Nghiên cứu cấu trúc tập hợp giọt nhũ tương dầu 1

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
LỜI MỞ ĐẦU

Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong
thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó
chịu, gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường sinh thái.
Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cá thế giới chứ
không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ
rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và
sử dụng hàng tỉ tấn than đỏ, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi trường một
khối lượng lớn các chất thải khác nhau, làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên
nhanh chóng.
Đáng quan tâm hơn cả là các khí thải của loại động cơ chạy với nguyên liệu diesel
và xăng.
Ngày nay trên thế giới có xu hướng diesel húa các loại động cơ, nhiên liệu diesel sẽ
được sử dụng ngày càng nhiều hơn so với nhiêu liệu xăng. Cụ thể theo thống kê ở Mỹ có tới
94% động cơ chạy bằng nguyên nhiên liệu diesel, ở Việt Nam là 21,7%. Sỡ dĩ là do động cơ
này có những ưu điểm vượt trội so với động cơ xăng như momen xoắn cao, bền, đặc biệt là
khả năng duy trì công suất trong những điều kiện hoạt động rộng. Chi phí để sản xuất nhiên
liệu diesel cũng rẽ hơn rất nhiều so với nhiêu liệu xăng do nú không phải sử dụng các quá
trình chế biến phức tạp. Khi sử dụng, ta tiết kiệm được 1/ 3 lượng nhiên liệu và nồng độ khí
CO
2
sinh ra trong khí thải động cơ diesel ít hơn so với động cơ xăng ở điều kiện vận hành
tương đương.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm này chúng ta không thể không bàn về những
nhược điểm mà động cơ này gây ra đối với con người và môi trường sinh thái đó là hàm
lượng NO
x
, PM, CO, muội, …trong khí thải rất cao. Đã có rất nhiều điều luật được ban hành
nhằm giảm tải hàm lượng khí thải sinh ra bởi động cơ diesel như : Liên minh Châu Âu đã

ban hành điều luật Euro 4 có hiệu lực năm 2005 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 90% cho
các đời động cơ diesel mới, ở Mỹ cơ quan bảo vệ môi trường EPA có ban hành điều luật
HDE 2007 là động cơ diesel phải giảm hàm lượng PM trong khí thải từ 85 – 90% còn NO
x
phải giảm trên 25 – 30%.
Để thực hiện được những yêu cầu nghiêm ngặt đối với môi trường, có rất nhiều
biện pháp đã được đề nghị như: sử dụng thiết bị bẫy hạt, bộ xúc tác oxy húa,
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
xúc tác có tính lựa chọn (SCR), bộ thiết bị tuần hoàn khí thải (ERG), sử dụng
nhiên liệu sinh học biodiesel thay thế cho nhiên liệu thông thường…Nhược điểm của các
phương pháp này là đắt, kết cấu của động cơ bị thay đổi, biện pháp sử dụng thiết bị bẫy
hạt thì sử dụng cho động cơ diesel cỡ nhỏ. Đứng trước những thực trạng khó khăn như
vậy, thay vì phải đi tìm một giải pháp phức tạp chúng ta bắt trước sự thành công của hai
loại nhiên liệu nhũ tương đã được sử dụng phổ biến là: nhũ tương dầu FO và nhũ tương
bitum chẳng có lý do gì để ngăn cản chúng ta chế tạo loại nhũ tương diesel để thay thế
cho nhiên liệu diesel cả.
Loại nhũ tương này cũng đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và sản
phẩm của nú cũng đã được thương mại húa như: PuriNO
x
của tập đoàn Lubrizol (Mỹ),
Aquazole của Totalfinaele (Phỏp)…, và sử dụng ngoài thực tế: toàn bộ hệ thống xe buýt
ở London đã chuyển sang sử dụng loại nhiêu liệu này từ năm 203, các loại xe tải đường
dài ở California cũng vậy.
Vì vậy việc hoàn thiện phẩm cấp của nhiên liệu diesel trở nên cấp thiết hơn bao
giờ hết. Để góp phần giải quết vấn đề này, chúng em đã tiến hành nghiên cứu hệ nhũ
tương nước - diesel, một dạng nhiên liệu sạch với mong muốn sẽ đáp ứng được nhu cầu
của con người về an toàn môi trường.
 Mục đích đề tài
Đề tài nghiên cứu về vấn đề đưa nước vào nhiên liệu diesel ở dạng nhũ tương

nhằm giảm khói thải độc hại của động cơ diesel, gây độc hại đối với sức khỏe cộng đồng
như giảm lượng khí NO
X
, cặn và cải thiện được hiệu quả cháy của nhiên liệu giúp môi
trường trong sạch hơn. Ngoài những ưu điểm đó, phương pháp này có quá trình thực hiện
một cách đơn giản, cùng với đó là việc sử dụng nhiên liệu trong động cơ diesel mà không
cần bất cứ sự thay đổi nào của động cơ.
Trong đồ án này chúng em tập trung nghiên cứu tìm ra hỗn hợp chất nhũ hũa và
chất ổn định nhũ phù hợp cho hệ, tỉ lệ tối ưu của chúng, tìm cách đưa thêm phụ gia chứa
oxy để hổ trợ quá trình cháy tốt hơn, cũng như xác định hàm lượng nước tối ưu đưa vào
mà nhiên liệu vẫn ổn định trong một thời gian dài. Có thể nói đây là một nhánh nghiên
cứu quan trọng trong nỗ lực tìm kiếm nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường đang
được chú ý rất nhiều ở nước ta.



GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Chương I
TỔNG QUAN Lí THUYẾT

I.TỔNG QUAN VỀ NHIấN LIỆU DIESEL.
I.1. Nguồn gốc, đặc điểm và thành phần.
I.1.1. Nguồn gốc và đặc điểm.
Nhiên liệu dieslel là một trong những sản phẩm của quá trình chưng cất dầu thô, được
sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel – một loại động cơ rất phổ biến trong công nghiệp và
giao thông vận tải. Có thể nói, nhiên liệu diesel ngày càng chiếm một vị trí quan trọng
trong đời sống hàng ngày nhờ những ưu điểm của nú, xu hướng phát triển trên thế giới
hiện nay đó là diesel húa các loại động cơ.
Khi so sánh nhiên liệu diesel (hay còn gọi là dầu diesel) với một loại nhiên liệu phổ

biến khác là xăng, chúng ta dễ dàng nhận ra những sự khác biệt. Chúng có mùi khác nhau
và diesel nặng hơn cũng như có độ nhớt (tinh dầu) lớn hơn xăng, tỷ trọng của diesel là
850 g/ l trong khi của xăng vào khoảng 720 g/ l, nhỏ hơn 15%. Do vậy, ở điều kiện
thường, diesel bay hơi chậm hơn xăng – nhiệt độ sôi của diesel thậm chí còn thấp hơn cả
của nước. Khi cháy trung bình 1 lít nhiên liệu diesel tỏa ra khoảng 40, 9 MJ còn xăng chỉ
là 34, 8 MJ, cũng nhỏ hơn 15%. Điều này kết hợp với công suất cao hơn của động cơ
diesel,giải thích vì sao động cơ diesel lại đi được quãng đường xa hơn động cơ xăng
trong khi tiêu hao cùng 1 lượng nhiên liệu.
I.1.2.Thành phần.
Diesel chưng cất từ dầu thô chứa khoảng 75% các hidrocacbon no (chủ yếu là n-
parafin,iso- parafin và xycloparafin),25% còn lại là các hidrocacbon thơm (naphtalen và
alkybenzen). Nú còn được gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ sôi từ 250 đến
350
o
C ở áp suất khí quyển(cú thể mở rộng hay thu hẹp tựy yêu cầu sản xuất). Do bản chất
của quá trình cháy trong động cơ diesel nên cấu tử tốt nhất cho nhiên liệu diesel là các
hidrocacbon n-parafin. Các hidrocacbon dạng naphten và mạch nhánh có chất lượng kém
hơn và kém nhất là các hidrocacbon thơm.
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Ngoài ra, trong nhiên liệu diesel còn có chứa một số phụ gia nhằm cải thiện chất
lượng nhiên liệu như phụ gia cải thiện trị số xetan, phụ gia chống đông đặc….
I.2.Phân loại nhiên liệu diesel.
Chất lượng của các loại diesel buôn bán trên thị trường phụ thuộc rất nhiều vào công
nghệ lọc dầu và nguồn gốc chất lượng của dầu thô.
• Phân loại nhiên liệu diesel dựa theo số vòng quay của động cơ và trị số xetan của
nhiên liệu :
Theo cách phân loại này, có 2 nhóm nhiên liệu diesel :
- Nhóm 01 : Nhiên liệu diesel dùng cho động cơ cao tốc, phân thành 2 loại nhiên
liệu :

 Loại super : có trị số xetan bằng 50 và phạm vi độ sôi 180 đến 320
o
C. được
dùng cho động cơ tốc độ cao như xe buýt, xe hàng, xe tải. Loại này thường
được sản xuất từ phân đoạn gasoil chưng cất trực tiếp.
 Loại thường : có trị số xetan bằng 52 nhưng phạm vi độ sôi rộng hơn, từ 175
đến 345
o
C, thường được sản xuất bằng cách pha trộn theo những tỷ lệ hợp lý
các phân đoạn naphtan, kerosene và gasoil nặng của các dây chuyền chế biến
sâu như cracking, hydrocracking. . . . Nhiên liệu này cũng dùng cho động cơ
siêu tốc, nhưng chất lượng kém hơn loại super.
- Nhóm 02 : Nhiên liệu diesel cho động cơ tốc độ thấp cũng đòi hỏi có những tiêu
chuẩn chất lượng tương tự nhiên liệu cho động cơ cao tốc, tuy vậy trị số xetan của chúng
kém hơn, chỉ bằng 40 đến 50, độ bay hơi thấp, điểm sôi cuối cao hơn
• Phân loại nhiên liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh :
• Theo TCVN 5689- 1997, dựa vào hàm lượng lưu huỳnh có thể phân chia nhiên liệu
diesel thành 2 loại như sau :
 Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 0, 5 % khối
lượng, ký hiệu là DO 0, 5 % S.
 Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh từ lớn hơn 0, 5 đến 1, 0 % khối
lượng, ký hiệu là DO 1% S
I. 3. Quá trình cháy trong động cơ diesel.
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Bên cạnh những ưu điểm đã đề cập ở trên, động cơ diesel còn có những nhược điểm
như gây tiếng ồn, nồng độ các khí NO , PM, CO …. trong khí thải tương đối cao (so với
nhiên liệu xăng) gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Các khí
này được tạo ra do các yếu tố nhiệt động học của quá trình cháy nhiên liệu trong động cơ.
Để hiểu rõ bản chất cháy của các loại nhiên liệu này trước hết chúng ta phải xem xét

