7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
1.4.3.2. Giới thiệu về một số loại dầu
Dầu thực vật
Hình 1.14: Dầu phộng
Dầu phộng được lấy từ hạt đậu phộng (đậu lạc), là một loại dầu thực vật quan trọng được thu bằng cách ép lực từ các hạt đậu giống của đậu phộng.
Ở nhiệt độ phòng, nó là chất lỏng, sánh có màu vàng óng ánh và có mùi thơm đặc trưng.
Bảng 1.2: Đặc tính của dầu phộng
Độ bão hòa Không bão hòa đơn Không bão hòa đa Điểm sôi
Dầu phộng 18% 49% 33% 2310C
Thành phần hóa học của dầu phộng
- Hạt chứa nước: 3-5%, chất đạm: 20-30%, chất béo: 40-50%, chất bột: 20%, chất vô cơ: 2- 4%. Trong thành phần chất đạm (protein) có một globulin là arachin (60-70%) và một albumin là conarachin (25-40%), cả hai chất này đều không tan trong nước. Cả arachin và conarachin đều cho các acid amin như methionin, tryptophan và d-threonin.
- Thành phần chủ yếu trong nhân lạc là dầu lạc. Nó gồm các glycerid của acid béo no và không no, với tỷ lệ thay đổi rất nhiều tuỳ theo loại lạc, acid oleic 51-79%; acid linoleic 7,4-
26%, acid palmitic 8,5% acid stearic 4,5-6,2%, acid hexaconic 0,1-0,4% và 2 acid chỉ thấy trong dầu lạc là acid arachidic và acid lignoceric.
Dầu máy Diesel (DO)
Nhiên liệu Diesel (DO – Diesel Oil) là một loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu lửa và xăng, sử dụng chủ yếu cho động cơ Diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy) và một phần được sử dụng cho các tuabin khí (trong công nghiệp phát điện, xây dựng…).
Nhiên liệu Diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gazoil và là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, có đầy đủ những tính chất lý hóa phù hợp cho động cơ Diesel mà không cần phải áp dụng những quá trình biến đổi hóa học phức tạp.
Bảng 1.3: Thành phần và tính chất của các dầu Diesel. Tỷ trọng (15,5 / 15,5°C) 0,84 0,88 0,86 Điểm chớp cháy (°C) 200 186 186 Độ nhớt Redwood ở 37,7°C 35 33 37 Nhiệt độ khoảng sôi thấp nhất, °C 220 200 210 % chưng cất tới 300°C 65 34 47
Chỉ số cetan 62 34 47
Cặn carbon Conradson (% trọng
lượng) 0,02 0,07 0,02
CHƢƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1. Phƣơng pháp xác định độ ẩm của mẫu [3]
Độ ẩm của tre (W) là đại lượng đánh giá lượng nước có thật trong tre tại một thời điểm xác định và được tính bằng % giữa khối lượng nước hiện có với khối lượng tre khô kiệt.
2.1.1. Dụng cụ và thiết bị
- Cân phân tích có độ chính xác đến 0,001g - Tủ sấy có nhiệt kế đảm bảo nhiệt độ 105÷1100C
2.1.2. Chuẩn bị mẫu tre
- Các mẫu phải được đảm bảo lấy từ cùng một cây và cùng thời gian. - Gia công các mẫu cùng một kích thước với nhau.
- Các mặt của mẫu phải nhẵn và vuông góc với nhau.
2.1.3. Tiến hành thí nghiệm
- Cân khối lượng của lọ và nắp đã sấy khô từ trước với độ chính xác đến 0,01g ( khối lượng m0)
- Cho mẫu vào lọ đã sấy khô, cân cả lọ và mẫu chính xác đến 0,01g (khối lượng m1)
- Đặt lọ đựng mẫu và nắp đã mở để riêng ra vào trong tủ sấy. Sấy ở nhiệt độ 50÷600C trong vòng 1 giờ, sau đó tăng nhiệt độ lên đến 105÷1100C và giữ ở nhiệt độ đó cho đến khi khối lượng mẫu không đổi. Sau 3h, tiến hành cân mẫu (m2). Cân 2 – 3 lần, mỗi lần cách nhau 15 phút, với độ chính xác là 0,01g.
