TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

PHÒNG THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH & ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM DẦU MỎ

HƯỚNG DẪN

QUY TRÌNH KIỂM NGHIỆM SẢN PHẨM DẦU MỎ THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ ASTM

10/2008

BÀI 1 : XÁC ĐỊNH TỶ TRỌNG, TỶ TRỌNG TƯƠNG ĐỐI (TRỌNG LƯỢNG RIÊNG) HOẶC TRỌNG LƯỢNG API BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỶ TRỌNG KẾ THEO TIÊU CHUẨN ASTM D1298

I. Phạm vi : Phép đo bao gồm việc sử dụng tỷ trọng kế chất lỏng bằng thủy tinh để xác định

các tỷ trọng , tỷ trọng tương đối (trọng lượng riêng) hoặc trọng lượng API của dầu thô, sản phẩm dầu mỏ hoặc hỗn hợp của các sản phẩm dầu mỏ và không dầu mỏ là chất lỏng có áp suất hơi Reid ≤ 179 Kpa. Các giá trị đo được trên tỷ trọng kế chất lỏng ở các nhiệt độ được chuyển đổi về 15°C đối với tỷ trọng và 60°F đối với tỷ trọng tương đối (trọng lượng riêng) và trọng lượng API bằng cách sử dụng bảng tiêu chuẩn quốc tế. Cũng dùng bảng này có thể chuyển đổi giá trị đo được của một trong ba đại lượng thành giá trị tương ứng của hai đại lượng kia sao cho chúng trong cùng một hệ đơn vị .

Một số thuật ngữ sử dụng trong phép đo: Tỷ trọng d15: là khối lượng của một thể tích chất lỏng ở 15°C (kg/l ở 15°C)

Tỷ trọng tương đối (trọng lượng riêng) S: là tỷ số giữa khối lượng của một thể tích đã cho của chất lỏng ở 15°C và khối lượng của cùng một thể tích nước nguyên chất ở cùng nhiệt độ (60/600F)

Trọng lượng API là một hàm riêng của tỷ trọng tương đối 60/600F, được biểu thị bằng biểu thức :

5,131S

5,141API −=

Không cần ghi nhiệt độ vì 60°F chính là nhiệt độ xác định.

Các giá trị quan sát được ở nhiệt độ khác với nhiệt độ tiêu chuẩn quy định, đó không phải là tỷ trọng, tỷ trọng tương đối hoặc trọng lượng API mà phải cần được hiệu chỉnh.

II. Ý nghĩa và sử dụng . Việc xác định chính xác tỷ trọng, tỷ trọng tưong đối hoặc trọng lượng API của

dầu thô và sản phẩm dầu mỏ là rất cần thiết để biến đổi thể tích đo được về thể tích ở nhiệt độ tiêu chuẩn 15°C hoặc 60°F.

Phương pháp tỷ trọng kế là thích hợp nhất để xác định tỷ trọng, trọng lượng riêng hoặc trọng lượng API của các chất lỏng trong suốt linh động. Nó cũng có thể được dùng cho dầu rất nhớt bằng cách để thời gian đủ dài để tỷ trọng kế đạt tới trạng thái cân bằng hoặc cho những dầu mờ đục bằng cách dùng sự hiệu chỉnh mặt chất lỏng phồng lên trong ống nghiệm thích hợp.

III. Thiết bị . 1. Tỷ trọng kế : bằng thủy tinh chia vạch theo đơn vị tỷ trọng, trọng lượng riêng

hoặc trọng lượng API như yêu cầu phù hợp với đặc điểm kỹ thuật ASTM hoặc đặc điểm kỹ thuật của viện tiêu chuẩn Anh :

Đặc điểm kỹ thuật Loại Đơn vị Giới hạn thang vạch chia

Tổng Mỗi đơn vị

Khoảng cách Sai số

Hiệu chỉnh mặt chất lỏng

BS173 : 1960 L50 SP M50SP

Dầu mỏ đặc biệt

Tỷ trọng kg/l ở 15°C

0,600÷1,100 0,600÷1,100

0,050 0,050

0,0005 0,001

±0,0003 ±0,0006

+0,0007 +0,0014

BS178 : 1960 L50 SP M50SP

Dầu mỏ đặc biệt

Trọng lượng riêng

0,600÷1,100 0,600÷1,100

0,050 0,050

0,0005 0,001

±0,0003 ±0,0006

+0,0007 +0,0014

E100 82H-90H

Dài, đơn giản

Trọng lượng riêng

0,650÷1,100

0,050

0,0005

±0,0005

E100 1H-10H

Dài, đơn giản

-1÷+101

12

0,1

±0,1

2. Nhiệt kế : phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của tiêu chuẩn và có giới hạn như sau :

Đặc điểm kỹ thuật

Loại Thang chia

Phạm vi đo

Khoảng chia

Thang sai số

IP 64C E1 12C

Tỷ trọng, phạm vi đo rộng Trọng lượng

°C °C

-20 ÷ +102 -20 ÷ +102

0,2 0,2

±0,1 ±0,1

IP 64F E1 12F

Trọng lượng riêng, phạm vi đo rộng Trọng lượng

°F °F

-5 ÷ +215 --5 ÷ +215

0,5 0,5

±0,25 ±0,25

3. Nhiệt độ thí nghiệm .

Các kết quả thí nghiệm thu được chính xác nhất khi ở đúng hoặc ở gần nhiệt độ chuẩn 15°C hoặc 60°F. Các điều kiện giới hạn và nhiệt độ thử nghiệm tuân theo quy định cho trong bảng sau :

Loại mẫu Điểm sôi đầu Các giới hạn Nhiệt độ thử nghiệm

Bay hơi cao Áp suất hơi Reid < 26Ib

Làm lạnh trong thùng kín xuống ± 2°C

Bay hơi trung bình ≤ 120°C Làm lạnh trong thùng kín xuống 18°C

Bay hơi trung bình và nhớt ≤ 120°C Độ nhớt quá cao ở 18°C

Đun nóng tới nhiệt độ tối thiểu để đạt trạng thái đủ lỏng

Không bay hơi > 120°C Sử dụng một nhiệt độ bất kỳ trong khoảng -18÷90°C

Hỗn hợp với các sản phẩm không phải dầu mỏ

Thử nghiệm ở 15± 2°C

4. Ống đong tỷ trọng kế : Bằng thủy tinh trong suốt , nhựa dẻo chịu được sự thay đổi của mẫu hoặc kim loại. Để thuận tiện cho việc rót ống cần có một miệng trên thành. Đường kính trong của ống lớn hơn đường kính ngoài của tỷ trọng kế được sử dụng trong nó ít nhất 25 mm. Chiều cao của ống phải đủ lớn để tỷ trọng kế nổi trong mẫu với khoảng hở giữa đáy của tỷ trọng kế và đáy của ống ít nhất 25 mm (hình).

4. Bình điều nhiệt : Được dùng khi mẫu cần nhiệt độ thử nghiệm cao hoặc thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của phòng thí nghiệm hoặc khi nhiệt độ giữa hai lần tiến hành chênh lệch vượt quá 0,50C (hình).

IV. Quy trình thí nghiệm . 1. Điều chỉnh nhiệt độ của mẫu (cẩn thận dễ cháy, hơi độc, tránh tiếp xúc và hít

thở lâu). Đưa ống đong tỷ trọng kế và nhiệt kế tới cùng nhiệt độ như mẫu thử nghiệm.

2. Rót mẫu vào ống tỷ trọng kế sạch mà không làm bắn tung tóe để tạo bọt khí và làm giảm tối thiểu sự bay hơi của các thành phần có điểm sôi thấp của các mẫu dễ bay hơi. Đối với các mẫu bay hơi cao cần dùng vòi hút. Khử hết bọt khí tạo thành sau khi chúng được tập hợp trên bề mặt mẫu bằng cách dùng một mẩu giấy lọc sạch chạm vào chúng trước khi đặt tỷ trọng kế vào.

3. Đặt ống chứa mẫu ở vị trí thẳng đứng, ở chỗ ngăn cách với dòng không khí chuyển động. Giữ nhiệt độ của mẫu không thay đổi rõ rệt trong thời gian cần thiết để hoàn thành phép thử nghiệm, trong giai đoạn này nhiệt độ xung quanh không được thay đổi vượt quá 2°C. Khi thử nghiệm ở nhiệt độ cao hoặc thấp hơn nhiệt độ phòng nhiều thì phải dùng bình điều nhiệt để tránh sự thay đổi quá mức nhiệt độ.

4. Thả nhẹ tỷ trọng kế vào ống mẫu, cẩn thận để tránh làm ướt thành ống phía trên mức mà nó được nhúng vào trong chất lỏng. Tiếp tục khuấy mẫu bằng nhiệt kế sao cho bầu thủy ngân ngập chìm hoàn toàn và thành tỷ trọng kế không bị làm ướt phần phía trên mức bị nhúng chìm. Đọc nhanh và cẩn thận chỉ số trên tỷ trọng kế, ghi nhiệt của mẫu chính xác tới 0,25°C rồi lấy nhiệt kế ra.

5. Ấn tỷ trọng kế khoảng 2 thang chia vào chất lỏng rồi sau đó thả nó ra, phần thành còn lại của tỷ trọng kế, ở trên mức chất lỏng, cần được giữ khô vì chất lỏng không cần thiết trên thành ống ảnh hưởng đến chỉ số thu được. Với mẫu có độ nhớt thấp, xoay

nhẹ tỷ trọng kế khi thả tay để giúp nó được đứng yên, thả nổi nó cách xa thành ống. Đợi một thời gian đủ để tỷ trọng kế đứng yên và tất cả bọt khí nổi lên trên bề mặt (2 phút đối với MO và 5 phút đối với các mẫu khác). Đây là điều đặc biệt cần thiết trong trường hợp mẫu nhớt hơn.

6. Khi tỷ trọng kế đứng yên, thả nổi nó cách xa thành ống, ghi lại số chỉ trên tỷ trọng kế chính xác tới 10-4 đối với tỷ trọng hay trọng lượng riêng và 0,05°C đối với trọng lượng API. Hiệu chỉnh số đọc trên tỷ trọng kế là điểm trên thang tỷ trọng kế mà tại đó bề mặt chính của chất lỏng cắt vạch chia. Xác định điểm này bằng cách đặt mắt thấp hơn mức chất lỏng một chút rồi từ từ nâng cao tới bề mặt chất lỏng đầu tiên nhìn thấy như một hình elip bị méo, rõ dần thành một đường thẳng cắt vạch chia tỷ trọng kế.

7. Với một chất lỏng mở đục, đọc bằng cách quan sát để mắt cao hơn bề mặt chất lỏng một chút, điểm trên vạch chia tỷ trọng kế là điểm mẫu dâng cao tới đó. Chỉ số đọc này, ở đỉnh của mặt lõm chất lỏng cần hiệu chỉnh do tỷ trọng kế được định mức để đọc ở bề mặt chính của chất lỏng. Sự hiệu chỉnh đối với tỷ trọng kế đặc biệt trong sử dụng có thể được xác định bằng cách quan sát độ cao cực đại ở trên bề mặt chính của chất lỏng mà dầu dâng cao tới đó trên vạch chia tỷ trọng kế khi tỷ trọng được nhúng trong một dầu nhờn trong suốt có sức căng bề mặt tương tự như mẫu thử nghiệm.

8. Ngay sau khi quan sát giá trị thang chia trên tỷ trọng kế lại dùng nhiệt kế khuấy thật cẩn thận mẫu giữ cho bầu thủy ngân được ngâm chìm hoàn toàn. Ghi nhiệt độ mẫu chính xác tới 0,2°C. Nhiệt độ này có thể khác với chỉ số trước đó 0,5°C, làm lại phép thử tỷ trọng kế và sau đó quan sát nhiệt kế cho tới khi nhiệt độ ổn định trong khoảng 0,5°C.

V. Tính toán và báo cáo . Áp dụng tất cả các hiệu chỉnh có liên quan tới số đọc nhiệt kế quan sát được và số

đọc tỷ trọng kế. Ghi các giá trị tỷ trọng hoặc trọng lượng riêng với độ chính xác tới 0,0001 hoặc 0,1 đối với trọng lượng API, cuối cùng hiệu chỉnh số đọc nhiệt kế. Sau khi

áp dụng tất cả các hiệu chỉnh có liên quan đến độ chính xác 0,5°C, quan sát thang chia nhiệt độ ngay trước và sau số đọc tỷ trọng kế cuối cùng.

Để chuyển đổi các giá trị đã hiệu chỉnh trên về nhiệt độ tiêu chuẩn, cần dùng bảng đo lường dầu mỏ như sau:

Khi áp dụng tỷ trọng kế chia độ tỷ trọng dùng bảng 53A hoặc 53B để thu được tỷ trọng ở 15°C.

Khi áp dụng tỷ trọng kế chia độ trọng lượng riêng dùng bảng 23A hoặc 23B để thu được trọng lượng riêng 60/60°F.

Khi áp dụng tỷ trọng kế chia độ tỷ trọng API dùng bảng 5A hoặc 5B để thu được trọng lượng độ API.

Báo cáo giá trị cuối cùng là tỷ trọng kg/l ở 15°Choặc trọng lượng riêng ở 60/60°F hoặc trọng lượng độ API thích hợp.

VI. Độ chính xác và độ sai lệch Độ chính xác : Độ chính xác của phương pháp được xác định bằng khảo sát

thống kê các kết quả giữa các phòng thí nghiệm. Giá trị độ lặp lại và độ tái diễn cho phép có thể tham khảo trong bảng dưới đây

Sản phẩm Giới hạn nhiệt độ Đơn vị Độ lặp lại Độ tái diễn Trong suốt -2 đến 24,50C Tỷ trọng 0.0005 0.0012 Không nhớt 29 đến 760F

42 đến 780F Trọng lương riêngTrọng lượng API

0.0005 0.1

0.0012 0.3

Mờ đục -2 đến 24,50C 29 đến 760F 42 đến 780F

Tỷ trọng Trọng lượng riêngTrọng lương API

0.0006 0.0006

0.2

0.0015 0.0015

0.5

Độ lặp lại : Sự khác nhau giữa hai kết quả thử nghiệm thu được từ cùng một người làm trên cùng một thiêt bị dưới các điều kiện không thay đổi đối với cùng một nguyên liệu mẫu.

Độ tái diễn : Sự khác nhau giữa hai kết quả độc lập và đơn lẻ thu được từ hai người làm ở hai phòng thí nghiệm khác nhau trên cùng một nguyên liệu mẫu.

BÀI 2 : XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CẤT CỦA CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ THEO TIÊU CHUẨN ASTM D 86

II. Phạm vi áp dụng Phương pháp này xác định thành phần cất của xăng tự nhiên, xăng ôtô, xăng máy

bay, nhiên liệu phản lực, các phân đoạn rượu dầu mỏ với điểm sôi đặt biệt như naphta, whitespirit, dầu hỏa, nhiên liệu diesel, mazut chưng cất và các sản phẩm dầu tương tự bằng thiết bị chưng cất.

Một số thuật ngữ dành cho tiêu chuẩn ASTM D86 Điểm phân hủy: số đo của nhiệt kế tại thời điểm chất lỏng trong bình chưng cất có

biểu hiện đầu tiên của sự phân hủy nhiệt. Các biểu hiện đặc trưng cho sự phân hủy nhiệt là sự tạo hơi và các số đo của nhiệt kế không ổn định, thường giảm xuống sau mỗi lần chỉnh để điều chỉnh lại nhiệt.

