đồ án kỹ thuật dầu khí Xác định nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ bôi trơn

Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 Bài 4 : Xác định nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ bôi trơn ……………………………… Chương I.Thực trạng thị trường mỡ bôi trơn ở Việt Nam 1.Ý nghĩa của mỡ bôi trơn Trên thế giới hiện nay, dầu nhờn vẫn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng.Với vai trò quan trọng của mình, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu Cùng với sự phát triển của xã hội các loại máy móc, thiết bị, công cụ được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng ngày càng nhiều, dẫn đến mức tiêu thụ dầu bôi trơn tăng lên không ngừng trong những năm qua Theo thống kê mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn hiện nay khoảng 40 triệu tấn mỗi năm.Ở nước ta tuy mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn thấp hơn nhiều so với các nước phát triển nhưng cũng đạt ở mức 100.000 tấn mỗi năm đối với dầu bôi trơn và mức tăng trưởng là 4-8% mỗi năm Toàn bộ lượng dầu này nước ta phải nhập từ nước ngoài dưới dạng thương phẩm hoặc ở dạng dầu gốc cùng với các phụ gia rồi tự pha chế, như vậy hàng năm nhà nước ta phải bỏ ra một ngoại tệ lớn để đáp ứng nhu cầu về bôi trơn cho các ngành công nghiệp và dân dụng trong nước Nền công nghiệp dầu khí Việt Nam tuy mới chỉ dừng lại ở mức khai thác song đã đóng góp một nguồn ngoại tệ đáng kể cho nền kinh tế quốc dân Ngày nay dầu khí Việt Nam đang là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn và dự án với xu hướng phát triển mạnh, đặc biệt là dự án nhà máy Dung Quất đi vào hoạt động Khi đó đáp ứng được một phần lớn nhu cầu về dầu bôi trơn trong nước và tiết kiệm được một lượng lớn ngoại tệ mà dự kiến để nhập khẩu dầu bôi trơn Trước vấn đề cấp thiết đó, các tập thể khoa học lớn đang không ngừng nghiên cứu thành phần, tính chất của dầu mỏ nói chung và các cấu tử nói riêng để hoàn thiện các phương pháp khai thác và chế biến nguồn tài nguyên quý giá này Khi sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt lớp tiếp xúc của các chi tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mòn, giảm ma sát, tản nhiệt, làm mát Nhờ vậy giảm được tiêu hao năng lượng để thắng lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển động, Nói chung, dầu nhờn có ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hiện nay Đặc biệt chúng có tầm trọng rất lớn đối với các loại máy móc, nếu thiếu chúng thì các máy móc sẽ không thể hoạt động được Hoa Mạnh Hùng Page 1 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 Một nước có nền kinh tế hùng mạnh cũng là một nước khát khao nguồn dầu mỏ không phải chỉ để chạy máy mà còn để bôi trơn, bảo quản.Có thể nói chỉ số về lượng dầu tiêu thụ cũng nói lên được tiềm lực kinh tế của một đất nước Mỡ bôi trơn (MBT) nói chung cũng như các vật liệu bôi trơn nói riêng có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống, chúng có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng, độ tin cậy và tuổi thọ của các máy móc, động cơ Hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 40 triệu tấn vật liệu bôi trơn, trong đó mỡ bôi trơn chỉ chiếm khoảng 5% nhưng là sản phẩm không thể thay thế trong kỹ thuật công nghệ Riêng ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm tiêu thụ khoảng 20.000 tấn mỡ.Trong số các MBT hiện nay, loại mỡ sản xuất từ nguyên liệu dầu khoáng và xà phòng của các axit béo chiếm tới hơn 99 % Các vật liệu bôi trơn đã qua sử dụng bị thải vào môi trường một cách bừa bãi cũng như bịrò rỉ là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm.Mặc dù chưa được thống kê đầy đủ nhưng lượng chất bôi trơn tích tụ trong môi trường chắc chắn gây ra tác hại rất lớn Hiện nay khi các yêu cầu an toàn môi trường ngày càng tăng, việc tạo ra các sản phẩm bôi trơn có khả năng phân hủy sinh học cao thay thế cho các sản phẩm bôi trơn gốc dầu khoáng truyền thống ngày càng trở nên cấp thiết Các sản phẩm này thường đi từ este tổng hợp và đặc biệt từ dầu thực vật (DTV), vốn có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn nhiều dầu khoáng thông thường Hơn nữa DTV còn là nguồn nguyên liệu tái