Giáo trình Lọc - Hóa dầu: Sản phẩm dầu mỏ và phụ gia

nh kim và hình phiến. Sự biến đổi nh− vậy làm giảm khả năng nối chồng và đan cài vào nhau của các tinh thể để tạo nên những khối kết lớn của sáp gây cản trở đối với sự chảy của dầu. Hầu hết các phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc là các polime, trong đó có một số phụ gia cũng có tác dụng cải thiện chỉ số độ nhớt. Dải trọng l−ợng phân tử của các phụ gia này thấp hơn so với phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt th−ờng từ 5000 – 100000 đvC. Điển hình có thể kể tên là các polime ankylmetacrylat, các polime alphaolefin và các copolime, naphtalen đ−ợc ankyl hoá, ankylphenol mạch dài..... Naphten đ? đ−ợc ankyl hoá: 1.3.2.9 Phụ gia chống tạo bọt Trong thực tế sự tạo bọt của dầu là một vấn đề nan giải. Khi xảy ra hiện t−ợng tạo bọt làm cho dầu bị thất thoát nhiều, làm khó khăn khi vận hành hệ bôi trơn tribology, ngăn cản sự l−u thông tuần hoàn của dầu gây nên bôi trơn không đầy đủ, làm tăng thời gian phản hồi của hệ thuỷ lực. Đồng thời, sự tạo bọt mạnh làm tăng sự D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 35 oxi hoá dầu do không khí đ−ợc trộn nhiều vào trong dầu. Khả năng chống lại sự tạo bọt của dầu bôi trơn khác nhau đáng kể và phụ thuộc vào bản chất của dầu thô, ph−ơng pháp, mức độ chế biến, và độ nhớt của dầu. Khả năng này có thể đ−ợc cải thiện bằng cách cho thêm một l−ợng nhỏ các phụ gia chống tạo bọt. Các phụ gia tạo bọt hấp phụ lên bọt làm giảm sức căng bề mặt của bọt khiến cho các bọt tụ lại với nhau thành bọt lớn nổi lên bề mặt và vỡ ra làm thoát không khí ra ngoài. Các phụ gia chống tạo bọt th−ờng đ−ợc sử dụng là các silicon lỏng, đặc biệt là polymetylsiloxan: -((CH3)2 – Si- O)-n là chất chống tạo bọt hiệu quả rất tôt. Thông th−ờng các silicon đ−ợc pha với nồng độ từ 1 đến 20 phần triệu. Nếu pha với nồng độ cao hơn thì có thể làm cho dầu bị tạo bọt nhiều hơn cả mức ch−a cho phụ gia chống tạo bọt nên không khí lại xâm nhập vào dầu nhiều hơn. Một điều cần l−u ý là phụ gia phân tán là chất tạo bọt rất tốt nên đối với các dầu bôi trơn có pha phụ gia phân tán thì bắt buộc phải pha phụ gia chống tạo bọt. 1.3.2.10 Phụ gia tribology Trong thực tế, khi điều kiện làm việc trở nên khắc nghiệt hơn (tải trọng cao, tốc độ thấp, độ ráp bề mặt lớn..) thì màng lỏng (dầu bôi trơn) se không thể hoàn toàn gánh chịu tải trọng đè lên. Các điểm nhô trên bề mặt rắn sẽ cùng gánh chịu tải trọng với màng chất lỏng. Chế độ bôi trơn chuyển từ màng lỏng sang chế độ bôi trơn màng mỏng hỗn hợp rồi sau đó chuyển sang chế độ bôi trơn giới hạn. Sự tiếp xúc giữa các bề mặt rắn sinh ra mài mòn, tăng ma sát và hiện t−ợng hàn dính các điểm mấp mô. Chính vì thế mà các phụ gia tribology đ−ợc đề cập tới để làm giảm ma sát, mài mòn và ngăn cản sự h− hại của bề mặt tiếp xúc. Phụ gia tribology phát huy tác dụng ở hai chế độ bôi trơn: bôi trơn màng mỏng hỗn hợp và bôi trơn giới hạn. Phụ gia tribology là một nhóm chất cực kỳ quan trọng đ−ợc pha vào hầu hết các dầu bôi trơn, đặc biệt là dầu bánh răng và dầu động cơ. Chúng có chức năng