Присадка к маслам

                                            Содержание

1.Введени………………………………………………………………………….2

2.Основные направления  синтеза и разработки технологии  присадок к маслам………………………………………………………………………………..2

3.Антиокислительные и  противокорозионные присадки к маслам………………………………………………………………………………..9

4.Характеристика сырья…………………………………………………………12

5.Характеристика получаемого продукта……………………………………...18

6.Схема химической реакции…………………………………………………...21

7.Механизм реакции……………………………………………………………..22

8.Теоретические основы процесса……………………………………………...22

9.Основы управления процессом……………………………………………….24

10.Вывод об организации процесса на основе теоретических представлений………………………………………………………………………24

 Литература………………………………………………………………………26

1.Введение.

В данной работе представлен процесс получения антиокислительной присадки диалкилдитиофосфат цинка. Также был изучен метод получения, стадии процесса получения, химизм, теоретические осноы метода получения присадки. В тоже время была произведена работа по изучению характеристик сырьяи конечного продукта. Были рассмотрены методы и области применения получаемого продукта.

2.Основные направления синтеза и разработки технологии присадок к маслам.

Чтобы уяснить перспективы  развития производства масел во-обще и в частности производства моторных масел с присадками различного назначения, необходимо рассмотреть, хотя бы коротко, тенденций, имеющие место в мировой и отечественной практике развития двигателестроения.

Наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания в настоящее время являются поршневые двигатели, а среди них бензиновые моторы, используемые в качестве силовой установки в легковых и .грузовых автомобилях. Годовой выпуск автомобилей непрерывно растет и за последние 15—20 лет увеличился примерно в два раза.

Характерной чертой структуры  автомобильного парка во всех развитых странах является большой удельный вес легковых автомобилей . Широкое  применение в автомобильном транспорте, особенно для грузовых автомобилей, нашли дизельные двигатели.

В связи с необходимостью защиты окружающей среды от за-грязнения токсичными компонентами выбросов двигателей внутреннего сгорания (СО, N0*. С и др.) в мировом автостроении получают распространение нейтрализаторы выхлопных газов, элек¬тронные системы регулирования топливоподачи, а в ряде случаев осуществляется замена поршневых двигателей электродвигателями с питанием от аккумуляторов. Однако область применения последних будет ограничена -вследствие необходимости подзарядки аккумуляторов через каждые 120—160 км.

Автомобильный транспорт не является единственным потребителем моторных масел. К нему следует отнести тракторные, тепловозные, судовые и стационарные дизели, выпускаемые в большом количестве.

Требования, выдвигаемые  моторостроением к качеству смазочных  масел, тесно связаны  с непрерывным ростом форсировки двигателей и связанных с ним повышением их тягонапряжен-ности. За последние годы наблюдается существенный сдвиг в сторону улучшения таких показателей, как наибольшая номинальная мощность в одном агрегате, число оборотов коленчатого вала, степень сжатия, литровая мощность и др. Однако следует отметить, что развитие моторостроения в определенной степени сдерживается   недостаточным   количеством   имеющихся   ресурсов высококачественных моторных масел. Эксплуатация существующего большого парка двигателей требует производства соответствующего количества таких масел.

Как известно, современное  моторное масло должно отвечать определенному  комплексу требований. Оно должно обладать противокоррозионными, моющими, противоизносными, антипенными, противозадирными, нейтрализующими и другими важными свойствами. Масла должны обеспечивать надежную работу двигателей как на высокотемпературном, так и на низкотемпературном режиме. Индекс вязкости современных моторных масел должен быть не менее 90. Чтобы обеспечить моторный парк высококачественными маслами необходимо иметь хорошие базовые масла и эффективные присадки к ним. Объем производства присадок в стране зависит от Объема производства масел, структуры их потребления и состава композиций присадок. Следует отметить, что улучшение качества масел и усовершенствование технологии изготовления двигателей дозволит резко сократить расход смазочных материалов.

Структура потребления  моторных масел будет обеспечиваться выпуском соответствующих количеств различных групп масел для бензиновых (карбюраторных,инжекторных) и дизельных двигателей. При этом производство масел будет развиваться в направлении увеличения удельного веса высококачественных масел, что в свою очередь потребует увеличения не только объема выпуска присадок, но и расширения их ассортимента . Большое внимание уделяется созданию всесезонных моторных масел, позволяющих "надежно эксплуатировать двигатели в различных климатических условиях.

