Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nguyên liệu nhũ tương cho động cơ diezel

..

MAI NGỌC PHONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

----------------------------

MAI NGỌC PHONG

CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG
CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
2007 -2009
HÀ NỘI
2009

HÀ NỘI - 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

MAI NGỌC PHONG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG
CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HỮU CƠ - HĨA DẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH

HÀ NỘI - 2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

2

MỤC LỤC
Danh mục bảng………………………………………………………………….…6
Danh mục hình……………………………………………………………………..7
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………....9
1.1. Tính cấp thiết của đề tài……………………………………………………....9
1.2. Tình hình nghiên cứu hiện nay……………………………………….…..…10
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới…………………………………….10
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam……………………………….….…11
1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề tài…………………………………….11
1.3.1. Mục tiêu đề tài………………………………………………..…….….11
1.3.2. Nội dung nghiên cứu đề tài………………………………………….....11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN……………………………………………….……..12
2.1. Khái quát về nhiên liệu nhũ tương ………………………………...……….12

2.1.1. Khái niệm về nhiên liệu nhũ tương…………………………………....12
2.1.2. Quá trình cháy nhiên liệu nhũ tương………………………..….….…. 12
2.1.2.1. Nguyên lý làm việc động cơ diezel……………………….……12
2.1.2.2. Ảnh hưởng của nước trong nhiên liệu đến q trình cháy….….14
2.1.3. Q trình hình thành khí thải trong động cơ………………….…...…...16
2.1.3.1. Độc tố và khói khí xả……………………………….…….....….16
2.1.3.2. Cơ chế hình thành khí thải……………………………….….….18
2.1.4. Một số ưu điểm và nhược điểm nhiên liệu nhũ tương…….……….......21
2.2. Cơ sở lý thuyết về nhũ tương………………………………………...….…..22
2.2.1. Các khái niệm về nhũ tương………………………………….……..…22
2.2.1.1. Khái niệm……………………………………….………….…..22
2.2.1.2. Phân loại nhũ tương……………………………………….…...22
2.2.1.3. Phương pháp nhận biết nhũ tương………………………….….23
2.2.2. Tính chất chung của nhũ tương……………………………………..…24
2.2.2.1. Sự hình thành và phát triển bề mặt giọt nhũ……………….…..24
2.2.2.2. Kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt……………….....25
2.2.2.3. Độ nhớt của nhũ tương……………………….……………..….25
2.2.2.4. Độ bền của nhũ tương…………………………….……………27

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

3

2.2.2.5. Hiện tượng kết tụ và lắng đọng nhũ tương……………………..27
2.2.2.6. Hiện tượng đảo pha nhũ tương………………………………....29
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của nhũ tương……………..…..30
2.2.3.1. Yếu tố điện tích……………………………………….………..30

2.2.3.2. Yếu tố hình học……………………………………….………..31
2.2.4. Chất hoạt động bề mặt và các tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa ……..32
2.2.4.1. Chất hoạt động bề mặt……………………………………….....32
2.2.4.2. Các tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa……………..…….…….36
2.2.5. Các phưong pháp chế tạo nhũ tương…………………………………..39
2.2.5.1. Phương pháp ngưng tụ………………………...……….…..…..39
2.2.5.2. Phương pháp phân tán cơ học……………………………….....39
2.2.5.3. Phương pháp phân tán siêu âm………………………………...40
2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo nhũ tương…………….....41
2.2.6.1. Ảnh hưởng của việc chọn chất nhũ hoá…………………….….41
2.2.6.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất nhũ hoá…………………..….….42
2.2.6.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn………………….….……42
2.2.6.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn……………………….….…43
2.2.6.5. Ảnh hưởng của thứ tự cho các pha vào nhau………………….43
2.2.6.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích hai pha………………………..…43
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM….…..44
3.1. Hóa chất và dụng cụ……………………………………………….………...44
3.1.1. Hóa chất……………………………………………………………….44
3.1.2. Dụng cụ …………………………………………………………….…44
3.2. Phương pháp chế tạo nhiên liệu nhũ tương…………………………….….44
3.2.1. Thiết bị và quy trình chế tạo ……………………………………….…44
3.2.2. Phương pháp lựa chọn các thành phần cho hệ …………………….….45
3.3. Các phương pháp đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương………….....46
3.3.1. Thời gian ổn định của nhũ tương ………………………………..…....46
3.3.2. Kích thước hạt………………………………………………………....46
3.3.3. Phương pháp đánh giá theo các chỉ tiêu của nhiên liệu……………….48
3.3.3.1. Trị số xetan ……………………………………………………50
3.3.3.2. Thành phần phân đoạn……………………………….………...51
3.3.3.3. Độ nhớt động học…………………………………….……...…51