2.1.4. Kết quả tính toán
Độ ẩm W của mẫu tính bằng phần trăm (%), theo công thức:
100 0 2 2 1 m m m m W (2.1)
Trong đó: m0: khối lượng của lọ (g)
m1 : khối lượng của lọ và mẫu trước khi sấy (g) m2 : khối lượng của lọ và mẫu sau khi sấy (g)
2.2. Quy trình thực nghiệm
2.2.1.Quy trình nghiên cứu bằng phương pháp xử lý nhiệt dầu
Xác định các thông số
của mẫu ban đầu
Dầu phộng Dầu DO Xử lý ở nhiệt độ: 1300C, 1500C 1700C, 1900C Thời gian 20-40-60 phút.
Hình 2.1: Quy trình xử lý bằng phương pháp nhiệt dầu.
2.2.1.1. Chọn nguyên liệu, hóa chất
- Nguyên liệu được dùng để nguyên cứu là tre. - Hóa chất: dầu phộng nguyên chất, dầu Diesel.
- Dụng cụ: bếp điện, bình cầu chịu nhiệt, nhiệt kế 3000C.
2.2.1.2. Gia công mẫu
- Mẫu thí nghiệm đã được gia công. - Điều kiện thí nghiệm của các mẫu:
+ Các mẫu phải được đảm bảo lấy từ cùng một đốt của cây tre và cùng thời gian lấy là tốt nhất.
+ Gia công các mẫu cùng một kích thước.
Gia công mẫu Xử lý mẫu ở độ ẩm 70%
Chuẩn bị mẫu dầu
Ngâm mẫu trong dầu và tiến hành nấu
Lấy mẫu ra để ổn định sau 24h
Tiến hành thử mẫu Kết quả
+ Các mặt của mẫu phải nhẵn và vuông góc với nhau.
2.2.1.3. Tiến hành xử lý mẫu [15]
Cho các mẫu tre đã xử lý ở độ ẩm 70% vào hóa chất đã chuẩn bị (dầu thực vật và dầu DO) và tiến hành xử lý mẫu.
Chúng tôi đã tiến hành nấu các mẫu tre trong dầu thực vật (dầu phộng) và dầu Diesel trong các khoảng thời gian 20 phút, 40 phút, 60 phút và ở nhiệt độ khác nhau lần lượt là: 1300
C, 1500C, 1700C, 1900C. Nhằm khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ và thời gian đến quá trình xử lý nhiệt dầu.
* Lưu ý trong quá trình thí nghiệm:
+ Các mẫu tre đảm bảo phải ngập hoàn toàn trong dầu và dùng đũa thủy tinh để đảo mẫu tre nhằm làm cho các mẫu tre nóng đều.
+ Nhằm đảm bảo nhiệt độ giữa các lần thí nghiệm chính xác thì vị trí đặt nhiệt kế phải cố định trong quá trình nấu.
+ Sau khi kết thúc quá trình nấu thì nhanh chóng lấy các mẫu ra và thấm khô dầu còn trên bề mặt các mẫu tre nhằm tránh hiện tượng ủ nhiệt.
Các mẫu sau khi xử lý được lấy ra để ổn định 24h. Sấy khô các mẫu đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 1050C rồi thử các tính chất cơ lý.
Hình 2.2: Một số hình ảnh của quá trình xử lý nhiệt dầu.
