LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí có mặt chất lạ biến đổi quan trọng thành phần không khí, làm cho không khí không gây tỏa mùi, có mùi khó chịu, gây ảnh hưởng tới sức khỏe người môi trường sinh thái Hiện nay, ô nhiễm khí vấn đề thời nóng bỏng cá giới riêng quốc gia Môi trường khí có nhiều biến đổi rõ rệt có ảnh hưởng xấu đến người sinh vật Hàng năm người khai thác sử dụng hàng tỉ than đỏ, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời thải vào môi trường khối lượng lớn chất thải khác nhau, làm cho hàm lượng loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng Đáng quan tâm khí thải loại động chạy với nguyên liệu diesel xăng Ngày giới có xu hướng diesel húa loại động cơ, nhiên liệu diesel sử dụng ngày nhiều so với nhiêu liệu xăng Cụ thể theo thống kê Mỹ có tới 94% động chạy nguyên nhiên liệu diesel, Việt Nam 21,7% Sỡ dĩ động có ưu điểm vượt trội so với động xăng momen xoắn cao, bền, đặc biệt khả trì công suất điều kiện hoạt động rộng Chi phí để sản xuất nhiên liệu diesel rẽ nhiều so với nhiêu liệu xăng nú sử dụng trình chế biến phức tạp Khi sử dụng, ta tiết kiệm 1/ lượng nhiên liệu nồng độ khí CO sinh khí thải động diesel so với động xăng điều kiện vận hành tương đương Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm không bàn nhược điểm mà động gây người môi trường sinh thái hàm lượng NO , PM, CO, muội, …trong khí thải cao Đã có nhiều điều luật ban hành nhằm giảm tải hàm lượng khí thải sinh động diesel : Liên minh Châu Âu ban hành điều luật Euro có hiệu lực năm 2005 yêu cầu giảm PM khí thải tới 90% cho đời động diesel mới, Mỹ quan bảo vệ môi trường EPA có ban hành điều luật HDE 2007 động diesel phải giảm hàm lượng PM khí thải từ 85 – 90% NO phải giảm 25 – 30% Để thực yêu cầu nghiêm ngặt môi trường, có nhiều biện pháp đề nghị như: sử dụng thiết bị bẫy hạt, xúc tác oxy húa, x x GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn xúc tác có tính lựa chọn (SCR), thiết bị tuần hoàn khí thải (ERG), sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel thay cho nhiên liệu thông thường…Nhược điểm phương pháp đắt, kết cấu động bị thay đổi, biện pháp sử dụng thiết bị bẫy hạt sử dụng cho động diesel cỡ nhỏ Đứng trước thực trạng khó khăn vậy, thay phải tìm giải pháp phức tạp bắt trước thành công hai loại nhiên liệu nhũ tương sử dụng phổ biến là: nhũ tương dầu FO nhũ tương bitum chẳng có lý để ngăn cản chế tạo loại nhũ tương diesel để thay cho nhiên liệu diesel Loại nhũ tương nhiều nước giới nghiên cứu sản phẩm nú thương mại húa như: PuriNO tập đoàn Lubrizol (Mỹ), Aquazole Totalfinaele (Phỏp)…, sử dụng thực tế: toàn hệ thống xe buýt London chuyển sang sử dụng loại nhiêu liệu từ năm 203, loại xe tải đường dài California Vì việc hoàn thiện phẩm cấp nhiên liệu diesel trở nên cấp thiết hết Để góp phần giải quết vấn đề này, chúng em tiến hành nghiên cứu hệ nhũ tương nước - diesel, dạng nhiên liệu với mong muốn đáp ứng nhu cầu người an toàn môi trường x  Mục đích đề tài Đề tài nghiên cứu vấn đề đưa nước vào nhiên liệu diesel dạng nhũ tương nhằm giảm khói thải độc hại động diesel, gây độc hại sức khỏe cộng đồng giảm lượng khí NO , cặn cải thiện hiệu cháy nhiên liệu giúp môi trường Ngoài ưu điểm đó, phương pháp có trình thực cách đơn giản, với việc sử dụng nhiên liệu động diesel mà không cần thay đổi động Trong đồ án chúng em tập trung nghiên cứu tìm hỗn hợp chất nhũ hũa chất ổn định nhũ phù hợp cho hệ, tỉ lệ tối ưu chúng, tìm cách đưa thêm phụ gia chứa oxy để hổ trợ trình cháy tốt hơn, xác định hàm lượng nước tối ưu đưa vào mà nhiên liệu ổn định thời gian dài Có thể nói nhánh nghiên cứu quan trọng nỗ lực tìm kiếm nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường ý nhiều nước ta X GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Chương I TỔNG QUAN Lí THUYẾT I.TỔNG QUAN VỀ NHIấN LIỆU DIESEL I.1 Nguồn gốc, đặc điểm thành phần I.1.1 Nguồn gốc đặc điểm Nhiên liệu dieslel sản phẩm trình chưng cất dầu thô, sử dụng chủ yếu cho động diesel – loại động phổ biến công nghiệp giao thông vận tải Có thể nói, nhiên liệu diesel ngày