Luận văn Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra, cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học

MỤC LỤC

 

LỜI CÁM ƠN .i

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP .ii

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.iv

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN.vi

MỤC LỤC . viii

DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ .xv

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 .5

 

III. Công dụng của dầu nhờn .6

 

III.1. Bôi trơn máy .6

 

III.2. Chống ăn mòn kim loại.6

 

III.3. Làm mát máy .7

 

III.4. Làm kín máy .8

 

III.5. Làm sạch máy .9

 

III.5. Chức năng bảo vệ bề mặt.9

 

IV. Thành phần của dầu nhờn.9

 

IV.1. Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ .10

 

IV.1.1. Thành phần hydrocacbon của dầu gốc .10

 

IV.2. Dầu nhờn tổng hợp .11

 

IV.2.1. Nhóm hydrocacbon tổng hợp .12

 

IV.2.2. Nhóm các este hữu cơ.12

 

IV.2.3. Nhóm este photphat .13

 

IV.2.4. Nhóm polyalkyl glycol .13

 

V. Phân loại dầu nhờn.14

 

 

V.3. Phân loại theo ý nghĩa sử dụng .15

 

VI. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn .16

 

VI.1. Khối lượng riêng và tỉ trọng .16

 

VI.2. Màu sắc của dầu nhờn .16

 

VI.3. Độ nhớt của dầu nhờn.17

 

VI.4. Chỉ số độ nhớt.17

 

VI.5. Tính bay hơi của dầu nhờn .17

 

VI.6. Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn .17

 

VI.7. Độ sạch của dầu nhờn.19

 

VI.8. Độ ổn định oxi hóa .19

 

VI.9. Tính tạo bọt của dầu bôi trơn.19

 

VI.10. Tính tạo nhũ và tính tách nhũ của dầu bôi trơn .19

 

VII. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut .20

 

VII.1. Giới thiệu về mazut .20

 

VII.2. Quy trình công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut.21

 

VII.2.1. Chưng cất chân không.21

 

VIII.2.2. Các quá trình trích ly, chiết tách bằng dung môi .21

 

VII.2.3. Quá trình tách sáp.21

 

VII.2.4. Quá trình làm sạch bằng hidro .21

 

CHƯƠNG II: DẦU NHỜN SINH HỌC .23

 

I. Khái niệm .23

 

II. Ưu điểm và nhược điểm của dầu nhờn sinh học .23

 

II.1. Ưu điểm.23

 

II.2. Nhược điểm .24

 

III. Vấn đề sử dụng và nghiên cứu dầu nhờn sinh học trong và ngoài nước .24

 

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ CÁ BASA VÀ PHƯƠNG PHÁP TRANSESTER HÓA .26

I. Giới thiệu về cá basa và thành phần hóa học của dầu mỡ.26

 

I.1. Các đặc điểm chính của cá basa .26

 

I.2. Thành phần hóa học của dầu mỡ .27

 

I.3. Các loại axit béo trong mỡ cá basa.28

 

I.4. Ứng dụng của mỡ cá basa .29

 

 

II. Phương pháp transester hóa dầu mỡ .30

 

II.1. Các loại xúc tác dùng trong phản ứng transester hóa .32

 

II.1.1. Sử dụng xúc tác axit .32

 

II.1.2. Sử dụng xúc tác bazơ .32

 

II.1.3. Sử dụng xúc tác enzym .34

 

II.1.4. Sử dụng xúc tác zeolit .34

 

PHẦN BA: THỰC NGHIỆM .35

 

CHƯƠNG I: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .36

 

I. Nội dung nghiên cứu .36

 

II. Phương pháp nghiên cứu.38

 

II.1. Cơ sở để dự đoán các vết xuất hiện trên bảng mỏng .38

 

CHƯƠNG II: PHẦN THỰC NGHIỆM .40

 

I. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ nghiên cứu .40

 

I.1. Hóa chất .40

 

I.2. Thiết bị và dụng cụ .40

 

II. Điều chế metyl este của các axit béo .40

 

II.1. Chuẩn bị nguyên liệu .40

 

II.2. Xử lý sơ bộ nguyên liệu .41

 

II.3. Đánh giá chất lượng nguyên liệu .41

 

II.3.1. Chỉ số axit .41

 

II.3.2. Chỉ số xà phòng.42

 

II.3.3. Chỉ số iod .43

 