Сказанное выше свидетельствует  о том, что создание высококачественных моторных масел для поршневых двигателей внутреннего сгорания и расширение их производства в нашей стране в ближайшее время остается весьма актуальной задачей. Кроме моторных масел резко увеличивается выработка индустриальных и трансмиссионных масел, улучшение эксплуатационных свойств которых также должно обеспечиваться с помощью высокоэффективных присадок.

Анализ мировой литературы за последние 30 лет показывает, что  в процессе создания эффективных  присадок к смазочным маслам исследовалась возможность использования для этой цели многочисленных органических соединений. Без преувеличения можно сказать, что в качестве присадок исследованы почти все классы органических соединений, содержащих различные функциональные группы и элементы. Однако, анализируя состав внедренных в промышленность присадок, можно отметить, что в качестве присадок используют лишь немногие органические соединения, которые содержат небольшое количество элементов и функциональных групп.

 Большинство промышленных  присадок и их композиций содержат в своем составе кислород, серу, фосфор, азот, хлор, кальций, барий, цинк, магний, стронций и такие функциональные группы, как карбоксильная, гидроксильная, сульфогруппа, дитио-фосфатная, аминогруппа, трихлорметильная и некоторые другие. При этом в большинстве случаев каждая присадка содержит в основном от одного до четырех элементов или функциональных групп. Для получения присадок, содержащих эти элементы и функциональные группы, по-видимому, немалое значение имеет доступность и дешевизна применяемых реагентов и их реакционная способность.

Полувековая мировая  практика применения присадок, содержащих указанные элементы и функциональные группы, основанная на эмпирическом подходе  к выбору типов соединений как  присадок к смазочным маслам, в настоящее время находит определенное теоретическое обоснование.

Эффективность присадки зависит от валентного состояния  и положения элементов в молекуле присадки, наличия функциональных групп, их синергизма и других факторов. Применение фосфор-, серу-, кислород- н азотсодержащих соединений в качестве присадок к смазочным маслам тесно связано с особенностью электронной структуры этих элементов. Взаимодействие их с металлической поверхностью деталей двигателя приводит к модифицированию последней (изменению структуры) и за счет образования защитных пленок обеспечиваются противокоррозионные, противоизносные и противозадирные свойства указанных соединений в растворе масел. Кроме того, присадки, содержащие эти элементы, стабилизируют масло, обрывая цепь окисления по реакции с пер-оксидными радикалами и разрушая гидропероксиды.

Что касается наличия  в составе присадок металлов, главным  образом бария, кальция, цинка и  магния, то соли ряда органических кислот этих металлов, основные и сверхосновные, обладающие высокой щелочностью, нейтрализуют образующиеся в процессе работы двигателя продукты окисления масел и способствуют диспергированию различных типов отложений в масле.

В настоящее время  установлено, что свойства присадок зависят не только от характера содержащихся в них функциональных' групп и элементов, но и от расположения в молекуле и от структуры молекул самих присадок. Так изомеры алкилфенолов в зависимости от положения алкильного' радикала в бензольном кольце существенно различаются по антиокислительной эффективности. Таким образом, главная задача исследователей при синтезе присадок с заданными свойствами заключается во введении в состав молекул присадок отдельных элементов и функциональных групп в требуемом сочетании и определенном положении их в молекуле.

В первые годы создания присадок к смазочным маслам исследователи  старались синтезировать органические соединения, содержащие различные функциональные группы в одной молекуле ,с целью  получения присадок многофункционального действия. Однако практику показала, что такой подход к синтезу и применению присадок не всегда оправдывается, так как в условиях работы двигателя отдельные функциональные группы в многофункциональных присадках окисляются, взаимодействуют с продуктами реакции, вследствие чего молекулы присадок уплотняются и присадки частично выпадают из раствора в масле. Поэтому через .некоторое время масло практически работает уже без присадки.

В случае, когда используется композиция присадок нескольких органических соединений, содержащих различные функциональные группы, при расходовании одного компонента другие компоненты композиции продолжают выполнять свои функции. Кроме того, при составлении композиции сравнительно легко можно подобрать различные соединения с отдельными функциональными свойствами с учетом их совместимости.

При разработке композиции присадок нельзя не учитывать синергизма и взаимного химического воздействия  компонентов' композиции присадок в  условиях эксплуатации, где сказывается  влияние температуры, давления, а  также поверхности металла, оказывающей каталитическое и химическое воздействие на присадки. Подбор присадок следует осуществлять с учетом их назначения и условий эксплуатации.

