc của hai bề mặt kim loại sinh ra cáchạt mịn kim loại đồng thời khi máy móc hoạt động thì luôn luôn hút khôngkhí vào, bụi cát cũng theo không khí mà vào động cơ, khi hổn hợp đốt cháy sẽhình thành mụi than, bản thân dầu nhờn ở những nơi có nhiệt độ cao sẽ sinh rahiện tợng bốc hơi, tách ly tạo thành hydrocacbya nh keo Những chất sinh ranày luôn luôn thanh trừ khỏi bề mặt cọ sát Công việc này sẽ do dầu nhờn đảmnhiệm Nhờ vào trạng thái chảy lỏng dầu đợc lu chuyển qua các bề mặt chi tiết

và cuốn theo các tạp chất có hại nêu trên và đa cào cacte dầu, rồi từ cacte đavào bầu lọc, dầu nhờn qua bầu lọc đợc biến thành dầu sạch còn các chất cặnbẩn thì ở lại trong bầu lọc

I.3.5 Bảo vệ bề mặt kim loại:

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

bề mặt kim loại nên ngăn cách đợc kim loại với tác nhân gây ăn mòn, nhờ vậy

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

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

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

Để dầu nhờn có đợc những chức năng vừa nêu trên thì dầu nhờn cầnphải có những tính chất sau:

I.4.1 Tính chất bôi trơn làm giảm ma sát:[1, 8]

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 sựcản trở này ngời ta dùng dầu nhờn có tính bôi trơn tốt, tức là khả năng chảyloãng ra trên bề mặt các chi tiết Tính chất phức tạp này gọi là tính chất bôitrơn của dầu nhờn [8-trang170]

Theo nguyên lý bôi trơn [8], thì khi dầu đợc đặt vào giữa hai bề mặttiếp xúc nhau, chúng sẽ chảy loang và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màngdầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt tiếp xúc nhau Khi hai bề mặt nàychuyển động chỉ có các phân tử trong lớp dầu tiếp xúc trợt lên nhau tạo nên

ma sát chống lại lực tác dụng gọi là lực ma sát nội (hay ma sát lỏng của dầunhờn) Nhờ thế làm giảm ma sát của các chi tiết hoạt động trong động cơ máymóc

Đặc trng cho ma sát nội là độ nhớt, vì vậy việc nghiên cứu đến tínhchất sử dụng dầu nhờn phải bắt đầu từ độ nhớt và đây cũng là yêu cầu cơ bảnnhất đối với dầu nhờn

Độ nhớt của dầu nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ là rất quan trọng

ở nhiều khía cạnh Nó có ảnh hởng đến độ kín khít, tổn hao công ma sát, khảnăng chống mài mòn, và khả năng tạo cặn Do vậy, trong các động cơ chuyển

động khứ hồi, độ nhớt của dầu có tác động chính đến lợng 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 nhớtthích hợp với môi trờng sử dụng Khi sử dụng dầu nhờn có độ nhớt không phùhợp sẽ gây ra những tác hại nh sau:

Dầu có độ nhớt nhỏ dễ bị đẫy ra khỏi bề mặt ma sát do không chịu

đ-ợc tải trọng, dễ dẫn đến ma sát giới hạn, gây mài mòn

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

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

I.4.2 Tính lu động:

Dầu nhờn, khi họat động trong môi trờng nhiệt độ thấp thì nhất thiếtphải có đợc tính lu động phù hợp để dầu nhờn có thể di chuyển từ nơi nàysang nơi khác, chẳng hạn nh dầu nhờn động cơ thì duy chuyển từ thùng chứasang cacte và chảy ngay đợc vào bơm khi động cơ khởi động Trong trờng hợpnày, nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn không phải là một chỉ tiêu tin cậy để chobiết là liệu dầu này có thể chảy đợc vào bơm dầu hay không mà cần phải tiếnhành thử nghiệm trực tiếp trên các thiết bị mô phỏng sự khởi động nguội vàthiết bị thử nhiệt độ giới hạn của bơm Tuy nhiên trong điều kiện khí hậu ViệtNam thì tính chất này không quan trọng lắm

I.4.3 Tính ổn định chống oxi hóa:

Tính chất này rất đáng đợc lu tâm vì các sản phẩm dầu nhờn do bị oxihóa nên sinh ra các chất tạo cặn, tăng cờng ăn mòn các ổ đỡ kim loại, hợp kimPb/Cu Hơn nữa, các sản phẩm của quá trình oxi hóa xuất hiện làm cho dầunhờn thay đổi màu và thay đổi một số tính chất hóa lý của dầu nhờn nh: khôngkhí sẽ làm khuấy trộn dầu trong cacte (đối với dầu nhờn động cơ), độ axit tănglên, độ nhớt tăng lên, màu của dầu nhờn tối đi, trong dầu nhờn xuất hiện cácchất lắng ở dạng nhủ v.v Đây là nguyên nhân chính làm cho các chi tiết máymóc, động cơ và hệ thống bôi trơn bị bẩn do các lớp cặn cacbon

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

- Lợng dầu chứa đợc trong cacte ít

- Thời gian thay dầu lâu

- Công suất ra của động cơ rất cao

Do vậy, khả năng chống oxi hóa là một yêu cầu quan trọng đối với dầunhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ đốt trong Khả năng chống oxi hóa củadầu nhờn thờng đợc tăng cờng bằng cách cho thêm vào dầu các loại phụ giachống oxi hóa

I.4.4 Tính phân tán, tẩy rửa:

Trong quá trình làm việc, các loại cặn cơ học sinh ra luôn là mối hiểmhọa 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 bềmặt cần bôi trơn làm tăng ma sát giữa các bề mặt và là nguyên nhân gây nênhiện tợng mài mòn mạnh Không những thế, mà lợng nhiệt do ma sát gây ra

có thể gây quá nhiệt cục bộ dẫn đến động cơ hoạt động thiếu chính xác, hiệusuất cũng giảm

Để chống lại những hiện tợng vừa nêu trên thì ngời ta cho vào dầunhờn các chất phụ gia tẩy rửa và phân tán phù hợp Các phụ gia này ngăn ngừakhả 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 đợc sạch

sẽ, còn các phụ gia phân tán giữ cho các cặn cứng ở dạng keo, ngăn không chochúng 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 tới 50 - 70, để trung hòacác 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 phẩmoxi hóa dầu gây ra

Chỉ cần thiếu một trong các yếu tố trên cũng gây ra sự ăn mòn trongcác chi tiết máy móc động cơ, thiết bị Do đó, các loại dầu nhờn cần phải đợcpha chế bảo đảm tốt mọi tính năng chống mài mòn, ăn mòn Đặc biệt trongcác trờng hợp dầu nhờn động cơ xăng, khả năng chống ăn mòn - nhất là ănmòn ổ đồng- chì và chống gỉ do nớc ngng tụ và các sản phẩm không cháy đợchoặc không cháy hết trong nhiên liệu gây ra là hết sức quan trọng Dầu sửdụng cho động cơ điezel phải có khả năng chống lại sự ăn mòn các ổ đỡ hợpkim do các axit và các sản phẩm cháy gây ra Trong trờng hợp này thì cácchức năng chống ăn mòn gắn liền với độ kiềm các phụ gia tẩy rửa

I.4.6 Khả năng chống lại sự tạo muội than, tạo cặn:

Trong buồng đốt của động cơ, nhiệt độ tăng lên rất cao và mọi hợpchất hữu cơ đều có thể rất dễ bị cháy, nhng thờng thì động cơ không đủ thờigian (quá trình xảy ra trong khoảng thời gian 1% giây) và không đủ oxi đểcháy hoàn toàn nhiên liệu và dầu lọt vào buồng đốt luôn có điều kiện tạothành mồ hóng, các hạt cốc, các sản phẩm cha cháy hết

Việc tạo thành muội than trên các chi tiết động cơ bắt đầu từ việc hìnhthành lớp màng keo trên các chi tiết đó Trong động cơ khi làm việc thì nhữngphân tử dầu mới, mồ hóng và các hạt cốc không ngừng rơi vào màng keo Sựthay đổi đáng kể do màng dầu bị các sản phẩm cháy làm bẩn dẫn đến tạothành 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 đếnmột độ dày nhất định vì khi bề dày lớp muội than tăng thì mép trên của nó sẽgần vùng nhiệt độ cao hơn và do bị nóng nhiều hơn, những phân tử dầu mới sẽgây 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 đợc nửa và sẽ xuấthiện 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 bềmặt đó.

