TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH VÀ PHÂN TÍCH CHUYÊN MÔN: KỸ THUẬT PHÒNG THÍ NGHIỆM (MÃ MÔ ĐUN: PETR62114)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Kỹ thuật phòng thí nghiệm (Mã mô đun: PETR62114) được ban hành kèm theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Bà Rịa - Vũng Tàu). Tài liệu do tập thể giảng viên chuyên môn biên soạn, bao gồm: GV. Phạm Thị Hải Yến (Chủ biên), Nguyễn Thị Thùy, Chu Thị Ngọc Anh và Phạm Công Quang.

                  CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ VẬN HÀNH THIẾT BỊ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
                                      (Tổng số: 93 tín chỉ / 2290 giờ)
MÔN HỌC CHUNG / ĐẠI CƯƠNG (23 TC)                                              MÔN HỌC / MÔ ĐUN CHUYÊN MÔN (70 TC)
                                                       KỸ THUẬT CƠ SỞ (9 TC)                                     CHUYÊN MÔN NGHỀ (61 TC)
                                                       - Nhiệt kỹ thuật (PETR52002)                              - Vận hành phân xưởng khí (PETR56118)
                                                                                                                 KỸ THUẬT PHÒNG THÍ NGHIỆM
                                                                                                                 (PETR62114: 2 TC / 45 giờ)
                                                                                                                 Vận hành phân xưởng dầu II (PETR64117)

Trong khung chương trình đào tạo nghề Vận hành Thiết bị Chế biến Dầu khí trình độ Cao đẳng và Trung cấp, Kỹ thuật phòng thí nghiệm là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc (2 tín chỉ, tổng thời lượng 45 giờ), được bố trí giảng dạy sau mô đun Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118) và trước mô đun Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (PETR64117).

Mục tiêu học tập của mô đun được xác định trên ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Trình bày tính năng, cấu tạo dụng cụ thí nghiệm; nguyên lý các phương pháp chuẩn độ; quy trình và ý nghĩa xác định các chỉ tiêu sản phẩm dầu mỏ theo tiêu chuẩn ASTM và TCVN; nhận diện sai hỏng kỹ thuật và giải pháp khắc phục.
  • Kỹ năng (B1 - B6): Xây dựng quy trình, chuẩn bị hóa chất/dụng cụ; thao tác chuẩn độ xác định nồng độ; phân tích các chỉ tiêu sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu; thực hiện sơ cấp cứu ngộ độc hóa chất và xử lý lỗi kỹ thuật phát sinh.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy chuẩn an toàn lao động, định hình tác phong làm việc khoa học, tỉ mỉ, chính xác và khả năng phối hợp nhóm.

Cấu trúc giáo trình phân bổ thời lượng thực hành chiếm ưu thế (30 giờ thực hành/thảo luận so với 13 giờ lý thuyết và 2 giờ kiểm tra), tiếp cận trực tiếp từ thao tác kỹ thuật cơ bản đến quy trình phân tích kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn công nghiệp dầu khí thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình gồm 4 bài học chuyên môn được thiết kế theo trật tự logic: từ thao tác dụng cụ nền tảng, kỹ thuật hóa học phân tích thể tích, đến các phương pháp kiểm nghiệm chuyên sâu sản phẩm dầu khí.