Мы рассмотрели, какие  основные элементы входят в состав органических соединений, используемых в качестве присадок к маслам. Теперь остановимся на классах и типах соединений, содержащих различные функциональные группы, которые являются  основной частью присадок. В настоящее время практическое применение в качестве присадок к маслам в основном находят следующие  типы соединений: алкилфенолы, сульфонаты, сукцинимиды, алкилсалицилаты, полиметакрилаты,  полиизобутилены, алкил-нафталины и диалкил(арил)дитиофосфаты и др. Из всех при

меняемых на "практике присадок основная доля приходится на присадки алкилфенольного и сульфонатного типов. В ближайшее время намечается увеличить количество сульфонатных присадок. Предполагается также создание перспективной сырьевой базы для производства алкилсалицилатных, а также сукцинимидных, полиметакрилатных и других полимерных присадок. Особое внимание следует обратить на перспективные направления синтеза -зольных и беззольных полимерных присадок.

На первый взгляд кажется, что вопрос создания производства присадок к смазочным маслам не слишком  сложён, однако это не так. Синтез и применение присадок должны осуществляться на научной основе. При этом мастерство исследователей должно заключаться в умелом сочетании отдельных элементов и функциональных групп-в молекуле органических соединений, установлении их соотношения и взаимного расположения, а также создании на базе этих соединений эффективных композиций.

Современные  высококачественные  моторные  масла содержат до-12%- присадок различного назначения. Тенденция к  увеличению концентрации присадок в  маслах наблюдается во всех странах. Для обеспечения смазочных масел требуемым количеством присадок выпуск последних в ближайщие 10—15 лет должен резко увеличиться. С учетом возрастающего потребления моторных масел во всем мире в связи с ростом числа автомобилей, а также достижения средней концентрации присадок в маслах 10%, производство различных присадок должно достигнуть весьма большого объема. Таким образом создается новая отрасль много-тоннажного производства присадок.

Доведение концентрации различных присадок в маслах до 10— 15 % коренным образом изменит те понятия о присадках, которые мы применяли до сих пор. Теперь присадки становятся ком-понентами смазочных масел и новые перспективные масла будут представлять собой смеси, состоящие из углеводородов и специальных органических соединений. 'Совершенно ясно, что увеличение концентрации присадок в маслах приведет к удорожанию масел. С экономической точки зрения применение таких масел может быть рентабельным только в случае повышения эффективности применяемых присадок, улучшения качества базовых масел, а также усовершенствования конструкций двигателей и повышения культуры производства и эскплуатации масел. Указанные мероприятия позволят в значительной степени сократить расход применяемых смазочных масел.

Создание высокоэффективных  присадок к маслам для современных и перспективных машин и механизмов требует более глубокого изучения вопросов механизма действия присадок, вы-явления зависимостей между структурой, физико-химическими свойствами и эффективностью действия присадок и других вопросов, без которых немыслима разработка теоретических основ направленного синтеза присадок. Следует отметить, что выяснение вопросов механизма действия отдельных присадок в условиях работы реальных машин и механизмов является исключительно сложной задачей. Поэтому более рациональным является разработка и использование таких методов, которые позволили бы в лабораторных условиях в^ той или иной степени моделировать процессы, протекающие в реальных машинах и механизмах..

В настоящее время  моделирование процессов, протекающих во время работы смазочного масла в машинах и механизмах, осуществляют в двух направлениях. Одно из них заключается в создании специальных приборов и установок в которых моделруются условия работы реальных машин и механизмов. Данный метод широко используется для изучения механизма действия моющих и в особенности противоизносных присадок. Второе направление— моделирование химических реакций, протекающих" между присадкой и продуктами превращения смазочного масла, а также между присадкой и трущимися металлическими поверхностями. Этот  метод широко используется при изучении механизма действия антиокислительных и противоизносных присадок. Ha-ll пример, изучение механизма действия антиокислительных присадок осуществляется исследованием элементарных реакций ингибирования процесса окисления  реакций антиокислительных присадок с пероксидными радикалами и гидропероксидами. Работы по изучению связи между структурой, физикохимическими свойствами и эффективностью действия присадок как бы дополняют исследования по изучению механизма действия присадок.