làm biến tính ma sát (phụ gia biến tính ma sát FM), giảm mài mòn (phụ gia chống mài mòn AW) và chịu tải trọng cao (phụ gia cực cáp EP). a. Phụ gia chống mài mòn, AW (Anti-Wears) Trong thực tế có ba dạng mài mòn chính: mài mòn dính (sự tiếp xúc trực tiếp kim loại với kim loại), mài mòn hạt (mài mòn do sự có mặt của các hạt) và mài mòn hoá học (do sự tấn công của các chất gây ăn mòn, các chất có tính axit). - Sự mài mòn dính trong hệ thống bôi trơn xảy ra khi ở các điều kiện tải trọng, tốc độ và nhiệt độ cao, màng dầu bôi trơn trở nên mỏng đến mức các chỗ mấp mô trên bề mặt tiếp xúc với nhau. Do vậy đó là mài mòn do vật liệu chuyển từ bề mặt này sang bề mặt kia trong khi hai bề mặt chuyển động t−ơng đối với nhau dẫn tới D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 36 quá trình hàn dính pha rắn. Sự tiếp xúc kim loại với nhau có thể ngăn cản đ−ợc khi cho hợp chất tạo màng vào dầu bôi trơn và nhờ có sự hấp phụ vật lý hoặc phản ứng hoá học mà th−ờng bị biến dạng do chảy dẻo dẫn tới sự phân bố tải trọng khác đi mà nó bảo vệ đ−ợc bề mặt kim loại. ZnDDP (Kẽm điankydithiophotphat), các hợp chất có photpho nh− tricresyl photphat và các hợp chất của l−u huỳnh nh− sunfua, disunfua, molipden dithiocacbonat.... là các phụ gia chống mài mòn dính rất tốt. - Sự mài mòn hạt là do các hạt mài, các tạp chất từ bên ngoài đ−a vào hoặc do các phần tử từ mài mòn dính gây ra. Cơ chế chủ yếu của sự mài mòn vật liệu là sự cắt vi mô của các vật cứng. Mài mòn hạt có thể ngăn cản đ−ợc bằng cách lọc để tách các hạt rắn, cứng ra khỏi dầu. - Mài mòn hoá học do có các phản ứng hoá học xảy ra trên bề mặt kim loại kết hợp với tác động cọ xát làm cho chỗ kim loại bị ăn mòn bị cắt tách ra. Các axit mạnh đ−ợc tạo thành trong quá trình sử dụng dầu bôi trơn có thể tấn công vào bề mặt kim loại tạo ra các hợp chất mà chúng dễ bị bóc ra khi có sự chà xát. Dạng mài mòn này có thể hạn chế đ−ợc bằng việc sử dụng các chất tẩy rửa dạng kiềm cao do có tác dụng trung hoà các sản phẩm mang tính axit tồn tại trong dầu. b. Phụ gia cực áp EP (Extreme pressure) Phụ gia cực áp ngăn ngừa hiện t−ợng kẹt x−ớc, hàn dính giữa các bề mặt kim loại khi đang hoạt động d−ới áp suất cực lớn (chịu tải trọng rất nặng). Các phụ gia cực áp tác dụng với các bề mặt kim loại ma sát tạo ra các hợp chất mới có ứng suất cắt thấp hơn kim loại gốc nên lớp phủ mới hình thành chịu tr−ợt cắt tr−ớc tiên và nhiều hơn so với kim loại. Trong thực tế, phụ gia cực áp th−ờng chỉ có tác dụng tốt khi xảy ra phản ứng hoá học. Điều này cũng đồng nghĩa với việc gia tăng khả năng mài mòn hoá học. Các phụ gia cực áp đ−ợc sử dụng rộng r?i là các loại dầu béo đ−ợc sunfua hoá, các este, các hydrocacbon nh− polybuten, dibenzyl disunfua, dibutyl disunfua...... - Hydrosunfua: - Sunfua olefin: D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 37 - Este chứa l−u huỳnh: - Tricesyl photphat: OPO3(R-CH3)3 c. Phụ gia biến tính ma sát FM (Friction Modifiers) Phụ gia biến tính ma sát đ−ợc mô tả nh− là chất làm giảm hệ số ma sát và đạt đ−ợc sự tr−ợt phẳng nhẵn hoặc làm tăng hệ số ma sát để