và tổng hợp chất nhũ hố
III.1. Q trình thuỷ phân dầu
Để đánh gia quá trình thuỷ phân dầu ta dựa vào các thơng số nh: Độ chuyển hố, độ chọn lọc, hiệu suất sản phẩm, chất lợng axit béo thu đợc và hiệu quả về kinh tế.
III.1.1. Xác định độ chuyển hố
Theo cơng thức sau : X% = A/Ao trong đó A: là chỉ số axit
Ao: là chỉ số xà phịng hố III.1.2. Xác định hiệu suất quá trình thuỷ phân
+ Hiệu suất của quả trình thuỷ phân dầu Hơng Dong đợc tính bằng phàn trăm lợng axit Linoleic so với lợng chất tham gia ban đầu.
axit Linoneic
m
% .100%
M
η =
: Hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu Hớng Dơng(%). maxit Linoleic : Khối lợng axit Linoleic thu đợc(g).
M : Khối lợng dầu ban đầu cho vào phản ứng(g). + m axir xác định nh sau
Dùng pipet và quả hút lấy 10ml sản phẩm thu đợc cho vào bình tam giác cộng với 5 đến 6 giọt thuốc thử phenol phtalein. Dùng dung dịch KOH trong cồn 0,1N để chuẩn đến chi xuất hiện màu xanh thì ghi thể tích dung dịch KOH . Từ đó ta tính đợc nồng độ của axit béo Linoleic trong 10ml sản phẩm là Naxit:
KOH0,1N KOH0,1N KOH0,1N axit 0 sả nphẩm V .N 0,1.V N V 10 = =
Suy ra, khối lợng của axit béo Linoleic trong 10ml sản phẩm là maxit : maxit = Naxit x Vsản phẩm x Đaxit
Trong đó: Đaxit là đơng lợng gam trung bình của các axit trong dầu hớng dơng, Đaxit = 280,46.
+ Hiệu suất axit cao tức là q trình thuỷ phân có hiệu quả cao. Tuy nhiên, hiệu suất quá trình thuỷ phân ln nhỏ hơn 1 do phản ứng xà phịng hố không bao giờ xảy ra hồn tồn.
Hiệu suất cịn đợc dùng để xác định các thông số tối u cho phản ứng xà phịng hố nh nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, lợng kiềm cho vào phản
ứng.Một thơng số là tối u khi tại thơng số đó ta thu đợc hiệu suất axit Linoleic là cao nhất. Ví dụ, khi khảo sát nhiệt độ phản ứng xà phịng hố, ta sẽ chọn nhiệt độ tối u là nhiệt độ tại đó hiệu suất axit Linoleic là cao nhất.
III.2. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá
Xác định độ chuyển hoá
Theo công thức sau X%=1-(M/Mo)
trong đó : M : là lợng axit cịn lại sau phản ứng
Mo: lợng axit ban đầu
+ M đợc xác định nh sau
Lấy m(g) nhũ hồ vừa mới tổng hợp cho vào bình nón. Sau đó cho thêm 20ml cồn để hồ tan mẫu, rồi cho thêm 3-4 giọt chất chỉ thị thymolphtalein vào lúc đầu dung dịch có màu vàng. Tiến hành định phân với dung dich KOH(trong cồn) nồng độ 0,5N. Ta xác định đợc lợng KOH dùng để chuẩn độ axit còn lại trong sản phẩm
Vậy M = Naxit . Vaxit.Đ
Trong đó : Naxit là nồng độ đơng lợng của axit Naxit=NKOH.VKOH / Vaxit
chơng 2. chế tạo nhũ tơng bitum
I. chế tạo nhũ tơng bitumI.1. Chất nhũ hố I.1. Chất nhũ hố
Trong q trình chế tạo nhũ ln ln có sự tạo thành cả hai dạng nhũ tơng dâù – nớc và nớc – dầu. Chỉ do sự bền vững cao mà chỉ một trong hai dạng nhũ tơng có thể tồn tại, đó là nhũ tơng ứng với bản chất nhũ hố đem dùng.
Các chất nhũ hố chỉ có tác dụng ngăn cản sự kết dính giữa các hạt khi nó có mặt trên bề mặt các hạt, nghĩa là nó tan tốt trong mơi trờng phân tán nhng lại không tan trong pha liên tục. Điều này đợc đảm bảo nhờ sự cân bằng giữa phần phân cực và khơng phân cực của phân tử chất nhũ hố (HLB). Các chất nhũ hoá mà trong phân tử của chúng phần phân cực có tác dụng trội hơn phần khơng phân cực sẽ có tác dụng tạo nên nhũ tơng loại dầu- nớc. Thuộc loại này có các hợp chất amin, các alcol hay các muối kim loại kiềm của các axit béo, các muối sulfonat…
Chính vì thế để chọn loại chất nhũ hố, lợng chất nhũ hoá phù hợp là một yêu cầu trớc tiên trong quá trình chế tạo nhũ tơng bitum.