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

4

3.3.3.4. Khối lượng riêng và tỷ trọng…………………………….…..…52
3.3.3.5. Nhiệt trị………………………………………………………....53
3.3.3.6. Nhiệt độ chớp cháy cốc kín………………………………….…54
3.3.3.7. Hàm lượng lưu huỳnh tổng………………………….…………54
3.3.4. Hàm lượng khí thải và công suất động cơ……………………….…….55
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….56
4.1. Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa và chất tạo nhũ………………………..56
4.1.1. Chọn chất nhũ hóa………………………………………………..……56
4.1.2. Chọn chất ổn định nhũ…………………………………………..……..57
4.2. Khảo sát thành phần hỗn hợp……………………………………………….58
4.2.1. Xác định tỷ lệ chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ………………….…...58
4.2.2. Xác định hàm lượng nước thích hợp…………………………………..60
4.3. Khảo sát thời gian và tốc độ khuấy ………………………………………...67
4.4. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia …………………………………………….…68
4.5. Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương……………………….………...70
4.5.1. Thời gian ổn định………………………………………………………70
4.5.2. Kích thước hạt…………………………………………………..….…..70
4.5.3. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu nhũ tương ………………….....71
4.5.4. Khảo sát các thông số thực tế của nhiên liệu nhũ tương……….….…...73
4.5.4.1. Công suất động cơ…………………………………………..….74
4.5.4.2. Lượng tiêu tốn nhiên liệu……………………….……………...75
4.5.4.3. Hàm lượng NOx……………………………………….……….76
4.5.4.4. Hàm lượng PM………………………………………….……...77

4.5.4.5. Lượng THC tạo ra………………………………….……….….79
4.5.4.6. Lượng khí CO2 tạo ra………………………….…………….....80
4.5.4.7. Lượng khí CO tạo ra……………………….….…………….….81
4.5.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế nhiên liệu nhũ tương……………………….82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………...……………….…83
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………..84
PHỤ LỤC………………………………………………………..…………….…..88

Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

2

LỜI CẢM ƠN
Trước khi trình bày bản luận văn tốt nghiệp cho phép tôi được gửi lời cảm ơn
chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh, người đã trực tiếp giao đề tài và
hướng dẫn giúp đỡ để tơi có thể hồn thành bản luận văn này; đồng thời tôi cũng
xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Bộ môn Cơng nghệ Hữu cơ Hóa dầu, Khoa Cơng nghệ Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung
tâm Khoa học An toàn lao động - Viện Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật Bảo hộ lao
động, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian
học tập và hồn thành luận văn.
Do cịn hạn chế về điều kiện và thời gian nên bản luận văn này không tránh
khỏi sơ suất, rất mong được sự góp ý, chỉ dẫn của Hội đồng chấm luận văn, các
thầy cô và đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009

Mai Ngọc Phong

Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

6

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các hằng số phản ứng trong giai đoạn hình thành khí NO.......................18
Bảng 2.2. Thang giá trị HLB và ứng dụng của chất hoạt động bề mặt.....................36
Bảng 2.3. Chỉ số HLB của một số chất hoạt động bề mặt………….………….…..37
Bảng 3.1. Phương pháp thử và điều kiện của chỉ tiêu…………………………..….48
Bảng 4.1. Kết quả lựa chọn chất nhũ hóa………………………….………………56
Bảng 4.2. Khảo sát chất ổn định nhũ……………………………………………....58
Bảng 4.3. Giá trị HLB của từng hỗn hợp chất HĐBM phụ thuộc tỷ lệ……….…...60
Bảng 4.4. Khảo sát hàm lượng nước 5%..................................................................61
Bảng 4.5. Khảo sát hàm lượng nước 7%..................................................................62
Bảng 4.6 . Khảo sát hàm lượng nước10%................................................................63
Bảng 4.7 . Khảo sát hàm lượng nước 13%...............................................................64
Bảng 4.8. Khảo sát hàm lượng nước 15%................................................................65
Bảng 4.9. Mối quan hệ giữa số ngày ổn định lớn nhất với hàm lượng nước………66
Bảng 4.10. Xác định thời gian khấy trộn……………………………………….….67
Bảng 4.11. Xác định hàm lượng biodiezel………………………………………....69
Bảng 4.12. Nhiệt trị nhiên liệu nhũ tương và diesel……………………………….69
Bảng 4.13. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu nhũ tương nước – diesel……....71
Bảng 4.14. Công suất của động cơ………………………………………………....74
Bảng 4.15. Lượng tiêu hao nhiên liệu………………………………………...……75
Bảng 4.16. Lượng khí NOx tạo ra trong khí thải……………………………..…….76
Bảng 4.17. Lượng PM tạo ra trong khí thải………………………………….…….77
Bảng 4.18. Lượng THC tạo ra trong khí thải…………………………………..…..79

Bảng 4.19. Lượng khí CO2 tạo ra trong khí thải……………………………..…….80
Bảng 4.20. Lượng khí CO tạo ra trong khí thải……………………………….…...81
Bảng 4.21. Tính tốn giá thành 1 lít nhiên liệu nhũ tương……………...…………82