nguyên lý làm việc của động cơ diesel.
I. 3. 1. Nguyên lý làm việc.
Động cơ diesel cũng làm việc theo nguyên tắc 04 kỳ như động cơ xăng, nhưng khác
động cơ xăng ở chỗ : Trong động cơ xăng : hỗn hợp nhiên liệu và không khí được bốc
cháy sau khi nến điệm điểm lửa ; còn ở động cơ diesel, hỗn hợp nhiên liệu được đưa vào
xylanh, ở đó không khí đã được nén trước và đã có nhiệt độ cao, nhiên liệu sẽ tự bốc
cháy.
Động cơ xăng có tỷ số nén thấp hơn so với động cơ diesel (tỷ số nén là là tỷ số giữa
thể tích của xylanh khi piston nằm ở vị trí điểm chết dưới so với phần thể tích chết ở phần
trên) . Với động cơ xăng, tỷ lệ đó là từ 7/ 1 đến 11/ 1, còn động cơ diesel là từ 14/ 1 đến
17/ 1 ; Vì vậy động cơ diesel có công suất lớn hơn động cơ xăng trong khi tiêu hao cùng
1 lượng nhiên liệu.
Hình 1: Mô tả buồng đốt của động cơ diesel
• Nguyên tắc :
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Hành trình động cơ diesel theo 04 chu kỳ : hút, nén, cháy, thải. Khi piston đi từ điểm
chết trên xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, không khí được hút vào xylanh ; sau đó
van nạp đóng lại ; piston lại đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, thực hiện quá trình
nén không khí. Do bị nén, áp suất tăng, dẫn đến nhiệt độ tăng, có thể tới 500 đến 700 C.
Khi piston đến gần điểm chết trên, nhiên liệu được phun vào xylanh (nhờ bơm cao áp)
dưới dạng sương, khi gặp không khí ở nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Khi cháy, áp suất tăng
mạnh đến đẩy piston từ vị trí điểm chết dưới thực hiện quá trình dón nở sinh công có ích
và được truyền qua hệ thống thanh truyền làm chạy máy. Piston sau đó lại đi từ điểm chết
dưới lên điểm chết trên để thải sản phẩm cháy ra ngoài qua một van thải và tiếp tục thực
hiện hành trình mới.
I.3.2. Bản chất của quá trình cháy.
Nhiên liệu sau khi phun vào xy lanh không tự cháy ngay, mà phải có một thời gian để
oxy húa sâu các hydrocacbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả
năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ.

Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều hũa. Như vậy, để có
thời gian cháy trễ ngắn thì nhiên liệu phải có nhiều các chất n- parafin, vì các cấu tử này
dễ bị oxy húa, tức là rất dễ tự bốc cháy. Còn các iso - parafin và các hợp chất
hydrocacbon thơm khó bị oxy húa nên thời gian cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém.
I. 4. Quá trình hình thành khí thải trong động cơ diesel.
I. 4. 1. Độc tố và khói khí xả.
Tất cả các động cơ đốt trong nói chung và động cơ diesel nói riêng đều gây tiếng ồn
và làm bẩn môi trường, đặc biệt là khí xả.
• Khí xả động cơ diesel :
Trong thành phần của khí xả gồm có các chất không tham gia vào quá trình cháy, sản
phẩm cháy hoàn toàn và không hoàn toàn nhiên liệu và oxit nitơ. Hàm lượng % theo thể
tích của chúng như sau :
Bảng 1 : Thành phần khí thải trong động cơ diesel (% thể tích)
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Nitơ 76 78 Oxy 2 15
Hơi nước 0, 5 6 Khí cỏcbonớc 1 14
Khí sunfurơ 0. 003 0, 1 Hydro

0 0, 1
Oxớt cỏcbon 0, 01 0, 5 Anđờhớt 0, 001 0, 05
Cỏcbua hydro 0, 009 0, 05 Muội, g/ m 0, 01 1, 1
Oxit nitơ 0, 002 0, 5


