Nghiên cứu sử dụng mỡ đà điểu làm dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG







TRẦN ĐÌNH PHONG





NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MỠ ĐÀ ĐIỂU LÀM
DẦU MỠ BÔI TRƠN CHO THIẾT BỊ TÀU THỦY



CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT TÀU THỦY
MÃ SỐ: 60 52 32



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS.QUÁCH ĐÌNH LIÊN










Nha Trang, tháng 06 năm 2011




LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.



Tác giả luận văn


Trần Đình Phong

LỜI CÁM ƠN

Sau một thời gian làm việc tích cực, được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng
dẫn PGS.TS Quách Đình Liên, thầy Th.S Phùng Minh Lộc, các quí thầy trong
Bộ môn Động lực và Khoa kỹ thuật tàu thủy,

Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học
và Môi Trường trường Đại học Nha Trang, Ban Lãnh đạo Tổng Công ty Khánh Việt,
Ban Lãnh đạo Nhà máy thuốc lá Khatoco Khánh Hòa, các bạn đồng nghiệp, các cơ
quan liên quan cho đến nay bản luận văn đã được hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng
biết ơn đối với sự giúp đỡ trên. Vì thời gian và trình độ còn hạn chế vì vậy bản luận
văn chắc chắn còn nhiều sai sót, tôi mong được sự thông cảm và góp ý của các quí

thầy, các bạn đồng nghiệp cũng như mọi người quan tâm đến vấn đề này để luận
văn được hoàn chỉnh.
Tôi xin chân thành cảm ơn!



Tác giả luận văn


Trần Đình Phong








i

MỤC LỤC
Đề mục Trang
Mục lục i
Danh mục các chữ viết tắt iii
Danh mục các bảng sử dụng trong luận văn iv
Danh mục các hình vẽ sử dụng trong luận văn vii
Lời nói đầu x
Chương 1: Vật liệu bôi trơn và các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn 1

1.1. Tổng quan về bôi trơn và vật liệu bôi trơn. 1

1.2. Các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn 3
1.2.1. Dầu gốc và các loại dầu gốc được dùng để pha chế vật liệu bôi trơn. 4
1.2.2. Phụ gia cho vật liệu bôi trơn 9
1.2.3. Mỡ và pha chế mỡ dẻo làm vật liệu bôi trơn 10
1.2.3.1. Khái niệm về chất bôi trơn dẻo
10
1.2.3.2. Tính chất của mỡ nhờn. 11

1.2.3.3. Phân loại mỡ.
14
1.2.3.4. Chất làm đặc cho mỡ.
15
1.2.3.5. Dầu nhớt dùng để pha chế mỡ.
20
1.2.3.6. Phụ gia cho mỡ.
24
1.2.3.7. Cấu trúc của mỡ
25
1.2.3.8. Sản xuất mỡ.
29
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
31
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước. 33

Chương 2: Thử nghiệm tinh chế methylester từ mỡ đà điểu để làm
dầu gốc pha chế mỡ bôi trơn.

36

2.1. Nguồn nguyên liệu mỡ đà điểu và ý tưởng nghiên cứu.

36
2.1.1. Trên thế giới 36
2.1.2. Những xu thế chăn nuôi đà điểu Ostrich hiện nay trên thế giới 38
2.1.3. Quá trình nghiên cứu và phát triển chăn nuôi đà điểu ở Việt Nam. 39
ii

2.2. Thí nghiệm sản xuất tinh chế dầu gốc từ mỡ đà điểu. 40
2.2.1. Giới thiệu về dầu gốc (methylester) 41
2.2.2. Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất methylester làm dầu gốc từ
mỡ đà điểu. 41

2.2.3. Bố trí thí nghiệm 45
2.2.4. Kết quả và nhận xét………
50
Chương 3: Thử nghiệm nấu mỡ bôi trơn từ methylester tinh chế từ
mỡ đà điểu 67
3.1. Thí nghiệm sản xuất mỡ bôi trơn từ dầu gốc của mỡ đà điểu trên nền
xà phòng Liti hydroxit (LiOH). 67
3.1.1. Dầu làm môi trường phân tán cho mỡ bôi trơn. 67
3.1.2. Phụ gia cho mỡ bôi trơn 71
4.1.3. Chất làm đặc. 71
3.1.4. Phương pháp tổng hợp mỡ bôi trơn 73
3.1.5. Thiết bị thí nghiệm 73
3.1.6. Qui trình sản xuất mỡ bôi trơn 74
3.1.7. Lựa chọn phương án pha chế thành phần của mỡ bôi trơn 78
3.1.8. Sản phẩm mỡ thu được và các tính chất cơ bản của mỡ 78
3.2. Thực nghiệm đối chứng mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc mỡ đà điểu. 79
3.2.1. Phương pháp thực nghiệm 79
3.2.2. Tiến hành thực nghiệm đối chứng. 80
Phần kết luận và đề xuất ý kiến 89

