Áp suất hơi bão hoà:
Áp suất hơi đặc trưng cho tính chất các phân tử ở bề mặt pha lỏng có xu hướng thoát khỏi bề mặt này để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ nào đó. Đó là một hàm số của nhiệt độ và các đặc tính pha lỏng.
Áp suất hơi bảo hoà chính là áp suất hơi mà tại đóchất lỏng hoặc chất rắn cân bằng với hơi của nó ở nhiệt độ nhất định. Khi áp suất hơi bão hoà bằng với áp suất khí quyển thì chất lỏng sôi, nhiệt độ lúc đó là nhiệt độ sôi của chất lỏng.
Đối với các hydrocacbon riêng lẻ, áp suất hơi của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và vì vậy ở một áp suất nhất định chỉ có một nhiệt độ sôi tương ứng. Ví dụ nước có nhiệt độ sôi tại 100oC)
Đối với một phân đoạn dầu mỏ thì áp suất hơi của nó ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, còn phụ thuộc vào thành phần các hydrocacbon có áp suất riêng phần khác nhau, nghĩa là áp suất hơi của phân đoạn mang tính chất cộng tính của các thành phần trong đó.
Áp suất hơi Reid:
Độ bốc hơi là chỉ tiêu quan trọng nhất của xăng. Nó đảm bảo cho khả năng vận hành bình thường của động cơ.
Khả năng khởi động nguội, khởi động nóng, tăng tốc và vận hành trong mùa hè cũng như mùa đông... đều phụ thuộc vào độ bốc hơi của nhiên liệu. Độ bốc hơi của xăng được đánh giá thông qua chỉ tiêu áp suất hơi bão hòa (Vapor Pressure). Chỉ tiêu này, cộng với thành phần cất được dùng làm cơ sở để đánh giá ảnh hưởng của loại xăng đó đến khả năng khởi động, vận hành trên đường và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Áp suất hơi bão hòa đặc trung cho khả năng bay hơi của xăng. Áp suất hơi bão hòa là áp suất hơi đo được trong điều kiện của bình chịu áp tiêu chuẩn gọi là bom Reid ở nhiệt độ 37,8oC (hay 100oF) và thường được đo bằng các đơn vị như KPa, psi, mmHg,... Áp suất hơi bão hòa được xác định theo phương pháp Reid (RVP) và theo tiêu chuẩn ASTM D323.
Áp suất hơi bão hòa càng lớn, độ bay hơi cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây ra hao hụt trong tồn chứa và gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy trong chỉ tiêu kỹ thuật người ta thường giới hạn mức tối đa mà ít khi giới hạn mức tối thiểu. Áp suất hơi bão hòa chỉ định không nên vượt quá 12 psi. Tuy nhiên, áp suất hơi bão hòa quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự khởi động của động của động cơ. Để khởi nổ tốt động cơ, tối
thiểu áp suất hơi bão hòa cũng phải đạt là 7,0 psi và thực nghiệm đã cho thấy, nếu thấp hơn 250mmHg (4,834 psi) thì khả năng khởi động của động cơ bắt đầu xấu đi một cách nghiêm trọng.
Với đặc điểm khí hậu riêng, xăng ở Việt Nam quy định áp suất hơi Reid nằm trong khoảng từ 7-11psi, xăng trong mùa đông cần có áp suất hơi cao hơn (11 psi) so với mùa hè (7 psi). Nếu quy định áp suất hơi quá cao, tuy rằng tăng khả năng khởi động nguội nhưng lại dễ tạo nút hơi trong đường dẫn nhiên liệu, tăng suất tiêu hao nhiên liệu, tăng hao hụt trong tồn chứa, xuất bán. Ngược lại, nếu áp suất hơi quá thấp sẽ khó khởi động vào buổi sáng, nhất là trong thời tiết mùa đông. Song, nếu kiểm soát được chỉ tiêu về thành phần cất, thì áp suất hơi bão hòa không nhất thiết phải quy định mức tối thiểu.