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

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

- Khi có muội than trên các chi tiết buồng đốt sẽ hạn chế lợng hổnhợp nhiên liệu đi vào động cơ làm giảm công suất động cơ

- Muội than có thể phá vỡ quá trình đốt cháy bình thờng nhiên liệutrong bộ chế hòa khí động cơ, các hạt muối bị đốt cháy đỏ lên buồng đốt sẽ cóthể 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 đợc

- Các hạt muội than từ buồng đốt rơi xuống đáy cacte dầu sẽ làmnóng vòng găng, tăng độ mài mòn các chi tiết làm việc và các chất lắng đọngkhác nhau trên các chi tiết động cơ cũng nh trong hệ thống bôi trơn

Nh vậy, muội than rất có ý nghĩa quan trọng đối với dầu nhờn, chúnggây ra rất nhiều tác hại Khi dầu nhờn có chất lợng tốt thì trong quá trình sửdụng 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 tạocặn Việc tạo cặn của dầu nhờn cũng gây ra rất nhiều tác hại cho động cơ nhlà: làm tắc các rãnh dầu, đờng dầu và các bầu lọc, làm cho các dầu mới bịgiảm phẩm chất, cặn có thể quánh và rắn lại đến mức không thể dùng phơngpháp cơ học để làm sạch do vậy dầu nhờn phải có tính chống lại sự tạo cặn

Chơng II: Các Chỉ Tiêu Chất Lợng Của Dầu Nhờn

và Cách Xác Định Các Chỉ Tiêu Đó

Mỗi sản phẩm dầu nhờn lu hành trên thị trờng đều phải đạt một số chỉtiêu nhất định và dựa vào những chỉ tiêu này làm cơ sở cho việc đánh giá chấtlợng của các sản phẩm dầu nhờn Việc phân tích và đánh giá chất lợng các sảnphẩm dầu nhờn thông qua các chỉ tiêu là điều rất quan trọng, nó giúp chochúng ta có thể có đợc đầy đủ những thông tin cần thiết và chính xác của cácloại dầu nhờn khác nhau cho phép chúng ta lựa chọn dầu nhờn phù hợp chotừng mục đích sử dụng

II.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 (Total Base Number): là lợng axit đã đợctính chuyển ra số mg KOH tơng ứng, cần thiết để trung hòa lợng kiềm cótrong 1g mẫu và đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D.2896

 Chỉ số axit mạnh TAN (Total Acid Number): là số mg KOH cầnthiết để trung hòa lợng axit có trong 1g mẫu và đợc xác định theo phơng phápASTM-D.664. [8-trang 186].

Các chất mang tính axit có mặt trong dầu nhờn là: axit vô cơ, axit hữucơ, este, keo, nhựa và các chất phụ gia Các chất mang tính kiềm có mặttrong dầu nhờn là: các phụ gia tẩy rửa, muối kim loại

Sự có mặt của axit trong dầu nhờn gây ra những tác hại nh sau: khi cónhiệt 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 oxi hóa của dầu Ngoài ra, chúngcòn là những chất có hại cho chất lợng của dầu Chính vì thế mà cần phải xác

định hàm lợng axit có trong dầu nhờn để tránh trờng hợp hàm lợng của chúngquá giới hạn cho phép có trong dầu nhờn

Có 3 phơng pháp dùng để xác định trị số trung hòa, đó là: [1]:

 Phơng pháp I: ASTM-D.974 (xác định trị số axit và kiềm bằng

ph-ơng pháp chuẩn độ có dùng chất chỉ thị màu) đây là phph-ơng pháp chủ yếu thíchhợp với các loại dầu màu sáng

 Phơng pháp II: ASTM-D.664 (xác định trị số axit của các sảnphẩm dầu mỏ bằng phơng pháp chuẩn độ điện thế) phơng pháp này đợc dùngcho các sản phẩm tối màu

 Phơng pháp III: ASTM-D.2896 (xác định trị số kiềm của các sảnphẩm dầu mỏ bằng phơng pháp chuẩn độ điện thế dùng axit Percloric) phơngpháp này đợc dùng để xác định các hợp chất kiềm có trong các sản phẩm dầumỏ

Những phơng pháp ASTM-D.664 và phơng pháp ASTM-D.974 làthích hợp cho việc xác định chỉ số kiềm tổng TBN và chỉ số axit mạnh TAN.

Phép xác định chỉ số axit và kiềm bằng phơng pháp chuẩn độ dùng chỉthị 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 nh tan hoàn toàntrong dung môi Toluen và alkol izo-propylic Nó dùng để xác định lợng kiềmhay axit cần thiết để trung hòa các thành phần axit hay kiềm có trong bất kìloại dầu mỡ mới hay loại đã dùng rồi, trừ dầu động cơ đặc biệt là dầu điezen

Hiện nay, có rất nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao phẫm chấtdầu bôi trơn và tùy thuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu cho vào có tínhaxit hay kiềm Trong một số trờng hợp có cả axit yếu và kiềm yếu, khi tan vào

trong dầu chúng không tác dụng với nhau mà chúng tác dụng với cả hai loạiaxit 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 ionvới kiềm, cho nên trong quá trình trung hòa làm sai lệch các giá trị của phépxác định Những hiệu ứng của phụ gia đã che lấp mất sự thay đổi độ axit củadầu có chứa chất phụ gia.

Rất nhiều phụ gia hiện đang sử dụng cho dầu động cơ có chứa các hợpchất kiềm nhằm trung hòa các sản phẩm axit của quá trình cháy, lợng tiêu tốn

ở thành phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu Phép đo độkiềm liên quan đến TBN hiện đang đợc áp dụng cho hầu hết động cơ, đặc biệt

là động cơ điezen

Chỉ số axit tổng của dầu nhờn thải là một đại lợng đánh giá mức độbiến chất của dầu do quá trình oxi hóa Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơnthì chỉ số TAN ban đầu tơng đối nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng, điều

đó phản ánh đúng sự mất dần chất chống oxi hóa Tuy nhiên không nên sửdụng chỉ số trung hòa nh là một tiêu chuẩn duy nhất để xác định độ h hỏngcủa dầu do quá trình oxi hóa, bởi vì những chỉ tiêu khác nh là độ nhớt, hàm l-ợng tro và tạp chất cơ học v.v phải đợc xem xét một cách thích đáng

Trong dầu có hàm lợng lu huỳnh S cao thì dầu đó phải có TBN càngcao, thông thờng thì TBN = 20%S Trong khi sử dụng nếu nh TBN thay đổikhoảng 50% thì thay dầu mới và trị TAN thay đổi khoảng 1% thì thay đổi dầumới [18-trang 96].

Nhìn chung, mọi ngời đều công nhận rằng độ nhớt là một tính chấtquan trọng và cơ bản đối với các loại dầu bôi trơn Độ nhớt là ma sát nội tạitrong lòng chất lỏng cản trở sự chảy của chất lỏng, đợc sinh ra bởi áp lực cơhọc giữa các hạt cấu tạo nên chất lỏng

Độ nhớt, nó là một yếu tố quan trọng quyết định trong việc tạo thànhmàng 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 khảnăng khởi động động cơ dể dàng ở điều kiện lạnh và khả năng chịu đợc sựsinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xylanh, nó cũng đánh giá khả năng làm kínkhít của dầu cũng nh mức độ tiêu hao và thất thoát [1-trang 31]

Riêng đối với dầu nhờn động cơ, đặc biệt là động cơ ô tô thì độ nhớtcũng là yếu tố ảnh hởng đến sự dễ dàng khởi động và tốc độ trục khuỷu Nếudùng dầu có độ nhớt không phù hợp, chẳng hạn nh là độ nhớt quá cao so vớiyêu cầu thì sẽ gây ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp làm giảm tốc

độ động cơ và đó làm tăng lợng nhiên liệu tiêu hao kể cả ngay sau khi động cơ

đã khởi động, ngợc 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 lợng tiêu hao dầu [8-trang 201]. Nh vậy, đối với mỗi chi tiết máy điều cơ bản đầu tiên là phải dùng đầu

có độ nhớt thích hợp với những điều kiện vận hành máy móc khác nhau

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

có độ nhớt cao Ngợc lại, những phơng tiện nhẹ, tốc độ cao thì dùng dầu có độnhớt thấp Độ nhớt cũng là một chỉ tiêu quan trọng trong việc theo dõi dầutrong suốt quá trình sử dụng Nếu biểu hiện độ nhớt tăng lên thì là dấu hiệucủa dầu bị oxi hóa còn nếu là độ nhớt giảm thì có thể là do nguyên liệu lẫnvào hoặc là do các tạp chất khác lẫn vào [1].

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

động lực, độ nhớt quy ớc [15-trang 16].

II.2.1 Độ nhớt động lực (kí hiệu là hoặc là ): là lực cản tác động lên chấtlỏng khi có hai lớp chất lỏng chuyển động tơng đối nhau trong khoảng cách1cm, diện tích 1cm2, dới tác động của một lực là 1din, vận tốc chuyển động1cm/giây [17- trang16].

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

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

sự chảy của dầu nhờn đợc xác định bằng tỷ số giữa ứng xuất trợt  và tốc độtrợt S theo phơng trình nh sau:

    sTrong đó:

ứng suất trợt  là lực trợt trên một đơn vị diện tích vuông góc với

ph-ơng thẳng đứng (Pa)

Tốc độ trợt S là sự chêng lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theophơng thẳng đứng (gy)

Theo hệ đơn vị SI : độ nhớt đợc định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một

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

đó đợc 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 nh sau:

     t

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

- t là thời gian chảy, s

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

II.2.2 Độ nhớt động học (kí hiệu là  ):

Là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng Nó là số đolực cản chảy của một chất lỏng dới tác dụng của trọng lực [17-trang 16].

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 kếchuẩn, dới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định Độ nhớt động học làtích số giữa hằng số nhớt kế và thời gian chảy của dầu Hằng số nhớt kế thu đ-

ợc bằng cách chuẩn trực tiếp với các chất chuẩn đã biết trớc độ nhớt hoặc từng

bậc với nớc cất Nớc cất có độ nhớt chuẩn ở 0oC là 1,79 cP và ở 20oC là 1,002

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

Giữa độ nhớt quy ớc và độ nhớt động học có mối quan hệ thựcnghiệm, nó đợc biểu thị bởi công thức gần đúng nh sau:

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

E

31 , 6 E 31 ,

Nhiều phơng pháp và thiết bị đợc dùng để đo độ nhớt, nhng quan trọngnhất vẫn là những dụng cụ mao quản, mà trong mao quản đó thời gian chảycủa dầu tỷ lệ với độ nhớt động học Nhiều hình dạng mao quản khác đã đợc sửdụng, 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 đợc dẫn ra ở ASTM-D.446

Có những phơng pháp xác định độ nhớt nh sau [1, 8]:

 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 dầubôi trơn, thờng đo ở nhiệt độ 40 và 100oC

 ASTM-D.1532: dùng để xác định độ nhớt của những chất lỏng bôitrơn hàng không ở nhiệt độ thấp và số % chuyển đổi độ nhớt sau khoảng thờigian là 3h và 72h mẫu đợc đặt ở nhiệt độ thấp.