2.2.2.Quy trình nghiên cứu bằng phương pháp xử lý hóa chất
Xác định các thông số Tỉ lệ 0,096 g K2Cr2O7
của mẫu ban đầu pha trong 1 lít n-butanol
Thời gian ngâm mẫu:
24h, 48h, 72h, 96h, 120h
Hình 2.3: Quy trình xử lý bằng hóa chất
2.2.2.1. Pha chế dung dịch ngâm [2]
Thành phần của dung dịch ngâm gồm: 0,096g muối kali bicromat trong một lít dung môi n-butanol 99,5%. Sau khi pha xong để cho dung dịch ổn định trong vòng 24h. Rồi mới tiến hành ngâm mẫu.
Hình 2.4:Hóa chất n-butanol và kali bicromat dùng trong thí nghiệm
2.2.2.2. Chọn nguyên liệu
Nguyên liệu được dùng để nguyên cứu là tre.
2.2.2.3. Gia công mẫu
- Mẫu thí nghiệm đã được gia công.
Gia công mẫu Xử lý mẫu ở độ ẩm 70%
Để dung dịch ngâm ổn định sau 24h
Ngâm mẫu trong dung dịch xử lý Lấy mẫu ra để ổn định
sau 24h Tiến hành thử mẫu
- Điều kiện thí nghiệm của các mẫu:
+ Các mẫu phải được đảm bảo lấy từ cùng một đốt của cây tre và cùng thời gian lấy là tốt nhất.
+ Gia công đúng kích thước của từng loại mẫu. + Các mặt của mẫu phải nhẵn và vuông góc với nhau.
2.2.2.4. Tiến hành ngâm mẫu trong dung dịch xử lý
Để xác định thời gian tối ưu cho quá trình ngâm mẫu, chúng tôi đã tiến hành ngâm các loại mẫu đã xử lý ở độ ẩm là 70% với những khoảng thời gian khác nhau là 24h, 48h, 72h, 96h, 120h ở cùng điều kiện nhiệt độ phòng.
Mẫu sau khi sấy, cho ngay mẫu còn nóng vào dung dịch ngâm đựng sẵn trong dụng cụ ngâm. Tác dụng của việc cho mẫu còn nóng vào dung dịch ngâm là tạo được sự chênh lệch áp suất giữa dung dịch ngâm với môi trường bên trong mẫu sau khi sấy làm cho quá trình thấm thuốc bảo quản vào bên trong mẫu dễ dàng hơn.
Khi các mẫu đạt đến thời gian ngâm quy định, lấy ra để cho ráo bề mặt. Để các mẫu ổn định trong vòng 24h sau đó sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 1050C rồi đem thử các chỉ tiêu cơ-lý đã đặt ra.
2.3. Thực nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ uốn của mẫu trƣớc và sau khi xử lý [3], [14]
2.3.1. Thực nghiệm xác định cường độ chịu nén
2.3.1.1. Dụng cụ và thiết bị
- Máy nén với độ đo lực chính xác đến 0,0001N - Thước kẹp chính xác đến 0,01mm
- Dụng cụ để xác định độ ẩm như TCVN 360-1970 - Thiết bị chuyên dùng cho từng dạng thử.
2.3.1.2. Trình tự thí nghiệm
- Chuẩn bị mẫu:
Hình 2.5: Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén. - Tiến hành thử mẫu:
+ Đo mẫu: Đo kính thước a và b của mặt cắt ngang mẫu, chính xác đến 0,01mm. Vị trí đo ở giữa chiều cao của mẫu.
+ Thử mẫu: Lực nén phải hướng theo phương dọc thớ. Mẫu được đo cường độ chịu nén tại phòng thí nghiệm của phòng công nghệ vật liệu Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
* Cho máy nén chạy: Tốc độ tăng lực trung bình 5mm/s.
Hình 2.6: Máy xác định cường độ chịu nén và thước kẹp ban-me.
