Nghiên cứu chế tạo nhũ tương Bitum từ cặn dầu

- Giới thiệu về nhũ tương bitum.
- Ứng dụng của nhũ tương bitum.
- Các phương pháp chế tạo nhũ tương.
- Chế tạo nhũ tương bitum từ bitum oxy hoá.
- Xác định các chỉ tiêu của nhũ tương bitum.
- Nghiên cứu quá trình nhũ hoá bitum cặn dầu thành nhũ tương bitum.
- Xuất phát từ mục đích và yêu cầu trên, luận văn này nhằm nghiên cứu chế tạo nhũ tương bitum từ cặn dầu.
- -Tìm ra chất hoạt động bề mặt và các điều kiện thích hợp để sản xuất nhũ tương bitum từ bitum cặn dầu.
- LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 4 Các chất nhựa cùng với nước, cặn bẩn, gỉ kim loại tạo thành chất kết tủa dạng nhũ tương bền vững.
- Hàm lượng asphanten tăng lên thì bitum càng rắn và nhiệt độ hoá LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 9 mềm của bitum tăng lên.
- TM: Là nhiệt độ hoá mềm của bitum (là nhiệt độ làm cho bitum chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái lỏng).
- TC: Là nhiệt độ hoá cứng của bitum (nhiệt độ làm cho bitum chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái rắn).
- Tốc độ của phản ứng oxy hoá phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
- Ứng dụng của bitum oxy hoá làm nhũ tương bitum [15] Mục đích là chuyển bitum ở trạng thái quánh sang trạng thái lỏng ở điều kiện thường nhờ tác dụng của chất nhũ hoá.
- Nhũ tương bitum có các ưu điểm nổi bật sau đây: -Quá trình sản xuất, bảo quản và ứng dụng trong thi công của nhũ tương bitum đều thực hiện ở nhiệt độ thấp nên tiêu tốn ít năng lượng.
- -Nhũ tương bitum không đòi hỏi những phương tiện chứa và rải cao cấp.
- -Nhũ tương bitum không có khả năng gây cháy nổ và cũng không gây độc hại khi thao tác.
- GIỚI THIỆU VỀ NHŨ TƯƠNG BITUM 1.5.1.
- Lịch sử nhũ tương bitum [4] Năm 1854, lần đầu tiên nhựa goundron (thu được từ chưng cất than đá) được rải trên mặt đường ở quảng trường Salinis ở thị trấn Auch (thuộc tỉnh Gers nước Pháp).
- Năm 1951 bắt đầu có nhũ tương cationic (nhũ tương pH axít).
- Như vậy, công nghệ sử dụng nhũ tương bitum ngày càng phát triển và hoàn thiện.
- Đến ngày nay, người ta đã chế tạo ra được rất nhiều các loại nhũ tương bitum khác nhau.
- Định nghĩa [4, 28] LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 19 Nhũ tương bitum là một hệ phân tán nhựa bitum vào trong nước.
- Sự hình thành nhũ tương cần tới một năng lượng cơ học xé nhỏ nhựa bitum và một chất hoạt động bề mặt hay cũng được gọi là chất nhũ hoá.
- Phân loại [4,28] Dựa vào kiểu, loại, hàm lượng nhựa chứa trong nhũ tương, tốc độ phân tách mà người ta có thể chia nhũ tương bitum thành nhiều loại.
- Nhũ tương nghịch: Là nhũ tương có pha phân tán là nước, pha liên tục là bitum.
- Theo điện tích hạt nhũ Nhũ tương bitum dạng anion.
- Nhũ tương bitum dạng cation.
- Các tính chất của nhũ tương bitum 1.5.4.1.
- Độ nhớt đặc trưng cho khả năng sử dụng nhũ tương ở các loại mặt đường khác nhau và được xác định bằng nhớt kế kỹ thuật.
- -Độ nhớt của pha nước tương đối cao nhưng vẫn phù hợp với điều kiện sử dụng nhũ tương.
- Nhiều chất phụ gia làm tăng độ ổn định của nhũ tương do tạo thành một loại dung dịch keo làm tăng đáng kể độ nhớt của dung môi.
- LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 23 Hình 1.3: Hiện tượng phân tách của nhũ tương -Ninh kết biểu thị hiện tượng khi nhũ tương tiếp xúc với bề mặt khoáng, nước bị tách ra, các hạt bitum liên kết lại với nhau tạo thành một lớp kín phủ lên bề mặt khoáng.