Tài liệu tham khảo 91
Phụ lục 1 93
Phụ lục 2 105
Phụ lục 3 110



iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MP: Mỡ đa chức năng.
HT và LT: Chịu nhiệt độ cao và thấp.
HL và LL: Tải trọng cao và thấp.
HV: Độ nhớt cao.
PTFE: Polytetrafluoroethylene.
CH Séc: Cộng hòa Séc.
TTNCGC Thụy Phương: Trung tâm Nghiên cứu gia cầm Thụy Phương.
Bộ Nông nghiệp và PTNT: Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn.
CHDC Nhân dân Lào: Cộng hòa dân chủ Nhân dân Lào.
TBKT: Tiến bộ kỹ thuật.
Viện Nghiên Cứu CNSH và Môi Trường Trường Đại học Nha Trang: Viện Nghiên
Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường Trường Đại học Nha Trang.
NLGI (USNational Lubricating Grease Institute): Viện nghiên cứu mỡ bôi trơn
của Mỹ.
NXB KHKT: Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
DTV Việt Nam: Dầu thực vật Việt Nam.
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam.

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
STT Trang
1. Bảng 1-1: Các thành phần chính để sản xuất mỡ dẻo. 04
2. Bảng 1-2: Đánh giá các tính chất của dầu nhớt được pha chế từ các 07
loại dầu gốc khoáng và tổng hợp.
3. Bảng 1-3: Phạm vi nhiệt độ sử dụng và các dầu khoáng và tổng hợp 08
được sử dụng.
4. Bảng 1-4: So sánh tính chất sử dụng của một số loại dầu. 09
5. Bảng 1-5: Điểm nhỏ giọt của một số loại mỡ có chất làm đặc khác nhau. 12
6. Bảng 1-6: Phân loại mỡ theo NLGI. 14
7. Bảng 1-7: Hệ xà phòng kép li ti (Lithium complex soap systems). 18
8. Bảng 1-8: Các chất lỏng làm đặc tạm thời (Temporarily thickened fluids). 20
9. Bảng 1-9: So sánh một số tính chất của các loại mỡ có dầu gốc và 21
chất làm đặc khác nhau.
10. Bảng 1-10: Hàm lượng của chất phụ gia trong mỡ. 24
11. Bảng 1-11: Một số loại mỡ được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. 25
12. Bảng 1-12: Cấu trúc thường gặp ở một số loại mỡ với chất làm đặc 29
khác nhau và các tính chất sử dụng của nó.
13. Bảng 2-1: Kết quả phân tích mẫu mỡ đà điểu thô chưa qua tinh chế. 43
14. Bảng 2-2: Xác định nhiệt độ rán thích hợp. 46
15. Bảng 2-3: Xác định nhiệt độ trung hòa. 46

16. Bảng 2-4: Xác định thời gian trung hòa. 47
17. Bảng 2-5: Xác định nồng độ NaCl thích hợp cho quá trình rửa. 47
18. Bảng 2-6: Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình rửa dầu. 47
19. Bảng 2-7: Xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng chuyển ester. 48
20. Bảng 2-8: Xác định tỉ lệ dung dịch methanolxide/dầu của phản ứng 48
chuyển ester.

v

21. Bảng 2-9: Xác định tỉ lệ giữa NaOH và methenol của dung dịch 49
methanolxide cho phản ứng chuyển ester.
22. Bảng 2-10: Xác định thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng chuyển ester. 49
23. Bảng 2-11: Kết quả xác định chế độ rán dầu. 51
24. Bảng 2-12: Kết quả xác định nhiệt độ trung hòa lần 1. 53
25. Bảng 2-13: Kết quả xác định nhiệt độ trung hòa lần 2. 54
26. Bảng 2-14: Kết quả xác định thời gian trung hòa lần 1. 55
27. Bảng 2-15: Kết quả xác định thời gian trung hòa lần 2. 56
28. Bảng 2-16: Kết quả xác định nồng độ NaCl thích hợp cho quá trình rửa. 58
29. Bảng 2-17: Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình rửa dầu. 59
30. Bảng 2-18: Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng 60
chuyển ester.
31. Bảng 2-19: Kết quả xác định tỉ lệ dung dịch methanolxide của phản ứng 62
chuyển ester.
32. Bảng 2-20: Kết quả xác định tỉ lệ giữa NaOH và methanol của 63
dung dịch methanolxide dùng cho phản ứng chuyển ester.
33. Bảng 2-21: Kết quả xác định thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng 65
chuyển ester.
34. Bảng 2-22: Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu gốc được tinh chế từ mỡ đà điểu.

