2. Phõn tớch một số tớnh chất cơ bản của dầu và sản phẩm dầu
2.2. Phƣơng phỏp định lƣợng xỏc định nƣớc trong sản phẩm dầu
Nƣớc trong sản phẩn dầu cú thể tồn tại ở trạng thỏi lơ lửng hoặc hũa tan. Ứng với điều này khi phõn tớch chất lƣợng sản phẩm dầu cú hai phƣơng phỏp: cất cú dung mụi và phƣơng phỏp xỏc định húa học nƣớc hũa tan trong dầu nhờn đặc biệt (phƣơng phỏp hydrua canxi).
2.2.1. Cất nƣớc với dung mụi
Bản chất của phƣơng phỏp là cất nƣớc và dung mụi ra khỏi sản phẩm dầu và sau đú tỏch chỳng ra thành hai lớp trong bỡnh hứng chia độ. Dung mụi đƣợc sử dụng là xăng dung mụi BR-1. Trƣớc khi sử dụng dung mụi đƣợc làm khan bằng clorua canxi hoặc sulfat natri và lọc.
Thiết bị để xỏc định hàm lƣợng nƣớc đƣợc lắp đặt nhƣ trong hỡnh 5.5. Nú bao gồm bỡnh cầu 1, phễu hứng 2 và sinh hàn 3. Phễu hứng là ống nghiệm thể tớch 10 ml cú đuụi chuột ở phần dƣới. Giỏ trị vạch chia ở phần từ 1
đến 10 ml là 0,2 ml, cũn ở phần 0 đến 1 ml là 0,05 ml. Phần trờn của ống đƣợc hàn với ống nối vào bỡnh cầu chƣng cất cổ ngắn 1. Bỡnh cầu bằng thủy tinh hoặc kim lọai. Nối vào đầu tự do của ống hứng sinh hàn ngƣợc 3 sao cho phần đuụi ống dƣới của sinh hàn nằm ngay ngang giữa ống nhỏnh.
Ống hứng nối với bỡnh cầu và sinh hàn nhờ nỳt bấc hoặc cổ nhỏm. Qui trỡnh xỏc định
Mẫu phõn tớch đƣợc khuấy trộn trong 5 phỳt, cũn cỏc sản phẩm đặc và parafin đƣợc gia nhiệt trƣớc đến 40o
C.
Cõn vào bỡnh cầu khụ và sạch 100 g mẫu dầu với độ chớnh xỏc đến 0,1g. Để sụi đều cho vào bỡnh 1 một vài viờn đỏ bọt hoặc mao quản thủy tinh.
Khi thiết bị đó lắp rỏp và giữ cố định trờn giỏ đỡ, đƣa nƣớc vào sinh hàn và bắt đầu gia nhiệt từ từ cho bỡnh cầu trờn bếp điện hoặc bằng vũi đốt gas. Điều chỉnh gia nhiệt sao cho cú khoảng 2-4 giọt chất ngƣng tụ rơi vào phễu hứng từ ống sinh hàn trong 1 giõy. Khụng nờn đƣa lƣợng nƣớc vào sinh hàn quỏ nhiều vỡ khi đú trong ống sinh hàn sẽ cú ngƣng tụ hơi nƣơc từ khụng khớ. Sau một thời gian phễu hứng 2 sẽ đầy chất lỏng và phần dƣ sẽ chảy vào bỡnh cầu 1. Nếu trong mẫu dầu cú chứa nƣớc thỡ nú sẽ bay hơi từ bỡnh cầu và ngƣng tụ trong sinh hàn, cựng với dung mụi rơi vào phễu hứng, trong đú nhờ khỏc biệt về khối lƣợng riờng nƣớc nhanh chúng lắng xuống lớp dƣới. Khi tốc độ cất đỳng chuẩn cú thể lọai trừ việc nƣớc khụng rơi vào bỡnh cầu. Khi lƣợng nƣớc trong phễu hứng khụng tăng tiếp và lớp dung mụi trờn trong, chƣng cất kết thỳc. Nếu một lƣợng nƣớc khụng lớn đƣợc chƣng cất, dung mụi sẽ khụng trở nờn trong sau thời gian dài. Trong trƣờng hợp này phễu hứng đƣợc để trong nƣớc núng trong 20 phỳt cho đến khi dung mụi trở nờn trong. Khi cú cỏc giọt nƣớc dớnh vào thành ống hứng dựng đũa thủy tinh mảnh đẩy chỳng xuống phần dƣới. Sau đú đo thể tớch nƣớc đƣợc cất ra. Nều hàm lƣợng nƣớc trong mẫu dầu vƣợt quỏ 10% thỡ tất cả lƣợng nƣớc cất từ 100g mẫu khụng chứa đủ trong phễu hứng. Trong trƣờng hợp này mẫu dầu cú thể giảm xuống đến 50, 25 hoặc 10 g. Hàm lƣợng nƣớc x (%k.l.) đƣợc tớnh nhƣ sau: x = .100 G V (5.6) Trong đú: V - thể tớch nƣớc trong phễu hứng, ml; G - khối lƣợng mẫu phõn tớch, g.
