LỜI MỞ ĐẦU Việc nâng cao hiệu quả sử dụng dầu nhờn và dâù bôi trơn luôn là mối quan tâm lớn của các nhà chuyên môn trong nhiều lĩnh vực có liên quan. Để có được hiệu quả cao nhất trong sử dụng các trang thiết bị kỹ thuật, các máy móc, công cụ đòi hỏi phải có các loại dầu nhờn và dầu bôi trơn có chất lượng tốt, người sử dụng phải có phương pháp bôi trơn đúng và đảm bảo các yều kỹ thuật . Sử dụng đúng các loại dầu bôi trơn là tiền đề quan trọng cho việc nâng cao tuổi thọ của các máy móc, thiết bị, giúp chúng ta phát huy được công suất hoạt động và các chi phí sản xuất khác . Để nâng cao hiệu quả sử dụng dầu nhờn và dầu bôi trơn, bên cạnh các giải pháp mang tính liên nghành thì việc kiểm tra đánh giá chất lượng của các loại dầu sử dụng là một vấn đề có ý nghĩa to lớn . Việc đánh giá đúng đắn và nhanh chóng chất lượng của các loại dầu, cũng như chiều hướng biến đổi chất lượng của dầu trong quá trình sử dụng là một vấn đề cấp thiết. Đó là cơ sở cho việc áp dụng, cải tiến, các giải pháp phù hợp trong công nghệ sản xuất, bảo quản, tồn chứa, sử dụng dầu nhờn và dầu bôi trơn . Đối với tất cả các loại dầu đang sử dụng hiện nay, quá trình ôxy hoá các thành phần của dầu luôn là nguyên nhân quan trọng gây biến chất và rút ngắn tuổi thọ làm việc của dầu trong sử dụng. Do vậy, việc tìm ra các chất chống ôxy hoá cho dầu nhờn nói chung và dầu bôi trơn nói riêng là rất cần thiết. Mục đích đặt ra trong khuôn khổ luận văn này là: “Nghiên cứu tổng hợp một số hợp chống ôxy hoá cho dầu nhờn và dầu bôi trơn động cơ, thuộc họ amin” và nhằm làm sáng tỏ sự ảnh của một số nhóm thế đến tính kháng ôxy hoá của amin đối với dầu nhờn nói chung và cũng như đối với dầu bôi trơn động cơ nói riêng… Phần 1 :Tổng quan Chương1:Dầu nhờn và dầu bôi trơn động cơ I.Nguồn gốc và thành phần của dầu : Dầu gốc là thành phần chính đảm nhận chức năng bôi trơn. Chúng có nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là các dầu gốc khoáng nhận được từ quá trình chế biến dầu mỏ. Trong một lĩnh vực sử dụng hẹp người ta còn dùng nhiều loại dầu gốc động thực vật. Loại này phổ biến dùng nhất ở Mỹ và châu Âu. Trong dầu nhờn khoảng 80% là dầu gốc, 20% là phụ gia . 1. Dầu gốc khoáng Dầu khoáng được sản xuất từ dầu mỏ, với số nguyên tử các bon từ 20 đến 80 bao gồm : _ Alkan mạch thẳng và alkan mạch nhánh . _ Xyclo alkan đơn vòng và đa vòng có nhánh prafin . _ Các hợp chất thơm đơn vòng và đa vòng chứa nhánh akyl . _ Các hợp chất chứa vòng Naphten, vòng thơm và mạch nhánh alkyl trong một phân tử. _ Các chất hữu cơ chứa dị nguyên tố S, N, O. Một số cấu trúc điển hình của dầu khoáng như sau: (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 CH CH(CH 3 ) 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 iso - parafin CH 2 CH 3 (H 3 C) 2 HC CH 2 CH(CH 3 ) 2 Xycloalkan CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 (H 3 C) 2 HC CH 2 CH 3 Hydrocacbon th¬m CH 2 CH 3 H 3 C CH(CH 3 ) 2 H 3 C CH 2 CH(CH 3 ) 2 Hydrocacbon th¬m bÐo hçn hîp Dầu chứa nhiều alkan mạch nhánh đạt chỉ số độ nhớt cao nhất, kế đến là alkan mạch thẳng và thấp nhất là các hợp chất thơm. Dầu gốc khoáng thường được phân loại và gọi tên dựa vào độ nhớt và chỉ số độ nhớt. a. Theo độ nhớt: Có hai nhóm bao