2.3.2. Thực nghiệm xác định cường độ chịu uốn
2.3.2.1. Dụng cụ và thiết bị - Máy thử có độ đo lực chính xác đến 0,0001N - Máy thử có độ đo lực chính xác đến 0,0001N - Thước kẹp có độ chính xác đến 0,01mm. - Dụng cụ để xác định độ ẩm. 2.3.2.2. Trình tự thí nghiệm - Chuẩn bị mẫu:
Hình 2.7: Mẫu xác định cường độ chịu uốn. - Tiến hành thử:
+ Đo mẫu chính xác đến 0,01mm kích thước mặt cắt ngang ở điểm giữa của chiều dài mẫu. + Uốn mẫu: Mẫu đặt trên hai gối tựa sao cho lực uốn hướng theo phương tiếp tuyến với tre, còn dao truyền lực và gối tựa thì đối xứng qua trung điểm của mẫu.
+ Tăng tốc độ trung bình 5mm/s
+ Thử mẫu: Mẫu được đo cường độ chịu uốn tại phòng thí nghiệm của phòng công nghệ vật liệu Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
Hình 2.8: Máy xác định cường độ chịu uốn tĩnh.
2.4. Thực nghiệm xác định độ hút nƣớc và độ trƣơng nở của những mẫu tối ƣu đã xử lý so với mẫu chƣa xử lý [3] lý so với mẫu chƣa xử lý [3]
2.4.1. Phương pháp xác định độ hút nước của mẫu [3]
2.4.1.1. Dụng cụ và thiết bị
- Tủ sấy
- Bình chống ẩm
- Cân phân tích có độ chính xác đến 0,01g
- Cốc thủy tinh ngâm mẫu có kích thước phù hợp
2.4.1.2. Trình tự thí nghiệm
- Độ hút nước là tỉ lệ khối lượng nước ngấm vào mẫu tre dưới nước trong một thời gian nhất định dưới áp suất thông thường và khối lượng mẫu sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 1050
C - 1100C.
- Tiến hành xác định độ hút nước của mẫu tre trước và sau khi xử lý ở điều kiện tối ưu đã khảo sát với phương pháp xử lý nhiệt dầu và phương pháp xử lý bằng hóa chất.
- Các mẫu chuẩn bị được sấy đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 1050C - 1100C, để nguội và cân chính xác khối lượng mẫu đã sấy khô (g). Sau đó tiến hành ngâm mẫu trong nước cất ở nhiệt độ phòng và thời gian ngâm là 7 ngày. Sau thời gian ngâm vớt mẫu ra lau nước đọng trên bề mặt mẫu bằng vải ẩm rồi cân mẫu.
Độ hút nước được tính theo công thức: u k100% p k m m H m (2.2)
Trong đó: mu: khối lượng mẫu ướt (g) mk: khối lượng mẫu khô (g)
2.4.2. Phương pháp xác định độ trương nở của vật liệu [3]
2.4.2.1. Dụng cụ và thiết bị
- Tủ sấy
- Bình chống ẩm
- Cân phân tích có độ chính xác đến 0,01g - Âu thủy tinh ngâm mẫu có kích thước phù hợp
2.4.2.2. Trình tự thí nghiệm
- Độ trương nở của vật liệu là đại lượng dùng để đánh giá khả năng chịu nước của những vật liệu như tre, gỗ tự nhiên hay gỗ nhân tạo.
- Tiến hành xác định độ trương nở trong nước của mẫu tre trước và sau khi xử lý ở điều kiện tối ưu đã khảo sát với phương pháp xử lý nhiệt dầu và xử lý bằng hóa chất.
- Các mẫu tre chuẩn bị được sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 1050C - 1100C. Sau đó được đo chính xác kích thước rồi đưa đi ngâm trong nước cất trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, lấy ra lau khô và đo lại chính xác kích thước sau khi ngâm.