đạt đ−ợc sự dừng tr−ợt. Thông th−ờng phụ gia này làm tăng độ bền của màng dầu và nhờ đó giữ cho bề mặt kim loại tách rời nhau và ngăn không cho lớp dầu bị phá huỷ. Phụ gia FM mà làm giảm hệ số ma sát sẽ bảo tồn đ−ợc năng l−ợng. Chúng đ−ợc sử dụng chủ yếu trong dầu động cơ và dầu bánh răng truyền động động cơ. Nói chung chúng đ−ợc sử dụng khi cần tạo ra chuyển động tr−ợt êm không có rung động và khi cần có hệ số ma sát nhỏ nhất. Phụ gia thuộc loại này bao gồm các hợp chất chứa O, N, S, Mo, Cu và một số nguyên tố khác. Các phụ gia này làm tăng độ bền của màng dầu chủ yếu do hiện t−ợng hấp phụ vật lý nhờ đó làm giảm ma sát. Độ bền của màng dầu do tác dụng của phụ gia liên quan tới độ dài của mạch ankyl trong phân tử phụ gia FM. Do đó các hợp chất phụ gia FM mạch dài nh− axit béo, este béo hoặc amin, amit béo đ−ợc sử dụng. Độ dày và hiệu quả của màng dầu D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 38 bảo vệ phụ thuộc vào độ dài của mạch cacbon (mạch càng dài thì độ dày càng lớn), độ phân cực của nhóm chức, cấu trúc, dầu gốc, kim loại học và nhiệt độ. Các chất phụ gia loại này th−ờng đ−ợc sử dụng là: 1.3.2.11 Phụ gia tạo nhũ, khử nhũ Khi dầu bôi trơn phải làm việc trong môi tr−ờng bắt buộc có sự có mặt của n−ớc thì phụ gia tạo nhũ hoặc khử nhũ sẽ phải đ−ợc sử dụng. Chất tạo nhũ là những chất hoạt động bề mặt để phân tán n−ớc trong dầu hoặc dầu trong n−ớc. Từ hệ n−ớc trong dầu ta thu đ−ợc hệ thuỷ lực chông cháy, chất bôi trơn dùng trong khoan đá và một vài loại môi tr−ờng dùng trong kéo sợi kim loại. Các chất tạo nhũ th−ờng dùng là các ankenyl suxinimit, các muôi sunfonat, các axit béo và muối của axit béo, polyankylen glycol, etanol amin...... Có ba nhóm chất tạo nhũ: chất tạo nhũ anion, chất tạo nhũ cation và chất tạo nhũ không ion. Các chất khử nhũ bao gồm triankyl photphat, polyetylen glycol, ankyl amin, axit cacboxylic. Ngoài các phụ gia nêu trên, trong dầu bôi trơn th−ơng phẩm còn có thể có phụ gia diệt khuẩn, có các tác nhân bám dính, tác nhân làm kín...... D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 39 1.4 Một số tính chất hóa – lý điển hình của dầu nhờn và cách xác định Trong thời gian sử dụng, dầu phải đảm nhiệm các chức năng nh− đ? đ−ợc đề cập và phải chịu tác động của các yếu tố nh−: - Nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau. - ảnh h−ởng của tải trọng. - Tiếp xúc với oxy không khí. - ảnh h−ởng xúc tác của các bề mặt kim loại. - Nhiễm bẩn do nhiên liệu, các sản phẩm cháy, bụi bẩn, n−ớc… Vì vậy trong quá trình sử dụng, dầu động cơ th−ờng đ−ợc phân tích đánh giá theo các tính chất hóa - lý sau: + Độ nhớt động học + Chỉ số độ nhớt + Trị số kiềm tổng + Nhiệt độ chớp cháy + Hàm l−ợng n−ớc + Hàm l−ợng cặn + Hàm l−ợng kim loại + Hàm l−ợng tro sunfat + Khối l−ợng riêng 1.4.1 Độ nhớt - ASTM D 445 Độ nhớt là một chỉ tiêu quan trọng và cơ bản của dầu bôi trơn, nó là một tính chất quyết định độ dày màng dầu, nó làm giảm ma sát và mài mòn giữa hai bề mặt tiếp xúc. Nó có ảnh h−ởng đến độ khít, tổn hao công ma sát, khả năng chống mài mòn, khả năng chống tạo cặn, khả