II.3.4. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng.44

 

II.4. Điều chế metyl este của các axit béo .44

 

III. Điều chế dầu nhờn sinh học.47

 

III.1. Quá trình thực hiện .47

 

III.2. Kết quả khảo sát.49

 

III.2.1. Khảo sát tỉ lệ mol .49

 

III.2.2. Khảo sát lượng xúc tác .50

 

III.2.3. Khảo sát nhiệt độ .51

 

III.2.4. Khảo sát thời gian .52

 

 

III.4. Phân tích thành phần sản phẩm .54

 

PHẦN BỐN: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .55

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO .58

 

PHẦN PHỤ LỤC

 

doc76 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 3104 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra, cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
lten. 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 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 cho khả năng chống ăn mòn, mài mòn các chi tiết máy. IV.2. Dầu nhờn tổng hợp Dầu nhờn tổng hợp có nguồn gốc là sản phẩm của những phản ứng hóa học . Dầu nhờn tổng hợp ra đời do sự đòi hỏi phát triển của công nghiệp 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, 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 việc sử dụng một số hợp chất hữu cơ để bôi trơn, đó là dầu nhờn tổng hợp. Nhờ tính ưu việt của dầu nhờn tổng hợp là có thể làm việc trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn, trơ về mặt hóa học, ít tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại,…mà dầu nhờn tổng hợp ngày càng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như dùng làm dầu nhờn động cơ, dầu bánh răng,… Dầu nhờn tổng hợp gồm bốn nhóm chủ yếu là hydrocacbon tổng hợp, các este hữu cơ, các este photphat và các polyglycol. IV.2.1. Nhóm hydrocacbon tổng hợp Hydrocacbon tổng hợp được sản xuất nhờ quá trình polyme hóa các olefin, alkyl hoá 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 polyisobuten, 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 nhóm 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. IV.2.2. Nhóm các este hữu cơ Các este hữu cơ dùng làm dầu nhờn tổng hợp bao gồm các este diaxit và các este polyol có công thức hóa học như sau: O O R O C (CH2)n C O R CH2 HO CH2 C CH2 OH CH2 OH OH R: gốc hydrocacbon Este diaxit polyglycol Các este diaxit được điều chế từ phản ứng của diaxit với rượu chứa một nhóm hydroxyl. Dầu tổng hợp gốc este diaxit có nhiệt độ đông đặc rất thấp, độ bền nhiệt cao và khả năng tẩy rửa tốt. Chúng được dùng chủ yếu làm dầu gốc hoặc một thành phần của dầu gốc trong pha chế các dầu động cơ ô tô và dầu máy nén khí. Các este polyol được điều chế từ polyglycol và monoaxit no. Các axit điển hình được dùng có từ 5 – 10 nguyên tử cacbon lấy từ nguồn dầu động thực vật. Dầu tổng hợp gốc este polyol có nhiệt độ đông đặc -30 tới -70°C, chỉ số độ nhớt 120 – 160, độ bền nhiệt khá cao. Chúng được dùng phổ biến nhất để pha chế dầu máy bay phản lực kiểu mới, pha chế dầu động cơ ôtô, máy nén khí,… IV.2.3. Nhóm este photphat Ưu điểm của este photphat là tính chịu nhiệt cao hơn nhiều so với dầu khoáng và tính bôi trơn cũng tốt hơn. Một lượng đáng kể sản phẩm này được dùng làm chất bôi trơn cho máy nén những nơi ở nhiệt độ cao, tránh sự bén lửa thường xảy ra đối với những loại dầu khoáng thông thường. Cấu trúc điển hình của este photphat như sau: O (A r) R O P  O R (Ar) O R (Ar) R: nhóm alkyl Ar: nhóm thơm IV.2.4. Nhóm polyalkyl glycol Nhóm polyalkyl glycol (PAGs) là những hợp chất polyme được tổng hợp trên cơ sở các monome, mà chất đơn giản nhất