- Tuỳ theo tính chất và số lượng chất nhũ hoá mà người ta có thể nhận được các loại nhũ tương phân giải nhanh, vừa hay chậm.
- Độ phân giải của nhũ tương.
- ỨNG DỤNG CỦA NHŨ TƯƠNG BITUM 1.6.1.
- -Trộn hỗn hợp cấp đá nhũ tương ở trạm trộn, thường sử dụng nhũ tương phân tách chậm.
- Phương pháp phân tán LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 26 Đây là phương pháp thông dụng để sản xuất nhũ tương trên thế giới.
- Qua việc nghiên cứu sức căng bề mặt của hệ nhũ tương bitum-nước có thể đánh giá được độ bền và độ ổn định của hệ.
- Bản chất của nhũ tương là những hệ phân tán chất lỏng, không ổn định về mặt nhiệt động lực học.
- Khi đưa chất nhũ hoá vào nhũ tương, vừa đưa vừa khuấy mạnh một lượng thừa chất hoạt động bề mặt sẽ cho nhũ tương ngược lại với nhũ tương ban đầu.
- Độ ổn định của nhũ tương [13,14] Độ ổn định của nhũ tương được quyết định bởi chất hoạt động bề mặt hấp thụ lên bề mặt giọt nhũ.
- Cấu tạo của lớp điện tích kép Nhũ tương ổn định hơn khi lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha tích điện.
- Đối với nhũ tương được ổn định bằng các hợp chất không iôn, lớp điện bị tích tại bề mặt LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 30 giọt không phải do sự hấp phụ các ion từ môi trường phân tán mà do ma sát khi các giọt nhũ tiếp xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trường.
- Tương tác tổng cộng giữa các giọt: V = VA + VR Nếu VA>VR nhũ tương không ổn định.
- Ngược lại nếu VR>VA nhũ tương ổn định.
- Nhũ tương là một hệ không ổn định về mặt nhiệt động.
- Chất nhũ hoá còn ngăn cản xu hướng keo tụ, phá vỡ hệ nhũ tương.
- Việc chọn chất nhũ hoá có hàm lượng nhóm ưa nước và nhóm kị nước phù hợp rất quan trọng trong việc hình thành và các tính chất của nhũ tương.
- Tốc độ khuấy trộn từ 4001200 vòng/phút nhằm mục đích chế tạo ra bitum cặn dầu có các chỉ tiêu chất lượng phù hợp để sản xuất nhũ tương bitum.
- CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG BITUM TỪ BITUM OXY HOÁ 2.4.1.
- Bitum Sử dụng các mẫu bitum oxy hoá từ cặn dầu ở các điều kiện oxy hoá khác nhau để chế tạo nhũ tương bitum.
- +Khi rót pha phân tán vào môi trường phân tán thì phản ứng giữa axit abietic (chiếm thành phần chính trong nhựa thông-công thức hoá học của axit LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 52 này được trình bày trong hình 2.7) với NaOH sẽ xảy ra, tạo thành chất nhũ hoá ngay trên bề mặt hạt nhựa bitum, giúp bảo vệ nhũ tương bitum.
- Hình 2.7: Axit abietinovic (axit abietic) C19H29COOH Ngoài ra tuỳ thuộc vào từng loại chất nhũ hoá mà có thể sử dụng thêm các chất giúp ổn định nhũ tương (chất điều chỉnh pH, chất điện ly.
- Nước Nước là một trong ba thành phần cơ bản của nhũ tương.
- Các hoá chất khác Tuỳ thuộc vào từng chất nhũ hoá, loại bitum mà sử dụng thêm các hoá chất cần thiết nhằm đảm bảo khả năng tạo nhũ và ổn định nhũ tương bitum.
- Thiết bị chế tạo nhũ tương Trong nghiên cứu này, quá trình chế tạo nhũ tương bitum được thực hiện bằng phương pháp phân tán trên thiết bị nhũ hoá được trình bày trong hình 2.8 bao gồm: LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 54 1: Bếp điện 2: Bộ điều chỉnh nhiệt độ tự động 3: Bộ phận ổn nhiệt bằng nước 4: Thiết bị nhũ hoá 5: Thiết bị khuấy đũa Hình 2.8: Sơ đồ thiết bị nhũ hoá -Bếp điện công suất 2000 W.
- Thử nghiệm tính đồng nhất bằng rây Nhũ tương nhựa bitum.