                    TIẾN TRÌNH NỘI DUNG MÔ ĐUN KỸ THUẬT PHÒNG THÍ NGHIỆM
                                      (45 GIỜ ĐÀO TẠO)
 BÀI 1 (7 giờ)       BÀI 2 (13 giờ)                              BÀI 3 (12 giờ)      BÀI 4 (13 giờ)
DỤNG CỤ & THAO TÁC   KỸ THUẬT CHUẨN ĐỘ                           CHỈ TIÊU SẢN PHẨM   CHỈ TIÊU NHIÊN LIỆU
CĂN BẢN TRONG PTN    VÀ AN TOÀN HÓA CHẤT                         DẦU MỎ (ASTM)       (ASTM / TCVN)
- Dụng cụ thủy tinh  - Chất chuẩn & chỉ thị                      - Chưng cất ASTM D86- Độ nhớt động học
- Thiết bị đo/nung   - 4 phương pháp chuẩn độ                    - Sắc ký GC D4815   - Cặn cacbon D189
- Chiết tách I2      - Kỹ thuật: Trực tiếp, ngược, thế           - Chớp cháy D56     - Màu Saybolt
- Lọc kết tủa BaSO4  - Pha & hiệu chuẩn NaOH, HCl                - Độ xuyên kim D5   - Ăn mòn đồng D130
- Rửa sunfocromat    - Cấp cứu ngộ độc hóa chất                  - Điểm nhỏ giọt D566- Điểm Anilin D611
  • Bài 1: Cách sử dụng, bảo quản các dụng cụ thông dụng trong phòng thí nghiệm (7 giờ: 2 LT - 5 TH): Cung cấp kiến thức về dụng cụ thủy tinh borosilicat/thạch anh (becher chịu nhiệt đến 400 - 500°C, erlen, bình cầu, ống nghiệm); dụng cụ đo thể tích (pipet bầu, pipet thẳng, micropipet, buret, bình định mức, ống đong); dụng cụ phân tách (phễu lọc, phễu buchner, bình lọc hút chân không, phễu chiết); thiết bị phụ trợ (bình hút ẩm, giấy lọc không tro băng xanh/trắng/đỏ, nhiệt kế, áp kế, máy đo pH, cân phân tích 0,0001 g, tủ sấy < 300°C, lò nung muf 800 - 1400°C, tủ hút khí độc và máy cất nước). Thực hành chiết $I_2$ bằng butyl/ethyl acetat, lọc tủa $BaSO_4$ và pha chế dung dịch sunfocromat vệ sinh dụng cụ.
  • Bài 2: Kỹ thuật chuẩn độ (13 giờ: 2 LT - 10 TH - 1 KT): Trình bày phân loại chất chuẩn gốc ($Na_2CO_3$, $NaCl$, $KCl$, Kali biphthalate, $K_2Cr_2O_7$, $KIO_3$), cơ chế chất chỉ thị màu; 4 phương pháp phân tích thể tích (axit - bazơ, oxy hóa - khử, kết tủa, tạo phức) và 3 kỹ thuật thao tác (chuẩn độ trực tiếp, chuẩn độ ngược, chuẩn độ thế). Quy trình pha chế dung dịch $NaOH$ từ chất rắn, định lượng bằng dung dịch $HCl$ chuẩn và phương pháp sơ cấp cứu ngộ độc hóa chất.
  • Bài 3: Xác định các chỉ tiêu của sản phẩm dầu mỏ (12 giờ: 5 LT - 7 TH): Hướng dẫn quy trình phân tích và vận hành thiết bị kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM:
    • Xác định đường cong điểm sôi thực bằng thiết bị chưng cất tự động ADU (ASTM D86).
    • Phân tích thành phần hydrocarbon $C_1 - C_4$ bằng sắc ký khí GC sử dụng cột nhồi phân cực TCEP và cột mao dẫn WCOT (ASTM D4815).
    • Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín Tag (ASTM D56).
    • Xác định độ xuyên kim của Bitum (ASTM D5-97).
    • Xác định nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ bôi trơn (ASTM D566-02).
  • Bài 4: Xác định các chỉ tiêu của sản phẩm nhiên liệu theo tiêu chuẩn ASTM hoặc TCVN (13 giờ: 4 LT - 8 TH - 1 KT): Khảo sát hệ thống tiêu chuẩn phân tích nhiên liệu; quy trình đo độ nhớt động học tự động; xác định hàm lượng cặn cacbon (ASTM D189); đo chỉ số màu Saybolt; đánh giá độ ăn mòn tấm đồng theo Bảng màu tiêu chuẩn (ASTM D130); xác định điểm anilin (ASTM D611-07); xác định tạp chất cơ học bằng phương pháp chiết dung môi (ASTM D473-02).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống kiến thức lý thuyết và nguyên lý thực nghiệm bao gồm:

  1. Lý thuyết phân tích thể tích: Nguyên lý cân bằng hóa học trong dung dịch; cơ chế chuyển đổi cấu trúc của chất chỉ thị theo nồng độ ion/pH (vùng chuyển màu pH từ 4 - 9); tương quan giữa điểm tương đương và điểm cuối chuẩn độ để kiểm soát sai số.
  2. Cơ chế tách pha và làm sạch: Định luật phân bố chất tan trong quá trình chiết lỏng - lỏng; kỹ thuật tạo và rửa kết tủa vô cơ; nguyên tắc hoạt động của hỗn hợp rửa oxy hóa mạnh sunfocromat ($K_2Cr_2O_7$ và $H_2SO_4$).
  3. Nguyên lý phân tích công cụ và hóa dầu: Cân bằng pha lỏng - hơi trong chưng cất phân đoạn; cơ chế tách chất trên pha tĩnh phân cực/không phân cực của hệ sắc ký khí; các giới hạn nhiệt - vật lý của phân đoạn dầu mỏ (điểm chớp cháy, điểm nhỏ giọt, độ xuyên kim, điểm anilin).

Kỹ năng phát triển

                               KHUNG KỸ NĂNG ĐÀO TẠO CỦA MÔ ĐUN
KỸ NĂNG THAO TÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM         KỸ NĂNG TÍNH TOÁN & PHÂN TÍCH             KỸ NĂNG VẬN HÀNH & AN TOÀN
- Đọc thể tích mặt lõm/lồi/phẳng          - Tính lượng cân: m = (CN*Đ*V)/(10*P%)    - Vận hành máy GC, ADU, Saybolt
- Điều chỉnh khóa buret tay trái          - Xử lý số liệu chuẩn độ và sai số        - Thao tác trong tủ hút (> 15 cm)
- Hút nhả pipet, gấp giấy lọc             - Tra cứu bảng màu ăn mòn ASTM D130       - Sơ cấp cứu ngộ độc hóa chất
  • Kỹ năng thao tác phòng thí nghiệm: Định mức dung dịch theo đặc tính chất lỏng (mặt lõm chạm vạch đối với dung dịch không màu, mặt phẳng đối với dung dịch đậm màu, mặt lồi đối với thủy ngân); thao tác buret bằng tay nghịch kết hợp lắc erlen bằng tay thuận; kỹ thuật gấp giấy lọc dạng rãnh và dạng hình côn; pha loãng axit đậm đặc và hòa tan chất rắn tỏa nhiệt.
  • Kỹ năng tính toán và phân tích: Tính toán khối lượng hóa chất cần cân theo độ tinh khiết thực tế dựa trên công thức: $$m_{cân} = \frac{C_N \cdot Đ_{NaOH} \cdot V}{10 \cdot P%}$$ Xử lý số liệu thực nghiệm, tính toán sai số phân tích thể tích và so sánh kết quả đo với bảng phân cấp tiêu chuẩn kỹ thuật (như Bảng 4.1 về cấp độ ăn mòn tấm đồng).
  • Kỹ năng thực hành chuyên ngành: Vận hành thiết bị phân tích tự động và bán tự động; lập bài tường trình thực hành; áp dụng quy tắc an toàn khi tiếp xúc hóa chất độc hại và xử lý sự cố tràn đổ trong phòng thí nghiệm.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết và thực hành, lấy người học làm trung tâm theo quy định đào tạo nghề.

                              QUY TRÌNH TỔ CHỨC GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP
ĐỐI VỚI GIẢNG VIÊN                                                                ĐỐI VỚI SINH VIÊN
- Thiết kế giáo án tích hợp theo buổi dạy                                         - Nghiên cứu bài học & tài liệu trước khi lên lớp
- Phân chia ca/nhóm thực hành tại phòng mô hình                                   - Tham dự tối thiểu 70% LT và 100% TH
- Giảng dạy: Nêu vấn đề, thảo luận, hướng dẫn mẫu                                 - Làm việc nhóm (2-3 SV), viết báo cáo/tường trình
- Đánh giá theo bảng kiểm (Check-list) kỹ năng                                    - Tuân thủ nội quy an toàn phòng thí nghiệm

Phương pháp tổ chức giảng dạy

  • Đối với người dạy: Thiết kế giáo án theo bài hoặc buổi dạy; áp dụng phương pháp dạy học tích cực (nêu vấn đề, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận); phân chia học sinh thành các nhóm nhỏ (2 - 3 người) để tổ chức thực hành, hướng dẫn thao tác mẫu và giám sát an toàn.
  • Đối với người học: Thực hiện quy trình tự học kết hợp làm việc nhóm; chuẩn bị nội dung thảo luận được giao trước khi lên lớp; luân phiên đảm nhận các phần việc trong bài thực hành; ghi chép thông số và lập báo cáo kết quả thực nghiệm.

