Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về dầu nhờn 1. Thành phần dầu nhờn Dầu nhờn là hỗn hợp gồm dầu gốc và phụ gia, hay còn gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được.
Hầu hết các loại dầu nhờn đều được pha chế từ các loại dầu gốc và các chất phụ gia. Dầu gốc là thành phần chủ yếu, có thể chiếm từ 85 đến 100 % khối lượng dầu nhờn thành phẩm và có vai trò chính đối với tính năng của dầu nhờn [4, 5]. Dầu gốc Phần lớn dầu gốc được chế biến từ dầu thô và được gọi là dầu gốc khoáng. Ngoài ra còn có các loại dầu gốc được chế biến từ việc tổng hợp các olefin hydrocacbon được gọi là dầu tổng hợp, và dầu gốc có nguồn gốc từ dầu mỡ động, thực vật.
Dầu gốc được sử dụng chủ yếu để làm chất bôi trơn. Tùy theo nguồn gốc hoặc phương pháp sản xuất mà sẽ có các loại dầu gốc có tính chất khác nhau. Dầu gốc khoáng thương mại trên thị trường được chia thành 3 loại: SN150, SN500, và BS. Phụ gia Phụ gia được thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được.
Chúng làm tăng đặc tính của chất nền, góp phần vào đặc tính của dầu nhờn. Phụ gia là những hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ được thêm vào chất bôi trơn, nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mong muốn. Thông thường, hàm lượng phụ gia đưa vào là 0.01 – 5 %, trong một số trường hợp phụ gia được dùng từ vài phần triệu cho đến vài phần trăm. Ngày nay, để đạt được các tính năng bôi trơn thì dầu nhờn có chứa nhiều phụ gia khác nhau.
Chúng có thể được pha riêng lẻ vào dầu nhờn hoặc phối trộn với nhau để tạo thành một phụ gia đóng gói rồi mới đưa vào dầu nhờn. Các loại phụ gia thường được sử dụng: phụ gia tăng chỉ số độ nhớt, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia ức chế ăn mòn, phụ gia 20 hạ điểm đông đặc. Ngoài ra còn có những loại phụ gia khác như: phụ gia ức chế tạo bọt, phụ gia giảm ma sát, phụ gia ức chế gỉ, phụ gia phân tán, phụ gia tẩy rửa, … 1.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu nhờn Dầu nhờn sau khi xuất xưởng cần được đánh giá đầy đủ về mặt chất lượng và quá trình lưu thông trên thị trường cũng như cần được kiểm soát chặt chẽ, thông qua việc thử nghiệm, đánh giá về chất lượng [4]. Các chỉ tiêu cơ bản được sử dụng để đánh giá chất lượng dầu nhờn bao gồm: ❖ Độ nhớt Độ nhớt là một chỉ tiêu đặc biệt quan trọng.
Khi xác định độ nhớt ở 40 oC và 100 oC có thể đánh giá được dầu tốt hay xấu, có còn sử dụng được hay không và có bị lẫn nhiên liệu hay không. Độ nhớt của dầu động cơ đặc biệt quan trọng ở nhiều khía cạnh. Nó ảnh hưởng đến độ kín, sự tổn hao công ma sát, khả năng chống mài mòn, khả năng tạo cặn. Độ nhớt quá cao sẽ gây ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp, làm giảm tốc độ trục cơ và do đó tăng lượng nhiên liệu tiêu hao, kể cả sau khi động cơ đã khởi động.
Độ nhớt quá thấp sẽ làm tăng mài mòn và tăng lượng tiêu hao dầu [5]. Chính vì vậy độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của dầu nhờn nói chung và của dầu nhờn động cơ nói riêng. Độ nhớt còn dùng để phân loại các dầu bôi trơn nói chung và dầu nhờn động cơ nói riêng. ❖ Chỉ số độ nhớt Chỉ số độ nhớt (CSĐN) là một chỉ số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ.
Đối với dầu bôi trơn thì khi nhiệt độ càng tăng độ nhớt của dầu càng giảm. Mức độ giảm độ nhớt của dầu nhờn khi nhiệt độ tăng phụ thuộc vào thành phần của dầu. Loại dầu có CSĐN thấp thì độ nhớt của dầu thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ (các loại dầu naphthene). Ngược lại các loại dầu có CSĐN cao thì độ nhớt của dầu này thay đổi ít theo nhiệt độ (các loại dầu paraffin).
Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng đối với dầu bôi trơn. Đối với dầu bốn mùa thì chỉ số độ nhớt rất cần thiết, vì dầu có CSĐN cao hơn sẽ ít gây ra sự cản nhớt khi khởi động máy ở nhiệt độ thấp, do đó chiều dày màng dầu dày hơn làm cho khả năng làm kín và chống ăn mòn tốt hơn, tiêu hao dầu ít, … trong phạm vi nhiệt độ hoạt động rất rộng. Tuy nhiên đối với điều kiện Việt Nam chỉ cần dùng dầu một mùa - 21 tức là dầu cho động cơ không phải khởi động lạnh thì chỉ số này thường yêu cầu từ 90 trở lên. ❖ Điểm chớp cháy và bắt lửa Điểm chớp cháy của dầu là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyền, mẫu được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa trong những điều kiện đặc biệt của phương pháp thử.
