Đồ án tốt nghiệp: Bitum dầu mỏ

Chia sẻ: Nguyen Ha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

326
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bitum là một vật liệu xây dựng công trình được sử dụng rất rộng rãi, song ngay đối với những người thường xuyên tham gia vào các công việc có sử dụng Bitum, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng và bảo trì đường giao thông, các đặc tính của nó vẫn còn là những điều bí ẩn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Bitum dầu mỏ

Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đồ án môn học Bitum dầu mỏ Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 1
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN ! Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo.TS. Lê Văn Hiếu, Cô Giáo.PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá Dầu đã hết lòng giúp đỡ, tận tình chỉ bảo cho em về kiến thức khoa học và phương pháp nghiên cứu để em hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ. Nguyễn Hàn Long, Kỹ Sư. Hoàng Hữu Hiệp, Thạc sĩ .Lê Anh Vũ, Kỹ Sư. Nguyễn Hà Hạnh và các Anh, Chị phòng thí nghiệm hữu- cơ hoá dầu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình em làm nghiên cứu tại phòng. Xin chân thành cảm ơn Bạn Khúc Quang Trung đã làm cùng đề tài với tôi, và tất cả các bạn sinh viên trong lớp hoá dầu 3, các em sinh viên cao đăng đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôt trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè những người thân đã nuôI dưỡng, giúp đỡ tôi trưởng thành như ngày hôm nay. Một lần nữa xin cảm ơn tất cả mọi người ! Hà Nội, Ngày 30-4-2004 Sinh Viên: Đặng Văn Hà Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 2
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Lời mở đầu.................................................................................................. 5 Phần 1. Tổng Quan..................................................................................... 7 Chương 1. Tổng quan về bitum dầu mỏ.................................................... 7 I. Những kiến thức chung về bitum dầu mỏ .................................................. 7 II . Các tính chất của bitum trong xây dựng và trong sản xuất ...................... 11 III. Ứng dụng của Bitum dầu mỏ .................................................................. 15 Chương 2. Nhũ tương Bitum ..................................................................... 17 I. Lý thuyết chung về nhũ tương bitum.................................................... 17 I.1. Định nghĩa ........................................................................................ 17 I.2. Phân loại nhũ tương .......................................................................... 18 I.3. Ứng dụng của nhũ tương bitum ......................................................... 19 I.4.Ưu điểm của nhũ tương bitum trong xây dựng đường ôtô .................. 21 II.Phương pháp chế tạo nhũ tương bitum ................................................. 21 II.1. Phương pháp ngưng tụ ..................................................................... 21 II.2. Phương pháp phân tán...................................................................... 22 III. Chất nhũ hoá ..................................................................................... 22 III.1. Định nghĩa ...................................................................................... 22 III.2. Phân loại......................................................................................... 23 IV. Vấn đề ổn định nhũ tương ................................................................. 26 V. Một số chỉ tiêu quan trọng của nhũ tương bitum trong chế tạo và kiểm định............................................................................... 33 V.1. Độ nhớt của nhũ tương .................................................................... 33 V.2. Độ ổn định khi lưu trữ ..................................................................... 35 V.3. Tốc độ phân tách và hiệu thế Zeta ................................................... 36 V.4. Tính bám dính ................................................................................. 37 V.5. Tính đồng nhất................................................................................. 38 VI. Lựa chọn chất nhũ hoá ...................................................................... 38 VII. Công nghệ chế tạo nhũ tương bitum................................................. 41 VII.1. Qui trình chế tạo nhũ tương bitum ................................................ 41 Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 3
