LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa NGHIÊN cứu TỔNG hợp dầu NHỜN SINH học gốc từ mỡ cá BASA
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.04 MB, 85 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH
HỌC GỐC TỪ MỠ CÁ BASA
Cán bộ hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
TS. BÙI THỊ BỬU HUÊ
ĐOÀN THỊ TRÚC LY
MSSV: 2041641
Lớp: Công Nghệ Hoá Học
Khoá: 30
Cần Thơ tháng 11 năm 2008
Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn cô TS. Bùi Thị Bửu Huê. Cô đã cho em những ý
tưởng khoa học, tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đề tài, truyền đạt cho
em những kiến thức cũng như các phương pháp cần thiết để xử lý một vấn đề khoa
học. Cô đã dành những tình cảm cao quý của một nhà giáo để động viên an ủi em
vượt qua những khó khăn trở ngại, đó là những tình cảm mà em luôn trân trọng và
sẽ không thể nào quên từ bây giờ và mãi mãi về sau.
Em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong bộ môn Công Nghệ
Hóa Học - Khoa Công Nghệ và bộ môn Hóa – Khoa Khoa Học của trường Đại
Học Cần Thơ, quý thầy cô đã tận tâm truyền đạt những kiến thức quý báo giúp em
tự tin giải quyết một vấn đề khoa học.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn đến gia đình là điểm tựa vững chắc
về mặt tinh thần cho em trong suốt bốn năm rưỡi đại học và xin chân thành cảm
ơn đến tất cả những người bạn đã động viên, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
i
Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CÔNG NGHỆ
------------Cần Thơ, ngày tháng
năm 2008
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN
Năm học: 2008 - 2009
1. Họ và tên SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly, MSSV: 2041641
Lớp: Công Nghệ Hóa Học
khóa: K30
2. Tên đề tài (là đề tài LVTN hay TLTN và tên đề tài): Nghiên cứu tổng hợp
dầu nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa.
3. Địa điểm: Phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ - Bộ Môn Hóa Học - Khoa Khoa
Học - Trường Đại Học Cần Thơ.
4. Họ và tên CBHD: TS. Bùi Thị Bửu Huê
5. Mục tiêu của đề tài:
Hiện nay, dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong nghành công nghiệp và
dân dụng. Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 120.000 tấn dầu bôi trơn mà toàn
bộ lượng dầu này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng dầu thành phẩm hoặc dầu
gốc cùng với các phụ gia. Trong khi đó, hầu như toàn bộ lượng dầu nhờn đã qua
sử dụng lại dùng không đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường gây ảnh
hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá
basa với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận
dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường
theo chiều hướng xấu.
Trước thực trạng trên cần phải có những nghiên cứu tận dụng các nguồn
phế phẩm trên nhằm góp phần bảo vệ môi trường. Đã có nhiều nghiên cứu trong
và ngoài nước về tổng hợp dầu nhờn sinh học từ các nguồn nguyên liệu như dầu
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
ii
Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp
dừa, dầu lặc, dầu thầu dầu, … nhưng chưa thấy đề cập đến nguồn mỡ cá basa.
Chính vì vậy chúng tôi chọn hướng nghiên cứu là “Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn
sinh học gốc từ mỡ cá basa”. Nghiên cứu này không những giải quyết được vấn đề
ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, sạch thân
thiện với môi trường hơn. Ngoài ra, nó còn giải quyết được phần nào về vấn đề xã
hội do cạn kiệt nguồn dầu mỏ hiện nay.
Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
- Nội dung chính:
+ Khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình epoxy hóa và dihydroxy hóa.
+ Hoàn thiện điều kiện tối ưu cho phản ứng traneste hóa để điều chế dầu nhờn
sinh học.
+ Đánh giá chất lượng sản phẩm.
+ Khảo sát điều kiện phản ứng estolide hóa.
+ Khảo sát điều kiện tốt nhất của phản ứng este hóa với 2-ethylhexyl alcohol.
+ Kiểm định chất lượng sản phẩm.
