Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nguyên liệu nhũ tương cho động cơ Diezel Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nguyên liệu nhũ tương cho động cơ Diezel Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nguyên liệu nhũ tương cho động cơ Diezel luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
MAI NGỌC PHONG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI NGỌC PHONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 2007 -2009 HÀ NỘI 2009 HÀ NỘI - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI NGỌC PHONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HỮU CƠ - HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH HÀ NỘI - 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC Danh mục bảng………………………………………………………………….…6 Danh mục hình…………………………………………………………………… CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ…………………………………………………… 1.1 Tính cấp thiết đề tài…………………………………………………… 1.2 Tình hình nghiên cứu nay……………………………………….… …10 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới…………………………………….10 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam……………………………….….…11 1.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài…………………………………….11 1.3.1 Mục tiêu đề tài……………………………………………… …….….11 1.3.2 Nội dung nghiên cứu đề tài………………………………………… 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN……………………………………………….…… 12 2.1 Khái quát nhiên liệu nhũ tương ……………………………… ……….12 2.1.1 Khái niệm nhiên liệu nhũ tương………………………………… 12 2.1.2 Quá trình cháy nhiên liệu nhũ tương……………………… ….….… 12 2.1.2.1 Nguyên lý làm việc động diezel……………………….……12 2.1.2.2 Ảnh hưởng nước nhiên liệu đến trình cháy….….14 2.1.3 Quá trình hình thành khí thải động cơ………………….… … 16 2.1.3.1 Độc tố khói khí xả……………………………….…… ….16 2.1.3.2 Cơ chế hình thành khí thải……………………………….….….18 2.1.4 Một số ưu điểm nhược điểm nhiên liệu nhũ tương…….……… .21 2.2 Cơ sở lý thuyết nhũ tương……………………………………… ….… 22 2.2.1 Các khái niệm nhũ tương………………………………….…… …22 2.2.1.1 Khái niệm……………………………………….………….… 22 2.2.1.2 Phân loại nhũ tương……………………………………….… 22 2.2.1.3 Phương pháp nhận biết nhũ tương………………………….….23 2.2.2 Tính chất chung nhũ tương…………………………………… …24 2.2.2.1 Sự hình thành phát triển bề mặt giọt nhũ……………….… 24 2.2.2.2 Kích thước hạt phân bố kích thước hạt……………… 25 2.2.2.3 Độ nhớt nhũ tương……………………….…………… ….25 2.2.2.4 Độ bền nhũ tương…………………………….……………27 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 2.2.2.5 Hiện tượng kết tụ lắng đọng nhũ tương…………………… 27 2.2.2.6 Hiện tượng đảo pha nhũ tương……………………………… 29 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định nhũ tương…………… … 30 2.2.3.1 Yếu tố điện tích……………………………………….……… 30 2.2.3.2 Yếu tố hình học……………………………………….……… 31 2.2.4 Chất hoạt động bề mặt tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa …… 32 2.2.4.1 Chất hoạt động bề mặt……………………………………… 32 2.2.4.2 Các tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa…………… …….…….36 2.2.5 Các phưong pháp chế tạo nhũ tương………………………………… 39 2.2.5.1 Phương pháp ngưng tụ……………………… ……….… … 39 2.2.5.2 Phương pháp phân tán học……………………………… 39 2.2.5.3 Phương pháp phân tán siêu âm……………………………… 40 2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo nhũ tương…………… 41 2.2.6.1 Ảnh hưởng việc chọn chất nhũ hoá…………………….….41 2.2.6.2 Ảnh hưởng nồng độ chất nhũ hoá………………… ….….42 2.2.6.3 Ảnh hưởng thời gian khuấy trộn………………….….……42 2.2.6.4 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn……………………….….…43 2.2.6.5 Ảnh hưởng thứ tự cho pha vào nhau………………….43 2.2.6.6 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích hai pha……………………… …43 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM….… 44 3.1 Hóa chất dụng cụ……………………………………………….……… 44 3.1.1 Hóa chất……………………………………………………………….44 3.1.2 Dụng cụ …………………………………………………………….…44 3.2 Phương pháp chế tạo nhiên liệu nhũ tương…………………………….….44 3.2.1 Thiết bị quy trình chế tạo ……………………………………….