Để tiện cho việc so sánh, tính toán áp suất hơi bão hoà Reid nười ta dùng các công thức chuyển đổi đơn vị áp suất sau :kPa Pa mmHg PSI
1kPa = 103Pa 1Pa = 0,0075 mmHg
1mmHg = PSI (*)
II. HỆ THỐNG THIẾT BỊ - DỤNG CỤ
Dụng cụ & sơ đồ hệ thống thiết bị:
- Bom Reid (có gắn áp kế đồng hồ)
- Thùng làm lạnh (nước đá)
- Bể điều nhiệt
- Mẫu sản phẩm xăng A92 cho động cơ
- Beaker 50ml
III. TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH
Bước 1: Tháo bình chứa mẫu ra khỏi Bom Reid, cho mẫu xăng vào beaker sau đó mở van bình chứa mẩu và rót mẫu xăng vào vừa tới mực dưới của van (có thể rót mẫu đầy qua van sau đó đổ phần còn dư ra sau khi đóng van). Dùng túi nhựa bịt kín miệng cho mẫu của bình chứa mẫu và ngâm vào thùng nước đá, làm lạnh ở nhiệt độ 0÷1oC trong 30 phút.
Bước 2: Trong thời gian chờ đợi, bật điện và điều chỉnh nhiệt độ bể điều nhiệt ở 38oC. Bước 3: Khi mẫu đã đạt nhiệt độ, lấy bình chứa mẫu ra khỏi thùng nước đá, mở túi nhựa bịt trên đầu bình chứa mẫu ra và nối với khoang hơi của Bom Reid. Mở van cho thông giữa khoang lỏng và khoang hơi, lắc mạnh và lật lên lật xuống 8 lần (để khoang lỏng chảy vào khoang hơi). Để áp kế lên phía trên và nhúng toàn bộ thiết bị đã lắp ráp vào trong bể điều nhiệt ở nhiệt độ 38oC sao cho khoảng hơi nằm dưới mặt nước ít nhất 25mm.
Chú ý: theo dõi sự rò hơi của thiết bị (các chỗ nối) trong suốt quá trình thử nghiệm và huỷ bỏ phép thử nghiệm khi phát hiện có rò rỉ.
Bước 4: Sau khi thiết bị đã đặt vào bể điều nhiệt trong 5 phút, gõ nhẹ vào mặt đồng hồ áp kế rồi ghi giá trị đọc được trên áp kế (cả hai gái trị KPa và PSI).
Bước 5: Nhấc thiết bị ra khỏi bể điều nhiệt lắc mạnh và lật lên lật xuống 8 lần sau đó cho thiết bị vào bể điều nhiệt khi nhiệt độ ổn định ở 38oC.
Bước 6: Sau khi đặt vào bể điều nhiệt được 5 phút thì gõ nhẹ vào mặt đồng hồ đọc và ghi giá trị áp suất tương ứng với nhiệt độ bể khi đọc. Lặp lại thao tác ở bước 5, làm tương tự và ghi nhận kết quả (không dưới 5 lần) cho đến khi hai giá trị liên tiếp cuối cùng giống nhau nghĩa là cân bằng đã được thiết lập.
Bước 7: Dừng thí nghiệm và tháo từng phần thiết bị, đổ bỏ mẫu và lau sạch khoang chứa mẫu và khoang hơi bằng acetone, thổi khí làm khô khoang lỏng và hơi.
Chú ý: tiến hành thí nghiệm lần 2 nếu thấy kết quả lần 1 không bình thường.