chiếm vị trí quan trọng đời sống hàng ngày nhờ ưu điểm nú, xu hướng phát triển giới diesel húa loại động Khi so sánh nhiên liệu diesel (hay gọi dầu diesel) với loại nhiên liệu phổ biến khác xăng, dễ dàng nhận khác biệt Chúng có mùi khác diesel nặng có độ nhớt (tinh dầu) lớn xăng, tỷ trọng diesel 850 g/ l xăng vào khoảng 720 g/ l, nhỏ 15% Do vậy, điều kiện thường, diesel bay chậm xăng – nhiệt độ sôi diesel chí thấp nước Khi cháy trung bình lít nhiên liệu diesel tỏa khoảng 40, MJ xăng 34, MJ, nhỏ 15% Điều kết hợp với công suất cao động diesel,giải thích động diesel lại quãng đường xa động xăng tiêu hao lượng nhiên liệu I.1.2.Thành phần Diesel chưng cất từ dầu thô chứa khoảng 75% hidrocacbon no (chủ yếu nparafin,iso- parafin xycloparafin),25% lại hidrocacbon thơm (naphtalen alkybenzen) Nú gọi phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ sôi từ 250 đến 350 C áp suất khí quyển(cú thể mở rộng hay thu hẹp tựy yêu cầu sản xuất) Do chất trình cháy động diesel nên cấu tử tốt cho nhiên liệu diesel hidrocacbon n-parafin Các hidrocacbon dạng naphten mạch nhánh có chất lượng hidrocacbon thơm o GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Ngoài ra, nhiên liệu diesel có chứa số phụ gia nhằm cải thiện chất lượng nhiên liệu phụ gia cải thiện trị số xetan, phụ gia chống đông đặc… I.2.Phân loại nhiên liệu diesel Chất lượng loại diesel buôn bán thị trường phụ thuộc nhiều vào công nghệ lọc dầu nguồn gốc chất lượng dầu thô • Phân loại nhiên liệu diesel dựa theo số vòng quay động trị số xetan nhiên liệu : Theo cách phân loại này, có nhóm nhiên liệu diesel : - Nhóm 01 : Nhiên liệu diesel dùng cho động cao tốc, phân thành loại nhiên liệu :  Loại super : có trị số xetan 50 phạm vi độ sôi 180 đến 320 C dùng cho động tốc độ cao xe buýt, xe hàng, xe tải Loại thường sản xuất từ phân đoạn gasoil chưng cất trực tiếp  Loại thường : có trị số xetan 52 phạm vi độ sôi rộng hơn, từ 175 đến 345 C, thường sản xuất cách pha trộn theo tỷ lệ hợp lý phân đoạn naphtan, kerosene gasoil nặng dây chuyền chế biến sâu cracking, hydrocracking Nhiên liệu dùng cho động siêu tốc,nhưng chất lượng loại super - Nhóm 02 : Nhiên liệu diesel cho động tốc độ thấp đòi hỏi có tiêu chuẩn chất lượng tương tự nhiên liệu cho động cao tốc, trị số xetan chúng hơn, 40 đến 50, độ bay thấp, điểm sôi cuối cao • Phân loại nhiên liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh : • Theo TCVN 5689- 1997, dựa vào hàm lượng lưu huỳnh phân chia nhiên liệu diesel thành loại sau :  Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh không lớn 0, % khối lượng,ký hiệu DO 0, % S  Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh từ lớn 0, đến 1, % khối lượng, ký hiệu DO 1% S I Quá trình cháy động diesel o o GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Bên cạnh ưu điểm đề cập trên, động diesel có nhược điểm gây tiếng ồn, nồng độ khí NO , PM, CO … khí thải tương đối cao (so với nhiên liệu xăng) gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe người Các khí tạo yếu tố nhiệt động học trình cháy nhiên liệu động Để hiểu rõ chất cháy loại nhiên liệu trước hết phải xem xét nguyên lý làm việc động diesel I Nguyên lý làm việc Động diesel làm việc theo nguyên tắc 04 kỳ động xăng, khác động xăng chỗ : Trong động xăng : hỗn hợp nhiên liệu không khí bốc cháy sau nến điệm điểm lửa ; động diesel, hỗn hợp nhiên liệu đưa vào xylanh, không khí nén trước có nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy Động xăng có tỷ số nén thấp so với động diesel (tỷ số nén là tỷ số thể tích xylanh piston nằm vị trí điểm chết so với phần thể tích chết phần trên) Với động xăng, tỷ lệ từ 7/ đến 11/ 1, động diesel từ 14/ đến 17/ ; Vì động diesel có công suất lớn động xăng tiêu hao lượng nhiên liệu Hình 1: Mô tả buồng đốt động diesel • Nguyên tắc : GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Hành trình động diesel theo 04 chu kỳ : hút, nén, cháy, thải Khi piston từ điểm chết xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, không khí hút vào xylanh ; sau van nạp đóng lại ; piston lại từ điểm chết lên điểm chết trên, thực trình nén không khí Do bị nén, áp suất tăng, dẫn đến nhiệt độ tăng, tới 500 đến 700 C Khi piston đến gần điểm chết trên, nhiên liệu phun vào xylanh (nhờ bơm cao áp) dạng sương, gặp không khí nhiệt độ cao tự bốc cháy Khi cháy, áp suất tăng mạnh đến đẩy piston từ vị trí điểm chết thực trình dón nở sinh công có ích truyền qua hệ thống truyền làm chạy máy Piston sau lại từ điểm chết lên điểm chết để thải sản phẩm cháy qua van thải tiếp tục thực hành trình I.3.2 Bản chất trình cháy Nhiên liệu sau phun vào xy lanh không tự cháy ngay, mà phải có thời gian để oxy húa sâu hydrocacbon nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả tự bốc cháy Khoảng thời gian gọi thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ Thời gian cảm ứng ngắn tốt, lúc nhiên liệu cháy điều hũa Như vậy, để có thời gian cháy trễ ngắn nhiên liệu phải có nhiều chất n- parafin, cấu tử dễ bị oxy húa, tức dễ tự bốc cháy Còn iso - parafin hợp chất hydrocacbon thơm khó bị oxy húa nên thời gian cháy trễ dài, khả tự bốc cháy I Quá trình hình thành khí thải động diesel I Độc tố khói khí xả Tất động đốt nói chung động diesel nói riêng gây tiếng ồn làm bẩn môi trường, đặc biệt khí xả • Khí xả động diesel : Trong thành phần khí xả gồm có chất không tham gia vào trình cháy, sản phẩm cháy hoàn toàn không hoàn toàn nhiên liệu oxit nitơ Hàm lượng % theo thể tích chúng sau : Bảng : Thành phần khí thải động diesel (% thể tích) GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn Nitơ Hơi nước 76 78 0, SV: Nguyễn Văn Tuấn Oxy 15 Khí cỏcbonớc 14 Khí sunfurơ 003 0, Hydro 0, Oxớt cỏcbon 0, 01 0, Anđờhớt 0, 001 0, 05 Cỏcbua hydro 0, 009 0, 05 Muội, g/ m 0, 01 1, Oxit nitơ 0, 002 0, • Độc tố khí xả Độc tố khí xả xác định hàm lượng chất oxi nitơ, oxit cỏcbon, anđờhớt, hydrocỏcbon mạch hở hydrocỏcbon mạch vòng, khí sunfurơ có khí thải Oxit nitơ loại độc tố nguy hiểm Chúng hình thành thể người hợpchất nitơ axớt xianua (HCN), gây kích thích niêm mạc mắt đường hụ hấp Khi hàm lượng tính theo thể tích 0, 004 0, 008 % có mặt môi trường gây tượng phù phổi Oxớt cỏcbon loại độc tố Khi hàm lượng tính theo thể tích nú có môi trường 0,005% sau gây ngộ độc nhẹ, hàm lượng đến 1% sinh vật bất tỉnh sau vài lần hít thở Do độc tính cao ụxớt nitơ oxớt cỏcbon nên hàm lượng chúng khí thải phải hạn chế theo quy địng quốc gia cần phải tiêu chuẩn húa chất độc hại thải môi trường(NO hay CO) Khối lượng đơn vị nú tỷ số khối lượng chất độc hại hình thành sau làm việc động diesel với công suất nú (g/kWh) Tương ứng tiêu chuẩn quốc gia khối lượng đơn vị oxit cỏcbon khí xả động diesel không vượt 10 g/ kWh Giới hạn cho phép khối lượng đơn vị oxit nitơ thay đổi từ 11 đến 29 g/ kWh GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Anđờhớt (chủ yếu fomalđờhớt acrụlein) bổ sung cho khí xả mùi khó ngửi Theo thứ tự độc tố chúng xếp sau NO Hàm lượng cho phép fomalđờhớt (HCHO) không khí giới hạn khoảng mg/ m , acrụlein giới hạn khoảng 0, 25 mg/ m Hàm lượng chúng khí xả tăng lên chế độ tải nhỏ không tải nhiệt độ cực đại môi chất xylanh giảm xuống Cỏcbua hydro chất độc hại, số chúng xả môi trường gây nên sương mù Cỏcbua hydro hình thành vùng có hàm lượng oxy nhỏ, gần với vách lạnh buồng cháy Nếu khí xả có màu trắng hay màu xanh lam chứng tỏ có cỏcbua hydro Bồ hóng hay hình thành từ cacbon nhiên liệu diesel, kết trình cháy không hoàn toàn cục Nếu xét bồ hóng đơn tạp chất học khí mức độ gây ô nhiễm môi trường nú không đáng kể Chính hydrocỏcbon thơm mạch vòng (PAH) hấp thụ bề mặt bồ hóng có khả gây ung thư đáng quan tâm Oxit lưu huỳnh hình thành trình cháy nhiên liệu có lưu huỳnh, độc tố Khi hàm lượng nú có môi trường tính theo thể tích 0, 0007 0, 001 % tác động xấu lên cuống họng, hàm lượng 0,4% sinh vật chết sau giây • Khói khí xả : Chủ yếu hình thành hàm lượng muội khí xả Muội hình thành phân rã phân tử nhiên liệu tác động nhiệt độ cao thiếu oxy Muội tạo thành khí xả động diesel có dạng hạt vô định hình, có kích thước khoảng 0, 0, m Phần lớn muội cháy hết trình giãn nở muội cháy hết nhờ tăng cường tạo rối khí nạp xylanh Với hydrocacbon mạch thẳng tốc độ hình thành hạt muội tăng lên tăng khối lượng phân tử Khuynh hướng hình thành muội lớn hydrocacbon thơm, hình thành muội nhỏ hydrocacbon no (parafin thường) Đo khói theo tiêu chuẩn quốc gia thực nhờ thiết bị đo khói quang điện Giá trị tới hạn khói khí xả động diesel ứng với tiêu chuẩn quốc GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn gia phụ thuộc vào suất tiêu hao không khí, dm / s Khi giảm suất tiêu hao khí đến giới hạn cho phép khói tăng lên Khói khí xả xác định trình nghiên cứu thử nghiệm động diesel Hạn chế khói không theo quan điểm bảo vệ môi trường, mà bảo vệ động Một phần muội rơi vào dầu bôi trơn, phủ lên mặt xylanh, làm bẩn dầu bôi trơn Muội có khí xả nguyên nhân phá hỏng xupap xả Khối lượng chất lắng đọng piston thời gian đến lúc kết cốc rãnh xộcmăng phụ thuộc vào khói khí xả Mặt khác, tăng khói khí xả chứng tỏ cháy không hoàn toàn, nên giảm hiệu suất thị động I Cơ chế hình thành a) Sự hình thành NO : NO ám hỗn hợp oxớt nitơ, chủ yếu NO (chiếm 90%) lại khí NO , N O, NO chủ yếu hình thành phản ứng oxy nitơ không khí có mặt hỗn hợp tác dụng nhiệt độ cao • Cơ chế hình thành NO : Có nhiều giả thiết khác hình thành NO chế Zeldovich mở rộng ứng dụng rộng rãi Cơ chế bao gồm 03 phản ứng thuận nghịch : O+N NO + N (1) N+O NO + O (2) N+ OH NO + H (3) Các số phản ứng cho bảng sau : Bảng : Các số phản ứng giai đoạn hình thành khí NO Phản ứng K K thuận ngược (1) 7, 6.10 exp(-38000/T) 1, 6/10 (2) 6, 4.10 T.exp(-3150/T) 1, 5.10 T.exp(-19500/T) (3) 4, 1.10 10 exp(-23650/T) 13 14 Phản ứng (3) chủ yếu xảy vùng giàu nhiên liệu Các phản ứng khác diễn mạnh khu vực màng lửa vùng khí cháy Trong động cơ, GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn tác dụng áp suất cao, bề dày màng lửa bé tồn thời gian ngắn nên đại phận NO hình thành màng lửa Tuy nhiên, phận NO hình thành màng lửa có khả tạo chất họ NO Từ phân tích đây, nhận thấy tốc độ hình thành NO chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi chất nồng độ oxy • Cơ chế hình thành NO : Chỉ tiêu xetan, Nhiệt độ cất,˚C, 46 360 Điểm chớp cháy cốc kính 55 Độ nhớt học 40 ˚C, mm / s Cặn cacbon 10% cặn chưng cất, % khối lượng, max 0, Điểm đông đặc, ˚C, max +6 Hàm lượng tro,% khối lượng max 0, 01 10 11 Hàm lượng nước, mg/kg, max Tạp chất dạng hạt, mg/l, max Ăn mòn mảnh đồng 50 ˚C, giờ, max 200 10 Loại 12 Khối lượng riêng 15 ˚C, kg/ m 820 - 660 13 14 Độ bôi trơn, μm, max Ngoại quan 2-4, 460 Sạch, ASTM D 4737 TCVN 2698: 2002/ (ASTM D86) TCVN 6608: 2000 (ASTM D 3828)/ ASTMD 93 TCVN 3171: 2003 (ASTM D 445) TCVN 6324: 1997 (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 TCVN 3753: 1995 ASTM D 97 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 ASTM E203 ASTM D2276 TCVN 2694 2000/ (ASTM D 130-88) TCVN 6594 2000 (ASTM D 1298)/ASTM 4052 ASTM D6079 ASTM D4176 II.3.1 Trị số xetan nhũ tương nước – nhiên liệu diesel Trị số xetan đơn vị đo qui ước đặc trưng cho tính tự bốc cháy nhiên liệu diesel đo phần trăm thể tích hàm lượng n – xetan (C H ) hỗn hợp nú với α - metylnaphaten điều kiện tiêu chuẩn Theo qui ước α - metylnaphaten có trị số xetan = n – xetan có trị số xetan = 100 16 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh 34 Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Nhiên liệu có trị số xetan cao có nhiệt độ tự cháy thấp, tính tự cháy tốt, giảm lượng khí thải, tiếng ồn ngược lại Tuy nhiên, trị số xê tan tăng cao gây hao phí nhiên liệu Để cải thiện trị số xetan người ta thường đưa vào nhiên liệu số phụ gia alkyl nitrat, ete nitrat, alkyldiglycol nitrat, peoxit hữu Nhưng kinh tế khả quan nhớm alkyl nitrat, - etylhexyl nitrat (EHN)  Phương pháp xác định Trị số xetan nhiên liệu diesel xác đinh phương pháp thực nghiệm tính toán • Trị số xetan xác định thực nghiệm ASTM D 4737 Phương pháp thực nghiệm xác định trị số xetan tiến hành thiết bị chuyên dụng với loại nhiên liệu tiêu chuẩn Loại thiết bị tiêu chuẩn dạng động diesel đặc biệt cho phép ta quan sát tượng chay động • Trị số xetan xác định gián tiếp qua tính toán ASTM D976 Khi điều kiện xác