năng làm mát các chi tiết làm việc… Trong động cơ, độ nhớt đóng vai trò quyết định l−ợng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệm dầu và hoạt động của động cơ. Đối với một số loại động cơ, đặc biệt là động cơ ôtô cũng ảnh h−ởng tới khởi động và tốc độ trục khuỷu. Độ nhớt quá cao sẽ làm giảm tốc độ của trục và do đó làm tăng l−ợng nhiên liệu tiêu hao (kể cả sau khi động cơ đ? khởi động). Độ nhớt quá thấp sẽ dẫn tới chóng mài mòn và tăng l−ợng tiêu hao dầu. Vì vậy cần phải chọn độ nhớt phù hợp với từng động cơ và điều kiện hoạt động của chúng. Vì vậy độ nhớt đ−ợc lấy làm cơ sở cho hệ thống phân loại dầu nhờn (Theo cấp độ nhớt SAE). Độ nhớt là số đo khả năng chống lại sự chảy của dầu nhờn, đ−ợc xác định bằng tỷ số giữa ứng suất tr−ợt và tốc độ tr−ợt. ứng suất tr−ợt là lực tr−ợt trên một đơn vị diện tích vuông góc với ph−ơng thẳng đứng. Tốc độ tr−ợt là sự chênh lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theo ph−ơng thẳng đứng. Nói chung các ph−ơng tiện tải trọng nặng, tốc độ thấp thì sử dụng các dầu bôi trơn có độ nhớt cao. Ng−ợc lại những ph−ơng tiện tải trọng nhẹ, tốc độ cao thì dùng dầu có độ nhớt thấp. D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 40 Các nguyên nhân làm thay đổi độ nhớt dầu động cơ trong khi động cơ hoạt động hết sức đa dạng. Có hai dạng thay đổi độ nhớt liên quan đến sự mất độ nhớt của các loại dầu chứa phụ gia polyme. Dạng thứ nhất là sự mất độ nhớt tạm thời do tính chất của dòng chảy không Newton. Dạng thứ hai là sự mất độ nhớt vĩnh viễn do các phân tử polyme trong phụ gia cải thiện chị số độ nhớt bị bẻ gẫy thành các phần tử nhỏ hơn. Cũng có hai quá trình bẻ gẫy polyme: bẻ gẫy do oxy hóa và bẻ gẫy do nhiệt. Các quá trình này cũng dẫn đến sự thay đổi độ nhớt vĩnh viễn vì chúng không có tính thuận nghịch. Bảng 4: Những thay đổi độ nhớt có khả năng xảy ra đối với dầu động cơ trong quá trình hoạt động: Nguyên nhân của sự thay đổi độ nhớt ảnh h−ởng tới độ nhớt ứng suất tr−ợt của các loại dầu không Newton Phân hủy các phụ gia polyme Dầu bị bay hơi Dầu bị lẫn nhiên liệu Quá trình oxy hóa các thành phần dầu gốc Dầu bị lẫn n−ớc Dầu chứa bồ hóng Giảm độ nhớt Giảm độ nhớt Tăng độ nhớt Giảm độ nhớt Tăng độ nhớt Tăng độ nhớt Tăng độ nhớt * Quy trình xác định độ nhớt khi dùng nhớt kế mao quản: - Chọn nhớt kết phù hợp với độ nhớt của dầu sao cho tốc độ chảy khoảng 200 giây. - Nạp vào dụng cụ đo (nhớt kế) một l−ợng dầu thích hợp. - Để ổn định nhiệt tại một nhiệt độ nhất định trong khoảng thời gian (30 phút), dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian chảy của l−ợng dầu trên từ vạch này đến vạch kia của dụng cụ đo, phụ thuộc vào hằng số nhớt kế (k) ta tính đ−ợc độ nhớt động học của dầu theo công thức sau đây: ν = k.t (7) Trong đó: ν: độ nhớt động học (cSt); k: hằng số nhớt kế (cSt/s); t: thời gian chảy (s). Hình 3: Bể xác định độ nhớt D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 41 1.4.2 Chỉ số độ nhớt – ASTM D 2270 Chỉ số độ nhớt (VI) là một chỉ số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ. Thông th−ờng khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn đ−ợc coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ, đây là loại dầu có độ nhớt cao (các loại dầu naphten). Ng−ợc lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu đó có chỉ số độ nhớt thấp (các loại dầu parafin). Chỉ số VI là một giá trị bằng số đánh giá sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dựa trên cơ sở so sánh khoảng thay đổi t−ơng đối về độ nhớt của hai loại dầu chọn lọc chuyên dùng, hai loại dầu này khác biệt nhau rất lớn về chỉ số độ nhớt VI. Hình 4. Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ. Trong đó: L - độ nhớt của dầu có VI = 0 (dầu có VI thấp – dầu naphten) H - độ nhớt của dầu có VI = 100 (dầu có VI cao – dầu parafin) U - độ nhớt của dầu cần phải tính chỉ số độ nhớt Dựa vào độ nhớt động học ở 400C và 1000C của từng loại dầu để tính chỉ số độ nhớt (VI) t−ơng ứng của chúng theo tiêu chuẩn ASTM D 2270. Tiêu chuẩn này đ−a ra hai cách xác định: cách thứ nhất áp dụng cho các sản phẩm dầu mỏ có giá trị VI 100. Đ ộ nh ớt đ ộn g họ c Nhiệt độ, oC 40 100 L (VI = 0) H (VI =100) U D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 42 + Cách thứ nhất: Chỉ số độ nhớt VI đ−ợc tính theo công thức sau: ( ) ( )100HL ULVI − − = (2) Trong đó: L – độ nhớt động học ở 400C của một loại dầu có VI = 0 và có cùng độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần tính VI, cSt; U – độ nhớt động học ở 400C của dầu ta cần phải tính chỉ số độ nhớt, mm2/s; H- độ nhớt động học học ở 400C của một loại dầu có VI = 100 và có cùng độ nhớt động học ở 100oC với dầu mà ta cần tính VI, cSt; Nếu độ nhớt động học của dầu ở 1000C nhỏ hơn hay bằng 70 cSt thì các giá trị t−ơng ứng của L và H cần phải tra bảng trong ASTM D 2270. Nếu độ nhớt động học ở 1000C lại nhỏ hơn 70 cSt, thì giá trị L và H đ−ợc tính nh− sau: L = 0,8353 Y2 + 14,67 Y – 216 (3) H = 0,1684 Y2 + 11,85 Y – 97 (4) Với Y là độ nhớt động học ở 1000C của dầu tính chỉ số độ nhớt, cSt. + Cách tính thứ hai: Chỉ số độ nhớt đ−ợc tính theo công thức sau: VI = [ (antilogN – 1)/0,00715] + 100 (5) Trong đó N = (logH – logU)/logY (6) Giá trị H đ−ợc tính nh− ở cách tính thứ nhất. Ngoài ra, ở các bảng trong tiêu chuẩn ASTM DS 39B cho phép đọc trực tiếp chỉ số độ nhớt của các loại dầu mỏ. Dựa vào chỉ số độ nhớt ng−ời ta có thể lựa chọn loại dầu thích hợp với điều kiện làm việc của máy. Trong nhiều tr−ờng hợp, nếu nhiệt độ của máy ít thay đổi thì ng−ời ta cũng ít quan tâm đến chỉ số độ nhớt. Còn trong tr−ờng hợp nhiệt độ chạy máy thay đổi trong một khoảng rộng, nh− động cơ ôtô, thì cùng với tính năng khác, chỉ số độ nhớt cũng rất đ−ợc coi trọng. Để nâng cao chỉ số độ nhớt của dầu trong điều kiện nhất định, ng−ời ta hoặc pha thêm vào dầu khoáng phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt, hoặc sử dụng những loại dầu gốc tổng hợp hoặc bán tổng hợp. Trong quá trình sử dụng dầu có biểu hiện thay đổi chỉ số độ nhớt thì đó là do dầu bị nhiễm bẩn bởi có lẫn sản phẩm khác. Đôi khi, quá trình oxy hóa là nguyên nhân làm tăng chỉ số độ nhớt trong quá trình sử dụng. Việc giảm chỉ số VI cũng có thể do có những lực phá vỡ cấu trúc phân tử của các phụ gia polyme có mặt trong dầu bôi trơn. D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 43 1.4.3 Điểm chớp lửa - ASTM D 92 Điểm chớp lửa của dầu đ−ợc định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó dầu đ−ợc nung nóng bốc lên tạo với không khí một hỗn hợp khí đủ để lóe cháy một lát khi ngọn lửa đ−a vào. Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó hơi dầu nung nóng bốc lên tạo với không khí đủ để cháy liên tục trong 5 giây khi có ngọn lửa đi vào trong điều kiện của ph−ơng pháp thử tiêu chuẩn đ−ợc gọi là điểm bắt cháy. Điểm chớp lửa và điểm bắt cháy của dầu mới thay đổi theo độ nhớt. Dầu có độ nhớt cao sẽ có điểm chớp lửa và bắt cháy cao hơn. Thông th−ờng thì điểm chớp lửa và điểm bắt cháy của dầu phụ thuộc vào loại dầu thô. Dầu naphten th−ờng có điểm chớp lửa và điểm bắt cháy thấp hơn dầu parafin có cùng độ nhớt. Quy luật chung là đối với các hợp chất t−ơng tự nhau thì điểm chớp lửa và điểm bắt cháy sẽ tăng khi trọng l−ợng phân tử tăng. Th−ờng điểm bắt cháy cao hơn điểm chớp lửa khoảng 30oC. Dầu nhờn th−ờng đ−ợc xác định điểm chớp lửa cốc hở theo ASTM D 29 và cốc kín theo ASTM D 93. Dầu mới có điểm chớp lửa thấp hơn giá trị mà nó cần phải có, thì đó là dấu hiệu của sự có mặt loại dầu có độ nhớt thấp, có phân đoạn nhẹ, dung môi dễ bay hơi hay xảy ra quá trình cracking dầu, do làm việc ở nhiệt độ cao. Điểm chớp lửa có giá trị cao hơn trung bình báo hiệu sự pha trộn dầu có độ nhớt cao hơn. * Quy trình xác định: Đổ một l−ợng dầu theo mức cho phép, đặt vào máy đo độ chớp cháy, nối máy với bình ga, sau đó chỉnh ngọn lửa có đ−ờng kính 3,2 đến 4,8 mm và điều chỉnh nhiệt độ của mẫu sao cho từ 14oC đến 170C /phút. Khi nhiệt độ của mẫu thấp hơn điểm chớp lửa dự đoán 560C giảm tốc độ xuống còn 5-60C /phút, cho đến khi nhiệt độ dự đoán xuống còn 28oC thì giảm xuống 20C châm lửa 1 lần. Cứ thế cho đến khi phát hiện và kết thúc nhiệt độ chớp chớp cháy. 1.4.4 Điểm đông đặc - ASTM D 97 Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn giữa đ−ợc tính linh động ở điều kiện đ? cho. Đây là chỉ tiêu cho biết tính chất chảy ở nhiệt độ thấp, xác định tính linh động của dầu nhờn. Khi nhiệt độ giảm xuống thì độ nhớt của dầu tăng lên đột ngột làm cho tính linh động giảm. Khi đạt tới nhiệt độ động đặc nó sẽ đông đặc lại hoặc không chảy đ−ợc lâu d−ới tác dụng của trọng lực. D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 44 Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi dầu đ−ợc làm lạnh, những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đan cài với nhau tạo thành một cấu trúc cứng, giữ dầu ở trong các túi nhỏ của các cấu trúc đó. Khi cấu trúc tinh thể của sáp này tạo thành đầy đủ thì dầu không luân chuyển đ−ợc nữa. Để giảm nhiệt độ đông đặc ng−ời ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. Đối với một số loại dầu không chứa sáp, độ nhớt của chúng tăng lên khi nhiệt độ giảm đi và đến một nhiệt độ nào đó thì dầu mất tính linh động. Ng−ời ta không thể dùng phụ gia hạ điểm đông đặc