tạo được trong khi tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt Hiện nay trên thế giới có khá nhiều công trình nghiên cứu việc ứng dụng DTV làm nguyên liệu sản xuất MBT trong khi ở nước ta đây là một lĩnh vực rất mới mẻ 2 Các nhân tố rủi ro khi kinh doanh mỡ bôi trơn ở thị trường Việt Nam( Công ty APP ) a Rủi ro về kinh tế Là một công ty hoạt động trong lĩnh vực sản xuất kinh doanh các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn và các sản phẩm từ dầu mỏ là nguyên liệu đầu vào của nhiều ngành công nghiệp, có thể nói, môi trường kinh tế vĩ mô có những ảnh hưởng trực tiếp và mạnh mẽ tới quá trình phát triển của Công ty Thực tế Hoa Mạnh Hùng Page 2 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 những năm vừa qua cho thấy nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn tăng trưởng nhanh chóng Trong năm 2008 - 2009 mặc dù kinh tế thế giới khủng hoảng và suy thoái trầm trọng nhưng tăng trưởng kinh tế của Việt Nam vẫn đạt tương ứng là 6,23%[1] và 5,2% 2 và khả năng trong năm 2010, tăng trưởng GDP là 6,5% 3 Tuy có sự suy giảm nhưng so với nhiều quốc gia trên thế giới tăng trưởng GDP của Việt Nam vẫn là rất cao Theo dự đoán của các chuyên gia, tăng trưởng GDP của Việt Nam sẽ tăng trở lại mức 6,5-8% khi nền kinh tế thể giới vượt qua suy thoái và bắt đầu phục hồi Khi kinh tế phát triển, các ngành công nghiệp như cơ khí chế tạo, luyện kim, hoá chất vật liệu, giao thông vận tải, năng lượng, điện lực, than gia tăng sản xuất, hoạt động nên mức tiêu thụ các sản phẩm hóa dầu (dầu mỡ bôi trơn, chất lỏng chuyên dụng ) ngày càng lớn Ngược lại khi kinh tế tăng trưởng chậm hoặc suy thoái cũng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp thông qua tác động đến các ngành công nghiệp trên Năm 2008, tỷ lệ lạm phát trong nền kinh tế tăng cao Giá cả các nguyên vật liệu chủ yếu đều tăng với tỷ lệ lớn đang ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động sản xuất kinh doanh của Công ty Chi phí sản xuất ngày càng cao, đẩy giá thành các sản phẩm chính của Công ty tăng đáng kể Tuy nhiên trong năm 2009 tỷ lệ lạm phát là 6,8% thể hiện khả năng điều tiết tốt kinh tế vĩ mô của chính phủ, dự kiến năm 2010 chỉ tiêu này được giữ ở mức một con số, đây là các điều kiện tương đối thuận lợi đảm bảo cho sự phát triển ổn định của doanh nghiệp b Rủi ro về pháp luật Hoạt động sản xuất kinh doanh của Công ty chịu sự điều chỉnh bởi hệ thống pháp luật và chính sách của Nhà nước, bao gồm: luật doanh nghiệp, các chính sách thuế, các cam kết hội nhập, các quy định về bảo vệ môi trường Khi tham gia thị trường chứng khoán, Công ty còn chịu sự điều chỉnh của các văn bản pháp luật về thị trường chứng khoán Do hệ thống Pháp luật Việt Nam đang trong quá trình hoàn thiện nên sự thay đổi về chính sách luôn có thể xảy ra, sự thay đổi có thể mang đến những thuận lợi nhưng cũng có thể tạo ra những bất lợi cho hoạt động kinh doanh của Công ty c Rủi ro đặc thù ngành kinh doanh Hoa Mạnh Hùng Page 3 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 Giá cả đầu vào Chi phí nguyên vật liệu (dầu gốc, phụ gia các loại ) chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành sản xuất nên biến động của giá nguyên vật liệu đầu vào sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến giá vốn hàng bán, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng tạo lợi nhuận của Công ty Mấy năm gần đây, giá dầu thế giới có nhiều biến động: tăng cao vào cuối năm 2008 và giảm vào đầu năm 2009 và tăng mạnh vào năm 2010 Đây vừa là bất lợi vừa là cơ hội cho doanh nghiệp khi dự báo chính xác biến động giá cả đầu vào Các nhà cung cấp nguyên liệu đầu vào của Công ty đều là các đối tác truyền thống, có năng lực, có uy tín trên thị trường nên Công ty vẫn ổn định được nguồn nguyên liệu cho sản xuất và giảm thiểu được những rủi ro đầu vào Thị trường đầu ra Kể từ khi Việt Nam ra nhập WTO sự canh tranh trong lĩnh vực sản xuất kinh doanh các sản phẩm hóa dầu ngày càng gay gắt và phức tạp Bên cạnh các hãng nổi tiếng nước ngoài như Shell, Castrol, BP, Esso, Mobile, Total còn xuất hiện một số doanh nghiệp trong nước như PDC, PLC hoạt động trong cùng lĩnh vực Thị trường đầu ra của Công ty ngoài bị ảnh hưởng bởi biến động các ngành kinh tế trong nước còn bị ảnh hưởng bởi chính sách giá và sản phẩm của các đối thủ cùng ngành.Tuy nhiên, ngoài cung cấp cho các đại lý bán lẻ, Công ty còn có rất nhiều khách hàng truyền thống, với nhu cầu ổn định qua các năm.Bên cạnh đó, công ty luôn duy trì chính sách quảng bá sản phẩm, mở rộng thị trường đảm bảo đầu ra cho hoạt động sản xuất kinh doanh d Rủi ro tài chính Công ty thường xuyên phải huy động vốn từ các tổ chức tín dụng để đảm bảo cho nhu cầu vốn lưu động và nhu cầu đầu tư mở rộng hoạt động sản xuất kinh doanh.Trong khi đó, do ảnh hưởng của chính sách tiền tệ quốc gia, tình hình lãi suất trong các năm gần đây cũng có nhiều biến động bất thường Trong trường hợp lãi suất tăng cao sẽ làm tăng chi phí hoạt động, giảm hiệu quả sản xuất kinh doanh của công ty Công ty đang từng bước giảm thiểu rủi ro này thông qua các biện pháp nhằm giảm nhu cầu vốn lưu động, tăng vòng quay tiền tệ, tối ưu tỷ lệ tồn kho, cân đối hoạt động sản xuất và tiêu thụ Hoa Mạnh Hùng Page 4 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 Công ty cũng phải sử dụng các khoản vay ngoại tệ (USD) cho nhu cầu nhập khẩu nguyên liệu đầu vào, do đó, chênh lệch tỷ giá ngoại tệ cũng ảnh hưởng đến kết quả kinh doanh Khoản vay hiện tại bằng USD của doanh nghiệp tại Ngân hàng Đầu tư và Phát triển có thời hạn 06 tháng trả gốc và lãi mỗi tháng trả 01 lần Tỷ giá USD so với VNĐ đang có nhiều biến động theo xu hướng tăng do đó Công ty có thể phải chịu rủi ro về tỷ giá với khoản vay này e Rủi ro khác Một số rủi ro mang tính bất khả kháng ít có khả năng xảy ra nhưng nếu xảy ra thì sẽ tác động đến tình hình kinh doanh của Công ty Đó là những hiện tượng thiên tai (hạn hán, bão lụt, động đất v.v ), chiến tranh hay dịch bệnh bùng phát trên quy mô lớn Hiện nay, có rất nhiều các loại mỡ bôi trơn được làm giả và được đúng trong các vỏ hộp của các công ty có uy tín để lưu hành vào thị trường, đây cũng là một điểm đáng để lưu ý khi kinh doanh mỡ bôi trơn 3 Những thuận lợi của thị trường dầu mỡ bôi trơn ở Việt Nam Mặc dù có những khó khăn trong giai đoạn gần đây do chịu ảnh hưởng của khủng hoảng kinh tế toàn cầu nhưng nền kinh tế Việt Nam vẫn có những bước tăng trưởng Theo các dự báo và báo cáo hiện nay, nền kinh tế Việt Nam đã vượt qua được giai đoạn khó khăn nhất.Cùng với những tín hiệu lạc quan của nền kinh tế thế giới, nền kinh tế Việt Nam hy vọng sẽ đạt được mức tăng trưởng cao như giai đoạn trước đây Với mức độ tăng trưởng này thì tốc độ tăng trưởng công nghiệp là nơi sử dụng chủ yếu các loại sản phẩm của công ty dự kiến sẽ đạt mức 10-15%/năm Do đó sẽ kéo theo các nhu cầu tăng trưởng về các loại sản phẩm trong đó có sản phẩm mỡ bôi trơn Nhu cầu dầu mỡ bôi trơn hiện tại khoảng 250.000 - 270.000 tấn và sẽ tăng trưởng hàng năm khoảng 7 - 10% sẽ là cơ hội cho các công ty mở rộng thị trường Việt Nam có đội ngũ các công nhân viên rất giàu kinh nghiệm và chăm chỉ, do đó cũng là một thuận lợi lớn cho các công ty nước ngoài đầu tư phát triển Hoa Mạnh Hùng Page 5 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 Công ty phát triển phụ gia và sản phẩm dầu mỏ (APP), trực thuộc Tổng công ty Hoá chất Việt Nam, đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất mỡ bôi trơn chất lượng cao phục vụ kinh tế và quốc phòng Việt Nam Công trình thể hiện tính kế thừa - sáng tạo trong nghiên cứu và triển khai, đem lại hiệu quả kinh tế xã hội rõ rệt, tạo ra vật liệu bôi trơn mang thương hiệu Việt Nam 3 Nhu cầu bôi trơn bằng mỡ Trong cuộc sống hàng ngày , đôi khi người ta thấy dựng dầu để bôi trơn thế là đủ Nhưng thực tế lại khác có nhiều trường hợp dựng dầu để bôi trơn không được việc , khi đó hoăc là dầu bị chảy ra, văng ra khỏi bề mặt ma sát hoặc là bị bốc hơi hay phân huỷ Chẳng phải nói đến những tốc độ cao mà ngay cả những chỗ có tốc độ thấp thôi như bôi trơn cho chỗ ma sát giữa trục xe và bánh xe của một chiếc xe bò cũng thấy chẳng trơn tru chút nào nếu chỉ việc tra dầu vào đó : dầu tra vào bôi tron được ít lâu chảy hết ! Người ta tìm mọi cách khắc phục,dựng dầu có độ nhớt cao, làm cho dầu dính lại dược trên mặt ma sát để bôi trơn , tạo ra một hệ thống tuần hoàn dầu đến chi