2.2.2. Phƣơng phỏp hydrua-canxi
Phƣơng phỏp này dựa vào sự tƣơng tỏc của nƣớc chứa trong dầu nhờn với hydrua canxi theo phản ứng sau:
CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2 H2 (5.7)
Theo lƣợng hydro sinh ra đƣợc đo trong buret khớ tớnh hàm lƣợng nƣớc trong dầu nhờn.
Húa chất
- Hydrua canxi (giữ trong bỡnh hỳt ẩm kớn)
- Axit sulfuric Thiết bị
Thiết bị để xỏc định hàm lƣợng nƣớc (hỡnh 5.7) gồm bỡnh sinh (retorter), bỡnh cầu 1 cú thể tớch đến cổ nhỏm 100ml. Trong nắp 3 cú hai cửa vào. Nối vào một cửa bỡnh sinh 2, trong đú chứa hydrua canxi. Cổ thứ hai nối với bỡnh Drecsel 4 với khúa hai thụng 5. Đầu tự do của bỡnh Drecsel nối với buret khớ 7. Buret khớ cú dung tớch 20 ml, vạch chia 0,05 ml, cú lắp một khoỏ ba thụng 6 và bỡnh cõn bằng 8. Chất lỏng đƣợc chức trong buret và bỡnh cõn bằng là nƣớc cất. Rút vào bỡnh Drecsel 4 axit sulfuric theo tớnh túan sao cho nú nạp vào ống trong của bỡnh 45 mm. Sử dụng dầu bụi chõn khụng cho nỳt nhỏm và cỏc van. Thiết bị sau khi lắp rỏp đƣợc thử kớn. Để làm điều này bằng van 6 ta nối thiết bị với khụng khớ, cũn van 5 đặt ở vị trớ nối buret 7 với bỡnh cầu 1 và nhờ bỡnh cõn bằng 8 chuyển vị trớ chất lỏng vào vị trớ 0. Đúng van 6 để đúng thụng thiết bị với khụng khớ, hạ bỡnh cõn bằng xuống mức dƣới và giữ ở vị trớ này 10 phỳt. Trƣớc tiờn chất lỏng trong buret sẽ hạ xuống, sau đú dừng ở vị trớ xỏc định. Khi nõng lần hai bỡnh cõn bằng chất lỏng trong buret sẽ một lần nữa trở về vị trớ 0. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại phải tỡm xem ở vị trớ nào trong hệ khụng kớn và sửa chữa lỗi.
1- Bỡnh cầu;2- bỡnh sinh chứa hydrua canxi;3-nắp; 4- bỡnh Drecsel; 5- van hai thụng;6- van ba thụng;7- buret khớ;8- bỡnh cõn bằng. Qui trỡnh xỏc định
Dầu nhờn cần phõn tớch đƣợc giữ trong phũng 2 giờ, sau đú đƣa vào bỡnh cầu 1 đến cổ nhỏm và cõn bỡnh cựng dầu nhờn với độ chớnh xỏc 0,1 g. Theo chờnh lệch trọng lƣợng với bỡnh cầu rỗng xỏc định khối lƣợng dầu nhờn. Đo nhiệt độ và ỏp suất mụi trƣờng. Đƣa vào bỡnh sinh khoảng 1 g hydrua canxi và nối nú với nắp 3, nắp 3 đƣợc nối vào bỡnh cầu. Bằng ống cao su nối đầu tự do của nắp 3 cựng bỡnh 1 vào cỏc phần cũn lại của thiết bị.
Sau hai lần thử độ kớn đƣa mực nƣớc trong buret về vị tri 0 và thiết bị đúng thụng với khụng khớ. Quay bỡnh sinh 2 một gúc 180o quanh cổ nhỏm và đổ hydrua canxi vào dầu nhờn phõn tớch. Hydro sinh ra trong phản ứng thu vào buret, hạ dần bỡnh cõn bằng xuống. Sau 5 phỳt lắc cẩn thận bỡnh cầu 1 và quan sỏt mức nƣớc trong buret, giữ chất lỏng trong bỡnh cõn bằng ở cựng vị trớ. Lắc bỡnh cầu tiếp tục vài lần cho đến khớ thể tớch khớ hydro sinh ra cố định.
Hàm lƣợng nƣớc trong dầu nhờn x (%k.l.) đƣợc tớnh nhƣ sau: x = ) 1 2 , 273 ( 101325 ) ( 2 , 273 . 100 . 000804 , 0 . 1 p b G V (5.8) Trong đú:
V1 - thể tớch hydro sinh ra đƣợc đo trong buret ở nhiệt độ t, ml;
0,000804- khối lƣợng nƣớc, đƣơng lƣợng với 1ml hydro sinh ra trong điều kịen tiờu chuẩn, g;
G - khối lƣợng mẫu phõn tớch, g; p- ỏp suất ỏp kế. Pa;
b- ỏp suất hơi nƣớc ở nhiệt độ phõn tớch, Pa; t- nhiệt độ phõn tớch, o
C.
Để xỏc định hàm lƣợng nƣớc trong dầu thụ sử dụng thiết bị thớ nghiệm tự động (thớ dụ, LIVN-1 (Nga)), trong đú hydro sinh ra khụng xỏc định theo thể tớch của buret mà bằng đầu dũ dẫn nhiệt. Phƣơng phỏp này cho phộp xỏc định hàm lƣợng nƣớc trong dầu thụ với độ chớnh xỏc đến 0,001%.
Thiết bị gồm buồng bay hơi, buồng phản ứng, hệ thống làm khụ khớ mang, đầu dũ dẫn nhiệt, thiết bị điều chỉnh, bộ nguồn và bộ điều chỉnh nhiệt độ bằng điện.
Mẫu dầu đƣợc lấy bằng thiết bị định lƣợng nộn, đƣa vào phần dƣới của buồng bay hơi 2 ml mẫu. Đƣa vào đõy khớ mang là khụng khớ hoặc nitơ sau khi qua hệ thống làm khụ với lƣu lƣợng 200 ml/phỳt. Giữ nhiệt độ trong buồng bay hơi 1500C. Hơi nƣớc, hydrocacbon nhẹ và khớ mang qua buồng bay hơi đi vào buồng phản ứng, trong đú nú đi qua lớp hydrua canxi đƣợc phõn bố trờn lƣới rung. Nhiệt độ của buồng phản ứng giữ ở 90o
C. Hydro sinh ra, khớ mang và hơi xăng qua thiết bị làm lạnh đi vào đầu dũ dẫn nhiệt. Kết quả phõn tớch đƣợc ghi nhận bằng điện thế kế.
Qui trỡnh xỏc định
Đặt nhiệt kế cú khoảng nhiệt độ 0-50oC với vạch chia 0,5oC và chiều dài chõn đỡ 120 mm vào ống nghiệm thủy tinh đƣờng kớnh 30 mm, cao 130mm, đặt vào hộp xốp đƣờng kớnh 50 mm, dài 140 mm. Rút vào ống nghiệm khụ 10 g sản phẩm dầu và đặt vào hộp xốp. Cho vào đõy bột hydrua canxi. Liều lƣợng hydrua canxi đƣợc cõn trƣớc vào ampul thủy tinh. Ampyl đƣợc hàn kớn và mở ra ngay trƣớc khi phõn tớch.
Ngay khi đƣa hydrua canxi vào khuấy ống nghiệm cú chứa nhiệt kế. Trong trƣờng hợp trong sản phẩm dầu cú chứa hơi ẩm, do phản ứng tỏa nhiệt, nhiệt độ tăng lờn. Ghi nhận lƣợng tăng nhiệt độ cực đại và tớnh chờnh lệch nhiệt độ cuối và đầu ΔT. Theo giỏ trị ΔT tỡm đƣợc, sử dụng đồ thị hoặc bảng, xỏc định hàm lƣợng nƣớc (%k.l.). Đồ thị hoặc bảng đƣợc thiết lập trƣớc bằng thực nghiệm trờn thiết bị này và sử dụng hỗn hợp nhõn tạo.
2.2.3. Sử dụng tiờu chuẩn ANSI/ASTM D96 – 73 xỏc định hàm lƣợng nƣớc và cặn trong dầu thụ
Phƣơng phỏp này xỏc định hàm lƣợng nƣớc và Cặn trong dầu thụ bằng cỏch ly tõm mẫu thử. Bao gồm một phƣơng phỏp cơ bản, hai phƣơng phỏp tự chọn A, B (dựng cho những trƣờng hợp ớt nghiờm ngặt hơn) và một phƣơng phỏp cơ sở.
a. Phƣơng phỏp cơ bản
Thiết bị
Mỏy ly tõm: cú thể kiểm soỏt đƣợc lực ly tõm tƣơng đối (rcf) khi quay hai hay nhiều ống ly tõm. Lực ly tõm tƣơng đối thƣờng ở khoảng 500-800. Tớnh toỏn vận tốc quay cú thể theo cụng thức:
rpm = 265
d rcf
(5.9)
với: rcf: lực ly tõm tƣơng đối.
d : đƣờng kớnh quay, đƣợc tớnh bằng nối hai đầu ống đối diện khi chỳng quay.
