Hình 2: Sơ đồ mô tả các bớc tiến hành
2.7.1.3. Trung hoà kiềm
Sau khi sử lý dầu nhờn bằng axit sunfuric thì trong dầu sẽ còn axit, đây là điều bất lợi cho dầu nhờn động cơ vì nó sẽ phá huỷ máy cho nên sau khi xử lý axit thì phải tiến hành trung hoà axit d.
Những chất kiềm thờng đợc dùng là NaOH, Na2CO3 hay là Na3PO4, với những chất kiềm này ngoài nhiệm vụ trung hoà axit d trong đầu sau tái sinh thì những chất kiềm này còn có thể tác dụng với các axit hữu cơ tạo thành những muối natri (xà phòng), những muối này tan trong nớc và đợc tách ra trong quá trình lắng dầu. Khi cho kiềm vào dầu sau khi dã xử lý axit ta nhận thấy có sự thay đổi màu dầu điều đó có nghĩa là kiềm cũng có tác dụng làm sạch các tạp chất mà trong quá trìng xử lý bằng axit không xử lý hết.
Nhng khi xử lý kiềm ta cũng còn nhận thấy yếu tố nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý dầu ảnh hởng đối lập đến kết quả. Thật vây, khi nồng độ kiềm tăng lên thì sự thuỷ phân của xà phòng giảm nhng lại dễ tạo nhủ. Khi tăng nhiệt độ thì tăng khả năng tạo nhủ thấp nhng khả năng thuỷ phân của xà phòng trong nớc thì lại tăng lên. Nh vậy, tốt nhất là nên sử dụng kiềm yếu và ở điều kiện nhiệt độ cao. Tuy nhiên cần phải khảo sát thực nghiệm để tìm ra chế độ tối u.
Muốn biết lợng axit trong dầu nhờn sau khi trung hoà có còn kiềm hay không thì tiến hành thử bằng cách: lấy một ống thuỷ tinh cho vào nớc cất rồi cho dầu vào, dầu nên nhiều hơn n- ớc một chút, lắc mạnh trong 3 phút, sau đó đổ dầu ở trên đi, nớc còn lại bên dới ta cho vào vài giọt chỉ thị màu metyl da cam vào. Và căn cứ vào màu mà ta nhận biết là có còn axit hay không, nếu có nớc có màu da cam thì đã hết axit, nếu nớc có màu hồng thì axit còn tồn tại và do vậy cần phải tiến hành thử một lần nữa.
Sau khi trung hòa kiềm xong phải dùng nớc để khử hết bazơ còn thừa. Cách làm nh sau: dùng nớc sôi 100oC đổ vào mẫu để lắng trong 8 giờ rồi tháo nớc (khối lợng mỗi lần pha vào bằng 1/5 khối lợng dầu). Quá trình rửa kiềm này có thể tiến hành nhiều lần cho tới khi không còn kiềm trong mẫu. Để kiểm tra đợc bazơ có còn trong mẫu hay không thì ta cũng dùng thuốc chỉ thị màu (phenolphlatein) nh sau: dùng một ống thủy tinh cho nớc cất vào cùng với dầu đã tẩy bazơ với khối lợng nhiều hơn nớc, rồi lắc mạnh trong 3 phút. Sau đổ dầu ở trên ra nhỏ mấy giọt phenolphlatein vào. Nếu nớc không có màu thì chứng tỏ bazơ đã hết, nếu nớc có màu hồng thì bazơ vẫn còn cho nên phải tẩy vài lần nửa cho hết bazơ.
2.7.1.4. Hấp phụ
Để làm cho màu dầu sau khi tái sinh đạt hiệu quả nh mong muốn thì bớc tiếp theo là cho hấp phụ những chất bẩn còn cha đợc tách hết trong hai quá trình trên. Các chất mà có thể sử dụng làm chất hấp phụ là đất sét, vôi và nhôm oxit. Nhng vì việc sử dụng đất sét có nhợc điểm là cặn của quá trình gây ra ô nhiễm môi trờng và khó xử lý cho nên em chọn vôi và nhôm oxit để làm chất hấp phụ.
Cơ chế nh sau: Sau khi tiến hành xử lý dầu theo hai bớc trên thì trong dầu vẫn có thể còn lại một ít các chất nhựa, các chất chứa lu huỳnh, nớc, chúng là những chất làm cho màu dầu tối và là những chất phân cực. Vì vậy, để hấp phụ đợc những chất này thì cần phải chọn những chất hấp phụ phân cực. Vôi và nhôm oxit là những chất hấp phụ phân cực.
Quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt các mao quản. Đối với những phân tử có khả nâng đi sâu vào trong các mao quản thì khi độ xốp chất hấp phụ tăng, độ hấp phụ tăng. Đối với những chất hấp phụ có mao quản hẹp thì khi kích thớc phân tử chất bị hấp phụ tăng thì độ hấp phụ giảm.