gồm: nhóm dầu chưng cất có độ nhớt từ 11 ÷ 150 cSt ở 40 0 C và nhóm dầu cặn có độ nhớt ở vào khoảng 140 ÷ 1200cSt ở 40 0 C. Trong giao dịch buôn bán quốc tế, người ta thường dùng cách phân loại của Mỹ. Theo cách phân loại này: dầu chưng (ký hiệu là N) được phân loại theo độ nhớt Saybolt Claiversal Seconds (SUS) ở 100 0 F. Tương tự dầu cặn (ký hiệu là BS) được phân loại theo SUS ở 210 0 F. Theo đó, dầu gốc là 150N là phân đoạn dầu chưng cất có độ nhớt là 150 SUS ở 100 0 F (29 cSt ở 40 0 C) và 150 BS là phân đoạn dầu cặn có độ nhớt 150 SUS ở 210 0 F (30,6 cSt ở 100 0 C). Tiêu chuẩn ASTM D-2161 cung cấp bảng chuyển đổi độ nhớt từ cSt sang SUS ở bất cứ nhiệt độ nào. b. Theo chỉ số độ nhớt ( Viscosity Index - VI) người ta phân biệt các loại dầu gốc có: _ Chỉ số độ nhớt cao( HVI ): VI > 85. _ Chỉ số độ nhớt trung bình ( MVI ): VI = 30 ÷ 85. _ Chỉ số độ nhớt thấp ( LVI ): VI < 30. Ngoài ra các loại dầu có VI > 140 được liệt vào loại có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI). Kiểu phân loại dầu gốc theo chỉ số độ nhớt còn bao hàm cả ý tưởng nêu ra thành phần và phương thức sản xuất dầu gốc. Các loại dầu (LVI) được sản xuất từ các phân đoạn Naphten, các loại dầu (MVI) từ các phân đoạn parafin (MVIP), từ các phân đoạn Naphten (MVIN). Các loại (HVI ) và (VHVI) được sản xuất từ các parafin và qua các công đoạn làm sạch dùng dung môi và tách sáp. Dầu gốc khoáng do được tách chiết từ dầu thô cho nên thành phần hoá học rất đa dạng, không có phương pháp nào tách được những thành phần có tính chất bôi trơn tốt nhất ra khỏi hỗn hợp. Vì vậy dầu gốc khoáng chỉ có các thành phần trung bình đại diện cho các thành phần chính trong dầu và chúng không cung cấp đủ các tính năng bôi trơn thích hợp cho tất cả các loại động cơ, máy móc, thiết bị. 2. Dầu gốc tổng hợp. Được điều chế từ các hợp chất phân tử thấp cho nên dầu tổng hợp có thể cung cấp các loại dầu bôi trơn theo ý muốn. Dầu tổng hợp có thể có các tính chất của các thành phần tốt nhất trong dầu khoáng, ngoài ra chúng có các tính chất riêng như không cháy, trộn lẫn với nước mà dầu khoáng không thể có. Ưu điểm cơ bản của dầu tổng hợp so với dầu khoáng là tính chất nhiệt nhớt tốt, độ bền nhiệt và oxy hoá cực cao, và độ bay hơi thấp cho nên thường được sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và dải nhiệt độ rộng như dầu máy nén khí, dầu động cơ tốc độ cao, tua bin khí, dầu bánh răng công nghiệp. Dầu gốc tổng hợp bao gồm các hydrocacbon tổng hợp: Este hữu cơ, polyglycol mà tiêu biểu là poly alpha olefin (PAO), poly ankylen glycol (PAG), este polyol, dieste (DE), este phophat, vv…. Cấu trúc của các dầu tổng hợp điển hình: (H 2 C CH CH 2 ) n CH 3 poly alpha olefin C 8 H 17 O C C 8 H 16 O C O C 8 H 17 Dieste H 2 C C CH 2 OOCR CH 2 OOCR CH 2 OOCR R Este polyol H 2 C CH)n CH 3 (O Poly alkylen glycol (C CH 2 ) n CH 3 CH 3 Polybuten C 3 H 73 OPO Phophat este (CH R) 2 R , Alkyl benzen (CF CF 2 )n Cl Clo triflo etylen (Si O)n CH 3 CH 3 Silicon (CF CF 2 CF 3 O)n Per flo alkyl polyeste (O )n Poly phenyl este 3. Dầu gốc thực vật: Dầu gốc từ dầu thực vật đang được quan tâm và sử dụng ngày càng nhiều. Hai loại đang được nghiên cứu nhiều nhất ở Tây Âu và Mỹ là dầu hướng dương, dầu axit oleic và dầu hạt cải dầu axit eruxic. Tuy vậy chỉ một số ít dầu thực vật có thể được sử dụng do các yếu tố kỹ thuật và kinh tế. II. Công nghệ sản xuất dầu gốc: Phần lớn dầu gốc sản xuất từ dầu thô, việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc được thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn. Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường bao gồm các công đoạn như sau: Phần chiết Sáp D u c t nhầ ấ ẹ Tách asphan b ng propanằ Mazut D u c t nhầ ấ ẹ C n gudronặ Chi t b ng dung ế ằ môi D u c tầ ấ trung D u c t ầ ấ n ngặ L m s ch b ng hydroà ạ ằ D u c t ầ ấ n ngặ D u c t ầ ấ trung Ch ng c t chân khôngư ấ D u c nầ ặ Tách sáp D u g cầ ố D u g cầ ố Tuỳ theo yêu cầu đặt ra về mặt cấu trúc của các hydrocacbon (theo xu hướng có lợi), người ta có thể sử dụng các giải pháp công nghệ khác nhau như: reforming, cracking, alkyl hoá, đồng phân hoá, polyme hoá, hydro hoá,vv…. Công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các công đoạn chính: + Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut. + Chiết tách, trích ly bằng dung môi. + Tách hydrocacbon rắn ( sáp hay petrolactum ). + Làm sạch lần cuối bằng hydro. Qua qúa trình tách asphan bằng propan thường dùng để sản xuất dầu nhờn từ nguyên liệu cặn gudron có độ nhớt cao cũng chính là quá trình tách, triết, trích ly bằng dung môi. Để có được dầu nhờn ta hãy đi vào từng công đoạn sản xuất dầu nhờn cụ thể: 1. Chưng cất chân không: Từ sơ đồ chung, ta thấy công đoạn trong sản xuất dầu nhờn gốc là chưng cất chân không để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dựa vào khoảng nhiệt độ sôi hay độ nhớt. Nguyên liệu của quá trình này là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển AD (gọi là mazut). Do đó mục đích của công đoạn này là điều chỉnh độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn dầu gốc. Phần cặn từ quá trình chưng cất khí quyển (còn gọi là cặn rộng) được đưa thẳng đến tháp chân không, tại đây phần cặn này được tách thành các phân đoạn dầu bôi trơn khác nhau, và phần cặn chân không ( phần cặn hẹp ). Chưng cất chân không tạo ra các sản phẩm dầu bôi trơn có độ nhớt khác nhau. Phần nhẹ nhớt thu được ở phía trên của tháp phân đoạn và dầu nặng thu được từ đáy tháp. Tất cả dầu bôi trơn chưng cất phản ánh thành phần hoá học tổng quát của các loại dầu mỏ đem sử dụng. Kết quả cho thấy không phải tất cả các loại dầu mỏ đều có thể thu được dầu gốc chất lượng cao từ bất cứ loại dầu mỏ nào, song giá thành sản phẩm cuối cùng cao. Dầu thô tốt nhất cho việc sản xuất dầu gốc là dầu có nh t t ngĐộ ớ ă hàm lượng naphten cao. Trong vài thập kỉ gần đây, công nghệ chưng cất chân không đã được phát triển một cách đáng kể. Mục tiêu chủ yếu là tận dụng tối đa các phần cất có giá trị và giảm mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị. Đối với dầu bôi trơn chưng cất từ cùng một loại dầu mỏ, độ nhớt là hàm số của khoảng nhiệt độ sôi và cũng là của phân tử lượng. Độ nhớt là tham số quyết định, bởi vì trong trường hợp chưng cất chân không việc điều chỉnh nhiệt độ sôi tương đối khó. Điểm chớp cháy của một phân đoạn chủ yếu phụ thuộc vào các cấu tử có nhiệt độ cho dù hàm lượng có nhỏ chăng nữa. Nó còn phụ thuộc vào hiệu quả phân tích của tháp chưng cất và có thể cải thiện bằng cách chưng cất lôi cuốn theo hơi nước trong các thiết bị phụ trợ: Sơ đồ chưng cất chân không để sản xuất các công đoạn dầu nhờn. Cột cất chân không Dầu gasoil Dầu cọc sợi nhẹ Nguyên liệu Dầu cọc sợi nặng ( Cặn rộng ) Phân đoạn dầu nhờn nhẹ Phân đoạn dầu nhờn nặng Lò nung nguyên liệu Cặn hẹp (Bitum) Tháp phân o nđ ạ 2. Quá trình chiết bằng dung môi. Công đoạn chiết bằng dung môi là tách các cấu tử không mong muốn, trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất chân không chưa loại bỏ được hết. Mục đích của công đoạn này nhằm cải thiện độ chống lão hoá và đặc tính nhớt nhiệt của dầu bôi trơn. Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi dựa vào tính chất hoà tan chọn lọc của dung môi được sử dụng. Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc vào tính chọn lọc của nó tức là dựa vào khả năng phân tách hai nhóm cấu tử: _ Nhóm cấu tử hoà tan tốt vào trong dung môi tạo thành pha riêng gọi là pha chiêt. _ Còn nhóm cấu tử không tan hay hoà tan ít vào dung môi gọi là raphinat. Dung môi phải rẻ, sẵn có và bền về hoá học, không gây phản ứng với các cấu tử nguyên liệu, không gây ăn mòn trong khi sử dụng. Có ba dung môi được sử dụng để chiết tách phần hyđrocacbon ra khỏi nguyên liệu dầu nhờn đó là: _ Phenol, n – metyl-2-pyrolydon, furfuol. Sơ đồ chưng cất của quá trình tách chiết bằng dung môi: Dung môi tuần hoàn Rafinat và dung môi Nguyên liệu Phân đoạn chưng cất Tháp chi tế C t c t dung ộ ấ môi trong rafinat C t c t dung môi ộ ấ trong ph n chi tà ế [...]... dầu bôi trơn là một hợp phần của công nghệ chất bôi trơn hiện đại, đặc biệt là đối với dầu động cơ, pha chế dầu động cơ là một công việc khó khăn, phức tạp,tốn kém, vv… Phần 2: Quá trình oxy hoá và ức chế oxy hoá I Quá trình oxy hoá dầu nhờn và dầu bôi trơn Độ bền oxy hoá là yếu tố chính quyết định đến quá trình lão hoá dầu nhanh hay chậm trong quá trình sử dụng Hầu hết các hợp phần của dầu nhờn và dầu. .. loại dầu naphten, loại dầu có chỉ số độ nhớt rất cao như các loại dầu parafin Đa số các loại dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao vì nó ít thay đổi theo nhiệt độ Trị số axit và kiềm: Trị số axit và kiềm chính là trị số trung hoà được dùng để xác định độ axit và độ kiềm của dầu bôi trơn, được biểu thị bằng lượng kiềm và axit chuẩn cần thiết để trung hoà 1 gam dầu nhờn Trị số trung hoà là tên gọi chung cho. .. tạo thành màng bôi trơn ở hai điều kiện bôi trơn thuỷ động và bôi trơn thuỷ động đàn hồi Dầu bôi trơn phải có độ nhớt thích hợp với điều kiện vận hành máy móc, nó quyết định lượng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệm dầu và hoạt động của động cơ Nếu độ nhớt lớn sẽ làm giảm sự mài mòn, nhưng sẽ làm giảm tốc độ của trục nên làm tiêu hao nhiên liệu một cách vô ích Ngược lại, nếu dầu nhờn có độ nhớt... tính chỉ số độ nhớt của dầu bôi trơn và các sản phẩm tương tự từ giá trị độ nhớt động học của chúng ở 40 0C và 1000C Chỉ số độ nhớt của dầu bôi trơn là giá trị bằng số đánh giá sự thay đổi đánh giá sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dựa trên cơ sở so sánh không thay đổi tương đối về độ nhớt của hai loại dầu chọn lọc chuyên dùng Hai loại dầu này khác nhau rất lớn về chỉ số độ nhớt Loại dầu có chỉ số độ... phần của dầu nhờn và dầu bôi trơn đều bị tác động nhanh hay chậm bởi oxy Khả năng bền oxy hoá của các hợp chất hữu cơ tăng theo trật tự sau: Hydrocacbon không no < Hợp chất dị nguyên tố < Hợp chất hydrocacbon thơm < Naphten < Parafin Dầu gốc tổng hợp bền oxy hoá hơn dầu gốc khoáng và dầu gốc thực vật Quá trình oxy hoá chịu tác động của một loạt các yếu tố khác nhau: thành phần dầu gốc, phụ gia, nhiệt... nhanh và phải hỏi phải có thêm các biện pháp tăng cường khác để kéo dài tuổi thọ làm việc của dầu nhờn Một trong những biện pháp phổ biến nhất hiện là sử dụng các phụ gia ức chế oxy hoá cho thêm vào thành phần của dầu nhờn Cơ chế tác dụng của các chất kháng oxy hoá : Tuỳ thuộc loại chất ức chế oxy hoá sử dụng cho dầu nhờn và điều kiện làm việc của dầu, cơ chế tác dụng của các chất ức chế oxy hoá sẽ... lượng dầu nhờn chủ yếu đều được xác định theo phương pháp ASTM Tiêu chuẩn ASTM trở thành tiêu chuẩn được áp dụng rộng rãi nhất trên thế giới và đáng tin cậy cho việc xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu nhờn Nó giúp cho việc xác định một loại dầu nào đó có đạt cấp chất lượng tiêu chuẩn đã đề ra hay không Chương3: Các loại phụ gia cho dầu nhờn: Dầu nhờn bôi trơn là sản phẩm được chế biến từ dầu gốc và. .. oxy hoá, sự đứt chuỗi trong quá trình ôxy hoá xảy ra do tác động qua lại của các gốc tự do R R + R ROO R-R + ROO + ROO Trường hợp tạo gốc RO : ROOR (15) (16) ROH + R1OR2 +O2 (17) ROO + ROO 2RO +O2 (18) Trong trường này người ta coi là sự phát triển chuỗi bậc 2 bởi nó cũng tạo ra 2 gốc hoạt động mới (RO ) II Qúa trình ức chế ôxy hoá cho dầu nhờn và dầu bôi trơn : Qúa trình oxy hoá dầu nhờn. .. trị số axít Do vậy, việc xác định trị số trung hoà có thể ít có ý nghĩa đối với một số dầu chứa phụ gia Nhiều phụ gia hiện nay, đang được sử dụng cho dầu động cơ, đặc biệt là phụ gia tẩy rửa có chứa hợp chất kiềm nhằm trung hoà sản phẩm axít của quá trình cháy, lượng tiêu hao thành phần kiềm này là chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu Độ bền oxy hoá: Đây là một chỉ tiêu đặc trưng và quan trọng của dầu nhờn, ... khoa học kỹ thuật phát triển nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao chất lượng của dầu nhờn, tuỳ thuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu có tính kiềm hay axít Trong một số trường hợp các loại phụ gia có thể chứa axít yếu và kiềm yếu khi hoà tan vào trong dầu, chúng không tác dụng với nhau, nhưng lại tác dụng với cả hai loại axít mạnh và kiềm mạnh, được dùng chuẩn độ cho cả hai trị số axít và trị số . chung và dầu bôi trơn nói riêng là rất cần thiết. Mục đích đặt ra trong khuôn khổ luận văn này là: Nghiên cứu tổng hợp một số hợp chống ôxy hoá cho dầu nhờn và dầu bôi trơn động cơ, thuộc họ amin . nhớt: Là một tính chất quan trọng của dầu nhờn và là yếu tố trong việc tạo thành màng bôi trơn ở hai điều kiện bôi trơn thuỷ động và bôi trơn thuỷ động đàn hồi. Dầu bôi trơn phải có độ nhớt thích hợp. chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu. Độ bền oxy hoá: Đây là một chỉ tiêu đặc trưng và quan trọng của dầu nhờn, sự oxy hoá của dầu nhờn phụ thuộc vào nhiệt độ, lượng oxy hoá chứa trong dầu và khả