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

7

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Ơ nhiễm khí thải do động cơ diezel xe bus………………………………9
Hình 1.2. Mẫu nhiên liệu nhũ tương GecamTM……………………………………10
Hình 2.1. Mơ hình giọt nhũ………………………………………………………..12
Hình 2.2. Mơ hình buồng đốt động cơ diesel……………………………………...13
Hình 2.3. Mơ hình phá vỡ giọt dầu của nước……………………….……………..14
Hình 2.4. Mơ hình cháy nhiên liệu diezel thơng thường…………………………..15
Hình 2.5. Mơ hình cháy nhiên liệu nhũ tương………………………………….….15
Hình 2.6. Các dạng nhũ tương hai pha………………………………………….…22
Hình 2.7. Nhũ tương ổn định nhờ chất nhũ hố……………………………..….…24
Hình 2.8. Các q trình phá vỡ nhũ tương...............................................................28
Hình 2.9. Các loại nhũ tương 3 pha……………………………………...………...29
Hình 2.10. Các dạng ổn định của nhũ tương………………………….….………...31
Hình 2.11. Cấu tạo đơn giản của một phân tử chất nhũ hóa…………….…………32
Hình 2.12. Các dạng chất hoạt động bề mặt…………………………….…………33
Hình 3.1. Máy khuấy đũa ………………………………………………………….44
Hình 3.2. Cánh khuấy…...…………………………………………………………44
Hình 3.3. Quy trình chế tạo nhũ tương …………………………………...……….45
Hình 4.1. Chất nhũ hóa CNHBK02………………………………………...……...57

Hình 4.2. Chất ổn định nhũ CODBK02……………………………………...…….58
Hình 4.3. Đồ thị khảo sát với hàm lương nước 5%................................................. 61
Hình 4.4. Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 7%........................................................62
Hình 4.5. Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 10%......................................................63
Hình 4.6. Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 13%......................................................64
Hình 4.7. Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 15%......................................................65
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng nước
với số ngày ổn định lâu nhất các mẫu thí nghiệm…………………………...…….66
Hình 4.9. Khảo sát hàm lượng phụ gia………………….…………………...…….69

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

8

Hình 4.10. Ảnh chụp mật độ phấn bố hạt nhũ tương………….………….…..……71
Hình 4.11. Động cơ nghiên cứu AVL 5402……………………….………..….…..73
Hình 4.12. Đồ thị cơng suất của động cơ…………………..………………..……..74
Hình 4.13. Đồ thị lượng tiêu tốn nhiên liệu…………………….…………..……...75
Hình 4.14. Đồ thị NOx tạo ra trong khí thải…………………….…………..……...76
Hình 4.15. Đồ thị lượng PM tạo ra trong khí thải………………….………………78
Hình 4.16. Lượng THC trong khí thải…….………………...……….………….....79
Hình 4.17. Lượng CO2 tạo ra trong khí thải …………………………..….………..80
Hình 4.18. Lượng CO tạo ra trong khí thải………………………….….………….81

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009

Luận văn thạc sĩ khoa học

9

CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, động cơ diezel được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành công
nghiệp và giao thông vận tải. Bên cạnh những ưu điểm như là tỷ số nén cao, khả
năng duy trì cơng suất trong điều kiện hoạt động rộng, chi phí để sản xuất nhiên liệu
diezel rẻ hơn nhiều so với động cơ xăng,… thì nhược điểm lớn nhất của loại động
cơ này là hàm lượng NOx, CO, PM, muội… trong khí thải rất cao. Chúng đang gây
ra nhũng vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe
của con người và môi trường sinh thái.
Trước tình hình đó đã có rất nhiều điều
luật được ban hành nhằm giảm tải hàm lượng
khí thải sinh ra bởi động cơ diezel. Ví dụ như
Liên minh Châu Âu đã ban hành tiêu chuẩn
Euro 4 có hiệu lực tháng 10 năm 2005 yêu cầu
giảm PM trong khí thải tới 80%, giảm NOz tới
50% cho các đời động cơ diezel mới so với tiêu
chuẩn Euro 3 trước đấy. Tiêu chuẩn Euro 5 có
hiệu lực vào tháng 10 năm 2008 yêu cầu giảm

Hình 1.1. Ơ nhiễm khí thải
do động cơ diezel xe bus

PM trong khí thải tới 92%, giảm NOx tới 43% so với tiêu chuẩn Euro 4. Tiêu chuẩn
Euro 6 áp dụng vào năm 2014 tới còn yêu cầu khắt khe hơn. Đối với các đời động cơ
cũ khi chưa kịp thay thế sẽ bị đánh thuế rất nặng dựa trên hàm lượng khí thải động cơ
đó sinh ra [15, 20]. Ở Mỹ, cơ quan bảo vệ môi trường EPA có ban hành tiêu chuẩn

HDE 2007 trong đó động cơ diezel phải giảm hàm lượng PM trong khí thải từ 85 90% còn NOx phải giảm trên 25 - 30% [17, 18]. Ở Việt Nam mặc dù mức ô nhiễm
không khí tại các thành phố lớn là đáng báo động nhưng do khó khăn về mặt kinh tế,
kỹ thuật nên Việt Nam mới chỉ áp dụng tiêu chưẩn Euro 2 vào tháng 7 năm 2007.
Nhưng trong thời gian tới, để đáp ứng được các yêu cầu hội nhập và cạnh tranh với các

