BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
TRẦN ĐÌNH PHONG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MỠ ĐÀ ĐIỂU LÀM
DẦU MỠ BÔI TRƠN CHO THIẾT BỊ TÀU THỦY
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT TÀU THỦY
MÃ SỐ: 60 52 32
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
LỜI CÁM ƠN
Sau một thời gian làm việc tích cực, được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng
dẫn PGS.TS Quách Đình Liên, thầy Th.S Phùng Minh Lộc, các quí thầy trong
Bộ môn Động lực và Khoa kỹ thuật tàu thủy,
Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học
và Môi Trường trường Đại học Nha Trang, Ban Lãnh đạo Tổng Công ty Khánh Việt,
Ban Lãnh đạo Nhà máy thuốc lá Khatoco Khánh Hòa, các bạn đồng nghiệp, các cơ
quan liên quan cho đến nay bản luận văn đã được hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng
biết ơn đối với sự giúp đỡ trên. Vì thời gian và trình độ còn hạn chế vì vậy bản luận
văn chắc chắn còn nhiều sai sót, tôi mong được sự thông cảm và góp ý của các quí
1.2. Các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn 3
1.2.1. Dầu gốc và các loại dầu gốc được dùng để pha chế vật liệu bôi trơn. 4
1.2.2. Phụ gia cho vật liệu bôi trơn 9
1.2.3. Mỡ và pha chế mỡ dẻo làm vật liệu bôi trơn 10
1.2.3.1. Khái niệm về chất bôi trơn dẻo
10
1.2.3.2. Tính chất của mỡ nhờn. 11
1.2.3.3. Phân loại mỡ.
14
1.2.3.4. Chất làm đặc cho mỡ.
15
1.2.3.5. Dầu nhớt dùng để pha chế mỡ.
20
1.2.3.6. Phụ gia cho mỡ.
24
1.2.3.7. Cấu trúc của mỡ
25
1.2.3.8. Sản xuất mỡ.
29
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
31
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước. 33
Chương 2: Thử nghiệm tinh chế methylester từ mỡ đà điểu để làm
dầu gốc pha chế mỡ bôi trơn.
36
2.1. Nguồn nguyên liệu mỡ đà điểu và ý tưởng nghiên cứu.
Tài liệu tham khảo 91
Phụ lục 1 93
Phụ lục 2 105
Phụ lục 3 110
iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MP: Mỡ đa chức năng.
HT và LT: Chịu nhiệt độ cao và thấp.
HL và LL: Tải trọng cao và thấp.
HV: Độ nhớt cao.
PTFE: Polytetrafluoroethylene.
CH Séc: Cộng hòa Séc.
TTNCGC Thụy Phương: Trung tâm Nghiên cứu gia cầm Thụy Phương.
Bộ Nông nghiệp và PTNT: Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn.
CHDC Nhân dân Lào: Cộng hòa dân chủ Nhân dân Lào.
TBKT: Tiến bộ kỹ thuật.
Viện Nghiên Cứu CNSH và Môi Trường Trường Đại học Nha Trang: Viện Nghiên
Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường Trường Đại học Nha Trang.
NLGI (USNational Lubricating Grease Institute): Viện nghiên cứu mỡ bôi trơn
của Mỹ.
NXB KHKT: Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
DTV Việt Nam: Dầu thực vật Việt Nam.
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam.
16. Bảng 2-4: Xác định thời gian trung hòa. 47
17. Bảng 2-5: Xác định nồng độ NaCl thích hợp cho quá trình rửa. 47
18. Bảng 2-6: Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình rửa dầu. 47
19. Bảng 2-7: Xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng chuyển ester. 48
20. Bảng 2-8: Xác định tỉ lệ dung dịch methanolxide/dầu của phản ứng 48
chuyển ester.
v
21. Bảng 2-9: Xác định tỉ lệ giữa NaOH và methenol của dung dịch 49
methanolxide cho phản ứng chuyển ester.