• Độc tố của khí xả.
Độc tố của khí xả được xác định bằng hàm lượng các chất oxi nitơ, oxit cỏcbon,
anđờhớt, hydrocỏcbon mạch hở và hydrocỏcbon mạch vòng, khí sunfurơ có trong khí
thải.
Oxit nitơ là loại độc tố nguy hiểm nhất. Chúng hình thành trong cơ thể con người các

hợp chất nitơ và axớt xianua (HCN), gây kích thích niêm mạc mắt và đường hụ hấp. Khi
hàm lượng tính theo thể tích là 0, 004 0, 008 % có mặt trong môi trường sẽ gây hiện
tượng phù phổi.
Oxớt cỏcbon cũng là một loại độc tố. Khi hàm lượng tính theo thể tích của nú có trong
môi trường là 0,005% sau 1 giờ gây ngộ độc nhẹ, còn khi hàm lượng đến 1% thì sinh vật
bất tỉnh sau vài lần hít thở.
Do độc tính cao của ụxớt nitơ và oxớt cỏcbon nên hàm lượng của chúng trong khí thải
phải hạn chế theo quy địng quốc gia. cần phải tiêu chuẩn húa chất độc hại thải ra môi
trường (NO hay CO) . Khối lượng đơn vị của nú là tỷ số giữa khối lượng chất độc hại
hình thành sau 1 giờ làm việc của động cơ diesel với công suất của nú (g/kWh).
Tương ứng tiêu chuẩn quốc gia khối lượng đơn vị của oxit cỏcbon trong khí xả động
cơ diesel không được vượt quá 10 g/ kWh. Giới hạn cho phép khối lượng đơn vị của oxit
nitơ thay đổi từ 11 đến 29 g/ kWh.
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Anđờhớt (chủ yếu là fomalđờhớt và acrụlein) bổ sung cho khí xả mùi khó ngửi Theo
thứ tự độc tố thì chúng xếp sau NO . Hàm lượng cho phép của fomalđờhớt (HCHO)
trong không khí giới hạn khoảng 6 mg/ m , còn acrụlein giới hạn khoảng 0, 25 mg/ m .
Hàm lượng của chúng trong khí xả tăng lên ở các chế độ tải nhỏ và không tải khi nhiệt độ
cực đại của môi chất trong xylanh giảm xuống.
Cỏcbua hydro cũng là chất độc hại, một số trong chúng xả ra môi trường gây nên sương
mù. Cỏcbua hydro được hình thành trong vùng có hàm lượng oxy nhỏ, cũng như gần với
vách lạnh của buồng cháy. Nếu khí xả có màu trắng hay màu xanh lam thì chứng tỏ trong
đó có cỏcbua hydro.
Bồ hóng hay hình thành từ cacbon của nhiên liệu diesel, là kết quả của quá trình cháy
không hoàn toàn cục bộ. Nếu xét bồ hóng đơn thuần như một tạp chất cơ học trong khí
quyển thì mức độ gây ô nhiễm môi trường của nú không đáng kể. Chính hydrocỏcbon
thơm mạch vòng (PAH) được hấp thụ trên bề mặt bồ hóng có khả năng gây ung thư mới
đáng quan tâm.
Oxit lưu huỳnh hình thành trong quá trình cháy nhiên liệu có lưu huỳnh, đó cũng là

độc tố. Khi hàm lượng của nú có trong môi trường tính theo thể tích 0, 0007 0, 001 %
sẽ tác động xấu lên cuống họng, còn khi hàm lượng là 0,4% sinh vật sẽ chết ngay sau 3
giây.
• Khói trong khí xả :
Chủ yếu được hình thành bởi hàm lượng muội trong khí xả. Muội hình thành do sự
phân rã các phân tử nhiên liệu dưới tác động của nhiệt độ cao khi thiếu oxy. Muội tạo
thành trong khí xả động cơ diesel có dạng hạt vô định hình, có kích thước khoảng 0, 4
0, 5 m. Phần lớn muội cháy hết trong quá trình giãn nở. muội cháy hết nhờ tăng cường
tạo rối khí nạp trong xylanh.
Với hydrocacbon mạch thẳng thì tốc độ hình thành các hạt muội tăng lên khi tăng khối
lượng phân tử. Khuynh hướng hình thành muội lớn nhất đối với các hydrocacbon thơm, còn
hình thành muội nhỏ nhất đối với hydrocacbon no (parafin thường) .
Đo khói theo tiêu chuẩn quốc gia được thực hiện nhờ thiết bị đo khói quang điện. Giá
trị tới hạn của khói trong khí xả động cơ diesel ứng với tiêu chuẩn quốc
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
gia phụ thuộc vào suất tiêu hao không khí, dm / s. Khi giảm suất tiêu hao khí đến giới
hạn cho phép thì khói tăng lên. Khói khí xả được xác định trong quá trình nghiên cứu thử
nghiệm động cơ diesel. Hạn chế khói không chỉ theo quan điểm bảo vệ môi trường, mà
còn bảo vệ động cơ . Một phần muội rơi vào dầu bôi trơn, phủ lên mặt xylanh, làm bẩn
dầu bôi trơn. Muội có trong khí xả là một trong các nguyên nhân phá hỏng xupap xả.
Khối lượng chất lắng đọng trên piston và thời gian đến lúc kết cốc trong rãnh xộcmăng
phụ thuộc vào khói khí xả. Mặt khác, tăng khói khí xả chứng tỏ cháy không hoàn toàn,
nên giảm hiệu suất chỉ thị động cơ.
I. 4. 3. Cơ chế hình thành.
a). Sự hình thành NO :
NO ở đây ám chỉ hỗn hợp của các oxớt nitơ, chủ yếu là NO (chiếm hơn 90%) và còn
lại là các khí như NO , N O,
NO chủ yếu hình thành do phản ứng giữa oxy và nitơ của không khí có mặt trong
hỗn hợp dưới tác dụng của nhiệt độ cao.