- Giới hạn của đề tài:
Chỉ nghiên cứu ở phạm vi nhỏ trong phòng thí nghiệm. Khảo sát lượng xúc tác,
thời gian phản ứng, nhiệt độ của phản ứng epoxy hóa, hydroxy hóa và estolide
hóa.
6. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài:
Cần phải hộ trợ hóa chất, thiết bị, kinh phí khi thực hiện đề tài.
7. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tàì: 500.000 VND
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
iii
Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ
Đoàn Thị Trúc Ly
Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. Bùi Thị Bửu Huê
Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV VÀ TLTN
iv
Nhận xét và đánh giá của cán bộ hướng dẫn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA
------------Cần Thơ, ngày tháng
năm 2008
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê
2. Đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa”.
3. Sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Trúc Ly
MSSV: 2041641
Lớp: Công nghệ hóa học - Khóa 30
4. Nội dung nhận xét
a. Nhận xét về hình thức
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp
- Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
- Những vấn đề còn hạn chế:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài
...........................................................................................................................
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
v
Nhận xét và đánh giá của cán bộ hướng dẫn
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
d. Kết luận đề nghị và kiểm điểm
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
Cần Thơ, ngày
tháng
năm 2008
Cán bộ hướng dẫn
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
vi
Nhận xét và đánh giá của cán bộ phản biện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA
------------Cần Thơ, ngày tháng
năm 2008
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
5. Cán bộ chấm phản biện: ............................................................................
6. Đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa”.
7. Sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Trúc Ly
MSSV: 2041641
Lớp: Công nghệ hóa học - Khóa 30
8. Nội dung nhận xét
e. Nhận xét về hình thức
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
f. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp
- Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
- Những vấn đề còn hạn chế:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
g. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
vii
Nhận xét và đánh giá của cán bộ phản biện
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
h. Kết luận đề nghị và kiểm điểm
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
Cần Thơ, ngày
tháng
năm 2008
Cán bộ phản biện
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
viii
Mục lục
MỤC LỤC
·¸
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………………..i
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP………………………………ii
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN………………………..v
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN…………………………vii
MỤC LỤC……………………………………………………………………………..ix
DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ……………………………………………………xiii
CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN……………………………………………..xiv
PHẦN MỘT: GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................... 1
PHẦN HAI: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ........................................................................ 4
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN............................................................. 5
I.
Khái niệm.............................................................................................................. 5
II.
Lịch sử phát triển của dầu nhờn [13] ...................................................................... 5
III. Thành phần dầu nhờn............................................................................................ 6
III.1
Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ ......................................................................... 7
III.2
Dầu nhờn tổng hợp ....................................................................................... 9
III.2.1 Nhóm hydrocacbon tổng hợp ............................................................ 10
III.2.2 Nhóm các este hữu cơ ....................................................................... 11
III.2.3 Nhóm polyglycol............................................................................... 11
III.2.4 Nhóm este phosphat .......................................................................... 12
IV. Công dụng và tính chất dầu nhờn [8] ..................................................................... 13
IV.1 Công dụng giảm ma sát ................................................................................ 13
IV.2 Công dụng làm mát ...................................................................................... 14
IV.3 Công dụng làm sạch ..................................................................................... 14
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
ix
Mục lục
IV.4 Làm kín......................................................................................................... 14
IV.5 Chức năng bảo vệ bề mặt kim loại ............................................................... 14
V.