để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của các loại dầu này vì các phụ gia đó chỉ có tác dụng ngăn cản sự lớn lên và bao bọc của cấu trúc tinh thể sáp. Chính vì vậy một số loại dầu không chứa sáp thì có điểm đông đặc giới hạn. Điểm đông đặc cho biết giới hạn thấp nhất mà dầu có thể sử dụng đ−ợc. * Quy trình xác định: Tr−ớc tiên ng−ời ta phải đun nóng mẫu lên đảm bảo cho các cấu tử trong dầu tan hoàn toàn, sau đó làm lạnh theo tốc độ quy định, cứ sau 3 phút lại kiểm tra tính linh động của dầu một lần. Kết quả nhiệt độ đông đặc của dầu đ−ợc xác định là lấy nhiệt độ mà tại đó dầu không linh động nữa khi ta nghiêng bình đựng nó trong 5 giây, sau đó cộng thêm 30C. 1.4.5 Trị số kiềm tổng TBN - ASTM D 2896 Độ kiềm trong dầu nhờn đ−ợc biểu thị bằng trị số kiềm tổng (TBN) , cho biết l−ợng axit clohydric hay percloric, đ−ợc quy chuyển sang KOH t−ơng đ−ơng cần thiết để trung hòa hết các hợp chất mang tính kiềm có mặt trong 1g mẫu. Hiện nay, nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao phẩm chất dầu bôi trơn. Các hợp chất đ−ợc coi là có tính kiềm bao gồm: các chất kiềm vô cơ và hữu cơ, các muối của các kim loại nặng, các phụ gia, đặc biệt là các phụ gia đ−ợc dùng trong điều kiện khắc nghiệt, nh− phụ gia tẩy rửa… Rất nhiều loại phụ gia hiện nay sử dụng cho dầu động cơ có chứa các hợp chất kiềm, nhằm trung hòa các sản phẩm axit của quá trình cháy, l−ợng tiêu tốn các thành phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu. Dầu có độ kiềm cao thì khả năng chống ăn mòn tốt. Khi TBN giảm đến một giá trị giới hạn nào đó thì dầu động cơ cần phải đ−ợc thay mới. Khi độ kiềm quá thấp hay không còn thì dầu không có khả năng bảo vệ các chi tiết động cơ khỏi ăn mòn. Ph−ơng pháp ASTM D 2896 th−ờng đ−ợc dùng để xác định các hợp chất kiềm trong các sản phẩm dầu mỏ. * Quy trình xác định: Ph−ơng pháp của tiêu chuẩn ASTM D 2896 là ph−ơng pháp chuẩn độ điện thế. Các tiến hành nh− sau: D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 45 - Cân một l−ợng mẫu theo quy định phụ thuộc vào l−ợng TBN dự đoán: L−ợng mẫu m(g) = 10/TBN dự đoán. - Lần l−ợt cho 40 ml Cloruabenzen và 20 ml axit acetic vào mẫu - Đ−a mẫu lên máy đ? nạp số liệu sẵn và chờ máy chạy đến kết thúc quy trình chuẩn độ, máy sẽ tự động cho kết quả. 1.4.6 Hàm l−ợng tro sunfat - ASTM D 847 Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hóa mẫu, sau đó phần cặn đ−ợc xử lý bằng H2SO4 và nung nóng đến khối l−ợng không đổi. Hàm l−ợng tro sunfat dùng để chỉ nồng độ phụ gia chứa kim loại trong dầu mới. Ph−ơng pháp này chỉ xác định hàm l−ợng tro sunfat thấp tới 0,005% đối với dầu chứa phụ gia và không áp dụng cho dầu động cơ phế thải, dầu chứa chì, dầu không có phụ gia. Th−ờng hàm l−ợng tro sunfat liên quan đến trị số kiềm của dầu động cơ. Nói chung hàm l−ợng tro sunfat lớn thì giá trị trị số kiềm lớn và ng−ợc lại. Hàm l−ợng tro sunfat là gồm có tro của các phụ gia đ−a vào để làm tăng tính năng của dầu, còn khi ta thấy l−ợng tro tăng quá mức thì đó là do sự có mặt của các tạp chất nh− các chất bẩn, cặn do mài mòn và các loại tạp khác. L−ợng phụ gia cho