• Cơ chế hình thành NO :
Có nhiều giả thiết khác nhau về sự hình thành NO nhưng cơ chế Zeldovich mở rộng
được ứng dụng rộng rãi nhất. Cơ chế này bao gồm 03 phản ứng thuận nghịch :
O + N NO + N (1)
N + O NO + O (2)
N+ OH NO + H (3)
Các hằng số phản ứng được cho trong bảng sau :
Bảng 2 : Các hằng số phản ứng trong giai đoạn hình thành khí NO
Phản ứng K
thuận
K
ngược
(1) 7, 6.10
3
exp(-38000/T) 1, 6/10
13
(2) 6, 4.10
9
T.exp(-3150/T) 1, 5.10
9
T.exp(-19500/T)
(3) 4, 1.10
3
2. 10
14
exp(-23650/T)

Phản ứng (3) chủ yếu xảy ra trong vùng giàu nhiên liệu. Các phản ứng khác diễn ra
mạnh trong khu vực màng lửa cũng như trong vùng khí đã cháy. Trong động cơ,
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
dưới tác dụng của áp suất cao, bề dày màng lửa rất bé và tồn tại trong thời gian rất ngắn
nên đại bộ phận NO hình thành trong màng lửa. Tuy nhiên, chính bộ phận NO hình thành
trong màng lửa mới có khả năng tạo ra những chất của họ NO . Từ những phân tích trên
đây, chúng ta nhận thấy tốc độ hình thành NO chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ của môi
chất và nồng độ oxy
• Cơ chế hình thành NO :
NO hình thành trong màng lửa sẽ nhanh chóng phản ứng với gốc HO (chất trung
gian của quá trình cháy) để biến thành NO theo phản ứng :
NO + HO NO + OH (4)
Tuy nhiên, NO tồn tại không bền vững trong khu vực nhiệt độ cao, nú dễ dàng biến
thành NO :
NO + O NO + O (5)
Vì vậy, khi động cơ làm việc ở chế độ không tải hay chế độ tải thấp, khu vực hình
thành NO được làm mát bởi sự vận động của dũng khí nhiệt độ thấp trong buồng cháy
nên phản ứng (5) không diễn ra, do đó nồng độ NO gia tăng.
Ở điều kiện làm việc bình thường, NO chiếm tỷ lệ rất thấp trong động cơ xăng nhưng
trong động cơ diesel, tỷ lệ này có thể đạt đến 30%.
• Cơ chế hình thành protoxide nitơ N O :
Protoxide nitơ chủ yếu trong khu vực màn lửa dưới tác dụng của NO và các chất trung
gian của vật cháy như NH, NCO :
NH + NO N O + H (6)
NCO + NO N O + CO (7)
Vì trong khu vực oxy húa có sự hiện diện của các nguyên tử hydro tự do nên N O
nhanh chóng bị phân hủy :
N O + H NH + NO (8)
N O + H N + OH (9)
Nhờ đó, nồng độ của protoxide nitơ trong khí xả của động cơ rất thấp (khoảng
3 8 ppm)
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
b). Cơ chế hình thành CO :
Sự hình thành CO từ quá trình cháy của các gốc hydrocacbon (R) diễn ra như sau :
RH R RO RCHO RCO CO (10)
Khi đã hoàn thành, CO bị oxy húa chậm thành CO theo các phương trình tiếp theo :
CO + O CO + O (11)
CO + OH CO + H (12)
H + O OH + O (13)
Phản ứng (11) diễn ra tương đối chậm, sự oxy húa sơ cấp xảy ra ở phản ứng(12)
Trong phản ứng số (13) các gốc tự do OH được hình thành, quay trở lại làm tác nhân cho
phảm ứng (12) .
c/ Cơ chế hình thành bồ hóng :
Trong ngọn lửa khuyếch tán, bồ hóng hình thành chủ yếu trong khu vực nhiệt độ cao
và giàu nhiên liệu. Trong buồng cháy của động cơ diesel, bồ hóng hình thành ở khu vực
có nhiệt độ khí trong khoảng 1000 1800 K, áp suất buồng cháy nằm trong khoảng 50
100 atm. Thời gian cần thiết để hình thành một hạt bồ hóng trong những điều kiện đó
trong khoảng vài mili giây. Nồng độ bồ hóng phụ thuộc nhiều vào chất lượng phun.
Đường kính hạt nhiên liệu càng lớn nồng độ bồ hóng càng cao. Lượng bồ hóng thoát ra
ngoài động cơ là kết quả cân bằng giữa quá trình tạo bồ hóng và oxy húa bồ hóng.
Bồ hóng được đặc trưng bởi nồng độ thể tích Fv (m
3
/ m
3
), nồng độ hạt N (hạt/ m
3
) và
đường kính trung bình của hạt d (m)
• Quá trình tạo bồ hóng :
- Tạo hạt cơ sở :
Phản ứng ngưng tụ của các chất khí trong quá trình cháy làm xuất hiện các hạt nhân