Phân loại dầu nhờn................................................................................................ 15
V.1
Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt .................................................................. 15
V.1
Phân loại dầu nhờn theo tính năng ............................................................... 16
V.3
Phân loại dầu nhờn theo ý nghĩa sử dụng..................................................... 17
VI. Những chỉ tiêu về chất lượng của dầu nhờn ......................................................... 17
VI.1 Độ nhớt ......................................................................................................... 18
VI.2 Chỉ số độ nhớt............................................................................................... 19
VI.3 Nhiệt độ bắt cháy.......................................................................................... 19
VI.4 Khối lượng riêng và tỉ trọng ......................................................................... 19
VI.5 Tính bay hơi của dầu nhờn ........................................................................... 20
VI.6 Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn .............................................................. 20
VI.7 Độ sạch của dầu nhờn................................................................................... 20
VI.8 Độ ổn định oxy hóa (Oxidation Stability) .................................................... 20
VI.9 Tính tạo bọt của dầu bôi trơn........................................................................ 21
VI.10 Tính tạo nhũ và tính tách nhũ của dầu bôi trơn............................................ 21
VII. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut ......................................................... 21
VII.1 Giới thiệu về mazut ...................................................................................... 21
VII.2 Quy trình công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mzut................................... 22
VII.2.1 Chưng cất chân không ....................................................................... 22
VII.2.2 Các quá trình trích ly, chiết tách bằng dung môi .............................. 23
VII.2.3 Quá trình tách sáp.............................................................................. 23
VII.2.4 Quá trình làm sạch bằng hidro .......................................................... 23
CHƯƠNG II. DẦU NHỜN SINH HỌC....................................................................... 25
I.
Khái niệm ........................................................................................................... 25
II.
Ưu điểm và nhược điểm của dầu nhờn sinh học................................................... 25
II.1
Ưu điểm ........................................................................................................ 25
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
x
Mục lục
II.2
Nhược điểm .................................................................................................. 26
III. Một số phương pháp hóa học được ứng dụng trong tổng hợp dầu nhờn sinh học.. 27
III.1
Phương pháp traneste hóa............................................................................. 27
III.1.1
a.
Ưu điểm................................................................................................... 29
b.
Nhược điểm............................................................................................. 29
III.1.2
Sử dụng xúc tác bazơ......................................................................... 29
a.
Ưu điểm................................................................................................... 29
b.
Nhược điểm............................................................................................. 29
III.1.3
Sử dụng xúc tác enzym ..................................................................... 30
a.
Ưu điểm................................................................................................... 30
b.
Nhược điểm............................................................................................. 30
III.1.4
Sử dụng xúc tác zeolit ....................................................................... 31
Phương pháp epoxy hóa (Epoxidation) [14]................................................... 31
III.2
III.3
Sử dụng xúc tác axit .......................................................................... 29
a.
Ưu điểm................................................................................................... 33
b.
Nhược điểm............................................................................................. 33
Phương pháp estolide hóa [14] ....................................................................... 33
CHƯƠNG III. GIỚI THIỆU VỀ CÁ BASA ................................................................ 35
I.
II.
Giới thiệu về cá basa............................................................................................. 35
I.1
Các đặc điểm chính của cá basa [11] .............................................................. 35
I.2
Thành phần hóa học của mỡ cá basa ............................................................ 36
I.3
Các loại axit béo trong mỡ cá basa............................................................... 37
Ứng dụng của mỡ cá basa..................................................................................... 38
PHẦN BA: THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 39
CHƯƠNG I. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 40
I.
Nội dung nghiên cứu............................................................................................. 40
II.
Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 45
II.1
Đánh giá chất lượng nguyên liệu.................................................................. 45
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
xi
Mục lục
II.2
II.1.1
Chuẩn bị nguyên liệu......................................................................... 45
II.1.2
Xử lý sơ bộ nguyên liệu .................................................................... 45
II.1.3
Chỉ số axit.......................................................................................... 46
II.1.4
Chỉ số xà phòng................................................................................. 47
II.1.5
Chỉ số iod........................................................................................... 48
Khảo sát các điều kiện tối ưu của quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học.... 49
CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM.................................................................................... 52
I.
II.
Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .............................................................. 52
I.1
Hóa chất........................................................................................................ 52
I.2
Thiết bị và dụng cụ ....................................................................................... 52
Kết quả thực nghiệm............................................................................................. 53
II.1
Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng nguyên liệu mỡ cá basa ......... 53
II.2
Điều chế methyl este của các axit béo.......................................................... 53
II.3
Tổng hợp dầu nhờn sinh học theo quy trình I .............................................. 54
II.4
II.3.1
Khảo sát thời gian phản ứng.............................................................. 57
II.3.2
Khảo sát lượng xúc tác ...................................................................... 57
Tổng hợp dầu nhờn sinh học theo quy trình II ............................................. 59
II.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm ........................................................................ 62
PHẦN BỐN: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 67
PHẦN PHỤ LỤC
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
xii
Danh sách hình và sơ đồ
DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
¹º
Danh mục
Trang
Hình
Hình II.1: Ký hiệu chỉ loại dầu nhờn “10W - 30” của Castrol được bán ở Mỹ
15
Hình II.2: Dầu nhờn sinh học
25
Hình II.3: Phản ứng epoxy hóa axit béo không no của dầu thực vật
32
Hình II.4: Phản ứng mở vòng epoxy
32
Hình II.5: Phương trình phản ứng hình thành tallow - oleic estolide 234
ethylhexyl esters
Hình II.6: Cá basa
35
Hình III.1: Cấu trúc của silicagel
50
Hình III.2: Sắc ký lớp mỏng
50
Hình III.3: Cấu trúc của mono, di, trieste
51
Hình III.4: Bản mỏng sau quá trình epoxy
55
Hình III.5: Bản mỏng ứng với xúc tác 2%
58
Hình III.6: Bản mỏng ứng với xúc tác 2,5%
58
Hình III.7: Dầu nhờn sinh học tổng hợp từ qui trình I
59
Hình III.8: Bản mỏng thu được sau quá trình estolide hóa
60
Hình III.9: Bản mỏng sau este hóa
61
Hình III.10: Dầu nhờn sinh học tổng hợp từ qui trình II
62
Sơ đồ
Sơ đồ II.1: Sơ đồ chưng cất, chế hóa và ứng dụng của dầu mỏ
22
Sơ đồ II.2: Cơ chế của quá trình traneste hóa
28
Sơ đồ III.1: Quy trình I điều chế dầu nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa
41
Sơ đồ III.2: Quy trình II điều chế dầu nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa
43
Sơ đồ III.3: Xử lý nguyên liệu
45
Bảng
Bảng II.1:Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn (mỏ Poncacity)
8
Bảng II.2: Thành phần axit béo có trong mỡ cá
37
Bảng III.1: Bảng kết quả của một số chỉ tiêu
53
Bảng III.2: Điều kiện phản ứng tạo methyl este
54
Bảng III.3: Kết quả một số chỉ tiêu đạt được ở qui trình I
63
Bảng III.4: Kết quả một số chỉ tiêu đạt được ở qui trình II
63
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
xiii
Chữ viết tắt
CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
Chữ viết tắt
EtOAc
PE
TMP
2-EH
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
Etyl axetat
Petroleum ether
Trimethylolpropan
2- ethylhexyl alcohol
xiv
Giới thiệu chung
PHẦN MỘT
GIỚI THIỆU CHUNG
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
1
Giới thiệu chung
A.
Đặt vấn đề
Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghệ hiện
đại đã và đang xâm nhập vào mọi khía cạnh trên thế giới và xu hướng quốc tế hóa đời
sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển ấy đòi hỏi phải có sự
bền vững. Để có sự phát triển bền vững thì môi trường cũng phải bền vững theo
chiều hướng tốt. Tuy nhiên, nạn ô nhiễm môi trường vẫn là vấn đề bức xúc của xã
hội. Trong đó các sản phẩm từ dầu mỏ như dầu nhờn đã qua sử dụng, các khí thải từ
các động cơ, các phế phẩm từ ngành chế biến lương thực thực phẩm như mỡ cá tra,
cá basa đã góp phần không nhỏ vào sự ô nhiễm môi trường.
Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá basa
với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận dụng mà
thải ra môi trường thì sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường theo chiều hướng
xấu.
Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về việc tận dụng nguồn nguyên liệu phế phẩm
từ mỡ cá tra, cá basa để điều chế biodiesel, nhưng việc tận dụng nguồn nguyên liệu
này để điều chế dầu nhờn sinh học vẫn còn mới mẻ. Trước thực trạng đó cần phải có
những nghiên cứu tận dụng các nguồn phế phẩm trên góp phần bảo vệ môi trường.
Chính nguyên nhân đó, đã thúc đẩy em chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp dầu
nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa”, để làm luận văn tốt nghiệp khóa học của mình.
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
2
Giới thiệu chung
B.
Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phản ứng traneste hóa, epoxy hóa, estolide
hóa và este hóa để điều chế 2 loại dầu nhờn sinh học gốc từ mỡ cá basa:
-
Este của các axit béo với TMP.
-
Estolide este của axit béo với 2-EH.
Đánh giá chất lượng của 2 sản phẩm dầu nhờn gốc tổng hợp được.
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
3
Lược khảo tài liệu
PHẦN HAI
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
4
Lược khảo tài liệu
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN
I.
Khái niệm
Dầu nhờn được chế luyện từ dầu mỏ, nó có thể có màu nâu đen hay màu lục. Nó
có độ sôi khoảng 350οC và tỉ trọng d = 0.88 - 0.95.
II.
Lịch sử phát triển của dầu nhờn
[ 13]
Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất
cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng mỡ lợn và sau đó dùng dầu
ôliu. Khi dầu ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc
khác.
Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến
dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut (chiếm 70 - 90 %) không được sử dụng và coi
như bỏ đi. Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển thì lượng cặn mazut càng
ngày càng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi.
Lúc đầu người ta lấy cặn dầu mỏ pha thêm vào dầu thảo mộc hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp
để tạo ra dầu bôi trơn, nhưng chỉ ít lâu sau người ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế tạo
ra dầu nhờn.
Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo được dầu
nhờn từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp. Nhà bác học người Nga nổi tiếng Mendeleep
chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề dùng mazut để chế tạo ra
dầu nhờn.
Năm 1870 - 1871, Ragorzin đã xây dựng một xưởng thí nghiệm nhỏ về dầu
nhờn.
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
5
Lược khảo tài liệu
Năm 1876 - 1877, Ragorzin xây dựng ở Balakhan một nhà máy chế biến dầu
nhờn đầu tiên trên thế giới có công suất 100.000 put/năm. Nhà máy này đã sản xuất
được bốn loại dầu nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa
đông. Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của Ông, nhiều cơ sở khoa học của ngành sản xuất dầu
nhờn đã được xây dựng và chỉ trong vòng mấy năm sau đó, ngành chế tạo dầu nhờn đã
thực sự phát triển và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử chế tạo chất bôi trơn.
Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghiệp hiện
đại đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng, ngõ hẻm trên thế giới và xu hướng quốc
tế hóa nên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Tất cả những đặc điểm
nêu trên của thời đại đã đặt ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây
dựng được một nền công nghiệp dầu mỏ hiện đại để đáp ứng và thỏa mãn các nhu cầu
ngày càng tăng của nền kinh tế thế giới.
Hiện nay, nền công nghiệp dầu mỏ hằng năm tăng trưởng không ngừng và sản
xuất dầu nhờn cũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng,
sáng tạo thêm nhiều chủng loại dầu nhờn mới.
III. Thành phần của dầu nhờn
Dầu nhờn để bôi trơn cho các loại động cơ đó là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và
phụ gia, hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục
đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu
đề ra mà dầu gốc không có được. Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến dầu
mỏ và xử lý tổng hợp bằng các quá trình xử lý vật lý và hóa học.