tiết ma sát nhờ áp lực bơm , vung tế dầu vào nơi cần bôi trơn , có khi nhúng cả cụm ma sát vào trong chất lỏng như một vài ổ bi của máy bơm xăng dầu Có khi người ta duy trì dầu bôi trơn bằng phớt tẩm dầu hoặc dựng bạc xốp hút dầu để khi bôi trơn dầu thấm dần ra Một biện pháp rất phổ biến , có hiệu quả , rất xưa nhưng cũng rất tân tiến là sử dụng mỡ Rất xưa , tỉ như người Tầu họ vẫn nhận là họ phát minh ra đủ các thứ trên thế giới này cho rằng từ thời nhà Chu nhà Thương vua Kiệt vua Trụ của cha ông họ đã dựng mỡ để bơi các trục bánh xe chiến xa Rất tân tiến vì người ta hiện nay phải sản xuất các loại mỡ đặc biệt để bôi trơn cho máy móc trên các thiết bị của trạm vũ trụ mà ở đó điều kiện chân không, không trọng lượng làm cho ngay đến các giọt nước uống còn bay lửng lơ trong khoang tầu nữa là dầu nhờn Hiện nay, dầu mỡ bôi trơn là nguyên liệu không thể thiếu cho các ngành công nghiệp cũng như đời sống con người Mặc dù còn có rất nhiều khó khăn trên thị trường nhưng các ngành sản xuất và phát triển mỡ bôi trơn vẫn đang phát triển khá mạnh mẽ, đã có rất nhiều các hang mỡ bôi trơn nổi tiếng đang Hoa Mạnh Hùng Page 6 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 phát triển ở Việt Nam như Shell, Puchs ( Đức ), App ( Việt Nam )….Trong các năm gần đây, các ngành sản xuất mỡ bôi trơn đang đầu tư và phát triển nhằm tạo ra các loại dầu mỡ bôi trơn tốt hơn nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và ngoài nước Thị trường mỡ bôi trơn Việt Nam đang phát triển rất mạnh, thị trường mỡ bôi trơn trong nước đang có nhiều khả quan do tầm quan trọng của mỡ bôi trơn Bảng 1.1 Các loại dầu mỡ bôi trơn đang có mặt tại Việt Nam Hoa Mạnh Hùng Page 7 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 Loại mỡ Kiểu đóng gói Energrease LS2 Thùng phuy Energrease LS-EP2 Thùng 15 kg Energrease L21-M Thùng phuy Energrease LC2W Thùng phuy Energrease HTG2 Thùng phuy PLC grease L1 Thùng phuy PLC grease L2 Thùng phuy PLC grease L2 Thùng 15 kg PLC grease L3 Thùng phuy PLC grease L3 Hộp 0,4 kg PLC grease L4 Hộp 0,5 kg Solidol YC-1 Thùng phuy Solidol YC-2 Thùng phuy Solidol YC-3 Thùng phuy Solidol C Thùng phuyPressolidol C Thùng phuy Shell multiplus BX Thùng phuy Epexa MO2 Thùng 50kg Cardexa DC1 Thùng 40kg Hoa Mạnh Hùng Giá (đồng/kg) Hãng sản xuất 27.300 BP 33.200 BP 37.600 BP 52.500 BP 51.500 BP 18.400 PLC 19.000 PLC 22.300 PLC 19.300 PLC 32.500 PLC 24.000 PLC 31.000 Nga 35.000 Nga 28.000 Nga 40.000 42.000 Nga Nga 29.000 Shell 39.300 Elf 56.400 Elf Page 8 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 ChươngII.LẤY MẪU NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM Giới thiệu Công việc đầu tiên cần thực hiện trước khi phân tích xác định các chỉ tiêu của nguyên liệu và sản phẩm đó là vấn đề lấy mẫu và xử lý kết quả thử nghiệm để xác định sự phù hợp với yêu cầu kỹ thuật 1 Giới thiệu sơ lược về mẫu -Nguyên tắc chính của quy trình là phải lấy được mẫu hoặc một số mẫu cục bộ từ các vị trí trong bồn chứa hoặc thùng chứa theo cách thức nào đó sao cho mẫu hoặc hỗn hợp mẫu thu được thực sự đại diện cho dầu mỏ hoặc sản phẩm dầu mỏ” -Mẫu: là một phần được lấy từ toàn bộ thể tích có chứa hoặc không chứa các thành phần có cùng mhững tỷ lệ, đại diện cho toàn bộ thể tích đó -Mục đích lấy mẫu: +Giao/ nhận +Kiểm tra/ Thử nghiệm +Tính hao hụt +Tính giá cả… Phù hợp với các yêu cầu quản lý và thương mại -Mẫu đại diện: là mẫu có các tính chất vật lý và hoá học giống nhau đặc tính trung bình của khối chất đuợc lấy mẫu, trong mức giới hạn về độ tái lập của các phương pháp thử nghiệm đuợc dựng để xác định các tính chất này -Mẫu cục bộ: là một mẫu ở một vị trí xác định trong bể chứa hoặc từ một đường ống tại một thời gian xác định -Các phương pháp lấy mẫu: Lê Văn Hùng Page 9 Báo cáo thí nghiệm chuyên ngành 2 +Lấy mẫu thủ công (ASTM D4057 tương ứng TCVN 6777) +Lấy mẫu tự động (ASTM D4177 tương ứng TCVN 6022) Các phương pháp lấy mẫu cho các sản phẩm đặc biệt như LPG (ASTM D1265), Dầu thủy lực (ANSI B93.19 và B93.44) Dầu cách điện (ASTM D923)… Các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản: -Mẫu toàn mức (All-levels sample): Mẫu được lấy bằng cách thả bình lấy mẫu đến gần đáy bồn