công nghệ chế biến dầu nhờn thành phần và tính chất hóa lý của dầu gốc khoáng (tiếp theo) (2)

0933178377

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
NHỜN
ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
Năm 2010

SUMARY
1. Phân loại theo trạng thái của chất bôi trơn: 4 loại (khí, lỏng, mở và rắn)
2. Nguyên lý bôi trơn: độ : 4 chế độ bôi trơn (thuỷ động, màng mỏng, hổn
hợp, thuỷ động đàn hồi)
3. Dầu nhờn là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia
4. Chức năng cơ bản của dầu nhờn:
- Làm giảm ma sát, giảm cường độ mài mòn của các bề mặt ma sát nhằm
đảm bảo cho động cơ, máy móc đạt được công suất tối đa
- Làm sạch
- Làm mát
- Làm kín
- Chức năng bảo vệ bề mặt
5. Dầu gốc: bao gồm dầu gốc khoáng và dầu gốc tổng hợp
Nhược điểm của dầu gốc tổng hợp:
+ Nhược điểm lớn nhất là đòi hỏi công đoạn tổng hợp phức tạp, do đó giá thành cao
+ Không sản xuất được quy mô lớn như dầu gốc khoáng
+ Không có tính năng đa dạng như dầu gốc khoáng vì trong hỗn hợp chỉ có mặt của một số cấu
tử thực hiện một số tính năng riêng biệt nào đó mà thôi
=> Chính vì những lí do này nên chủ yếu là sử dụng dầu gốc khoáng để sản xuất dầu nhờn

2.Thành phần và tính chất hoá lý của
dầu gốc khoáng

CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA DẦU
NHỜN
1. Tính chất vật lý
Độ nhớt
Chỉ số độ nhớt
Độ bay hơi
Tính chất ở nhiệt độ thấp
2. Tính chất cơ học
3. Tính chất hóa học
Tính ổn định oxy hóa
Chỉ số kiềm và axit
Điểm anilin
Cặn cacbon
Hàm lượng tro
Cặn không tan

THÀNH PHẦN DẦU GỐC KHOÁNG

Nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn là phân đoạn cặn sau chưng
cất khí quyển có nhiệt độ sôi từ 300
o
C-650
o
C:

Hợp chất hydrocacbon với số nguyên tử từ
20-60

Trọng lượng phân tử lớn


Cấu trúc phức tạp

Thành phần dạng hydrocacbon lai hợp tăng
lên rất nhiều

THÀNH PHẦN DẦU GỐC KHOÁNG

THÀNH PHẦN DẦU GỐC KHOÁNG

CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN
CỦA DẦU NHỜN

Tính chất quan trọng nhất của dầu nhờn là độ nhớt và tính chất nhớt
nhiệt của nó (chỉ số độ nhớt). Các tính chất này được quyết định bởi
thành phần của các hợp chất hydrocacbon chứa trong dầu gốc.

Độ nhớt: Là yếu tố quyết định chế độ bôi trơn: chiều dày màng dầu
và mất mát do ma sát

Nếu dầu có độ nhớt quá lớn :
• Trở lực tăng
• Mài mòn khi khởi động
• Khả năng lưu thông kém

Nếu dầu có độ nhớt nhỏ
• Dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt bôi trơn
• khả năng bám dính kém
• Mất mát dầu bôi trơn

ĐỘ NHỚT
Là đại lượng kiểm tra sự thay đổi dầu trong quá trình
sử dụng

Độ nhớt có thể biểu diễn dưới 3 dạng:
1. Độ nhớt động lực học (dynamic viscosity)
2. Độ nhớt động học (kinematic viscosity)
3. Độ nhớt qui ước

Đơn vị đo độ nhớt:
+ Đối với độ nhớt động lực: Poazơ(P), centipoazơ(cP)
+ Đối với độ nhớt động học: Stốc (St), centiStốc (cSt)

ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC HỌC

Là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực ma sát nội tại
của nó sinh ra khi chuyển động => Do vậy độ nhớt có liên
quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn

Định luật Newton: Lực ma sát nội tại F sinh ra giữa 2 lớp chất
lỏng có sự chuyển động tương đối với nhau sẽ tỷ lệ với diện
tích tiếp xúc A của bề mặt chuyển động và gradient tốc độ
biến dạng du/dy bởi hệ số µ, chính là độ nhớt động lực học

ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC HỌC

ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC HỌC

Công thức Newton:

ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC

Độ nhớt động học: là độ nhớt kỹ thuật của dầu, được xác
định bằng tỷ số giữa độ nhớt động lực µ với tỷ trọng ρ của
dầu

Độ nhớt qui ước: đối với loại độ nhớt này thì tuỳ thuộc
vào thiết bị sử dụng để đo mà ta có các tên gọi và các kết
quả khác nhau như độ nhớt Engler (oE), độ nhớt Saybolt
(SSU), độ nhớt Redwood.
Thiết bị đo độ nhớt Saybolt
1 Where centistokes are greater than 50

CÁCH TÍNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC
HỌC THEO ASTM D-445

Tính toán độ nhớt động học, γ
1
và γ
2
, từ thời gian chảy, t
1
và t
2
đo được và hằng
số của nhớt kế, C, bằng công thức sau:
γ
1,2
= C.t
1,2

trong đó:
γ
1,2
- độ nhớt động học, mm
2
/s,
C - hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế, (mm
2
/s)/s,
t
1,2
- thời gian chảy, s.
1 cSt = 1 mm²/giây = 10
-6
m²/giây

Tính toán độ nhớt động lực học, η, từ độ nhớt động học đã được tính, γ, và tỷ
trọng, ρ, bằng công thức sau:
η = γ x ρ x 10
-3
trong đó:
η = độ nhớt động lực học, mPa.s,
ρ = tỷ trọng, kg/m3, ở cùng nhiệt độ như khi đo độ nhớt động học,
γ = độ nhớt động học, mm2/s.
1 Pa.s = 10 P hay 1mPa.s = 1 cP
ASTM: American Society for Testing and Materials

CÁCH TÍNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC
HỌC THEO ASTM D-445

NHỚT KẾ MAO QUẢN

CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT

Chỉ số độ nhớt (VI) là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay
đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ
+ Dầu nhờn được coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó it
thay đổi theo nhiệt độ => ta nói rằng dầu đố có chỉ số độ nhớt
cao
+ Ngược lại, nếu chỉ số độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ
=> có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp

Xác định VI: so sánh sự thay đổi độ nhớt của dầu theo
nhiệt độ với sự thay đổi độ nhớt của 2 loại dầu chuẩn

Quy ước:
Dầu gốc Parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI = 100 (H)
Dầu gốc Naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ,VI= 0
(L)

CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT THEO ASTM D2270
A - Dầu có Chỉ số độ nhớt nhỏ hơn 100
A - Dầu có Chỉ số độ nhớt nhỏ hơn
100


U - độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có chỉ số
độ nhớt đang cần tính toán, mm²/giây (cSt).

L - độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có chỉ số

độ nhớt bằng 0, có cùng độ nhớt động học ở
100ºC với dầu đang cần tính toán chỉ số độ
nhớt, mm²/giây (cSt).

H - độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có chỉ số
độ nhớt bằng 100, có cùng độ nhớt động học ở
100ºC với dầu đang cần tính toán chỉ số độ
nhớt, mm²/giây (cSt).
100.
HL
UL
VI
−
−
=