66

35. Bảng 3-1: Thành phần axit béo của dầu tinh chế từ mỡ đà điểu. 67
36. Bảng 3-2: Thành phần phụ gia có trong mỡ bôi trơn. 71
37. Bảng 3-3: Chỉ tiêu kỹ thuật của Axit 12 – hydroxystearic (C
18
H
36
O
3
). 72
38. Bảng 3-4: Chỉ tiêu kỹ thuật của Liti hydroxyt (LiOH). 72
39. Bảng 3-5: Thành phần nguyên liệu. 73

40. Bảng 3-6: Tính chất của mỡ bôi trơn theo tỷ lệ pha chất phụ gia. 78
41. Bảng 3-7: Kết quả phân tích mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc 79
tinh chế của mỡ đà điểu.
42. Bảng 3-8: Thông số kỹ thuật của máy khảo nghiệm ma sát. 81
43. Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả thực nghiệm của mỡ Castrol - Spheerol sx 3. 86
vi

44. Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả thực nghiệm của mỡ bôi trơn được 86
chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu.
45. Bảng 3-11: Đối chiếu các chỉ tiêu của các mẫu mỡ. 88

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
STT Trang
1. Hình 1-1: Dụng cụ đo nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ. 11
2. Hình 1-2: Sơ đồ của bộ phận xác định độ xuyên kim và nguyên lý xác định 12
độ xuyên kim.
3. Hình 1-3: Cấu trúc phân tử của xà phòng lithium 12 – hydroxystearate. 16

4. Hình 1-4: Cấu trúc phân tử của xà phòng canxi. 16
5. Hình 1-5: Điểm nhỏ giọt của mỡ hỗn hợp lithium và calcium ở các tỉ lệ 17
thành phần khác nhau.

6. Hình 1-6: Công thức cấu tạo của phức hợp thành từ Axit 12 – hydroxystearic 17
và axit azelaic.
7. Hình 1-7: Sợi của xà phòng Lithium 12 - hydroxystearate - borate (ảnh chụp 18
qua kính hiển vi điện tử trước và sau khi trượt với140 000 s
-1
).
8. Hình 1-8: Công thức cấu tạo của xà phòng can xi phức. 18
9. Hình 1-9: Công thức cấu tạo của xà phòng nhôm phức. 19
10. Hình 1-10: Công thức cấu tạo của xà phòng titan phức. 19
11. Hình 1-11: Công thức cấu tạo của chất làm đặc muối natri của axit. 19
12. Hình 1-12: Công thức cấu tạo của chất làm đặc Carbamate - like thickeners. 19
13. Hình 1-13: Giới hạn nhiệt độ của một số loại mỡ. 23
14. Hình 1-14: Cấu trúc của chất bôi trơn dẻo. 25

15. Hình 1-15: So sánh cấu trúc của mỡ li ti truyền thống và mỡ li ti phức,có 26
pha thêm phụ gia EP vào phân tử xà phòng để cải thiện khả năng
chịu tải của mỡ.
16. Hình 1-16: Cấu trúc bên trong mỡ quan sát qua kính hiển vi điện tử được 27
làm đặc bởi các chất.
17. Hình 1-16:(tiếp theo): Cấu trúc bên trong mỡ quan sát qua kính hiển vi 28
điện tử được làm đặc bởi các chất.
viii

18. Hình 1-17: Sơ đồ các bình phản ứng dùng để sản xuất mỡ. 30

19. Hình 2-1: Qui trình tinh chế dầu gốc từ mỡ đà điểu. 42
20. Hình 2-2: Máy khuấy từ có gia nhiệt. 45
21. Hình 2-3: Máy sấy chân không. 45
22. Hình 2-4: Đồ thị biểu diễn kết quả chế độ rán dầu. 51
23. Hình 2-5: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ trung hòa lần 1. 53

24. Hình 2-6: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ trung hòa lần 2. 54
25. Hình 2-7: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian trung hòa lần 1. 55
26. Hình 2-8: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian trung hòa lần 2. 56
27. Hình 2-9: Đồ thị biểu diễn kết quả nồng độ NaCl thích hợp cho 58
quá trình rửa.
28. Hình 2-10: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ thích hợp cho quá trình 59
rửa dầu.
29. Hình 2-11: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ thích hợp cho phản ứng 61
chuyển ester.
30. Hình 2-12: Đồ thị biểu diễn kết quả tỉ lệ dung dịch methanolxide của 62
phản ứng chuyển ester.
31. Hình 2-13: Đồ thị biểu diễn kết quả tỉ lệ giữa NaOH và methanol của 64
dung dịch methanolxide dùng cho phản ứng chuyển ester.
32. Hình 2-14: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng 65
chuyển ester.
33. Hình 3-1: Cấu tạo chung của các axit triglyxerit. 69
34. Hình 3-2: Thiết bị đồng thể hóa thí nghiệm. 74
35. Hình 3-3. Nồi phản ứng. 74
36. Hình 3-4: Sơ đồ tiến hành thí nghiệm. 77

37. Hình 3-5: Sơ đồ thực nghiệm đối chứng mỡ bôi trơn. 80
38. Hình 3-6: Sơ đồ cấu tạo của máy khảo nghiệm ma sát. 82
39. Hình 3-7: Máy khảo nghiệm ma sát. 83
ix
40. Hình 3-8
:
Mẫu ma sát thử nghiệm được bôi trơn bằng mỡ dẻo. 83

41. Hình 3-9: Mẫu thử nghiệm ma sát. 85
42. Hình 3-10: Đồ thị biểu diễn hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ 87

dầu gốc của mỡ đà điểu và mỡ bôi trơn Castrol - Spheerol sx 3.

























x
LỜI NÓI ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 40 triệu tấn vật liệu bôi trơn, trong đó mỡ
bôi trơn chỉ chiếm khoảng 5% nhưng là sản phẩm không thể thay thế trong kỹ thuật.
Riêng ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm tiêu thụ khoảng 20.000 tấn mỡ. Trong số các
mỡ bôi trơn hiện nay, loại mỡ sản xuất từ nguyên liệu dầu khoáng và xà phòng của
các axit béo chiếm tới hơn 99 %.
Nước ta là một trong những nước có tiềm năng về tài nguyên rất lớn, các vật
liệu bôi trơn đã qua sử dụng bị thải vào môi trường một cách bừa bãi cũng như bị
rơi vãi, rò rỉ do tàu thuyền là nguồn gốc chủ yếu gây ô nhiễm. Mặc dù chưa được
thống kê đầy đủ nhưng lượng chất bôi trơn tích tụ trong môi trường chắc chắn gây
ra tác hại rất lớn.
Hiện nay, khi các yêu cầu về an toàn môi trường ngày càng tăng, việc tạo ra
các sản phẩm bôi trơn tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học cao, thay thế cho
các sản phẩm bôi trơn gốc dầu mỏ truyền thống ngày càng trở nên cấp thiết. Bên
cạnh đó, hàng năm các trung tâm giống đà điểu trên toàn quốc và cụ thể là trung
tâm giống đà điểu của Tổng Công ty Khánh Việt là trung tâm sản xuất ra khoảng
hơn 36,5 tấn mỡ đà điểu các loại hàng năm, phần nào gây ảnh hưởng đến môi
trường khi chưa được sử dụng chúng một cách hiệu quả.
Mặt khác trong công nghệ thực phẩm chất bôi trơn đóng một vai trò hết sức
quan trọng. Làm bẩn thực phẩm thông qua môi trường bôi trơn trong quá trình sản
xuất và đóng gói sẽ làm hại cho người tiêu dùng. Tất nhiên không chỉ có môi trường
chất bôi trơn gây nhiễm cho thực phẩm mà còn nhiều nguyên nhân khác. Nhưng sự
nhiễm bẩn qua con đường bôi trơn rất khó tẩy rửa và xử lý. Vì vậy chất bôi trơn
dùng cho công nghệ thực phẩm không chỉ đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật như:
Điều kiện nhiệt độ của môi trường, tải trọng, đặc tính bôi trơn, đặc trưng hình học
của các cặp ma sát cần bôi trơn như các tiêu chuẩn cần phải có của các chất bôi trơn
khác, mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu của vệ sinh thực phẩm. Để cho quá
trình bôi trơn không còn là nguồn làm bẩn thực phẩm, phải dùng các phụ gia và các
xi
quy định cụ thể. Người ta thường dùng các giải pháp sau đây để hạn chế tác nhân
làm bẩn thực phẩm trong quá trình chế biến và đóng gói thực phẩm của dầu mỡ bôi trơn:

- Phân loại nguồn gây hại và đánh giá khả năng rủi ro.
- Sử dụng đúng các quy định của pháp luật và các tiêu chuẩn trong từng lĩnh
vực chế biến.
- Hạn chế khả năng gây nhiễm thông qua việc thiết kế các cấu trúc máy chế
biến và đóng gói dùng trong chế biến thực phẩm, đặc biệt là cấu trúc và phương án
của hệ thống bôi trơn.
- Sử dụng chất bôi trơn có tính trơ với môi trường, có các tính chất đáp ứng
với các yêu cầu đặt ra của ngành thực phẩm.
- Sử dụng các quy phạm tiên tiến và phổ biến các nguyên tắc kiểm tra chất lượng.
Bên cạnh đó trong các vấn đề chung liên quan đến độ tin cậy, tuổi thọ của máy
thì vấn đề ma sát, mòn, bôi trơn có vai trò quan trọng. Nó quyết định đến trên 95%
độ tin cậy và tuổi thọ của máy và thiết bị.
Công dụng của dầu mỡ bôi trơn là: giảm thiểu ma sát của cặp ma sát, giảm hao
mòn, có tác dụng làm mát, làm sạch bề mặt ma sát, bảo vệ bề mặt của cặp ma sát
khỏi ăn mòn và han gỉ, trong một số máy móc, chất bôi trơn có tác dụng làm kín
không gian công tác.
Vì những chức năng đó nên vật liệu bôi trơn cần phải có các tính chất sau:
Phải có tính bôi trơn, không được phản ứng với vật liệu chế tạo các bề mặt của cặp
ma sát, hoặc với các phương tiện kiểm tra, phải bảo toàn được các tính chất của
mình trong thời gian sử dụng dài, không giảm phẩm cấp trong quá trình tàng trữ bảo
quản, không có khả năng tác dụng hóa học mạnh và chứa các thành phần tác dụng
không có lợi cho môi trường tự nhiên, trong các điều kiện sử dụng bình thường
không được bốc cháy, cần phải duy trì các tính chất sử dụng cần phải có trong suốt
thời kỳ sử dụng, trong phạm vi ứng suất và nhiệt độ của cặp ma sát, các tiện ích
phải dễ dàng và chi phí thấp, giá thành phải thấp.
xii
Các tính chất yêu cầu trên đối với dầu, mỡ trong thực tế rất khó đạt được tất
cả, nếu có đạt được thì giá thành của chất bôi trơn sẽ rất cao, khó chấp nhận trên thị
trường. Vì vậy, tùy theo điều kiện sử dụng mà người ta tạo ra các vật liệu bôi trơn
thích ứng. Mỗi loại dầu, mỡ đáp ứng cho một điều kiện làm việc, nên thị trường vật

liệu bôi trơn hiện nay rất phong phú, nhiều chủng loại và tác dụng của mỗi chủng
loại có khác nhau nên đòi hỏi người tiêu dùng phải có những hiểu biết nhất định về
vật liệu bôi trơn.
Từ những phân tích trên, chúng ta thấy Tribology không dừng lại ở những vấn
đề kỹ thuật mà nó còn là ngành khoa học đòi hỏi sự tham gia đóng góp nghiên cứu
của các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực. Với xu thế phát triển của các ngành công
nghiệp như hiện nay, đòi hỏi rất đa dạng về chủng loại dầu mỡ bôi trơn không
những đảm bảo về số lượng, chất lượng mà còn phải đảm bảo không gây ô nhiễm
môi trường. Trong khi đó nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt. Để đáp ứng nhu cầu
đó, trên thế giới cũng như ở nước ta đã và đang có nhiều nhà khoa học nghiên cứu
ra nhiên liệu thay thế dần cho nhiên liệu gốc dầu mỏ bằng nhiên liệu gốc dầu động,
thực vật.
Trên thực tế mỡ đà điểu khá nhiều. Trong mỡ đà điểu thường chứa các acid
béo không no rất cần thiết cho hoạt động sống của con người. Trong quá trình chế
biến mỡ đà điểu dùng trong thực phẩm vẫn có một lượng lớn mỡ cứng được tách ra.
Về mặt lý thuyết các loại mỡ cứng có thể sử dụng để sản xuất các chế phẩm công
nghiệp như sản xuất sản phẩm biodiesel hay mỡ bôi trơn trong máy chế biến thực
phẩm. Vì thế việc nghiên cứu nhằm sử dụng một cách hợp lý nguồn mỡ đà điểu làm
thức ăn cho con người và sử dụng trong công nghiệp là cần thiết. Ngoài ra, khi sử
dụng dầu bôi trơn có nguồn gốc mỡ đà điểu, dầu thải đã qua sử dụng có thể dễ dàng
bị phân hủy do tác động của vi sinh vật do vậy ít gây ô nhiễm môi trường.
Với phương châm “Tăng cường chế biến sản phẩm tinh chế ”, “Sản xuất
các sản phẩm có giá trị gia tăng” từ nguyên liệu kém giá trị kinh tế. Do vậy, việc
nghiên cứu chế biến và khảo nghiệm các tính năng mỡ đà điểu thành thực phẩm hay
dầu mỡ bôi trơn trong công nghiệp là cần thiết nhằm nâng cao giá trị thương phẩm
xiii

cho nghành chăn nuôi đà điểu góp phần sử dụng một cách có hiệu quả nguồn mỡ đà
điểu vốn sẵn có.
Từ những luận điểm trên đó là lý do đề xuất đề tài: “Nghiên cứu sử dụng mỡ

đà điểu làm dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy”.
Nhằm góp phần nhỏ bé của mình vào việc hoàn thiện sử dụng dầu mỡ động,
thực vật làm nguyên liệu thay thế để sử dụng cho thiết bị tàu thủy. Sau một thời
gian nghiên cứu nay tôi đã hoàn thành được luận văn với 3 nội dung cơ bản sau:
•
Chương 1: Vật liệu bôi trơn và các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi
trơn.
•
Chương 2: Thử nghiệm tinh chế methylester từ mỡ đà điểu để làm dầu
gốc pha chế mỡ bôi trơn.
•
Chương 3: Thử nghiệm nấu mỡ bôi trơn từ methylester tinh chế từ mỡ
đà điểu.
•
Phần kết luận và đề xuất ý kiến.
2. Mục đích và mục tiêu

∗
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu khả năng sử dụng mỡ đà điểu để điều chế
dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy nói riêng và thiết bị cơ khí nói chung, nhằm
nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế và giúp phần cải thiện môi trường.
∗
Mục tiêu cần đạt được:
- Tinh chế nguyên liệu mỡ đà điều thành các ester để pha chế dầu mỡ bôi trơn.
- Pha chế và thử nghiệm để đạt được các tính chất cần có của mỡ bôi trơn có
dầu gốc là ester tinh chế từ mỡ đà điểu.
- Thử nghiệm khả bôi trơn cho các ổ trượt bằng đồng (thông qua mô hình Trục
thép C45 – Bạc đồng), xác định các thông số cơ bản như áp lực giới hạn, tốc độ mài
mòn khi được bôi trơn bằng dầu mỡ được sản xuất từ mỡ đà điểu.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Mỡ bôi trơn được tinh chế sản xuất từ mỡ
đà điểu.
- Phạm vi nghiên cứu:
xiv
+ Tạo ra được sản phẩm dầu gốc (methylester) từ mỡ đà điểu để từ đó thử
nghiệm pha chế và nấu mỡ từ dầu gốc (methylester) được tinh chế từ mỡ đà điểu.
+ Đối chứng thử nghiệm các tính chất bôi trơn của mỡ bôi trơn được sản xuất
từ dầu gốc mỡ đà điểu với các loại mỡ bôi trơn khác.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Thông qua việc nghiên cứu sử dụng mỡ đà điểu dùng làm dầu mỡ bôi trơn cho
thiết bị tàu thủy, nhằm nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế và giúp phần cải thiện môi trường.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng cho các thiết bị cần bôi trơn như:
- Các thiết bị trên tàu thủy.
- Các thiết bị trong công nghệ chế biến thực phẩm.

- Các thiết bị cơ khí nông cụ…

1

CHƯƠNG 1
VẬT LIỆU BÔI TRƠN VÀ CÁC THÀNH PHẦN CHỦ
YẾU CỦA VẬT LIỆU BÔI TRƠN

1.1. Tổng quan về bôi trơn và vật liệu bôi trơn
Từ lâu con người đã phát hiện ra nguồn dầu mỏ và lấy nó làm chất đốt phục vụ
cho đời sống đặc biệt là làm nhiên liệu chạy các loại động cơ và bôi trơn các thiết bị
máy móc. Ngày nay nhiều nguồn năng lượng mới được đưa vào sử dụng trong thực
tiễn, nhưng nguồn năng lượng chính sử dụng trong giao thông vận tải vẫn được
cung cấp từ dầu mỏ.
Dầu mỏ được khai thác từ trong lòng đất, trên đất liền hay ngoài đại dương,
với trình độ khoa học tiến bộ như ngày nay con người có thể thăm dò phát hiện, và
khai thác chúng với hiệu quả cao nhất. Nhưng chúng ta đều đã biết, dầu mỏ không
phải là tài nguyên vô tận, nó sẽ cạn kiệt trong vòng khoảng 50 - 100 năm nữa khi
nhu cầu sử dụng dầu mỡ ngày một tăng cao. Biết rõ điều này, từ lâu con người đã
nghiên cứu để tìm ra những nguồn năng lượng, nguồn tài nguyên mới để thay thế
dầu mỏ, trong đó chúng ta phải kể đến nguồn nguyên liệu động thực vật.
Về mặt môi trường, các loại nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ không phải
là nguồn nguyên liệu sạch, bởi khi bị đốt cháy hoặc bôi trơn nó sẽ sản sinh ra một
lượng khí CO

2
tương ứng và một số thành phần khác, ngoài ra còn một lượng các
loại khí khác gây độc hại cho môi trường như: SO
2
, Hydrocacbon, CO,
NO
x
,…Nhưng đối với dầu động thực vật thì ngược lại, nó phát sinh khí thải ít hơn
nhiều so với nguyên liệu nguồn gốc từ dầu mỏ. Bụi trong khí thải được giảm một
nửa, các hợp chất hydrocacbon được giảm thiểu đến 40%. Dầu động thực vật gần
như không chứa lưu huỳnh, không độc và có thể phân huỷ bằng sinh học. Do vậy,
nếu dùng nguyên liệu chế biến từ dầu động thực vật, môi trường sẽ được cải thiện
hơn so với khi dùng nguyên liệu có nguồn gốc dầu mỏ. Với những ưu điểm hơn hẳn
2

nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ thì nguyên liệu có nguồn gốc từ động thực vật
đã được nghiên cứu và đưa vào trong đời sống có hiệu quả.
Ngày 08 – 03 - 2004 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp đã ký quyết định phê duyệt
quy hoạch phát triển ngành dầu động thực vật tại Việt Nam đến năm 2010, với
quyết định này sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành dầu động thực vật. Với tất cả các
những vấn đề trên đã tạo tiền đề cho chúng ta thực hiện việc nghiên cứu đề tài.
∗
Khái niệm về chất bôi trơn [3]
Chất bôi trơn đưa vào cặp ma sát có tác dụng làm giảm thiểu ma sát, hao mòn
và tăng hiệu suất cho cặp truyền động. Thực chất của việc bôi trơn là thay ma sát
ngoài bằng ma sát nội của chất bôi trơn, làm giảm ma sát và tránh tiếp xúc giữa hai
bề mặt của cặp ma sát. Vật liệu bôi trơn và các đặc tính cần phải có đó là:
Tác dụng của bôi trơn:
- Giảm thiểu ma sát của cặp ma sát.
- Giảm hao mòn.