chứa (cần tránh nước tự do), sau đó mở bình lấy mẫu và kéo lên với tốc độ (không đổi) sao cho bình chứa chứa khoảng 75% thể tích của nó (không quá 85%) -Mẫu di động (running sample) : Mẫu thu được bằng cách thả bình lấy mẫu từ bề mặt dầu xuống sát đáy và quay ngược lên bề mặt đỉnh dầu với một tốc độ (không đổi) sao cho bình chứa chứa khoảng 75% thể tích của nó (không vượt quá 85%) (đảm bảo rằng không có nước tự do vào bình lấy mẫu) Mẫu cục bộ (spot sample): Mẫu được lấy ở một vị trí xác định trong bể chứa hoặc từ đường ống ở một thời gian xác định trong quá trình bơm chuyển Mẫu hớt (mẫu bề mặt –surface sample): Mẫu cục bộ được lấy từ bề mặt của chất lỏng Lê Văn Hùng Page 10 Sau đây là chỉ số HLB và ứng dụng chủ yếu của một số chất bán keo Chỉ số HLB của chất bán keo không ion hóa 3 đến 6 Nhũ hoá cho hệ nhũ tương N/D 7 đến 9 Thấm ướt 8 đến 1 Lĩnh vực ứng dụng: Nhũ hoá cho hệ nhũ tương D/N 13 đến 15 Tẩy rửa 15 đến 18 Sol hoá (tạo keo) cho chất không phân cực trong H2O 4 Tính bền và sự keo tụ các hệ bán keo Ở nồng độ nhỏ hơn Ct, dung dịch bán keo mang tính chất của dung dịch thật, hệ rất bền về mặt nhiệt động học và động học Sự tồn tại của mixen keo phụ thuộc nồng độ chất bán keo và nhiều yếu tố khác (nhiệt độ, nồng độ chất điện ly , dung môi…) Nếu nồng độ nhỏ, các yếu tố khác thuận lợi cho sự tạo mixen kích thước nhỏ có dạng hình cầu thì tính bền của hệ tương đối cao Thế điện động ζ ở bề mặt mixen nếu lớn cũng có tác dụng duy trì tính bền của hệ Sự tăng nhiệt độ có thể phá vỡ mixen làm cho hệ phân lớp Sự tăng nồng độ chất điện ly sẽ làm giảm độ tan, làm giảm thế ζ cũng có thể dẫn tới sự phá vỡ tính bền Chẳng hạn: thêm NaCl vào dung dịch xà phòng làm giảm Ct của xà phòng, các mixen xà phòng bị phá vỡ, tạo lên lớp xà phòng dày đặc ở bề mặt Các phân tử trong mixen sắp xếp định hướng trong môi trường của hệ, nên việc đổi dung môi này bằng một dung môi khác có độ phân cực khác nhau cũng dẫn tới sự thay đổi tính phân tán của hệ keo III Nhũ tương và chất nhũ hoá 1 Khái niệm và phân loại nhũ tương Nhũ tương là hệ phân tán thụ (kích thước giọt lỏng bằng hoặc lớn hơn hạt keo), gồm các hạt lỏng phân bố trong môi trường lỏng, nhưng 2 chất lỏng này không tan hoặc ít tan vào nhau Chất nhũ hoá là chất thứ 3 trong hệ có tác dụng làm bền nhũ tương Nhũ tương được chia làm 2 loại chính là nhũ tương loại một (gồm các vi hạt dầu phân tán trong nước) ký hiệu là hệ D/N và loại 2 (gồm các vi hạt nước trong dầu) ký hiệu là hệ N/D Phân biệt 2 loại trên bằng cách đo độ dẫn điện hoặc dựng chất màu nhuộm nhũ tương tương ứng Ví dụ: Metyl xanh hòa tan tốt trong nước sẽ phát được được hệ D/N, Sudan III tan nhiều trong dầu sẽ giúp phát hiện hệ N/D Theo nồng độ thể tích, người ta phân chia thành nhũ tương loãng, đậm đặc, rất đậm đặc (còn gọi là gelatin hoá) Nhũ tương loãng, nồng độ chất phân tán nhỏ hơn 0,1% thể tích của hệ, đó là hệ phân tán cao, kích thước hạt cỡ 10-5cm Loại hệ này ít phải dựng chất nhũ hoá đặc biệt Ở đây hạt mang điện do hấp phụ ion chất điện ly, do chất nhũ hoá hấp phụ các ionH+; OH- trong nước do đó hệ có tính chất điện động của hệ ghét lưu, tính bền tập hợp tương đối cao Nhũ tương đậm đặc, nồng độ chất phân tán có thể trên 70% thể tích của hệ Ở đây kích thước hạt thường khác nhau từ 0,1 đến 10-4cm hoặc lớn hơn, cũng thuộc loại hệ vi dị thể Trong hệ cũng có chuyển động Brao, đặc biệt đối với các hạt nhỏ Do nồng độ cao, khoảng cách giữa các hạt không lớn, dễ xẩy ra sự kết dính và sa lắng (nếu khối lượng riêng của chất phân tán lớn) hoặc sa nổi (khi khối lượng riêng của môi trường lớn hơn) Tính bền tập hợp của nhũ tương đậm đặc kém, phụ thuộc vào chất làm bền hay chất nhũ hoá Chất nhũ hoá ưa nước trội, tan vào nước tốt hơn, nó xúc tiến cho quá trìnhũ hoá tạo nhũ tương D/N, còn chất nhũ hoá ưa dầu hơn thì xúc tiến quá trình nhũ hoá tạo nhũ tương loại N/D Nhờ chất nhũ hoá có thể tạo nên các nhũ tương có nồng độ rất cao (trên 90% thể tích hệ là chất phân tán ) 2 Chất nhũ hoá Chất nhũ hoá là chất có tác dụng làm bền nhũ tương Trong đa số trường hợp chất nhũ hoá là các chất bán keo hoặc một số các chất khác (có thể là chất vô cơ) có trong phân tử phần ưa dầu kỵ nước và phần ưa