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp VII.2. Vấn đề chọn chất nhũ hoá cho phù hợp ......................................... 41 Phần II. Thực Nghiệm........................................................................... 43 Chương 1. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá ....................................... 43 I. Quá trình thuỷ phân dầu ....................................................................... 45 I.1 Thuỷ phân dầu lạc và dầu sở .............................................................. 46 I.1.1. Ảnh hưởng của lượng Las .............................................................. 46 I.1.2. Ảnh hưởng của lượng H2SO 4 ......................................................... 47 I.1.3. Ảnh hưởng của lượng H2O ............................................................. 47 I.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................. 47 I.1.5. Ảnh hưởng của thời gian ................................................................ 47 I.1.6. Các yếu tố ảnh hưởng khác ............................................................ 48 I.2. Thuỷ phân dầu hướng dương............................................................. 48 I.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................. 49 I.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ................................................................ 49 I.2.3. Ảnh hưởng của lượng KOH ........................................................... 50 I.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng khác ............................................................ 50 II. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá ......................................................... 50 II.2.1 . Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................... 50 II.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/diethanolamin ........................................ 51 II.2.3. Ảnh hưởng của thời gian ............................................................... 51 III. Các phương pháp đánh giá quá trình thuỷ phân dầu và tổng hợp chất nhũ hoá......................................................................... 52 Chương 2. Quá trình chế tạo nhũ tương bitum ................................... 54 I. Chế tạo nhũ tương bitum……………………………………………..54 I.1. Ảnh hưởng của chất nhũ hoá ............................................................. 54 I.2. Ảnh hưởng của bitum ........................................................................ 54 I.3. Ảnh hưởng của độ PH ....................................................................... 55 I.4. Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn ................................................ 55 I.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn ..................................................... 56 I.6. Ảnh hưởng của lượng CaCl2 đến chất lượng nhũ .............................. 56 I.7. Ảnh hưởng của lượng dầu hoả ......................................................... 57 Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 4
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp II. Sơ đồ chế tạo ...................................................................................... 61 III. Các phương pháp kiểm định chất lượng nhũ tương bitum ................. 62 Chương 3. Hoá chất và thiết bị thí nghiêm .......................................... 67 Phần III. Kết quả và thảo luận ............................................................. 69 I. Quá trình thuỷ phân dầu ....................................................................... 69 I.1. Kết quả thuỷ phân dầu lạc và dầu sở ................................................. 69 I.2. Kết quả thuỷ phân dầu hướng dương ................................................. 80 II. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá ......................................................... 84 III. Chế tạo nhũ tương bitum ................................................................... 86 III.1. Kết quả ảnh hưởng của chất nhũ hoá .............................................. 86 III.2. Kết quả ảnh hưởng của lượng bitum ............................................ .. 91 III.3. Kết qủa ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn .................................... ...93 III.4. Kết quả ảnh hưởng của độ PH ..................................................... ...94 III.5. Kết quả ảnh hưởng của CaCl2……………………………………...95 III.6. Kết quả ảnh hưởng của kích thước hạt ......................................... ...96 III.7. Kết quả đo độ nhớt ...................................................................... ..96 III.8. Kết quả xác định chỉ số phân tách................................................ ..97 III.9. Kết quả chụp SEM ...................................................................... ..98 IV Kết qủa nghiên cứu đối với chất nhũ hoá của Mỹ (DF-41 ............... . 99 IV.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất nhũ hoá DF-41 ... 99 IV.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng Bitum ......................... 100 IV.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của PH........................................ 101 IV.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng CaCl2 ......................... 102 V. So sánh hai chất nhũ hoá ................................................................. 102  Kết luận  Phương hướng Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 5
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU N gày nay trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, toàn đảng, toàn dân, toàn quân ta trong mọi ngành nghề đang cố gắng nỗ lực hết sức thi đua nhau sản xuất đưa nước ta từ một nước nông nghiệp lạc hậu từng bước phấn đấu đến năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp phát triển, muốn vậy chúng ta phải tập trung xây dựng cơ sở hạ tầng, vật chất kỹ thuật ngày càng khang trang hiện đại đòi hỏi sự đầu tư tiền của, công sức của mọi ngành, mọi cấp. Hoà cùng khí thế phát triển mạnh mẽ của nước ta trong thế kỷ mới thì Bộ giao thông vận tải. Bộ khoa học công nghệ và môi trường đã trực tiếp chỉ đạo phải xây dựng được một mạng lưới giao thông hoàn chỉnh, thông suốt có chất lượng cao góp phần quan trọng thúc đẩy sự phát triển của các ngành khác như thương mại, du lịch, vận tải hành khách,… nhằm thu hút nguồn đầu tư từ nước ngoài. Đối với một đất nước đã phải trải qua chiến tranh, cơ sở hạ tầng còn yếu kém như nước ta, mạng lưới giao thông vẫn chưa đáp ứng nhu cầu cho vận tải lưu thông hàng hoá thì việc xây dựng và nâng cấp là rất cần thiết để phù hợp với xu thế phát triển kinh tế và xã hội. Để đạt được những chỉ tiêu trên thì khi xây dựng và phát triển chúng ta phải đảm bảo được những yêu cầu cần thiết như : Mặt đường phải nhẵn bóng, bền đẹp, có tính ổn định cao để đáp ứng nhu cầu giao thông đi lại, chống chịu được áp lực của các luồng xe chạy liên tục ngày đêm, đảm bảo được lưu thông an toàn, kinh tế hiệu quả và các điều kiện khí hậu khắc nghiệt như ở nước ta: mưa, gió, nắng, bão… Chính vì vậy mà vấn đề thiết kế và đảm bảo vật liệu thi công trong điều kiện cho phép hiện nay đóng một vai trò quan trọng. Tuỳ thuộc từng loại đường mà kết cấu, vật liệu và khả năng thi công có thể khác nhau. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 6
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Tuy mới được áp dụng vào ngành giao thông từ Thế Kỷ 19 nhưng Bitum dầu mỏ đã trở thành một ngành nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ làm đường vì nó đáp ứng được mọi yêu cầu về kỹ thuật, cũng như kinh tế. Trong các công trình giao thông thì Bitum được sử dụng theo hai dạng sau + Công nghệ nhựa nóng: Trước đây công nghệ này là chủ đạo, khi thi công cần đun nóng nhựa lên nhiệt độ thích hợp để làm chúng chảy lỏng rồi mới thi công được. + Công nghệ nhựa nguội: Sử dụng nhựa đường dạng nhũ tương là nhựa đường ở trạng thái phân tán cao trong nước được ổn định bởi chất nhũ hoá làm cho nhựa đường vẫn ở trạng thái lỏng ngay ở điều kiện bình thường. Vì vậy khi thi công nhựa đường ở dạng nhũ tương thì không cần phải đun nóng. Nhưng với những đặc tính ưu việt của mình mà ngày nay công nghệ nhựa nguội ngày càng được sử dụng rộng rãi. Và nó được gọi dưới một cái tên. Đó là “nhũ tương bitum”. Ban đầu vào năm 1906, Schade van Westrum đã phát minh và nhận được bằng sáng chế về nhũ tương. Nó trở nên phổ biến cho đến ngày nay bởi khả năng bám dính với nhiều loại bề mặt rắn khác nhau của chúng. Nhũ tương Bitum được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như duy tu bảo dưỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt, lớp bám dính và lớp bảo dưỡng chống thấm nhập. Cũng như tưới thấm nhựa, gia cố và cấp phối ở dạng trộn nguội, và rải nguội. Bởi vì khi sử dụng nhũ tương bitum thì việc thi công các công trình giao thông sẽ rất dễ dàng, thuận tiện. Không cần đun nóng, không gây ô nhiễm môi trường, an toàn cho công nhân và người đi đường. Có thể cho phép tiến hành thi công trên mặt đường ẩm ướt vào mùa mưa.Tiết kiệm được từ 15-30% so với công nghệ nhựa nóng.Trong nhũ tương bitum có chứa nước nên khả năng lèn chặt mặt đường được dễ dàng hơn.Thế cho nên việc nghiên cứu và chế tạo nhũ tương bitum tại việt nam là rất cần thiết để đáp ứng đòi hỏi, yêu cầu hiện nay. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 7
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Trong điều kiện của nước ta hiện nay và trong khuôn khổ bản đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày phần tổng quan lý thuyết về nhũ tương bitum và các phương pháp nghiên cứu chế tạo ổn định nhũ tương bitum cation phù hợp với hoàn cảnh nước ta. PHẦN I : TỔNG QUAN CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ I. Những kiến thức chung về bitum dầu mỏ Bitum là một vật liệu xây dựng công trình được sử dụng rất rộng rãi, song ngay đối với những người thường xuyên tham gia vào các công việc có sử dụng Bitum, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng và bảo trì đường giao thông, các đặc tính của nó vẫn còn là những điều bí ẩn. Tình trạng này nảy sinh do các cơ sở giáo dục nhìn chung là không cung cấp đầy đủ các chương trình học phù hợp trong chương trình đào tạo cả về đại cương cũng như chuyên ngành. Hậu quả là trong thực tiễn, việc sử dụng bitum về bản chất vẫn còn mang tính thủ công nhiều hơn là tính công nghệ. Trong bối cảnh đó chúng ta cần có những nghiên cứu sâu hơn về bitum, để có những kiến thức sâu sắc về chúng, để sử dụng một cách hiệu quả hơn, kinh tế hơn. Để tìm hiểu về bitum trước hết ta đi tìm hiểu nguồn gốc, thành phần và phương pháp sản xuất bitum. I.1. Nguồn gốc, xuất xứ của bitum. Bitum là sản phẩm khá quan trọng trong các ngành công nghiệp hoá chất nói chung và hoá dầu nói riêng. Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau, có thể từ than nhưng chủ yếu vẫn là sản phẩm của công nghệ chế biến dầu thô và hoá dầu. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 8
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Bitum dầu mỏ tại nhiệt độ thường ở dạng rắn, khi tăng nhiệt độ lên khoảng trên 70oC thì bắt đầu chảy mềm chuyển sang dạng nửa lỏng tuỳ theo từng loại dầu nhiệt độ chảy mềm có thể khác nhau. Bitum dầu mỏ không tan trong nước, thành phần bao gồm nhiều loại cacbuahydro và các dẫn xuất lưu huỳnh, oxy, nitơ,… Bitum dầu mỏ chủ yếu được sản xuất từ phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp các loại dầu mỏ có nhiều nhựa, quá trình chưng cất chân không, cũng có thể lấy từ các quá trình hydrocracking, cracking nhiệt, cracking xúc tác, cốc hoá,… các quá trình khử atfan, chiết, lọc, rửa và tinh chế dầu nhờn. I.2.Vấn đề sản xuất bitum dầu mỏ hiện nay Có 3 phương pháp sản xuất bitum từ dầu mỏ là + Cô đặc các thành phần cặn từ dầu mỏ + Tách asphan trong quá trình khử atphan từ các thành phần dầu mỏ cô đặc. + Dùng không khí để oxyhoá ở nhiệt độ cao các phần cặn của quá trình chế biến dầu mỏ như cặn gudron, các cặn chiết, asphan… Theo phương pháp sản xuất, Bitum được chia làm 2 loại: Bitum được chế biến theo phương pháp cô đặc và phương pháp tách được gọi là bitum gốc. Bitum được chế biến theo phương pháp thứ 3 được gọi là Bitum oxy hoá Bitum gốc được sản xuất trong thiết bị chân không thông thường, ngoài ra để tận thu các phân đoạn dầu nhờn từ trong phần cặn của dầu mỏ, người ta còn trang bị thêm tháp cất chân không, thiết bị bốc hơi… Bitum được sản xuất theo phương pháp này là loại sản phẩm mềm dễ nóng chảy, có độ lún kim khá lớn. Từ những loại Bitum nói trên, có thể chế biến thành các loại Bitum rắn hơn bằng phương pháp oxy hoá. Quá trình oxy hoá gudron hoặc Bitum gốc được thực hiện bằng cách thổi khí ở nhiệt độ cao khi đi qua chúng. Do kết quả các phản ứng oxy hoá và trùng hợp xảy ra dưới tác dụng của oxy một phần cacbuahydro dâù nhờn chuyển thành nhựa rồi sau đó trở thành asphaten. Quá Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 9
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp trình oxy hoá và trùng hợp càng sâu thì lượng nhựa và atphan thu được càng nhiều. Trong quá trình oxy hoá xảy ra phản ứng dẫn đến việc gia tăng hàm lượng các atphan, để nâng cao nhiệt độ chảy mềm của Bitum và nhựa giúp cải thiện được tính chất kết dính và tính dẻo của bitum thương phẩm. Hàm lượng các thành phần dầu trong các quá trình đó cũng được giảm đi. Loại Bitum được chế biến bằng phương pháp oxy hoá có tính đàn hồi và ổn định nhiệt tốt hơn loại Bitum gốc. Trong cùng một nhiệt độ như nhau, loại Bitum oxy hoá có độ mềm lớn hơn Bitum gốc (độ lún kim cao hơn), nhưng đối với cùng một độ lún kim như nhau thì nhiệt độ chảy mềm của Bitum oxy hoá lại tương đối cao hơn. Nếu nhiệt độ chảy mềm và hàm lượng các chất bay hơi trong nguyên liệu gốc bằng nhau thì loại Bitum được chế biến bằng phương pháp oxy hoá có khả năng chịu đựng thời tiết tốt hơn và có trị số xà phòng hoá nhỏ hơn loại Bitum gốc. Bitum được chế biến từ phần cặn cracking thường có phẩm chất xấu hơn Bitum chế biến từ phần cặn chưng cất dầu mỏ trực tiếp một ít. Các chất không hoà tan như cacben và cacboit trong phần cặn cracking làm giảm sút tính kết dính của Bitum và phá hoại tính đồng nhất của chúng. Những bitum này có độ giãn dài thấp, có hàm lượng chất không hoà tan cao và khối lượng hao hụt lớn, nếu gia nhiệt. Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ thường sản xuất ra các loại Bitum thương phẩm sau đây: - Bitum nhựa đường. - Bitum xây dựng. - Bitum chuyên dùng (dùng cho các sản phẩm sơn nhuộm. Matit ắc qui, và công nghiệp điện tử). - Bitum có độ nóng chảy cao (dùng cho chế tạo cao su rabrac). Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 10
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Bitum dầu mỏ được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối với các nước có nền công nghiệp phát triển vì nó có các đặc tính kỹ thuật thoả mãn được các yêu cầu trong xây dựng, giao thông, làm đường xá, cầu cống, vật liệu cho các công trình thuỷ lợi, chống thấm cho các đường hầm, đường ống, trong ngành sản xuất vật liệu tấm lợp, trong công nghiệp điện và nhiều ngành công nghiệp khác. Tuy nhiên do Bitum được dùng nhiều cho việc làm nhựa dải đường cho nên ngày nay khi nói đến nhựa đường và thuật ngữ Bitum- Nhựa đường đã trở thành tên gọi quen thuộc khi gọi tên Bitum. I.3. Những thành phần hoá học của bitum dầu mỏ. Bitum là hỗn hợp phức tạp của các hydrocacbon có phần tử lớn (Alkan, naphtalen, các loại mạch vòng ), các chất nhựa atphaten, một lượng nhỏ các chất có cấu trúc tương tự hợp chất dị vòng, và các nhóm chức năng có lưu huỳnh, nitơ và nguyên tử oxy. Bitum cũng chứa một lượng nhỏ các dẫn xuất kim loại như vanadi, niken, sắt, magie,và canxi… dưới dạng muối hữu cơ, oxyt, hoặc các cấu trúc porphyrin. Nó có màu đen, hoà tan trong benzene, clorofooc, và mội số dung môi khác. Các phân tích thành phần nguyên tố các loại Bitum được sản xuất từ các nguồn dầu thô khác nhau cho thấy hầu hết các loại Bitum chứa: Cácbon : 82%-88% . Hydro : 8%-11% Lưu huỳnh : 0%-6% Oxy : 0%-1% Nitơ : 0-1% Thành phần của bitum gồm 3 nhóm chính: Nhóm atphanten, nhóm nhựa, nhóm dầu nhờn. Ngoài ra còn có các nhóm phụ khác là: Nhóm cacbon, nhóm cacboit, nhóm axit atphan và các anhydrite, nhóm parafin. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 11
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Nhóm atphanten đảm bảo cho bitum có độ rắn và độ chảy mềm cao. Nhựa làm tăng tính chất kết dính và tính đàn hồi của bitum. Dầu nhờn là môi trường pha loãng, có tác dụng hoà tan nhựa và làm trương nở atphanten. Trong bitum, các hydrocacbon có cấu tạo rất phức tạp, dạng hỗn hợp của mạch cacbon thẳng vòng naphten, vòng thơm, vòng ngưng tụ. Chất nhựa atphanten cũng là những chất có cấu trúc rất phức tạp, có phân tử lượng lớn. Một loại bitum tốt, chịu thời tiết tốt, có độ bền cao phải có thành phần như sau: 25% nhựa, 15-18% atphanten, 52-54% dầu. Tỷ lệ dầu / nhựa vào khoảng 2/5. Cặn dầu mỏ có chứa nhiều parafin rắn là nhiên liệu xấu nhất trong sản xuất Bitum. Bitum sẽ có độ bền thấp, tính gắn kết kém do có nhiều hydrocacbon không phân cực. Ngược lại cặn dầu mỏ loại aromatic hoặc naphaten- aromatic là nguyên liệu rất tốt để sản xuất Bitum. Các bitum có chất lượng chưa tốt có thể biến tính để thu được Bitum có chất lượng cao hơn bằng cách oxy hoá bằng không khí ở 170-2600C. Trong quá trình oxy hoá, một số bộ phận dầu sẽ chuyển sang nhựa, nhựa sẽ chuyển thành atphanten, do đó có thể thay đổi được thành phần của loại Bitum không tốt. II. Các tính chất của Bitum trong xây dựng đường và trong sản xuất. Do có nhiều loại Bitum khác nhau được sản xuất, nên cần phải xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của các phẩm cấp Bitum khác nhau. Phẩm chất của Bitum nói chung được xác định bằng cách kết hợp các tính chất hoá lý sau đây: II.1.Độ quánh của Bitum Tính quánh của Bitum được thay đổi trong một phạm vi khá rộng. Nó ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ học của hỗn hợp vật liệu khoáng với chất kết dính, đồng thời quyết định công nghệ chế tạo và thi công loại vật liệu sử dụng Bitum. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 12
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Độ quánh của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm cấu tạo và nhiệt độ môi trường. Khi hàm lượng nhóm atphan tăng lên và hàm lượng nhóm chất dầu giảm, độ quánh của Bitum tăng lên. Khi nhiệt độ môI trường tăng cao, nhóm chất nhựa sẽ bị chảy lỏng, độ quánh của Bitum giảm xuống. Các tính chất này đảm bảo cho bitum có độ xuyên thấm cần thiết vào trong cốt liệu, pha trộn với các khoáng chất và bao phủ hoàn toàn các hạt rắn trong quá trình xử lý mặt đường. Người ta dùng chỉ tiêu độ xuyên kim để đánh giá độ quánh của bitum, đơn vị đo của độ quánh là bằng độ ( 1 độ bằng 0,1mm). Tính đồng nhất của độ lún kim trong Bitum phân loại theo độ kim lún hay của Bitum thổi khí được xác định bằng thí nghiệm độ xuyên kim. Trong thí nghiệm này một chiếc kim có kích thước được sử dụng xuyên vào một mẫu Bitum, dưới một trọng lượng xác định (100g) ở một nhiệt độ xác định (250C) và trong một thời gian xác định (5 giây). Độ sâu của chiếc kim đâm vào mẫu nhựa đường gọi là độ kim lún. II.2. Độ giãn dài Độ giãn dài biểu thị khả năng dính, dẻo, đàn hồi của Bitum và nó còn cho biết tỷ lệ giữa các thành phần Bitum. Hay còn qui định là độ giãn dài hay tính dẻo.Tính dẻo đặc trưng cho khả năng biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ và ngoại lực. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của nhóm. Khi nhiệt độ tăng thì tính dẻo cũng tăng và ngược lại.Trong trường hợp đó, Bitum dùng làm mặt đường hay trong kết cấu khác có thể bị nứt. Những loại Bitum được coi là tốt nếu có khả năng giãn dài lớn Tính dẻo của bitum được tính bằng cm khi kéo căng một mẫu có tiết diện qui định ở 250C với tốc độ kéo là 5cm/phút. Độ kéo dài càng lớn thì tính dẻo của Bitum càng cao. II.3. Thành phần cất phân đoạn Thành phần cất phân đoạn biểu thị tỷ lệ các phân đoạn sôi trong một nhiệt độ cụ thể nào đó và xác định tốc độ đông đặc của Bitum. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 13
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp II.4. Độ bền đối với nước. Độ bền đối với nước hay khả năng chịu nước của Bitum được xác định qua hàm lượng các hợp chất tan trong nước. II.5. Nhiệt độ chảy mềm Nhiệt độ chảy mềm biểu thị khả năng chịu nhiệt của Bitum, là nhiệt độ mà tại đó mẫu Bitum tiêu chuẩn sẽ chảy và biến dạng. Nhiệt độ chảy mềm càng cao thì Bitum càng chứa nhiều atphanten và khả năng chịu nhiệt càng tốt. II.6.Nhiệt độ chớp cháy của Bitum Nhiệt độ chớp cháy của Bitum là nhiệt độ mà tại đó các chất dầu nhẹ trong Bitum bốc hơi bão hoà lẫn vào môi trường xung quanh tạo nên một hỗn hợp dễ cháy, khi ta đưa ngọn lửa lại gần thì ngọn lửa bùng cháy và lan nhanh khắp mặt Bitum. Nhiệt độ chớp cháy của Bitum biểu thị mức độ an toàn phòng cháy của nó. II.7. Tính ổn nhiệt. Khi nhiệt độ thay đổi tính cứng và tính dẻo của Bitum thay đổi, sự thay đổi càng nhỏ thì Bitum có tính ổn nhiệt càng cao. Tính ổn nhiệt của Bitum phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. Khi hàm lượng atphanten tăng lên thì tính ổn nhiệt của Bitum tăng lên và hàm lượng nhóm atphanten giảm thì tính chất này giảm. Khi Bitum chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái quánh rồi trạng thái lỏng và ngược lại trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Do đó tính ổn định nhiệt độ của Bitum có thể biểu thị bằng khoảng nhiệt độ đó. II.8. Tính già hoá của Bitum Do ảnh hưởng của thời tiết mà tính chất và thành phần hoá học của Bitum bị thay đổi. Người ta gọi sự thay đổi đó là sự già hoá của Bitum. Nguyên nhân là do thành phần nhóm atphanten tăng lên. Sự bay hơi của nhóm Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 14
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp dầu cũng làm tính quánh và tính giòn của Bitum tăng lên, làm thay đổi lớp cấu tạo phân tử tạo thành nên các hợp chất mới. Quá trình già hoá Bitum sẽ dẫn đến quá trình già hoá của bêtông atphan. Độ giòn cao của Bitum làm cho mặt đường xuất hiện các vết nứt, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn. II.9.Tính ổn định khi gia nhiệt Khi dùng Bitum người ta thường phải đun nóng nó lên cao khoảng 1600C trong thời gian khá lâu do đó các thành phần dầu nhẹ có thể bị bốc hơi làm thay đổi tính chất của Bitum. Các loại Bitum dầu mỏ loại quánh sau thí nghiệm này phải có hao hụt về trọng lượng không được lớn hơn 1%, độ xuyên kim và độ giãn dài thay đổi không được lớn hơn 40% khối lượng so với trị giá ban đầu. II.10. Tính thấm ướt vật liệu khoáng Tính thấm ướt vật liệu khoáng của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng các chất hoạt tính bề mặt có cực và tính chất của vật liệu khoáng. tính thấm ướt được đặc trưng bằng góc thấm ướt. Đó là góc giữa bề mặt vật liệu khoáng và tiếp tuyến với bề mặt giọt chất kết dính tại ranh giới tiếp xúc với vật liệu. Nếu góc thấm ướt càng nhọn thì tính thấm ướt càng tốt. Khi đó lực hút giữa các phân tử giữa chất kết dính và bề mặt vật liệu khoáng gần bằng lực hút phân tử bên trong chất kết dính. Nếu như góc thấm ướt lớn thì tính thấm ướt kém, lực hút phân tử với bề mặt vật liệu khoáng yếu. Do đó chất kết dính càng thấm ướt tốt vật liệu khoáng thì lực hút phân tử trong chúng càng yếu và lực bám dính giữa chất kết dính với bề mặt vật liệu khoáng càng mạnh. Những vật liệu khoáng kị nước là những vật liệu dính bám chất kết dính hữu cơ tốt. II.11. Tính liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng Sự liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá trình thay đổi lý hoá khi hai chất tiếp xúc tương tác với nhau. Sự liên kết này Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 15
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cường độ và tính ổn định với nước, với nhiệt độ của hỗn hợp Bitum và vật liệu khoáng. Khi nhào trộn Bitum với vật liệu khoáng, các hạt khoáng được thấm ướt bằng Bitum và tạo thành một lớp hấp phụ, khi đó các phân tử Bitum ở trong lớp hấp phụ sẽ tương tác với các phân tử của vật liệu khoáng ở lớp bề mặt. Tương tác đó có thể là tương tác hoá học hoặc lý học. Lực liên kết hoá học lớn hơn nhiều so với lực liên kết lý học, do đó khi bitum tương tác hoá học với các vật liệu khoáng thì cường độ liên kết sẽ lớn nhất. Liên kết của bitum với vật liệu khoáng trước tiên phụ thuộc vào tính chất của bitum. Bitum có sức căng bề mặt ngoài càng lớn nghĩa là có độ phân cực càng lớn thì liên kết với vật liệu càng tốt. Độ phân cực của bitum phụ thuộc vào hàm lượng của nhóm chất nhựa, đặc biệt là nhựa axit. Bitum chứa nhóm chất nhựa càng nhiều thì sự liên kết của nó với vật liệu khoáng càng tốt. Liên kết của bitum với vật liệu khoáng còn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu khoáng. Các loại đá bazơ liên kết với bitum tốt hơn các loại đá axit vì có thể xảy ra liên kết hoá học. Trường hợp độ hoạt tính của bitum thấp , sự liên kết của nó với bề mặt vật liệu khoáng kém thì cần cho thêm vào bitum chất phụ gia hoạt động bề mặt để bitum có độ hoạt tính cần thiết. III. Ứng dụng của bitum dầu mỏ. III.1. Ứng dụng + Trong nông nghiệp: Làm chất chống thấm và bảo vệ các đập nước, các công trình kiến trúc, chất khử trùng, sơn phủ các hàng rào, làm chất phủ bảo vệ, làm giấy lợp, phủ sân kho, chuồng gia súc, bảo vệ bồn nước, chậu vạt, quét lên cây, các lớp giữ ẩm, giữ nước, phòng chống rửa trôi đất do gió mưa gây ra. + Trong các công trình xây dựng: Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 16
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp - Sàn: Làm chất chống thấm và chống ẩm, các hỗn hợp phủ sàn, sơn phủ bảo vệ, các loại giấy vải được phủ bằng bitum có tác dụng bảo ôn, phủ lên trên các bậc lên xuống. - Lợp : các loại giấy xây dựng, các tấm lợp, các chất phủ chống thấm trên bề mặt… + Kiểm soát rửa trôi và trong xây dựng các công trình thuỷ lợi : vật liệu chống thấm bảo vệ các con kênh, vùng lưu vực, vùng tụ nước. Vữa lỏng chát hồ chứa nước, bảo vệ đê, bờ bao kè đá … + Trong công nghiệp : - Hợp chất tráng nhôm có sử dụng bitum. Vải, ống cách điện, hợp chất sơn, vách cách nhiệt, sơn phủ ống. -Trong công nghiệp sản xuất ôtô, hợp chất chống rỉ, cách điện, chống ồn, mặt hộp số… - Trong công nghiệp sản xuất vật liệu điện : Lõi cácbon, vòng, vỏ ắcqui, than, hợp chất che nối dây điện… + Trong vui chơi, giải trí : Rải bề mặt cho sàn nhảy, sân chơi, sân trường, sân thể thao, đường đua, đường chạy, bể bơi lội, sân tenis. Làm nền cho đường chạy, bãi tập nhân tạo… III.2. Cách sử dụng: Bitum có tính quánh (nhớt) càng cao thì càng tốt, nhưng khi nhớt càng cao thì Bitum càng đặc và do đó bitum sẽ giòn , khó thi công. Vì vậy khi chọn mác bitum cần phải căn cứ vào phương pháp thi công, điều kiện khí hậu để cho phù hợp Dưới đây là một số ứng dụng của bitum trong công nghệ làm đường: + Làm lớp tráng mặt sử dụng cuả bitum mác 200/300 + Gia cố đất, làm lớp tráng mặt, làm lớp thâm nhập khi vật liệu đá yếu , chế tạo bê tông atphan làm bề mặt đường ôtô ở vùng khí hậu ôn hoà sử dụng bitum mác 130/200. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 17
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp + Làm lớp thâm nhập của mặt đường đá dăm sỏi, chế tạo bê tông asphan xây dựng bề mặt đường ôtô cho xe nặng chạy ở vùng khí hậu lục địa thì sử dụng bitum mác 90/130. + Chế tạo bê tông asphan xây dựng mặt đường ở những xứ nóng, chế tạo vật liệu và cách nước sử dụng mác 60/90. + Chế tạo bê tông asphan xây dựng mặt đường ôtô ở xứ nóng cho xe nặng chạy sử dụng bitum mác 40/60. Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 18
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2 : NHŨ TƯƠNG BITUM +Tình hình thế giới : Trên thế giới lần đầu tiên mặt nhựa đường đã ra đời vào năm 1175 do người Đức thực hiện, rồi người Pháp cũng đưa nhựa bitum vào để rải đường vào năm 1854. Loại nhựa được dùng đầu tiên là cặn Gudron. Sau đó công nghiệp hoá ngày càng phát triển, Nhựa bitum, một ít sản phẩm phụ của công nghiệp hoá dầu, với tính công nghiệp cao hơn thế nhựa gudron. Ngày 9/5/1922 một nhà bác học người Anh là Hugh Alan Mackay đã được cấp bằng sáng chế sổ 202021 về nhũ tương nhựa bitum, sử dụng dưới dạng nhựa nguội hoặc ấm dễ dàng thi công cho công nhân, tạo ra một bước ngoặt mới trong lĩnh vực sử dụng bitum dầu mỏ. Nhũ tương Bitum là một hệ phân tán lỏng – lỏng trong đó pha phân tán là nhựa bitum được phân tán thành các hạt nhỏ mịn vào pha nước dưới tác dụng cơ học và được ổn định bằng chất nhũ hoá. + Tình hình tại Việt Nam: Mặc dù trên thế giới công nghệ chế tạo nhũ tương bitum đã rất phát triển, nhưng ở việt nam chúng ta, thuật ngữ “nhũ tương bitum” vẫn còn mới mẻ và chính vì vậy các công trình nghiên cứu về phương pháp chế tạo nhũ tương bitum còn ít, hầu hết còn dừng ở mức độ lý thuyết, ít được áp dụng vào trong thực tế. Chính vì thế trong đề tài của mình, em muốn đi sâu nghiên cứu về nhũ tương bitum cation để có thể áp dụng vào trong thực tiễn dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước. I. LÝ THUYẾT VỀ NHŨ TƯƠNG I.1. Định nghĩa Nhũ tương là hỗn hợp của 2 chất lỏng không tan lẫn vào nhau. Trong đó có một chất lỏng phân tán vào chất lỏng kia dưới dạng những hạt nhỏ li ti, và được gọi là pha phân tán, còn chất lỏng kia được gọi là môi trường phân tán. Kích thứơc của các giọt lỏng được biến đổi trong phạm vi rất rộng. Để nhũ tương có tính ổn định người ta cho thêm vào một chất gọi là chất nhũ hoá. Chất nhũ hoá sẽ hấp phụ trên bề mặt các giọt bitum làm giảm sức căng bề mặt ở mặt phân chia pha giữa bitum và nước. Đồng thời nó tạo ra trên bề Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 19
Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp mặt các giọt bitum một lớp màng mỏng kết cấu bề vững, có tác dụng ngăn cản sự kết tụ của chúng làm cho nhũ tương được ổn định. I.2. Phân loại nhũ tương Có rất nhiều cách để người ta phân loại nhũ tương bitum, mỗi một nước, hay hãng sản xuất lại có cách phân loại khác nhau, nhưng tựu lại có thể phân loại theo các cách: Phân loại nhũ tương theo kiểu và loại, theo tốc độ phân tách, theo hàm lượng nhựa chứa trong nhũ tương I.2.1. Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán Chủ yếu là hai loại - Nhũ tương thuận: Pha phân tán là Bitum, môi trường phân tán là nước. - Nhũ tương nghịch: Pha phân tán là nước, môi trường phân tán là bitum. I.2.2 Phân loại theo tính chất hoạt động bề mặt Chủ yếu là các loại sau - Nhũ tương cation hoạt tính. + Độ pH của nhũ tương 1-6 + Các chất hoạt động bề mặt là muối alkylamin, muối amoni bậc 4, các muối amin ôxit - Nhũ tương Anion hoạt tính + Độ pH của nhũ tương 8-12 + Các chất hoạt động bề mặt là các muối của các axit béo, các muối sufua - Nhũ tương không sinh ion - Nhũ tương loại bột nhão I.2.3. Phân loại theo khả năng phân tách – theo ASTM D997-86 Được phân theo 3 loai chính, trong mỗi loại có các mác tương ứng - Nhũ tương phân tách nhanh. - Nhũ tương phân tách trung bình. - Nhũ tương phân tách chậm. I.2.4 Phân loại theo Pháp NF T66-16 Đặng Văn Hà- Lớp Hoá Dầu 3- K44 20