trong nhóm này là etylen glycol, ngoài ra còn có những polyme của etylen hoặc propylen oxit hoặc của cả hai. Cũng có dạng polyglycoete như: H – ( OCH2 – CH2)n – OH Các polyalkyl glycol có hai loại là tan trong nước và không tan trong nước Polyalkyl glycol tan trong nước được dùng rộng rãi làm dầu phanh (dầu thắng) thủy lực, làm chất lỏng thủy lực chịu lửa trong gia công cắt gọt kim loại, trong chế biến cao su tổng hợp… Polyalkyl glycol không tan trong nước dùng pha chế các loại dầu thủy lực công nghiệp, dầu bôi trơn các máy nén lạnh kiểu trục vít…Chúng được sử dụng tốt ở nhiệt độ môi trường thấp, đồng thời cũng đảm bảo bôi trơn ở nhiệt độ rất cao. Ngoài ra còn có các nhóm dầu tổng hợp khác như các hợp chất chứa halogen chủ yếu là: flo, clo, các hợp chất hữu cơ chứa silic như: este silicat, silicon và silan, các amin thơm, những dẫn xuất của cacbamit, các hợp chất dị vòng chứa nitơ, bo, photpho…Tóm lại dầu nhờn gốc tổng hợp ngày càng phát triển về chủng loại và tăng nhanh về khối lượng sử dụng. V. Phân loại dầu nhờn V.1. Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt [5] nào đó. Theo phương pháp này, các nhà sản xuất dầu nhớt thống nhất dùng cách phân loại của hiệp hội kỹ sư ôtô Mỹ SAE (Society of Automotive Engineers). Cách phân loại của SAE tùy thuộc vào sản phẩm dầu đó là đơn cấp hay đa cấp. Dầu đa cấp có độ nhớt thỏa mãn ở nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau còn dầu đơn cấp chỉ đáp ứng ở một nhiệt độ Hình 1: Ký hiệu chỉ loại dầu nhờn "10W-30" của Castrol được bán ở Mỹ Hệ thống phân loại của SAE khá phức tạp, nó liên quan tới nhiều khái niệm khác nhau. Đối với dầu đa cấp, sau chữ SAE là các ký hiệu như 5W, 10W hay 15W, 20W. Những số đứng trước chữ "W" dùng để chỉ khoảng nhiệt độ mà loại dầu động cơ đó có độ nhớt đủ để khởi động xe lúc lạnh. Để xác định nhiệt độ khởi động theo ký tự này, chỉ cần lấy 30 trừ đi các số đó nhưng theo nhiệt độ âm. Ví dụ, dầu 10W sẽ khởi động tốt ở âm 20°C, dầu 15W khởi động tốt ở âm 15°C. Các loại dầu động cơ ở các nước hàn đới thường là loại 5W, 10W, 15W nhưng đa số các sản phẩm ở Việt Nam chỉ là loại 15W hay 20W. Mặc dù không có ý nghĩa quan trọng khi khởi động vì thời tiết ở Việt Nam thường không quá lạnh, nhưng để đạt được các yêu cầu khởi động lạnh, các nhà sản xuất phải thêm vào các chất phụ gia nên dầu có số càng nhỏ thì giá dầu càng cao. Đứng sau chữ "W" ở loại dầu đa cấp có thể là chữ 40, 50 hoặc 60. Đây là ký tự dùng để chỉ khoảng độ nhớt ở 100°C của các loại dầu nhờn. Thông thường, số càng lớn thì độ nhớt càng lớn và ngược lại. Với những động cơ hoạt động ở vùng nhiệt độ cao, chỉ số này phải cao hơn, khoảng trên 60. Do sự thay đổi nhiệt độ nên tùy thuộc mùa mà người ta dùng loại 40 hoặc 50. Trong mùa đông, trời lạnh, nhiệt độ động cơ thấp nên chỉ cần dùng loại nhỏ như 30, 40. Ở mùa hè, nhiệt độ động cơ cao nên có thể dùng loại 50. Do đặc tính của dầu đa cấp nên người ta thường gọi nó là "dầu bốn mùa". Khi có chữ "W", chúng ta có thể hiểu nó dùng được cho cả mùa đông và mùa hè. Ngoài loại đa cấp, nhiều nhà sản xuất cho ra cả loại dầu đơn cấp và chỉ có ký hiệu như SAE 40, SEA 50. Loại dầu này thường được dùng cho các loại động cơ 2 kỳ, máy nông nghiệp, công nghiệp... V.2. Phân loại dầu theo tính năng Khi phân loại theo tiêu chuẩn này, các nhà sản xuất thống nhất phân theo tiêu chuẩn của Viện dầu mỏ Mỹ API (American Petroleum Institute). API phân ra theo cấp S (Service) dùng để dành dầu cho động cơ xăng và C (Commercial) cho các động cơ diesel. Với động