bồ hóng. Các chất khí có khả năng tạo bồ hóng gồm có hydrocacbon không bão hũa, đặc
biệt là axetylen và hydrocacbon thơm mạch vòng (PAH) . Các hạt nhân ban đầu đều có
đường kính rất bé (nhỏ hơn 2nm) , nồng độ thể tích của bản than chúng có thể bỏ qua
nhưng chính chúng là cơ sở để phát triển thành bồ hóng.
Về mặt lý thuyết, hạt nhân của bồ hóng chỉ hình thành nếu trong phản ứng :
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Nếu nhũ tương được hình thành bằng các lực cơ học thì lực ma sát sẽ sinh ra sự chênh
lệch điện thế giữa hai pha. Trong hầu hết nhũ tương dầu trong nước, các giọt dầu thường
tích điện âm.
Khi chất nhũ húa được sử dụng, sự tập hợp các phân tử lên bề mặt giọt dẫn đến hiện
tượng tích điện thêm hoặc đảo điện tích. Khi các chất nhũ húa là ion được sử dụng thì sự
thay đổi này diễn ra một cách rõ ràng. Nếu chất nhũ húa là anion thì làm tăng điện tích
âm của các giọt dầu trong nhũ tương d/ n, còn chất nhũ húa là cation thì gây ra hiện
tượng đảo điện tích. Nói chung, trong bất cứ trường hợp nào thì sự tích điện được tạo ra
trên bề mặt các giọt nhũ đều chống lại sự lắng đọng nhũ. Trong nhũ tương d/ n, khả năng
tích điện trên các giọt tốt hơn trong nhũ tương n/ d.
Hình 6: sự tích điện lên bề mặt giọt
II.3. 2. Cấu tạo của lớp điện tích kép.
Nhũ tương ổn định hơn khi lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha tích điện. Lớp
điện tích của các giọt nhũ có thể được tạo thành từ 3 cách : do quá trình ion húa, quá trình
hấp phụ hoặc do sự tiếp xúc. Khi các chất nhũ húa hấp thụ trên bề mặt các giọt, các nhóm
có khả năng hũa tan trong nước của nú bị ion húa, tạo thành lớp điện tích kép bao quanh
hạt nhũ.
Đối với nhũ tương được ổn định bằng các hợp chất không ion, lớp điện tích tại bề mặt
giọt không phải do sự hấp phụ các ion từ môi trường phân tán mà do sự ma sát khi các
giọt nhũ tiếp xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trường. Điều này đã được nhiều tác giả
nghiên cứu và chứng minh bằng thực nghiệm. Cohen đã đưa ra quy
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Tên húa học Loại Chỉ số HLB Ghi chú
Axit oleic A 1, 0




A: anion
N: không ion
Glyxerol monostearat N 3, 8
Sorbitan trilate (Span 85) N 1, 8
Sorbitan monooleat (Span 80) N 4. 3
Dietylen glycol monolaurat N 6, 0
Sorbitan monopalmitat N 6, 7
Polyoxyetylen lauryl ete N 9, 5
Sorbitol N 11, 6
Trietanol oleat A 12, 0
Polyoxyetylen alkyl phenol N 12, 8
Tween 80 N 15, 0
Tween 85 N 11, 0
Natrioleat A 18, 0

• Phương pháp cơ bản để xác định giá trị HLB là bằng thực nghiệm:
Theo Griffin, giá trị chỉ số HLB của một chất nhũ húa có thể được tính toán bằng các
phương trình sau:
- Đối với este của rượu đa chức và axit béo:
HLB = 20( )
Trong đó:
S : là chỉ số xà phòng húa của este
A : là chỉ số trung hũa của axit béo
- Đối với các dẫn xuất của dầu nhựa thông, sáp ong, rosin và lanolin:

HLB =
Trong đó:
E : là % khối lượng của polyoxyetylen
P : là % khối lượng của rượu đa chức
- Đối với các chất nhũ húa trong phần ưa nước chỉ gồm có các nhóm polyetylen, công
thức có thể rút gọn:
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

max


(ASTM D 2622)/
ASTM D 5453
2 Chỉ tiêu xetan, min 46 ASTM D 4737
3 Nhiệt độ cất,˚C, min 360 TCVN
2698: 2002/
(ASTM D86)
4 Điểm chớp cháy cốc kính 55 TCVN 6608: 2000
(ASTM D 3828)/
ASTMD 93
5 Độ nhớt học ở 40 ˚C, mm
2
/ s 2-4, 5 TCVN 3171: 2003
(ASTM D 445)
6 Cặn cacbon của 10% cặn chưng cất,
% khối lượng, max
0, 3 TCVN 6324: 1997
(ASTM D 189)/
ASTM D 4530

7 Điểm đông đặc, ˚C, max + 6 TCVN
3753: 1995
ASTM D 97
8 Hàm lượng tro,% khối lượng max 0, 01 TCVN
2690:1995/
ASTM D 482
9 Hàm lượng nước, mg/kg, max 200 ASTM E203
10 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max 10 ASTM D2276
11 Ăn mòn mảnh đồng ở 50 ˚C, 3 giờ,
max
Loại 1 TCVN 2694
2000/ (ASTM D
130-88)
12 Khối lượng riêng ở 15 ˚C, kg/ m
3
820 - 660 TCVN 6594
2000 (ASTM D
1298)/ASTM 4052
13 Độ bôi trơn, μm, max 460 ASTM D6079
14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D4176