nước kỵ dầu N D N D N D (a) D (c) N (b) N D (d) Hình VI.5: Sơ đồ các giọt nhũ dầu trong nước (D/N) và nước trong dầu (N/D)với các chât nhũ hoá: (a) và (b): chất bán keo (xà phòng ) Chất nhũ hoá được hấp phụ ở bề mặt hạt nhũ, bằng sự sắp xếp định hướng - xem hì (c) và (d): cao lanh (chất vô cơ phân cực) nh VI.5 Phân tử chất nhũ hoá làm cầu nối giữa hai pha lỏng Cơ chế này có tác dụng giảm năng lượng bề mặt hoặc tăng entropy của hệ, tính bền của nhũ tương tăng lên Ví dụ: sức căng bề mặt giữa các pha của hệ benzen – nước là 35.10-3 N.m-1có thể giảm xuống đến 2.10-3N.m-1 khi cho natri oleat vào hệ Cũng như các hệ ghét lưu, hệ nhũ tương kém bền vững tập hợp do có năng lượng bề mặt lớn Tính bền tập hợp của nhũ tương rất phụ thuộc vào bản chất chất nhũ hóa (xem ở trên mục III.1) và lượng chất nhũ hoá đã dựng Sự tăng nhiệt độ, dựng ly tâm, lọc, điện di có thể phá vỡ nhũ Sự thay đổi tính phân cực của dung môi, dựng hoá chất cũng có thể phá vỡ nhũ Việc dựng ion có hố trị cao, dựng chất nhũ hoá trái dấu điện tích, hoặc chất có khả năng hấp phụ mạnh hơn chất nhũ hoá cũng có thể làm cho hệ tách lớp 3 Hiện tượng đảo nhũ Đảo nhũ là hiện tượng chuyển nhũ tương D/N thành nhũ tương N/D biến pha phân tán thành môi trương phân tán và ngược lại Điều đó có thể thực hiện nhờ tác động cơ học (lắc, khuấy với tốc độ cao, lâu dài), thay đổi chất nhũ hoá Ví dụ: Nhũ D/N được nhũ hoá bằng natri oleat, nhưng nếu thêm canxi oleat vào hệ thì có thể đảo thành nhũ N/D Nhũ tương có sắn trong tự nhiên hoặc được tạo ra, có nhiều ứng dụng trong thực tế Ví dụ: Sữa là một nhũ tương, là nhũ mỡ trong nước mà chất làm bền là các prolít động vật Trong công nghiệp, hoá dược, vật liệu xây dựng, công nghệ tơ sợi và thực phẩm…, sự nhũ hoá rất phổ biến để tạo nhũ tương đậm đặc có độ bền cao Trong khai thác dầu mỡ thì phải phá vỡ nhũ D/N để tăng hiêu suất khai thác và chế biến dầu VI Hệ phân tán bọt Hệ phân tán khí(bọt khí) trong chất lỏng gọi là hệ phân tán bọt Đó là hệ thống bọt, được tạo ra khi thổi mạnh chất khí (không khí, CO2…)vào một chất lỏng tạo bọt hoặc vào một chất lỏng có chất tạo bọt Chất tạo bọt thường là chất hoạt động bề mặt như axit béo, xà phòng, protêin , saponin… (Đó cũng thường là chất tạo nên tính bền cho nhũ tương D/N) Lỏng Khí Chất tạo bọt H ình VI.6: Sơ đồ cấu tạo bọt Chất tạo bọt hấp phụ trên 2 màng của lớp chất lỏng – xem hình VI.6 Ở đây chúng ta chỉ đề cập đến hệ thống bọt (có ý nghĩa trong ngành sản xuất và đời sống) Bọt bao gồm các tế bào khí đa dạng tạo nên cấu trúc xốp tổ ong Hệ thống bọt tuy có diện tích bề mặt lớn, nhưng năng lượng bề mặt là cực tiểu để bọt tồn tại được Thoả mãn quy tắc đó thì trên 1 cạnh lỏng của bọt luôn luôn có 3 màng tạo nên với nhau một góc 1200 và ở một điểm chỉ có thể tạo 4 cạnh đi qua Các bọt khí sắp xếp sít nhau làm cho bọt có tính bền vững cơ học nào đó Bọt sau khi hình thành sẽ bị phá huỷ Hệ có chất tạo bọt có sức căng bề mặt nhỏ, nhưng khi tạo thành, hệ đã nhận năng lượng (để tăng số lượng hạt bọt) Do đó sẽ có quá trình tự diễn theo chiều giảm năng lượng, theo cách màng chất lỏng không ngừng chảy dồn theo chiều sức hút của trọng lực Vì thế màng mỏng dần Cho đến khi độ dày của màng bọt nhỏ hơn 10-5 cm thì mầu sắc (do sự khuếch tán ánh sáng) của màng thay đổi hẳn Từ đa sắc chuyển thành không sắc (không còn tính khuếch tán ánh sáng) và sau đó bọt vỡ Vậy hệ thống bọt không có tính bền động học, còn tính bền tập hợp rất phụ thuộc bản chất và nồng độ chất tạo bọt Các chất tạo bọt có khảnăng tạo thành các màng bề mặt bão hòa và tạo dung dịch có độ nhớt cao sẽ tăng tính bền cơ học cho bọt Công nghệ tạo bọt được sử dụng nhiều trong kỹ thuật: tạo màng xốp, tuyển nổi, chế tạo bia và nước giải khát, tạo chế phẩm cứu hoả… Tuy nhiên sự tạo bọt cũng gây nên nhiều trở ngại cho hệ như: ngăn cản sự bay hơi trong nồi chưng, tạo ra hệ dị thể… Trường hợp ấy cần thêm vào chất chống tạo bọt Ví dụ: rượu (như rượu amylic, octylic được dựng nhiều) và ete thông thường M = ∑ ni M i (I.10) n ∑n ni : số hạt i trong hệ Mi: khối lượng 1 hạt i i Trị số M n tính được từ các phương pháp cho phép xác định nồng độ chất phân tán Khối lượng trung bình khối hoặc khối lượng trung bình tính theo khối lượng của hạt tính theo công thức 2 ∑nM i i (I.11) M = ∑ i w w wi: khối lượng của tất cả các hạt i Trị số M w được suy ra từ các phương pháp cho phép xác định kích thước hạt Luôn thấy M w > , nếu là các phân tử đơn giản thì M n = M w Mn Độ đa phân tán của hệ tính bằng tỷ số giữa khối lượng trung bình khối và khối lượng trung bình số của các hạt β= M (I.12) w Mn β: độ đa phân tán Nếu β = 1 hoặc M tử đơn giản M w thì hệ là đơn phân tán, thường thấy ở hệ n = gồm những phân Nếu β>1 hoặc M thì hệ là đa phân tán Khi β>>1 thì mức độ đa phân tán của w>M n hệ rất rộng, đó là hệ gồm các hạt rất khác nhau về kích thước hoặc khối lượng Ví dụ: Có 2 hệ đa phân tán A và B gồm các hạt có khối lượng như sau (quy ước 1 đơn vị khối lượng ở đầy bằng 103đvC cho phù hợp với các hạt, khối lượng hạt này là 100đơn vị): Hệ A gồm 100 hạt, khối lượng mỗi hạt là 1 đơn vị và 1 hạt khối lượng 100 đơn vị Hệ B gồm 100 hạt, khối lượng của mỗi hạt là 1 đơn vị và 100 hạt khối lượng mỗi hạt là 100 đơn vị Hãy tính độ đa phân tán của mỗi hệ? Giải: Áp dụng các công thức I.11; I.10 và I.12 đối với hệ A: 2 M = w M = n 2 (100 × 1 ) + (1 × 100 ) = 50,5 đơn vị (100 ×1) + (1×100) (100 × 1) + (1 × 100) = 1,99 đơn vị 100 + 1 50,5 β= ≈ 25,37 1,99 và đối với hệ B: 2 M = w M = n 2 (100 × 1 ) + (100 × 100 ) = 99 đơn vị (1×100) + (100 ×100) (100 × 1) + (100 × 100) 100 + 100 = 50,5 đơn vị β= 50,5 99 ≈ 1,96 Như vậy các hệ A và B đều là đa phân tán, nhưng mức độ đa phân tán của hệ A lớn hơn hệ B hàng chục lần Nghĩa là sự sai khác của các hạt (về khối lượng hoặc kích thước) trong A lớn hơn trong B nhiều lần IV Điều chế và tinh chế các hệ keo 1 Điều chế Có 2 phương pháp chính điều chế là phương pháp phân tán và phương pháp ngưng tụ Phương pháp phân tán: bao gồm các biện pháp chia nhỏ các hạt phân tán có kích thước lớn thành các hạt có kích thước nhỏ, thích hợp Ví dụ: nghiền, xay, gió, dựng hồ quang, siêu âm… Phương pháp ngưng tụ: thì ngược lại với phương pháp phân tán bao gồm các biện pháp tập hợp các phần tử nhỏ thành các hạt có kích thước thích hợp Ví dụ: sự thay đổi tính chất môi trường (nhiệt độ, pH, dung môi…) đều có thể làm cho các phân tử của chất tan ngưng kết lại thành các hạt, cũng có thể thực hiện phản ứng hoá học (oxy hoá - khử, trao đổi, thuỷ phân…) tạo ra các phân tử của chất khó tan để chúng tập hợp lại thành các hạt Vấn đề khó nhất trong việc điều chế không phải là tìm được biện pháp phân tán hay ngưng tụ mà phải tìm được biện pháp khống chế kích thước hạt keo Nghĩa là sự chia nhỏ không làm cho hạt quá lớn Ngoài các yếu tố nhiệt độ, pH … người ta thường chú ý đến việc thêm vào hệ một chất khác hoặc 1 chất làm bền thích hợp, nó vừa có tác dụng khống chế kích thước hạt vừa có tác dụng chống lại sự đông vón hoặc sự kết dính giữa các hạt, trong quá trình điều chế 2 Tinh chế keo Trong quá trình điều chế, do nguyên liệu đã dựng, do phải thêm chất làm bền… nên dung dịch keo thu được thường không sạch Trong số các chất làm bền thì chất điện ly là chất ảnh hưởng lớn đến tính chất của hệ keo Do đó việc tinh chế keo, trước hết nhằm tách các chất điện ly ra khỏi hệ bằng phương pháp thẩm tích, cách tiến hành như sau: nước ra màng thẩm tích hệ keo nước vào Hình I.2 Sơ đồ tinh chế hệ keo bằng phương pháp thẩm tích Cho hệ keo vào một bình thẩm tích, nhưng phía dưới bình được bịt bằng một màng thẩm tích Đặc điểm của màng thẩm tích là chỉ cho các phân tử và ion đơn giản đi qua, các hạt keo không đi qua được Cả bình trên được đặt trong một chậu nước sạch có dòng chảy – xem hình I.2 Các ion của chất điện ly khuếch tán qua màng thẩm tích từ hệ keo vào nước và bị nước cuốn đi Cuối cùng trong bình thẩm tích chỉ còn lại là hệ keo Để tăng tốc độ quá trình và hiệu quả tinh chế, người ta đặt bình thẩm tích trong điện trường của dòng điện một chiều Đó là nguyên tắc của phương pháp điện thẩm tích để tinh chế keo Ngoài phương pháp thẩm tích còn có thể dựng phương pháp siêu lọc Thực chất là sự lọc dung dịch keo qua các màng lọc đặc biệt, màng lọc có các lỗ nhỏ với kích thước xác định Các ion và phân tử nhỏ lọt qua màng lọc, còn các hạt keo kể cả phân tử chất polyme bị giữ lại trên phễu lọc Bằng cách chọn các màng có lỗ thích hợp, phương pháp siêu lọc chẳng những cho phép tính chế các hệ keo mà còn tách riêng được các hạt keo theo kích thước của chúng Đào Quỳnh Giang Page 77 IX BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CỦA NHÓM 3 1.