Điểm khô: số đo của nhiệt kế đọc được tại thời điểm giọt chất lỏng cuối cùng bay hơi khỏi điểm thấp nhất của bình cất. Không cần quan tâm đến giọt hoặc màng chất lỏng nào còn trên thành bình hoặc nhiệt kế. Điểm khô sử dụng trong các tính chất liên quan đến xăng dung môi có mục đích sử dụng đặc biệt như trong công nghiệp sơn.

Điểm cuối (điểm sôi cuối): Số đo cao nhất của nhiệt kế thu được trong khi chưng cất. Nó thường xuất hiện sau khi bay hơi hết tất cả chất lỏng khỏi đáy của bình cất. Điểm cuối được ưa dùng hơn điểm khô trong sử dụng nói chung. Điểm khô cũng có thể thay cho điểm cuối nếu mẫu có bản chất mà độ chính xác của điểm cuối không thể đáp ứng một cách hoàn toàn với các yêu cầu đưa ra trong mục về độ chính xác.

Điểm sôi đầu: Số đo của nhiệt kế thu được tại thời điểm giọt đầu tiên của chất lỏng ngưng tụ rơi xuống từ đầu dưới của ống sinh hàn.

Phần trăm bay hơi: Tổng số phần tram cất được và phần trăm hao hụt

Phần trăm hao hụt: Một trăm phần trăm trừ đi phần trăm tổng thu hồi.

Phần trăm cất được: lượng chất lỏng ngưng tụ tính theo mililit quan sát được trong ống hứng đã chia độ sẵn ứng với số đo của nhiệt kế đọc được đồng thời.

Phần trăm thu hồi: Phần trăm lớn nhất thu được như quan sát

Phần trăm cặn: Lượng cặn tính theo mililit đo được

Phần trăm tổng thu hồi: Toàn bộ phần trăm thu hồi và cặn trong bình

Số đọc nhiệt kế: Nhiệt độ của hơi bão hòa đo được ở cổ bình phía dưới ống hơi

II. Ý nghĩa của phép đo thành phần cất Đặc tính chưng cất (tính bay hơi) của các hydrocarbon thường có ảnh hưởng quan

trọng đến độ an toàn và sử dụng chúng, đặc biệt đối với các nhiên liệu và dung môi. Tính bay hơi là chỉ tiêu chính, xác định xu hướng tạo thành hơi có nguy cơ nổ của các hydrocarbon. Nó cũng là chỉ tiêu cực kỳ quan trọng của cả xăng ôtô và xăng máy bay ảnh hưởng đến sự khởi động máy, hâm nóng máy và xu hướng tạo túi hơi ở nhiệt độ vận hành cao hoặc ở trên cao hoặc cả hai. Sự có mặt của các thành phần có điểm sôi cao trong các

nhiên liệu này hoặc các nhiên liệu khác có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự tạo thành cặn cháy cứng.

Tính bay hơi có ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi nên cũng là một yếu tố quan trọng trong việc sử dụng của nhiều dung môi, đặc biệt là những loại dùng trong sơn.

Các chỉ tiêu kỹ thuật của các sản phẩm dầu mỏ nói chung bao gồm các giới hạn để khẳng định các sản phẩm có tính bay hơi phù hợp.

III. Thiết bị Máy xác định thành phần cất gồm bếp gia nhiệt, tấm chắn, bình ngưng và làm

lạnh được tích hợp trong một hệ thống, cùng với những dụng cụ khác như bình cất, ống đong có vạch chia và bộ cảm ứng nhiệt gồm các nhiệt kế.

IV. Lấy mẫu Xác định các đặc tính nhóm phù hợp với việc lấy mẫu kiểm tra (tham khảo bảng)

Các đặc tính của mẫu Nhóm 0 Nhóm 1 (MO)

Nhóm 2 (MO) Nhóm 3 Nhóm 4

(KO, DO)

Dạng chưng cất Xăng tự nhiên

Áp suất hơi ở 37,8°C, kPa ≥ 65,5 <65,5 < 65,5 < 65,5

Chưng cất IPB, °C FPB, °C

≤ 250

≤ 250

≤ 100 > 250

> 100 > 250

Cách lấy mẫu

Nhiệt độ chai lấy mẫu, °C 0 ÷ 4,5 0 ÷ 10

Nhiệt độ bảo quản mẫu, °C 0 ÷ 4,5 0 ÷ 10 0 ÷ 10 Nhiệt độ môi trường Tmt, hơn nhiệt độ đông đặc 10°C

Nếu mẫu ướt Lấy mẫu lại Lấy mẫu lại

Lấy mẫu lại

Làm khô bằng NaSO4 khan

V. Chuẩn bị thiết bị

Thiết bị Nhóm 0 Nhóm 1 (MO)

Nhóm 2 (MO) Nhóm 3 Nhóm 4

(KO, DO)

Bình cất, ml 100 125 125 125 125

Nhiệt kế chưng cất ASTM 7C (7F) 7C (7F) 7C (7F) 7C (7F) 8C (8F)

Nhiệt kế chưng cất IP 5C 5C 5C 5C 5C

Tấm đỡ bình cất Đường kính lỗ, mm

A 32

B 38

B 38

C 50

C 50

Nhiệt độ bắt đầu kiểm nghiệm -Bình cất và nhiệt kế, °C

0 ÷ 4,5

13 ÷ 18

13 ÷ 18

13 ÷ 18

≤ Tmt

-Tấm đỡ bình cất, tấm chắn -Ống hứng chia độ 100ml,°C

≤ Tmt

0 ÷ 4,5 ≤ Tmt

13 ÷ 18 ≤ Tmt

13 ÷ 18 ≤ Tmt

13 ÷ 18 ≤ Tmt

13 ÷ Tmt

Dựa vào bảng chuẩn bị thiết bị như hướng dẫn, đưa nhiệt độ của ống đong, bình cất, cảm ứng nhiệt và bình làm lạnh đến giá trị quy định.

Tiến hành mọi chuẩn bị đầy đủ cần thiết sao cho nhiệt độ của bình làm lạnh và ống chia độ sẽ được duy trì ở các nhiệt độ tương ứng của chúng. Thùng làm lạnh phải có mực chất lỏng cao hơn điểm cao nhất của ống ngưng tụ. Nếu cần thiết thì chuẩn bị cho việc tuần hoàn, khuấy hoặc thổi khí thích hợp. Ống hứng chia độ cần ở trong bình làm mát sao cho mức chất lỏng ít nhất cao đến vạch 100 ml hoặc ống chia độ được bao quanh bởi một buồng tuần hoàn không khí. Môi trường làm lạnh thích hợp đối với các nhóm 0, 1, 2 gồm nước đá vụn và nước, nước muối lạnh và Etylen glycol lạnh ; đối với nhóm 4 thùng làm mát có thể ở nhiệt độ môi trường hoặc trên nhiệt độ môi trường.

Loại bỏ cặn bẩn trong ống ngưng tụ bằng cách lau bằng vải xốp buộc vào sợi dây gai hoặc sợi dây đồng mảnh.

Đối với các nhóm 0, 1, 2, 3, cắm nhiệt kế lắp sẵn vào nút bấc hoặc nút cao su cho khít rồi đậy nút chặt vào cổ bình cất và đưa nhiệt độ của mẫu đến nhiệt độ yêu cầu

Đong 100 ml mẫu bằng ống đong và rót toàn bộ mẫu vào bình cất, rót cẩn thận để chất lỏng không chảy vào ống thoát hơi.

Lắp nhiệt kế có sẵn nút bấc đã vo tròn hoặc nút cao su silicon vào cổ bình cất sao cho bầu nhiệt kế được đặt chính giữa cổ bình cất và điểm dưới cùng của mao quản ở mức ngang với điểm cao nhất ở bên trong thành của ống dẫn hơi ra. Trong trường hợp dùng nhiệt kế cặp hoạc nhiệt kế điện trở thì tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Lắp ống dẫn hơi có lắp sẵn nút cao su silicon hoặc nút lie thật kín vào ống ngưng tụ của thùng làm lạnh. Điều chỉnh bình cất ở vị trí thẳng đứng và sao cho ống thoát hơi xuyên vào lòng ống ngưng tụ một đoạn 25 ÷ 50 mm. Nâng và điều chỉnh tấm đỡ cho vừa khít vào đáy của bình cất.

Đặt ống đong dung để đo dung tích của chất lỏng ngưng tụ nhưng không cần làm khô vào một cốc bao ngay dưới đầu thấp nhất của ống ngưng tụ sao cho đầu dưới của ống ngưng tụ vào giữa miệng ống đong và sâu vào phía trong ống một khoảng ít nhất là 25 mm nhưng không quá vạch chia 100 ml của ống đong. Đậy miệng ống bằng mảnh giấy thấm hoặc vật liệu tương tự được cắt cho vừa khít đầu cuối của ống ngưng tụ để cho kín hơi.

Ghi lại nhiệt độ và áp suất khí quyển lúc thí nghiệm và tiến hành ngay việc chưng cất như được hướng dẫn trong phần quy trình.

VI. Tiến hành thí nghiệm . 1. Cấp nhiệt cho bình cất và mẫu chứa trong đó. Việc gia nhiệt trong giai đoạn

này phải được điều chỉnh sao cho khoảng thời gian giữa bắt đầu cấp nhiệt và điểm sôi đầu tuân theo bảng hướng dẫn.

2. Quan sát và ghi lại điểm sôi đầu. Nếu không sử dụng bộ làm lệch ống hứng thì ngay lập tức phải chuyển ống hứng sao cho đầu của ống ngưng chạm vào thành trong của ống hứng

3. Điều chỉnh nhiệt độ sao cho thời gian từ điểm sôi đầu đến khi thu được 5% hoặc 10% như được nêu trong bảng hướng dẫn dưới đây. Tiếp tục điều chỉnh sao cho tốc độ trung bình không đổi của sự ngưng từ khi thu được 5% hoặc 10% đến khi còn lại 5 ml cặn trong bình cất là 4 ÷ 5 ml trong 1 phút

4. Tiến hành lại bất kỳ lần chưng cất nào nếu không đạt các điều kiện đã nêu. Nếu phát hiện thấy điểm phân hủy thì dừng cấp nhiệt và tuân theo hướng dẫn trong mục 8

5. Trong khoảng thời gian giữa điểm sôi đầu và cuối của quá trình chưng cất, quan sát và ghi lại các số liệu cần thiết để tính toán báo cáo kết quả kiểm nghiệm như được yêu cầu trong tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc đã lập trước cho mẫu cần kiểm nghiệm. Những kết quả quan sát này có thể là nhiệt độ quan sát được ở phần trăm đã thu theo quy định trước hoặc phần trăm đã thu được ở nhiệt độ cho trước hoặc cả hai. Ghi lại tất cả các thể tích trong ống đong chính xác đến 0,5 hoặc 0,1 ml và tất cả các nhiệt độ chính xác tới 0,5°C hoặc 0,1°C tùy theo thiết bị sử dụng. Đối với nhóm 0, nếu không ghi rõ yêu cầu số liệu đặc biệt thì ghi lại điểm sôi đầu, điểm sôi cuối và nhiệt độ tương ứng của từng bội số 10% thể tích đã thu từ 10 ÷ 90. Đối với các nhóm 1, 2, 3, 4, ghi lại điểm sôi đầu, điểm sôi cuối và nhiệt độ tương ứng của 5, 15, 85, 95% thể tích đã thu và nhiệt độ tương ứng của từng bội số 10% thể tích thu hồi từ 10 ÷ 90.

6. Khi cặn lỏng trong bình cất còn khoảng 5 ml, tiến hành điều chỉnh nhiệt lần cuối sao cho thời gian từ khi còn lại 5 ml cặn lỏng trong bình cất tới điểm sôi cuối nằm trong giới hạn đã nêu trong bảng hướng dẫn đối với từng nhóm mẫu. Nếu điều kiện này không được thỏa mãn thì tiến hành chưng cất lại cùng với sự thay đổi thích hợp trong việc điều chỉnh nhiệt lần cuối.

7. Quan sát và ghi lại điểm sôi cuối hoặc điểm khô hoặc cả hai như đã yêu cầu và ngừng cấp nhiệt.

8. Trong khi chất lỏng tiếp tục chảy vào ống đong, quan sát thể tích chất ngưng trong khoảng 2 phút một lần cho đến khi kết quả của hai lần quan sát liên tiếp trùng nhau. Đo thể tích này cẩn thận và ghi lại chính xác tới 0,5 hoặc 1 ml tùy theo thiết bị được sử

dụng để làm % thu hồi. Nếu việc chưng cất bị gián đoạn sớm do có điểm phân hủy thì lấy 100 trừ đi % thu hồi, ghi lại kết quả này là % cặn và hao hụt bỏ qua quy trình tiếp theo.

9. Sau khi bình cất đã nguội, rót hết tất cả phần còn lại trong đó vào ống đong 5ml. Lưu ý đối với nhóm 0 cần làm lạnh ống đong xuống từ 0 ÷4°C. Ghi lại thể tích trong ống đong là phần trăm cặn, chính xác đến 0,1ml.

10. Tổng của phần trăm thu hồi và phần trăm cặn là tổng phần trăm tổng thu hồi. Lấy 100 - % tổng thu hồi ta có % hao hụt.

Bảng hướng dẫn các điều kiện tiến hành thí nghiệm đối với mỗi nhóm mẫu :

Các điều kiện tiến hành Nhóm 0 Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3 Nhóm 4

Nhiệt độ bình làm lạnh,°C 0÷1 0÷1 0÷4 0÷4 0÷60

Nhiệt độ của ống bao,°C 0÷4 13÷18 13÷18 13÷18 ±3

Thời gian từ cấp nhiệt đến IBP, phút 2÷5 5÷10 5÷10 5÷10 5÷15

Thời gian từ IBP đến khi thu được

5%, giây

10%, phút

…

3÷4

60÷75 60÷75 … …

Tốc độ trung bình từ khi ngưng được 5% đến khi còn 5ml cặn, ml/phút 4÷5 4÷5 4÷5 4÷5 4÷5

Thời gian từ khi còn 5ml tới FBP, phút 3÷5 3÷5 3÷5 5 max 5 max

VII. Tính toán và báo cáo Nhiệt độ cần được hiệu chỉnh về áp suất 101,3kPa (760mmHg) trừ khi không yêu

cầu, theo công thức Young Sydney như sau :

Cc = 0,0009.(101,3 – Pk).(273 + tc)

Cc = 0,00012.(101,3 – Pk).(273 + tc)

Khi nhiệt độ được hiệu chỉnh về áp suất 101,3 kPa thì hao hụt thực tế sẽ tính theo phương trình sau :

Lc = A.L + B

L : % hao hụt tính từ số liệu kiểm nghiệm

Lc : Hao hụt hiệu chỉnh

A,B : các hệ số mà giá trị được cho trong bảng sau

Áp suất Giá trị hệ số kPa mmHg A B 74.6 560 0.231 0.384 76.0 570 0.240 0.380 77.3 780 0.250 0.375 78.6 590 0.261 0.369 80.0 600 0.273 0.363 81.3 610 0.286 0.357 82.6 620 0.300 0.350 84.0 630 0.316 0.342 85.3 640 0.333 0.333 86.6 650 0.353 0.323 88.0 660 0.375 0.312 89.3 670 0.400 0.300 90.6 680 0.428 0.286 92.0 690 0.461 0.269 93.3 700 0.500 0.250 94.6 710 0.545 0.227 96.0 720 0.600 0.200 97.3 730 0.667 0.166 98.6 740 0.750 0.125 100.0 750 0.857 0.071 101.3 760 1.000 0.000

Cũng có thể tính hao hụt thực tế theo các đẳng thức sau

Lc = [(L – 0,499287)/(13,65651 – 0,12492914.Pk)] + 0,4997299 (Pk tính bằng kPa)

Lc = [(L – 0,499287)/(13,65651 – 0,01665174.Pk)] + 0,4997299 (Pk tính bằng mmHg)

Phần trăm thu hồi hiệu chỉnh được tính theo công thức

Rc = R + (L – Lc)

Ở đây : L : Hao hụt quan sát được

Lc: Hao hụt hiệu chỉnh

R :% thu hồi quan sát được

Rc: % thu hồi đã hiệu chỉnh

Khi nhiệt độ không yêu cầu hiệu chỉnh về áp suất 101,3 kPa thì phần trăm cặn và phần trăm hao hụt được báo cáo như quan sát.

