TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 7503:2005 VỀ BI TUM – XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PARAPHIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT DO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BAN HÀNH

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

TCVN 7503 : 2005

BITUM – XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PARAPHIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT

Bitumen – Determination of the paraffin wax content by distillation

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng paraphin của bitum.

Cảnh báo – Khi áp dụng tiêu chuẩn này có thể liên quan đến vật liệu, thiết bị và thao tác có tính nguy hiểm. Tiêu chuẩn này không đề cập đến các qui tắc an toàn trong sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này phải có trách nhiệm lập ra các qui định thích hợp về an toàn và sức khỏe, đồng thời phải xác định khả năng áp dụng các giới hạn qui định trước khi sử dụng.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm ban hành thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm ban hành thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 7494 : 2005 (ASTM D 140-01) Bitum – Phương pháp lấy mẫu.

TCVN 4851 : 1989 (ISO 3696 :1987)  Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm – Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

ISO 383 Laboratory glassware – Interchangeable conical ground joints (Dụng cụ thí nghiệm bằng thuỷ tinh – Các đầu nối lắp lẫn bằng côn mài).

ISO 2207 Petroleum waxes – Detemination of congealing point (Sáp dầu mỏ – Phương pháp xác định điểm đông cứng).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các định nghĩa sau:

3.1. Paraphin (paraffin wax)

Hỗn hợp các hydr°Cacbon kết tinh trong hỗn hợp 50 % thể tích ete/etanol tại các nhiệt độ thấp đến – 20^°C, thu được theo qui trình xác định và có dải nhiệt độ chảy trên 25 ^°C.

4. Nguyên tắc

Paraphin có trong bitum được xác định trong phần cất thu được từ qui trình chưng cất xác định.

5. Hóa chất và vật liệu

5.1. Qui định chung

Chỉ sử dụng các thuốc thử cấp phân tích và nước phù hợp TCVN 4851 : 1989 (ISO 3696 :1987), nếu không có qui định khác.

5.2. Etoxyetan (ete dietyl), khan, trong tiêu chuẩn này dùng ete.

5.3. Etanol, nguyên chất.

5.4. Etanol, cấp kỹ thuật.

5.5. Cồn dầu mỏ, có khối lượng riêng xấp xỉ 645 kg/m3 tại 15 °C và dải chưng cất khoảng từ 30 °C đến 75 °C.

5.6. Axêtôn, cấp phân tích.

5.7. Cacbon đioxit, rắn, nghiền mịn.

Chú thích: Có thể dùng máy điều lạnh có hiệu ứng lạnh tương đương với cacbon đioxit.

5.8. Băng đá, nghiền mịn.

5.9. Nước rửa, hỗn hợp 50 % thể tích ete/etanol.

6. Thiết bị và dụng cụ

Ngoài các dụng cụ thông thường dùng trong phòng thí nghiệm, còn có các thiết bị, dụng cụ sau:

6.1. Tủ sấy, có khả năng duy trì nhiệt độ 125 ^°C ± 5 ^°C.

6.2. Nhiệt kế, dùng trong tiêu chuẩn này là:

6.2.1. Nhiệt kế dùng cho mẫu thử: nhiệt kế thân cứng, dải đo từ – 38 ^°C đến 50 ^°C, có các vạch chia 1 ^°C; tổng chiều dài 360 mm ± 5 mm, ngập 180 mm ± 5 mm, đường kính ngoài của thân là 10 mm ± 0,5 mm.

6.2.2. Nhiệt kế dùng cho bể: nhiệt kế thân cứng, dải đo từ – 30 ^°C đến 50 ^°C và có các vạch chia 0,5 ^°C, tổng chiều dài 220 mm ± 5 mm, ngập 50 mm ± 5 mm, đường kính ngoài của thân là 8 mm ± 0,5 mm.

Có thể dùng các dụng cụ đo nhiệt độ khác thay cho nhiệt kế thuỷ ngân. Tuy nhiên nhiệt kế thuỷ ngân là dụng cụ chuẩn. Khi dùng các dụng cụ khác thì phải hiệu chuẩn sao cho có các số đo giống như dùng nhiệt kế thuỷ ngân, chấp nhận hiệu ứng nhiệt thay đổi.