cơ xăng, API phân ra nhiều loại với thứ tự tiến dần từ SA, SB, SC tới mới nhất là SM. Đối với động cơ diesel, API chia thành CA, CD, CC tới CG, CH và CI. Càng về sau, chất lượng sản phẩm càng tốt do các nhà sản xuất phải thêm vào những chất phụ gia đặc biệt để thích nghi với những công nghệ động cơ mới. V.3. Phân loại theo ý nghĩa sử dụng Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có hai loại chính đó là: - Dầu nhờn sử dụng cho mục đích bôi trơn (gọi là dầu động cơ). - Dầu nhờn không sử dụng cho mục đích bôi trơn (dầu công nghiệp). Trong thực tế dầu động cơ chiếm một tỉ lệ khá lớn trong công nghiệp sản xuất dầu bôi trơn nói chung (khoảng 40%) và được sử dụng phổ biến. VI. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn Yêu cầu phẩm chất của dầu nhờn - Dầu nhờn phải bôi trơn tốt trong mọi điều kiện - Độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. - Có tính ổn định chống oxy hóa tốt. - Không có lẫn tạp chất và nước VI.1. Khối lượng riêng và tỉ trọng Khối lượng riêng (Density) đo bằng g/cm3 hay kg/m3 là khối lượng của một đơn vị thể tích. Tỉ trọng (relative density) là tỉ số khối lượng riêng của một chất ở nhiệt độ nào đó, so với khối lượng riêng của nước ở 4°C. Ký hiệu dt/4, trong đó t°C là nhiệt độ tại đó xác định tỉ trọng. Thông thường dùng tỉ trọng tiêu chuẩn ở 20°C ký hiệu d20/4. Khối lượng riêng và tỉ trọng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lý khác nó đặc trưng cho từng loại phân đoạn sản phẩm dầu mỏ cũng như dùng để đánh giá phần nào chất lượng của dầu thô. Với dầu bôi trơn, khối lượng riêng ít có ý nghĩa để đánh giá chất lượng. Tuy nhiên một giá trị bất thường nào đó của khối lượng riêng cũng giúp ta phán đoán về sự có mặt trong dầu một phần nhiên liệu, dung môi, thậm chí một chất khí nào đó. VI.2. Màu sắc của dầu nhờn Chỉ tiêu màu của các dầu nhờn được sử dụng chủ yếu trong việc kiểm tra quá trình pha chế. Đối với người tiêu dùng đó cũng là chỉ tiêu mang tính cảm quan có tác động đến tâm lý, vì người ta ưa dùng những loại dầu nhờn sáng màu. Thông thường các loại dầu thương phẩm có màu nâu – vàng với ánh xanh lá cây hoặc xanh lơ. VI.3. Độ nhớt của dầu nhờn Độ nhớt là một tính chất cơ bản và quan trọng nhất của dầu nhờn, là đại lượng kiểm tra sự thay đổi dầu trong quá trình sử dụng. Độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ cao, độ nhớt giảm và ngược lại. Nếu dầu nhờn có độ nhớt quá lớn sẽ làm trở lực tăng, các chi tiết của động cơ sẽ bị mài mòn khi khởi động và khả năng lưu thông của dầu nhờn kém. Nếu dầu nhờn có độ nhớt nhỏ sẽ làm cho khả năng bám dính lên các chi tiết của động cơ kém, dầu nhờn dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt bôi trơn hơn. Độ nhớt của các nhóm hydrocacbon thay đổi theo thứ tự sau: Nhóm hydrocacbon parafin< nhóm hydrocacbon thơm < nhóm naphtalen Độ nhớt của dầu nhờn thường được đo bằng poazơ (P), centipoazơ (cP) (đối với độ nhớt động lực), hoặc stoc (St), centistoc (cSt) (đối với độ nhớt động học). VI.4. Chỉ số độ nhớt Chỉ số độ nhớt là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, đây cũng là một đặc tính quan trọng nữa của dầu nhờn. Dầu nhờn được coi là bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu có chỉ số độ nhớt cao. Ngược lại, nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. VI.5. Tính bay hơi của dầu nhờn Thành phần chính yếu của dầu nhờn là các hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao, do đó chúng rất khó bay hơi. Tuy vậy người ta vẫn phải đánh giá tính bay hơi của dầu nhờn vì có thể có những thành phần nhẹ lẫn trong dầu. VI.6. Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn Các hợp phần hydrocacbon của dầu nhờn không có tính ăn mòn, nhưng một số tạp chất lẫn trong dầu có tính ăn mòn kim loại, cần phải hạn chế đến mức tối thiểu. Để đánh giá tính ăn mòn và khả năng bảo vệ bề mặt kim loại của dầu nhờn, cần xác định các chỉ tiêu trị số axit tổng, kiềm tổng và kiểm nghiệm mảnh đồng .a. Trị số axit tổng (Total acid number (TAN)) là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu, đặc trưng bởi số miligam kali hydroxit (KOH) cần thiết để trung hòa toàn bộ lượng axit có trong 1gam dầu. b. Trị số kiềm tổng (Total base number (TBN)) là số mg KOH tỉ lượng tương đương với lượng axit HCl (hoặc HClO4) cần thiết để trung hòa các bazơ chứa trong 1gam dầu. Tính kiềm là chỉ tiêu rất cần thiết để xét đoán chất lượng dầu nhờn, nhằm đảm bảo trung hòa các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sử dụng, tránh hiện tượng rỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim loại. Axit tan trong nước biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, được phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy định tuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu. c. Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng Hình 2: Thang đo ăn mòn mảnh đồng Tiêu chuẩn này quy định có 4 cấp màu sắc mẫu từ 1 đến 4 (hình 2): - Cấp 1 có 2 mức: 1a và 1b. - Cấp 2 có 5 mức: 2a, 2b, 2c, 2d, 2e. - Cấp 3 có 2 mức: 3a và 3b. - Cấp 4 có 3 mức: 4a, 4b, 4c. Kiểm nghiệm này nhằm phát hiện sự có mặt của các hợp chất lưu huỳnh hoạt động (lưu huỳnh tự do, sunfua…) có mặt trong dầu nhờn. Theo phương pháp này, mảnh đồng được đánh bóng và ngâm ngập trong mẫu dầu. Người ta gia nhiệt đến nhiệt độ nhất định và giữ trong thời gian quy định. Nhiệt độ và thời gian thử nghiệm tùy thuộc vào từng loại dầu. Khi kết thúc thử nghiệm, mảnh đồng được lấy ra, rửa sạch đem so với bảng tiêu chuẩn ASTM (American Society for Testing and Materials – hiệp hội thử nghiệm và nguyên liệu của Hoa Kỳ) về ăn mòn mảnh đồng sẽ có kết luận cụ thể về tính ăn mòn của dầu nhờn. VI.7. Độ sạch của dầu nhờn Độ sạch của dầu nhờn được đánh giá qua hiện tượng nhiễm bẩn dầu bởi các tạp chất từ bên ngoài như nước, nhiên liệu, tạp chất cơ học. Độ sạch của dầu nhờn được đánh giá qua các chỉ tiêu như: nước trong dầu, hàm lượng tro và sunfat, hàm lượng cặn cacbon, cặn không tan. VI.8. Độ ổn định oxi hóa (Oxidation Stability) Độ ổn định của dầu bôi trơn biểu hiện khả năng của dầu chống lại những tác động bên ngoài làm thay đổi chất lượng của dầu nhờn. Dầu có độ ổn định cao thì thành phần hóa học và tính chất của nó ít thay đổi. Các hợp phần hydrocacbon thơm, naphten hoặc hỗn hợp thơm – naphten đa vòng có nhánh alkyl ngắn rất dễ bị oxi hóa tạo thành các chất nhựa, asphalten, do đó chúng là những hợp phần không tốt trong dầu nhờn. VI.9. Tính tạo bọt của dầu bôi trơn Hiện tượng tạo bọt của dầu nhờn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất bôi trơn và quá trình làm việc của các động cơ, hệ thống truyền động, hệ thống thủy lực, hệ thống bánh răng cao tốc. Bọt tạo thành do dầu bị khuấy trộn cơ học khiến một lượng không khí hòa tan vào dòng chảy của dầu. VI.10. Tính tạo nhũ và tính tách nhũ của dầu nhờn Nước và hơi nước hiện diện trong dầu sẽ làm cho dầu bị nhũ hóa, nhất là những loại dầu có chứa phụ gia. Phần nước này sẽ gây han gỉ và làm giảm tính ổn định oxi hóa, cũng như giảm tính bôi trơn của dầu. VII. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut VII.1. Giới thiệu về mazut Sơ đồ 1: Các phân đoạn của dầu mỏ và ứng dụng Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 350°C. Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc. Với mục đích sản xuất dầu nhờn gốc thì ta đi đem chưng cất chân không, ta thu được phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau như: Phân đoạn dầu nhờn nhẹ ( LVGO: Light Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ sôi từ 300°C - 350°C. Phân đoạn dầu nhờn trung bình (MVGO: Medium Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ từ 350°C - 420°C. Phân đoạn dầu nhờn nặng (HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ từ 420°C - 500°C. Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocacbon có số cacbon trong phân tử từ C21- 40 , 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 napten 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 napten và parafin, giữa napten và hydrocacbon thơm. - 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. VII.2. Quy trình công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut [3] VII.2.1. Chưng cất chân không Nguyên liệu của quá trình này là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất khí quyển (mazut). Mục đích của công đoạn này là để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dựa vào khoảng nhiệt độ sôi hay độ nhớt. VII.2.2. Các quá trình trích ly, chiết tách bằng dung môi Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất không thể loại ra được. Các cấu tử tạp sẽ làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo thành cặn vựa, cặn bùn trong dầu. VII.2.3. Quá trình tách sáp Sáp là một hỗn hợp chủ yếu là các parafin phân tử lớn và một lượng nhỏ các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao và kém hòa tan trong dầu nhờn ở nhiệt độ thấp. Vì thế chúng cần được tách ra khỏi dầu nhờn. Có nhiều phương pháp để tách sáp như: - Tách sáp bằng phương pháp kết tinh. - Tách sáp bằng dung môi chọn lọc. VII.2.4. Quá trình làm sạch bằng hidro Đa số quá trình làm sạch hidro thường dùng xúc tác coban – molipden (Co – Mo). Mục đích của quá trình này là nhằm chuyển hóa các hợp chất có các nguyên tố O, N, S thành nước, ammoniac, sunfuahydro. Các hydrocacbon thơm một phần bị hydro hóa thành naphtalen. Mazut Chưng cất chân không Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn gudron Phần chiết  Chiết bằng dung môi Tách asphan bằng propan Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Dầu cặn Tách sáp  Sáp Làm sạch bằng hidro Dầu nhờn gốc Sơ đồ 2: Quy trình sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut CHƯƠNG II: DẦU NHỜN SINH HỌC I. Khái niệm Dầu nhờn sinh học là thuật ngữ dùng để chỉ những chất bôi trơn có hai đặc điểm là dễ phân hủy sinh học và không độc cho sinh vật và môi trường sống. Dầu nhờn sinh học được tổng hợp từ alkyl este của các axit béo với polyol thích hợp như: trimethylolpropan, pentaerythriol (PT) với xúc tác thích hợp.[21] Hình 3: Dầu nhờn sinh học II. Ưu điểm và nhược điểm của dầu nhờn sinh học II.1. Ưu điểm Dầu nhờn sinh học có nhiều ưu điểm hơn so với dầu khoáng. Do đi từ nguyên liệu ban đầu là dầu mỡ động thực vật nên dầu nhờn sinh học là một loại hợp chất hoàn toàn có khả năng tái chế. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi mà trữ lượng dầu mỏ trên thế giới sẽ cạn dần trong tương lai và giá cả của nó đang gia tăng như hiện nay. Dầu nhờn sinh học có khả năng phân hủy sinh học cao nên ít độc hơn cho sinh vật cũng như ít gây ô nhiễm môi trường như dầu khoáng. - Hệ số ma sát của dầu nhờn sinh học thấp hơn dầu khoáng. - Khả năng bay hơi của dầu nhờn sinh học thấp hơn dầu nhờn khoáng đến 20%. - Chỉ số độ nhớt của dầu nhờn sinh học cao hơn dầu nhờn khoáng. - Điểm chớp cháy của dầu nhờn sinh học cao hơn dầu nhờn khoáng. II.2. Nhược điểm Dầu nhờn sinh học có chiều hướng dễ bị oxi hóa do các liên kết đôi trong mạch cacbon của các axit béo. Nhiều nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực sản xuất dầu nhờn từ dầu thực vật trong đó chủ yếu là những thay đổi về phương pháp hóa học và chất phụ gia. Dầu nhờn sinh học có giá thành cao hơn so với dầu khoáng vì tác chất làm nên dầu nhờn sinh học là những polyol rất đắt tiền. Nhưng vì những ưu điểm vượt trội của nó, nhất là ưu điểm về mặt môi trường, nên trong tương lai, chắc chắn dầu nhờn sinh học sẽ cạnh tranh được với dầu khoáng. III. Vấn đề sử dụng và nghiên cứu dầu nhờn sinh học trong và ngoài nước Đặc tính khó phân huỷ của các loại dầu bôi trơn hiện đang đe dọa nghiêm trọng đến đất đai và các nguồn nước, nhất là ở đô thị và khu công nghiệp. Hiện nay, dầu khoáng tinh chế chỉ đạt 40% yêu cầu phân hủy sinh học, những biện pháp dùng thêm phụ gia để tăng khả năng phân hủy sinh học đều chưa mang lại kết quả như mong muốn. Trước tình hình đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu một loại dầu bôi trơn hợp sinh thái mà nguyên liệu chính là các loại dầu thực vật. Trên thế giới hiện có hai xu hướng sử dụng dầu thực vật làm chất bôi trơn: thứ nhất là sử dụng một loại dầu thực vật tinh chế làm thành phần chính và kết hợp với một số phụ gia. Thứ hai là sử dụng hỗn hợp dầu thực vật được biến tính hóa học và các este của axít béo trong dầu thực vật với các alcol béo kết hợp với phụ gia phù hợp. Phương pháp này có thể tạo ra được các loại dầu bán tổng hợp. Dầu nhờn được làm từ dầu thực vật như đậu tương, ngũ cốc, mang lại nhiều khả năng tự phân huỷ và an toàn hơn đối với môi trường. Các nhà nghiên cứu đang tiếp tục nghiên cứu những sản phẩm sinh học có từ thập kỷ 80 này, nhưng lúc đầu chúng không được sử dụng vì không tốt bằng các sản phẩm dầu mỏ hoặc do giá thành đắt hơn. Hơn một thập kỷ qua, sự tiến bộ về mặt công nghệ đã cải thiện được việc sản xuất dầu nhờn sinh học, và trong 5 năm qua với việc giá dầu tăng cao và sự cần thiết về an toàn năng lượng, chúng đã trở thành mặt hàng cạnh tranh giá với dầu nhờn gốc dầu mỏ truyền thống. Trên thế giới, các nhà khoa học đã tổng hợp được dầu nhờn sinh học từ methyl ester của dầu cọ.[24] Đó là phản ứng transester hóa giữa metyl este của dầu cọ với trimethylolpropan, theo các nhà khoa học thì đây là một sản phẩm có khả năng phân hủy sinh học cao so với dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu mỏ. Các nhà khoa học đã thực hiện thành công phản ứng, tạo ra được 98% trieste trong sản phẩm chỉ trong thời gian 1 giờ. Nghiên cứu của nhà hoá học Girma Biresaw làm việc tại cơ quan nghiên cứu nông nghiệp (ARS) thuộc bộ nông nghiệp Mỹ đã nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật và ông cũng cho biết dầu nhờn sinh học cũng cần chất phụ gia để chống lại sự thuỷ phân, nâng cao khả năng chống ăn mòn và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn. Trong nước, một nhóm nhà khoa học của đại học quốc gia Hà Nội đã nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật để sản xuất chất bôi trơn tại Việt Nam. Các loại dầu được khảo sát là dầu dừa, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su, dầu sở. Dầu thô được xử lý bằng kiềm