II.3.1 Trị số xetan của nhũ tương nước – nhiên liệu diesel
Trị số xetan là một đơn vị đo qui ước đặc trưng cho tính tự bốc cháy của nhiên
liệu diesel và được đo bằng phần trăm thể tích hàm lượng n – xetan (C
16
H
34
) trong hỗn hợp
của nú với α - metylnaphaten ở điều kiện tiêu chuẩn.
Theo qui ước

α - metylnaphaten có trị số xetan = 0.
n – xetan có trị số xetan = 100.
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Nhiên liệu có trị số xetan cao thì có nhiệt độ tự cháy thấp, tính tự cháy tốt, giảm
lượng khí thải, tiếng ồn và ngược lại. Tuy nhiên, khi trị số xê tan tăng quá cao sẽ gây hao
phí nhiên liệu.
Để cải thiện trị số xetan người ta thường đưa vào nhiên liệu một số phụ gia như
alkyl nitrat, ete nitrat, alkyldiglycol nitrat, các peoxit hữu cơ. Nhưng kinh tế nhất và khả
quan nhất là nhớm alkyl nitrat, như 2 - etylhexyl nitrat (EHN).
 Phương pháp xác định
Trị số xetan của nhiên liệu diesel có thể xác đinh bằng phương pháp thực
nghiệm hoặc tính toán.
• Trị số xetan xác định bằng thực nghiệm ASTM D 4737
Phương pháp thực nghiệm xác định trị số xetan chỉ có thể tiến hành trong thiết bị
chuyên dụng với các loại nhiên liệu tiêu chuẩn. Loại thiết bị tiêu chuẩn này là một dạng
động cơ diesel đặc biệt cho phép ta quan sát được hiện tượng chay trong động cơ.
• Trị số xetan xác định gián tiếp qua tính toán ASTM D976
Khi không có điều kiện xác định trị số xetan trong thiết bị đo trị số xetan, có thể
xác định gián tiếp qua điểm sôi 50% và
o
API theo công thức
TSXT = 454, 74 – 1641, 416D + 774, 74D
2
– 0, 554B + 97,803(logB)
2
Trong đó
D: Tỷ trọng của nhiên liệu diesel d
15/15.
B: Điểm sôi 50% V đo bằng

o
C.
Cũng có thể tính trị số xetan theo công thức
TSXT = -420, 34 + 0. 016G
2
+ 0. 192GlongM + 65,01(logM)
2 –
0. 0001809 M
2
Trong đó
G: độ
o
API
M: Điểm sôi 50% V đo bằng
0
F.
Cũng có thể không cần dùng công thức mà sử dụng biểu đồ quan hệ giữa
o
API và điểm
sôi 50% V để xác định trị số xetan của nhiên liệu diesel.
II. 3.2. Thành phần phân đoạn
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Hàm lượng nước : ≤ 2, 0 %
Sorbital mono oleat thương phẩm
I.2. Nghiên cứu, lựa chọn chất ổn định nhũ
Theo nghiên cứu của nhiều tác giả, một chất nhũ húa đơn lẻ thường không ổn
định nhũ hiệu quả bằng một hỗn hợp các chất nhũ húa. Thực vậy, theo kết quả tiến hành
thực nghiệm: so sánh 2 mẫu nhũ tương với một mẫu chỉ cho chất nhũ húa và một mẫu
cho hỗn hợp chất nhũ húa và chất ổn định nhũ. Sau khi qua sát thời gian sa lắng và thời

gian tách nhũ nhận thấy mẫu thứ 2 ổn định được lâu hơn rất nhiều. Sở dĩ có hiện tượng
như vậy là do khi chỉ có chất nhũ húa thì các hạt nhũ tương có xu hướng kết hợp với
nhau tạo thành các hạt lớn hơn nên nhanh chóng bị xa lắng và dẫn đến tách dầu, khi cho
chất ổn định nhũ thì tạo ra các hạt có xu hướng đẩy nhau nên được phân bố đều trong
toàn dung dịch, dung dịch ít bị sa lắng và thời gian tách dầu được lâu hơn rất nhiều. Như
vậy có thể kết luận rằng nhũ tương có chất ổn định bền vững hơn nhũ tương không có
chất ổn định. Do vậy, tuy đã chọn được chất nhũ húa thích hợp cho việc chế tạo nhũ
tương nước – nhiên liệu diesel nhưng để độ bền của nhũ tương được đảm bảo, cần phải
tìm thêm chất ổn định nhũ phù hợp.
Để lựa chọn chất ổn định nhũ em đã tiến hành pha chế 3 mẫu nhũ tương nước -
nhiên liệu diesel với các chất nhũ húa và Sorbital mono oleat và chất ổn định nhũ lần lượt
vào Polyetylen glycol, sodium oleate Sorbitol với thành phần các chất như sau:
Nhiên liệu diesel: 89.7%
Nước cất: 7%
Chất nhũ húa: 3%
Chất ổn định nhũ: 0.3%
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Khi tăng lượng nước lên thì thành phần chất nhũ hoá và chất ổn định cũng phải
tăng dần lên để đảm bảo cho việc hình thành và ổn định hệ nhũ tương.
Bảng 10: Xét hàm lượng nước là 7%
Stt % H
2
O Tỷ lệ chất nhũ
hoá/ chất ổn định
Tổng hàm
lượng chất
nhũ húa
Số ngày ổn định
của mẫu (ngày)