22. Bảng 2-10: Xác định thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng chuyển ester. 49
23. Bảng 2-11: Kết quả xác định chế độ rán dầu. 51
24. Bảng 2-12: Kết quả xác định nhiệt độ trung hòa lần 1. 53
25. Bảng 2-13: Kết quả xác định nhiệt độ trung hòa lần 2. 54
26. Bảng 2-14: Kết quả xác định thời gian trung hòa lần 1. 55
27. Bảng 2-15: Kết quả xác định thời gian trung hòa lần 2. 56
28. Bảng 2-16: Kết quả xác định nồng độ NaCl thích hợp cho quá trình rửa. 58
29. Bảng 2-17: Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình rửa dầu. 59
30. Bảng 2-18: Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng 60
chuyển ester.
31. Bảng 2-19: Kết quả xác định tỉ lệ dung dịch methanolxide của phản ứng 62
chuyển ester.
32. Bảng 2-20: Kết quả xác định tỉ lệ giữa NaOH và methanol của 63
dung dịch methanolxide dùng cho phản ứng chuyển ester.
33. Bảng 2-21: Kết quả xác định thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng 65
chuyển ester.
34. Bảng 2-22: Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu gốc được tinh chế từ mỡ đà điểu.
66
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
STT Trang
1. Hình 1-1: Dụng cụ đo nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ. 11
2. Hình 1-2: Sơ đồ của bộ phận xác định độ xuyên kim và nguyên lý xác định 12
độ xuyên kim.
3. Hình 1-3: Cấu trúc phân tử của xà phòng lithium 12 – hydroxystearate. 16
4. Hình 1-4: Cấu trúc phân tử của xà phòng canxi. 16
5. Hình 1-5: Điểm nhỏ giọt của mỡ hỗn hợp lithium và calcium ở các tỉ lệ 17
thành phần khác nhau.
24. Hình 2-6: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ trung hòa lần 2. 54
25. Hình 2-7: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian trung hòa lần 1. 55
26. Hình 2-8: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian trung hòa lần 2. 56
27. Hình 2-9: Đồ thị biểu diễn kết quả nồng độ NaCl thích hợp cho 58
quá trình rửa.
28. Hình 2-10: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ thích hợp cho quá trình 59
rửa dầu.
29. Hình 2-11: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ thích hợp cho phản ứng 61
chuyển ester.
30. Hình 2-12: Đồ thị biểu diễn kết quả tỉ lệ dung dịch methanolxide của 62
phản ứng chuyển ester.
31. Hình 2-13: Đồ thị biểu diễn kết quả tỉ lệ giữa NaOH và methanol của 64
dung dịch methanolxide dùng cho phản ứng chuyển ester.
32. Hình 2-14: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng 65
chuyển ester.
33. Hình 3-1: Cấu tạo chung của các axit triglyxerit. 69
34. Hình 3-2: Thiết bị đồng thể hóa thí nghiệm. 74
35. Hình 3-3. Nồi phản ứng. 74
36. Hình 3-4: Sơ đồ tiến hành thí nghiệm. 77
37. Hình 3-5: Sơ đồ thực nghiệm đối chứng mỡ bôi trơn. 80
38. Hình 3-6: Sơ đồ cấu tạo của máy khảo nghiệm ma sát. 82
39. Hình 3-7: Máy khảo nghiệm ma sát. 83
ix
40. Hình 3-8
:
Mẫu ma sát thử nghiệm được bôi trơn bằng mỡ dẻo. 83
41. Hình 3-9: Mẫu thử nghiệm ma sát. 85
42. Hình 3-10: Đồ thị biểu diễn hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ 87
Hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 40 triệu tấn vật liệu bôi trơn, trong đó mỡ
bôi trơn chỉ chiếm khoảng 5% nhưng là sản phẩm không thể thay thế trong kỹ thuật.
Riêng ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm tiêu thụ khoảng 20.000 tấn mỡ. Trong số các
mỡ bôi trơn hiện nay, loại mỡ sản xuất từ nguyên liệu dầu khoáng và xà phòng của
các axit béo chiếm tới hơn 99 %.
Nước ta là một trong những nước có tiềm năng về tài nguyên rất lớn, các vật
liệu bôi trơn đã qua sử dụng bị thải vào môi trường một cách bừa bãi cũng như bị
rơi vãi, rò rỉ do tàu thuyền là nguồn gốc chủ yếu gây ô nhiễm. Mặc dù chưa được
thống kê đầy đủ nhưng lượng chất bôi trơn tích tụ trong môi trường chắc chắn gây
ra tác hại rất lớn.
Hiện nay, khi các yêu cầu về an toàn môi trường ngày càng tăng, việc tạo ra
các sản phẩm bôi trơn tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học cao, thay thế cho
các sản phẩm bôi trơn gốc dầu mỏ truyền thống ngày càng trở nên cấp thiết. Bên
cạnh đó, hàng năm các trung tâm giống đà điểu trên toàn quốc và cụ thể là trung
tâm giống đà điểu của Tổng Công ty Khánh Việt là trung tâm sản xuất ra khoảng
hơn 36,5 tấn mỡ đà điểu các loại hàng năm, phần nào gây ảnh hưởng đến môi
trường khi chưa được sử dụng chúng một cách hiệu quả.
Mặt khác trong công nghệ thực phẩm chất bôi trơn đóng một vai trò hết sức
quan trọng. Làm bẩn thực phẩm thông qua môi trường bôi trơn trong quá trình sản
xuất và đóng gói sẽ làm hại cho người tiêu dùng. Tất nhiên không chỉ có môi trường
chất bôi trơn gây nhiễm cho thực phẩm mà còn nhiều nguyên nhân khác. Nhưng sự
nhiễm bẩn qua con đường bôi trơn rất khó tẩy rửa và xử lý. Vì vậy chất bôi trơn
dùng cho công nghệ thực phẩm không chỉ đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật như:
Điều kiện nhiệt độ của môi trường, tải trọng, đặc tính bôi trơn, đặc trưng hình học
của các cặp ma sát cần bôi trơn như các tiêu chuẩn cần phải có của các chất bôi trơn
khác, mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu của vệ sinh thực phẩm. Để cho quá
trình bôi trơn không còn là nguồn làm bẩn thực phẩm, phải dùng các phụ gia và các
xi
quy định cụ thể. Người ta thường dùng các giải pháp sau đây để hạn chế tác nhân
làm bẩn thực phẩm trong quá trình chế biến và đóng gói thực phẩm của dầu mỡ bôi trơn:
liệu bôi trơn hiện nay rất phong phú, nhiều chủng loại và tác dụng của mỗi chủng
loại có khác nhau nên đòi hỏi người tiêu dùng phải có những hiểu biết nhất định về
vật liệu bôi trơn.
Từ những phân tích trên, chúng ta thấy Tribology không dừng lại ở những vấn
đề kỹ thuật mà nó còn là ngành khoa học đòi hỏi sự tham gia đóng góp nghiên cứu
của các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực. Với xu thế phát triển của các ngành công
nghiệp như hiện nay, đòi hỏi rất đa dạng về chủng loại dầu mỡ bôi trơn không
những đảm bảo về số lượng, chất lượng mà còn phải đảm bảo không gây ô nhiễm
môi trường. Trong khi đó nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt. Để đáp ứng nhu cầu
đó, trên thế giới cũng như ở nước ta đã và đang có nhiều nhà khoa học nghiên cứu
ra nhiên liệu thay thế dần cho nhiên liệu gốc dầu mỏ bằng nhiên liệu gốc dầu động,
thực vật.
Trên thực tế mỡ đà điểu khá nhiều. Trong mỡ đà điểu thường chứa các acid
béo không no rất cần thiết cho hoạt động sống của con người. Trong quá trình chế
biến mỡ đà điểu dùng trong thực phẩm vẫn có một lượng lớn mỡ cứng được tách ra.