…44 3.2.2 Phương pháp lựa chọn thành phần cho hệ …………………….….45 3.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương………… 46 3.3.1 Thời gian ổn định nhũ tương ……………………………… … 46 3.3.2 Kích thước hạt……………………………………………………… 46 3.3.3 Phương pháp đánh giá theo tiêu nhiên liệu……………….48 3.3.3.1 Trị số xetan ……………………………………………………50 3.3.3.2 Thành phần phân đoạn……………………………….……… 51 3.3.3.3 Độ nhớt động học…………………………………….…… …51 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.3.4 Khối lượng riêng tỷ trọng…………………………….… …52 3.3.3.5 Nhiệt trị……………………………………………………… 53 3.3.3.6 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín………………………………….…54 3.3.3.7 Hàm lượng lưu huỳnh tổng………………………….…………54 3.3.4 Hàm lượng khí thải cơng suất động cơ……………………….…….55 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….56 4.1 Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa chất tạo nhũ……………………… 56 4.1.1 Chọn chất nhũ hóa……………………………………………… ……56 4.1.2 Chọn chất ổn định nhũ………………………………………… …… 57 4.2 Khảo sát thành phần hỗn hợp……………………………………………….58 4.2.1 Xác định tỷ lệ chất nhũ hóa chất ổn định nhũ………………….… 58 4.2.2 Xác định hàm lượng nước thích hợp………………………………… 60 4.3 Khảo sát thời gian tốc độ khuấy ……………………………………… 67 4.4 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia …………………………………………….…68 4.5 Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương……………………….……… 70 4.5.1 Thời gian ổn định………………………………………………………70 4.5.2 Kích thước hạt………………………………………………… ….… 70 4.5.3 Các tiêu chất lượng nhiên liệu nhũ tương ………………… 71 4.5.4 Khảo sát thông số thực tế nhiên liệu nhũ tương……….….… 73 4.5.4.1 Công suất động cơ………………………………………… ….74 4.5.4.2 Lượng tiêu tốn nhiên liệu……………………….…………… 75 4.5.4.3 Hàm lượng NOx……………………………………….……….76 4.5.4.4 Hàm lượng PM………………………………………….…… 77 4.5.4.5 Lượng THC tạo ra………………………………….……….….79 4.5.4.6 Lượng khí CO2 tạo ra………………………….…………… 80 4.5.4.7 Lượng khí CO tạo ra……………………….….…………….….81 4.5.5 Đánh giá hiệu kinh tế nhiên liệu nhũ tương……………………….82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………… ……………….…83 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 84 PHỤ LỤC……………………………………………………… …………….… 88 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CẢM ƠN Trước trình bày luận văn tốt nghiệp cho phép gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh, người trực tiếp giao đề tài hướng dẫn giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn này; đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Bộ mơn Cơng nghệ Hữu Hóa dầu, Khoa Cơng nghệ Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm Khoa học An toàn lao động - Viện Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật Bảo hộ lao động, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tơi suốt thời gian học tập hồn thành luận văn Do hạn chế điều kiện thời gian nên luận văn không tránh khỏi sơ suất, mong góp ý, dẫn Hội đồng chấm luận văn, thầy cô đồng nghiệp Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Mai Ngọc Phong Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các số phản ứng giai đoạn hình thành khí NO .18 Bảng 2.2 Thang giá trị HLB ứng dụng chất hoạt động bề mặt 36 Bảng 2.3 Chỉ số HLB số chất hoạt động bề mặt………….………….… 37 Bảng 3.1 Phương pháp thử điều kiện tiêu………………………… ….48 Bảng 4.1 Kết lựa chọn chất nhũ hóa………………………….………………56 Bảng 4.2 Khảo sát chất ổn định nhũ…………………………………………… 58 Bảng 4.3 Giá trị HLB hỗn hợp chất HĐBM phụ thuộc tỷ lệ……….… 60 Bảng 4.4 Khảo sát hàm lượng nước 5% 61 Bảng 4.5 Khảo sát hàm lượng nước 7% 62 Bảng 4.6 Khảo sát hàm lượng nước10% 63 Bảng 4.7 Khảo sát hàm lượng nước 13% .64 Bảng 4.8 Khảo sát hàm lượng nước 15% 65 Bảng 4.9 Mối quan hệ số ngày ổn định lớn với hàm lượng nước………66 Bảng 4.10 Xác định thời gian khấy trộn……………………………………….….67 Bảng 4.11 Xác định hàm lượng biodiezel……………………………………… 69 Bảng 4.12 Nhiệt trị nhiên liệu nhũ tương diesel……………………………….69 Bảng 4.13 Các tiêu chất lượng nhiên liệu nhũ tương nước – diesel…… 71 Bảng 4.14 Công suất động cơ……………………………………………… 74 Bảng 4.15 Lượng tiêu hao nhiên liệu……………………………………… ……75 Bảng 4.16 Lượng khí NOx tạo khí thải…………………………… …….76 Bảng 4.17 Lượng PM tạo khí thải………………………………….