Sau q trình tổng hợp chất nhũ hố ta thu đợc các loại chất nhũ hoá khác nhau.
+ Chất nhũ hoá tổng hợp từ axit oleic (axit oleic thu đợc trong quá trình thuỷ phân dầu lạc và dầu sở)
+ Chất nhũ hoá tổng hợp từ axit linoleic (axit linoleic thu đợc qua quá trình thuỷ phân dầu hớng dơng)
+Với mỗi mức độ chuyển hoá của axit khác nhau ta lại chia ra các mẫu chất nhũ khác nhau, tạm chia những mẫu chất nhũ hố mà ở đó độ chuyển hố của axit từ 0-40% là mẫu chất nhũ hoá thấp và từ 40-65% là mẫu nhũ trung bình và từ 65- 100% là mẫu nhũ cao. Từ đó ta sẽ khảo sát xem loại nào là tốt nhất.
hàm lợng chất nhũ hố thấp thì khơng đủ để bao quanh giọt nhũ, do đó độ ổn định của nhũ tơng sẽ thấp. Khi hàm lợng chất nhũ hố q cao thì cũng khơng tốt vì nó là ngun nhân gây ra sự đảo tớng của nhũ tơng. Bằng cách giữ nguyên các thông số khác nh nhiệt độ, thời gian khuâý, tỷ lệ các pha Đồng… thời thay đổi hàm lợng chất nhũ hố. Ta sẽ tìm đợc hàm lợng chất nhũ hố tốt nhất cho nhũ tơng.
Cụ thể q trình thí nghiệm nh sau:
Cố định các thông số khác trong quá trình tạo nhũ nh lợng bitum =50g, lợng nớc =40g, PH=2, nhiệt độ bitum=1400C, nhiệt độ pha nớc + chất nhũ hoá là 900C, với mỗi loại chất nhũ hoá lần lợt thay đổi lợng chất nhũ hoá từ 0,5-10g ta sẽ tìm đợc loại và lợng chất nhũ hoá tối u nhất.
I.3. Nghiên cứu ảnh hởng của lợng bitum
Hàm lợng bitum trong nhũ tơng cũng có ảnh hởng rất lớn trong q trình chế tạo nhũ tơng. Khi nồng độ bitum cịn thấp thì sự tăng của nó khơng ảnh hởng nhiều đến độ nhớt, khi nồng độ bitum tăng cao đến một giá trị nào đó thì sự tăng rất ít của nó sẽ dẫn đến sự tăng rất nhanh của độ nhớt. Và cũng nh chất nhũ hoá khi nồng độ bitum quá cao thì sẽ gây ra hiện tợng đảo tớng nhũ tơng. Để khảo sát ảnh hởng của hàm lợng bitum đến nhũ tơng ta cũng tiến hành thực nghiệm bằng cách giữ nguyên nhiệt độ, hàm lợng chất nhũ hoá, nớc, thời gian khuấy đồng thời thay đổi hàm lợng bitum mà tại đó nhũ tơng có chất lợng tốt nhất.
I.4. Nghiên cứu ảnh hởng của độ PH
Độ PH của mơi trờng có ảnh hởng rất lớn đến độ ổn định của nhũ tơng, một sự thay đổi dù là rất nhỏ của PH cũng có ảnh hởng rất lớn tới q trình tạo nhũ tơng, đối với nhũ tơng cation dùng chất nhũ hoá là các alkyldiethanoamin(amin bậc 3) thì độ PH nằm trong khoản từ 1-5, chính xác hơn có thể là 2, để biết đợc cụ thể, chính xác ta cố định các thông số liên quan khác nh lợng bitum là 50g, lợng nớc là 40g, nhiệt độ pha phân tán là 1400C, nhiệt độ pha liên tục là 900C, lần lợt thay đổi PH từ 1-5 ta sẽ tìm đợc độ PH
I.5. Nghiên cứu ảnh hởng của độ nhớt và nhiệt độ các thành phần
Muốn cho chất Hydrocacbon phân tán tốt trong môi trờng pha nớc cần thiết là độ nhớt của nó phải tơng đối nhỏ. Độ nhớt lớn nhất là 200 centipoise. Độ nhớt này đạt đợc khi giữ nhựa đờng ở nhiệt độ nhất định tuỳ theo độ lún kim của nó. Nhiệt độ này nằm trong từ 100-1400C, tuy vậy có thể lên tới 1600C.