Ống ly tõm dựng để đựng mẫu gồm hai loại: Ống ly tõm 8 in (203 mm)
Ống ly tõm 6 in (152 mm)
Bể ổn nhiệt: dựng để ổn định nhiệt của mẫu theo tiờu chuẩn (ở 60O
C hay 49OC)
Dung mụi tỏch nƣớc: Toluen.
Mục đớch của dung mụi tỏch nƣớc là: hoà tan hydrocacbon rắn, giảm độ nhớt của mẫu, tăng khả năng tỏch nƣớc và cặn.
Nếu cần chất phỏ nhũ thỡ thờm chất phỏ nhũ, cú thể chọn cỏc chất nhƣ: phenol, bazơ nitogen, acid naphthenic.
Chuẩn bị mẫu
Khi đƣa mẫu từ nguồn chứa về ống ly tõm, cần lắc đều và mạnh sao cho gần giống với mẫu thực tế nhất.
Cỏch tiến hành:
Rút chớnh xỏc 50ml mẫu vào mỗi hai ống ly tõm, sau đú thờm vào đến 100ml dung mụi tỏch nƣớc, lắc mạnh. Nhỳng ống vào bể ổn nhiệt để ổn định nhiệt độ mẫu ở 60 1 OC trƣớc khi ly tõm, và sao cho sau khi ly tõm nhiệt độ khụng dƣới 52 OC, khi kiểm tra mẫu ở 49 oC phải chấp nhận hiện tƣợng sỏp kết tinh ảnh hƣởng đến kết quả, trong trƣờng hợp này nhiệt độ cuối khụng dƣới 38 OC. Xoay ống ngƣợc, xuụi để trộn đều hỗn hợp và chỳ ý là ỏp suất hơi tại 60 OC cao gần gấp đụi tại 38 OC. Đặt ống ly tõm vào cốc xoay sao cho cõn bằng, quay ở 3 phỳt hoặc lõu hơn ở vận tốc tớnh toỏn (chỳ ý rcf nờn từ 500 – 800).
Ghi kết quả.
Đọc và ghi thể tớch nƣớc + cặn của mỗi ống và tớnh tổng của hai ống, tổng này chớnh là % của nƣớc và cặn trong mẫu, bỏo cỏo thờm cả chất phỏ nhũ nếu cú.
b. Phƣơng phỏp tự chọn A
Thiết bị giống nhƣ thiết bị của phƣơng phỏp cơ bản, nhƣng ống ly tõm cú thờm ống hỡnh quả lờ.
Dung mụi và chất phỏ nhũ cú thể chọn theo bảng sau:
Bảng 5.3. Dung mụi và chất phỏ nhũ sử dụng trong thớ nghiệm xỏc định lƣợng nƣớc và cặn trong dầu thụ
Dung mụi Chất phỏ nhũ
Dung mụi stoddard Toluen Xylen Kerosin Xăng thơm Chất phỏ nhũ thƣơng mại bất kỳ Phenol Bazơ nitrogen Axit naphthenic
- Mẫu: nhƣ mục 3 của phƣơng phỏp cơ bản.
- Cỏch làm: giống nhƣ phƣơng phỏp cơ bản nhƣng cú một số thay đổi:
- Nhiệt độ đầu: 49 1 OC, nhiệt độ cuối khụng dƣới 38 O C.
- Nếu mẫu cú nhiều sỏp thỡ nhiệt độ đầu: 60 OC, nhiệt độ cuối khụng dƣới 52 O
C. Ghi kết quả
Nếu hàm lƣợng dầu cho vào là 50 ml và làm đầy đến 100ml với dung mụi thỡ kết quả là % nƣớc + cặn, nhƣng khi hàm lƣợng dầu cho vào khỏc 50ml và làm đầy khỏc 100ml thỡ hàm lƣợng đƣợc tớnh: % nƣớc và Cặn = 100 V S , % (V.10) (S : thể tớch nƣớc và cặn, V: thể tớch dầu) c. Phƣơng phỏp tự chọn B
Hoàn toàn giống phƣơng phỏp A nhƣng ống ly tõm là 12.5ml.
d. Phƣơng phỏp cơ sở (Base Method):
Nƣớc đƣợc tớnh theo ASTM D 95, cũn cặn theo ASTM D 473, tổng hai kết quả chớnh là % của nƣớc và cặn (phƣơng phỏp này khụng đề cập đến trong giỏo trỡnh này).