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

10

dòng sản phẩm nhập khẩu chắc chắn sẽ phải áp dụng các tiêu chuẩn khí thải Euro 3 và
Euro 4. Dù sớm hay muộn, áp dụng tiêu chuẩn Euro để kiểm sốt lượng khí thải là
nhiệm vụ cần thiết bởi những ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người là hết
sức to lớn.
Trước những yêu cầu nghiêm ngặt đó, đã có rất nhiều biện pháp được đề nghị
như: sử dụng thiết bị “bẫy hạt”, bộ xúc tác oxy hóa, xúc tác có tính lựa chọn (SCR),
bộ thiết bị tuần hồn khí thải (ERG), hệ thống phin lọc (CRT), sử dụng nhiên liệu
sinh học biodiezel thay thế cho nhiên liệu thông thường…Tuy nhiên các phương
pháp này có nhược điểm là đắt, kết cấu của động cơ bị thay đổi, những biện pháp
như sử dụng thiết bị “bẫy hạt” thì chỉ áp dụng cho các loại động cơ diezel cỡ nhỏ,
còn nhiên liệu sinh học biodiezel vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu và chưa được
phổ biến rộng rãi [20]. Một biện pháp khả dĩ hơn hiện nay đó là nghiên cứu sử dụng
nhiên liệu nhũ tương nước- diezel. Việc sử dụng nhiên liệu này khơng những có ý
nghĩa quan trọng trong việc giảm tải khí tải bảo vệ mơi trường mà cịn đồng thời
góp phần tiết kiệm nguồn nguyên liệu hóa thạch đang dần ngày càng cạn kiệt. Khi
đưa nước vào nhiên liệu đồng nghĩa với việc ta tiết kiệm được một hàm lượng
diezel tương ứng. Vì vậy việc nghiên cứu nhiên liệu nhũ tương là rất cần thiết. Xuất
phát từ ý nghĩa đó đề tài “ Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ

tương cho động cơ diezel “đã được thực hiện.

1.2. Tình hình nghiên cứu hiện nay
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới việc đưa nước vào nhiên liệu
diezel đã được biết đến từ sau thập niên 90. Hàng
trăm sáng chế đã đưa ra trên cơ sở hỗn hợp pha
trộn nước với diezel [23, 26]. Tuy nhiên phải đến
nay nhiên liệu nhũ tương nước - diezel mới được
nhiều nước nghiên cứu hoàn chỉnh và áp dụng
rộng rãi với hàm lượng nước điển hình từ 8 đến

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009

Hình 1.2. Mẫu nhiên liệu
nhũ tương GecamTM


Luận văn thạc sĩ khoa học

11

35% tùy theo yêu cầu ứng dụng. Nhiều sản phẩm của nhiên liệu nhũ tương này đã
được thương mại hóa như: PuriNOxTM, Qwhite, Aspira của tập đoàn Lubrizol (Mỹ)
chứa hàm lượng nước từ 10 dến 20% giảm 14% NOx và 62,9% PM, AquazoleTM
của TOTAL (Pháp) chứa hàm lượng nước từ 14 đến 17% giảm 16% NOx và 60%
PM, GecamTM của CAM Tecnologie (Ý) hàm lượng nước từ 10 đến 11%, Aquadisel
của Clean Fuel Technology (Mỹ) chứa hàm lượng nước 13%...[23]. Hiện đã có 4
nước ở Châu Âu bao gồm Pháp, Ý, Anh, Switzerland sử dụng ngồi thực tế nhiên
liệu nhũ tương trong đó tồn bộ hệ thống xe buýt ở London đã sử dụng từ năm

2003, các loại xe buýt ở Paris cũng vậy. Hiện có khoảng hơn 9000 xe buýt sử dụng
loại nhiên liệu này. Như vậy loại nhiên liệu này đã được các nước Châu Âu cũng
như Mỹ sử dụng phổ biến và được xem là nhiên liệu sạch để thay thế cho diezel.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, lĩnh vực nhũ tương đã được nghiên cứu nhiều. Hai loại nhũ tương
bitum và nhũ tương dầu FO đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên nhũ
tương dầu diezel mới chỉ đang trong giai đoạn nghiên cứu. Ở Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội, PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh đã nhiều năm nghiên cứu đề tài này và
bước đầu đã có kết quả rất tốt. Tuy nhiên thời gian ổn định cũng như hàm lượng
nước đưa vào còn thấp và cần nghiên cứu sâu hơn loại nhiên liệu nhũ tương này.
1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
1.3.1. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu chế tạo nhiên liệu nhũ tương nước - diezel.
- Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương tạo thành.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu đề tài
- Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ
- Khảo sát thành phần hỗn hợp tạo nhũ; nghiên cứu lựa chọn phụ gia
- Khảo sát thời gian và tốc độ khuấy trộn
- Xác đinh các chỉ tiêu của nhiên liệu
- Xác định hàm lượng khí thải, tiêu tốn nhiên liệu và cơng suất động cơ

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

12

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1. Khái quát về nhiên liệu nhũ tương