định trị số xetan thiết bị đo trị số xetan, xác định gián tiếp qua điểm sôi 50% API theo công thức TSXT = 454, 74 – 1641, 416D + 774, 74D – 0, 554B + 97,803(logB) Trong D: Tỷ trọng nhiên liệu diesel d B: Điểm sôi 50% V đo C Cũng tính trị số xetan theo công thức TSXT = -420, 34 + 016G + 192GlongM + 65,01(logM) 0001809 M Trong G: độ API M: Điểm sôi 50% V đo F Cũng không cần dùng công thức mà sử dụng biểu đồ quan hệ API điểm sôi 50% V để xác định trị số xetan nhiên liệu diesel II 3.2 Thành phần phân đoạn o 2 15/15 o 2– o o GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Hàm lượng nước : ≤ 2, % Sorbital mono oleat thương phẩm I.2 Nghiên cứu, lựa chọn chất ổn định nhũ Theo nghiên cứu nhiều tác giả, chất nhũ húa đơn lẻ thường không ổn định nhũ hiệu hỗn hợp chất nhũ húa Thực vậy, theo kết tiến hành thực nghiệm: so sánh mẫu nhũ tương với mẫu cho chất nhũ húa mẫu cho hỗn hợp chất nhũ húa chất ổn định nhũ Sau qua sát thời gian sa lắng thời gian tách nhũ nhận thấy mẫu thứ ổn định lâu nhiều Sở dĩ có tượng có chất nhũ húa hạt nhũ tương có xu hướng kết hợp với tạo thành hạt lớn nên nhanh chóng bị xa lắng dẫn đến tách dầu, cho chất ổn định nhũ tạo hạt có xu hướng đẩy nên phân bố toàn dung dịch, dung dịch bị sa lắng thời gian tách dầu lâu nhiều Như kết luận nhũ tương có chất ổn định bền vững nhũ tương chất ổn định Do vậy, chọn chất nhũ húa thích hợp cho việc chế tạo nhũ tương nước – nhiên liệu diesel để độ bền nhũ tương đảm bảo, cần phải tìm thêm chất ổn định nhũ phù hợp Để lựa chọn chất ổn định nhũ em tiến hành pha chế mẫu nhũ tương nước nhiên liệu diesel với chất nhũ húa Sorbital mono oleat chất ổn định nhũ vào Polyetylen glycol, sodium oleate Sorbitol với thành phần chất sau: Nhiên liệu diesel: 89.7% Nước cất: 7% Chất nhũ húa: 3% Chất ổn định nhũ: 0.3% GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Khi tăng lượng nước lên thành phần chất nhũ hoá chất ổn định phải tăng dần lên để đảm bảo cho việc hình thành ổn định hệ nhũ tương Bảng 10: Xét hàm lượng nước 7% Stt % HO Tỷ lệ chất nhũ hoá/ chất ổn định Tổng hàm lượng chất nhũ húa 7% 2, – 0, 26 2, – 0, 27 2, – 0, 28 – 0, 3 – 0, 32 3, – 0, 35 3, – 0, 35 2, 86 2, 97 3, 08 3, 3, 32 3, 55 3, 85 Số ngày ổn định mẫu (ngày) Sorbital mono oleat +Sorbitol 10 13 16 20 15 14 11 Hình 13: Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 7% Nhận xét: Khi cho 7% nước chất nhũ hoá 3% chất ổn định nhũ 0,3% phù hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Hình 18: Hạt nhũ tương nước – nhiên liệu diesel phóng đại Nhận xét: Qua hình ảnh biểu đồ phân bố kích thước hạt nhận thấy với chất nhũ hoá Sorbital mono oleat chất ổn định nhũ Sorbitol cho loại nhũ tương có kích thước hạt đồng mịn - Loại kích thước 17µm chiếm 53.74% - Loại kích thước 20µm chiếm 31.03% - Kích thước hạt 25 µm chiếm 30, 45 µm Nhờ vào cánh khuấy ly tâm mà kích thước hạt tạo bé, mịn hạt tương đối đồng Đây lý làm cho nhũ tương có thời gian ổn định tách dầu lâu III.2 Xác định chất lượng nhiên liệu nhũ tương nước – diesel III.2.1 Công suất động Bảng 15: Công suất động Chế độ tải (mm3/ct) 15 20 26 31 Diesel (KW) 3 4 Nhũ tương BK02 (KW) 4 So sánh (%) -5 26 -3 03 -2 38 00 36 -2 08 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn Chế độ tải (mm /ct) 15 20 26 31 36 Diesel (ppm) 42270 97 64180 78 81462 79 91456 25 81563 50 SV: Nguyễn Văn Tuấn Nhũ tương BK02 (ppm) 47525 20 67008 60 85593 90 95619 60 92094 60 So sánh (%) 11 06 22 83 35 11 44 Hình 22: Lượng CO tạo khí thải Nhận xét: LượngCO tạo khí thải nhiên liệu nhũ tương tăng lên chút so với nhiên liệu thông thường Sỡ dĩ do, trình cháy nhiên liệu diễn động triệt để có mặt nước (như trình bày trên) Chính lượng CO tạo lớn III Lượng CO tạo Bảng 19: Lượng CO tạo khí thải 2 Chế độ tải (mm3/ct) 15 Diesel (ppm) 300 25 Nhũ tương BK02 (ppm) 345 24 So sánh (%) 13 03 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn 20 26 31 36 320 46 3062 79 21456 25 31563 50 SV: Nguyễn Văn Tuấn 338 86 2339 28 20480 04 37117 94 43 -23 62 -4 55 14 96 Hình 23: Lượng CO tạo khí thải Nhận xét: Cả nhiên liệu diesel thông thường nhũ tương diesel với chế độ tải tăng lượng CO tạo tăng theo Nếu tính trung bình lượng CO tạo nhiên liệu nhũ tương không tăng so với nhiên liệu diesel thông thường Bên cạnh chế độ tải trung bình lượng CO tạo sử dụng nhiên liệu nhũ tương giảm tới 23.62% so với nhiên liệu diesel thông thường Sỡ dĩ có mặt Oxy vùng cháy lớn, nhiệt độ áp suất cao buồng cháy nước có nhũ tuơng sau bay bị phân li thành hai hợp chất hoạt động trung gian H HO Lượng CO tạo bị oxy húa thành CO theo chế trình bày chương III Lượng tiêu hao nhiên liệu Bảng 20: Lượng tiêu hao nhiên liệu Chế độ tải (mm /ct) 15 Diesel (ppm) Nhũ tương BK02 (ppm) 65 So sánh (%) -7 14 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn 20 26 31 36 91 24 SV: Nguyễn Văn Tuấn 92 19 67 09 -4 03 -6 25 -1 76 Hình 24: Đồ thị lượng tiêu tốn nhiên liệu Nhận xét: Khi chế độ tải tăng cần lượng nhiên liệu lớn mà tiêu hao nhiên liệu lớn Đối với nhiên liệu nhũ tương lượng tiêu hao nhiên liệu giảm Nguyên nhân có mặt nước, theo chế “vi nổ” trình cháy diễn cách triệt III 7.Lượng THC tạo Bảng 21: Lượng THC tạo khí thải Chế đột tải Diesel Nhũ tương BK02 (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 227 966 182 462 -19 96 20 120 781 99 746 -17 42 26 102 789 85 799 -16 53 So sánh (%) GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn 31 36 176 247 293 495 SV: Nguyễn Văn Tuấn 101 258 252 658 -42 55 -13 91 Hình 25: Lượng THC khí thải Nhận xét: Dựa vào đồ thị ta thấy rõ ràng lượng THC (cặn hydrocacbon chưa cháy hết) nhiên liệu nhũ tương thấp nhiều so với nhiên liệu diesel thông thường chí có điểm thấp thới 42.55% Giải thích cho điều không chế khác chế “vi nổ” III Xác định tiêu khác Bảng 22: Các tiêu chất lượng nhiên liệu nhũ tương nước – diesel Stt Chỉ tiêu chất lượng Nhiệt dộ cất, C: 50% V 90% V Khối lượng riêng 15 C, g/ cm Nhiên liệu diesel thường Nhiên liệu Nhũ tương 8324 278 340 0, 8586 o o GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Trị số xetan Độ nhớt động học 40 C, sSt Nhiệt trị, cal/ g Ăn mảnh đồng 50 C, 3h Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, C 50 105 48 3, 932 Loại 1A 70 Loại 1A 68 0 Nhận xét: Qua thông số tiêu nhiên liệu nhũ tương so sánh nú với nhiên liệu diesel thông thường ta thấy: Các yếu tố nhiệt độ nhiệt độ cất hay nhiệt độ chớp cháy giảm nước có mặt nhiên liệu có nhiệt độ sôi thấp hơn, bay hới dễ dàng nên kéo theo bay giọt dầu làm nhiệt độ bốc chung hỗn hợp giảm Tỷ trọng nhiên liệu nhũ tương tăng lên nước có tỷ trọng cao diesel Độ nhớt tăng lên có mặt chất nhũ húa gây hiệu ứng hình học phân tử, làm ma sát nội lớp nhiên liệu tăng lên dẫn đến lớp nhiên liệu trượt lên khó khăn Nhiệt trị nhiên liệu nhũ tương giảm có mặt nước  Nhìn chung tiêu có thay đổi nằm khoảng cho phép nhiên liệu nhũ tương diesel KẾT LUẬN Nhiên liệu nhũ tương nước – diesel với thành phần Hàm lượng nước tối ưu : 7% Chất nhũ húa Sobital mono oleat: 3% Chất ổn định nhũ Sorbitol: 0.3% Thời gian khuấy trộn phút nhiệt độ phòng GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Đã cãi thiện đáng kể tiêu môi trường giảm hàm lượng NO , hàm lượng khói, THC tiêu hao nhiên liệu x Bên cạnh loại nhiên liệu dễ chế tạo, chất ổn định nhũ chiếm tỉ lệ nhỏ, rẽ tiền có bán phổ biến thị trường Việt Nam Chính mà loại nhiên liệu có khả ứng dụng thực Việt Nam cao XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI VÀ TỔNG KẾT Nghiên cứu chế tạo nhũ tương nước - diesel phần lĩnh vực nghiên cứu loại nhiên liệu thân thiện với môi trường nú dần trở thành hướng tính thực tiễn tính hiệu cao Có ba xu hướng nghiên cứu liên quan đến chế tạo nhiên liệu nhũ tương thay nhiên liệu thông thường: Chế tạo nhũ tương pha diesel - nước - diesel gồm công trình nghiên cứu Lin Wang gần Loại nhũ tương chí giảm lượng NO CO khí thải xuống mức thấp Nghiên cứu sử dụng) dietylen glycol dimetyl ete) làm chất phụ gia giúp cải thiện số đặc điểm cháy nhũ tương pha hỗ trợ trình hình thành nhũ tốt Chế tạo vi nhũ tương, nghiên cứu gillberg riberg từ năm 1976, gần phát triển tác giả Qingguo Gollahalli Các hạt nhũ chế tạo nhỏ (cỡ 10nm), kích thước nhỏ nên diện tích