Về mặt lý thuyết các loại mỡ cứng có thể sử dụng để sản xuất các chế phẩm công
nghiệp như sản xuất sản phẩm biodiesel hay mỡ bôi trơn trong máy chế biến thực
phẩm. Vì thế việc nghiên cứu nhằm sử dụng một cách hợp lý nguồn mỡ đà điểu làm
thức ăn cho con người và sử dụng trong công nghiệp là cần thiết. Ngoài ra, khi sử
dụng dầu bôi trơn có nguồn gốc mỡ đà điểu, dầu thải đã qua sử dụng có thể dễ dàng
bị phân hủy do tác động của vi sinh vật do vậy ít gây ô nhiễm môi trường.
Với phương châm “Tăng cường chế biến sản phẩm tinh chế ”, “Sản xuất
các sản phẩm có giá trị gia tăng” từ nguyên liệu kém giá trị kinh tế. Do vậy, việc
nghiên cứu chế biến và khảo nghiệm các tính năng mỡ đà điểu thành thực phẩm hay
dầu mỡ bôi trơn trong công nghiệp là cần thiết nhằm nâng cao giá trị thương phẩm
xiii
cho nghành chăn nuôi đà điểu góp phần sử dụng một cách có hiệu quả nguồn mỡ đà
điểu vốn sẵn có.
Từ những luận điểm trên đó là lý do đề xuất đề tài: “Nghiên cứu sử dụng mỡ
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Mỡ bôi trơn được tinh chế sản xuất từ mỡ
đà điểu.
- Phạm vi nghiên cứu:
xiv
+ Tạo ra được sản phẩm dầu gốc (methylester) từ mỡ đà điểu để từ đó thử
nghiệm pha chế và nấu mỡ từ dầu gốc (methylester) được tinh chế từ mỡ đà điểu.
+ Đối chứng thử nghiệm các tính chất bôi trơn của mỡ bôi trơn được sản xuất
từ dầu gốc mỡ đà điểu với các loại mỡ bôi trơn khác.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thông qua việc nghiên cứu sử dụng mỡ đà điểu dùng làm dầu mỡ bôi trơn cho
thiết bị tàu thủy, nhằm nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế và giúp phần cải thiện môi trường.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng cho các thiết bị cần bôi trơn như:
- Các thiết bị trên tàu thủy.
- Các thiết bị trong công nghệ chế biến thực phẩm.
- Các thiết bị cơ khí nông cụ…
2
tương ứng và một số thành phần khác, ngoài ra còn một lượng các
loại khí khác gây độc hại cho môi trường như: SO
2
, Hydrocacbon, CO,
NO
x
,…Nhưng đối với dầu động thực vật thì ngược lại, nó phát sinh khí thải ít hơn
nhiều so với nguyên liệu nguồn gốc từ dầu mỏ. Bụi trong khí thải được giảm một
nửa, các hợp chất hydrocacbon được giảm thiểu đến 40%. Dầu động thực vật gần
như không chứa lưu huỳnh, không độc và có thể phân huỷ bằng sinh học. Do vậy,
nếu dùng nguyên liệu chế biến từ dầu động thực vật, môi trường sẽ được cải thiện
hơn so với khi dùng nguyên liệu có nguồn gốc dầu mỏ. Với những ưu điểm hơn hẳn
2
nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ thì nguyên liệu có nguồn gốc từ động thực vật
đã được nghiên cứu và đưa vào trong đời sống có hiệu quả.
Ngày 08 – 03 - 2004 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp đã ký quyết định phê duyệt
quy hoạch phát triển ngành dầu động thực vật tại Việt Nam đến năm 2010, với
quyết định này sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành dầu động thực vật. Với tất cả các
những vấn đề trên đã tạo tiền đề cho chúng ta thực hiện việc nghiên cứu đề tài.
∗
Khái niệm về chất bôi trơn [3]
Chất bôi trơn đưa vào cặp ma sát có tác dụng làm giảm thiểu ma sát, hao mòn
và tăng hiệu suất cho cặp truyền động. Thực chất của việc bôi trơn là thay ma sát
ngoài bằng ma sát nội của chất bôi trơn, làm giảm ma sát và tránh tiếp xúc giữa hai
bề mặt của cặp ma sát. Vật liệu bôi trơn và các đặc tính cần phải có đó là:
Tác dụng của bôi trơn:
- Giảm thiểu ma sát của cặp ma sát.