Chính vì lý do nh vậy cho nên để tăng hiệu suất hấp phụ thì ta nên nghiền chất hấp phụ càng mịn càng tốt, bởi vì khi đó thì bề mặt hấp phụ tăng lên và dẫn tới tăng độ hấp phụ. Tuy nhiên, nếu nghiền mịn quá thì chất hấp phụ sẽ lơ lững khó lắng trong dầu đây là điều bất lợi cho quá trình lọc hấp phụ sau này.
Nh vậy trớc khi cho chất hấp phụ vào thì nghiền chất hấp phụ đến độ vừa phải, không mịn quá và sau đó hoạt hoá bằng cách nung hoặc sấy đến nhiệt độ cao để loại n ớc trong các mao quản.
γ _Al2O3 hoạt hoá ở 550oC trong 1 giờ. Vôi đợc hoạt hoá ở 550oC trong 1 giờ.
ảnh hởng của nhiệt độ đến sự hấp phụ:
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt. Nhiệt lợng tỏa ra ở hấp phụ vật lý thấp (vài kcal/mol), còn ở hấp phụ hóa học thì nhiệt lợng tỏa ra lên tới hàng chục, thậm chí hàng trăm kcal/mol, tơng đơng với hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học.
Vì sự hấp phụ tỏa nhiệt nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, lợng chất bị hấp phụ giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy vậy, ở nhiệt độ thấp, hấp phụ hóa học thờng diễn ra chậm và khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp phụ có thể tăng theo. Điều này liên quan đến hàng rào năng lợng hoạt hóa đặc trng cho tơng tác hóa học giữa các phân tử bị hấp phụ và các tiểu phân của lớp bề mặt. Hấp phụ hoá học mà tốc độ phụ thuộc vào năng lợng hoạt hóa gọi là hấp phụ hoạt hóa.
Thờng đối với cùng một chất, trong những khoảng nhiệt độ khác nhau có thể quan sát thấy cả hai kiểu hấp phụ. ở nhiệt độ thấp quan sát thấy sự hấp phụ vật lý, ở nhiệt độ cao quan sát thấy sự hấp phụ hóa học. Cả hai quá trình thờng bị ngăn chia bởi một vùng trung gian. Trong vùng này lợng chất bị hấp phụ tăng lên khi nhiệt độ tăng.
Dầu nhờn thải sau khi đợc làm sạch sơ bộ vẫn còn lẫn một lợng hợp chất nhựa nhất định nên mầu của dầu còn tối và độ ổn định oxy hóa thấp. Quá trình hấp phụ nhằm mục đích tách l- ợng nhựa này ra khỏi dầu để dầu có độ trong, có mầu sáng hơn và ổn định hơn. Để sự hấp phụ xảy ra với hiệu suất cao thì việc chọn lựa chất hấp phụ và điều kiện hấp phụ là rất quan trọng. Đối với các qúa trình làm sạch dầu nhờn bằng phơng pháp hấp phụ, các chất hấp phụ silicagen,
kiếm. Trong đề tài này tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ của vôi và γ -Al2O3. Trớc khi tiến hành thí nghiệm chất hấp phụ đợc hoạt hóa bằng cách nung trong lò nung ở nhiệt độ cao để loại nớc trong mao quản.
Quá trình hấp phụ đợc tiến hành nh sau:
♦ Cho vào cốc thuỷ tinh 200 ml dầu và đun nóng.
♦ Tiến hành khuấy đến nhiệt độ thí nghiệm rồi cho từ từ chất hấp phụ vào. ♦ Tiếp tục xử lý ở nhiệt độ này trong khoảng 30 phút.
♦ Sau 30 phút thì tiến hành lọc hút chân không để tách chất hấp phụ. Sản phẩm thu đợc là dầu nhờn đợc làm sạch.
2.7.2. Cánh đánh giá kết quả:
2.7.2.1. Đo độ màu sản phẩm:
Cách đánh giá màu chúng tôi tiến hành so màu nh sau: chúng tôi lấy mầu dầu nhờn th- ơng phẩm và mầu dầu nhờn thải cha xử lý làm chuẩn. Sau đó chúng tôi chia màu của dầu thành 21 thang mẫu chỉ. Ta lấy chỉ thị màu thứ 21 là của dầu nhờn thơng phẩm và chỉ thị thứ 1 là màu của dầu thải. Còn các mẫu khác ta pha những tỷ lệ giữa dầu gốc và dầu thải khác nhau nh trong bảng sau (xem bảng 2.1):
Pha thứ tự các mẫu trên vào ống so màu 250ml, sau đó ta lấy mẫu dầu sản phẩm cần đánh giá cho vào ống đong 250 ml nh trên, rồi so sánh màu với các mẫu vừa mới pha.