Bài tập, thực nghiệm và tình huống chuyên môn

Các bài thực hành và xử lý tình huống được thiết kế bám sát thực tế:

  • Thực nghiệm cơ bản: Kỹ thuật chiết 3 lần iod ($I_2$) trong môi trường axit $H_2SO_4$ sang pha hữu cơ butyl/ethyl acetat và làm khan bằng $Na_2SO_4$; kỹ thuật lọc kết tủa $BaSO_4$ và rửa ion tạp $Cl^-$ (kiểm tra bằng dung dịch $AgNO_3$).
  • Thực nghiệm chuẩn độ: Pha chế dung dịch $NaOH$ 0,1 N từ chất rắn; chuẩn độ xác định lại nồng độ bằng dung dịch chuẩn $HCl$ với chỉ thị phenolphthalein/da cam; pha chế dung dịch $HCl$ nồng độ nhỏ từ axit đậm đặc.
  • Tình huống an toàn giả định: Xử lý tình huống ngộ độc hơi hóa chất độc hại, xử lý khi kiềm hoặc axit bắn vào da/mắt, biện pháp phòng chống nổ khi sử dụng tủ sấy và lò nung muf.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá kết quả

Quy trình đánh giá áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH và quy chế của Trường Cao đẳng Dầu khí, tính trên thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân):

Thành phần đánh giá Trọng số Hình thức kiểm tra Thời điểm Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên 40% (gồm cả ĐK) Quan sát qua bảng kiểm (check-list), hỏi đáp vấn đáp Sau 05 giờ học A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, B5, B6, C1, C2
Kiểm tra định kỳ Hệ số 2 Tự luận, trắc nghiệm, sản phẩm học tập Sau 15 giờ học A1, B1, B2, B4, C1
Thi kết thúc mô đun 60% Tự luận, trắc nghiệm hoặc chấm sản phẩm thực hành Sau 45 giờ học Toàn bộ chuẩn đầu ra (A, B, C)

Yêu cầu chuyên cần: Người học phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết và 100% thời lượng thực hành. Nếu vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào (> 0%) đều không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cập nhật chương trình đào tạo: Giáo trình biên soạn năm 2022 là phiên bản sửa đổi, chuẩn hóa từ giáo trình nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí, cập nhật danh mục trang thiết bị thực hành đồng bộ với thực tế sản xuất tại các nhà máy lọc dầu, nhà máy chế biến khí.
  • Tích hợp thiết bị phân tích hiện đại: Tài liệu đưa vào quy trình vận hành các dòng máy phân tích chuyên dụng:
    • Máy sắc ký khí (GC) phân tích cấu tử $C_1 - C_4$ với hệ cột nhồi phân cực TCEP và cột mao dẫn không phân cực WCOT.
    • Thiết bị chưng cất tự động ADU xác định đường cong điểm sôi thực.
    • Máy đo độ nhớt động học tự động, thiết bị đo chỉ số màu Saybolt, thiết bị đo điểm chớp cháy cốc kín Tag.
  • Quy chuẩn hóa theo tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế: Các phương pháp phân tích trong giáo trình được xây dựng trực tiếp trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) và Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN):
                        HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC TẾ TRONG GIÁO TRÌNH
TIÊU CHUẨN CHƯNG CẤT & SẮC KÝ   TIÊU CHUẨN CƠ LÝ NHIÊN LIỆU         TIÊU CHUẨN DẦU NHỜN/MỠ   TIÊU CHUẨN ĂN MÒN & TẠP CHẤT
- ASTM D86: Điểm sôi thực       - ASTM D56: Điểm chớp cháy cốc kín  - ASTM D5-97: Độ xuyên   - ASTM D130: Ăn mòn tấm đồng
- ASTM D4815: Sắc ký GC C1-C4   - ASTM D611-07: Điểm Anilin           kim của Bitum          - ASTM D473-02: Tạp chất cơ học
                                - ASTM D189: Hàm lượng cặn Cacbon   - ASTM D566-02: Nhỏ giọt - Đo độ màu Saybolt