Sorbital mono
oleat +Sorbitol
1
7%
2, 6 – 0, 26 2, 86 10
2 2, 7 – 0, 27 2, 97 13
3 2, 8 – 0, 28 3, 08 16
4 3 – 0, 3 3, 3 20
5 3. 2 – 0, 32 3, 32 15
6 3, 2 – 0, 35 3, 55 14
7 3, 5 – 0, 35 3, 85 11
Hình 13: Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 7%
Nhận xét: Khi cho 7% nước thì chất nhũ hoá là 3% và chất ổn định nhũ là 0,3%
là phù hợp nhất.


GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Hình 18: Hạt nhũ tương nước – nhiên liệu diesel được phóng đại
Nhận xét: Qua hình ảnh và biểu đồ phân bố kích thước hạt ở trên nhận thấy với
chất nhũ hoá Sorbital mono oleat và chất ổn định nhũ và Sorbitol cho loại nhũ tương có
kích thước hạt rất đồng đều và mịn
- Loại kích thước 0. 17µm chiếm 53.74%.
- Loại kích thước 0. 20µm chiếm 31.03%.
- Kích thước hạt 0. 25 µm chiếm 30, 45 µm
Nhờ vào cánh khuấy ly tâm mà kích thước hạt tạo ra rất bé, mịn và các
hạt tương đối đồng đều.
Đây là lý do làm cho nhũ tương có thời gian ổn định và tách dầu lâu nhất.
III.2. Xác định chất lượng nhiên liệu nhũ tương nước – diesel
III.2.1. Công suất của động cơ

Bảng 15: Công suất của động cơ
Chế độ tải
(mm3/ct)
Diesel
(KW)
Nhũ tương BK02
(KW)
So sánh (%)
15 1. 9 1. 8 -5. 26
20 3. 3 3. 2 -3. 03
26 4. 2 4. 1 -2. 38
31 4. 6 4. 6 0. 00
36 4. 8 4. 7 -2. 08

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
Chế độ tải
(mm
3
/ct)
Diesel
(ppm)
Nhũ tương BK02
(ppm)
So sánh (%)
15 42270. 97 47525. 20 11. 06
20 64180. 78 67008. 60 4. 22
26 81462. 79 85593. 90 4. 83
31 91456. 25 95619. 60 4. 35
36 81563. 50 92094. 60 11. 44

Hình 22: Lượng CO
2
tạo ra trong khí thải
Nhận xét:
LượngCO
2
tạo ra trong khí thải của nhiên liệu nhũ tương tăng lên một chút so với
nhiên liệu thông thường. Sỡ dĩ như vậy là do, quá trình cháy của nhiên liệu diễn ra trong
động cơ triệt để hơn do sự có mặt của nước (như đã trình bày ở trên). Chính vì vậy lượng
CO
2
tạo ra lớn hơn.
III. 2. 5. Lượng CO tạo ra
Bảng 19: Lượng CO tạo ra trong khí thải

Chế độ tải
(mm3/ct)
Diesel
(ppm)
Nhũ tương BK02
(ppm)
So sánh (%)
15 300. 25 345. 24 13. 03

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
20 320. 46 338. 86 5. 43
26 3062. 79 2339. 28 -23. 62
31 21456. 25 20480. 04 -4. 55
36 31563. 50 37117. 94 14. 96

Hình 23: Lượng CO tạo ra trong khí thải
Nhận xét:
Cả nhiên liệu diesel thông thường và nhũ tương diesel với chế độ tải tăng thì lượng
CO tạo ra cũng tăng theo. Nếu tính trung bình thì lượng CO tạo ra đối với nhiên liệu là
nhũ tương không tăng so với nhiên liệu diesel thông thường. Bên cạnh đó ở chế độ tải
trung bình lượng CO tạo ra khi sử dụng nhiên liệu là nhũ tương giảm tới 23.62% so với
nhiên liệu diesel thông thường. Sỡ dĩ như vậy là do sự có mặt của Oxy trong vùng cháy
lớn, hơn nữa ở nhiệt độ và áp suất cao của buồng cháy nước có trong nhũ tuơng sau khi
bay hơi sẽ bị phân li thành hai hợp chất hoạt động trung gian là H và HO. Lượng CO tạo
ra bị oxy húa thành CO
2
theo cơ chế trình bày trong chương 1.
III. 2. 6. Lượng tiêu hao nhiên liệu
Bảng 20: Lượng tiêu hao nhiên liệu
Chế độ tải (mm
3
/ct)
Diesel
(ppm)
Nhũ tương BK02
(ppm)
So sánh (%)
15 0. 7 0. 65 -7. 14

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trịnh
Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn
20 0. 91 0. 92 1. 09
26 1. 24 1. 19 -4. 03
31 1. 6 1. 5 -6. 25

36 1. 7 1. 67 -1. 76