Khi báo cáo số liệu phải ghi rõ có hiệu chỉnh hay không.

BÀI 3 : XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY VÀ BỐC CHÁY CỐC HỞ CLEVELAND THEO TIÊU CHUẨN ASTM D92

I. Phạm vi Tiêu chuẩn này bao gồm việc xác định các điểm chớp cháy và bốc cháy của tất cả

các sản phẩm dầu mỏ trừ mazút và các sản phẩm có điểm chớp cháy cốc hở dưới 79oC bằng thiết bị cốc hở Cleveland tự động hoặc bằng tay.

Để xác định điểm bốc cháy của mazut người ta sử dụng phương pháp D93 (Phương pháp kiểm nghiệm điểm chớp cháy bằng máy đo cốc kín Pensky-Martens). Đối với các sản phẩm có điểm bốc cháy ở dưới 79oC có thể sử dụng phương pháp D1310 (Phương pháp kiểm nghiệm xác định điểm chớp cháy và bốc cháy của chất lỏng bằng thiết bị cốc hở Tag).

Một số thuật ngữ

Tính động trong sản phẩm dầu mỏ là điều kiện mà ở đó hơi trên bề mặt mẫu và mẫu kiểm tra có nhiệt độ không tương đương khi đưa ngọn lửa kiểm tra đi qua. Điều này xảy ra do nhiệt truyền tới hơi của mẫu chậm.

Điểm chớp cháy (điểm bắt cháy) là nhiệt độ thấp nhất, đã được hiệu chỉnh ở áp suất khí quyển 101,3 kPa (760 mmHg) mà khi đưa ngọn lửa kiểm tra đi qua gây nên lóe lửa tại điều kiện kiểm tra xác định. Một chất dường như bắt cháy khi ngọn lửa lớn xuất hiện và ngay lập tức truyền khắp bề mặt của mẫu. Thỉnh thoảng, đặc biệt ở thời điểm gần điểm bắt cháy thực sự, việc dùng ngọn lửa kiểm tra sẽ gây nên một quầng lửa xanh lớn lan rộng, đó không phải là điểm chớp cháy và có thể bỏ qua.

Điểm bốc cháy là nhiệt độ thấp nhất, đã được hiệu chỉnh ở áp suất khí quyển 101,3 kPa (760 mmHg) mà mẫu sẽ cháy liên tục trong ít nhất là 5 giây khi đưa ngọn lửa kiểm tra khi qua trong điều kiện kiểm tra.

II. Ý nghĩa và sử dụng Điểm chớp cháy xác định xu hướng mẫu tạo thành một hỗn hợp có thể cháy với

không khí dưới điều kiện kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Nó chỉ là một trong những tính chất mà có thể xem xét trong khi đánh giá toàn bộ hiểm họa bắt cháy của nguyên liệu.

Điểm chớp cháy được sử dụng trong vận chuyển và các quy tắc an toàn để xác định các chất “có thể bắt cháy” và “có thể cháy”. Nên tham khảo các quy tắc chi tiết liên quan đến các định nghĩa chính xác các loại vật liệu này.

Điểm chớp cháy có thể chỉ rõ sự có mặt của các chất dễ bay hơi hoặc có thể bắt cháy trong một chất tương đối khó bay hơi hoặc không bắt cháy. Ví dụ thông thường điểm chớp cháy của dầu động cơ có thể chỉ ra hàm lượng nhiên liệu bị lẫn.

Tiêu chuản này sẽ được áp dụng và miêu tả các tính chất của các chất, sản phẩm hoặc thiết bị tiếp xúc với nhiệt và ngọn lửa dưới các điều kiện kiểm tra trong phòng thí nghiệm và không nên áp dụng để miêu tả hoặc đánh giá mối nguy hiểm hoặc tai họa với ngọn lửa của nguyên liệu, sản phẩm hoặc thiết bị trong điều kiện thực. Tuy nhiên kết quả kiểm nghiệm này có thể sử dụng như một yếu tố về đánh giá mối nguy hiểm của ngọn

lửa. Việc đánh giá này sẽ tham gia vào với các yếu tố trực tiếp đánh giá mối nguy hiểm của ngọn lửa trong khi sử dụng trong thực tế.

Điểm bốc cháy xác định khả năng chống cháy của mẫu.

III. Thiết bị Thiết bị cốc hở Cleveland thủ công : gồm cốc kiểm nghiệm, tấm đun nóng, que

châm lửa kiểm tra, bếp gia nhiệt và các giá đỡ.

1. Cốc thử: có hình dạng và kích thước quy định, được làm bằng đồng thau hoặc kim loại không rỉ khác có độ dẫn nhiệt tương đương, cốc cần có tay cầm.

2. Tấm gia nhiệt: là một tấm thép đồng, gang hoặc mạ đồng có một lỗ ở tấm được bao quanh bởi bề mặt lõm và một tấm ép cách nhiệt không phải Amiăng phủ lên tấm kim lọại trừ phần để đặt cốc thử. Kích thước của tấm gia nhiệt có thể là hình vuông hay hình tròn và có độ rộng thích hợp cho việc lắp bộ phận cấp ngọn lửa kiểm tra và giá đỡ nhiệt kế.

3. Bộ phận cấp ngọn lửa kiểm tra: thiết bị cấp ngọn lửa có thể có dạng bất kỳ phù hợp nhưng phải đảm bảo đầu cấp lửa có đường kính 1,6 mm và vòi lửa có đường kính 0,8 mm. Thiết bị để điều khiển ngọn lửa thử được lắp đặt sao cho ngọn lửa tự động quét đi quét lại không nhỏ hơn 150 mm và tâm của vòi lửa nằm trên một mặt phẳng ở phía trên và cách mặt phẳng miệng cốc khoảng lớn hơn 2 mm, một viên bi nhỏ có đường kính 3,2 ÷ 4,8 mm được gắn ở một vị trí thuận lợi trên thiết bị để kích thước của ngọn lửa thử được điều chỉnh bằng cách so sánh với nó.Ngọn lửa kiểm tra: từ khí tự nhiên (CH4) hoặc ngọn lửa gas (propan, butan)

3. Bếp: nhiệt có thể được cấp bất kỳ từ nguồn nào. Có thể dùng bếp ga, đền cồn nhưng không được để các sản phẩm cháy hoặc ngọn lửa trần vượt quá xung quanh cốc. Dùng một bếp được điều chỉnh bằng biến thế là thích hợp hơn cả. Nguồn nhiệt phải được đặt ở tâm dưới lỗ hở của tấm gia nhiệt và không có quá nhiệt cục bộ. Các bếp loại ngọn lửa cần được bảo vệ che chắn khỏi bị gió thổi hoặc phát nhiệt quá mức bằng các tấm chắn phù hợp và thiết kế không được cao hơn bề mặt trên cùng của tấm amiăng.

4. Giá để nhiệt kế: có thể dùng bất kỳ dụng cụ thuận lợi nào có khả năng giữ nhiệt kế cố định trong thời gian thử nghiệm và dễ tháo ra khỏi cốc

5. Nhiệt kế: có phạm vi đo như nêu dưới đây và tuân theo các yêu cầu được đưa ra trong tiêu chuẩn kỹ thuật E1 hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật của IP

Số hiệu nhiệt kế ASTM IP Phạm vi của nhiệt độ 20 ÷ 760oC 11F 28F -6 ÷ 460oC 11C 28C

6. Thuốc thử và vật liệu Dung môi rửa: sử dụng dung môi thích hợp có thể rửa sạch mẫu và dễ bay hơi.

Thường dùng toluen và acetone

Chất lỏng kiểm tra: được xác định

IV. Lấy mẫu Lấy mẫu theo tiêu chuẩn D 140, D 4057, D 4177, hoặc E 300

Lượng mẫu cần lấy ít nhất là 70ml cho mỗi thí nghiệm, tham khảo thêm tiêu chuẩn D 4057

Có thể thu được điểm chớp cháy cao không đúng nếu không cẩn thận để mất phần dễ bay hơi. Không được mở chai đựng mẫu khi không cần thiết đễ tránh mất mát phần dễ bay hơi và có thể bị nhiễm hơi ẩm. Không chuyển sang dụng cụ chứa khác, trừ khi nhiệt độ của mẫu thấp hơn điểm chớp cháy dự đoán ít nhất là 56oC (100oF). Nếu có thể kiểm tra điểm chớp cháy trước tiên và bảo quản mẫu trong điều kiện nhiệt độ thấp. Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ phòng hoặc thấp hơn.

Không chứa mẫu trong chai nhựa (polyetylen, polypropylene,...) vì nguyên liệu dễ bay hơi có thể thấm qua thành bình chứa, do vậy cho kết quả sai.

Các hydrocarbon nhẹ ở dạng khí như propan, butan có thể không phát hiện được bằng phương pháp này do sự thất thoát trong quá trình lấy mẫu và đưa mẫu vào cốc kiểm tra. Điều này đặc biệt rõ rệt trong các phần cất nặng hoặc bitum của quá trình chiết bằng dung môi.

Các mẫu quá đặc có thể được hâm nóng để giảm độ nhớt tới mức thích hợp trước khi kiểm tra. Tuy nhiên không thực sự nhất thiết phải đun nóng mẫu. Mẫu không bao giờ được đun nóng quá nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chớp cháy dự kiến 56oC. Nếu quá cho phép làm lạnh trở về nhiệt độ đó.

Mẫu có lẫn nước có thể được làm khô bằng Canxi Clorua khan hoặc bằng cách lọc qua giấy lọc.

V. Chuẩn bị thiết bị Đặt thiết bị trên một chiếc bàn vững chải trong phòng hoặc một ngăn buông

không có gió hút. Chắn phía trên của thiết bị khỏi bị quá sáng bằng bất kỳ một vật thích hợp nào để cho phép xác định dễ dàng điểm chớp cháy. Có thể kiểm nghiệm trong tủ hút hoặc trong hoặc ở vị trí có gió nhưng không thấy rõ ở phía trên. Khi nhiệt độ tăng đến trước điểm chớp cháy cẩn thận tránh làm khuấy trộn hơi trong cốc kiểm nghiệm do di chuyển hay nói, thở,...vô tình gây ra.

Với một số mẫu, hơi sinh ra do quá trình nhiệt phân gây khó chịu thì có thể đặt thiết bị trong tủ hút và điều chỉnh thông gió sao cho hơi được hút ra mà không gây ra dòng không khí trên cốc kiểm tra trong giai đoạn tăng nhiệt độ sau cùng, khoảng 56oC trước điểm chớp cháy.

Rửa cốc kiểm tra bằng dung môi phù hợp để tẩy đi bất cứ dầu nhờn hay cặn còn lại từ lần kiểm tra trước. Nếu có bất kỳ cặn carbon nào thì nó cần được cạo đi bằng dao thép. Tráng cốc bằng nước lạnh và sấy khô vài phút trên ngọn lửa trần hoặc bếp nóng để đuổi đi các vết cuối cùng của dung môi và nước. Trước khi dùng, để cốc nguội đến nhiệt độ thấp hơn điểm chớp cháy dự đoán ít nhất 56oC.

Đặt nhiệt kế ở vị trí thẳng đứng sao cho đáy của bầu thủy tinh cách đáy cốc 6,4 ± 0,1 mm và ở điểm nằm giữa đoạn tính từ tâm cốc đến thành của cốc trên đường

kính vuông góc với vòng cung (hoặc quỹ đạo) của ngọn lửa kiểm tra và ở phía đối diện của thanh đốt ngọn lửa kiểm tra.

Đường đánh dấu khắc trên nhiệt kế sẽ thấp hơn 2mm so với miệng cốc khi nhiệt kế được lắp đặt đúng.

VI. Chuẩn hóa và hiệu chuẩn:

Đặt chế độ hoạt động cho thiết bị báo cháy tự động theo các hướng dẫn của nhà chế tạo thiết bị

Hiệu chuẩn các thiết bị đo nhiệt độ theo hướng dẫn của nhà chế tạo

Kiểm tra thiết bị bằng dầu chuẩn, khi các thiết bị đã sẵn sàng thực hiện đo theo đúng quy trình. Kết quả được ghi nhận khi nằm trong độ lặp lại.

Chất lỏng kiểm tra là dầu đã được kiểm tra trước bởi các phòng thí nghiệm quốc tế, nó được sử dụng để kiểm tra quá trình vận hành thiết bị.

Khi điểm chớp cháy không nằm trong giới hạn độ lặp lại thì kiểm tra lại mọi hoạt động của thiết bị để đảm bảo tuân thủ mọi điểm theo quy định, đặc biệt là vị trí của nhiệt kế, ngọn lửa kiểm tra và tốc độ gia nhiệt.

VII. Quy trình thí nghiệm Tóm tắt phương pháp

Rót mẫu vào cốc kiểm nghiệm đến vạch quy định (70ml). Nhiệt độ của mẫu được tăng lên một cách nhanh chóng lúc ban đầu và sau đó với tốc độ chậm không đổi đến khi đạt được điểm chớp cháy. Sau một khoảng thời gian quy định, một ngọn lửa kiểm tra được đưa ngang qua mặt cốc. Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó việc sử dụng ngọn lửa kiểm tra làm cho hơi bốc trên bề mặt của chất lỏng lóe cháy thì được lấy là điểm chớp cháy. Để xác định điểm bốc cháy thì thí nghiệm được tiếp tục cho đến khi dùng ngọn lửa kiểm tra gây cho dầu lóe cháy và cháy trong ít nhất 5 giây.

1. Cho mẫu vào cốc ở bất cứ nhiệt độ thích hợp nào (không quá nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ dự đoán 56oC) sao cho mặt chất lỏng ở đúng đường đánh dấu. Nếu mẫu cho vào cốc quá nhiều thì lấy phần thừa đi bằng cách sử dụng ống hút. Tuy nhiên nếu mẫu trào ra ngoài cốc thì đổ đi, lau sạch và nạp lại. Phá các bọt khí trên bề mặt mẫu. Nếu bọt vẫn còn cho tới lần kiểm nghiệm cuối cùng thì phải loại bỏ thí nghiệm vì kết quả đã bị sai khác.