- Có tác dụng làm mát.
- Làm sạch bề mặt ma sát.
- Bảo vệ bề mặt của cặp ma sát khỏi ăn mòn và han gỉ.
- Trong một số máy móc, chất bôi trơn có tác dụng làm kín không gian công
tác.
Vì những chức năng đó nên vật liệu bôi trơn cần phải có các tính chất sau:
- Phải có tính bôi trơn.
- Không được phản ứng với vật liệu chế tạo các bề mặt của cặp ma sát, hoặc
với các phương tiện kiểm tra.
- Phải bảo toàn được các tính chất của mình trong thời gian sử dụng dài.
- Không giảm phẩm cấp trong quá trình tàng trữ bảo quản.
- Không có khả năng tác dụng hóa học mạnh và chứa các thành phần tác dụng
không có lợi cho môi trường tự nhiên.
- Trong các điều kiện sử dụng bình thường không được bốc cháy.
- Cần phải duy trì các tính chất sử dụng cần phải có trong suốt thời kỳ sử dụng,
3

trong phạm vi ứng suất và nhiệt độ của cặp ma sát.
- Sử dụng dễ dàng và chi phí thấp.
- Giá thành thấp.
Các tính chất, yêu cầu trên đối với dầu mỡ, trong thực tế rất khó đạt được tất
cả, nếu có đạt được thì giá thành của chất bôi trơn sẽ rất cao, khó chấp nhận trên thị
trường. Vì vậy tùy theo điều kiện sử dụng mà người ta tạo ra các vật liệu bôi trơn
thích ứng. Mỗi loại dầu mỡ đáp ứng cho một điều kiện làm việc, nên thị trường vật
liệu bôi trơn hiện nay rất phong phú, nhiều chủng loại và tác dụng của mỗi chủng
loại có khác nhau nên đòi hỏi người tiêu dùng phải có những hiểu biết nhất định về
vật liệu bôi trơn.
1.2. Các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn [3]
Chất bôi trơn lỏng, thường gọi là dầu bôi trơn. Nó là loại chất lỏng đặc biệt
dùng để bôi trơn cho cặp ma sát. Ngoài các yêu cầu như đã trình bày ở mục trên

chất lỏng bôi trơn cần có một số tính chất:
- Các tính chất lưu biến (tính nhớt).
- Các tính chất ở nhiệt độ thấp.
- Tính chất bôi trơn và chống hao mòn.
- Tính bén lửa và tự bốc cháy.
- Tính ổn định nhiệt.
- Ổn định hóa học.
- Phối hợp an toàn với vật liệu của cặp ma sát.
- Tính không độc hại và các tính chất khác có liên quan đến bảo vệ môi
trường.
Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu chuyên môn máy móc thiết bị, đặc biệt là điều kiện
làm việc, các yêu cầu về độ tin cậy cũng như an toàn của thiết bị mà dầu nhờn phải
có một số tính chất khác nữa.
4

Trong bảng 1-1 sau đây liệt kê các thành phần chính của chất bôi trơn dẻo.
Bảng 1-1: Các thành phần chính để sản xuất mỡ dẻo.
Dầu gốc Chất làm đặc Phụ gia
- Dầu khoáng
-
Các chất hydrocarbon

tổng hợp

- Các chất Di-ester
- Silicon
- Photsphate esters
-Perfluoropolyesthers
-Fluorinated silicones

- Polyglycol

- Xà phòng natri
- Xà phòng can xi
- Xà phòng li ti
- Xà phòng nhôm
- Xà phòng li ti phức
- Xà phòng li ti phức
- Xà phòng can xi phức
- Xà phòng nhôm phức
- Bentonite clay
- Silica
- Carbon/graphite
- Polyurea
- PTFE
- Polyethylene
- Chất màu indanthrene
-
Chất màu phthalocyanine

- Ức chế ô xy hóa
- Phụ gia chống mòn (AW)
- Phụ gia EP
- Ức chế ăn mòn
-Molybdenum disulphide
- Phụ gia biến đổi ma sát
- Ch
ất khử kích hoạt kim loại
(metal deactivators)
- Phụ gia cải thiện chỉ số nhớt

- Chất ức chế điểm chảy
- Phụ gia dính
- Phụ gia không thấm nước
- Các loại thuốc nhuộm màu
- Phụ gia biến đổi cấu trúc

1.2.1. Dầu gốc và các loại dầu gốc được dùng để pha chế vật liệu bôi trơn [1]
a.

Dầu gốc: Là loại dầu trực tiếp nhận được từ dầu mỏ hoặc từ các nguồn
nguyên liệu nhựa đường, hoặc từ hợp chất tổng hợp.
b. Dầu nền: Là dầu nhận được từ hỗn hợp nhiều dầu thành phần khác nhau.
c. Dầu bôi trơn: Là dầu gốc khi đã cho thêm vào nó các loại phụ gia cần thiết
trong quá trình pha chế. Dầu bôi trơn là thành phẩm cuối cùng để sử dụng. Hiện nay
dầu bôi trơn được sử dụng thường là dầu khoáng, dầu tổng hợp và dầu nhũ tương.
d. Dầu khoáng: Ở thể lỏng trong điều kiện sử dụng, nó được tổng hợp từ các
5