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

 Đồ thị sự phụ thuộc độ nhớt động học vào nhiệt độ đợc dẫn ra trongtiêu chuẩn D-341 (các độ nhớt - nhiệt độ dùng cho các sản phẩm dầu lỏng) lànhững phơng tiện thuận lợi để xác định chính xác độ nhớt động học của mộtloại dầu khoáng hay hydrocacbon lỏng ở bất kỳ nhiệt độ nào nằm trong vùnggiới hạn đã cho Các đồ thị của sự phụ thuộc độ nhớt động học vào nhiệt độ sẽ

đợc thiết lập khi ta biết độ nhớt động học ở hai nhiệt độ khác nhau

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

 Thông thờng ngời ta xác định độ nhớt của dầu nhờn ở nhiệt độ là 40

và 100oC thì ngời ta có thể đánh giá đợc là loại dầu nhờn đó là tốt hay xấu, cócòn đợc sử dụng đợc hay không Ngời ta còn dùng độ nhớt để phân loại dầubôi trơn nói chung và dầu nhờn động cơ nói riêng

II.3 Chỉ số độ nhớt [1, 6, 8, 15]:

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

t-ơng quan giữa nhiệt độ và độ nhớt gọi là tính nhớt nhiệt của dầu nhờn có ýnghĩa quan trọng hơn cả

Chỉ số nhớt kế VI (Viscosity Index) là con số ở trên thang đo qui ớc, làmột trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theonhiệt độ Chỉ số độ nhớt cao chứng tỏ là dầu đó ít thay đổi theo nhiệt độ, vàngợc lại Đối với dầu bôi trơn thì khi nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt cànggiảm Mức độ giảm độ nhớt của dầu nhờn khi nhiệt độ tăng là phụ thuộc vàothành phần hóa học của dầu nhờn

Tiêu chuẩn ASTM-D.2270 đa ra cách tính chỉ số độ nhớt của dầu bôitrơn và các sản phẩm tơng tự từ giá trị độ nhớt động học của chúng đo ở 40oC

và ở 100oC Tiêu chuẩn này đa ra hai cách tính, phơng pháp thứ nhất (A) ápdụng cho các sản phẩm có giá trị VI đến 100 còn phơng pháp thứ hai (B) ápdụng cho các sản phẩm có giá trị VI bằng 100 hay lớn hơn Chỉ số VI là mộtgiá trị bằng số đánh giá sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dựa trên cơ sở sosánh khoảng thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ của hai loại dầu chọn lọc chuyêndùng, hai loại dầu này khác nhau rất lớn về VI.

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

 Nếu độ nhớt động học ở 100oC mà nhỏ hơn hoặc bằng 70mm2/s thìchỉ số độ nhớt đợc tính theo công thức nh sau:

100

) H L (

) U L (





Trong đó:

- U: độ nhớt động học ở 40oC của dầu mà ta cần tính chỉ số độ nhớt,tính bằng mm2/s

- L: độ nhớt động học đo ở 40oC của một loại dầu có chỉ số độ nhớtbằng 0 và cùng độ nhớt động học ở 100oC với dầu mà ta cần tính chỉ số độnhớt, tính bằng mm2/s

- H: độ nhớt động học ở 40oC của loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100

và có cùng độ nhớt ở 100oC với dầu mà ta cần phải tính chỉ số độ nhớt, mm2/s

Những giá trị đó không đợc ghi trong bảng nhng nó vẫn nằm trongphạm vi của bảng, thì bằng phơng pháp nội suy tuyến tính ta nhận đợc nhữnggiá trị cần tìm

 Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100oC nhỏ hơn hay bằng 70 mm2/sthì các giá trị tơng ứng của L và H cần phải tra trong ASTM-D.2270 Sau đây

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

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

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

2,00

2,105,005,1015,00

7,9948,64040,2341,99296,5

6,3946,89428,4929,48149,7

 Nếu độ nhớt động học ở 100oC lớn hơn 70 mm2/s thì công thức tínhchỉ số độ nhớt nh sau:

100

D

U L

VI    , với D = L – HTrong đó:

- L đợc tính theo công thức sau: L = 0,8353 Y2 + 14,67 Y - 216

- D đợc tính theo công thức nh sau: D = 0,6669Y2 + 2,82Y - 119

Phơng pháp II: dùng cho các dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100 hoặc lớnhơn 100

Chỉ số độ nhớt đợc tính theo công thức nh sau:

100

00715 , 0

1 ) N log anti (

N lgHlgYlgU

Trong đó :

- U và Y là những chỉ số độ nhớt đo đợc tơng ứng ở 40 và 100oCcủa chất lỏng cần xác định chỉ số độ nhớt

- H là độ nhớt động học ở 40oC của loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng

100 và có cùng độ nhớt động học ở 100oC với dầu mà ta cần phải tính chỉ số

ở các bảng trong tiêu chuẩn ASTM DS 39B cho phép đọc thực tiếp chỉ

số độ nhớt của các loại dầu mỏ Các bảng đợc sắp xếp theo độ nhớt động học

ở 100oC Bảng ASTM DS 39B bao gồm các chỉ dẫn độ nhớt từ 0 đến 300 đốinhững loại dầu có độ nhớt thấp và từ 0 đến 200 đối với những loại dầu có độnhớt cao Vùng có độ nhớt đo ở 100oC là từ 2 đến 74,90mm2/s và đo ở 40oC là

từ 5,251 đến 5,569 mm2/s Nếu độ nhớt chính xác của một loại dầu không tìmthấy trong bảng thì có thể dùng phơng pháp nội suy giữa các giá trị có trongbảng

Trong nhiều trờng hợp, nếu nhiệt độ làm việc của máy mà ít thay đổithì ngời ta ít chú ý đến chỉ số độ nhớt Còn trong trờng hợp nhiệt độ chạy máythay đổi trong khoảng rộng, nh động cơ ôtô, thì cùng với một số tính năngkhác chỉ số độ nhớt cũng đợc coi trọng

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

đó là dầu nhiễm bẩn có lẫn các sản phẩm khác Đôi khi quá trình oxi hóa cũng

là nguyên nhân làm tăng chỉ số độ nhớt trong quá trình sử dụng Việc giảmchỉ số độ nhớt VI cũng có thể là có những lực phá vỡ cấu trúc phân tử của cácphụ gia Polyme có mặt trong dầu bôi trơn

Nói chung, các phơng pháp so màu đều dựa trên cơ sở so sánh bằngmắt thờng, lợng ánh sáng truyền qua một bề dày xác định của một loại dầu vớilợng ánh sáng truyền qua của một trong số các dãy kính màu Theo ASTM-D.1500 (màu của các sản phẩm dầu mỏ) thì phơng pháp thử là phơng pháp xác

định bằng mắt màu của các loại dầu bôi trơn và một số lợng lớn các sản phẩmdầu mỏ khác, các loại sáp cũng nằm trong số đó

Ngời ta dùng một nguồn ánh sáng tiêu chuẩn, còn mẫu thì đợc đặttrong 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 đợc sử dụng chủ yếu chocác mục đích kiểm tra trong quá trình sản xuất và đối với ngời tiêu dùng thìmàu dầu cũng là một chỉ tiêu chất lợng quan trọng, vì ngời ta nhìn thấy đợc

Ví dụ, trong quá trình chế biến dầu gốc, màu sắc của dầu là dấu hiệu hớng dẫncho ngời tinh luyện biết rằng quá trình hoạt động sản xuất có tốt không Tuynhiên, thuộc tính này ít có ý nghĩa vì chúng không nói lên đợc chất lợng củadầu, trừ các trờng hợp dầu trắng trong y học và công nghiệp, vì chúng thờngdùng để pha chế hay đợc dùng làm các sản phẩm mà độ bẩn hay màu bẩn làkhông đợc a chuộng

Khối lợng riêng là khối lợng của một đơn vị thể tích của một chất ởnhiệt độ tiêu chuẩn Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lợng riêng của một chất lỏng

đã cho ở nhiệt độ qui định với khối lợng riêng của nớc ở cùng điều kiện nhiệt

độ đó Nh vậy, nếu khối lợng riêng của nớc là bằng 1 thì tỷ trọng của dầu và

141.5

khối lợng riêng của dầu là bằng nhau ở nhiệt độ quy định đó Trọng lợng API

là một hàm đặc biệt của trọng lợng riêng chúng liên quan với nhau theo phơngtrình:

Nh vậy giá trị API sẽ tăng khi trọng lợng của dầu thay đổi theo nhiệt

độ và đợc xác định ở nhiệt độ nhất định, sau đó đa về nhiệt độ chuẩn

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

 Tiêu chuẩn ASTM-D.1250 cung cấp những bảng cho phép tínhchuyển khối lợng riêng và tỷ trọng đo đợc ở bất kỳ nhiệt độ nhiệt độ nào trongkhoảng từ -17,8oC (oF) đến 160oC (500oF) về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 15,6oC(60oF)

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

 Phơng pháp ASTM-D.1298 thờng dùng trong phòng thí ngiệm.Ngời ta sử dụng một tỷ trọng kế bằng thủy tinh để xác định khối lợng riêng, tỷtrọng, hay trọng lợng APIcủa tất cả các sản phẩm dạng lỏng