- Xác định chỉ số phân tách của nhũ tương anionic và cationic Nhũ tương nhựa bitum.
- Thử nghiệm tính dính bám của nhũ tương cationic Nhũ tương nhựa bitum.
- Xác định chỉ số phân tách của nhũ tương anionic Chất liên kết hydrocacbon.
- Nhũ tương nhựa bitum.
- Xác định độ nhớt quy ước Nhũ tương nhựa bitum.
- Xác định dấu điện tích của các hạt trong một loại nhũ tương Nhũ tương nhựa bitum.
- Xác định lượng ngậm nước Nhũ tương nhựa bitum.
- Lấy trung bình của hai lần kết quả sẽ được thời gian t2 chảy hết 200 ml nhũ tương.
- Tính toán kết quả LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 59 Độ nhớt quy ước của nhũ tương tính bằng độ Engler là 02tt tính tròn kết quả về 0.5 đơn vị gần nhất.
- Xác định dấu điện tích hạt nhũ tương 2.5.2.1.
- Một nhũ tương cationic sẽ bám nhiều nhựa ở điện cực âm.
- Nếu là nhũ tương anionic thì nhựa sẽ bám ở điện cực dương.
- LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 62 -Sau đó điện cực được thận trọng nhúng vào nhũ tương ngập đến vạch đánh dấu.
- D là đường kính trong của bình nghiệm chứa nhũ tương.
- Xác định lượng ngậm nước [4,8] Xác định lượng ngậm nước trong mẫu nhũ tương bitum tương tự như xác định hàm lượng nước trong mẫu cặn dầu như đã trình bày trong mục 2.1.1.
- -Lượng nhũ tương dùng để chưng cất tách nước là 40 g.
- M : Khối lượng nhũ tương (40 g).
- LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 68 Kết quả thu được ở bảng 3.3 cũng cho thấy, các mẫu bitum thu được khi tiến hành phản ứng trong thời gian oxy hoá là 1.5ữ2 giờ có các chỉ tiêu phù hợp với bitum để sản xuất nhũ tương bitum.
- Ảnh hưởng của phụ gia TX đến độ giãn dài của bitum Sau khi đã khảo sát các điều kiện oxy hoá cặn dầu thành bitum, chúng tôi nhận thấy rằng bitum thu được vẫn có chỉ tiêu độ giãn dài (đạt được tối đa là 620 mm) là thấp hơn đôi chút so với yêu cầu sử dụng bitum này làm nguyên liệu để sản xuất nhũ tương bitum.
- Độ lún kim Nhiệt độ hoá mềm Độ giãn dài (mm) Khả năng tạo nhũ tương LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 77 (0.1mm) (oC Tạo nhũ tốt, ổn định sau 30 ngày Tạo nhũ tốt, ổn định sau 30 ngày Tạo nhũ tốt, ổn định sau 30 ngày Qua các số liệu ở bảng cho thấy, với cùng một loại bitum khảo sát khi tăng hàm lượng phụ gia cho vào bitum thì độ lún kim tăng và nhiệt độ hoá mềm giảm với giá trị không đáng kể nhưng độ giãn dài tăng mạnh.
- NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NHŨ HOÁ BITUM CẶN DẦU THÀNH NHŨ TƯƠNG BITUM 3.4.1.
- Từ bảng 3.13 ta nhận thấy, khi bitum có độ giãn dài càng lớn (ứng với trong thành phần bitum chứa càng nhiều nhựa) thì càng dễ có khả năng tạo nhũ và nhũ tương bitum tạo thành có độ ổn định càng cao.
- Khi sử dụng để chế tạo nhũ tương bitum thì đạt được các chỉ tiêu về khả năng tạo nhũ và độ ổn định là cao nhất.
- Như vậy, có thể nhận thấy rằng: Bitum có hàm lượng nhựa càng lớn-thể hiện qua chỉ tiêu độ giãn dài càng cao thì càng phù hợp để chế tạo nhũ tương bitum.
- Bảng 3.13: Các mẫu bitum oxy hoá cặn dầu sử dụng làm nhũ tương bitum Mẫu BT01 BT02 BT03 BT04 BT05 BT06 Nhiệt độ Oxh, 0C Thời gian Oxh, h Hàm lượng phụ gia TX.
- LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 86 Độ lún kim, 0.1 mm Độ giãn dài, mm Nhiệt độ hoá mềm, 0C Khả năng tạo nhũ Tạo nhũ Tạo nhũ Tạo nhũ Tạo nhũ Không tạo nhũ Tạo nhũ Độ ổn định, ngày Sau khi xác định được thành phần bitum oxy hoá từ cặn dầu, có pha thêm phụ gia (mẫu BT06) là tốt nhất cho quá trình chế tạo nhũ tương bitum, chúng tôi tiến hành nghiên cứu sâu thêm các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo nhũ tương bitum với bitum sử dụng là mẫu BT06.
- Với hàm lượng này, nhũ tương thu được mịn, phân tán trong nước rất tốt, các hạt phân bố tương đối đồng đều.
- Sau 20 ngày, nhũ tương bị phá (không còn ở trạng thái lỏng nữa mà chuyển sang dạng sệt và có nhiều cặn dưới đáy).
- Để thu được nhũ tương mịn, phân tán trong nước tốt, các hạt phân bố tương đối đồng đều thì hàm lượng oleat natri phù hợp là 3%.
- Từ kết quả ở bảng 3.17 cho thấy: Mẫu TN 22 có độ ổn định rất tốt, sau 30 ngày nhũ tương vẫn ở dạng lỏng, không có cặn dưới đáy, đến ngày thứ 35 LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 89 nhũ mới có hiện tượng lắng.
- Vậy có thể sử dụng colophan làm chất nhũ hoá để chế tạo nhũ tương bitum.
- Nhận xét về khả năng tạo nhũ: Sau quá trình khảo sát ảnh hưởng của các chất nhũ hoá colophan, oleat natri, PVA, lignhinsunfonat đến khả năng tạo thành nhũ tương từ bitum oxy hoá cặn dầu chúng tôi nhận thấy rằng: -Các chất trên đều có khả năng làm chất nhũ hoá để chế tạo nhũ tương bitum từ bitum cặn dầu.
- Với chất nhũ hoá PVA, nhũ tương tạo thành có độ nhớt lớn (15oEngler) gây khó khăn cho quá trình sử dụng.
- -Với chất nhũ hoá colophan kết quả cho thấy: +Sử dụng mẫu BT06 và các điều kiện nhũ hoá kể trên thì cho nhũ tương có độ ổn định tốt.
- +Khi thay mẫu BT06 bằng các mẫu bitum oxy hoá ở các điều kiện khác, hoặc thay đổi tỷ lệ pha bitum+ colophan/pha dung dịch NaOH thì lại tạo nhũ tương với độ ổn định không cao hoặc không tạo nhũ.
- LuËn v¨n th¹c sÜ Hoµng TrÇn H-ng 90 -Khi sử dụng chất nhũ hoá là oleat natri chúng tôi nhận thấy rằng: Lượng chất nhũ hoá sử dụng khoảng 3% (trong đó chỉ có 70% oleat natri còn lại là H2O) cho phép thu được nhũ tương bitum hạt mịn, có độ ổn định cao, quá trình chế tạo nhũ tương dễ dàng.
- -Khi nhiệt độ nhũ hoá quá cao, pha bitum được gia nhiệt ở 1201400C, khi rót bitum xảy ra hiện tượng nhũ tương bị sôi lên, phá hỏng quá trình tạo nhũ.
- XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CỦA NHŨ TƯƠNG BITUM Chọn 4 mẫu nhũ tương tiêu biểu cho bốn loại chất nhũ hoá là PVA, lignhinsunfonat, oleat natri và colophan để đánh giá các chỉ tiêu chất lượng là: Dấu điện tích hạt nhũ, độ nhớt, lượng ngậm nước, thời gian phân tách của nhũ tương trên bề mặt khoáng, độ ổn định khi lưu trữ.
- Ngoài ra còn tiến hành chụp ảnh các mẫu nhũ tương bitum trên kính hiển vi điện tử.
- Điều này cũng được thể hiện thông qua chỉ tiêu về thời gian lưu trữ của nhũ tương TL31 là ngắn nhất.
- Tuy nhiên tất cả giá trị độ ổn định của các nhũ tương thu được đều thoả mãn điều kiện < 5.
- Bảng 3.20: Các chỉ tiêu chất lượng của nhũ tương bitum thu được từ bitum oxy hoá cặn dầu Tên chỉ tiêu Phương pháp Tiêu chuẩn TN22 TO52 TP37 TL31 Lượng ngậm nước, %Kl NF T Độ nhớt quy ước Engler ở 25OC NF T 66-020

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt