BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG…………………. Đồ án

Nghiên cứu các phương pháp
tách cặn dầu ra khỏi dung dịch
chất tẩy rửa từ bồn bể chứa

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 1 HD1001
LỜI CẢM ƠN

Tham gia nghiên cứu khoa học là ước mơ của mọi sinh viên, nhất là sinh viên
ngành hoá vì đây là con đường ngắn nhất để tiếp cận với thực tiễn.


Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 2 HD1001

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 4
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5
I.Tổng quan về chất tẩy rửa. 5
I.1. Thành phần chất tẩy rửa. 5
I.1.1. Thành phần của các chất tẩy rửa thông thường. 5
I.2. Thành phần chất tẩy rửa cặn xăng dầu. 17
I.2.1. Tinh dầu thông. 17
I.2.2. Axit dicacboxylic. 19
I.2.3. Chất hoạt động bề mặt. 22
II. Tổng quan về cặn dầu. 24
II.1. Tác hại của cặn dầu. 24
II.2. Nguồn gốc phát sinh cặn dầu 25
II.3. Thành phần của cặn dầu 29
III. Tổng quan về chất điện ly. 32
III.1. Mối quan hệ giữa độ tẩy rửa và điện thế Zeta 32
III.2. Ảnh hưởng của chất điện ly đến điện thế zeta. 32
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 34
I. Tách cặn dầu từ dung dịch chất tẩy rửa. 34
I.1. Nguyên tắc. 34
I.2. Hoá chất và dụng cụ. 34
I.2.1. Hoá chất 34
I.2.2. Thiết bị và dụng cụ 35
I.3. Cách tiến hành. 35
I.3.1 Khảo sát hiệu suất tách theo nhiệt độ. 35

I. Thành phần của cặn dầu. 43
I.1. Kết luận về thành phần cặn dầu. 43
I.2. Ảnh hưởng của cặn dầu đến bản chất nhiên liệu. 43
II. Vai trò, ý nghĩa của việc thu hồi cặn dầu. 44
III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách dầu. 44
III.1. Biện luận về sự cần thiết của việc sử dụng chất tẩy rửa. 44
III.2. Khảo sát các phương pháp thu hồi cặn dầu. 45
III.2.1. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp để lắng. 45
III.2.2. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sục khí. 47
III.2.3. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sử dụng chất điện ly, không sục khí.
48
III.2.4. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sử dụng chất điện ly, có sục khí. 50
III.2.5. Kết luận về các phương pháp thu hồi cặn dầu. 52
KẾT LUẬN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Đồ án tốt nghiệp


đưa ra nghiên cứu đó là sử dụng chất tẩy rửa. Phương pháp này có ưu điểm là
không gây độc hại, đơn giản, ít tốn kém và góp phần bảo vệ môi trường.
Một vấn đề đặt ra là xử lý hỗn hợp sau quá trình tẩy rửa cặn dầu từ bồn, bể
chứa để thu hồi tối đa lượng cặn dầu. Lượng cặn này sẽ được đem ô xi hoá để
tạo bitum, cracking để tạo nhiên liệu. Phần nước thải sau đó chứa càng ít cặn
dầu thì càng dễ dàng xử lý.
Như vậy, nghiên cứu các phương pháp tối ưu để thu hồi cặn dầu từ hỗn hợp
sau quá trình tẩy rửa bồn bể chứa không chỉ mang ý nghĩa kinh tế mà còn góp
phần bảo vệ môi trường, giúp cho ngành công nghiệp của Việt Nam phát triển
theo hướng xanh - sạch.
Và đó cũng là vấn đề chúng tôi nghiên cứu trong bản đồ án này.

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 5 HD1001 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I. Tổng quan về chất tẩy rửa. [8]
I.1. Thành phần chất tẩy rửa.
I.1.1. Thành phần của các chất tẩy rửa thông thường.
Thành phần chính của chất tẩy dùng trong sinh hoạt và trong công nghiệp bao
gồm các nhóm chính như sau:
 Chất hoạt động bề mặt.
 Chất phụ gia.
 Chất xây dựng.
Mỗi thành phần trong chất tẩy rửa đều có những chức năng riêng trong quá
trình tẩy rửa, tuy nhiên chúng vẫn có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau. Ngoài các
thành phần chính trên, tuỳ thuộc vào quá trình sử dụng mà ta có thể cho thêm

môi là nước thì được gọi là đầu ưa nước).
 Phần không cực: đó là các gốc hydrocacbon. Các gốc này liên kết tốt
với các dung môi không cực, nên được gọi là đuôi không cực, hoặc
đuôi ưa dầu.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 6 HD1001

Một chất hoạt động bề mặt gồm hai nhóm ưa nước và ưa dầu kết hợp với nhau
trong phân tử, nên được gọi là chất HĐBM lưỡng chức.
Người ta thường ký hiệu các chất HĐBM theo kiểu như sau:

Ngoài ra người ta có thể đánh dấu thêm bằng các ký hiệu:

ở bề mặt của một chất
lỏng phân cực, các chất HĐBM
lưỡng chức định hướng vuông

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 7 HD1001

tính hoà tan cao, có đặc tính tạo bọt mong muốn, mùi thích hợp, bảo quản được
lâu, không độc hại đối với người sử dụng, không làm ảnh hưởng đến môi
trường, nguồn nguyên liệu dễ kiếm, tính kinh tế.
Hiện nay, nhiều nhà chế tạo sử dụng những chất HĐBM có lợi hơn đối với
môi trường, nghĩa là những chất có tính phân huỷ sinh học nhiều hơn như:
những rượu béo có sunfat gốc dầu thực vật (PAS), những alkyl poly glycozit
(APG), các alkyl glucosamit …
 Một số chất HĐBM chính dùng trong các sản phẩm tẩy rửa.
 Các chất HĐBM anion.
Các chất HĐBM mặt hiện đại chứa một lượng chất HĐBM anion lớn hơn
chất HĐBM không ion. Dưới đây là các chất HĐBM anion được sử dụng rộng
rãi trong thành phần các chất tẩy rửa.
 Alkyl benzensunfonat mạch nhánh (ABS).
Cấu trúc hoá học:

CH
2
CC
CH
3
H
3
C
CH
3

Na

CH
3
– (CH
2
)
n
– CH – (CH
2
)
n
– CH
3 LAS có đặc tính tạo bọt tốt, thích hợp cho thành phần của chất tẩy rửa, ngoài
ra tính tạo bọt của LAS còn dễ dàng được điều chỉnh và điều này rất có giá trị
đối với thị trường chất tẩy rửa ở một số nơi. Do tính hoà tan tốt, LAS cũng được
sử dụng trong thành phần chất tẩy rửa dạng lỏng, tuy nhiên LAS là chất rất nhạy
cảm với nước cứng. Tính tẩy rửa của LAS sẽ giảm khi độ cứng của nước tăng
lên.
 Parafin sunfonat (SAS).
Cấu trúc hóa học:
R
1
CH R
2
SO
3

2
– O – SO
3
– Na trong đó R = C
11
C
12

R – OH + SO
3
R – O – SO
3
H
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 9 HD1001

Công thức hoá học của chúng là:
Các sản phẩm APG được dùng trong các công thức bột, nhưng thường là
trong các sản phẩm lỏng, nước rửa chén hoặc gel tắm vòi. Chúng rất dễ chịu với
da, hơn nữa chúng dễ phân huỷ sinh học. Sự tổng hợp chúng được thực hiện từ
các sản phẩm hoàn toàn có thể tái sinh (rượu thiên nhiên và glucoza).
 Các chất HĐBM không ion.

H
R

n

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 10 HD1001

Các chất lưỡng tính là những chất cation ở pH thấp và là những anion ở pH
cao. Ở pH trung gian chúng vừa tích điện âm vừa tích điện dương.
Hợp chất của alkyl betaine hoặc alkylsunfo betaine là hợp chất có cả hai nhóm
cation và anion trong cùng một phân tử. Mặc dù có tính tẩy rửa rất tốt nhưng
chúng chỉ được áp dụng cho một số trường hợp tẩy rửa đặc biệt vì giá thành cao.

CH
3
O CH
3

R N
+
CH
2
C R N
+
CH
2
CH

tương đương với năng lượng tự do này phải được cung cấp nếu ta muốn tăng
phạm vi bề mặt. Năng lượng tự do tính trên một đơn vị diện tích tự do bề mặt
được gọi là sức căng bề mặt.
 Sức căng giao diện:
Trong trường hợp hai chất lỏng không thể tan lẫn, hay giữa một chất rắn
và một chất lỏng. Ranh giới tách biệt giữa hai chất này được gọi là giao diện, có
các điểm chung với bề mặt phân chia giữa một chất lỏng và một chất khí. Cứ
Alkyl betaine
alkyl sunfo betaine
R = C
12
C
18

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 11 HD1001

một đơn vị diện tích kèm theo một năng lượng tự do. Năng lượng tự do này
được biểu diễn bằng Joule trên đơn vị diện tích được gọi là sức căng giao diện.
Về mặt toán học, năng lượng và sức căng giao diện tương đương với một lực
(sức căng) trên một đơn vị chiều dài. Sức căng bề mặt chỉ là trường hợp cá biệt
của sức căng giao diện giữa một chất lỏng và một chất khí.
 Mixen và nồng độ mixen tới hạn CMC.
Các chất HĐBM khác hẳn với các phân tử hoà tan khác bởi những đặc tính
riêng của chúng trong dung dịch nước. Khi vượt quá một nồng độ nào đó của
chất HĐBM, các phân tử hợp lại tạo nên các mixen.
Sự tạo thành các mixen được giải thích như sau: các phân tử chất HĐBM bao
gồm một phần ưa nước và một phần kị nước, hấp phụ một cách mạnh mẽ ở các

Nguyễn Thị Ngọc Hương 12 HD1001

hướng co lại bởi vì sức căng bề mặt lớn. Nhưng nếu người ta thêm một lượng
chất HĐBM vào nước, sức căng bề mặt của nước giảm, lúc đó nước được trải
rộng ra trên sợi: người ta nói nước làm ướt sợi.
 Sự hình thành các mixen.
Một đặc tính đặc biệt của những dung dịch hoạt động bề mặt là khả năng làm
tăng độ hoà tan một vài chất hữu có thực tế không tan trong nước. Hiện tượng
này gọi là hiện tượng hoà tan hoá, diễn ra do việc hội nhập các chất hữu cơ này
vào trong các mixen của các chất HĐBM.
Các phân tử đã bị hoà tan được hội nhập vào trong các mixen theo ba cách
khác nhau:
Các phân tử không phân cực ở bên trong các mixen, không tiếp xúc với nước.
Các phân tử bán cực được hội nhập vào cùng một cách thức như phân tử của
những tác nhân HĐBM. Các phân tử có cực ở bên ngoài của mixen.
Sự hoà tan tùy thuộc vào số lượng và kích thước của các mixen. Càng có
nhiều mixen trong dung dịch, sự hoà tan hoá càng quan trọng. Mặt khác người ta
giả thiết rằng các mixen cỡ lớn có khả năng hoà tan các chất hữu cơ tốt hơn.
b. Những chất xây dựng [4, 5].
Chất xây dựng đóng vai trò trung tâm trong quá trình tẩy rửa. Tác dụng của nó
là làm tăng khả năng tẩy rửa và loại bỏ ảnh hưởng của các ion Ca

các hệ thống nước thải và bề mặt nước, không hại với các sinh vật.
 Có tính kinh tế tốt.

 Các chất phức.
Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi trong
nước để tạo thành những muối không hoà tan. Các phức hợp có đặc tính riêng
do chúng có khả năng hoà tan các chất kết tủa ấy và sau đó tạo thành những
phức hợp tan trong nước. Do đó có một phản ứng cạnh tranh giữa các anion
phức hợp và các anion kết tủa với canxi. Trong một dung dịch chất tẩy rửa, các
anion kết tủa là từ cacbonat, alkylbenzen sunfonat và xà phòng, trong lúc đó các
anion phức hợp thì tử TPP, pyrophosphate, EDTA …
 Các phosphat.
Các polyphosphat là những tác nhân phức hoá. Một tác nhân phức hoá là một
thuốc thử hoá học tạo với ion kim loại thành những hợp chất tan trong nước.
Một số phosphat chính có mặt trong thành phần chất tẩy rửa:

 Phức hợp của các phosphat.
Phức hợp là một phản ứng hoá học trong đó tác nhân phức hợp tạo cùng
với ion kim loại trong dung dịch những phức hợp tan trong nước.
Với pyrophosphate có công thức sau đây:
orthophosphat
diphosphat
Triphosphat (TPP)
P O
-
O
O
-
-
O P O

O
P O
-
O
O
Ca

Với tripolyphosphat có hai khả năng:
P O
-
O
O
-
O P O
O
O
P O
O
O
Ca
P O
-
O
O
O P O
O
O
P O
O
-

CH
2
CH
2
COOH
COOH

EDTMP (axit etylen diamin tetra metylen phosphonic):
N
H
2
C
H
2
C
H
2
O
3
P
H
2
O
3
P
CH
2
CH
2
N

rửa.
 Các tác nhân tăng và chống tạo bọt.
Bọt là một nhũ tương của hai pha không hòa trộn, như một nhũ tương dầu
nước. Bọt có những ưu diểm cũng như nhược điểm sau:
ưu điểm: Nó là một chỉ tiêu hiệu quả của một sản phẩm và nó có thể cho một
cảm giác thoải mái.
Nhược điểm: Về mặt thẩm mỹ, bọt trong các dòng nước tràn ra.
Tuy nhiên hiệu quả của một sản phẩm tẩy rửa không liên hệ trực tiếp với
lượng bọt. Một sản phẩm không bọt có thể hiệu quả hơn những sản phẩm khác
nhiều bọt.
 Các tác nhân làm tăng bọt.
Người ta có thể cải biến đặc tính tạo bọt của sản phẩm tuỳ theo nhu cầu của
người tiêu dùng. Có hai khả năng:
- Sự lựa chọn các chất HĐBM tạo bọt hay không tạo bọt.
- Sử dụng những phụ gia làm tăng bọt.
 Lựa chọn những chất HĐBM.
Một chất HĐBM hay một hỗn hợp những chất HĐBM có thể làm thành một
hệ thống tạo bọt. Mặt khác, sự thêm một chất phụ gia có thể tạo một lượng lớn
bọt với một lượng ít chất HĐBM. Thông thường số lượng bọt tăng với nồng độ
đạt tối đa quanh nồng độ mixen tới hạn (CMC). Tất cả các yếu tố có khả năng
cải biến CMC có thể tăng hoặc giảm khả năng tạo bọt của một chất HĐBM. Các
yếu tố đó là:
- Nhiệt độ.
- Sự có mặt của một chất điện giải (muối vô cơ).
- Cấu trúc của phân tử chất HĐBM.
 Sử dụng những phụ gia làm tăng bọt.
Có nhiều chất phụ gia có thể làm thay đổi các đặc tính mixen hoá của một chất
HĐBM và như vậy làm biến đổi sự ổn định và khả năng tạo bọt của sản phẩm.
Theo Schick và Fowkes, việc thêm vào một số hợp chất hữu cơ đối cực có thể
làm giảm CMC của những chất HĐBM. Việc sử dụng hợp chất có một dây

chất kết tủa, chúng kiểm soát sự kết tinh và ngăn không cho chúng lớn tới một
cỡ tối ưu để tránh sự tái bám của chúng vào vải vóc. Trên các vết bẩn dạng hạt,
chúng gia tăng điện tích âm trong nước giặt, tạo một lực đẩy lớn hơn giữa các
hạt, qua đó tránh được sự ngưng kết dẫn đến sự tái bám trên vải vóc.
Tác nhân chống tái bám được sử dụng từ lâu đó là cacboxy – methyl cellulose
(CMC). Gần đây các dẫn xuất của tinh bột cacboxy methyl cũng đóng vai trò
tương tự. Tuy nhiên những hợp chất này chỉ tác dụng hiệu quả đối với vải là
cotton. Điều này dẫn đến cần thiết phải sử dụng những chất chống tạo kết tủa
loại mới. Một vài chất HĐBM đã được tìm ra rất thích hợp, đó là những chất
không ion cellulose ete có công thức như sau: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 17 HD1001
– pinen và – pinen từ 65 đến 70%.
3 – Caren từ 10 đến 18%.
Camfen từ 2 đến 3%.
Limonen từ 4 đến 6%.
O
O
O
ROH
2
C
H
RO
H
H
OH
H
ROH
2
C
H
RO
OR
H
H
H
O
H
H
O
H

được sử dụng làm dung môi, thuốc trừ sâu và một số chất khác nữa.
ở nước ta, thông mọc ở nhiều nơi và cho một sản lượng tương đối lớn. Từ
nhựa thông qua chế biến ta thu được khoảng 20% tinh dầu thông.
Bảng 1.1. Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông.
TT
Cấu tử
Công
thức
phân
tử
Phân
tử
lượng
Nhiệt độ sôi ở áp suất

(cp)
20

(kg/m
3
)
20
mmHg
40
mmHg
760
mmHg
1
-pinen
C
170

861,5
4
Dipenten
C
10
H
16

136,23
68,2
84,3
175

842,0
5
Limonen
C
10
H
16

136,23 175


C
10
H
16

136,23 173

835,0
9
Terpinolen
Sesquitecpe
n
C
10
H
16

C
15
H
24

136,23
204 184

C
H
CH
2
CH
2
c
C
CH
3
H
3
C
CH
2
C
10
H
16
( -pinen)
C
10
H
16
( -pinen)
Hình 1.3. Cấu tạo phân tử của -pinen và -
pinen

được trong nước và độ hoà tan giảm khi trọng lượng phân tử tăng.
a) Tính axit.
Axit dicacboxylic phân ly theo hai nấc, hằng số phân ly ở nấc thứ nhất lớn hơn
hằng số phân ly ở nấc thứ hai. Những diaxit mà hai nhóm cacboxyl gần nhau,
hằng số phân ly K
1
thường lớn hơn hằng số phân ly của các monoaxit tương ứng
do ảnh hưởng tương hỗ của các nhóm cacboxyl.
b) Phản ứng decacboxyl hoá.
Axit malonic và dẫn xuất alkyl rất kém bền, khi đun nóng dễ dàng tách CO
2

thành axit monocacboxylic.

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 20 HD1001

H
2
C
COOH
COOH
H
3
C COOH + CO
2
140 - 150
o

2
C
H
2
C
C
H
2
C
H
2
C
O + CO
2
+ H
2
O
300
o
C
xóc t¸c
(H
2
C)
5
COOH
COOH
O + CO
2
+ H

H
2
C
H
2
C C
C
O
O
OH
OH
H
2
C
H
2
C C
C
O
O
O
- H
2
O
H
2
C
H
2
C

C
2
H
5
O C
H
2
C
C OC
2
H
5
O O
C
2
H
5
O C C
H
C OC
2
H
5
OH O
C
2
H
5
O C C C OC
2

Điểm nóng chảy
188
o
C
Điểm sôi
235
o
C ở 13,3kPa
Khối lượng riêng ở 25
o
C
1572g/cm
3

Độ tan trong nước ở 20
o
C, %KL
5,8
Nhiệt độ decacboxyl hoá,
o
C
290 – 310
Hằng số phân ly
K
1
= 6,21.10
-5
, K
2
= 2,31.10

Axit succinic được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào trong công nghiệp sản
xuất nhựa alkyd, thuốc nhuộm, dược phẩm và thuốc trừ sâu. Phản ứng với
glycol tạo ra các polyester, các este được tạo thành bằng phản ứng với rượu đơn
chức là dầu nhờn và chất dẻo hoá quan trọng.
I.2.3. Chất hoạt động bề mặt.
 Alkyl poly glycozit (APG) [5, 15].
Công thức hoá học chung của APG là:
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 23 HD1001

O
O
O
OH
OH
CH
2
- OH
H
R

n

Trong đó:
n = 1,3 2; R = C
8
C
14
Nguyễn Thị Ngọc Hương 24 HD1001

O
W
(H
2
CH
2
C)OH
(OCH
2
CH
2
)
X
OH
CH(OCH
2
CH
2
)
Y
OH
CH
2
O(CH
2
CH

nhiên liệu động cơ.
Nước trong nhiên liệu làm tăng khả năng oxy hoá của dầu, làm giảm khả năng
toả nhiệt của nhiên liệu. Ngoài ra nước còn hoà tan các muối khoáng axit, bazơ
có trong nhiên liệu, gây hiện tượng ăn mòn, tạo gỉ ở các chi tiết kim loại và bồn
bể chứa dầu.
Các axit hữu cơ, các peroxit và các sản phẩm oxy hoá khác sinh ra trong quá
trình tạo cặn như nhựa, asphanten làm biến đổi màu sắc, độ ổn định và phẩm
chất của nhiên liệu theo chiều hướng xấu.
b) Đối với quá trình chế biến dầu
x+y+z+w = 1