2.1.1. Khái niệm về nhiên liệu nhũ tương
Nhiên liệu nhũ tương được xác định như là sự nhũ hóa của nước trong nhiên
liệu diezel thơng thường. Quá trình được thực hiện bằng cách phân tán pha nước
nguyên chất vào pha dầu diezel và ổn
định bằng chất nhũ hóa cũng như các
phụ gia. Hàm lượng nước điển hình là
10- 20%.
Nhiên liệu nhũ tương có dạng
lỏng, màu trắng đục như sữa. Nhiên
liệu được sủ dụng cho động cơ diezel
(đường bộ, đường sắt, đường thủy) và

Hình 2.1. Mơ hình giọt nhũ

một phần được sử dụng cho các tuabin khí (trong cơng nghiệp phát điện, xây
dựng…). Việc sử dụng nhiên liệu này có ý nghĩa cao về mặt mơi trường trong việc
giảm thải hàm lượng các khí thải độc hại như NOx, PM, ...
2.1.2. Quá trình cháy nhiên liệu nhũ tương
Nhiên liệu nhũ tương được sử dụng tương tự như nhiên liệu diezel thông
thường trong động cơ diezel mà không cần yều cầu phải thay đổi động cơ. Để hiểu
rõ bản chất cháy của loại nhiên liệu này trước hết chúng ta phải xem xét nguyên lý
làm việc của động cơ diezel.
2.1.2.1. Nguyên lý làm việc động cơ diezel [1]
Động cơ diezel 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 khơng khí được
bốc cháy sau khi bugi đánh lửa; cịn ở động cơ diezel, nhiên liệu được đưa vào

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009

Luận văn thạc sĩ khoa học

13

xylanh, ở đó khơng 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 diezel (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, cịn động cơ diezel
là từ 14/1 đến 17/1 [1]. Vì vậy động cơ diezel có cơng suất lớn hơn động cơ xăng
trong khi tiêu hao cùng 1 lượng nhiên liệu.
Hành trình động cơ diezel làm việc theo 4 chu kỳ: hút, nén, cháy, thải.

Hình 2.2. Mơ hình buồng đốt động cơ diezel
Khi piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, khơng
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 khơng khí. Do bị nén, áp suất tăng, dẫn đến
nhiệt độ tăng, có thể tới 500 đến 700oC. 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 q trình dãn nở sinh cơng có ích và được truyền qua hệ
thống thanh truyền làm chạy máy. Piston sau đó lại đi từ điểm chết dưới lên điểm
Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

14

chết trên để thải sản phẩm cháy ra ngoài qua một van thải và tiếp tục thực hiện hành

trình mới.
2.1.2.2. Ảnh hưởng của nước đến q trình cháy nhiên liệu
Do có nước trong nhiên liệu nên hạ thấp nhiệt độ cháy và thay đổi mô hình
cháy để carbon trong nhiên liệu cháy triệt để hơn. Chất lượng nhiên liệu được cải
thiện đáng kể nhờ hiệu ứng “vi nổ” [5]. Khi phun nhiên liệu nhũ tương bằng vòi
phun sẽ tạo ra chùm tia nhũ tương, mỗi hạt nhũ tương bao gồm hạt nhiên liệu có
chứa một vài hạt nước có kích thước bé hơn. Nhiệt độ sôi của nước thấp hơn nhiệt
độ sôi của nhiên liệu, bởi vậy khi sấy nóng các hạt trong buồng cháy, nước bay hơi
sớm hơn nhiên liệu. Hơi nước tạo thành thắng được sức căng bề mặt làm vỡ hạt
nhiên liệu. Nhờ hiệu ứng phản lực, mà những phần vỡ của các hạt bay về phía
ngược với vị trí vỡ bề mặt, do đó một lần nữa nhiên liệu dược tách ra mịn hơn
(Hình 2.3).

Hình 2.3. Mơ hình phá vỡ giọt dầu của nước
Khi nhiên liệu được tách ra mịn hơn thì độ rộng và góc nón chùm tia tăng lên.
Những hạt nhiên liệu được phun vào buồng cháy như vậy tốt hơn so với phun riêng
nhiên liệu. Nhờ phun mịn hơn, quá trình bay hơi nhiên liệu nhanh hơn và hịa trộn
với khơng khí tốt hơn nên q trình cháy của nó cũng tốt hơn. Động lực tỏa nhiệt
tăng lên, thời gian cháy rút ngắn lại, khí thải hình thành nhờ đó mà giảm đi. Có thể
quan sát thấy điều này trên Hình 2.4 và Hình 2.5:

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

15

Hình 2.4. Mơ hình cháy nhiên liệu diezel thơng thường

Hình 2.5. Mơ hình cháy nhiên liệu nhũ tương
Trên Hình 2.4 các hạt nhiên liệu diezel khi phun vào buồng đốt sẽ phân tán và
dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nhiên liệu cháy luôn nhưng cháy khơng hồn tồn
tạo muội khói và hơi nước. Cịn trên Hình 2.5 sau khi nhiên liệu nhũ tương được
phun vào buồng đốt dưới tác dụng của nhiệt độ, nhiên liệu ngồi phân tán sơ cấp sẽ
xảy ra q trình phân tán thứ cấp, nhiên liệu dầu diezel mịn hơn nên cháy hồn tồn
giảm khí thải. Như vậy nhiên liệu nhũ tương cháy hiệu quả hơn so với nhiên liệu
diezel thơng thường.