IV. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN
Sau khi tiến hành thí nghiệm thu được kết quả như sau:
Thời gian Nhiệt độ Áp suất (kPa) Áp suất (PSIG)
0 0 0 0 5 39 50 7 10 38 55 8 15 38 59,5 9 20 38 60 9 25 39 60 9 30 38 60 9
Xử lý kết quả thu được:
Vì kết quả RVP đọc trên áp kế đồng hồ có hai thang đo, thang có khoảng chia lớn cho kết quả là kPa, thang có khoảng chia nhỏ cho kết quả mang đơn vị PSI. Để biết được kết quả ta đọc được trên hai thang chia có chính xác (sai lệch giữa hai kết quả là nhỏ nhất) ta thực hiện phép chuyển đổi kPa PSI hay ngược lại:
50kPa = 50.103Pa
Mà 1Pa = 0,0075mmHg 50kPa = (50.103.0,0075)/1 = 375mmHg Theo công thức (*) ta có 375mmHg = 7,3 PSI
Tính tương tự cho các giá trị còn lại ta được bảng sau:
Thời gian Nhiệt độ Áp suất (kPa) Áp suất (PSIG) Áp suất* (PSI)
0 - - - - 5 39 50 7 7,30 10 38 55 8 7,98 15 38 59,5 9 8,60 20 38 60 9 8,73 25 39 60 9 8,73 30 38 60 9 8,73 Bình luận:
+ Áp suất đo được của hơi xăng sau khi đã chuyển đổi đơn vị từ kPa PSI ta thấy giá trị kết quả thay đổi không đáng kể, không làm ảnh hưởng khi ta so sánh kết quả với TCVN để đánh giá chất lượng của sản phẩm.
+ Nhiệt độ đo theo TCVN thì phải tiến hành đo áp suất bay hơi của nhiên liệu xăng ở 38oC nhưng trong lúc tiến hành thí nghiệm kết quả đo được không ổn định tại nhiệt độ chuẩn là do nhiệt độ môi trường thay đổi làm thay đổi nhiệt độ trong bể điều nhiệt. Mặt khác, do khi tiến hành thí nghiệm cứ 5 phút phải lấy mẫu ra lắc làm mất nhiệt bể khi nhúng thiết bị vào bể mà sensor nhiệt chưa kịp gia nhiệt làm ổn định nhiệt.
+ Do nhiệt độ môi trường ảnh hưởng nhiều nhất với khả năng bay hơi của nhiên liệu vì vậy kết quả đo được có độ chính xác không cao. Tuy nhiên nhiệt độ chỉ dao động trong khoảng 38÷39oC vì vậy những khoảng giá trị đo được ở 38oC cho kết quả RVP đáng tin cậy hơn.
+ Giá trị áp suất bão hoà của xăng đo được tối ta là 9PSI (hay 60KPa) và dao động trong khoảng 7÷9 PSI và đạt áp suất bão hoà trong thời gian 20 phút. Khoảng thời gian từ 20 đến 30 phút do đã đạt áp suất bão hoà nên kết quả đo được không có sự thay đổi.
V. TRẢ LỜI CÂU HỎI – NHẬN XÉT
1.Ý nghĩa áp suất hơi ?
Thông qua chỉ tiêu áp suất hơi bão hoà ta có thể đánh giá được độ bốc hơi của nhiên liệu xăng là một yếu tố quan trọng đảm bảo cho khả năng hoạt động bình thường của động cơ.
- Áp suất hơi bão hoà càng lớn động cơ càng dễ khởi động nhưng giá trị này lớn quá nhiên liệu sẽ có độ bay hơi cao, dễ tạo nút hơi vì sự tạo thành các bọt khí dẫn tới tình trạng tắc đường dẫn xăng, gây hao hụt trong tồn chứa và gây ô nhiễm môi trường.
- Áp suất hơi bão hoà quá thấp ảnh hưởng tới sự khởi động và hoạt động của động cơ, làm động cơ khó khởi động (đặc biệt là khi trời lạnh), ảnh hưởng tới quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ, nhiên liệu bay hơi không hoàn toàn khi bật tia lửa điện làm quá trình cháy không hết tạo nhiều cặn và muội than làm giảm hiệu suất hoạt động của động cơ, gây bào mòn động cơ, tạo nhiều khí thải gây ô nhiễm môi trường.
Ngoài ra, khả năng bay hơi của nhiên liệu là một yếu tố cần chú ý trong việc vận chuyển và tồn trữ (khả năng hao hụt trong tồn trữ) nhiên liệu. Đặc biệt là sự an toàn khi tồn trữ vận chuyển những nhiên liệu dễ cháy như xăng.
2.Áp suất hơi của một sản phẩm lỏng phụ thuộc vào các yếu tố nào ?