bề mặt riêng tăng lên, điều đóng vai trò quan trọng nghiên cứu “vi nổ” trình cháy, giúp nhiên liệu triệt để Hướng cuối hướng phát triển nhũ tương sinh học, nước – biodiesel Đặc điểm hướng thay nhiên liệu diesel thông thường loại dầu sinh học hay diesel sinh học tiến hành tạo nhũ tương với nước Loại nhũ tương cháy tốt hẳn hợp chất sinh học đem làm nhiên liệu Khi so sánh đặc điểm cháy nhũ tương biodiesel với biodiesel thông thường, crookes cộng nhận thấy, lương NO giảm X x nhiều lương CO lại có xu hướng tăng nhẹ Các báo nói loại nhiên liệu không nhiều GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Ở nước ta, nghiên cứu tập trung chủ yếu vào chế tạo hệ nhũ tương hai pha nước – diesel có tính ổn định cao phù hợp với điều kiện khí hậu đặc trưng Khảo sát lựa chọn chất nhũ húa, chất ổn định chất phụ gia, xây dựng hệ thống tiêu chất lượng nhiên liệu nghiên cứu chuyển giao công nghệ cho đơn vị sản xuất Nước ta giai đoạn công nghiệp húa nên nhu cầu sử dụng động diesel tăng mạnh Vì vậy, nú dự án bền vững tính khả thi ý nghĩa thực tế nú đem lại TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Văn Hoan, Hoá Keo tập 4, 1968 Mai Hữu Khiêm, Giáo trình hoá keo, Bách Khoa thành phố HCM, 1985 PGS TS Vũ Đào Thắng, Húa học hữu cơ, tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 Kiều Đình Kiêm, Các sản phẩm dầu mỏ húa dầu, NXB khoa học kỹ thuật, 2002 PGS TS Đinh Thị Ngọ, Húa học dầu mỏ khí, NXB Khoa học kỹ thuật, 202 Nguyễn Hữu Phú, Giáo trình hoá lý hoá keo, Khoa ĐH chức Bách Khoa, 1995 Hoàng Tuấn Bằng: Luận văn tốt nghiệp cao học Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc tập hợp giọt nhũ tương dầu/ nước phương pháp phân chia 12/1999 Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry, 2004 NXB trườngĐH NXB Anna lif, Krister Holmberg, Water - in - diesel emulsions and related sytems, Advances in colloid and Interface Science 123 126 (2006) 231-239 10 Cherng – Yuan Lin*, Li - Wei Chen, Eulsification characteristics of three - and two - phase emulsions prepared by the ultrasonic emulsification method 11 Cherng – Yuan Lin*, Kuo - Hua Wang, effect of an oxygenated additive on the emulsification characteristics of two - and three phase diesel emulsions GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI SV: Nguyễn Văn Tuấn CỘNG HềA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠN PHÚC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NguyễnVăn Tuấn SHSV: 20043444 Khúa: 49 Khoa: Công Nghệ Húa Học Ngành: CN Tổng Hợp Hữu Cơ – Húa dầu Đề nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo hệ nhũ tương nước – diesel cho động diesel Nhiệm vụ Tổng quan nhiên liệu diesel, nhũ tương nghiên cứu chế tạo nhũ tương nhiên liệu diesel Nội dung phần thuyết minh Chương I: Tổng quan (bao gồm tổng quan nhiên liệu diesel, nhũ tuơng, chất nhũ húa phương pháp chế tạo nhũ tương) Chương II: Phương pháp nghiên cứu tiến hành thực nghiệm (bao gồm phương pháp nghiên cứu hệ nhũ tương phương pháp chế tạo nhũ tương) Chương III: Kết đánh giá thực nghiệm Họ tên cán hương dẫn: PGS TS NGUYỄN HỮU TRỊNH Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đò án: Ngày tháng 06 năm 2009 Chũ nhiệm môn (Ký, ghi rõ họ tên) Cán hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) PGS TS Nguyễn Hữu Trịnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh [...]... bằng một hỗn hợp các chất nhũ húa Thực vậy, theo kết quả tiến hành thực nghiệm: so sánh 2 mẫu nhũ tương với một mẫu chỉ cho chất nhũ húa và một mẫu cho hỗn hợp chất nhũ húa và chất ổn định nhũ Sau khi qua sát thời gian sa lắng và thời gian tách nhũ nhận thấy mẫu thứ 2 ổn định được lâu hơn rất nhiều Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do khi chỉ có chất nhũ húa thì các hạt nhũ tương có xu hướng kết hợp với... được đảm bảo, cần phải tìm thêm chất ổn định nhũ phù hợp Để lựa chọn chất ổn định nhũ em đã tiến hành pha chế 3 mẫu nhũ tương nước nhiên liệu diesel với các chất nhũ húa và Sorbital mono oleat và chất ổn định nhũ lần lượt vào Polyetylen glycol, sodium oleate Sorbitol với thành phần các chất