2. Nên đun nóng các mẫu có độ nhớt cao cho đến khi nó hầu như là chất lỏng trước khi được đổ vào cốc, nhưng phải đảm bảo nhiệt độ thấp hơn điểm bắt cháy dự đoán.

3. Châm ngọn lửa thử và điều chỉnh nó có đường kính 3,2 ÷ 4,8 mm (đó là kích thước của hòn bi để so sánh nếu như nó được gắn trên máy)

Chú ý:

Áp suất khí cháy không quá 40 kPa (300mm cột nước)

Hết sức cẩn thận khi dùng ngọn lửa kiểm tra là ngọn lửa khí. Nếu lửa tắt sẽ không làm cháy được hơi mẫu và khí cháy sẽ lẫn vào hơi mẫu và làm ảnh hưởng tới kết quả

Người sử dụng phải đặt ra các biện pháp an toàn trước khi thí nghiệm, một số mẫu có chứa thành phần có điểm cháy thấp có thể gây bùng cháy ngay khi bắt đầu thí nghiệm hoặc nhiệt độ có thể lên đến 400oC.

4. Cấp nhiệt ngay từ đầu với tốc độ gia nhiệt của mẫu là 14 ÷ 17oC trong 1 phút. Khi nhiệt độ của mẫu xấp xỉ thấp hơn điểm chớp cháy dự đoán 56oC thì giảm tốc độ cấp nhiệt xuống sao cho đạt khoảng 5 ÷ 6oC trong 1 phút ở nhiệt độ dưới điểm chớp cháy dự đoán 28oC

5. Bắt đầu khoảng nhiệt độ dưới điểm chớp cháy 28oC, cứ mỗi lần tăng 2oC ta thử ngọn lửa một lần. Đưa ngọn lửa thử qua tâm cốc tạo thành một góc vuông với đường kính đi qua nhiệt kế. Di chuyển ngọn lửa nhẹ nhàng và liên tục hoặc theo đường thẳng, hoặc theo đường cong có bán kính ít nhất là 150 mm. Tâm của ngọn lửa kiểm tra cần được dịch chuyển trong mặt nằm ngang cao không quá 2 mm so với miệng cốc và chỉ cho dịch chuyển theo một hướng. Lần tiếp theo quét ngọn lửa thử theo hướng ngược lại. Thời gian mỗi lần quét ngọn lửa kiểm tra khoảng 1 giây.

Chú ý: Cẩn thận trong khoảng 28oC trước khi tới điểm chớp cháy dự đoán cần tránh các ảnh hưởng tới hơi trên cốc như các chuyển động nhanh hoặc gió gần cốc. Đặc biệt chú ý đến tất cả những chi tiết liên quan đến việc dùng ngọn lửa thử như kích thước ngọn lửa, tốc độ gia nhiệt và tốc độ di chuyển ngọn lửa kiểm tra. Điều này cần thiết để có kết quả chính xác.

6. Ghi lại nhiệt độ trên nhiệt kế tại điểm chớp cháy quan sát được khi xuất hiện sự lóe lửa tại bất cứ điểm nào trên bề mặt của dầu. Tránh nhầm lẫn điểm chớp cháy thực với quầng sáng xanh thỉnh thoảng bao quanh ngọn lửa kiểm tra.

Khi một điểm chớp cháy được phát hiện trong lần đầu tiên đưa ngọn lửa kiểm tra qua, kết quả này được loại bỏ và kiểm tra mẫu khác. Mẫu mới sẽ được bắt đầu kiểm tra từ nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phát hiện được của lần thí nghiệm trước ít nhất là 28oC.

7. Khi thiết bị đã lạnh dưới nhiệt độ 60oC, loại bỏ mẫu và làm sạch cốc và thiết bị theo yêu cầu của nhà chế tạo.

8. Để xác định điểm bốc cháy, tiếp tục đốt nóng sao cho nhiệt độ của mẫu tăng với tốc độ 5 ÷ 6oC/phút. Tiếp tục sử dụng ngọn lửa kiểm tra sau mỗi khoảng 2oC cho đến khi dầu cháy bùng lên và tiếp tục cháy ít nhất trong 5 giây. Ghi lại nhiệt độ tại điểm đó như là điểm bốc cháy của dầu đã được quan sát.

VIII. Tính toán và báo cáo Theo dõi và ghi lại áp suất môi trường tại thời điểm kiểm tra. Khi áp suất khác

760mmHg thì hiệu chỉnh điểm chớp cháy, điểm bốc cháy, hoặc cả hai theo đẳng thức sau:

- Ghi lại điểm chớp cháy hoặc bốc cháy hoặc cả hai đã được hiệu chỉnh chính xác

đến 2oC.

IX. Độ chính xác và độ sai lệch Độ chính xác: Các số liệu sau đây sẽ thường dùng đánh giá tính chấp nhận của các

kết quả (chính xác 95%)

Tính trùng lặp: sự khác nhau giữa hai kết quả thu được do cùng một hóa nghiệm viên thực hiện phép đo. Kết quả được coi là không đúng nếu chúng khác nhau quá các giá trị sau đây:

o Điểm chớp cháy: 8oC (15oF)

o Điểm bốc cháy: 8oC (15oF)

Tính tái diễn: sự khác nhau giữa hai giá trị của cùng một mẫu thu được do hai hóa nghiệm viên khác nhau tiến hành phép đo trong hai phòng thí nghiệm khác nhau. Kết quả được coi là không đúng nếu chúng khác nhau quá các giá trị sau đây:

Điểm chớp cháy hoặc bốc cháy hiệu chỉnh = C + 0,25(101,3 – K)

Điểm chớp cháy hoặc bốc cháy hiệu chỉnh = C + 0,033(760 - P)

Điểm chớp cháy hoặc bốc cháy hiệu chỉnh = F + 0,06(760 - P)

Trong đó: C - điểm chớp cháy hoặc bốc cháy quan sát được, oC

F - điểm chớp cháy hoặc bốc cháy quan sát được, oF

P – áp suất khí quyển, mmHg

K – áp suất khí quyển, kPa

o Điểm chớp cháy: 18oC (32oF)

o Điểm bốc cháy: 14oC (25oF)

Độ sai lệch: Các quy trình của phương pháp này không có độ sai lệch vì điểm chớp cháy và bốc cháy chỉ được xác định theo hướng dẫn của phương pháp này.

BÀI 4 : XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC THEO TIÊU CHUẨN ASTM D445

I. Phạm vi Phương pháp này xác định độ nhớt động học của các sản phẩm dầu mỏ lỏng,

trong suốt và đục bằng cách đo thời gian để một lượng chất lỏng dưới tác dụng của trọng lượng chảy qua nhớt kế mao quản thủy tinh đã được chuẩn trước.

Độ nhớt động lực thu được bằng cách nhân độ nhớt động học đo được với tỷ trọng của chất lỏng.

II. Ý nghĩa và ứng dụng : Nhiều sản phẩm dầu mỏ cũng như vài chất không phải là sản phẩm dầu mỏ được

dùng để bôi trơn các bánh răng, ổ trục, các xylanh của máy nén, thiết bị thủy lực,… Việc vận hành thuận lợi các thiết bị này phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng. Vì thế việc đo chính xác độ nhớt là đièu kiện cần thiết đối với nhiều tiêu chuẩn kỹ thuật sản phẩm.

Đối với các sản phẩm dầu mỏ, độ nhớt còn có vai trò quan trọng đối với mục đích sử dụng thích hợp của chúng chẳng hạn sự chảy trong đường ống, qua vòi và lỗ phun hay xác định phạm vi nhiệt độ vận hành phù hợp của nhiên liệu trong các buồng đốt.

III. Thiết bị, dụng cụ : Các nhớt kế dạng mao quản bằng thủy tinh đã được kiểm định tính chính xác

Giá đỡ nhớt kế để giữ cho nhớt kế được treo ở vị trí thẳng đứng

Bình ổn nhiệt chứa chất lỏng giữ vai trò ổn định nhiệt có độ sâu đủ để trong suốt thời gian đo mẫu trong nhớt kế phải nằm dưới bề mặt của chất lỏng ít nhất 20 mm và ở trên đáy bình ít nhất là 20 mm.

Nhiệt kế có độ chính xác ít nhất là 0,02°C

Dụng cụ đo thời gian có độ chính xác đến 0,2 s.

IV. Quy trình thí nghiệm 1. Giữ cho bình điều nhiệt ở nhiệt độ kiểm tra trong giới hạn cho phép. Sai khác

nhiệt độ trong môi trường truyền nhiệt không quá 0,01°C tại vị trí của nhớt kế, và không quá 0,03°C đối với các vị trí khác. Để thu được nhiệt độ chính xác nên sử dụng hai nhiệt kế giữ ở vị trí đúng dưới cùng một điều kiện. Chúng có thể được nhìn với thấu kính tăng gấp 5 lần và cần được đặt sao cho loại trừ được sai số do nhìn.

2. Chọn nhớt kế đã chuẩn sẵn khô và sạch, có phạm vi phù hợp với độ nhớt động học ước tính (có mao quản rộng hơn đối với chất lỏng có độ nhớt cao và mao quản hẹp hơn đối với chất lỏng có độ nhớt thấp) sao cho thời gian chảy không dưới 200 s. Đối với chất lỏng trong suốt (dầu sáng) cần chọn nhớt kế xuôi (mẫu chảy theo chiều của lực hút trọng trường) ; đối với chất lỏng đục (dầu tối) chọn nhớt kế ngược (mẫu chảy theo chiều ngược với chiều của lực hút trọng trường).

3. Nhớt kế sau khi đã được rửa sạch bằng xăng hay rượu etylic và sấy khô thì tiến hành lấy mẫu vào nhớt kế. Tùy thuộc vào loại nhớt kế mà ta có các cách nạp mẫu khác nhau :

Đối với nhớt kế xuôi dùng cho dầu sáng thì ta nạp mẫu bằng cách rót mẫu vào cốc đựng mẫu sau đó ghé sát miệng cốc đựng mẫu vào đầu lớn của nhớt kế và rót mẫu vào sao cho được nửa bình cầu thì dừng lại.

Đối với nhớt kế ngược khi tiến hành nạp mẫu phải dốc ngược nhớt kế, sau đo đưa đầu nhỏ vào cốc đựng mẫu và dùng ống bóp cao su đặt vào đầu to để hút mẫu đến khi được nửa bình cầu thì dừng nạp mẫu.

Qui trình nạp mẫu phải được tiến hành cẩn thận tránh tạo bọt khí gián đoạn và màng bóng.

4. Khi bồn gia nhiệt đã được đặt đúng nhiệt độ qui định, lắp nhớt kế đã được nạp mẫu vào giá đỡ rồi ngâm vào bồn gia nhiệt trong ít nhất 10 phút đối với phép thử ở 40°C và 15 phút đối với phép thử ở 100°C. Đối với mẫu có độ nhớt cao, tại nhiệt độ thí nghiệm cần phải ngâm nhớt kế vào bồn giữ nhiệt trong khoảng 30 phút. Sau khi đã ổn định nhiệt dùng bóp cao su đẩy mẫu vào ống cho tới 1/3 ống phễu. Dưới tác dụng của lực trọng trường chất lỏng sẽ chảy từ ống này sang ống kia. Khi chất lỏng chảy tới vạch dấu đầu tiên thì bấm giây và tới vạch thứ hai thì dùng lại. Nếu thời gian chảy của mẫu ít hơn giá trị thời gian tối thiểu đã quy định thì chọn nhớt khác có đường kính mao quản nhỏ hơn.

5. Rửa nhớt kế :

Giữa hai lần xác định liên tiếp, rửa sạch nhớt kế bằng cách tráng nhiều lần với dung môi thích hợp loại có thể hòa tan hoàn toàn với mẫu sau đó bằng dung môi bay hơi hoàn toàn. Sấy khô ống bằng cách thổi dòng không khí khô, chậm, đã lọc qua nhớt kế trong 2 phút hoặc cho đến khi dấu vết cuối cùng của dung môi được loại đi.

Định kỳ rửa sạch nhớt kế với dung dịch rửa axit cromic trong ít nhất là 12h để đẩy hết dấu vết của cặn hữu cơ. Có thể dùng dung môi rửa axit oxyt mạnh để thay thế. Tráng qua bằng nước cất, sau đó bằng axeton và sấy khô bằng không khí khô và sạch.

V. Tính toán và báo cáo kết quả Độ nhớt động học được tính theo công thức:

V= t . C

V: độ nhớt động học, mm2/s (cst).

t: thời gian chảy ,s; C: hệ số kiểm định của nhớt kế, mm2/s2

Báo cáo kết quả: chính xác đến 0,1% giá trị trung bình đo được.

VI. Độ sai lệch. Tái diễn Trùng lặp

Dầu thông dụng tại 40 &100oC 0,0076X 0,0026X

Mazut tại 50oC 0,0074X 0,0015X

X: giá trị trung bình của các lần đo được.

BÀI 5 : XÁC ĐỊNH ĐIỂM ANILIN VÀ ĐIỂM ANILIN HỖN HỢP CỦA CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ VÀ DUNG MÔI HYDROCARBON THEO TIÊU CHUẨN ASTM D611

I. Phạm vi Phương pháp này xác định điểm anilin của các sản phẩm dầu mỏ và dung môi

hydrocarbon. Phương pháp này chia làm 5 cách. Cách A phù hợp với các mẫu trong suốt có điểm sôi đầu cao hơn nhiệt độ trong phòng và ở nơi mà điểm anilin thấp hơn điểm tạo bọt và trên điểm kết tinh của hỗn hợp mẫu và anilin. Cách B là phương pháp màng mỏng phù hợp cho các mẫu quá tối không thể xác định theo cách A. Cách C và D cho các mẫu có thể bay hơi ở ngay điểm anilin, cách D thường phù hợp cho các kiểm nghiệm với lượng mẫu ít. Cách E miêu tả quy trình sử dụng thiết bị tự động phù hợp cho các mẫu có thể sử dụng cách A và B.

Phương pháp này cũng bao gồm việc xác định điểm anilin hỗn hợp của các sản phẩm dầu mỏ và dung môi hydrocarbon có điểm anilin thấp hơn nhiệt độ mà ở đó anilin sẽ kết tinh từ hỗn hợp mẫu và anilin.

Một số khái niệm Điểm anilin : Nhiệt độ cân bằng thấp nhất của hỗn hợp gồm hai phần thể tích

bằng nhau của mẫu và anilin.

Điểm anilin hỗn hợp : Nhiệt độ hòa tan cân bằng thấp nhất của hỗn hợp gồm hai phần anilin, một phần mẫu và một phần n-heptan có độ tinh khiết đặc biệt.

II. Ý nghĩa và sử dụng Điểm anilin (hoặc điểm anilin hỗn hợp) được sử dụng như một điểm bổ sung cho

đặc tính của các hydrocarbon tinh khiết và cho việc phân tích các hỗn hợp hydrocarbon. Các hydrocarbon thơm có điểm anilin thấp nhất và các paraphin có điểm anilin cao nhất. Điểm anilin của các parafin mạch vòng và các olefin nằm trong khoảng giữa của các điểm anilin của parafin và hydrocarbon thơm. Trong một dãy đồng đẳng, điểm anilin tăng lên cùng với sự tăng của phân tử lượng.