Độ lún kim Nhiệt độ bitum 180/120 1400C 80/100 1500C 40/50 1600C
Nếu vợt quá các nhiệt độ này thì dẫn tới nhũ khơng bền.Thực vậy nếu nhũ t- ơng ở trong áp xuất khơng khí mà lại ở nhiệt độ cao thì sẽ xảy ra hiện tợng nhũ tơng bị sơi lên, và có thể nó sẽ bị bay hơi mất và nếu nhiệt độ pha phân tán quá cao thì phần nhẹ trong bitum sẽ bay hơi làm thay đổi thành phần và cấu trũc của nó dẫn tới thay đổi phẩm chất cuả nhũ tơng bitum sau này.
Nhng đối với pha nớc thì lại địi hỏi nhiệt độ thấp hơn 900C để tránh bay hơi n- ớc làm thay đổi thành phần nhũ tơng.
Trong quá trình thực nghiệm thì ta sẽ khảo sát ảnh hởng của nhiệt độ bằng cách giữ nguyên các thông số khác mà chỉ thay đổi nhiệt độ từng pha đối với các mẫu. Đánh giá kết quả nhận đợc ta sẽ tìm đợc nhiệt độ tối u cho qúa trình.
I.6. ảnh hởng của tốc độ khuấy và thời gian khuấy
Nhũ tơng càng bền thì kích thớc giọt càng nhỏ và đồng nhất. Nhũ tơng bitum là một dạng nhũ tơng đậm đặc, độ nhớt khá lớn nên rất dễ bị sa lắng khi sự phân tán các giọt khơng đợc tốt. Chính vì vậy mà tốc độ khuấy trộn có ảnh hởng rất lớn đến quá trình tạo nhũ cũng nh độ bền vững của nhũ tơng, đặc biệt trong thời gian đa pha phân tán vào môi trờng phân tán ta cần phải hết sức chú ý.
phụ hoàn toàn lên bề mặt các giọt và các giọt đó cha có độ bền vững ứng với độ bền vững của các giọt trong nhũ. tơng vừa mới chế tạo xong. Nghĩa là thời gian khuấy trộn đóng vai trị khá quan trọng trong q trình chế tạo nhũ tơng. Mặc dù vậy trong điều kiện nhất định, những sự tác động cơ học lâu dài có thể gây ra hiện tợng đảo tớng nhũ tơng nên thời gian khuấy trộn cũng phải phù hợp không đợc kéo dài quá
Với điều kiện cơ sở vật chất trong phịng thí nghiêm, chúng ta sử dụng 2 loại máy khuầy : Máy khuấy sơ bộ tốc độ 400-500v/phút và mấy khuấy tốc độ 5000-6000v/ phút.Thời gian khuấy trộn từ 30-120 phút.
Có thể đánh giá chế độ thuỷ động của q trình khuấy trộn thơng qua chuẩn số Reynold. Tuy vậy trong khuôn khổ đề tài này do khối lợng công việc đã khá nhiều nên em xin không đề cập nữa.
I.6. Nghiên cứu ảnh hởng của lợng chất ổn định nhũ CaCl2.
Bên cạnh các yếu tố ảnh hởng trực tiếp đến quá trình chế tạo nhũ tơng bitum nh loại và lợng chất nhũ hoá, loại và lợng bitum, lợng nớc, độ pH thì l- ợng CaCl2 thêm vào sẽ làm tăng lớp điện tích kép do đó ảnh hởng quan trọng đến sự ổn định của nhũ tơng bitum mà chúng ta tạo ra. Chính vì thế chúng ta cần tìm ra lợng CaCl2 tối u bằng các cố định các thông số khác và lần lợt thay đổi lợng CaCl2 10% trong khoảng từ 0,5-5ml.
I.7. Nghiên cứu ảnh hởng của lợng dung môi dầu hoả thêm vào.
Dầu hoả là một dung mơi hữu có rất có giá trị cho nên thờng trong quá trình tạo nhũ ta khơng nên thêm vào cho dù có thể nó có tác dụng đối với q trình tạo nhũ nh có thể làm giảm độ nhớt của bitum khi độ nhớt quá lớn, nhng cũng có thể dầu hoả sẽ có tác dụng xấu đối với quá trình tạo nhũ.Tuy vậy trong một chừng mực nào đó một lợng nhỏ dầu hoả có thể có tác dụng tốt đối với q trình ổn định nhũ tơng, vì vậy ta cũng nên khảo sát lợng dầu hoả thêm vào để xem chất lợng của nhũ tơng bitum có tốt lên hay khơng thơng qua việc cố định các thông số khác và lần lợt thay đổi lợng dầu hoả từ 1-5ml.
Có một số biện pháp cơ bản mà nhà sản xuất nhũ tơng bitum có thể thực hiện để biến đổi các đặc tính cơ bản của nhũ tơng bitum :
- Bằng cách thay đổi phẩm chất, nồng độ hoặc xuất xứ bitum. - Bằng cách thay đổi công thức nhũ tơng.