và than hoạt tính để loại bỏ tạp chất. Kết quả cho thấy trong 5 loại dầu trên, chỉ có 3 loại là dầu là thầu dầu, dầu lạc và dầu sở là có thể đáp ứng được các yêu cầu về độ bền oxy hóa, độ nhớt, điểm đông, ăn mòn tương đương với dầu khoáng. Dầu dừa mặc dù có độ bền oxy hóa tốt nhưng điểm đông tương đối cao và độ nhớt hơi thấp, dầu hạt cao su có độ bền oxy hóa kém và không thể dùng làm dầu gốc nếu không được biến tính hóa học. Hướng nghiên cứu mới tạo ra sản phẩm dầu bôi trơn có nguồn gốc từ dầu thực vật đang được các nhà khoa học Việt Nam tiếp tục nghiên cứu. Nguyên liệu sản xuất dầu thực vật Việt Nam tương đối dồi dào, việc nghiên cứu, tạo ra sản phẩm mới này sẽ mang lại giá trị kinh tế cao cho các loại cây lấy dầu nguyên liệu ở Việt Nam, phù hợp với xu hướng chung của thế giới là phát triển kinh tế trong môi trường sinh thái bền vững. [12] CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ CÁ BASA VÀ PHƯƠNG PHÁP TRANSESTER HÓA ĐIỀU CHẾ DẦU NHỜN SINH HỌC I. Giới thiệu về cá basa I.1. Các đặc điểm chính của cá basa [11] Cá basa phân bố ở lưu vực sông Mê kông, có mặt ở cả 4 nước: Lào, Việt Nam, Campuchia và Thái Lan. Ở Việt Nam, cá basa phân bố ở sông Tiền và sông Hậu Cá trưởng thành chỉ thấy trong ao nuôi, rất ít gặp trong tự nhiên ở địa phận Việt Nam do cá có tập tính di cư ngược dòng sông Mê Kông để sinh sống và tìm nơi Hình 4: Cá basa sinh sản tự nhiên. Cá basa (còn gọi là cá bụng) là cá da trơn, có thân dài, chiều dài chuẩn bằng 2,5 lần chiều cao thân. Đầu cá basa ngắn, hơi tròn, dẹp bằng, trán to, miệng hẹp và nằm hơi lệch dưới mõm, có hai đôi râu, mắt to, bụng to, lá mỡ rất lớn, phần sau thân dẹp bên lưng và đầu màu xám xanh, bụng trắng bạc. Cá basa không có cơ quan hô hấp phụ, ngưỡng oxy cao hơn cá tra nên chịu đựng kém trong nước có hàm lượng oxy hòa tan thấp. Cá basa sống chủ yếu ở nước ngọt, chịu được nước lợ nhẹ, chịu đựng được ở nơi nước phèn có pH > 5,5. Ngưỡng nhiệt độ của cá basa là từ 18 - 40°C, ngưỡng oxy tối thiểu là 1,1mg/lít. Khu vực nuôi cá giống tập trung chủ yếu ở các địa phương như Tân Châu, Châu Đốc (An Giang) và Hồng Ngự (Đồng Tháp). Ở các vùng này, cá được nuôi thương phẩm chủ yếu trong bè trên sông nước chảy. I.2. Thành phần hóa học của mỡ cá basa Dầu mỡ nói chung và mỡ cá basa nói riêng là triglyxerit tức là trieste của glyxerin với 3 axit béo, công thức chung là: CH2 O C R1 O CH O C R2 O CH2 O C R3 O R1, R2,R3 là các gốc hydrocacbon của axit béo có thể giống hoặc khác nhau Dầu mỡ thô còn chứa một ít chất không thuộc loại triglyxerit như: photpholipit gồm lexitin, xephalin; hydrocacbon gồm các loại alkan (nonacosan, triacontan), alken ( squalen ); các sắc tố tạo màu cho dầu (β - caroten, α – caroten). I.3. Các loại axit béo trong mỡ cá basa Các axit béo trong mỡ cá basa được trình bày trong bảng sau: Thứ tự Thành phần axit béo (%) Ký hiệu Trong mỡ cá thô (%) Trong mỡ cá sau tinh luyện Phần lỏng (%) Phần đặc (%) 1 Axit miristic 14 : 0 0.22 1.21 1.25 2 Axit palmitic 16 : 0 28.66 22.22 32.96 3 Axit stearic 18 : 0 6.49 6.70 13.11 4 Axit oleic 18 : 1 33.60 44.43 35.40 5 Axit linoleic 18 : 2 12.63 16.76 11.93 6 Axit linolenic 18 : 3 1.48 0.91 0.24 7 Axit arachidic 20 : 0 0.34 0.37 0.94 8 Axit gadoleic 20 :1 0.60 0.62 0.33 9 Axit cetoleic 22 : 1 0.83 0.43 0.33 10 Axit docosahexaenoic 22 : 6 0.59 0.34 0.11 (Trung tâm Dịch vụ Phân tích và Thí nghiệm kiểm định theo phiếu số 9812507, 9906107, 991181). Các axit béo tro

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học.doc
Tài liệu liên quan