Bảng 2.1: Thứ tự pha các mẫu dầu cho các thang đo
STT Màu chỉ thị Dầu thơng phẩm (ml) Dầu thải (ml)
1. Màu 1 0 100 2. Màu 2 5 95 3. Màu 3 10 90 4. Màu 4 15 85 5. Màu 5 20 80 6. Màu 6 25 75 7. Màu 7 30 70 8. Màu 8 35 65 9. Màu 9 40 60 10. Màu 10 45 55 11. Màu 11 50 50 12. Màu 12 55 45 13. Màu 13 60 40 14. Màu 14 65 35 15. Màu 15 70 30 16. Màu 16 75 25 17. Màu 17 80 20 18. Màu 18 85 15 19. Màu 19 90 10 20. Màu 20 95 5 21. Màu 21 100 0
2.7.2.2. Đo độ nhớt theo phơng pháp: (ASTM D446)
Cách đo đợc tiến hành nh sau: cho mẫu dầu cần đo vào nhớt kế mao quản để ổn định ở nhiệt độ 50oC, sau đó dùng áp suất đẩy mẫu cần đo lên quá vạch trên của nhớt kế khoảng 5mm, tiến hành đo thời gian chảy (giây) của mẫu từ vạch trên của nhớt kế xuống vạch dới của nhớt kế.
Trong đó:
- v : là độ nhớt động học (mm2/s). - C: là hằng số của nhớt kế (mm2/s2). - t: là thời gian chảy của mẫu (s).
2.7.2.3. Xác định lợng kiềm d trong dầu nhờn: (ASTM D974 ).
Cách tiến hành: cân mẫu dầu cần do chính xác 1g, với độ chính xác 0,0001 g, trong bình tam giác 250ml.
Trong bình tam giac khác cho vào đó 30ml Toluen và 20ml cồn 60%, lắp ống lắp ống sinh hàn ngựơc đun nóng trên bếp cách thủy, thời gian đun 10 phút. Đem bình tam giác này ra và nhỏ vào vài gọt chỉ thị phenol phtalein và tiến hành trung hòa lợng axit có trong rợu etylic và toluen bằng dung dịch KOH 0,1N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt (lắc hỗn hợp khi trung hòa ).
Trung hòa xong nhận đợc hỗn hợp dung môi trung tính.
Đổ hỗn hợp dung môi vừa chuẩn bị xong vào bình tam giác chứa mẫu dầu và lại lắp ống sinh hàn nghịch, đặt lên bếp cách thuỷ đun cho đến khi tan hết, tiếp tục đun khoảng 5 phút nữa, để nguội đến nhiệt độ phòng .
Cho thêm vào bình tam giác có chứa mẫu vài giọt chỉ thị phenolphtatein và tiến hành chuẩn độ bằng HCl 0,1N với sinh hàn nghịch, đặt lên bếp cách thủy đun cho đến khi tan hết, tiếp tục đun khoảng 5 phút nữa, để nguội đến nhiệt độ phòng
Cho thêm vào bình tam giác có chứa mẫu vài giọt chất chỉ thị phenolphtatein và tiến hành chuẩn độ bằng HCl 0,1N tới khi chỉ thị mất màu hồng nhạt.
Hàm lợng kiềm tự do trong dầu đợc tính theo NaOH bằng tỷ số % theo công thức: 100 m 004 , 0 . V = X ì Trong đó :
V : Thể tích dung dịch HCl 0,1N đã đợc sử dụng trong khi chuẩn độ, ml. 0,004 : Lợng NaOH tơng đơng với 1ml dung dịch HCl 0,1N tính bằng (g). m : khối lợng mẫu thí nghiệm, g.
2.7.2.4. Xác định mật độ bằng phù kế:
Mật độ của chất là khối lợng của một đơn vị thể tích của nó. v m = p Trong hệ CGS mật độ có thứ nguyên là g/cm3.
Nguyên tắc: dựa trên cơ sở của định luật acsimet. Sự nổi lên của phù kế trong lòng một chất lỏng phụ thuộc vào mậtđộ của chất lỏng đó. Mật độ đợc xác định theo mét tiếp xúc của hệ bề mặt chất lỏng và thang chia độ trên phù kế.
Cách tiến hành nh sau: trộn đều mẫu thử để mẫu đạt nhiệt độ gần với nhiệt độ môi trờng (±3oC). Môi trờng có thể tạo ra bằng một bể nớc và giữ nhiệt độ trong suốt thời gian xác định. Rót cẩn thận mẫu thử vào ồng đo hình trụ sạch, khô sau đó đặt ở vị trí cân bằng, không có gió thổi. Các mẫu có độ nhớt cao dễ tạo bọt khí trên bề mặt của nó, có thể phá bọt bằng cách đa một mảnh giấy lọc sạch chạm vào các bọt khí này. Sau đó cho từ từ phù kế sạch khô vào mẫu cần thí
ở trạng thái cân bằng mà nhiệt độ của mẫu thí nghiệm chỉ còn dao động 0,5oC thì ta đọc kết quả theo mép tiếp xúc giữa mặt chất lỏng và thang chia độ của phù kế.