1 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn 2mm²/giây (cSt)=>
không xác định được chỉ số độ nhớt
2 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn hoặc bằng 70 mm²/giây
(cSt)
Chọn từ Bảng các giá trị tương ứng cho L và H. Nếu giá trị đo được không thấy
ghi, nhưng nằm trong khoảng của Bảng , có thế lấy được bằng cách nội suy của
phương trình bậc 1
3 - Nếu độ nhớt động học ở 100ºC lớn hơn 70 mm²/giây (cSt), hãy tính giá
trị L và H như sau:
Y - độ nhớt động học ở 100ºC của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần tính toán, mm²/giây (cSt).
21667.148353.0
2
−+= YYL
9785.111684.0

2
−+= YYH
CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT THEO ASTM D2270
A - Dầu có Chỉ số độ nhớt nhỏ hơn 100

THÍ DỤ VỀ CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ
NHỚT

Thí dụ về Cách tính- Số đo độ nhớt động học ở 40ºC
của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần tính = 73.30
mm²/giây (cSt); độ nhớt động học ở 100ºC của dầu có
chỉ số độ nhớt đang cần tính = 8.86 mm²/giây (cSt):
Từ Bảng 1 (bằng cách nội suy) L = 119.94
Từ Bảng 1 (bằng cách nội suy) H = 69.48
Điền vào công thức 3 và làm tròn đến số chẵn gần
nhất:
43.92100)]48.6994.119/()30.7394.119[( =×−−=VI
43.92=VI

CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT THEO ASTM D2270
B - Dầu có Chỉ số độ nhớt cao hơn hoặc bằng 100
B - Dầu có Chỉ số độ nhớt cao hơn hoặc bằng 100


U - độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần tính
toán, mm²/giây (cSt).

L - độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0, có
cùng độ nhớt động học ở 100ºC với dầu đang cần tính toán chỉ số độ
nhớt, mm²/giây (cSt).


H - độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100, có
cùng độ nhớt động học ở 100ºC với dầu đang cần tính toán chỉ số độ
nhớt, mm²/giây (cSt).
100]00715.0/)1)log[(( +−= NantiVI
,log/)log(log YUHN −=

1 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn 2mm²/giây (cSt)=> không
xác định được chỉ số độ nhớt
2 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn hoặc bằng 70 mm²/giây (cSt)
Chọn từ Bảng 1 các giá trị tương ứng H. Nếu giá trị đo được không thấy ghi,
nhưng nằm trong khoảng của Bảng 1, có thế lấy được bằng cách nội suy của
phương trình bậc 1
3 - Nếu độ nhớt động học lớn hơn 70 mm²/giây (cSt) ở 100ºC, hãy tính giá trị H
như sau:
Y - độ nhớt động học ở 100ºC của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần tính toán, mm²/giây (cSt).
9785.111684.0
2
−+= YYH
CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT THEO ASTM D2270
B - Dầu có Chỉ số độ nhớt nhỏ hơn hoặc bằng 100

THÍ DỤ VỀ CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ
NHỚT
Thí dụ về Cách tính- Số đo độ nhớt động học ở 40ºC của dầu
có chỉ số độ nhớt đang cần tính = 22.83 mm²/giây (cSt); độ
nhớt động học ở 100ºC của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần
tính = 5.05 mm²/giây (cSt):
Từ Bảng 1 (bằng cách nội suy) H = 28.97
Điền vào Công thức 8 (giải logarithms):

Điền vào công thức 7 và làm tròn đến số chẵn gần nhất:
14708.0]05.5log/)83.22log97.28[(log =−=N
37.156100]00715.0/)140307.1[(
100]00715.0/)1)14708.0log[((
=+−=
+−= antiVI
156=VI

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐỐI VỚI
ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC

Quan hệ giữa độ nhớt động học và nhiệt độ:
Phương trình ASTM:
lglg Z = A – BlgT
trong đó: Z = ν + 0,7 + C - D + E - F + G - H
ν: độ nhớt động học (mm2/s)
A, B: hằng số
C, D, E, F, G, H: hệ số phụ thuộc vào ν
– Theo tiêu chuẩn ASTM D341, đối với dầu bôi trơn: Z = ν + 0,7
lglg (ν + 0,7) = A – BlgT