- Giảm hao mòn.
chất lỏng bôi trơn cần có một số tính chất:
- Các tính chất lưu biến (tính nhớt).
- Các tính chất ở nhiệt độ thấp.
- Tính chất bôi trơn và chống hao mòn.
- Tính bén lửa và tự bốc cháy.
- Tính ổn định nhiệt.
- Ổn định hóa học.
- Phối hợp an toàn với vật liệu của cặp ma sát.
- Tính không độc hại và các tính chất khác có liên quan đến bảo vệ môi
trường.
Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu chuyên môn máy móc thiết bị, đặc biệt là điều kiện
làm việc, các yêu cầu về độ tin cậy cũng như an toàn của thiết bị mà dầu nhờn phải
có một số tính chất khác nữa.
4
Trong bảng 1-1 sau đây liệt kê các thành phần chính của chất bôi trơn dẻo.
Bảng 1-1: Các thành phần chính để sản xuất mỡ dẻo.
Dầu gốc Chất làm đặc Phụ gia
- Dầu khoáng
-
Các chất hydrocarbon
tổng hợp
- Các chất Di-ester
- Silicon
- Photsphate esters
-Perfluoropolyesthers
-Fluorinated silicones
- Chất ức chế điểm chảy
- Phụ gia dính
- Phụ gia không thấm nước
- Các loại thuốc nhuộm màu
- Phụ gia biến đổi cấu trúc
1.2.1. Dầu gốc và các loại dầu gốc được dùng để pha chế vật liệu bôi trơn [1]
a.
Dầu gốc: Là loại dầu trực tiếp nhận được từ dầu mỏ hoặc từ các nguồn
nguyên liệu nhựa đường, hoặc từ hợp chất tổng hợp.
b. Dầu nền: Là dầu nhận được từ hỗn hợp nhiều dầu thành phần khác nhau.
c. Dầu bôi trơn: Là dầu gốc khi đã cho thêm vào nó các loại phụ gia cần thiết
trong quá trình pha chế. Dầu bôi trơn là thành phẩm cuối cùng để sử dụng. Hiện nay
dầu bôi trơn được sử dụng thường là dầu khoáng, dầu tổng hợp và dầu nhũ tương.
d. Dầu khoáng: Ở thể lỏng trong điều kiện sử dụng, nó được tổng hợp từ các
5
dầu thành phần được tinh chế từ sản phẩm dầu mỏ hoặc nguyên liệu hắc ín có pha
thêm các phụ gia quý hiếm. Dầu khoáng chiếm tỉ trọng lớn trong các loại dầu bôi
trơn hiện nay. Trong nhiều trường hợp dầu khoáng không đáp ứng được các tính
chất cần thiết cho điều kiện sử dụng người ta phải dùng dầu tổng hợp.
e. Dầu tổng hợp: Ở dạng chất lỏng, nhận được từ tổng hợp hóa học hoặc bằng
phương pháp tinh chế đặc biệt các nguyên liệu khoáng chất. Hiện nay có mấy loại
dầu tổng hợp được sử dụng như sau:
+ Dầu tổng hợp hydrocacbon.
+ Poly-izo-buten.
+ Các chất thơm alkyl.
+ Dầu hydrocabua chưng cất ướt (hydrocraking).
+ Dầu tổng hợp ướt (Hydrosynthetic).
bảo vệ môi trường.
Trong các nguồn được dùng làm nguyên liệu để tinh chế ra các dầu gốc có thể
kể đến các dầu thực vật sau:
- Cải dầu.
- Hướng dương.
- Các loại đậu có dầu.
- Cây cọ và các loại dầu thực vật khác. 7
Bảng 1-2: Đánh giá các tính chất của dầu nhớt được pha chế từ các loại dầu
gốc khoáng và tổng hợp.
Gốc của dầu
Tính chất Tính lưu biến
(tính nhớt)
Hòa trộn với
dầu khoáng
***** ***** *** *** * * * *****
***** - Rất tốt, **** -Tốt , *** - Khá, ** - Đạt , * - Tạm được.
Copyright: Tài liệu đại học ©