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

16

1.2.3. Quá trình hình thành khí thải trong động cơ
1.2.3.1.Độc tố và khói khí xả
Nhiên liệu nhũ tương cũng như nhiên liệu diezel thông thường khi cháy đều
thải ra ngồi khí xả và khói làm ô nhiễm môi trường. Trong thành phần của khí thải
gồm có các chất khơng tham gia vào q trình cháy, sản phẩm cháy hồn tồn và
khơng hồn tồn nhiên liệu. Chúng bao gồm N2, O2, hơi nước, khí SO2, CO, CO2,
NOx, H2, cácbua hydro, anđêhít, muội.

∗ Độc tố của khí xả
Độc tố của khí xả được xác định bằng hàm lượng các chất oxi nitơ, oxit
cácbon, anđêhít, hydrocácbon mạch hở và hydrocácbon mạch vịng, khí sunfurơ có
trong khí thải và muội (khói).
Oxit nitơ là loại độc tố nguy hiểm nhất. Chúng hình thành trong cơ thể con
người các hợp chất nitơ và axít xianua (HCN), gây kích thích niêm mạc mắt và

đường hơ hấp. Khi hàm lượng tính theo thể tích là 0,004 ÷ 0,008 % có mặt trong
mơi trường sẽ gây hiện tượng phù phổi.
Oxít cácbon cũng là một loại độc tố. Khi hàm lượng tính theo thể tích của nó
có trong mơi trường là 0,005% sau 1 giờ gây ngộ độc nhẹ, cịn khi hàm lượng đến
1% thì sinh vật bất tỉnh sau vài lần hít thở.
Anđêhít (chủ yếu là fomalđêhít và acrơlein) bổ sung cho khí xả mùi khó ngửi.
Theo thứ tự độc tố thì chúng xếp sau NOx. Hàm lượng cho phép của fomalđêhít
(HCHO) trong khơng khí giới hạn khoảng 6 mg/m3, cịn acrơlein giới hạn khoảng
0,25 mg/m3. 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.
Cácbua hydro cũng là chất độc hại, một số trong chúng xả ra môi trường gây
nên sương mù. Cácbua hydro được hình thành trong vùng có hàm lượng oxy nhỏ,
cũng như gần với vách lạnh của buồng cháy.

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

17

Bồ hóng hay hình thành từ cacbon của nhiên liệu diezel, là kết quả của q
trình cháy khơng hồn tồn cục bộ. Nếu xét bồ hóng đơn thuần như một tạp chất cơ
học trong khí quyển thì mức độ gây ơ nhiễm mơi trường của nó khơng đáng kể.
Chính hydrocácbon thơm mạch vịng (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 q trình cháy nhiên liệu có lưu huỳnh, đó
cũng là độc tố. Khi hàm lượng của nó có trong mơi 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
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 diezel có dạng hạt vơ định
hình, cú kớch thc khong 0,4 ữ 0,5 àm. Phn ln 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, cịn 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 diezel ứng với tiêu chuẩn quốc
gia phụ thuộc vào suất tiêu hao khơng khí, dm3/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 diezel. Hạn chế khói khơng chỉ theo quan điểm bảo
vệ mơi trường, mà còn bảo vệ động cơ. Một phần muội rơi vào dầu bôi trơn, phủ
lên mặt xylanh, làm bẩn dầu bơi 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 xécmăng phụ thuộc vào khói khí xả. Mặt khác, tăng khói khí xả
chứng tỏ cháy khơng hồn tồn, nên giảm hiệu suất chỉ thị động cơ.
Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

18

1.2.3.2. Cơ chế hình thành khí thải
a). Sự hình thành NOx
NOx ở đây là hỗn hợp của các oxít nitơ, chủ yếu là NO (chiếm hơn 90%) và

cịn lại là các khí như NO2, N2O,...NOx chủ yếu hình thành do phản ứng giữa oxy và
nitơ của khơng 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 3 phản ứng thuận nghịch:
O + N2 ↔ NO + N

(1)

N + O2 ↔ NO + O

(2)

N + OH ↔ NO + H

(3)

Các hằng số phản ứng được cho trong Bảng 2.1:
Bảng 2.1. Các hằng số phản ứng trong giai đoạn hình thành khí NO
Phản ứng

Kthuận

Kngược

(1)

7, 6.103 exp(-38000/T)

1, 6/1013

(2)

6, 4.109 T.exp(-3150/T)

1, 5.109 T.exp(-19500/T)

(3)

4, 1.103

2.1014 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, 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 NO hình
thành trong màng lửa mới có khả năng tạo ra những chất của họ NOx. 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

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

19

∗ Cơ chế hình thành NO2:

NO hình thành trong màng lửa sẽ nhanh chóng phản ứng với gốc HO2 (chất
trung gian của quá trình cháy) để biế`n thành NO2 theo phản ứng:
NO + HO2 ↔ NO2 + OH

(4)

Tuy nhiên, NO2 tồn tại không bền vững trong khu vực nhiệt độ cao, nó dễ
dàng biến thành NO:
NO2 + O ↔ NO + O2

(5)

Vì vậy, khi động cơ làm việc ở chế độ không tải hay chế độ tải thấp, khu vực
hình thành NO2 được làm mát bởi sự vận động của dịng khí nhiệt độ thấp trong
buồng cháy nên phản ứng (5) không diễn ra, do đó nồng độ NO2 gia tăng.
Ở điều kiện làm việc bình thường, NO2 chiếm tỷ lệ rất thấp trong động cơ
xăng nhưng trong động cơ diezel, tỷ lệ này có thể đạt đến 30%.