2.4.2.3. Tính toán kết quả
Độ trương nở của các mẫu tre được tính theo công thức:
% 100 1 1 2 x x x RN (2.3) Trong đó:
RN: Độ trương nở của vật liệu theo kích thước N (%) (N: kích thước bề dày mẫu )
x1: Kích thước ban đầu của mẫu (mm)
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát độ ẩm ban đầu của mẫu
Sau khi lấy nguyên liệu và gia công mẫu tre. Trước khi tiến hành thực nghiệm xử lý mẫu tre bằng phương pháp nhiệt và xử lý bằng phương pháp hóa học chúng tôi tiến hành xác định độ ẩm của 13 mẫu tre đã được gia công, kết quả được trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1: Độ ẩm của các mẫu tre dùng trong phương pháp xử lý nhiệt.
STT m0 (g) m1 (g) m2 (g) Độ ẩm W (%) 1 53,315 73,316 65,071 70,13 2 53,214 73,216 64,978 70,02 3 53,112 73,111 64,873 70,05 4 53,056 73,054 64,812 70,11 5 53,306 73,302 65,072 69,95 6 53,278 73,278 65,037 70,08 7 53,299 73,302 65,066 69,99 8 53,198 73,198 64,954 70,12 9 53,099 73,100 64,862 70,03 10 53,234 73,233 65,041 69,92 11 53,456 73,456 65,214 70,09 12 53,011 73,008 64,777 69,95 13 53,167 73,170 64,931 70,03 T/bình 70,04
Bảng 3.2: Độ ẩm của các mẫu tre dùng trong phương pháp xử lý hóa chất.
STT m0 (g) m1 (g) m2 (g) Độ ẩm W (%) 1 53,318 73,316 65,066 70,23 2 53,210 72,816 64,739 70,06 3 53,172 72,911 64,793 69,85 4 53,036 73,014 64,784 70,05 5 53,306 73,202 65,014 69,93 6 53,225 73,375 65,075 70,04 T/bình 70,03
Đây là độ ẩm thích hợp để tiến hành những thực nghiệm trong phương pháp xử lý mẫu bằng nhiệt dầu và bằng phương pháp xử lý hóa chất.
3.2. Khảo sát ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình xử lý tre bằng phƣơng pháp nhiệt dầu dầu
3.2.1. Xác định cường độ nén, cường độ uốn của các mẫu tre xử lý trong dầu thực vật
Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến kết quả của mẫu tre xử lý bằng phương pháp nhiệt dầu nhằm tìm ra điều kiện tối ưu của phương pháp này. Chúng tôi tiến hành đo cường độ chịu nén dọc thớ tre của 13 mẫu trong đó có một mẫu ban đầu và 12 mẫu đã được xử lý ở nhiệt độ và thời gian khác nhau được trình bày ở bảng 3.3.
Bảng 3.3: Các mẫu tre được kí hiệu ở những điều kiện nhiệt độ và thời gian khác nhau của phương pháp nhiệt dầu thực vật.
Mẫu Điều kiện khảo sát: nhiệt độ, thời gian
1 Mẫu ban đầu (chưa xử lý)
2 1300C, 20 phút 3 1300C, 40 phút 4 1300C, 60 phút 5 1500C, 20 phút 6 1500C, 40 phút 7 1500C, 60 phút 8 1700C, 20 phút 9 1700C, 40 phút 10 1700C, 60 phút 11 1900C, 20 phút 12 1900C, 40 phút 13 1900C, 60 phút
Kết quả thực nghiệm xác định cường độ chịu nén dọc thớ tre của 13 mẫu được thể hiện qua hình 3.1
Hình 3.1 : Kết quả cường độ chịu nén dọc thớ mẫu khi xử lý mẫu trong dầu thực vật. Ở bảng kết quả trên có 2 đại lượng quan trọng đánh giá độ bền nén của mẫu là lực lớn nhất (Max-Force) và ứng suất lớn (Max-Stress) phá hủy mẫu. Vì mẫu tre khó đồng nhất, khó đều nên chúng tôi sẽ lấy giá trị ứng suất lớn nhất để đánh giá độ bền nén của các mẫu tre. Giá trị ứng suất lớn nhất phá hủy mẫu thể hiện rõ ở bảng 3.4