III.1 Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
6
Lược khảo tài liệu
Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ có nhiều chủng loại. Mazut là phần cặn của quá
trình chưng cất dầu mỏ ở áp suất khí quyển là nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn
gốc, nhưng về sau khi ngành công nghiệp nặng và chế tạo máy móc phát triển, đòi hỏi
lượng dầu nhờn ngày càng nhiều và chủng loại ngày càng phong phú cũng như tiêu
chuẩn về chất lượng ngày càng cao, nên người ta đã nghiên cứu tận dụng phần cặn của
quá trình chưng cất chân không dầu mỏ có tên gọi là cặn gudron làm nguyên liệu để
sản xuất dầu nhờn gốc có độ nhớt cao. Tóm lại, nguyên liệu chính để sản xuất dầu
nhờn gốc là cặn mazut và gudron. Tuy vậy chúng được sản xuất từ quy trình pha trộn
trên cơ sở bốn loại nguyên liệu:
+ Phân đoạn dầu nhờn nhẹ (LVGO: Light Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ sôi từ
300οC - 350οC.
+ Phân đoạn dầu nhờn trung bình (MVGO: Medium Vacuum Gas Oil) có nhiệt
độ sôi từ 350οC - 420οC.
+ Phân đoạn dầu nhờn nặng (HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ sôi
từ 420οC - 500οC.
+ Phân đoạn dầu cặn (bright stock): sôi khoảng trên 500οC.
Thành phần của hydrocacbon có trong dầu nhờn được trình bày ở bảng II.1.
Thông thường có bốn loại dầu gốc tương ứng với bốn phân đoạn chưng cất nói
trên là: dầu gốc SN 150, dầu gốc SN 300, dầu gốc SN 450, và dầu gốc cặn BS 150.
Với: SN (Solvent Neutral - chỉ dầu trung tính làm sạch bằng dung môi).
BS (Bright Stock - dầu cặn).
150; 300; 450 chỉ độ nhớt qui ước ở 100οF (37.8οC)
Cần lưu ý rằng bốn phân đoạn dầu nhờn với độ sôi đã chỉ ra ở trên chỉ mang
tính chất tương đối. Trong sản xuất, tùy thuộc loại dầu thô đem đi chế biến cũng như
những yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế, người ta có thể chia bốn phân đoạn dầu nhờn theo
những phạm vi độ sôi khác nhau sao cho hợp lý và kinh tế nhất.
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
7
Lược khảo tài liệu
Loại Hydrocacbon
% Thể tích trong dầu nhờn
n- Parafin
iso- Parafin
Naphten 1 vòng
Naphten 2 vòng
Naphten 3 vòng
Hydrocacbon thơm 1 vòng + naphten
13.7
8.3
18.4
9.9
16.5
10.5
Hydrocacbon thơm 2 vòng + naphten
8.1
Hydrocacbon thơm 3 vòng + naphten
Phi hydrocacbon
6.6
8.0
Bảng II.1: Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn (mỏ Poncacity)
Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocacbon có số
cacbon trong phân tử từ C21 - C40. Những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng
lượng phân tử lớn (1000 - 10000), cấu trúc phức tạp, bao gồm:
+ Các parafin mạch thẳng và mạch nhánh.
+ Các hydrocacbon naphten đơn hay đa vòng thường có gắn nhánh phụ là các
parafin.
+
Các hydrocacbon thơm đơn hay đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh ankyl,
nhưng chủ yếu là 1 đến 3 vòng.
+
Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là lai hợp giữa naphten và parafin, giữa
naphten và hydrocacbon thơm.
+
Các hợp chất chứa dị nguyên tố hydrocacbon như các hợp chất chứa các
nguyên tố oxy, nitơ, lưu huỳnh cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn dầu nhờn.
Các hợp chất chứa kim loại cũng gặp trong phân đoạn này.
Ngoài những thành phần kể trên trong dầu bôi trơn còn tồn tại các hợp chất
nhựa, asphalten. Đây là những thành phần làm giảm chất lượng của dầu bôi trơn, chúng
có màu sẫm, dễ bị biến chất, tạo cặn trong dầu khi làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
8
Lược khảo tài liệu
cao. Tuy nhiên, sự có mặt của chúng với hàm lượng nhỏ sẽ làm tăng tính bám dính của
dầu nhờn đối với bề mặt kim loại, giúp chống lại khả năng ăn mòn, mài mòn của các
chi tiết máy.