như sau: Nhiên liệu diesel: 89.7% Nước cất: 7% Chất nhũ húa: 3% Chất ổn định nhũ: 0.3% GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu... lên thì thành phần chất nhũ hoá và chất ổn định cũng phải tăng dần lên để đảm bảo cho việc hình thành và ổn định hệ nhũ tương Bảng 10: Xét hàm lượng nước là 7% Stt 1 2 3 4 5 6 7 % HO Tỷ lệ chất nhũ hoá/ chất ổn định Tổng hàm lượng chất nhũ húa 7% 2, 6 – 0, 26 2, 7 – 0, 27 2, 8 – 0, 28 3 – 0, 3 3 2 – 0, 32 3, 2 – 0, 35 3, 5 – 0, 35 2, 86 2, 97 3, 08 3, 3 3, 32 3, 55 3, 85 2 Số ngày ổn định của mẫu (ngày)... khi cho chất ổn định nhũ thì tạo ra các hạt có xu hướng đẩy nhau nên được phân bố đều trong toàn dung dịch, dung dịch ít bị sa lắng và thời gian tách dầu được lâu hơn rất nhiều Như vậy có thể kết luận rằng nhũ tương có chất ổn định bền vững hơn nhũ tương không có chất ổn định Do vậy, tuy đã chọn được chất nhũ húa thích hợp cho việc chế tạo nhũ tương nước – nhiên liệu diesel nhưng để độ bền của nhũ. .. Nhận xét: Khi cho 7% nước thì chất nhũ hoá là 3% và chất ổn định nhũ là 0,3% là phù hợp nhất GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Hình 18: Hạt nhũ tương nước – nhiên liệu diesel được phóng đại Nhận xét: Qua hình ảnh và biểu đồ phân bố kích thước hạt ở trên nhận thấy với chất nhũ hoá Sorbital mono oleat và chất ổn định nhũ và Sorbitol cho loại nhũ tương... Nguyễn Văn Tuấn Ở nước ta, nghiên cứu tập trung chủ yếu vào chế tạo được hệ nhũ tương hai pha nước – diesel có tính ổn định cao và phù hợp với điều kiện khí hậu đặc trưng Khảo sát lựa chọn chất nhũ húa, chất ổn định và chất phụ gia, xây dựng hệ thống chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu cũng như nghiên cứu và chuyển giao công nghệ cho các đơn vị sản xuất Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp húa nên... Khoa: Công Nghệ Húa Học Ngành: CN Tổng Hợp Hữu Cơ – Húa dầu 1 Đề tại nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo hệ nhũ tương nước – diesel cho động cơ diesel 2 Nhiệm vụ Tổng quan về nhiên liệu diesel, nhũ tương và nghiên cứu chế tạo nhũ tương nhiên liệu diesel 3 Nội dung các phần thuyết minh Chương I: Tổng quan (bao gồm tổng quan về nhiên liệu diesel, nhũ tuơng, chất nhũ húa và các phương pháp chế tạo nhũ tương)... quan hệ giữa API và điểm sôi 50% V để xác định trị số xetan của nhiên liệu diesel II 3.2 Thành phần phân đoạn o 2 2 15/15 o 2 2– 2 o 0 o GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn Hàm lượng nước : ≤ 2, 0 % Sorbital mono oleat thương phẩm I.2 Nghiên cứu, lựa chọn chất ổn định nhũ Theo nghiên cứu của nhiều tác giả, một chất nhũ húa đơn lẻ thường không ổn định nhũ. .. giọt dầu trong nhũ tương d/ n, còn chất nhũ húa là cation thì gây ra hiện tượng đảo điện tích.Nói chung, trong bất cứ trường hợp nào thì sự tích điện được tạo ra trên bề mặt các giọt nhũ đều chống lại sự lắng đọng nhũ Trong nhũ tương d/ n, khả năng tích điện trên các giọt tốt hơn trong nhũ tương n/ d Hình 6: sự tích điện lên bề mặt giọt II.3 2 Cấu tạo của lớp điện tích kép Nhũ tương ổn định hơn khi... chia giữa hai pha tích điện Lớp điện tích của các giọt nhũ có thể được tạo thành từ 3 cách : do quá trình ion húa, quá trình hấp phụ hoặc do sự tiếp xúc Khi các chất nhũ húa hấp thụ trên bề mặt các giọt, các nhóm có khả năng hũa tan trong nước của nú bị ion húa, tạo thành lớp điện tích kép bao quanh hạt nhũ Đối với nhũ tương được ổn định bằng các hợp chất không ion, lớp điện tích tại bề mặt giọt không ... chứa oxy trung gian, có khả tự bốc cháy Khoảng thời gian gọi thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ Thời gian cảm ứng ngắn tốt, lúc nhiên liệu cháy điều hũa Như vậy, để có thời gian cháy trễ ngắn... monostearat Sorbitan trilate (Span 85) Sorbitan monooleat (Span 80) Dietylen glycol monolaurat Sorbitan monopalmitat SV: Nguyễn Văn Tuấn Loại A N N N N N Chỉ số HLB 1, 3, 1, 6, 6, Ghi A: anion N: không... chia 12/1999 Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry, 2004 NXB trườngĐH NXB Anna lif, Krister Holmberg, Water - in - diesel emulsions and related sytems, Advances in colloid and Interface