- Bằng cách thay đổi chủng loại chất tạo nhũ hoặc tỷ lệ tạo nhũ trong nhũ tơng bitum
I.8.1 Thay đổi độ nhớt của nhũ t ơng bitum
Có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến độ nhớt của nhũ tơng nh : Tỷ lệ bitum trong nhũ tơng, thành phần dung dịch tạo nhũ, tốc độ bơm các thành phần cấu thành nhũ tơng, độ nhớt của bitum.
Khi tỷ lệ bitum trong nhũ tơng tăng lên độ nhớt của nhũ tơng cũng tăng. Việc tăng tỷ lệ bitum trong nhũ tơng phải tuân thủ một số giới hạn, trớc hết tăng tỷ lệ bitum sẽ đợc coi là một giải pháp tốn kém, thứ hai, nếu hàm lợng bitum trong nhũ tơng đã cao rồi thì việc tăng một lợng nhỏ bitum sẽ làm cho độ nhớ của nhũ tơng tăng lên rất nhiều. Đối với những nhũ tơng có tỷ lệ bitum nhỏ hơn 60% thì việc giảm tỷ lệ bitum để độ nhớt của nhũ tơng giảm chỉ có tác dụng tơng đối nhỏ. Tuy nhiên cũng không thể hạ tỷ lệ bitum trong nhũ tơng xuống thấp hơn mức tối thiểu.
Độ nhớt của nhũ tơng bitum cũng phụ thuộc rất nhiều vào các hợp chất trong dung dịch tạo nhũ. Ta có thể làm tăng độ nhớt của nhũ tơng bằng cách giảm hàm lợng axit, tăng hàm lợng chất tạo nhũ tơng hoặc bằng cách tăng tỷ lệ trung hoà giữa hàm lợng axit và amin.
Việc tăng lu lợng bơm các hợp chất vào máy trộn, sự phân bố cỡ hạt của nhũ tơng sẽ bị thay đổi. Khi bitum chiếm tỷ lệ 65% trong nhũ tơng, độ nhớt của nhũ tơng bitum phụ thuộc mạnh vào lu lợng bơm các thành phần cấu thành nhũ tơng vào máy trộn. Tuy nhiên, đối với nhũ tơng có tỷ lệ lớn hơn 65% các hạt bitum lúc này đợc sắp xếp khá sít nhau gây ra một sự thay đổi sự phân bố
Khi ta giảm độ nhớt của nhũ tơng bitum xuống, thì bitum khi đợc bơm vào thiết bị trộn sẽ làm giảm kích thớc của các phân tử của nhũ tơng, do đó có xu hớng làm tăng độ nhớt của nhũ tơng.
I.8.2. Tốc độ phá vỡ cấu trúc nhũ t ơng .
Tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tơng phụ thuộc chặt chẽ vào chủng loại và kích thớc hạt phối liệu.Tuy vậy, tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tơng có thể đợc cải tạo bằng cách:
- Cải biến hợp chất làm dung dịch nhũ tơng: thực tế đã chứng minh rằng tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tơng sẽ đợc tăng lên nếu ta giảm hàm l- ợng axit, tăng hàm lợng chất nhũ hoá hoặc bằng việc giảm tỷ lệ.
- Tăng hàm lợng bitum: Việc tăng hàm lợng bitum trong nhũ tơng làm tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tơng tăng lên, mức độ tác động phụ thuộc vào hợp chất làm dung dịch tạo nhũ.
- Thêm chất phân tách : Việc sử dụng các chất phân tách có thể thúc đẩy tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tơng. Chúng thờng có vai trị kép bởi vì chúng có thể nâng cao độ bám dính giữa cốt liệu và bitum.
I.8.3. Độ ổn định của nhũ t ơng bitum trong quá trình tồn chứa
Thơng thờng, với bất kỳ một thiếu xót nào có liên quan đến độ ổn định của nhũ tơng cũng sẽ dẫn đến hiện tợng lắng đọng trong quá trình tồn chứa nhũ tơng. Có thể dẫn ra một số nguyên nhân sau đây:
- Bitum có trọng lợng riêng cao: khi trọng lợng riêng của bitum cao sẽ có xu hớng lắng đọng khi đợc nhũ hố, qúa trình này có thể đợc khắc phục bằng cách: Giảm trọng lợng riêng của bitum bằng cách cho thêm dầu hoả vào trớc hoặc sau khi sản xuất nhũ tơng.
- Nhũ tơng có độ nhớt thấp: Khi độ nhớt của nhũ tơng thấp sẽ có xu hớng lắng đọng hơn các nhũ tơng có độ nhớt cao, bởi các hạt có khả năng di chuyển tự do hơn. Để tạo nhũ tơng có độ ổn định ta cần nâng độ nhớt của nhũ tơng lên.Tăng hàm lợng chất nhũ hoá cũng làm giảm tỷ lệ chất lắng đọng.