∗ Cơ chế hình thành N2O:
N2O 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 ↔ N2O + H

(6)

NCO + NO ↔ N2O + CO

(7)

Vì trong khu vực oxy hóa có sự hiện diện của các nguyên tử hydro tự do nên

N2O nhanh chóng bị phân hủy:
N2O + H ↔ NH + NO

(8)

N2O + H ↔ N2 + OH

(9)

Do đó, nồng độ của protoxide nitơ trong khí xả của động cơ rất thấp (khoảng
3 ÷ 8 ppm).
b) Cơ chế hình thành CO
Sự hình thành CO từ quá trình cháy của các gốc hydrocacbon I diễn ra như sau:
Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

20

RH ↔ R ↔ RO2 ↔ RCHO ↔ RCO ↔ CO

(10)

Khi đã hoàn thành, CO bị oxy hóa chậm thành CO2 theo các phương trình tiếp
theo
CO + O2 ↔ CO2 + O

(11)

CO + OH ↔ CO2 + H

(12)

H + O2 ↔ OH + O

(13)

Phản ứng (11) diễn ra tương đối chậm, sự oxy hóa 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 diezel, 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 thốt ra ngồi động cơ là kết quả cân bằng giữa q trình
tạo bồ hóng và oxy hóa bồ hóng.

∗ Q trình tạo bồ hóng:
- Tạo hạt cơ sở : Phản ứng ngưng tụ của các chất khí trong q trình cháy làm
xuất hiện các hạt nhân bồ hóng. Các chất khí có khả năng tạo bồ hóng gồm có
hydrocacbon khơng bão hịa, đặc biệt là axetylen và hydrocacbon thơm mạch vịng
(PAH). Các hạt nhân ban đầu đều có đường kính rất bé (nhỏ hơn 2nm), nồng độ thể
tích của bản thân 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:

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

21

CmHn + yO2 ↔ 2yCO + n/2 H2 + (m-2y)C

(14)

m lớn hơn 2y, nghĩa là tỷ số C/O lớn hơn 1.
- Phát triển thể tích hạt: Các hạt nhân bồ hóng phát triển thể tích do các phản
ứng hấp phụ bề mặt các phân tử khí và sau đó liên kết nhiều hạt lại với nhau thành
một hạt có đường kính lớn hơn.

∗ Q trình oxy hóa bồ hóng:
Q trình tạo bồ hóng trên đây diễn ra song song q trình oxy hóa bồ hóng
khiến phần lớn bồ hóng hình thành bị đốt cháy trước khi bắt đầu q trình thải. Có
nhiều chất có thể đóng vai trị làm chất oxy hóa bồ hóng như: O2, O, OH, CO2, H2O.
Khi hỗn hợp lỗng, O2 đóng vai trò quyết định. Nhưng khi hỗn hợp giàu, gốc OH
trở thành chất oxy hóa chính. Phản ứng oxy hóa bồ hóng chỉ diễn ra khi nhiệt độ đủ
cao (khoảng 700 ÷ 800o C), áp suất càng cao thì tốc độ oxy hóa càng lớn.
2.1.4. Một số ưu điểm và nhược điểm của nhiên liệu nhũ tương [16]
Nhiên liệu nhũ tương có một số các ưu điểm và nhược điểm sau:

∗ Ưu điểm
- Giảm phát thải đồng thời NOx và PM trong đó giảm NOx từ 10 đến 20%,
giảm PM từ 15 đến 60%.
- Tiết kiệm nhiên liệu do giảm hàm lượng nhiên liệu diezel tương ứng với hàm

lượng nước được đưa vào.
- Không yêu cầu phải thay đổi động cơ
- Không cần cơ sở hạ tầng cho nhiên liệu mới
- Không làm tăng các chất ô nhiễm khác.

∗ Nhược điểm
- Khả năng ảnh hưởng đến độ bền động cơ trước năm 1994 (ăn mòn)
- Thời hạn sử dụng do khả năng ổn định của nhiên liệu có hạn
- Khả năng giảm công suất động cơ từ 5 đến 10%

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

22

2.2. Cơ sở lý thuyết về nhũ tương
2.2.1. Các khái niệm về nhũ tương
2.2.1.1. Khái niệm
Nhũ tương là hỗn hợp của ít nhất hai chất lỏng khơng tan lẫn. Một trong hai
chất lỏng đó phân tán trong chất lỏng kia dưới dạng các giọt nhỏ.
Trong hệ nhũ tương kích thước các giọt biến đổi trong phạm vi rất rộng, kích
thước các giọt phụ thuộc vào phương pháp chế tạo và nồng độ chất nhũ hóa. Nhũ
tương là hệ không bền về nhiệt động.
2.2.1.2. Phân loại nhũ tương
Nhũ tương có thể phân loại theo bản chất hoặc theo độ đậm đặc.