Điểm anilin thỉnh thoảng được sử dụng kết hợp với các tính chất vật lý trong các phương pháp phối hợp để phân tích hydrocarbon. Điểm anilin thường hay được sử dụng nhiều nhất để xác định hàm lượng hydrocarbon thơm của các hỗn hợp.

III. Thiết bị: 1. Đối với từng phương pháp xác định khác nhau ta có thiết bị đo điểm anilin

tương ứng. Thiết bị xác định điểm anilin theo cách A và B được mô tả cụ thể dưới đây :

Cách A :

Ống kiểm nghiệm : đường kính xấp xỉ 25 mm, dài 175 mm, bằng thủy tinh chịu nhiệt

Ống bao : đường kính xấp xỉ 37 ÷ 42 mm, dài 175 mm, bằng thủy tinh chịu nhiệt

Que khuấy, thao tác bằng tay : là một sợi dây kim loại đường kính xấp xỉ 2 mm, uốn thành một vòng tròn đồng tâm sát đáy có đường kính xấp xỉ 19 mm. Chiều

dài que khuấy tới điểm uốn thẳng góc với vòng tròn xấp xỉ 200 mm, đoạn uốn thành vòng tròn dài xấp xỉ 55 mm. Một ống thủy tinh dài xấp xỉ 65 mm dùng để dẫn hướng cho que khuấy. Có thể sử dụng bất cứ một dụng cụ cơ khí nào để thao tác thanh khuấy này thay thế cho thao tác bắng tay.

Cách B : Thiết bị màng mỏng, làm từ thủy tinh chịu nhiệt và thép không gỉ

Hệ thống cấp nhiệt đồng thời khuấy bằng cánh khuấy từ

Ngoài ra còn có các dụng cụ sau :

2. Bình đun nóng và bình làm nguội : là bình cách khí hoặc bình đựng chất lỏng trong suốt, không bay hơi, hoặc một đèn hồng ngoại thích hợp (250 ÷ 375W) khống chế tốc độ đun nóng. Không nên sử dụng nước để làm môi truờng đun nóng cũng như làm nguội vì anilin là chất háo nước và anilin ẩm sẽ cho kết quả không chính xác.

3. Nhiệt kế có các phạm vi đo và tuân theo các yêu cầu của tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM hoặc IP như sau:

Phạm vi ASTM IP

-38 ÷ +42°C 33C 20C

25 ÷ 105°C 34C 21C

90 ÷ 170°C 35C 59C

4. Pipet có dung tích 10 ± 0,04 ml và 5 ± 0,02 ml có đầu hút dài, được trang bị cùng với quả bóp cao su để đong anilin.

5. Cân : cân dùng trong phòng thí nghiệm có độ chính xác 0,01 g, để cân ống và mẫu trong trường hợp không thể lấy mẫu bằng pipet một cách thụân tiện.

Kính bảo hộ, găng tay nhựa chịu được anilin.

6. Hóa chất

Anilin : Anilin tinh khiết hóa học, được làm khô bằng các hạt KOH, lọc gạn rồi chưng cất ngay trong ngày sử dụng. Khi chưng cất loại bỏ đi 10% đầu và cuối. Anilin được chuẩn bị như thế khi kiểm nghiệm với n-heptan sẽ cho điểm anilin là 69,3 ± 0,2°C. Với mục đích sử dụng hằng ngày, đối với các anilin đáp ứng yêu cầu khi kiểm nghiệm với n-heptan thì không phải bắt buộc chưng cất. Có thể thay thế việc chưng cất anilin hằng ngày để sử dụng bằng việc cho sản phẩm chưng cất được vào trong các bình ròi hàn chúng lại dưới chân không hoặc khí nitơ khô. Bảo quản bình chỗ tối và lạnh để sử dụng dần. Trong từng trường hợp phải hết sức tránh sự ô nhiễm do độ ẩm môi trường. Nếu được bảo quản tốt có thể sử dụng anilin trong vòng 6 tháng.

Canxi sunfat khan

n-heptan : cẩn thận dễ cháy và rất hại nếu hít phải

7. Mẫu:

Làm khô mẫu bằng cách lắc mạnh chúng trong 3 đến 5 phút với khoảng 10% thể tích chất làm khô thích hợp như Canxi Sunfat khan hoặc Natri Sunfat khan. Làm giảm độ

nhớt của các mẫu có độ nhớt cao bằng cách hâm nóng chúng đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ gây nên bay hơi mất các phân đoạn nhẹ của mẫu hoặc khử mất nước của các hóa chất làm khô. Dùng máy li tâm hoặc lọc để tách tất cả các hóa chất làm khô đang lơ lửng. Đun nóng mẫu chứa sáp đã tách ra cho đến khi nó đồng nhất và giữ nóng trong suốt quá trình lọc hoặc li tâm để đảm bảo không tách sáp. Khi nhìn thấy rõ có nước lơ lửng và biết rằng mẫu chỉ hòa tan nước dưới 0,03% khối lượng thì có thể sử dụng li tâm để tách nước lơ lửng.

IV. Quy trình thí nghiệm Tóm tắt phương pháp Những thể tích xác định của anilin và mẫu hoặc anilin và mẫu cộng với n–heptan,

được đặt trong ống và khuấy trộn cơ học. Hỗn hợp được đun nóng với tốc độ quy định cho đến khi hai pha trộn lẫn vào nhau được. Sau đó hỗn hợp được làm lạnh với tốc độ khống chế và nhiệt độ tại đó hai pha tách ra được ghi lại là điểm anilin hoặc điểm anilin hỗn hợp.

Quy trình : Tùy thuộc vào phương pháp xác định điểm anilin khác nhau ta có các quy trình khác nhau.

Cách A : 1. Rửa sạch và sấy khô thiết bị

2 Dùng pipet lấy 10 ml anilin và 10 ml mẫu không lẫn nước cho vào ống kiểm nghiệm đã lắp que khuấy và nhiệt kế. Nếu mẫu quá nhớt đối với việc dùng pipet thì cân với độ chính xác 0,01 g một lượng mẫu tương ứng với 10 ml ở nhiệt độ phòng. Đặt nhiệt kế vào giữa bên trong ống kiểm nghiệm sao cho vạch nhúng ở bề mặt chất lỏng đảm bảo bầu nhiệt kế không chạm vào thành ống.

3 Đặt ống kiểm nghiệm vào giữa ống bao. Khuấy nhanh hỗn hợp bằng cách kéo que khuấy lên xuống 50 mm, tránh không tạo thành bọt không khí

4 Nếu hỗn hợp mẫu và anilin không hòa tan ở nhiệt độ phòng thì cấp nhiệt trực tiếp cho ống sao cho nhiệt độ tăng với tốc độ từ 1 ÷ 3°C / phút bằng cách di chuyển hoặc hạ thấp nguồn nhiệt cho đến khi trộn lẫn hoàn toàn. Tiếp tục khuấy và làm lạnh với tốc độ 0,5 ÷ 1°C / phút. Tiếp tục làm lạnh đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bắt đầu xuất hiện vẩn đục 1 ÷ 2°C, rồi ghi lại điểm anilin là nhiệt độ ở đó hỗn hợp bất thình lình trở

nên vẩn đục toàn bộ. Điểm anilin thực được đặc trưng bằng sự vẩn đục đến mức làm mờ bầu nhiệt kế trong ánh sáng phản chiếu.

5 Nếu hỗn hợp mẫu và anilin có thể hòa tan hoàn toàn ở nhiệt độ phòng thì dùng một bình làm lạnh không phải là nước thay cho nguồn nhiệt, cho phép làm lạnh với tốc độ quy định như trên rồi xác định điểm anilin.

6 Lặp lại việc quan sát nhiệt độ điểm anilin bằng cách đun nóng hay làm lạnh lặp đi lặp lại ít nhất 3 lần.

Cách B : 1. Rửa sạch và sấy khô thiết bị.

2. Dùng pipet lấy 10 ml anilin và 10 ml mẫu khô cho vào ống có lắp nhiệt kế và bơm khuấy. Nếu nguyên liệu quá nhớt đối với việc dùng pipet thì cần với độ chính xác 0,01g một lượng mẫu tương ứng với 10ml ở nhiệt độ trong phòng. Đặt nhiệt kế vào trong ống sao cho phần tiếp xúc thấp hơn mực chất lỏng và sao cho bầu nhiệt kế không chạm vào thành ống.

3. Điều chỉnh tốc độ của bơm để tạo ra dòng liên tục hỗn hợp mẫu và anilin dạng màng mỏng chảy trên nguồn sáng. Đối với mẫu dầu quá tối thì điều chỉnh bơm một cách từ từ và hạ bơm thấp xuống sao cho đầu ống dẫn gần như chạm vào đỉnh nguồn sáng để thu được một màng mỏng gần như liên tục đủ để quan sát điểm anilin. Điều chỉnh ngọn đèn cho đến khi đủ ánh sáng và thấy rõ dây tóc bóng đèn qua màng mỏng. Tăng nhiệt độ của hỗn hợp với tốc độ từ 1 ÷ 2°C/phút. Theo dõi sự tăng nhiệt độ trên nhiệt kế cho đến khi quan sát thấy đay tóc bóng đèn sáng bừng lên. Đây chính là thời điểm hai pha hòa tan vào nhau. Ghi lại nhiệt độ này. Ngừng cấp nhiệt, điều chỉnh ngọn đèn sao cho dây tóc bóng đèn xuất hiện sáng và rõ ràng.

4. Quá trình làm lạnh bằng cách cho dòng nước đi qua hệ thống ống dẫn. Điều chỉnh tốc độ làm lạnh từ 0,5 ÷1°C/phút. Quan sát sự xuất hiện màng mỏng và ánh sáng của dây tóc bóng đèn. Ghi nhiệt độ tại thời điểm tái hiện lại trạng thái trắng đục của màng mỏng (thường gây ra quầng sáng bao quanh dây tóc bóng đèn). So sánh với nhiệt độ ghi được ở trên.

5. Lặp lại việc quan sát nhiệt độ điểm anilin bằng cách đun nóng hay làm lạnh lặp đi lặp lại và ghi lại kết quả cuối cùng là giá trị trung bình các kết quả của ít nhất 3 lần quan sát liên tục.

Quy trình kiểm nghiệm đối với điểm anilin hỗn hợp :

Quy trình này có thể áp dụng cho các mẫu có điểm anilin thấp hơn nhiệt độ mà ở đó anilin kết tinh tách khỏi hỗn hợp. Dùng pipet lấy 10 ml anilin, 5 ml mẫu và 5 ml n-heptan vào trong thiết bị khô và sạch. Xác định điểm anilin của hỗn hợp bằng cách A hoặc B như đã trình bày.

V. Báo cáo kết quả: Nếu kết quả của ba lần quan sát liên tục nhiệt độ điểm anilin khác nhau không quá

0,1°C đối với mẫu màu sáng hoặc 0,2°C đối với mẫu màu tối thì nhiệt độ trung bình của các kết quả này theo đúng vạch chia độ của nhiệt kế, chính xác đến 0,05°C là điểm anilin.

Nếu không thu được kết quả như vậy sau 5 lần quan sát thì tiến hành lại thí nghiệm với anilin và mẫu mới trong thiết bị khô và sạch. Nếu thu được nhiệt độ liên tiếp thay đổi lớn hoặc nếu phạm vi kết quả thu được lớn hơn độ trùng lặp thì kết quả coi như không được chấp nhận.

VI. Độ chính xác và độ sai lệch: Độ chính xác của phương pháp này thu được bằng cách nghiên cứu thống kê các

kết quả kiểm nghiệm của các phòng thí nghiệm quốc tế như sau:

Trùng lặp Tái diễn

Điểm anilin của

Mẫu trong, sáng màu: 0,160C 0,5°C

Mẫu hơi tối đến rất tối: 0,30C 1,0°C

Điểm anilin hỗn hợp của

Mẫu trong, sáng màu: 0,160C 0,7°C

Mẫu hơi tối đến rất tối: 0,30C 1,0°C

BÀI 6 : XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NHỎ GIỌT CỦA MỠ THEO TIÊU CHUẨN ASTM D566

I. Phạm vi Phương pháp này bao gồm phép xác định nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ nhờn, là nhiệt

độ tại đó giọt mỡ đầu tiên rơi khỏi cốc.

Phương pháp chuẩn này không dùng được ở nhiệt độ trên 288°C. Đối với nhiệt độ cao hơn phải dùng phương pháp D2265

II. Ý nghĩa và sử dụng Điểm nhỏ giọt là nhiệt độ mà tại đó mỡ chuyển từ thể nửa rắn sang thể lỏng dưới

các điều kiện thí nghiệm. Sự chuyển trạng thái này là đặc trưng của các mỡ chứa các xà phòng làm đặc thông thường. Mỡ chứa nguyên liệu làm đặc loại khác có thể chỉ tách dầu mà không có sự chuyển trạng thái.

Phương pháp thử nghiệm này giúp nhận dạng chủng loại mỡ, thiết lập và duy trì các mức nêu ra cho việc kiểm tra chất lượng. Vì điểm nhỏ giọt là một phép thử tĩnh, nên trong các điều kiện ứng dụng thực tế các kết quả thử nghiệm chỉ nên xem là các giá trị hạn chế về tính năng phục vụ.

III. Thiết bị Cốc mỡ : Cốc bằng đồng thau mạ Crôm.

Ống thử : Ống thử bằng thủy tinh chịu nhiệt có vành miệng, dài 100 ÷ 103 mm, đường kính 11,1 ÷ 12,7 mm, cách đáy khoảng 19 mm có 3 vết lõm đều nhau trên thành ống. Các vết lõm có một độ sâu sao cho đỡ được cốc mỡ.

Nhiệt kế : 2 cái, giới hạn thang chia như chỉ ra sau đây và tuân theo các yêu cầu kỹ thuật của nhiệt kế tiêu chuẩn

Khoảng nhiệt độ Số hiệu nhiệt kế

ASTM IP

-5 ÷ 3000C 2C 62C

Các phụ tùng

Một bếp cách dầu gồm 1 cốc 400ml, 1 giá vòng và 1 vòng đỡ bếp cách đầu dầu, các kẹp nhiệt kế, hai nút lie, một dây kim loại được đánh bóng, đường kính 1,2 ÷ 1,6 mm, dài 152 mm, một cái cỡ nút cốc và một cái có độ sâu nhiệt kế.

Chú ý : Chất lỏng trong bình dầu cần có nhiệt độ bắt cháy cao hơn nhiệt độ cực đại mà tại đó bình được sử dụng, phải tính đến sự

nở nhiệt của dầu để tránh dầu tràn. Việc đun nóng tốt hơn là dùng dây điện trở nhúng được điều chỉnh bằng biến áp. Không được dùng ngọn lửa hở để gia nhiệt.

Đề phòng: Nếu dùng tấm đốt thì cần cẩn thận tránh rơi dầu lên bề mặt nóng.

IV. Quy trình thí nghiệm 1. Đặt nút lie lên 1 trong các nhiệt kế như đã chỉ ra trong hình. Với cái cữ độ sâu

nhiệt kế trong ống nghiệm điều chỉnh vị trí của nút lie trên đã lắp trên nhiệt kế sao cho bầu nhiệt xít gần lại cái cữ chiều sâu nhiệt kế. Chú ý sao cho chắc chắn rằng nhiệt kế được lồng vào cùng một độ sâu khi dụng cụ đã được lắp ráp có cốc mỡ đã đặt vào vị trí. Treo nhiệt kế thứ 2 trong bình dầu sao cho bầu của nó ở gần mực của bầu nhiệt kế trong ống thử. Bằng cách sử dụng cái cữ nút cốc lựa chọn để thí nghiệm 1 cốc phù hợp với kích thước cữ đó. Kiểm tra đường kính lỗ đáy của cốc mỡ bằng cách sử dụng sợi dây 2,78 mm làm cái gá “Vào” và sợi dây 2,82 mm làm cái gá “Không Vào”. Nếu miệng lỗ nhỏ quá, phải khoan rộng thêm cho vừa, nếu quá rộng thì phải loại bỏ.

2. Làm đầy cốc bằng cách ấn miệng lớn vào mỡ được kiểm tra cho tới khi cốc được làm đầy. Dùng dao trộn mỡ hoặc dao thường gạt phần mỡ thừa, ấn nhẹ cốc, giữ ở vị trí thẳng đứng với lỗ nhỏ ở phía đáy, đặt cốc mỡ lên một sợi dây kim loại cho tới khi sợi dây kim loại hở ra khoảng 25 mm, ấn dây kim loại vào cốc mỡ sao cho sợi dây tiếp xúc với cả vùng phía ngoài trên và dưới của cốc. Duy trì sự tiếp xúc này, quay cốc trên trục dọc theo ngón tay trỏ để tạo ra 1 chuyển động xoắn đi xuống để lấy ra 1 phần mỡ hình nón bám dọc theo thanh kim loại. Khi cốc tiến đến đầu dây kim loại thì cẩn thận trượt sợi dây kim loại ra khỏi cốc sao cho lớp màng trơn nhẵn của lớp mỡ đều đặn còn lại bên trong cốc.

3. Đặt cốc và nhiệt kế vào trong ống thử và treo lơ lửng ống thử vào bếp cách dầu với mực dầu cách vành ống nghiệm khoảng 6 mm. Nếu nút lie giữ nhiệt kế trong ống nghiệm được chọn đúng, vạch nhúng 76 mm trên nhiệt kế sẽ trùng khớp với mặt dưới của nút lie. Cả khối lắp ráp phải được dìm xuống tới điểm này.

4. Khuấy bình dầu và đun với tốc độ 4 ÷7°C/ phút cho tới khi bình đạt tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhỏ giọt dự đoán của mỡ khoảng 17°C. Đến lúc này, hạ tốc độ đun sao cho nhiệt độ trong ống thí nghiệm ở vào khoảng dưới hoặc bằng 2°C so với nhiệt độ trong bếp cách dầu, trước khi nhiệt độ của bình dầu tăng thêm 2,5°C. Tiếp tục đun với tốc độ ấy để sự khác nhau về nhiệt độ trong ống và trong bình dầu được duy trì trong khoảng 1 ÷ 2°C. Điều kiện này được thiết lập khi bình dầu được đun với tốc độ 1 ÷ 1,5°C/ phút. Trong lúc tăng nhiệt độ, mẫu sẽ nhỏ từ từ ra ngoài qua lỗ của cốc mỡ. Khi giọt mỡ rơi xuống ghi nhiệt độ trên 2 nhiệt kế, và ghi giá trị trung bình của chúng là nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ.

Chú ý:

Một số mỡ, thí dụ như mỡ nhôm, nhỏ giọt thành một sợi mỡ dài khi nó chảy. Sợi mỡ này có thể đứt hoặc kéo dài cho tới khi chạm đáy ống thí nghiệm. Trong mọi trường hợp, nhiệt độ nhỏ giọt lấy là nhiệt độ khi sợi mỡ chạm đáy ống thí nghiệm.

Nhiệt độ nhỏ giọt của một số mỡ, đặc biệt khi chúng chứa xà phòng nhôm đơn sẽ càng giảm nếu mỡ càng cũ. Sự thay đổi này sẽ lớn hơn nhiều so với độ lệch cho phép

trong các kết quả thí nghiệm tại các phòng thí nghiệm khác nhau. Do vậy việc so sánh kết quả giữa các phòng thí nghiệm chỉ nên làm trong vòng 6 ngày.

V. Báo cáo kết quả: Báo cáo kết quả là nhiệt độ nhỏ giọt theo ASTM D566.

Độ chính xác và độ sai lệch:

Độ trùng lặp: ≤ 70C.

Độ tái diễn: ≤ 130C.

Chú ý: Độ chính xác tùy thuộc vào khoảng nhiệt độ nhỏ giọt.

BÀI 7 : XÁC ĐỊNH CẶN CARBON CỦA SẢN PHẨM DẦU MỎ CÁC TIÊU CHUẨN CẦN THAM KHẢO : Tiêu chuẩn ASTM: D482 : Phương pháp kiểm nghiệm tro từ các sản phẩm dầu mỏ

D189 : Phương pháp xác định cặn carbon Conradson của sản phẩm dầu mỏ.

D524 : Phương pháp xác định cặn carbon Ramsbottom của sản phẩm dầu mỏ.

D4530 : Phương pháp kiểm nghiệm vi lượng cặn carbon của sản phẩm dầu mỏ.

D4046 : Kiểm nghiệm Alkyl Nitrat trong diesel bằng phương pháp quang phổ.

E1 : Tiêu chuẩn kĩ thuật nhiệt kế ASTM.

E133 : Tiêu chuẩn kĩ thuật thiết bị chưng cất.

I. Phạm vi Phương pháp này bao gồm việc xác định lượng cặn carbon còn lại sau khi bay hơi

và nhiệt phân dầu, và đưa ra một vài chỉ dẫn về xu hướng tạo cốc. Phương pháp kiểm nghiệm này áp dụng cho các sản phẩm dầu tương đối khó bay hơi, bị phân hủy một phần khi chưng cất ở áp suất thường. Các sản phẩm dầu chứa các thành phần tạo tro, khi được xác định theo phương pháp ASTM D482 sẽ cho giá trị cặn carbon cao hơn giá trị thực tùy theo lượng tro tạo thành. Do vậy cần có những lưu ý sau :

Thuật ngữ « Cặn carbon » dùng trong các phương pháp chuẩn D189 hay D524 để chỉ lượng cặn carbon hình thành sau khi bay hơi hoặc nhiệt phân các sản phẩm dầu. Cặn không phải chứa hoàn toàn carbon, mà nó là cốc và có thể tiếp tục bị biến đổi bởi quá trình nhiệt phân. Thuật ngữ « Cặn carbon » được sử dụng trong các phương pháp chuẩn này khác với thuật ngữ thường dùng phổ biến của nó.

Các giá trị thu được theo phương pháp Conradson và Ramsbottom về trị số hoàn toàn không giống nhau. Mặc dù đã có những hiệu chỉnh gần đúng nhưng không áp dụng được cho tất cả mọi nguyên liệu sử dụng vì việc xác định hàm laọang cặn carbon được áp dụng cho rất nhiều sản phẩm dầu mỏ. Phương pháp Ramsbottom bị giới hạn cho các mẫu dễ thay đổi ở dưới 90°C. Phương pháp Conradson cho kết quả tương đương phương pháp D4530- xác định vi lượng cặn carbon.

Trong nhiên liệu diesel sự có mặt của các Alkyl nitrat như Amyl nitrat, hexyl nitrat, octyl nitrat làm cho giá trị cặn carbon cao hơn giá trị trong nhiên liệu chưa xử lý cho thêm chúng. Điều này dẫn đến kết luận sai về xu hướng tạo cốc trong nhiên liệu. Sự có mặt của alkyl nitrat trong nhiên liệu có thể phát hiện bằng phương pháp D4046.

II. Ý nghĩa và sử dụng: Giá trị cặn carbon của nhiên liệu cháy được dùng như là một sự ước lượng sơ bộ

về xu hướng tạo cặn của nhiên liệu trong các buồng đốt dạng ống và dạng nồi hơi. Nếu không có Akyl Nitrat ( hoặc có thì việc kiểm nghiệm sẽ được thực hiện trên nhiên liệu gốc không có phụ gia), thì cặn carbon của nhiên liệu diesel sẽ xấp xỉ bằng cặn của buồng đốt.

Giá trị cặn carbon của dầu động cơ trước đây được xem như tổng cặn carbon mà dầu động cơ tạo thành trong buồng đốt của động cơ đến nay không còn đúng nữa vì sự có mặt của phụ gia trong nhiều loại dầu, ví dụ như phụ gia tẩy rửa tạo tro có thể làm tăng giá trị cặn carbon của dầu nhưng lại làm giảm xu hướng tạo cặn của dầu.

Giá trị cặn carbon của diesel được sử dụng như một chỉ dẫn trong việc sản xuất khí từ diesel trong khi giá trị cặn carbon của cặn dầu thô, dầu gốc loại BS (bright stock) và dầu xylanh lại rất có ích trong sản xuất dầu nhờn.

III. Tóm tắt phương pháp Phương pháp Conradson Cho một luợng mẫu đã cân trước vào chén sứ rồi chưng, phân hủy nhiệt và cốc

hóa bằng cách gia nhiệt cao trong một thoài gian xác định. Sau khi kết thúc quá trình xử lý nhiệt theo quy định, chén sứ kiểm nghiệm chứa cặn carbon được làm nguội trong bình chống ẩm rồi được cân. Cặn carbon còn lại được tính theo phần trăm so với lượng mẫu ban đầu và được gọi là cặn carbon Conradson.

Phương pháp Ramsbottom Cân mẫu thử vào một bình cốc hóa thủy tinh có một mao quản mở rồi đặt vào lò

nung kim loại và duy trì ở nhiệt độ 550°C. Mẫu nhanh chóng được đốt nóng tới nhiệt độ mà tại đó tất cả các thành phần dễ bay hơi sẽ bốc hơi hết ở dạng nguyên trạng hoặc bị phân hủy một phần; phần cặn nặng còn lại trong bình thủy tinh tiếp tục chịu phản ứng cracking và cốc hóa. Trong giai đoạn cuối của quá trình đốt nóng, phần cặn cốc hoặc cặn carbon tiếp tục bị phân hủy chậm hoặc bị oxy hóa nhẹ do không khí có thể lọt vào trong bình. Sau khi đốt, lấy bình ra khỏi lò, làm nguội trong bình hút ẩm và cân lại. Phần cặn còn lại trong bình được tính phần trăm khối lượng mẫu thử và được gọi là cặn carbon Ramsbottom.

Quy trình để xác định các tính chất vận hành đặc biệt của lò nung là có một ống kiểm tra chứa cặp nhiệt điện cho biết mối liên quan giữa nhiệt độ và thời gian.

Như đã nói ở trên, các giá trị thu được theo phương pháp Conradson và Ramsbottom về trị số hoàn toàn không giống nhau, do vậy khi báo cáo kết quả cần nêu rõ tiêu chuẩn xác định hàm lượng cặn carbon.

Trong khuôn khổ phòng thí nghiệm phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm dầu mỏ của bộ môn Công nghệ hóa học dầu và khí, chúng tôi chỉ trình bày quy trình xác định hàm lượng cặn carbon theo phương pháp Ramsbottom.

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẶN CARBON RAMSBOTTOM

IV. Thiết bị: Bình cốc hóa bằng thủy tinh chịu nhiệt. Trước khi dùng, kiểm tra đường kính của

mao quản để chắc chắn rằng độ mở lớn hơn 1,5 mm và không quá 2 mm. Chọn một que có đường kính 2 mm chọc dọc theo mao quản. Loại bỏ những bình nào không thể gài được que và những bình có lỗ mao quản lớn hơn 2 mm.

Bình kiểm tra bằng thép không gỉ, chứa một cặp nhiệt điện dùng để xác định các đặc tính của lò phù hợp với các yêu cầu của phương pháp. Bình kiểm tra có mặt mờ và không được đánh bóng nữa. Bình đã được đánh bóng có các đặc tính nhiệt khác với bình có bề mặt mờ. Phải có một máy đo nhiệt dùng cặp nhiệt điện để theo dõi nhiệt độ thực với độ chính xác ±1°C.

Bơm tiêm nạp mẫu bằng thủy tinh loại 5 hoặc 10 ml, gắn với kim tiêm có đường kính ngoài 1,5 mm để đưa mẫu vào trong bình cốc hóa thủy tinh.

Lò cốc hóa bằng kim loại cứng có các lỗ với đường kính trong 25,45 mm và chiều sâu tâm lỗ là 76 mm, được sắp xếp sao cho phù hợp việc đốt nóng ở nhiệt độ đồng đều 550°C. Đáy lỗ có hình bán cầu phù hợp với đáy của bình cốc hóa thủy tinh.

Các thiết bị đo nhiệt độ: một cặp nhiệt điện bằng sắt-constantan có thể di chuyển được với một nhiệt kế piromet rất nhạy hoặc những thiết bị chỉ nhiệt độ thích hợp khác được đặt ở tâm phần gần đáy của lò và được sắp xếp để đo nhiệt độ của lò sao cho có thể thực hiện được phép thử đặc tính của lò

Cần định chuẩn cặp nhiệt điện hoặc các thiết bị đo nhiệt độ theo một cặp nhiệt điện tiêu chuẩn hoặc một chuẩn so sánh tương tự, một lần trong tuần khi lò được sử dụng thường xuyên, tần suất định chuẩn tùy thuộc vào kinh nghiệm.

V. Kiểm tra đặc tính của thiết bị Kiểm tra định kỳ đặc tính của lò và thiết bị đo nhiệt độ để đảm bảo chúng đáp ứng

với các yêu cầu của phương pháp. Lò được coi là đạt đặc tính chuẩn khi đáp ứng đầy đủ các yêu cầu vận hành cho từng lỗ cốc hóa. Chỉ dùng những lò đã qua kiểm tra tính năng hoặc được thử nghiệm như đã cho ở mục này.

Cặp nhiệt điện : định chuẩn thường xuyên cặp nhiệt điện trong bình kiểm tra theo một cặp nhiệt điện tiêu chuẩn, ít nhất 1 lần sau 50h sử dụng bình kiểm tra.

Chú ý : Trong quá trình sử dụng nhiệt độ cao, cặp nhiệt điện sắt-constantan bị oxy hóa và đường cong chuẩn của chúng sẽ thay đổi.

Lò lắp đầy hoàn toàn : Khi nhiệt độ lò chỉ dao động trong khoảng 2°C trong vùng 550± 5°C (là nhiệt độ dùng cho lò với hai chức năng vận hành hàng ngày và chuẩn hóa) thì cho bình kiểm tra vào một lỗ, trong vòng 15s, đặt vào mỗi lỗ còn lại một bình cốc hóa thủy tinh chứa 4± 0,1g dầu nhờn gốc dầu mỏ trung tính có độ nhớt khoảng 60 ÷100 mm2/s (cSt) ở 40°C. Dùng một milivon kế hoặc đồng hồ điện thế có độ chính xác thích hợp (độ nhạy 1°C hoặc thấp hơn) quan sát sự tăng nhiệt độ trong bình kiểm tra từng phút một trong 20 phút. Nếu nhiệt độ trong bình kiểm tra đạt tới 547°C sau không ít

hơn 4 phút và không nhiều hơn 6 phút kể từ thời điểm đặt nó vào trong lò và giữ nguyên trong khoảng 550±3°C trong suốt phần còn lại của phép thử 20 phút thì có thể xem lỗ cốc hóa này đã được chuẩn hóa. Phải kiểm tra định kỳ từng lỗ một theo cách tương tự khi lò được lắp đầy.

Lò lắp đầy từng phần : Khi nhiệt độ của lò chỉ dao động trong khoảng 2°C trong vùng 550±5°C thì đặt bình kiểm tra vào một lỗ, những lỗ còn lại để trống. Dùng một milivon kế hoặc một đồng hồ điện kế có độ chính xác thích hợp (độ nhạy ≤1°C) quan sát sự tăng nhiệt độ trong bình kiểm sau từng phút trong vòng 20 phút. Nếu nhiệt độ trong bình kiểm tra đạt tới 5470C sau không ít hơn 4 phút và không nhiều hơn 6 phút kể từ lúc đặt nó vào trong lò và duy trì trong giới hạn 550±3°C đối với phần còn lại của phép thử 20 phút, thì có thể xem lỗ cốc hóa này đã được chuẩn hóa. Kiểm tra từng giếng theo cách tương tự khi lò chỉ lắp 1 lỗ.

VI. Quy trình tiến hành 1. Đặt bình cốc hóa thủy tinh mới vào trong lò cốc hóa ở 550°C trong khoảng 20

phút để khử hết các tạp chất hữu cơ và nước. Đặt vào trong bình 1 bộ phận hút ẩm kín có CaCl2 trong 20 ÷30 phút rồi cân chính xác tới 0,1 mg.

Chú ý : Không được dùng lại bình cốc hóa thủy tinh vì kết quả bị bị sai lệch. Đối với phép thử thông thường có thể dùng bình mới không cần nung trước nếu chúng chắc chắn không bị bẩn. Những bình như vậy ít nhất cũng cần đốt trong lò 150°C trong bình chống ẩm rồi cân.

2. Khi tiến hành thử, điều quan trọng là phải tuân thử một cách nghiêm ngặt các đièu kiện nhiệt độ đã chọn để kiểm tra tính năng của thiết bị, ví dụ, nếu lò đã ở nhiệt độ 550±1°C khi đặt bình kiểm tra vào thì cần thiết phải dùng các đièu kiện nhiệt độ tương tự trong phép thử cốc hóa. Khi vận hành thiết bị bình thường, nhiệt độ của lò điện có điều khiển tự động sẽ dao động trong khoảng nhiệt độ thích hợp. Do đó khi tiến hành phép thử cốc, điều quan trọng là các bình thử được đặt vào khi lò cùng một nhiệt độ và ở cùng một vị trí trong chu trình nhiệt giống như phép thử ban đầu, khi đã chứng minh sự dao động nhiệt là không đáng kể.

3. Lắc thật kỹ mẫu cần thử nghiệm, hâm nóng đến 50±10°C nếu cần để làm giảm độ nhớt của nó. Lọc mẫu qua lưới lọc 100 mắt lưới. Dùng bơm tiêm nạp vào bình cốc hóa một lượng mẫu thích hợp. Làm cẩn thận sao cho không có cặn bám trên bề mặt ngoài hoặc bên trong cổ bình. Cân lại bình và mẫu chứa bên trong chính xác đến 1mg.

Cặn carbon Ramsbottom,% Lượng mẫu < 6 4,0 + 0,1

6,0 ÷ 14,0 1,0 + 0,1

14,0 ÷ 20,0 0,5 + 0,1

4. Đặt bình cốc hoá vào lỗ đã chuẩn hóa của lò ở nhiệt độ kiểm tra và để yên trong 20 ± 2 phút. Dùng kẹp kim loại gắp bình ra khỏi lò khi còn nóng. Lặp lại các điều kiện lò và bình như đã thực hiện khi đã chuẩn hoá các lỗ lò này. Nếu thấy rõ bị mất dầu do sủi bọt thì huỷ phép thử và làm lại phép thử dùng lượng mẫu ít hơn. Sự sủi bọt có thể do

nước, loại bỏ nước bằng cách đun nóng nhẹ mẫu trong chân không và đẩy hơi ra với nitơ trước khi cho mẫu vào bình cốc hóa.

5. Sau khi gắp bình ra, làm nguội nó trong bình hút ẩm dưới cùng các điều kiện (kể cả thời gian cân) như đã dùng trước khi nạp mẫu vào bình. Khi lấy bình cốc hóa ra khỏi bình hút ẩm, kiểm tra xem nó đã thật sự hết các tạp chất còn bám lại, nếu có một số vết đen trên cổ mao quản, thì dùng một mẩu giấy hoặc chổi lông chải sạch chúng. Cân chính xác đến 0,1 mg và vứt bỏ bình cốc hoá thuỷ tinh đã dùng.

Ghi chú: Khi nghiên cứu các tính chất của dầu có thể nhận được thông tin hữu ích từ việc kiểm tra đơn giản bằng mắt bình cốc hoá sau thử nghiệm. Bằng cách này có thể phát hiện thấy có ít hay nhiều cốc trong bình, liệu có còn chất lỏng không, hoặc là một cặn trong suốt hay có các giọt chất lỏng có cặn không đen và xốp nhưng có màu và ở dạng bột (có thể dự đoán về sự có mặt của các chất vô cơ ).

VII. Quy trình đặc biệt Phép thử cặn chưng cất 10%, áp dụng cho chưng cất dầu sáng bằng phương pháp

nhiên liệu dầu nhờn ASTM N°1 và 2.

1. Lắp thiết bị chưng cất mô tả trong tiêu chuẩn kỹ thuật E133, dùng bình D (250ml) có tấm đỡ đường kính 51mm và 1 ống đong chia độ C (200ml). Sử dụng nhiệt kế chưng cất cặn cao ASTM 8F và 8C hoặc nhiệt kế chưng cất cặn cao IP 6C.

2. Cho một lượng mẫu tương đương 200ml ở nhiệt độ 13 ÷18°C vào bình. Giữ bình ngưng ở 0 ÷4°C ; đối với một số dầu, nếu cần thì phải giữ nhiệt độ ở trong khoảng 38 ÷60°C để tránh làm đông đặc các chất nhựa bên trong ống ngưng. Dùng ống đong đã dùng đo mẫu làm ống hứng, đặt nó sao cho đỉnh của ống ngưng không chạm vào thành của ống đong.

3. Đun bình với tốc độ đều và điều chỉnh sao cho giọt ngưng đầu tiên rơi khỏi ống ngưng sau khi bắt đầu cấp nhiệt khoảng 10 ÷15 phút, dịch chuyển ống ngưng sao cho đỉnh của ống ngưng chạm vào thành ống. Sau đó điều chỉnh nhiệt sao cho việc chưng cất xảy ra với tốc độ đều 8 ÷10 ml/phút. Tiếp tục chưng cất cho tới khi thu gom được 178 ml rồi ngừng đun và để ống ngưng tiếp tục chảy cho đến khi thu được 180 ml trong ống hứng (90% vào bình cất).

4. Ngay sau đó, thay ống hứng bằng 1 bình nón nhỏ và hứng hết những giọt cuối cùng vào bình này. Đổ vào bình này lượng cặn nóng còn lại trong bình cất và trộn kỹ. Lượng chứa của bình là cặn chưng cất 10% của mẫu thử nghiệm.

5. Khi cặn chưng cất còn đủ nóng để chảy tự do, Dùng bơm tiêm lấy 4±0,1g cặn cho vào bình cốc hóa đã được cân trước. Sau khi để nguội cân bình và lượng chứa trong nó chính xác đến 0,1mg và tiến hành phép thử cặn carbon theo quy trình kiểm tra.

Báo cáo phân đoạn chưng cất 10% là phần trăm cặn carbon Ramsbottom

VIII. Tính toán và báo cáo kết quả Tính toán cặn Carbon của mẫu và của phân đoạn chưng cất 10% như sau :

Cặn Carbon = (A x 100 )/W

Trong đó : A : Khối lượng cặn Carbon, gam.

W : Khối lượng mẫu, gam

Báo cáo giá trị thu được là phần trăm cặn Carbon Ramsbottom, hoặc là phần trăm phân đoạn chưng cất 10% cặn Carbon Ramsbottom

BÀI 8 : ĐỘ BỀN ÔXI HÓA CỦA MỠ NHỜN THEO TIÊU CHUẨN ASTM D942

I. Phạm vi Phương pháp này xác định độ bền oxi hóa của mỡ nhờn khi tồn chứa tĩnh dưới khí

quyển oxi trong 1 hệ kín ở nhiệt độ cao dưới các điều kiện của phép thử.

II. Ý nghĩa và sử dụng Phương pháp này đo sự thay đổi áp suất thực do sự tiêu thụ oxi bởi quá trình oxy

hóa và sự tăng áp suất do hình thành các sản phẩm phụ oxy hóa dễ bay hơi. Phương pháp này có thể được dùng để kiểm tra chất lượng để xem mỡ có đồng nhất hay không. Nó không dự đoán độ ổn định của mỡ ở các điều kiện sử dụng động, hoặc độ ổn định của mỡ được cất giữ trong thùng hộp một thời gian dài hoặc độ bền của lớp mỡ trên ổ trục và các phần của động cơ. Nó cũng không được dùng để đánh giá độ bền oxy hóa tương đối của những loại mỡ khác nhau.

III. Tóm tắt phương pháp Mẫu mỡ được oxy hóa trong bom đã đun nóng tới

99°C và nạp đầy oxy ở 110 psi (758 kPa). Áp suất được quan sát và được ghi lại theo các khoảng thời gian đã định. Mức độ oxy hóa sau một thời gian nhất định được xác định bằng độ giảm tương ứng áp suất oxy.

IV. Thiết bị Bom oxy hóa : làm bằng hợp kim thép chứa 18%

crom, 8% niken, có khả năng làm việc an toàn với áp suất 180 psi ở 99°C và với điều kiện có chì hoặc miếng đệm floruacarbon TFE để bịt kín. Toàn bộ bề mặt trong của bom, nắp và phía trong đường ống gắn áp kế được đánh bóng để rửa dễ dàng. Dung tích bom khi không có giá đĩa mẫu và đĩa, đo tới chỗ cắm áp kế là 185±6 ml.

Áp kế : có kiểu chỉ số được chia độ 1 psi cho một vạch chia với số ghi cực đại tối thiểu là 120 psi trong khoảng từ 90 ÷120 psi. Áp kế tự ghi có thể dùng thay cho áp kế thường nếu nó đáp ứng được yêu cầu về lượng và độ chính xác đòi hỏi.

Đĩa đựng mẫu : làm bằng hợp kim thép chứa 18% crom, 8% niken như bom và có kích thước phù hợp

Giá đĩa mẫu : bằng thủy tinh có kích thước phù hợp

Bếp cách dầu : có khả năng giữ ở nhiệt độ 99±0,5°C với sự thay đổi nhiệt độ bé hơn

0,5°C trong bất cứ loại dầu nào và đủ sâu để cho phép nhúng bom xuống tới mức cần thiết. Tạo ra sự tuần hoàn môi trường dầu truyền nhiệt bằng bơm hoặc khuấy trộn. Một dung lượng nhiệt thích hợp đủ để đưa bếp cách dầu tới nhiệt độ yêu cầu trong vòng 60 phút sau khi ngâm bom. Cần có một nhiệt kế sao cho điểm 96,8°C của nhiệt kế ở cùng mức với mặt trên của nắp đậy bếp cách dầu. Điều chỉnh bề mặt dầu của bếp cách dầu sao cho đỉnh bom được ngâm chìm thấp hơn bề mặt của nó khoảng 50mm. Đặt bình sao cho không có gió lùa hoặc sự dao động lớn về nhiệt độ ở xung quanh máy đo.

Nhiệt kế : tuân theo các tiêu chuẩn sau

Khoảng nhiệt độ Số hiệu nhiệt kế

ASTM IP

95 ÷ 1030C 22C 24C

Nguyên liệu : oxy có độ tinh khiết không dưới 99,5%

Vì oxy làm thúc đẩy sự cháy rất mãnh liệt, quy trình phải được tiến hành như sau :

Để oxy áp suất cao tránh xa dầu và mỡ, cách ly dầu mỡ với các đầu giảm áp, áp kế, thiết bị khống chế dòng oxy

Chỉ dùng oxy với thiết bị chuyên dùng cung cấp oxy từ oxy nén

Để những vật dễ cháy tránh xa oxy và loại trừ các nguồn đánh lửa

Giữ bề mặt sạch để ngăn cản đánh lửa hoặc nổ khi tiếp xúc với áp suất oxy cao

Luôn phải dùng đầu giảm áp để cấp oxy

Tất cả các thiết bị sử dụng đều phải thích hợp và chuyên dụng cho việc dùng oxy

Không bao giờ được chuyển oxy từ bình được nạp sang một bình khác trước khi dùng nó

Không được đánh đổ bình oxy

Phải đóng van bình oxy khi không sử dụng

Đứng tránh xa van khi mở bình

Không hít thở hoặc dùng loại oxy kỹ thuật cho mục đích hô hấp

V. Chuẩn bị dụng cụ Lau rửa các đĩa đựng mẫu cho sạch với n-heptan, sau đó rửa bằng nước nóng và

bột xà phòng và cuối cùng bằng dung dịch rửa sulfocromic. Tráng bằng nước máy rồi sấy trong tủ sấy. Chỉ dùng cặp gắp để cầm các đĩa đã rửa này

Nếu có lớp sơn sau thí nghiệm thì rửa phía trong bom và giá đỡ kim loại bằng cách ngâm trong dung môi nóng và cọ bằng bàn chải lông cứng. Tráng bằng nước máy, sau đó sấy khô.

VI. Tiến hành Nạp mỡ vào 5 đĩa mẫu, khoảng 4±0,01g. Cho mẫu vào trong đĩa thành một lớp

đồng nhất có mặt trên nhẵn, bằng phẳng. Đặt các đĩa đã nạp mẫu lên trên 5 cái ổ của giá

đỡ, để lại nắp ổ làm nắp che ngăn cản sự ngưng tụ các sản phẩm dễ bay hơi rơi vào trong các mẫu mỡ. Khi lắp bom đặt một cục bông thủy tinh vào đáy bom.

Đặt giá đĩa vào bom và vặn chặt nút xoáy từ từ để đậy bom. Làm sạch không khí từ bom ra bằng cách đưa oxy vào từ từ cho tới khi áp suất đạt 100psi, sau đó cho oxy thoát ra từ từ. Lặp lại như vậy 4 lần. Đưa áp suất oxy tới các giá trị chỉ ra ở bảng dưới đây :

Nhiệt độ phòng (°C) Áp suất (psi)

17 ÷20 85

20 ÷23 86

23 ÷27 87

27 ÷30 88

30 ÷33 89

33 ÷37 90

37 ÷40 91

Để bom qua đêm để chắc chắn rằng bom không bị rò rỉ

Đặt bom trong bếp cách dầu đã giữ ở nhiệt độ 99±0,5°C. Vì áp suất tăng lên, thỉnh thoảng phải xả oxy ra khỏi bom cho tới khi đạt được áp suất không đổi 110±2 psi rồi duy trì trong ít nhất 2h. Nếu áp suất giảm từ từ biểu thị hiện tượng hở khí liên tục trong bom. Quan sát và ghi áp suất ít nhất một lần trong 24h. Trong trường hợp có sự rò khí thì phải làm lại thí nghiệm

Bắt đầu tính thời gian tại thời điểm ngâm bom trong bình dầu và tiếp tục sự oxy hóa trong thời gian quy định, ví dụ độ giảm áp (psi) sau 100, 200h,…

VII. Báo cáo Báo cáo giá trị trung bình của một phép xác định kép làm độ giảm áp suất theo psi

hoặc kPa ở thời gian thử nghiệm đã quy định hoặc ở những thời gian tính theo giờ phù hợp.

VIII. Độ chính xác Độ trùng lặp và độ tái diễn

Độ giảm áp trung bình, psi (kPa) Độ lặp lại Độ tái diễn

0 ÷5 (34,5) 2 (13,8) 3 (20,7)

5 ÷10 (34,5 ÷68,9) 3 (20,7) 5 (34,5)

10 ÷20 (68,9 ÷138) 6 (41,4) 8 (55,2)

20 ÷55 (138 ÷379) 10 (68,9) 20 (138)

BÀI 9 : XÁC ĐỊNH NHIỆT TRỊ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU HYDROCARBON LỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BOM THEO TIÊU CHUẨN ASTM D240

I. Phạm vi Phương pháp này dùng để xác định niệt cháy của nhiên liệu hydrocarbon lỏng bay

hơi từ nhiên liệu chưng cất nhẹ đến nhiên liệu cặn

Ở điều kiện bình thường, phương pháp này được sử dụng trực tiếp đối với các sản phẩm như xăng, dầu hỏa, nhiên liệu đốt lò FO1, FO2, nhiên liệu diesel, nhiên liệu turbin khí.

Phương pháp này không có độ lặp lại và tái lặp

Một số thuật ngữ Nhiệt cháy toàn phần, Qg (MJ/kg): nhiệt lượng tỏa ra khi một đơn vị khối lượng

của nhiên liệu bị đốt cháy trong một thể tích đóng kín không đổi, các sản phẩm ở trạng thái khí, và nước được ngưng tụ ở dạng lỏng. Nhiệt độ ban đầu của nhiên liệu, oxi và nhiệt độ cuối cùng của các sản phẩm cháy là 25°C.

Nhiệt cháy thực, Qn (MJ/kg): nhiệt lượng cháy tỏa ra khi đốt cháy một đơn vị khối lượng nhiên liệu tại áp suất không đổi, với mọi sản phẩm ở trạng thái khí, bao gồm cả nước.

Đương lượng năng lượng (nhiệt dung hiệu quả hoặc đương lượng nước) của nhiệt lượng kế là năng lượng cần để nâng nhiệt độ của nó lên 1° tính theo MJ/°C.

Nhiệt cháy thực và nhiệt cháy toàn phần có quan hệ theo đẳng thức sau:

Qn (25°C) = Qg (25°C) – 0,2122 x H

H- % khối lượng hydro trong mẫu

II. Tóm tắt phương pháp Nhiệt cháy được xác định trong phương pháp này bằng cách đốt một mẫu đã cân

trong một bom nhiệt lượng dưới các điều kiện đã được khống chế. Nhiệt cháy được tính toán từ việc quan sát nhiệt độ trước, trong và sau khi cháy với sự thừa nhận đúng mức về nhiệt hóa học và nhiệt truyền dẫn. Có thể dùng các bao nhiệt kế loại đẳng nhiệt hoặc đoạn nhiệt

Nhiệt độ đo được là °C, có thể được đo theo °F khi sử dụng nhiệt kế điện

Thời gian dùng trong tính toán là phút và phần mười của nó.

Khối lượng đo là gam

III. Ý nghĩa và sử dụng Nhiệt cháy là số đo năng lượng có thể có của nhiên liệu. Những hiểu biết giá trị

này là cần thiết khi xem xét hiệu quả về nhiệt của dụng cụ sinh nhiệt hoặc sinh công

Nhiệt cháy được xác định theo phương pháp này được lựa chọn như một trong những yêu cầu thương mại và quân sự

Nhiệt cháy khối lượng, nhiệt cháy của một đơn vị khối lượng nhiên liệu là một tính chất có tính tiêu chuẩn của nhiên liệu dùng trong phương tiện cần giới hạn về trọng lượng như máy bay, các xe có hiệu ứng bề mặt và dựa trên nguyên tắc thủy lực. Tầm hoạt động của chúng là hàm của nhiệt cháy và khối lượng riêng của nhiên liệu.

IV. Thiết bị và hóa chất Buồng thí nghiệm, nhiệt lượng kế, bom, bao nhiệt, nhiệt kế và các dụng cụ khác.

Hóa chất

Axit benzoic chuẩn: bột axit benzoic được đóng thành viên trước khi cân

Viên con nhộng gelatin (Gelatin Capsules)

Chỉ thị Metyl da cam và Metyl đỏ

Dầu khoáng

Oxi thương phẩm sản xuất từ không khí hóa lỏng

Dung dịch chuẩn kiềm: NaOH (0,0866N) và Na2CO3 (0,0725N)

2,2,4 trimetyl pentan (iso octane) tiêu chuẩn

V. Chuẩn hóa: Xác định đương lượng năng lượng của nhiệt lượng kế theo theo trung bình của ít

nhất 6 phép thử sử dụng axit benzoic chuẩn. Những phép thử này nên thực hiện trong phạm vi không quá 3 ngày. Lượng axit benzoic chuẩn (C4H4COOH) sử dụng phải trong khoảng 0,9 ÷ 1,1 g. Thực hiện từng phép xác định theo đúng quy trình thí nghiệm và tính toán độ tăng nhiệt độ đã được hiệu chỉnh t. Xác định sự hiệu chỉnh cho axit nitric và sợi dây đốt và thay váo phương trình sau:

W = (Q x g + e1 + e2)/ ∆t

W: đương lượng năng lượng của nhiệt lượng kế, MJ/°C

Q: nhiệt cháy của axit benzoic chuẩn, MJ/g

g: khối lượng mẫu axit benzoic chuẩn, g

∆t: độ tăng nhiệt độ đã hiệu chỉnh, °C

e1: hiệu chuẩn của sinh nhiệt của axit nitric, MJ

e2: hiệu chỉnh nhiệt cháy của dây, MJ

Kiểm tra nhiệt lượng kế để dùng cho các nhiên liệu bay hơi: sử dụng 2,2,4 trimetylpentan để xác định liệu các kết quả thu được có phù hợp với giá trị đã cho trên giấy tờ hay không (47,788MJ/kg, cân trong không khí, nằm ở giữa khoảng độ lặp lại của phương pháp thử). Nếu các kết quả không nằm trong độ lặp lại thì phương pháp xử lý mẫu có thể phải thay đổi. Nếu điều này không thực hiện được hoặc không sửa được sai số thì cho chạy một loạt phép thử sử dụng 2,2,4 trimetylpentan để thiết lập đương lượng năng lượng với nhiên liệu bay hơi.

Nhiệt cháy của băng nhạy áp hoặc của gelatin/dầu khoáng: được xác định dựa vào 1,2g băng hoặc 0,5g viên con nhộng giêlatin/dầu khoáng và bỏ qua mẫu. Làm ít nhất ba phép xác định và tính toán nhiệt cháy này như sau:

Q pst = (∆t x W – e1)/1000ª

Qpst: nhiệt cháy của băng nhạy áp hoặc của dầu khoáng, MJ/kg

W: đương lượng năng lượng của nhiệt lượng kế, MJ/°C

a: khối lượng của băng nhạy áp hay của con nhộng gelatin/dầu khoáng

VI. Quy trình thí nghiệm 1. Cân mẫu: khống chế trọng lượng mẫu, kể cả các nguyên liệu phụ sao cho độ

tăng nhiệt sinh ra bởi sự cháy của nó sẽ bằng sự sinh nhiệt gây ra khi đốt 0,9÷1,1g axit benzoic. Cân mẫu với độ chính xác đến 0,1mg.

Đối với các nhiên liệu cháy dễ bay hơi, làm giảm sự tổn thất bằng cách dùng băng hoặc con nhộng gelatin/dầu khoáng.

Với gelatin/dầu khoáng: cân cốc và con nhộng gelatin. Nên dùng cặp gắp để gắp con nhộng. Cho mẫu vào trong con nhộng, cân cốc với con nhộng và mẫu. Nếu con nhộng khó cháy thì cho vài giọt dầu khoáng lên trên con nhộng rồi cân lại cốc lần nữa. Đặt cốc vào điện cực đã nối dòng sao cho tâm vòng dây cháy tiếp xúc với con nhộng và dầu.

2. Dùng pipet cho 1ml nước vào bom

3. Với mẫu thử và ngòi đốt sẵn sàng, từ từ nạp oxy vào bom tới áp suất 30atm, đồng hồ đo áp suất ở nhiệt độ phòng, chú ý không để áp suất trong bom vượt quá 40atm. Không xả bom để đưa áp suất trong bom ra.

4. Nước nhiệt lượng kế: điều chỉnh nhiệt độ của nước nhiệt lượng kế trước khi cân nó theo 2 phương pháp sau :

- Phương pháp bao đẳng nhiệt 1,6 ÷2,0°C dưới nhiệt độ của bao

- Phương pháp bao đoạn nhiệt 1,0 ÷1,4°C dưới nhiệt độ phòng

Sự điều chỉnh này sẽ cho nhiệt lượng kế có đương lượng năng lượng khoảng 10,2KJ/°C. Dùng một lượng nước cất hoặc nước đã khử ion cho vào bình nhiệt lượng kế trong mỗi phép thử. Lượng nước (2kg) được xác định bằng cách cân thùng nhiệt lượng kế

và nước cùng lúc, cũng có thể xác định bằng phương pháp thể tích nếu nó luôn được đo ở cùng nhiệt độ.

5. Quan sát :

- Theo phương pháp đẳng nhiệt : lắp nhiệt lượng kế trong bao rồi khởi động máy khuấy. Để 5 phút cho đạt cân bằng rồi ghi nhiệt độ của nhiệt lượng kế theo từng phút trong 5 phút. Điểm hòa lượng nạp ở lúc bắt đầu của phút thứ 6 và ghi thời gian và nhiệt độ ta. Thêm vào nhiệt độ này 60% độ tăng nhiệt độ mong đợi và ghi thời gian ở lúc đạt được điểm 60%. Sau giai đoạn tăng nhanh (4 ÷5 phút) thì ghi nhiệt độ ở từng khoảng 1 phút cho tới khi sự khác nhau giữa các kết quả kế tiếp nhau trở nên không đổi trong vòng 5 phút.

- Theo phương pháp bao đoạn nhiệt : lắp nhiệt lượng kế trong bao rồi khởi động máy khuấy. Điều chỉnh nhiệt độ bao cho bằng nhiệt độ của nhiệt lượng kế hoặc thấp hơn một chút rồi cho chạy trong 5 phút để đạt cân bằng. Điều chỉnh nhiệt độ bao cho hợp với nhiệt độ của nhiệt lượng kế với sai số ±0,01°C rồi giữ nguyên trong 3 phút. Ghi nhiệt độ ban đầu rồi đốt lượng nạp. Điều chỉnh nhiệt độ của bao cho phù hợp với nhiệt độ của nhiệt lượng kế trong suốt thời gian tăng nhiệt độ, bằng cách giữ hai nhiệt độ gần như nhau trong lúc tăng nhiệt và điều chỉnh trong khoảng ±0,01°C cho đến khi đạt nhiệt độ cân bằng cuối cùng. Lấy số đọc nhiệt độ nhiệt lượng kế từng phút một cho đến khi nhận được nhiệt độ như nhau ở 3 lần đo liên tiếp. Ghi nhiệt độ này làm nhiệt độ kết thúc.

6. Phân tích các chất chứa trong bom. Tháo bom rồi xả áp suất bom với tốc độ đều đặn trong vòng trên 1 phút. Quan sát trong bom xem có hiện tượng không cháy hết hay không. Nếu có phải hủy kết quả.

7. Rửa mặt trong bom kể cả điện cực và các cọc giữ mẫu. Dùng bơm tia nước sạch để rửa và dùng dung dịch chuẩn kiềm chuẩn độ nước rửa với chỉ thị metyl da cam hay metyl đỏ.

8. Tháo và đo mẫu dây điểm hỏa chưa cháy và trừ vào kích thước ban đầu của dây. Ghi lại sự khác nhau do dây cháy.

9. Xác định hàm lượng lưu huỳnh của mẫu nếu nó vượt quá 0,1% theo phương pháp D129

VII. Tính toán Độ tăng nhiệt độ :

Theo phương pháp bao đẳng nhiệt :

∆t = tc – ta – r1(b – a) – r2(c –b)

∆t : độ tăng nhiệt độ đã hiệu chỉnh

a : thời gian cháy

b : thời gian tính gần đúng đến 0,1s khi sự tăng nhiệt độ đạt đến 60%

c : thời gian bắt đầu của thời kỳ mà tốc độ thay đổi nhiệt độ theo thời gin không đổi

ta : nhiệt độ ở thời gian cháy a đã được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế

tc : nhiệt độ ở thời gian cháy c đã được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế

r1 : tốc độ (/phút) ở giai đoạn tăng nhiệt 5 phút trước khi điểm hỏa

r2 : tốc độ (/phút) tăng nhiệt trong thời gian 5 phút sau thời điểm c.

Theo phương pháp bao đoạn nhiệt

∆t = tf– ta

ta : nhiệt độ khi lượng nạp được đốt đã được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế

tf : nhiệt độ cân bằng cuối cùng được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế

Hiệu chỉnh nhiệt hóa học tính toán cho mỗi phép thử như sau : Hiệu chuẩn sinh nhiệt của axit nitric, e1 = 5.10-6 x thể tích (cm3) dung dịch

chuẩn NaOH, MJ

Hiệu chuẩn sinh nhiệt của axit sulfuric, e2 = 58,6.10-6 x %S trong mẫu x khối lượng mẫu, MJ

Hiệu chuẩn nhiệt cháy của dây, e3 = 1,13.10-6 x mm dây thép đã cháy = 0,96.10-

6 x mm dây crommic C đã cháy, MJ

Hiệu chuẩn nhiệt cháy của băng nhạy áp hay con nhộng gelatin/dầu khoáng, e4 = 10-6 x khối lượng của băng hoặc con nhộng (g) x nhiệt cháy của băng hoặc con nhộng/dầu, MJ/kg

Nhiệt cháy thực toàn phần đẳng tích :

Qg = (∆t x W – e1 – e2 – e3 – e4) /1000 x g, MJ/kg

Nhiệt cháy thực toàn phần đẳng áp :

Qn = Qg – 0,2122 x H, MJ/kg

Với H : % khối lượng hydro trong mẫu

Nếu không biết % hydro trong mẫu thì Qn có thể tính theo công thức :

Qn = 10,025 + 0,7195 x Qg

Báo cáo kết quả : nhiệt cháy thực cần được báo cáo gần đúng đến 0,005MJ/kg.