Phép xác định khối lợng riêng khá nhanh và dễ dàng vì các sản phẩmcủa phân đoạn dầu thô nhất định thì chúng có khoảng nhiệt độ sôi và độ nhớtnhất định cho nên chúng có khối lợng riêng trong một khoảng xác định Tabiết rằng với các loại dầu nhờn gốc khác nhau thì có khối lợng riêng khácnhau ở cùng điều kiện nhiệt độ nh nhau Ví dụ nh các loại dầu gốc parafin cókhối lợng riêng nhỏ hơn các loại dầu gốc có chứa thành phần naphten vàaromat Chính vì vậy, ngời ta sử dụng khối lợng riêng trong việc nhận biết cácloại dầu nếu ta biết đợc khoảng nhiệt độ chng và độ nhớt của dầu

Phép đo khối lợng riêng kết hợp với các phép đo khác cho phép nhậnbiết thành phần hydrocacbon có trong dầu nhờn gốc, nh thành phần parafin,naphten và aromat

Khối lợng riêng của một chất bôi trơn ít có ý nghĩa trong vịêc đánh giáchất lợng Khối lợng riêng của dầu đã sử dụng cũng gần bằng khối lợng riêngcủa dầu mới Một giá trị khối lợng riêng bất thờng cho thấy rằng dầu bị lẫncác sản phẩm khác hay một dung môi hay một chất khí Chẳng hạn, sự thay

đổi khối lợng riêng của dầu động cơ có thể là do dầu bị nhiễm chất bẩn hoặc

có lẫn nhiên liệu vào Tuy nhiên, khối lợng riêng và tỷ trọng đợc dùng chủ yếu

là để xác lập các chỉ tiêu về trọng lợng và thể tích trong vận chuyển, tồn chứa

và mua bán Nh vậy, ứng dụng chủ yếu của khối lợng riêng là để chuyển đổitrọng lợng sang thể tích hay từ thể tích sang trọng lợng

II.6 Điểm chớp cháy và bắt lửa [1, 8, 10, 17, 18]:

Điểm chớp cháy của dầu đợc định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại ápsuất khí quyển là 101,3 kPa, mẫu đợc nung nóng Khi có ngọn lửa thì sẽ chớpcháy và lan truyền tức thì trên bề mặt mẫu

Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu tiếp tục cháy trong 5 giây đợc 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 thờng

độ bắt cháy phụ thuộc vào loại dầu thô Dầu naphten thờng có điểm chớp cháy

và bắt lửa cao hơn dầu parafin có cùng độ nhớt Quy luật chung là đối với cáchợp chất nh nhau thì có điểm chớp cháy và bắt lửa tăng khi mà trọng lợngphân tử tăng

Mặc dù điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu là một đặc trng sơ bộ vềbản chất cháy của nó nhng chúng chỉ là một trong những yếu tố gây ra hỏahoạn của dầu Để xác định điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu bôi trơn ngời tathờng dùng ASTM-D.92 (xác định điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở) vàASTM-D.93 (xác định điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở) Phơng pháp nàycòn đợc dùng để xác định độ nhiễm bẩn của dầu bôi trơn bởi những lợng nhỏcác chất dể bay hơi Trong trờng hợp dầu động cơ điezen có sự giảm đáng kểcủa điễm chớp cháy, có thể xác nhận một cách định tính rằng: việc hòa tancác nhiên liệu vào dầu đã làm giảm đáng kể độ nhớt của dầu Để xác định sựhòa tan nhiên liệuvào trong dầu nhờn của động cơ xăng ta có thể dùng phơngpháp ASTM-D.322

Đối với ngời sử dụng, trong những trờng 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 lu ý, khi đánh giá toàn bộnguy cơ gây nổ của vật t 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 cóthì 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 Nhngnếu dầu mới lại có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn mức bình thờng báohiệu cho sự pha trộn cho dầu có độ nhớt cao hơn

II.7 Điểm anilin [1, 8, 10, 17, 18]:

Một hổn hợp gồm hai thành phần là hổn hợp hydrocacbon và anilinkhông tan trong nhau chia thành hai lớp, khi tăng nhiệt độ lên thì hổn hợpthành đồng nhất (tan hoàn toàn) Khi làm nguội từ từ đến một nhiệt độ xác

định nào đó thì hổn hợp lại bắt đầu phân lớp, biếu hiện bằng hiện tợng đục lêncủa dung dịch Nhiệt độ ứng với thời điểm xuất hiện hiện tợng đục này thì đợcgọi là điểm anilin.[17 - trang 54]

Điểm anilin thờng đợc sử dụng để xác định hàm lợng aromat, naphten

và parafin có trong hổn hợp [15-trang 58] Tuy nhiên, nó cũng có nhiều ýnghĩa thực tiễn khác nh việc xác định chỉ ra hiệu ứng hòa tan của dầu vào cácchất 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 trơng nở cácvật liệu làm kín

Điểm anilin đợc xác định theo phơng pháp ASTM-D.661 bằng cáchtrộn lẫn các thể tích tơng đơng của dầu, anilin và n- heptan, gia nhiệt cho đếnkhi hỗn hợp tan trong đồng thể sau đó làm lạnh từ từ, nhiệt độ mà tại đó hổnhợp tách thành hai pha chính là điểm anilin

Dầu nhờn đợc tinh chế nghiêm ngặt thì hàm lợng cacbon càng giảm.Vì vậy, hàm lợng 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 thíchhợp khác nhau Nếu chúng ta sử dụng dầu nhờn có hàm lợng cặn cacbon lớn

có thể sẽ gây mài mòn và làm tắc nghẽn kim phun, tắc nghẽn hệ thống Lợngcặn cacbon trong dầu nhờn động cơ mà cao thì nó có thể gây ra hiện tợngkích nổ hay làm tắc kim phun trong động cơ điezel hay có thể làm giảm thểtích của buồng đốt do nó bám dính vào thành xylanh xupap Các phụ gia cómặt trong dầu nhờn cũng góp phần làm ảnh hởng đến hàm lợng cặn

Có hai phơng pháp xác định hàm lợng cặn cacbon, thứ nhất là phơngpháp ASTM-D.524 (xác định hàm lợng cặn cacbon của các sản phẩm dầu mỏtheo Ramsbottom) mẫu đợc nung nóng ở nhiệt độ nhất định trong một quả cầuthủy tinh có lỗ nhỏ để cho các thành phần bay hơi bốc hết đi Phần cặn nặngtrong bóng thủy tinh tiếp tục cracking hóa và cốc hóa Phần còn lại đem cân

và xác định hàm lợng cặn cacbon theo Ramsbottom Phơng pháp thứ hai làASTM-D.189 Hai phơng pháp này chỉ khác nhau ở dụng cụ tiến hành làchính còn về nguyên tắc là đun nóng để thực hiện quá trình cracking và cốchóa rồi cân lợng cặn còn lại

Hàm lợng tro đợc định nghĩa là lợng cặn không cháy hay các khoángchất còn lại sau khi đốt cháy một mẫu dầu nhờn Một lợng nhỏ các tạp chất cómặt trong thành phần tro có thể là thông tin cho phép xem xét liệu sản phẩmdầu 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 [17-trang 25]

Tro sunfat là hàm lợng cặn còn lại sau khi than hóa mẫu, sau đó phầncặn đợc xử lý bằng axit sunfuric và đun nóng đến khối lợng không đổi Ngàynay, nhiều nhà sản xuất đã đa giới hạn cực đại của hàm lợng tro sunfat vàobản đặc tính kỹ thuật của một số loại dầu nhờn động cơ Hàm lợng tro sunfattrong dầu nhờn động cơ khoảng từ 0,8 đến1,5% còn hàm lợng tro sunfat củaphụ gia đóng gói cho động cơ xăng là từ 7 đến 13% và cho dầu động cơ điezel

là trên 17% [1-trang 28]

Việc xác định hàm lợng tro giúp ta đánh giá đợc lợng phụ gia đa vàotrong dầu bởi vì hàm lợng tro sunfat là tro của các loại phụ gia mà ta cho vàodầu nhờn để làm tăng tính năng sử dụng của dầu nhờn Với hàm lợng tro lớnhơn quy định thì có thể nói rằng dầu bị nhiễm tạp chất, hoặc do sản phẩm củaquá trình mài mòn hoặc do các kim loại tan trong dầu và các loại tạp chấtkhác Nếu dầu nhờn thải có hàm lợng tro quá lớn thì khi thải ra ngoài môi tr-ờng sẽ gây ô nhiễm môi trờng

Có hai phơng pháp xác định hàm lợng tro:

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

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

nh các loại dầu nhờn không có phụ gia

II.10 Hàm lợng Lu Huỳnh [1,8,17,18]:

Lu huỳnh có thể có sẵn trong dầu khoáng hoặc dầu gốc hay là trongcác phụ gia Nó có thể hoạt động hóa học hay ở dạng tơng đối trơ ở dạng liênkết với các hợp chất hữu cơ Dạng lu huỳnh hoạt động gây ăn mòn, đặc biệt

đối với đồng và các hợp chất chứa đồng Ngợc lại, một ít hàm lợng lu huỳnh ởdạng trơ thì có tác dụng tốt, bởi vì nó làm tăng khả năng bám dính trên bề mặtvật liệu bôi trơn

- ASTM-D.129 (phơng pháp dùng bom) đợc áp dụng để xác định tổnghàm lợng trong mọi loại dầu bôi trơn với điều kiện hàm lợng lu huỳnh ít nhấtphải bằng 1% Nguyên tắc của quá trình là bật tia lửa điện để đốt cháy một l-ợng nhỏ mẫu trong môi trờng oxi hóa ở áp suất cao Sản phẩm cháy thu hồi, luhuỳnh ở dạng kết tủa với BaSO4 và đợc đem cân

-ASTM-D.1266 (phơng pháp đèn) dùng để xác định hàm lợng lu huỳnhtổng cộng có nồng độ từ 0,01 đến 0,4% trong các sản phẩm dầu Để xác địnhhàm lợng lu huỳnh có trong dầu bôi trơn hay các sản phẩm dầu mỏ có hàm lợng

lu huỳnh cao không thể đốt trực tiếp mà dùng phơng pháp pha trộn

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

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

nh là ăn mòn tấm đồng Tuy nhiên, do những biểu hiện cực áp có lợi nên trongnhiều trờng lu huỳnh có mặt trong dầu bôi trơn ở dạng phụ gia thờng kết hợpvới các nguyên tố khác, nh phụ gia chịu áp, chống mài mòn, chống oxi hóa,chống ăn mòn

II.11 Chỉ số khúc xạ [1]:

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 sốkhúc xạ phụ thuộc vào thành phần của dầu nhờn cho nên phép đo này rất hiệudụng trong việc kiểm tra tính đồng nhất của dầu gốc cũng nh các dầu bôi trơnkhác Đối với phân đoạn hydrocacbon hay các loại dầu có phân tử lợng tơng

đơng thì chỉ số khúc xạ sẽ tăng từ các hợp chất parafin, naphten, rồi đếnaromat

Nớc có trong dầu không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự oxi hóa mà

nó còn tạo nên nhủ tơng Trong một vài trờng hợp thì nớc thủy phân các phụgia tạo nên bùn mềm và xốp Có thể loại nớc trong dầu nhờn bằng phơng pháplọc, ly tâm, chng cất chân không

II.13 Sức căng bề mặt [1]:

Sức căng bề mặt đợc định nghĩa là lực bên trong tác dụng lên bề mặtchất lỏng do sức hút của các phân tử nằm dới bề mặt Phơng pháp tiêu chuẩnASTM-D.971 đo sức căng bề mặt bằng cách xác định lực cần thiết để nhấtmột vòng dây bạch kim ra khỏi bề mặt chất lỏng có sức căng bề mặt lớn hơn,nghĩa là hớng lên từ mặt phân chia nớc - dầu

Sức căng bề mặt của dầu nhờn ít có ý nghĩa so với việc dùng nó đểkiểm tra chất lợng của dầu Tuy nhiên, phơng pháp rất có ích trong việc đánhgiá chất lợng của dầu nhờn đã sử dụng Thông qua sức căng bề mặt có thể dự

đoán khả năng bền oxi hóa của dầu nhờn

II 14 Điểm đông đặc:

Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn đợc giữ tínhlinh động ở điều kiện đã cho Để xác định điểm đông đặc theo phơng phápASTM-D.97, trớc tiên dầu đợc đun nóng để dảm bảo các cấu tử trong dầu tanhoàn toàn, sau đó làm lạnh theo tốc độ quy định, cứ 3o lại kiểm tra tính linh

động của dầu một lần Nhiệt độ đông đặc của dầu đợc xác định bằng cách lấynhiệt độ là tại đó dầu không linh động nghĩa là khi ta nghiên bình đựng nó, rồicộng thêm 3oC

Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi làm lạnh dầuthì những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đang cài vào nhau tạo thànhmột cấu trúc cứng, giữ dầu trong túi rất nhỏ của cấu trúc đó làm cho dầu mấttính linh động Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu thì ngời ta sử dụng phụ giahạ nhiệt độ đông đặc

II.15 hàm lợng Clo:

Hàm lợng Clo là tất cả lợng Clo có mặt trong mẫu Khi tiến hành xác

định hàm lợng Clo có mặt trong mẫucó thể đánh giá độ nhiễm bẩn của dầunhờn thải hoặc xác định lợng phụ gia của dầu nhờn

Nếu dầu nhờn có chứa các hợp chất halogen làm sai số khi xác địnhhàm lợng Clo Có hai phơng pháp xác định hàm lợng Clo: phơng pháp dùngbom ASTM-D.808 xác định Clo bằng trọng lợng chuẩn và phơng pháp ASTM-D.1317 xác định Clo bằng thể tích Cả hai phơng pháp này đều có thể áp dụngcho dầu nhờn mới hay dầu nhờn đã sử dụng cũng nh dùng cho các loại mỡ

II.16 sự pha tạp nhiên liệu:

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

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

động cơ theo phơng pháp ASTM-D.3524

II.17 cặn không tan:

Cặn không tan trong dầu nhờn là các chất bẩn, mạt kim loại do bị màimòn, đất cát bụi, muội nhiên liệu và các sản phẩm oxi hóa Các cặn muội cómặt trong dầu nhờn động cơ làm tăng độ đặc của dầu và tạo ra các cặn bùnlàm tắc các rãnh dầu, bầu lọc dẫn tới tình trạng nóng chảy bạc lót ổ đỡ, kẹttrục khủyu Cặn không tan làm cho dầu mới giảm phẩm chất ngay khi vừa chovào Cặn bẩn lâu ngày sẽ quánh lại và đóng rắn đến mức không thể dùng cácphơng pháp cơ học để làm sạch đợc Theo phơng pháp ASTM-D.893 có haicách xác định hàm lợng cặn không tan là phơng pháp ly tâm và phơng phápdùng chất đông tụ

II.18 Chỉ số kết tủa:

Lợng chất kết tủa hay cặn (tính bằng cm) đợc tách ra từ hổn hợp theothể tích là 10% dầu và 90% naphtalen bằng cách quay li tâm ở những điềukiện nhất định đợc gọi là chỉ số kết tủa

Thông thờng dầu mỏ đợc tinh chế tốt thì không có tạp chất không tantrong naphtalen còn loại dầu đợc tinh chế một phần hay dầu đen thờng chứacác hợp chất không tan trong naphtalen Những hơp chất này làm giảm chất l-ợng của dầu vì chúng kém bền nhiệt, kém bền oxi hóa.

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

II.19 chỉ số xà phòng hóa:

Chỉ số xà phòng hóa biểu thị hàm lợng kiềm tác dụng với 1g dầu khi

đun nóng theo một cách nhất định Chỉ số xà phòng hóa cho biết lợng các chấtbéo có trong dầu nhờn

Các loại dầu khoáng có thể chứa các phụ gia, nh các chất béo, có thểphản ứng với kiềm để tạo thành các xà phòng kim loại Dầu động cơ đã sửdụng có thể chứa các axit tự do, este và chúng có thể chuyển thành xà phòngkim loại khi đun nóng Theo phơng pháp ASTM-D.129 thì chỉ số xà phònghóa đợc xác định là số miligam KOH tiêu tốn cho 1g dầu trong điều kiện nhất

định

II.20 độ bền oxi hóa :

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

Quá trình oxi hóa dầu nhờn làm sinh ra các sản phẩm có hại nh là axit,cặnn, nhựa làm tăng độ nhớt, tăng khả năng ăn mòn và làm giảm tuổi thọcủa dầu Vì thế, khả năng chống oxi hóa cao là một yêu cầu quan trọng đốivới các loại dầu, đặc biệt là tua bin, dầu biến thế vì chúng làm việc trong thờigian rất lâu mới thay dầu

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

Sau đây là các chỉ tiêu kỹ thuật điển hình của một số loại dầu nhờn động cơ trên thị trờng của Công Ty Hóa Dầu Petrolimex (PLC) hiện nay [19]:

 PLC Racer 4T: là loai dầu dùng cho loại động cơ xăng 4 thì thông

dụng, không đòi hỏi yêu cầu cao về chất lợng và cũng có thể dùng cho độngcơ điezel kiểu củ Dầu này đợc pha chế từ dầu gốc có chất lợng cao cùng vớicác phụ gia tẩy rửa, chống mài mòn và chống oxi hóa Một số chỉ tiêu chất l-ợng của dầu PLC Racer 4T nh sau (xem bảng II.2):

Bảng II.2 : Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu PLC Racer 4T

Độ nhớt động học ở 100oC ASTM-D.445 cSt 14.6

Trị số kiềm tổng, min ASTM-D.2896 mgKOH/g 3.3

 PLC Racer 2T Extra: đây là loại dầu nhờn tổng hợp dùng cho

động cơ xăng hai thì nh là xe máy hai thì Suzuki, Honđa, Piaggio đợc phachế từ dầu gốc có chất lợng cao với các phụ gia chống mài mòn, hạn chế tối

đa khí thải và rất đẽ dàng hòa trộn với xăng Dầu này đáp ứng và vợt các yêucầu các phân loại: ISO EGD, TISI, JASO Lợi ích chính của loại dầu này là:dầu máy sạch, hạn chế tối đa sự tạo muội làm tắc bugi, bảo vệ chống mài mònpittông và xylanh, nâng cao công suất và giúp tăng tốc độ nhanh và giảm tối

đa lợng khói thải Một số chỉ tiêu chất lợng của dầu PLC Racer 2T Extra xembảng II.3

Bảng II.3: Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu PLC Racer 2T Extra

Tính chất Phơng pháp thử Đơn vị PLC Racer 2T Extra

Chơng III: Tính Năng Sử Dụng

và Các Phép Thử Tính Năng Của Dầu Nhờn.

Dầu nhờn dùng cho các trang máy móc thiết bị, động cơ hiện đại thìcần phải có đầy đủ những tính năng sử dụng sau đây: [3-trang 15]

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

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

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

- Bùn dầu thì có tính chất phải rất ít

- Dầu nhờn ở trong hệ thống phải lu động dễ dàng, tức là phải đảmbảo điều kịên mở máy dễ dàng

- Trên các phụ tùng hình thành than tích rất nhỏ

Nếu sử dụng dầu nhờn, chỉ không thể bảo đảm đợc 1 trong những tínhchất nêu trên thì không thể gọi là dầu nhờn tốt đợc và khi sử dụng loại dầu nhvậy thì không thể mang lại hiệu quả kinh tế cao

Để đáp ứng đợc 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 phổrộng về các thuộc tính vật lý, hóa học mà còn phải trải qua các phép thử tínhnăng

Quá trình nghiên cứu và sản xuất dầu nhờn luôn gắn liền với đòi hỏithực tế cuộc sống, với quá trình phát triển và công nghiệp hóa xã hội, đặc biệthơn với dầu nhờn động cơ thì sản phẩm đợc hình thành và ra đời luôn gắn liềnvới sự tồn tại và phát triển của các thế hệ động cơ mà các công nghệ này, ngàynay gần nh thay đổi hàng giờ Vì vậy, các phép thử tính năng sử dụng của các

loại dầu bôi trơn luôn đợc đặt ra, để từ đó định dạng các yêu cầu về các chất ợng hóa lý của các loại dầu cụ thể.

l-Mục đích của việc xác định tính năng của dầu nhờn là giúp cho cácviệc sản xuất ra các sản phẩm đồng nhất với nhau, dựa vào các phép thử tínhnăng của dầu nhờn thì phần nào cũng phản ánh đợc sự biến đổi của dầu trongquá trình sử dụng và chỉ ra những nguyên nhân làm biến đổi đó Việc xác địnhtính năng sử dụng của dầu nhờn đợc thực hiện trong phòng thí nghiệm và ápdụng tại Mỹ từ năm 1958

Có các phơng pháp thử tính năng của dầu nhờn nh sau:

nó ngăn cách các chi tiết máy cọ xát vào nhau, nên giảm đợc sự mài mòn vàtránh đợc hiện tợng kẹt máy Mặt khác sức chịu tải có liên quan đến khả năngbôi trơn của các loại dầu nhờn và có thể coi là áp suất hay tải trọng cực đại màdầu có thể chịu đựng đợc trong những điều kiện đã cho mà không làm hỏngcác chi tiết máy

Thuộc tính chống mài mòn của dầu nhờn thờng đợc thử nghiệm bằngmáy 4 bi (ASTM-D 41217 đặc tính chống mài mòn của các chất lỏng bôitrơn) Phơng pháp xác định này có thể xác định tính chống mài mòn của dầunhờn trong tiếp xúc trợt ở những điều kiện định trớc

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

đó là:

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

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

III.2.2 Độ ăn mòn tấm đồng:

Dầu thô có chứa các hợp chất S, phần lớn các hợp chất này đã đợc loại

ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc Tuy nhiên, các hợp chất chứa S vẫncòn 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 tuơng quan với tổng hàm lợng S cótrong 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 vàcũng có thể là những hợp chất tơng đối trơ.

Sự ăn mòn đợc định nghĩa nh là một sự oxy hóa trên bề mặt kim loạigây nên sự tổn thất kim loại hay sự tích tụ các cặn bẩn ổ trục làm bằng hợpkim đồng, ống lót trục bằng đồng thau, các bộ phận chuyển động trục vít bằng

đồng thau cần phải dùng loại dầu nhờn không ăn mòn Chính vì vậy, khi đểxem một loại dầu nào đó có thích hợp cho một thiết bị có những bộ phận kimloại dễ gây ăn mòn hay không thì ngời ta tiến hành phép thử ăn mòn tấm đồng(ASTM-D.130) Phơng pháp này cho phép định lợng về mức độ ăn mòn củadầu lên tấm đồng tinh khiết Theo phơng pháp này thì tấm đồng đợc đánhbóng và ngâm ngập trong mẫu dầu Ngòi ta gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất

định và giữ trong một thời gian nhất định, tùy thuộc vào tong loại dầu Khiphép thử kết thúc, tấm đồng đợc lấy ra, rửa sạch và đem so với bảng tiêuchuẩn ASTM về ăn mòn tấm đồng Các điều kiện thử ngiệm đợc lựa chọnthích hợp cho việc áp dụng

Khuynh hớng tạo bọt của dầu là một vấn đề cần xem xét nghiêm túc

đối với các hệ thống bánh răng tốc độ cao, hệ thống bơm thể tích lớn, và các

hệ thống bôi trơn Bọt đợc hình thành do dầu bị khuấy trộn cơ học và khôngkhí đã đi vào dòng chảy của dầu Nếu dầu chỉ lẫn một ít các chất hoạt động bềmặt hay chống gỉ đều dễ tạo bọt Bọt có thể dẫn đến hỏng hóc các hệ thống cơhọc Ngoài việc làm giảm sự bôi trơn của dầu thì khi hình thành bọt dầu sẽgây chảy tràn dầu ra ngoài thành bình Do đó hầu hết các loại dầu bôi trơn đềucho thêm các phụ gia chống tạo bọt

Tiêu chuẩn ASTM-D.892 (đặc tính tạo bọt của dầu nhờn) đa ra những

đặc trng tạo bọt của dầu mới, tức là dầu cha bị bẩn Kết quả thu đợc sẽ làkhông tơng ứng nếu nh dầu bị lẫn các chất khác nh hơi nớc ẩm, các cặn bẩn

rất mịn vì những chất này làm tăng khả tạo bọt Nội dung chủ yếu của phépthử là thổi không khí qua một mẫu dầu đợc giử ở nhiệt độ thấp nhất định vàtrong một thời gian nhất định và trong một thời gian nhất định Ngời ta đongay độ tạo bọt sau khi ngừng thổi không khí, lợng bọt đợc đo và số liệu thu

đợc cho ta biết về độ tạo bọt của dầu Sau 10 phút thì lợng bọt xẹp bớt, ngời ta

có thể đo thể tích tạo bọt còn lại và coi nh đó là trị số của tính bền bọt

III.2.5 Độ bền oxi hóa:

Oxy hóa là một dạng làm hỏng hóa học các sản phẩm dầu mỏ Độ bềncủa oxi hóa dầu nhờn là một đặc trng quan trọng của dầu Sự oxi hóa dầu nhờnphụ thuộc vào nhiệt độ, vào lợng oxy chứa trong dầu và hiệu ứng xúc tác củanhững kim loại

Nếu biết điều kiện làm việc của dầu thì ba điều kiện trên có thể đợc

điều chỉnh để đa ra phép thử gắn liền với thực tế sử dụng Tuy nhiên, sự oxihóa trong khi sử dụng là một quá trình cực kì chậm, một phép thử nh vậy sẽtốn nhiều thời gian Để rút ngắn thời gian thử nghiệm, nói chung ngời ta phảităng nhiệt độ nhằm tăng tốc quá trình oxi hóa

Một trong những phơng pháp thờng đợc sử dụng nhất là D.9473 (đặc tính oxy hóa của các loại dầu khoáng có chứa các chất ức chế),phơng pháp này có thể áp dụng cho hầu hết các loại dầu bôi trơn, đặc biệt làcác dầu bôi trơn có phụ gia chống oxy hóa Tuy nhiên, phơng pháp này để xác

ASTM-định chủ yếu là cho dầu tuabin hơi Bởi vậy, nó đợc nó đợc đặt biệt coi trọngtrong việc xác định độ bền oxy hóa của dầu bôi trơn có lẫn nớc

Một phơng pháp khác (ASTM-D.2272- xác định độ bền oxi hóa củacác loại dầu tuabin bằng bom quay) là thử độ bền oxi hóa bằng bom quay, sửdụng bom có chứa oxi ở áp suất cao để đánh giá độ oxy hóa

Phơng pháp thử ASTM-D.2893 dùng để xác định độ bền oxi hóa củacác loại dầu bôi trơn chịu áp

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

Ngoài ra, còn một số phơng pháp nh IP 48/49 đa ra phép đo mức độhỏng của dầu bằng cách đo dộ nhớt và hàm lợng cặn cacbon trớc và sau khioxi hóa Hai phơng pháp khác là IP 328/89 và IP 307/89 chỉ dùng để đáng giáxác định độ bền oxi hóa của các loại dầu khoáng khoáng cách điện mạchthẳng

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

III.2.6 Độ bền nhiệt:

Độ bền nhịêt là khả năng của một loại dầu nhờn hay của một loại phụgia chống lại sử phân hủy nhiệt khi để lâu ở nhiệt độ cao, sự phân hủy có thểdẫn 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) làphép xác định độ bền nhiệt của các chất lỏng Theo phơng pháp này dầu đợc

đặt vào trong bình thủy tinh chân không kín, chịu nhiệt độ từ 260 đến 516oC

Nh vậy, các sản phẩm phân hủy bị bay hơi đợc vẫn luôn tiếp xúc với chất lỏngtrong suốt quá trình thử nghiêm Trong phép thử cải tiến thì mẫu dợc cho vàobình thủy tinh sạch, đợc hút chân không đuổi hết khí (để tránh quá trình oxihóa) và đun nóng Cần nhớ rằng phơng 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 ngời ta xác định chỉ số trung hòa và độ nhớtcảu dầu

Do mức độ phân hủy của dầu và sự tạo thành khí gây nên áp suất cao ởnhiệt độ từ 260 đến 315oC mà phơng pháp thử này không thích hợp đối với cácchất lỏng có nớc hay các chất lỏng sinh ra khí ở áp suất cao ở nhiệt độ đã dẫn

ra ở trên

Một lợng lớn các phép thử riêng cũng đợc dùng để đánh giá độ bềnnhiệt của các loại dầu bôi trơn chọn lọc Thông thờng chúng đốt nóng hay chochảy tuần hoàn trên bề mặt kim loại đốt nóng Thờng ngời ta hạn chế việc chocác tấm kim loại tiếp xúc với không khí, do vậy các tấm kim loại khác nhau

đóng vai trò xúc tác đợc ngâm vào trong mẫu dầu

III.2.7 Chống gỉ:

Phơng pháp ASTM-D.665 (những đặc tính chống gỉ của chất ức chếkhi có mặt nớc) đợc dùng rộng rãi để đánh giá khả năng chông gỉ cho các bộphận bằng sắt của các loại dầu khoáng có các chất ức chế, đặc biệt là dầutuabin hơi khi nớc và dầu bị trộn lẫn với nhau Phơng pháp này cũng đợc dùngcho các loại dầu khác nh dầu thủy lực và dầu bôi trơn tuần hoàn

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

Chơng IV: Tính Chất hóa Học và Các Phơng Pháp

Làm Sạch Dầu Nhờn Gốc

Để đạt đợc những chỉ tiêu chất lợng vừa nêu trên cũng nh để đảm bảo

đợc tốt các tính năng sử dụng của dầu nhờn thì trớc hết phải lựa chọn nguyênliệu có những thành phần hóa học nh sau:

IV.1 Thành Phần Hóa Học Của Dầu Nhờn:

IV.1.1 Các hợp chất Hydrocacbon

IV.1.1.1 Các hydrocacbon Naphten và Parafin:

Các hydrocacbon này đợc gọi chung là nhóm hydrocacbon Parafin là thành phần chủ yếu có trong dầu nhờn gốc Hàm lợng nhóm này tùythuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chúng chiếm từ 41-

Naphten-68 % trong thành phần hóa học của dầu nhờn

Trong thành phần hóa học của dầu nhờn, hàm lợng n-parafin và Parafin có ít hơn so với các thành phần hydrocacbon khác ngay cả khi đi từnguồn dầu mỏ họ parafinic để chế biến dầu nhờn thì điều này vẫn đúng [5].Các iso-Parafin thì lại có số lợng ít hơn cả n-parafin, chúng có cấu trúc mạch

iso-nhánh dài, ít iso-nhánh phụ và các iso-nhánh hầu nh là nhóm metyl [5-trang 53;

7-trang 113; 11-7-trang 92]

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

n-có độ nhớt thích hợp và tính nhớt nhiệt rất tốt

Từ bảng IV.1 cho ta thấy rằng nếu mạch càng dài, nhánh phụ ở vị trí

đầu mạch và có nhánh thì chúng có trị số nhớt đặc biệt cao và là những cấu tửthích hợp cho dầu nhờn gốc có chất lợng cao

Bảng IV.1: Chỉ số độ nhớt của iso-Parafin C 21-24 [5, 1]

Hydrocacbon Số nguyên tử cacbon

-20 - 40, hoặc có khi lên đến 60, số vòng có thể từ 1 đến 5 vòng (cũng có loạidầu đã phát hiện có số vòng đến 7 hoặc 9) [6] Cấu trúc có thể ở 2 dạng: cấutrúc không ngng tụ (phân tử có thể chứa từ 1 - 6 vòng) và cấu trúc ngng tụ(phân tử có thể chứa từ 2 - 4 vòng ngng tụ) Cấu trúc nhánh của các vòngnaphten 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 Quathực ngiệm ta thấy rằng :

 Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng củaxyclohexan và cyclopentan

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

 Phân đoạn nhớt nặng chứa các hợp chất vòng ngng tụ với số vòng

từ 2 đến 4 vòng

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

Bảng IV.2: Thành phần Naphten và iso-Parafin trong phân đoạn dầu

nhờn đã loại n-Parafin và thơm của dầu họ trung gian [6-trang 93].

IV.1.1.2.Nhóm hydrocacbon thơm và hydrocacbon naphten - thơm:

Thành phần và cấu trúc của nhóm này có ý nghĩa quan trọng đối vớidầu nhờn gốc Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn nh tính ổn địnhchống oxy hóa, tính bền nhiệt, tính chống mài mòn, độ hấp thụ phụ gia phụthuộc chủ yếu vào tính chất và hàm lợng của nhóm hydrocacbon này Tuynhiên hàm lợng và cấu trúc của chúng còn phụ thuộc vào bản chất dầu gốc vànhiệt độ sôi của các phân đoạn

 Phân đoạn nhớt nhẹ (350 - 400o C) có mặt chủ yếu các hợp chất dãy

đồng đẳng benzen và Naphten

 Phân đoạn nhớt nặng hơn (400 - 450 o C) có chứa các hydrocacbonthơm đa vòng dạng đơn hay dạng kép

 Phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn chứa các chất thuộc dãy đồng

đẳng của naphten, antraxen, và một lợng lớn các hợp chất hydrocacbon đavòng.

Các hydrocacbon thơm là những loại có 1, 2, 3 vòng thơm, còn loại có 5vòng thơm trở lên rất ít [6] Ngoài sự khác nhau về số vòng thơm ở cáchydrocacbon thơm còn khác nhau bởi số nguyên tử cacbon, mạch nhánh và vịtrí nhánh Trong nhóm này, ngời ta còn phát hiện thấy sự có mặt của các vòng

thơm ngng tụ đa vòng Một phần là do chúng đã có mặt trong nguồn dầunguyên liệu ban đầu có tỷ lệ thay đổi theo nguồn gốc dầu mỏ, một phần khácthì chúng đợc hình thành trong quá trình chng cất do phản ứng trùng ngng,trùng hợp dới tác dụng của nhiệt độ Tuy nhiên, đại bộ phận hợp chất thơmtrong dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp naphten và hydrocacbon thơm hayparafin [6-trang 53].

Nhìn chung, các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vònghoặc 2 vòng với mạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớtcủa chúng cũng xấp xĩ nhau Khi tăng chiều dài mạch nhánh thì độ nhớt tănglên rõ rệt và chỉ số độ nhớt cũng tốt, đặc biệt nhánh alkyl lại phân nhánh Cònnaphten và hydrocacbon cacbon nhiều vòng hoặc dạng lai hợp naphten-hydrocacbon thơm thờng có độ nhớt rất cao song chỉ số độ nhớt lại rất thấp

Nh vậy, những hợp chất này không phải là những cấu tử cần thiết chodầu gốc để chế tạo dầu bôi trơn có chất lợng tốt, mặt khác trong quá trình làmviệc thì các hợp chất này có xu hớng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóngtính năng sử dụng của dầu nhờn

Hình IV.1 cho ta biết những thành phần nào có trong phần cất chânkhông từ dầu thô là các cấu tử có lợi và những cấu tử có hại cần phải loại bỏkhi sản xuất dầu nhờn

Tóm lại, những hợp chất hydrocacbon có cấu trúc gồm naphten hayhydrocacbon thơm một vòng có nhánh iso-Parafin dài, các hợp chất iso-parafin là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng không chỉ có độ nhớt đảmbảo mà chúng còn có chỉ số độ nhớt cao làm cho dầu nhờn có chất lợng tốt

IV.1.1.3 Hydrocacbon rắn:

Ngoài các hydrocacbon trên thì còn có nhóm hydrocacbon rắn gồmdãy các parafin có cấu trúc và phân tử khác nhau, các hydrocacbon naphtenchứa từ 1 đến 3 vòng trong phân tử và có mạch nhánh dài có cấu trúc dạngthẳng hoặc iso, các hydrocacbon thơm có số vòng và số mạch nhánh khác

Dầu Gốc

Naphten một vòng và alkylbenzen

izo-Parafin

Naphten và hydrocacbon thơm hai vòng

Naphten và hydrocacbon thơm đa vòng Trích ly bằng dung môi

Các hợp chất phi hydrocacbon Phần chiết thu đ ợc

Hình IV.1 : Thành phần của phân đoạn cất chân không

nhau Các hydrocacbon rắn đợc tách ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốccho nên hàm lợng của chúng trong dầu nhờn là rất ít Có hai loại hydrocacbonrắn:

Parafin là hổn hợp chủ yếu của các phân tử n-alkan với khối lợngkhá cao.( lớn hơn 20 cacbon)

Xerexin là hổn hợp chủ yếu của hydrocacbon naphten rắn cómạch nhánh dạng thẳng hoặc dạng iso, trong đó iso là chủ yếu

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

Hydrocacbon thơm nhiều vòng ngng tụ

với các chất Phi hydrocacbon

8.0

IV.1.2 Các thành phần khác:

Ngoài các hydrocacbon có mạt trong dầu nhờn thì còn có các thành

phần nh là: nhựa, asphanten, hợp chất phi hydrocacbon

IV.1.2.1 Các hợp chất nhựa và asphanten:

Các chất nhựa và asphanten là những cấu tử không mong muốn củadầu nhờn Sự có mặt của chất nhựa và asphanten làm nhuốm màu dầu rấtmạnh, dẫn đến dầu có màu tối Trong quá trình sử dụng và bảo quản dầunhờn, khi dầu có điều kiện tiếp xúc với oxi không khí ở nhiệt độ thờng haynhiệt đô cao thì các hợp chất này cũng rất dễ bị oxi hóa tạo nên các sản phẩm

có trọng lợng phân tử lớn hơn tùy theo mức độ bị oxi hóa Những hợp chất nàylàm tăng độ nhớt nhng cũng tạo cặn không tan và đọng lại trong dầu nhờn,nếu khả năng oxi hóa diễn ra mạnh thì càng tạo nhiều cacbon, cacboit, cặncốc tạo tàn [12] Và khi tiến hành sản xuất dầu nhờn thì ngời ta tiến hành loại

bỏ chúng

IV.1.2.2 Các hợp chất phi hydrocacbon :

Các hợp chất này dới tác dụng của oxi cũng dễ tạo ra những hợp chấtgiống nh nhựa Những hợp chứa lu huỳnh trong dầu nhờn thờng là: cácsunfua, diunfua các sunfua dị vòng hoặc các sunfua nối với vòng thơm 1 vònghay nhiều vòng ngng tụ với vòng Naphten, các thiophen và các thiophen nhiều

vòng v.v khi sử dụng để bôi trơn thì chúng sẽ tạo ra những hợp chất SO2 vàSO3 gây ăn mòn các chi tiết của động cơ

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

Các hợp chất chứa oxi chủ yếu là các hợp chất axit naphtenic gây ănmòn đờng ống dẫn, các bể chứa hợp kim Pb, Cu, Zn, Fe ngoài axit naphtenic

ra thì còn có rất ít axit asphantenic

Ngoài những hợp chất phi hydrocacbon nêu trên thì trong dầu nhờncòn có các nguyên tố kim loại nh là: Ni, Va, Cu, Fe v.v với số lợng khôngnhiều Tuy nhiên, sự có của những hợp chất này không hoàn toàn có hại mà

nó làm tăng khả năng bám dính của dầu nhờn lên bề mặt kim loại Nguyênnhân có thể là do sự hấp phụ hóa học của phần có cực của chúng lên bề mặtkim loại, trong quá trình đó các axit có thể tọa lớp với kim loại bề mặt 1 hợpchất kiểu nh xà phòng và nhờ đó mà bám chắc vào bề mặt kim loại

IV.2 Đặc tính nguyên liệu dùng để sản xuất dầu nhờn:

Khi tiến hành chng cất dầu thô ở áp suất thờng, ngời ta thu đợc nhiềuphân đoạn và sản phẩm khác nhau, trong đó có phân đoạn mazut Và ngay từkhi ngành chế biến dầu mỏ mới ra đời, mazut đợc xem nh là không sử dụng đ-

ợc và ngời ta đã phải chi phí rất nhiều tiền của để đào đất chôn đi hoặt đốt bỏmột lợng mazut khổng lồ Nhng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển, với

số lợng mazut “không sử dụng đợc” ngày càng lớn đã buộc con ngời phảinghiên cứu để sử dụng lại vào những mục đích có lợi Và Mendeleep chính làmột trong những ngời đã chú ý đầu tiên vấn đề dùng mazut làm nguyên liệu

để sản xuất dầu nhờn [8]

Nh vậy, ngay từ đầu ngời ta dùng nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn làmazut Nó là cặn của quá trình chng cất ở áp suất thờng có nhiệt độ sôi cao

350oC thông qua chng cất chân không ta thu đợc các phân đoạn dầu nhờn chiatheo các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau Dầu nhờn thu đợc này ngời ta choqua các bớc làm sạch tiếp theo rồi cho các chất phụ gia vào thì sẽ thu đợc dầunhờn thơng phẩm [1,6,9]

Để sản xuất dầu nhờn ngời ta còn dùng nguồn nguyên liệu là phân

đoạn dầu nhờn từ quá trình chng cất dầu thô ở áp suất chân không, ngời ta còngọi là phân đoạn gasiol chân không có nhiệt độ sôi từ 350 - 5000C đợc sử dụnglàm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay cho hydrocracking xúctác Còn phân đoạn dầu nhờn hẹp 320 - 4000C; 300 - 4200C; 400 - 4500C; 420

- 4900C; 450 - 5000C đợc dùng làm nguyên liệu cho sản xuất các loại dầunhờn bôi trơn khác nhau

Về sau, khi ngành chế tạo máy móc cũng nh ngành công nghiệp nặngphát triển đã đòi hỏi chuẩn loại dầu nhờn ngày càng phải đa dạng phong phú

về số lợng và chất lợng ngày càng cao, cho nên các nhà công nghệ đã nghiên

cứu và tận dụng phần cặn gudron [9] làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờncặn có độ nhớt cao.

Cặn gudron là phần còn lại của quá trình chng cất chân không, cónhiệt độ sôi trên 5000C Trong phần này tập trung các hydrocacbon số cacbon

từ 41 trở lên, có thể lên đến 50 hoặc 60 thậm chí lên đến 80 Vì thế, cấu trúccủa các hydrocacbon này rất phức tạp, cấu trúc chủ yếu là hệ vòng thơm vànaphten nhiều vòng, ngng tụ cao

Muốn chọn đợc nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn tốt thì phải xét đếnthành phần, hiệu suất dầu nhờn và các tính chất của chúng Từ dầu mỏ nh thếnào thì cho chúng ta nguyên liệu tốt để sản xuất dầu nhờn ??? Dầu mỏ có tiềmlợng dầu nhờn cao, và có chỉ số nhớt của dầu nhờn cao là loại dầu có chứa ítnhựa và lu huỳnh, đây là loại dầu mỏ cho ta chất lợng sản xuất dầu nhờn cóhiệu quả kinh tế cao và có chất lợng dầu nhờn tốt Qua khảo sát về đặt tínhcủa nguyên liệu sản xuất dầu nhờn và qua nghiên cứu các tính chất cần phải

có của dầu nhờn ta thấy nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn tốt là loại thuộc dầu

mỏ của các họ:

- Parafinnic

- Naphten- Parafinic

- Parafinic- Naphtenic

Vì rằng trong thành phần của mazut và cặn gudron của dầu mỏ của các

họ nói trên chứa nhiều hydrocacbon naphtenic và thơm ít vòng và loại cónhiều nhánh đủ dài Đó là những cấu tử có chỉ số nhớt cao và là những cấu tửchủ yếu nhất của dầu nhờn Ngợc lại với nguyên liệu cặn mazut, gudron củadầu mỏ Naphtenic, Naphtenic-Aromatic, họ thơm thì khó có khả năng sảnxuất các loại dầu nhờn có chỉ số nhớt cao, vì rằng trong thành phần của chúngchứa rất nhiều hydrocacbon vòng và với những nhánh phụ rất ngắn, các cấu tửnày có chỉ số nhớt thấp Và do vậy, khi sử dụng loại nguyên liệu này để sảnxuất dầu nhờn thì cho hiệu suất thấp và chất lợng không cao đồng thời khâulàm sạch sau khi chế biến cũng rất tốn kém

IV.3 Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn chung:

Để đáp ứng yêu cầu về thành phần của dầu nhờn gốc cần có, thì dầunhờn cần đợc phải sản xuất từ dầu thô qua các quá trình chng cất, chiết bằngdung môi, dùng dung môi tách sáp và xử lý tinh chế Việc lựa chọn dầu nhờngốc để pha chế thành dầu nhờn thơng phẩm phụ thuộc vào độ nhớt, mức độtinh chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tơng hợp của các chất khác (phụ gia)hoặc các vật liệu mà dầu tiếp xúc trong quá trình sử dụng Thông thờng thìdầu nhờn gốc đợc pha từ dầu chng cất và phân đoạn thu đợc từ dầu chng cấtphần cặn

Trong mục thành phần hóa học của dầu nhờn ta đã đề cập đến thànhphần mong muốn của dầu nhờn gốc Chúng bao gồm cả iso-Parafin và cácphân tử có một hoặc hai vòng gắn với mạch nhánh parafin Các hợp chất khác

nh các hydrocacbon có cấu trúc vòng naphten, vòng aromat hoặc các dị vòng

là những thành phần không mong muốn (vì chúng có tính nhớt nhiệt kém) Vìvậy mà cần phải tách những cấu tử này ra trong quá trình lọc dầu

Việc tách các thành phần không mong muốn trong quá trình sản xuấtdầu nhờn gốc nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép có thể sản xuất dầu gốc

có chất lợng cao, ngay cả với thành phần phân đoạn của dầu thô cha thích hợpcho mục đích này

Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thờng, baogồm các công đoạn đợc chỉ ra ở hình VI.2, có các quá trình chính nh sau:

Chng cất chân không nguyên liệu

Chiết, tách, trích ly bằng dung môi

Tách các hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum)

Làm sạch lần cuối bằng hyđro hóa

Quá trình tách asphanten bằng dung môi propan thờng áp dụng để sảnxuất dầu nhờn có độ nhớt cao từ nguyên liệu cặn guđron cũng đợc xếp vàoquá trình chiết, trích ly bằng dung môi

IV.3.1 Chng cất:

Từ sơ đồ chung (hình IV.2) ta thấy công đoạn đầu tiên sản xuất dầunhờn gốc là chng cất chân không để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dựa vàonhiệt độ sôi hay độ nhớt Bớc đầu này bao gồm việc chng cất chân không phầncặn còn lại của quá trình chng cất khí quyển Do đó, mục đích chính của bớcnày là điều chỉnh độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của dầu gốc

Nhìn vào sơ đồ hình IV.3 ta thấy, phần cặn của quá trình chng cất khíquyển (gọi là phần cặn rộng) đợc cho thẳng vào tháp chng chân không Tại

đây, phần cặn này đợc tách thành các thành phần cất dầu bôi trơn khác nhau

và phần cặn cất chân không (cặn hẹp) Quá trình chng cất chân không tạo racác sản phẩm có độ nhớt khác nhau Phần nhẹ nhất, có độ nhớt nhỏ nhất thu

đợc ở phía trên cùng của tháp phân đoạn và dầu nặng nhất đợc thu từ phần dới

đáy tháp Trong các phân đoạn có mặt tất cả các cấu tử có trong nguyên liệucủa loại dầu mỏ đem chng cất Dễ dàng thấy rằng, các dầu mỏ khác

Tách sáp

Làm sạch bằng hyđro

Dầu gốc

Nguyên liệu

(phần cặn rộng)

Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn guđron

Chiết bằng dung môi Tách asphan bằng propan