III.2
Dầu nhờn tổng hợp
Dầu nhờn sản xuất từ dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế do nó có những ưu điểm như:
công nghệ sản xuất dầu đơn giản, giá thành rẻ. Nhưng ngày nay, để đáp ứng yêu cầu
cao của dầu nhờn bôi trơn, người ta bắt đầu quan tâm đến dầu nhờn tổng hợp nhiều
hơn.
Dầu nhờn tổng hợp ra đời do sự đòi hỏi phát triển của công nghệ chế tạo động
cơ và các loại thiết bị. Chế độ làm việc của các bề mặt ma sát, các chi tiết máy ngày
càng khắc nghiệt và phức tạp hơn. Trong điều kiện đó dầu nhờn gốc khoáng biểu hiện
những nhược điểm không dễ khắc phục như tính ổn định hóa học thấp, tính ổn định
nhiệt không cao, khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp không tốt, không đáp ứng đòi hỏi
bôi trơn tốt trong phạm vi nhiệt độ rộng,... Do đó từ những năm 30 của thế kỷ 20,
người ta đã đề xuất sử dụng một số hợp chất hữu cơ để bôi trơn, đó là dầu nhờn tổng
hợp.
Dầu nhờn tổng hợp là dầu được tạo ra bằng các phản ứng hóa học, do đó nó có
những tính chất được định ra trước. Nó có thể có những tính chất tốt nhất của dầu
khoáng, bên cạnh nó còn có các tính chất khác đặc trưng như là: không cháy, không
hòa tan lẫn trong nước.
Ưu điểm của dầu nhờn tổng hợp là có khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ - 55οC
đến 320οC, có độ bền nhiệt lớn, nhiệt độ đông đặc thấp, chỉ số độ nhớt cao… Chính
những ưu điểm này mà dầu nhờn tổng hợp ngày càng được sử dụng nhiều, nhất là
trong các động cơ phản lực.
Có hai phương pháp chính để phân loại dầu nhờn tổng hợp:
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
9
Lược khảo tài liệu
Phương pháp 1: dựa vào một số tính chất đặc thù để phân loại như: độ nhớt,
khối lượng riêng.
Phương pháp 2: dựa vào bản chất của chúng.
Theo phương pháp 2 người ta chia dầu nhờn tổng hợp thành những loại chính sau:
+ Hydrocacbon tổng hợp.
+ Ester hữu cơ.
+ Poly glycol.
+ Ester photphat.
Bốn hợp chất chính này chiếm trên 40% lượng dầu tổng hợp tiêu thụ trên thực tế.
III.2.1
Nhóm hydrocacbon tổng hợp
Hydrocacbon tổng hợp được sản xuất nhờ quá trình polyme hóa các olefin, alkyl
hóa các olefin hay các clo - parafin bằng benzen, ngưng tụ - khử clo các dẫn xuất clo parafin. Trên thực tế thường dùng các chất như polyizobuten, các oligome của các
olefin, các polyalkylbenzen... Bản chất hóa học của chúng là các hydrocacbon khá tinh
khiết.
Hydrocacbon tổng hợp là loại dầu tổng hợp phát triển nhanh nhất, chúng thường
được sản xuất từ các nguyên liệu lấy từ dầu thô. Khác với dầu bôi trơn gốc khoáng, các
hydrocacbon có giới hạn sôi hẹp, nhiệt độ đông đặc thấp, độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt
độ. Về chất lượng dầu tổng hợp này không thua kém dầu chế biến bằng công nghệ
hydrocracking. Ngoài ra khả năng tiếp nhận phụ gia của chúng khá tốt. Một trong
những loại dầu tổng hợp thuộc nhóm này được dùng phổ biến là dầu polyalphaolefin
(PAOs) dùng bôi trơn trong động cơ ô tô và trong công nghiệp, rất phổ biến ở Mỹ và
Châu Âu.
III.2.2
Nhóm các este hữu cơ
SVTH: Đoàn Thị Trúc Ly
10