Mẫu sẽ bốc cháy khi có ngọn lửa và lan truyền tức thì trên khắp bề mặt của mẫu. Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó mẫu tiếp tục cháy được trong 5 s được gọi là điểm bắt lửa. Điểm chớp cháy được coi là đại lượng biểu thị cho tính an toàn cháy nổ trong quá trình sử dụng và bảo quản dầu bôi trơn. ❖ Độ ổn định ôxy hóa Độ ổn định oxy hóa biểu hiện khả năng 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. Độ ổn định oxy hóa phụ thuộc vào thành phần của dầu nhờn. Dầu nhờn bị oxy hóa khi tiếp xúc với oxi ở nhiệt độ cao. Quá trình oxy hóa gia tăng do quá trình tiếp xúc giữa oxy và kim loại ở nhiệt độ cao.
Do đó có thể giảm quá trình oxy hóa bằng cách giảm sự tiếp xúc với oxy, giảm nhiệt độ tại các điểm tiếp xúc hoặc loại bỏ các mảnh vụn do mài mòn. ❖ Điểm rót chảy ĐRC của dầu nhờn là nhiệt độ thấp nhất mà dầu nhờn có thể chảy được. Tùy thuộc vào những nơi khác nhau trên thế giới, ví dụ tại bán cầu bắc yêu cầu có thể khắt khe hơn do nhiệt độ thấp vào mùa đông. Các phân tử chất nền có thể di chuyển tự do trong dầu nhờn lỏng nhưng việc này sẽ giảm khi dầu nhờn được làm lạnh.
Do đó, độ nhớt và tỷ trọng sẽ tăng khi nhiệt độ được giảm xuống. Ở nhiệt độ đủ thấp, một mạng tinh thể được hình thành và dầu nhờn bị đóng rắn. Điểm đông có thể được xác định bởi rót dầu nhờn vào trong một beaker sau đó làm lạnh chúng. Nghiêng beaker mỗi khi nhiệt độ giảm 3 oC.
Điểm rót chảy được xác định tại nhiệt độ dầu nhờn không chảy khi ta nghiêng beaker. 22 ❖ Trị số acid và kiềm Trị số acid chính là trị số trung hòa và được dùng để xác định độ acid và độ kiềm của dầu bôi trơn, được biểu thị bằng lượng kiềm và acid chuẩn cần thiết để trung hòa 1 g dầu nhờn. Trị số trung hòa là tên gọi chung cho trị số acid tổng (TAN) và trị số kiềm tổng (TBN). Trị số acid là số mg KOH cần thiết để trung hòa lượng acid có trong 1 g dầu mẫu được xác định theo phương pháp ASTM-D664.
Trị số kiềm là lượng acid đã được tính chuyển ra số mg KOH tương ứng, cần thiết để trung hòa lượng kiềm có trong 1 g mẫu, được xác định theo ASTM-D2896. Hiện nay nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao chất lượng dầu nhờn, tùy thuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu sẵn có tính kiềm hay acid. Nhiều phụ gia hiện đang được sử dụng cho dầu động cơ, đặc biệt phụ gia tẩy rửa có chứa các hợp chất kiềm, nhằm trung hòa sản phẩm acid của quá trình cháy, lượng tiêu hao thành phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu.2 Tổng quan về mỡ cá Nguồn mỡ cá da trơn có tiềm năng được sử dụng để sản xuất dầu nhờn sinh học hiện nay ở Việt Nam là mỡ cá tra và cá basa. Về mặt phân loại, cá tra và cá basa thuộc bộ cá nheo (Siluriformes), họ cá tra (Pangasidae), loài Pangasius.
Cá basa được nuôi truyền thống trong bè trên sông Mekong ở Việt Nam, Lào, Thái Lan và Campuchia. Cá tra trước đây nuôi nhiều trong ao, hầm ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). Cá tra có cơ quan hô hấp phụ, có thể hô hấp bằng bóng khí và da nên chịu được môi trường thiếu oxy hòa tan. Cá basa có lượng mỡ rất lớn, không có cơ quan hô hấp phụ, chịu đựng kém ở môi trường nước có hàm lượng oxy hòa tan thấp.
Khi chế biến cá tra, khối lượng thịt phi lê chỉ chiếm khoảng 30 – 40 % tổng khối lượng cá, phần còn lại là phế phẩm thường được dùng để ép dầu và sản xuất bột cá. Thành phần mỡ chiếm từ 9.4 % khối lượng cá tra, do đó mỗi năm ở Việt Nam có thể sản xuất trên một trăm ngàn tấn mỡ cá. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để dùng sản xuất dầu gốc sinh học. Các sản phẩm đó thường được dùng làm thức chăn trong chăn nuôi và xuất khẩu, do 23 đó, giá trị kinh tế của nó thấp.
Tuy nhiên, đây là nguồn nguyên liệu có thể sản xuất ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Từ da cá tra có thể sản xuất thành các mặt hàng giá trị gia tăng như collagen, gelatin. Còn mỡ cá có thể sản xuất biodiesel, dầu ăn, dầu mỡ bôi trơn, … Trong đó, hướng sản xuất dầu gốc sinh học từ mỡ cá mới được nghiên cứu từ những năm gần đây. Đây là một hướng mới có thể đem lại giá trị gia tăng cao từ cá tra.3 Tổng quan về các phương pháp sản xuất dầu gốc sinh học Dầu nhờn sinh học là dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật.
Dầu nhờn sinh học có thể được sản xuất trực tiếp từ các loại dầu thực vật, mỡ động hoặc qua các giai đoạn phản ứng hóa học để biến đổi thành phần và cấu trúc hóa học, chuyển hóa dầu thực vật thành những hợp chất khác nhằm cải thiện tính chất đáp ứng những yêu cầu chức năng của dầu nhờn. Các phương pháp sản xuất dầu gốc sinh học từ dầu/mỡ được tóm tắt như sau.