Chú thích: Khi đo và kiểm soát các nhiệt độ không đổi thông thường như trong tiêu chuẩn này, các dụng cụ khác thay thế có thể có các thay đổi mang tính chu kỳ lớn hơn so với nhiệt kế thuỷ ngân và mức độ này phụ thuộc vào thời gian gia nhiệt và điện năng đầu vào.

6.3. Bình chưng cất, như thể hiện trên Hình 1, đậy kín bằng nút lie.

6.4. Vòng kim loại bảo vệ, có đường kính trong khoảng 18 mm và đường kính ngoài xấp xỉ 65 mm.

6.5. ống nghiệm, có các kích thước nêu trên Hình 2, đậy kín bằng nút lie có khoan lỗ.

6.6. ống nghiệm, có các kích thước nêu trên Hình 2, khít với lỗ mài 29/32 và chai rửa khít với côn mài 29/32 theo ISO 383.

6.7. Bình Erlenmeyer, 100 ml, sử dụng để thu phần cất được đóng kín bằng nút lie, bình luôn được giữ  thẳng đứng và có vạch chia.

6.8. Bình lọc, 500 ml, có bộ hút chân không.

6.9. Chai rửa thủy tinh, 500 ml.

6.10. Bể làm lạnh (xem Hình 2).

6.11. Phễu (trong bể làm lạnh), đường kính 80 mm, tổng chiều dài 200 mm.

Chậu bay hơi, đường kính 80 mm, vạch mức tại 15 mm.

6.13. Cân, chính xác đến ± 5 mg.

6.14. Cân, chính xác đến ± 0,5 mg.

6.15. Đèn dùng cho phòng thí nghiệm (xem Hình 3).

6.16. Bình hút ẩm.

6.17. Nồi sứ, đường kính 80 mm.

6.18. Giấy lọc tròn, đường kính 110 mm, dùng cho phân tích định tính, tốc độ chảy trung bình.

6.19. Dụng cụ đo thời gian, chính xác đến 0,1 s.

6.20. Kẹp.

7. Lấy mẫu

Lấy mẫu theo TCVN 7494 : 2005 (ASTM D 140-01).

Phép thử được tiến hành trên hai mẫu đã chuẩn bị trước có khối lượng 25 g ± 1 g.

8. Cách tiến hành

Làm chảy mẫu trong cốc sứ, đổ 25 g ± 1 g vào bình chưng cất (6.3) và cân chính xác đến 10 mg (ký hiệu: mB).

Đèn để đun bình chưng cất có ngọn lửa êm, cao khoảng 150 mm (không có hình côn) và kiểm soát ngọn lửa sao cho sau 3 phút đến 4 phút rơi giọt ngưng đầu tiên. Gá nhẹ vòng kim loại bảo vệ (xem 6.4) trên bình chưng cất để bảo vệ nút lie không cháy.

Phải đảm bảo hơi sinh ra trong quá trình chưng được ngưng tụ, bằng cách cân chính xác đến 10 mg, cho ngập hết phần cong đầu ra của ống chưng cất vào bình Erlenmeyer (6.7) (xem Hình 2) sâu vào hỗn hợp nước và đá nghiền. Phải quan sát và kiểm tra được tốc độ chưng cất.

Điều chỉnh tốc độ chưng cất sao cho cứ 10 giây có 15 ± 5 giọt rơi xuống từ đầu ống vào ống thu.

Tiếp tục đun, không cần điều chỉnh ngọn lửa đèn cho đến khi tốc độ chưng cất giảm và không còn giọt nào rơi trong vòng 10 giây hoặc sau 14 phút kể từ khi bắt đầu chưng cất.

Đun thêm 1 phút nữa với ngọn lửa nhỏ cho đến khi bình chuyển màu đỏ rực.

Hoàn tất việc chưng cất trong vòng 15 phút. Sau khi chưng cất, không chuyển phần cất còn lại trong ống vào ống thu.

Trộn đều phần cất được bằng cách hâm nóng nhẹ và cùng xoay cẩn thận ống thu.

Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ môi trường và cân phần cất được trong ống thu chính xác đến 10 mg (mD). Tuỳ thuộc vào hàm lượng paraphin dự kiến, cho từ 2 g đến 4 g phần cất vào ống nghiệm (6.5) và cân chính xác đến 5 mg (mE).

Chú thích:  Nếu trước đó không ước lượng được hàm lượng paraphin thì lấy khối lượng cất đầu tiên là 3 g.

Hoà tan khối lượng cất đã cân trong 25 ml ± 1 ml ete (5.1) và cho thêm 25 ml ± 1 ml etanol (5.2).

Đậy ống nghiệm bằng nút đã xuyên nhiệt kế (6.2.1) vào chất lỏng và đặt ống nghiệm vào bể làm lạnh. Làm lạnh chất lỏng trong bể bằng cách cho cabondioxit dạng rắn, hạt nhỏ hoặc cho máy điều lạnh (xem Chú thích điều 5.7). Để đáp ứng yêu cầu sau này là duy trì mẫu ở nhiệt độ – 20 ^°C, hạ thấp nhiệt độ của bể nước xuống – 22 ^°C ± 1 ^°C. Chuyển  20 ml ± 1 ml nước rửa (5.9) vào ống nghiệm đã đậy bằng đầu chai rửa và làm lạnh trong bể (6.10) đến – 20 ^°C ± 0,5 ^°C. Duy trì nhiệt độ này cho đến khi lọc xong.

Đặt giấy lọc (6.18) lên phễu trong bể làm lạnh và nối với bình lọc đã đặt dưới bể làm lạnh. Chuyển nhanh vữa kết tinh tại – 20 ^°C ± 0,5 ^°C vào bộ lọc. Tráng ống nghiệm vài lần bằng nước rửa lạnh. Điều chỉnh nhiệt độ của nước rửa đến – 20 ^°C ± 0,5 ^°C và dùng lại để tráng vữa kết tinh vào bộ lọc. Phân phối đều nước rửa cho ba lần rửa.

Hỗ trợ quá trình lọc bằng cách hút nhẹ chân không, nhưng chú ý áp suất không hạ xuống dưới
5 kPa. Ngay khi lọc xong, dùng panh kẹp giấy lọc ra và đặt vào phễu để cạnh chậu bay hơi mà trước đó đã cân chính xác đến 0,5 mg. Hoà tan cặn paraphin bằng cách phun cồn nóng vào và cũng áp dụng cách này để hoà tan phần paraphin bám vào nhiệt kế hoặc ống nghiệm. Cho bay hơi phần cất đã trộn trong chậu bay hơi trên bể nước. Để ngăn chất lỏng bám trên vành chậu, cho bay hơi trong dòng khí nhẹ. Làm khô cặn trong vòng 15 phút ± 1 phút ở nhiệt độ 125 ^°C ± 5 ^°C của tủ sấy và để yên cho nguội. Nếu paraphin tinh chế đã nguội nhưng chưa cứng thì cho thêm khoảng 15 ml axêtôn.

Hoà tan paraphin bằng cách đun nhẹ chậu bay hơi đang xoay. Cho bù axêtôn vào do bay hơi. Làm lạnh dung dịch axêtôn/paraphin trong bể nước đến nhiệt độ 15,0 ^°C ± 0,5 ^°C và lọc để tách paraphin đã kết tinh. Rửa chậu bay hơi, nhiệt kế và bộ lọc vài lần bằng axêtôn ở 15 ^°C ± 0,5 ^°C lấy từ chai rửa, phải đảm bảo tổng thể tích nước rửa bằng 30 ml ± 1 ml.

Hoà tan paraphin tinh chế bằng cách phun nhẹ cồn nóng lên và lại gom lại vào chậu bay hơi. Cho bay hơi dung dịch cồn dầu mỏ/paraphin bằng dòng khí nhẹ thổi trên bể nước.

Làm khô paraphin kết tinh thu được trong 15 phút ± 1 phút tại nhiệt độ 125 ^°C ± 5 ^°C trong tủ sấy và sau khi làm nguội trong bình hút ẩm, xác định khối lượng chính xác đến 0,5 mg (mA).

Nếu khối lượng cuối cùng nằm ngoài khoảng 65 mg đến 85 mg, loại bỏ kết quả này và lặp lại phép thử với một lượng ban đầu có điều chỉnh (mE).

Nếu khối lượng ban đầu đã lấy nhỏ hơn 2 g hoặc trên 4 g để có kết quả cuối cùng nằm trong khoảng 65 mg và 85 mg thì ghi lại kết quả này trong báo cáo thử.

Chú thích:  Để làm lạnh sử dụng thiết bị làm lạnh tự động nhưng phải có kết quả giống như kết quả đã thu được.

9. Tính kết quả

Tính hàm lượng paraphin Cp cho từng mẫu thử theo phần trăm khối lượng theo công thức sau:

trong đó:

m_B        là khối lượng bitum ban đầu, tính bằng gam;

m_D        là khối lượng phần cất, tính bằng gam;

m_E        là khối lượng phần cất đầu tiên, tính bằng gam;

m_A        là khối lượng cuối cùng của paraphin, tính bằng gam.

Nếu kết quả thu được trên hai mẫu thử không chênh nhau quá 0,3 % khối lượng, thì tính trung bình của hai giá trị đó. Nếu ngược lại thì phải tiến hành thử trên mẫu thứ ba với khối lượng khoảng 25 g và lấy trung bình của hai giá trị sát nhau hơn. Tuy nhiên, các giá trị này không được chênh nhau quá 0,3 % khối lượng. Nếu hai giá trị đầu cách đều giá trị thứ ba thì lấy giá trị thứ ba.

Nếu theo các điều kiện xác định vẫn không có được giá trị trung bình của ba giá trị này thì loại bỏ cả ba giá trị, lặp lại phép thử trên hai mẫu thử khác.

10. Biểu thị kết quả

Biểu thị hàm lượng paraphin theo phần trăm khối lượng, làm tròn đến 0,1 %.

11. Độ chụm

11.1. Độ lặp lại

Độ chênh lệch giữa hai kết quả thử thu được do cùng một thí nghiệm viên thực hiện trên cùng một thiết bị dưới các điều kiện vận hành không đổi, trên cùng một vật liệu thử, trong thời gian dài với các thao tác đúng và bình thường của phương pháp thử, vượt hơn 0,3 % khối lượng tuyệt đối.

11.2. Độ tái lập

Độ chênh lệch giữa hai kết quả thử đơn lẻ và độc lập, thu được từ các thí nghiệm viên khác nhau làm việc trong các phòng thí nghiệm khác nhau trên cùng một vật liệu thử, trong thời gian dài với các thao tác đúng và bình thường của phương pháp thử, vượt hơn 0,5 % khối lượng tuyệt đối.

Chú thích: Các số liệu về độ chụm này không tự động áp dụng cho bitum công nghiệp và bitum có phụ gia. Đối với bitum có phụ gia sử dụng những nguyên tắc này như một hướng dẫn.

12. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử bao gồm ít nhất các thông tin sau:

a) loại và dấu hiệu nhận dạng của mẫu thử;

b) số hiệu tiêu chuẩn này;

c) kết quả thử (xem điều 9 và 10);

d) các thay đổi, có thoả thuận hoặc không so với tiêu chuẩn quy định;

e) ngày thử.

Kích thước tính bằng milimét

Hình 1 – Bình chưng cất để xác định paraphin

Kích thước tính bằng milimét

Chú dẫn:

1 – Lỗ để đặt phễu

2 – ống nghiệm

3 – ống nối đến bình lọc

4 – Bể chất lỏng

5 – Đệm không khí

6 – Lỗ để đổ cacbon đioxit rắn

7 – Lỗ để đặt nhiệt kế

Hình 2 – ống nghiệm, bề làm lạnh và phễu

Chú dẫn:

1 – ống dẫn khí ga

2 – Van kim

3 – Điều chỉnh không khí

Hình 3 – Đèn dùng cho phòng thí nghiệm

Chú dẫn:

1 – Vòng bảo vệ

2 – Nước đá

Hình 4 – Sơ đồ lắp đặt bộ chưng cất