vào dầu nhờn có khi lên tới 20% khối l−ợng và các phụ gia đó th−ờng là sunfunat, phenolat, salisilat của các kim loại kiềm (Ba, Ca, Na…). Điều này giải thích vì sao hàm l−ợng tro sunfat của dầu động cơ cao. * Quy trình xác định: Nung chén sứ ở nhiệt độ 700 - 8000C trong khoảng 30ữ45 phút, để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng (khoảng 45 phút) và cân với độ chính xác tới 0,1 mg. Cân chính xác l−ợng mẫu thử (khoảng 5 - 10g) vào chén nung đ? có giấy lọc băng xanh không tro làm lót chén, sau đó dùng đúng giấy lọc đó làm phễu trên lớp dầu, để phễu thấm hết dầu ta cho chén mẫu lên bếp rồi châm ngọn lửa đốt từ từ đến khi chỉ để lại tro và cặn cacbon khi cháy hết. Để chén mẫu sau khi cho hoá về nhiệt độ phòng thì dùng axit sunfuaric đặc nhỏ từng giọt làm ẩm toàn bộ cặn, rồi nung tiếp tục trên bếp đến khi có khói trắng bốc lên thì cho vào lò nung ở 775±250C khoảng 45 - 60 phút, lấy chén ra làm nguội cùng thời gian ban đầu của chén không rồi cân đến trọng l−ợng không đổi. Hình 6: Máy đo trị số kiềm tổng D−ơng Viết C−ờng BM. Lọc – Hóa dầu Sản phẩm dầu mỏ & Phụ gia 46 1.4.7 Tỷ trọng – ASTM D 1298 Tỷ trọng là tỷ số giữa khối l−ợng riêng của một chất đ? cho ở nhiệt độ quy định so với khối l−ợng của n−ớc nguyên chất ở nhiệt độ quy định đó. Tỷ trọng đ−ợc xác định theo ASTM D 1298 bằng ph−ơng pháp tỷ trọng kế. Chỉ tiêu tỷ trọng có thể thấy sự lẫn sản phẩm khác vào dầu khi thấy một giá trị bất th−ờng của khối l−ợng riêng. Việc xác định này cũng cần thiết để chuyển đổi giữa trọng l−ợng và thể tích, hơn thế nó cũng có ích trong việc nhận biết loại sản phẩm dầu, nếu biết thêm khoảng nhiệt độ ch−ng cất hay độ nhớt. * Quy trình xác định: Rót mẫu nhẹ nhàng vào ống đong loại 500 ml sao cho tránh tạo bọt và tránh bay hơi mất phần nhẹ, đủ để tỷ trọng kế nổi và đọc đ−ợc số . Sau đó đặt ống chứa mẫu thẳng đứng, thả từ từ tỷ trọng kế thích hợp vào mẫu thử sao cho không chạm thành ống và để yên. Sau khi chờ cho mẫu và tỷ trọng kế ổn định thì tiến hành đọc kết quả. 1.4.8 Cặn không tan – ASTM D 893 Trong quá trình động cơ làm việc dầu luôn bị bẩn do nhiều sản phẩm khác nhau tích lại trong dầu nh−: n−ớc, mồ hóng, nhiên liệu, các hạt muội than, bụi, các hạt do mài mòn, các sản phẩm oxy hóa, xà phòng kim loại… Sự pha trộn của dầu bị bẩn nói trên trong điều kiện nhất định sẽ dẫn tới tạo thành một chất dính sền sệt tách từ dầu ra và lắng xuống đáy cacte dầu, ở hộp supap, trong đ−ờng ống dẫn dầu, trong hệ thống bôi trơn và các bầu lọc. Hiện t−ợng tích cặn trong động cơ có thể làm động cơ hoạt động mất bình th−ờng và làm hỏng động cơ nh−: - Căn có thể làm tắc r?nh dầu, đ−ờng dầu và các bầu lọc, do đó có thể xảy ra nóng chảy bạc lót ổ đỡ, kẹt cổ trục khuỷu và có thể gây ra sự cố. - Cặn có thể làm cho dầu mới giảm phẩm chất ngay sau khi mới cho vào động cơ… Thành phần của cặn th−ờng phụ thuộc vào điều kiện sinh ra nó. Th−ờng cặn gồm 50 đến 70% dầu và 5 đến 15% n−ớc, còn lại cà nhiên liệu, sản phẩm oxy hóa và các hạt rắn. Độ nhớt của dầu tăng lên thì khả năng tạo cặn giảm đi. Các loại dầu không ổn định đối với hiện t−