Ý NGHĨA Nhiệt độ nhỏ giọt đặc trưng cho khả năng làm việc ở nhiệt độ cao của dầu mỡ,phản ánh một chừng mực nào đó thành phần ,bản chất của chất làm đặc.Không được coi nhiệt độ nhỏ giọt như nhiệt độ nóng chày.Nói cách khác giọt mỡ đầu tiên rơi xuống ở nhiệt độ đó không phải luôn luôn làm mỡ đã mất đi tính dẻo và bắt đầu chảy.Bởi đôi khi điều đó xảy ra lại do tính ổn định nhiệt độ kém của mỡ Mỡ vẫn được giữ một giới hạn bền nào đó nhưng được tách ra như một lượng như dầu Ngoài ra mỡ không phải là đơn chất mà là một hệ keo phức tạp Việc chuyển sang trạng thái chày xảy ra trong một khoảng nhiệt độ xác định,đôi khi khá rộng 2.NGUYÊN TẮC Cho mỡ vào một chén đặc biệt có lỗ đáy ,Khi nâng nhiệt độ đến một giới hạn nào đó xuất hiện một giọt mỡ đầu tiên rơi ra khỏi chén Nhiệt độ tương ứng lúc này gọi là nhiệt độ nhỏ giọt 3.DỤNG CỤ HÓA CHẤT 3.1.Dụng cụ Nhiệt kế 0-300oC chia vạch 1o/vạch Ống đồng Chén đựng mẫu bầng đồng mạ crom Chất tải nhiệt Que khuấy Ống nghiệm chịu nhiệt dài từ 180 đến 250mm Cốc thủy tinh 500ml Đào Quỳnh Giang Page 78 Mảnh giấy lọc Bếp điên 3.2Hóa chất Chất tải nhiệt :Glyxerin hoặc dầu 4.CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM Mỡ được trộn đều trong một cốc kim loại ,sau đó dựng một dao nhọn dưa mỡ vào chén đến đầy chén ,sao không tạo bọt khí trong chén ,dựng dao gạt đều trên bề mặt chén rồi đưa chén vào trong ống đồng cho đến khi chạm vào gờ kim loại Lúc này có một số mỡ bị đẩy ra khỏi chén ở phía dưới ,dựng dao gạt phẳng đi Lắp nhiệt kế cùng với chén vào ống nghiệm ,khoảng cách từ chén đến ống nghiệm là 25mm Lắp ống nghiệm vào cố ,ống nghiệm cách cốc 10-20 mm Ở trong ống nghiệm,dưới đáy đáy đặt một mảnh giấy lọc nhỏ mẩu trắng để khi dầu rơi xuống người quan sát có thể dễ phát hiện Đổ glyxerin hoặc dầu 5.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Khuấy cốc dầu ,đồng thời đun nóng dầu với tốc độ 4-7 oC/Phút Khi còn cách nhiệt độ nhỏ giọt dự kiến khoảng 20 oC thì tăng nhiệt độ chậm lại với tốc độ 1oC/phút.Việc điều chỉnh tốc độ gia nhiệt bằng cách lắp một biến thế tự ngấu,vào bếp điện Tiếp tục gia nhiệt,mỡ nóng chảy và dần dần lọt xuống qua lỗ ở đáy chén Khi giọt mỡ đầu tiên rơi khỏi đáy chén hoặc giọt dầu tiếp xúc với mảnh giấy lọc ở đáy ống nghiêm thi ghi lại nhiệt độ này Nhiệt độ này chính là nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ 6.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Mẫu mỡ :Mỡ bôi trơn Nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ Lần 1 : Tng = 95oC Đào Quỳnh Giang Page 79 Lần 2 : Tng = 94oC Lần 3 : Tng = 94oC Trung bình: Tng = 94,3 oC Nhận xét : Đặc tính của một số loại mỡ Tt 1 2 3 4 5 6 7 8 Loại mỡ Nhiệt nhỏ Nhiệt Kết cấu giọt oC độ làm việc tối đa Xà phòng AL >82 82 Nhẵn mịn và trong Xà phòng Ba 188 107 Mịn Xà phòng Ca 82 77 Mịn Xà phòng phức 260 150 Mịn Ca Xà phòng Li 190 160 Nhẵn và sợi tơ Xà phòng Na 170 120 Nhẵn hoặc dạng sợi Polyme 260 160 Nhẵn Đất sét Khôngchảy 120 Mịn Sai số: - Khả năng chịu nước Tốt Tốt Tốt Tốt Khá → tốt Xấu → tốt Tuyệt hảo Tuyệt hảo Quá trình trộn mỡ không đều Quá trình cho mỡ vào cốc ít hơn hay đầy quá so với bề mặt cốc Tốc độ gia nhiệt không đảm bảo Lắp nhiệt kế không đúng vị trí : quá cao hoặc quá thấp Thời điểm đọc nhiệt độ và nhìn giọt chảy mỡ không đồng nhất nên gây ra kết quả sai số Hình thành bọt khí trong mỡ Đào Quỳnh Giang Page 80 ... bôi trơn nhiệt độ sử dụng mỡ thường nhỏ 10-20 0C so với nhiệt độ nhỏ giọt, xác định nhiệt độ nhỏ giọt ta xác định phạm vi nhiệt độ sử dụng mỡ lựa chọn loại mỡ cho phù hợp điều kiện động Mỡ có nhiệt. .. nhỏ giọt Nhiệt độ nhỏ giọt nhiệt độ mà nhiệt độ giọt mỡ từ chén mở rơi xuống đáy ống nghiệm ( hay sợi mỡ chảy chạm xuống đáy ống ) đốt nóng mỡ dụng cụ chuyên dụng độ nhỏ giọt Độ nhỏ giọt xác định. .. điểm nhỏ giọt mỡ ta chọn loại mỡ phù hợp Thơng thường nhiệt độ sử dụng thấp nhiệt độ nhỏ giọt từ 10-20 0C Từ điểm nhỏ giọt phán đoán chất làm đặc mỡ, ví dụ gốc xà phịng natri có nhiêt độ nhỏ giọt