∗ Theo bản chất có hai loại nhũ tương :
- Nhũ tương thuận - nhũ tương dầu trong nước, ký hiệu d/n. Trong đó pha phân

tán là dầu còn pha liên tục là nước.
- Nhũ tương nghịch - nhũ tương nước trong dầu, ký hiệu n/d. Pha phân tán là
nước còn pha liên tục là dầu.
Thuật ngữ dầu ở đây bao gồm các chất lỏng hữu cơ khơng tan hoặc tan hạn chế
trong nước.

Hình 2.6. Các dạng nhũ tương hai pha

Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

23

∗ Theo độ đậm đặc có 3 loại:
- Nhũ tương lỗng:
Khi pha phân tán chỉ chiếm 0,1 ÷ 0, 2% thể tích hệ tùy thuộc vào bản chất của
hai pha mà nhũ tương có thể tồn tại ở dạng giọt có đường kính khoảng 0,1µm. Nhũ
tương lỗng có tính chất là một hệ keo điển hình và cũng tn theo quy tắc keo tụ.
Điện tích xuất hiện trên các giọt của pha phân tán là do sự hấp thụ các ion của các
chất điện ly vơ cơ có mặt trong mơi trường. Vì nồng độ nhỏ nên nhũ tương này có
độ bền tập hợp lớn và khơng cần chất nhũ hóa.
- Nhũ tương đặc:
Khi pha phân tán chiếm 0,2 ÷ 74% thể tích hệ, đường kính giọt trong nhũ tương
đặc vào khoảng 0,1 ÷ 1 µm. Nhũ tương đặc biệt kém bền, trong hệ thường phải có
chất nhũ hóa bảo vệ. Nhũ tương đậm đặc dễ sa lắng hoặc nổi lên trên. Khi pha phân
tán có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của mơi trường thì các giọt sẽ sa
lắng và ngược lại thì các giọt sẽ nổi lên trên hệ.
- Nhũ tương đậm đặc:

Pha phân tán chiếm 74 ÷ 99% thể tích hệ, nhũ tương loại này chỉ tồn tại khi có
chất nhũ hóa tốt. Dung dịch chất nhũ hóa nằm giữa các giọt của pha phân tán dưới
dạng những màng rất mỏng, độ dày của màng trong các nhũ tương này mỏng tới
100Ao hoặc bé hơn. Các giọt cầu biến dạng thành các hình đa diện và được ngăn
cách bởi các màng mỏng của chất nhũ hóa và pha ngồi (pha liên tục) trong một số
trường hợp hệ tạo thành khối gen, có ranh giới phân chia pha phức tạp.
2.2.1.3.Phương pháp nhận biết nhũ tương

∗ Nhận biết bằng phương pháp pha lỗng :
Nhũ tương dễ dàng bị pha lỗng bởi mơi trường là pha liên tục. Nếu dùng
nước làm dung môi pha loãng, loại nhũ tương nào tan trong nước chứng tỏ đó là
nhũ tương thuận (d/n) và ngược lại nếu dùng dầu làm dung mơi pha lỗng thì loai
nhũ tương nào tan trong dầu đó là nhũ tương nghịch (n/d)
Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009


Luận văn thạc sĩ khoa học

24

∗ Nhận biết bằng độ dẫn điện:
Vì dầu có độ dẫn điện nhỏ hơn của nước rất nhiều nên khi dầu là pha liên tục
thì độ dẫn điện của nhũ tương rất nhỏ và tăng lên gấp hàng trăm lần khi nước là pha
liên tục và dựa vào đó ta dễ dàng xác định được loại nhũ tương.
2.2.2. Tính chất chung nhũ tương
2.2.2.1. Sự hình thành và phát triển bề mặt giọt nhũ
Nhũ tương nhìn chung có thể tưởng tượng giống như dạng sữa bị hoặc mủ cao
su trong tự nhiên. Tuy nhiên, nó chỉ xuất hiện khi kích thước các hạt trong pha phân
tán tương đối thơ (trung bình khoảng 10-4 ÷ 10-6 m). Nhũ tương có kích thước hạt
trung bình là 10-6 ÷ 10-8 m là dạng điển hình của dung dịch keo. Nếu các hạt nhỏ hơn

10-8 m thì nhũ tương sẽ bắt đầu chuyển sang dạng dung dịch mixel hoặc dung dịch
thực.
Để ngăn các phần tử nhũ kết hợp lại với nhau thì hàng rào năng lượng phải
được xây dựng để không những ngăn cản chúng va chạm vào nhau mà cịn ngăn sự
keo tụ nếu như chúng có va vào nhau. Hàng rào được tạo ra bởi việc thêm chất nhũ
hóa vào và có thể được bảo quản bởi phụ gia ổn định.

Hình 2.7. Nhũ tương ổn định nhờ chất nhũ hố

Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009