Nhiệt độ cất 10% xác định áp suất hơi bão hoà: nhiệt độ này càng thấp thì áp suất hơi bão hoà này càng cao và thất thoát do bay hơi trong vận chuyển càng lớn.
Đối với một phân đoạn dầu mỏ thì áp suất hơi của nó phụ thuộc vào nhiệt độ. Áp suất hơi bão hoà của sản phẩm lỏng tăng nhanh theo sự tăng nhiệt độ và giảm nhiều khi phân tử lượng tăng, hay nói cách khác là nhiệt độ sôi tăng. Bởi vì sự sôi của một hydrocacbon hay của một phân đoạn dầu mỏ chỉ xảy ra khi áp suất hơi của nó bằng với áp suất hơi của hệ. Vì vậy, khi áp suất hệ tăng lên, nhiệt độ sôi của nó sẽ tăng theo nhằm tạo ra một áp suất hơi bằng áp suất của hệ. Ngược lại, khi áp suất của hệ giảm, nhiệt độ sôi của nó cũng giảm đi tương ứng.
Ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của một phân đoạn dầu mỏ còn phụ thuộc vào thành phần các hydrocacbon có áp suất riêng phần khác nhau, tỉ trọng của mỗi sản phẩm hay thành phần các hydrocacbon chủ yêu chứa trong phân đoạn (phân đoạn chứa nhiều paraffinic thì khả năng bay hơi của nhiên liệu cao).
? Khả năng bay hơi của xăng phụ thuộc các yếu tố:
Khả năng bay hơi của xăng trong động cơ phụ thuộc vào bản chất của xăng lẫn cấu tạo của động cơ và cả môi trường động cơ làm việc.
Khả năng bay hơi của xăng trong động cơ phụ thuộc chủ yếu vào sự phân bố các hydrocacbon theo nhiệt độ sôi, vào áp suất hơi bão hoà, vào sức căng bề mặt và hệ khuếch tán của hơi xăng.
Người ta đánh giá khả năng bay hơi của xăng theo hai chỉ tiêu chính là đường chưng cất ASTM và áp suất hơi bão hoà Reid. Giá trị RVP quy định tính dễ bay hơi một phần của xăng nhưng nó không quy định khả năng bay hơi ở phân đoạn giữa (phân đoạn chủ yếu của xăng) và không liên quan tới khả năng bay hơi ở phân đoạn nặng. Do ở phân đoạn nặng xăng chứa nhiều chất có phân tử lượng cao, khó bay hơi hoàn toàn.
Khả năng bay hơi của xăng còn phụ thuộc vào khối lượng riêng của xăng, xăng càng nhẹ thường có khả năng bay hơi càng cao.
3.Đánh giá sản phẩm thử nghiệm ?
Chỉ tiêu chất lượng xăng không chì (TCVN 6776:2005) cho ở bảng sau:
STT Tên chỉ tiêu Xăng không chì RON92 Phương pháp thử
8 Áp suất hơi (Reid) ở 37,8 oC,
kPa 43 - 75
TCVN 7023:2002 (ASTM D 4953)/ ASTM D 5191
+ Do nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới vì vậy nhiệt độ môi trường không thấp, có độ ẩm cao và sự thay đổi khí hậu các mùa trênh lệch không lớn nên được áp
dụng tiêu chuẩn xăng mùa hè. RVP của nhiên liệu nằm trong khoảng từ 7÷11PSI
(mùa đông sử dụng xăng có RVP vào khoảng 11PSI) hay RVP.
+ Theo phép thử ASTM D323, mẫu sản phẩm dùng thử nghiệm là xăng dùng cho động cơ (xăng không chì A92) mùa hè, sau khi tiến hành thí nghiệm cho kết quả RVP của sản phẩm nằm trong khoảng quy định của TCVN 7023:2002 (RVP từ 50kPa ÷ 60kPa). Vì vậy, mẫu sản phẩm này đủ tiêu chuẩn để sử dụng và buôn bán trên thị trường.
BÀI SỐ 8
ĐIỂM CHỚP CHÁY CỐC KÍN (FLASH POINT CLOSED CUP)