Đối tượng sử dụng giáo trình

                                  ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG VÀ YÊU CẦU TIÊN QUYẾT
SINH VIÊN CAO ĐẲNG / TRUNG CẤP        YÊU CẦU TIÊN QUYẾT (PREREQ)   GIẢNG VIÊN CHUYÊN NGÀNH        KỸ THUẬT VIÊN DOANH NGHIỆP
- Ngành: Vận hành TB chế biến dầu khí - Môn học: An toàn VSLĐ       - Sử dụng làm giáo trình dạy   - Tài liệu tra cứu phương pháp
- Học kỳ: Chuyên ngành nghề           - Mô đun: Chế biến khí        - Thiết kế bảng kiểm kỹ năng   - Tham khảo quy trình chuẩn ASTM
  • Sinh viên và học sinh: Học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp chuyên ngành Vận hành Thiết bị Chế biến Dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành Công nghệ Hóa học, Lọc - Hóa dầu.
  • Yêu cầu tiên quyết: Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở bao gồm An toàn vệ sinh lao động (SAEN512001), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111) và mô đun Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118).
  • Giảng viên chuyên môn: Dùng làm tài liệu giảng dạy chính thức, xây dựng ngân hàng đề kiểm tra lý thuyết và bảng kiểm đánh giá kỹ năng thao tác chuẩn độ, vận hành thiết bị phân tích dầu mỏ.
  • Kỹ thuật viên và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu tham khảo hữu ích cho nhân sự phòng thí nghiệm (KCS/QC), kỹ thuật viên phân tích chất lượng tại các kho xăng dầu, trạm phân phối khí và phân xưởng công nghệ chế biến dầu khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Vận hành Thiết bị Chế biến Dầu khí, đồng thời phù hợp làm tài liệu hướng dẫn nghiệp vụ phòng thí nghiệm cho kỹ thuật viên ngành lọc - hóa dầu.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun?

Người học cần nắm vững kiến thức về an toàn phòng thí nghiệm hóa học, các phép tính nồng độ đương lượng/phần trăm trong hóa phân tích đại cương và các nguyên lý công nghệ cơ bản đã học trong mô đun Vận hành các phân xưởng chế biến khí.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu kỹ thuật phòng thí nghiệm đại cương là gì?

Tài liệu tập trung chuyên biệt vào việc phân tích các chỉ tiêu sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu bám sát các tiêu chuẩn công nghiệp ASTM (D86, D4815, D56, D5, D566, D189, D130, D611, D473) với thời lượng thực hành thực tế lên tới 66,7% tổng chương trình.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần đọc trước quy trình thực nghiệm và nguyên tắc vận hành thiết bị trước mỗi buổi học, lập kế hoạch phân công nhóm từ 2 - 3 người, tuân thủ nghiêm ngặt các bước thao tác kỹ thuật và hoàn thành bài tường trình phân tích số liệu ngay sau mỗi buổi thực hành.

5. Những tài liệu bổ trợ nào được sử dụng cùng giáo trình?

Kèm theo giáo trình là hệ thống giáo án bài giảng tích hợp, quy trình thực hành chi tiết tại xưởng/phòng mô hình, bộ bảng kiểm đánh giá kỹ năng nghề và các tiêu chuẩn ASTM/TCVN tương ứng cho từng chỉ tiêu phân tích.

Kết luận

Giáo trình mô đun Kỹ thuật phòng thí nghiệm (PETR62114) là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp nền tảng lý thuyết và kỹ năng thực hành phân tích kiểm nghiệm cho nghề Vận hành Thiết bị Chế biến Dầu khí. Lộ trình đào tạo 45 giờ dẫn dắt người học từ kỹ thuật sử dụng dụng cụ thủy tinh căn bản, phương pháp chuẩn độ thể tích đến việc làm chủ các phương pháp kiểm nghiệm chất lượng dầu khí theo tiêu chuẩn ASTM quốc tế.

Tài liệu tham khảo chính được trích dẫn trong giáo trình gồm có:

  1. Trường Cao Đẳng Dầu khí (2017), Giáo trình Kỹ thuật phòng thí nghiệm, Lưu hành nội bộ.
  2. Kỹ thuật phòng thí nghiệm, tập 1, 2 và 3, Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.
  3. Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu.
  4. TS. Đinh Thị Ngọ, Hóa học dầu mỏ và khí.