…….77 Bảng 4.18 Lượng THC tạo khí thải………………………………… … 79 Bảng 4.19 Lượng khí CO2 tạo khí thải…………………………… …….80 Bảng 4.20 Lượng khí CO tạo khí thải……………………………….… 81 Bảng 4.21 Tính tốn giá thành lít nhiên liệu nhũ tương…………… …………82 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ơ nhiễm khí thải động diezel xe bus………………………………9 Hình 1.2 Mẫu nhiên liệu nhũ tương GecamTM……………………………………10 Hình 2.1 Mơ hình giọt nhũ……………………………………………………… 12 Hình 2.2 Mơ hình buồng đốt động diesel…………………………………… 13 Hình 2.3 Mơ hình phá vỡ giọt dầu nước……………………….…………… 14 Hình 2.4 Mơ hình cháy nhiên liệu diezel thơng thường………………………… 15 Hình 2.5 Mơ hình cháy nhiên liệu nhũ tương………………………………….….15 Hình 2.6 Các dạng nhũ tương hai pha………………………………………….…22 Hình 2.7 Nhũ tương ổn định nhờ chất nhũ hố…………………………… ….…24 Hình 2.8 Các trình phá vỡ nhũ tương .28 Hình 2.9 Các loại nhũ tương pha…………………………………… ……… 29 Hình 2.10 Các dạng ổn định nhũ tương………………………….….……… 31 Hình 2.11 Cấu tạo đơn giản phân tử chất nhũ hóa…………….…………32 Hình 2.12 Các dạng chất hoạt động bề mặt…………………………….…………33 Hình 3.1 Máy khuấy đũa ………………………………………………………….44 Hình 3.2 Cánh khuấy… …………………………………………………………44 Hình 3.3 Quy trình chế tạo nhũ tương ………………………………… ……….45 Hình 4.1 Chất nhũ hóa CNHBK02……………………………………… …… 57 Hình 4.2 Chất ổn định nhũ CODBK02…………………………………… …….58 Hình 4.3 Đồ thị khảo sát với hàm lương nước 5% 61 Hình 4.4 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 7% 62 Hình 4.5 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 10% 63 Hình 4.6 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 13% 64 Hình 4.7 Đồ tPhong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 80 4.5.4.6 Lượng khí CO2 tạo Bảng 4.19 Lượng khí CO2 tạo khí thải Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 42270.97 47525.20 11.06 20 64180.78 67008.60 4.22 26 81462.79 85593.90 4.83 31 91456.25 95619.60 4.35 36 81563.50 92094.60 11.44 So sánh (%) ` Lượng CO2 tạo (ppm) Lượng CO2 tạo 120000 100000 80000 Diezel 60000 Nhũ tương 40000 20000 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.17 Lượng CO2 tạo khí thải Qua đồ thị Hình 4.17 ta thấy lượng CO2 tạo khí thải nhiên liệu nhũ tương tăng lên chút so với nhiên liệu thông thường Nguyên nhân nhiên liệu cháy triệt để bon dạng muội, bon chủ yếu chuyển trạng thái CO2 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 81 4.5.4.7 Lượng khí CO tạo Bảng 4.20 Lượng CO tạo khí thải Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 300.25 345.24 13.03 20 320.46 338.86 5.43 26 3062.79 2339.28 -23.62 31 21456.25 20480.04 -4.55 36 31563.50 37117.94 14.96 So sánh (%) Lượng CO tạo Lượng CO tạo (ppm) 40000 35000 30000 Diezel 25000 Nhũ tương 20000 15000 10000 5000 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.18 Lượng CO tạo khí thải Ta thấy chế độ tải tăng, lượng CO tạo nhiên liệu diezel thông thường nhiên liệu nhũ tương diezel tăng Nếu tính trung bình lượng CO tạo nhiên liệu nhũ tương không thay đổi so với nhiên liệu diezel thơng thường Bên cạnh chế độ tải trung bình lượng CO tạo sử dụng nhiên liệu nhũ tương giảm tới 23.62% so với nhiên liệu diezel thông thường Sỡ dĩ chế độ tải trung bình nhiên liệu nhũ tương cháy triệt Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 ... liệu nhũ tương đem lại 4.5.5 Đánh giá hiệu kinh tế nhiên liệu nhũ tương Để đánh giá nhiên liệu nhũ tương mặt kinh tế, chúng tơi lập bảng tính tốn sơ giá thành chế tạo cho lít nhiên liệu nhũ tương. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI NGỌC PHONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL CHUYÊN NGÀNH:... CO tạo nhiên liệu diezel thông thường nhiên liệu nhũ tương diezel tăng Nếu tính trung bình lượng CO tạo nhiên liệu nhũ tương không thay đổi so với nhiên liệu diezel thơng thường Bên cạnh chế