dầu thành phần được tinh chế từ sản phẩm dầu mỏ hoặc nguyên liệu hắc ín có pha
thêm các phụ gia quý hiếm. Dầu khoáng chiếm tỉ trọng lớn trong các loại dầu bôi
trơn hiện nay. Trong nhiều trường hợp dầu khoáng không đáp ứng được các tính
chất cần thiết cho điều kiện sử dụng người ta phải dùng dầu tổng hợp.
e. Dầu tổng hợp: Ở dạng chất lỏng, nhận được từ tổng hợp hóa học hoặc bằng
phương pháp tinh chế đặc biệt các nguyên liệu khoáng chất. Hiện nay có mấy loại
dầu tổng hợp được sử dụng như sau:
+ Dầu tổng hợp hydrocacbon.
+ Poly-izo-buten.
+ Các chất thơm alkyl.
+ Dầu hydrocabua chưng cất ướt (hydrocraking).
+ Dầu tổng hợp ướt (Hydrosynthetic).

f. Dầu este: Các dầu này gồm các loại: Este mạch đơn giản, diester, polyeste,
este tổng hợp, este fosforat.
g. Dầu silicol: Silicol là các polyme thể lỏng, có khung cấu tạo là chất vô cơ,
trong đó các nguyên tử silic liên kết với các nguyên tử oxy (…-Si-O-Si-O-…), gắn
kết với các nguyên tử silic là các nhóm metyl (-CH
3
) được gọi là metyl-silicol.
h. Este-silic: Là chất lỏng, ở trong các điều kiện sử dụng là các este của các
axít silic và các rượu hydroxit hoặc phenol và các hỗn hợp khác.
i. Polyglycol: Là hợp chất nhận được trong phản ứng của ôxít alkyl.
k. Este polyfenyl: Là hợp chất hóa học, trong đó các vòng thơm thường là
benzen được nối với các este, các nguyên tử ôxy.
l. Florua và florua có nguồn gốc từ hydrocacbon: Đây là loại chất lỏng có
nguồn gốc từ hydrocacbon parafin dầu mỏ hoặc các hydrocacbon thơm, trong các
phân tử cuả nó các nguyên tử hydro được xếp đặt bằng các nguyên tử flo (F), clo
(Cl) hoặc cả hai nguyên tố này.
6

m. Perfloruapolyeste: Là hợp chất hóa ở thể lỏng có xuất xứ từ các polieste,
nhận được bằng phương pháp tương tự như điều chế poly-alkyl-glycol trong phản
ứng của các ôxit florua alkyl với các hợp chất có chứa hydro hoạt tính.
Việc sử dụng dầu nền tổng hợp như là thành phần của dầu nhớt cần phải cân
nhắc điều kiện làm việc cụ thể của nó. Trong bảng 1-2 cho dưới đây giới thiệu cho
ta những đánh giá các tính chất sử dụng quan trọng nhất của các loại dầu nhớt có
gốc là dầu tổng hợp so với dầu nhớt có gốc là dầu khoáng.
Trong bảng 1-3 giới thiệu phạm vi nhiệt độ mà dầu có thể duy trì được tính bôi
trơn của nó.
Ngày nay đang có xu hướng dùng các dầu mỡ động thực vật cùng rượu este
đơn hydric và các axít béo nhận được từ dầu thực vật làm thành phần để pha chế ra
dầu bôi trơn. Ưu điểm của các loại dầu nhớt này là ít gây độc, nên rất tốt cho việc

bảo vệ môi trường.
Trong các nguồn được dùng làm nguyên liệu để tinh chế ra các dầu gốc có thể
kể đến các dầu thực vật sau:
- Cải dầu.
- Hướng dương.
- Các loại đậu có dầu.
- Cây cọ và các loại dầu thực vật khác.








7

Bảng 1-2: Đánh giá các tính chất của dầu nhớt được pha chế từ các loại dầu
gốc khoáng và tổng hợp.

Gốc của dầu

Tính chất





Tính lưu biến
(tính nhớt)

**** * *** *** **** **** ***** **
Làm việc ở nhiệt
độ thấp
**** **** ***** **** *** ** *** **
Tính bôi trơn
**** **** **** **** *****

**** *** ***
Chống hao mòn
** *** ** *** *****

**** *** ***
Ôxy hóa nhiệt
**** *** **** ***** *****

** ***** **
Khả năng bốc
cháy
* * * * * ***** ***** *
Chống ăn mòn
và xâm thực
***** **** *** *** *** ** *** *****
Ổn định thủy
phân
***** ***** ** *** **** **** ***** *****
Tính bay hơi
***** *** *** *** *** *** *** **
Tác dụng với
các vật làm kín
*** ** ** ** *** ** ***** ****

Hòa trộn với
dầu khoáng
***** ***** *** *** * * * *****

***** - Rất tốt, **** -Tốt , *** - Khá, ** - Đạt , * - Tạm được.