.Следует отметить, что  то отставание между применением  присадок и теоретическими исследованиями  в области химии присадок, которое  имелось ранее, в настоящее  время уменьшилось. Уже накопился  достаточный опыт изучения механизма действия различного типа присадок, а также имеются значительные результаты в этой области, позволяющие в той или иной степени прогнозировать направленный синтез эффективных присадок. Но, естественно, для полного решения проблемы налравленного синтеза присадок необходимо проведение более глубоких иссле дований механизма их действия. Кроме того, необходимо раскрыть сущность многих явлений, которые наблюдаются в практике применения присадок. К таким явлениям можно отнести эффекты синергизма, при котором действие смесей присадок оказывается большим, чем можно было ожидать при аддитивном действии компонентов смеси. Например, известны синергетические смеси ингибиторов окисления — ароматических аминов и фенолов, эф фект синергизма наблюдается при совместном применении сукцинимидной присадки с антиокислительной присадкой диалкилдитиофосфатного типа и др. Этим явлением, найденным эмпирическим путем, мы уже пользуемся на практике, однако механизм синергизма изучен крайне недостаточно. Между тем исследования в этом направлении являются чрезвычайно актуальными, поскольку установление механизма этого явления открывает возможность научно обоснованного подбора эффективных композиций присадок.

При синтезе присадок следует учесть также необходимость  обеспечения термической устойчивости присадок, способность их работать при высокой температуре. В связи с этим предстоит проведение исследований по выяснению структурных факторов, обеспечивающих высокую термическую устойчивость присадок различного типа. Такие исследования являются весьма актуальными, поскольку без них немыслимо создание теоретических основ направленного синтеза эффективных термостойких присадок.

При внедрении присадок в промышленное производство очень  важным вопросом является разработка рациональных технологических процессов, что весьма затруднительно из-за ряда специфических особенностей производства присадок многостадийность,  высокая вязкость конечных и промежуточных продуктов синтеза, необходимость использования специального оборудования и др . Разработка технологических схем производства различных при-садок осуществляется с учетом общности отдельных стадий их синтеза, в частности стадии нейтрализации, сушки и отделения механических примесей от присадок. При производстве присадокалкилфенольного типа общими стадиями являются алкилирование фенола олефинами, конденсация алкилфенолов с формальдегидом. Для присадок, содержащих серу и фосфор, общей стадией является обработка различных продуктов пентасульфидом фосфора (фосфоросернение). Поэтому создаются рациональные типовые технологические узлы по непрерывной схеме, обеспечивающие производство высокоэффективных присадок различного назначения. Для синтеза таких присадок весьма важным также является правильный подбор сырья и реагентов. Таким образом, технология присадок должна находиться на уровне технологии современного тонкого органического синтеза.

Условия работы в двигателе  масел и топлив в принципе резко  отличаются, однако при подборе присадок большое влияние на улучшение  показателей топлив так же, как  и масел, оказывает состав присадок, их структура, наличие в них тех или других функциональных групп и их расположение в молекуле. Для улучшения качеств топлив применяются различные присадки: анти-окислительные и диспергирующие, противон агарные, противокоррозионные, противодымные и др. Для топлив одним из важнейших типов присадок являются противодымные присадки, способствующие уменьшению дымности отработанных газов дизельных двигателей. Подбор противодымных присадок к топливам является к тому же одной из серьезных проблем социального значения.

 3.Антиокислительные и противокорозионные присадки к маслам.

Одним из важнейших свойств  смазочных масел, характеризующих  их при продолжительной работе двигателя, является стабильность против окисления  при высоких температурах. Изменение качеств масел, в процессе эксплуатации зависит главным образом от их химического состава и стойкости к действию кислорода воздуха и высокой температуры, от действия поверхности металла и продуктов реакции, а также от конструкции и условий работы двигателя. Возможность длительной работы масла в' цилиндрах современных двигателей еще больше уменьшается вследствие чрезмерно высоких температур, большой степени сжатия газа, высокой мощности и большого числа оборотов, значительной нагрузки на подшипники и др.

Минеральные масла представляют собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых, ароматических и нафтено-ароматических  углеводородов, а также кислородных, сернистых и азотистых производных  этих углеводородов. При работе двигателя  масла подвергаются глубоким химическим превращениям: окислению, полимеризации, алкилированию, разложению и т. д.; при этом образуются кокс, смолистые, асфальтовые и другие вещества. Образование всех этих нежелательных соединений затрудняет нормальную работу двигателя они оседают на поршне, поршневых кольцах, канавках и других частях двигателя, что часто является причиной его заедания и поломки. В процессе длительной работы двигателя образовавшиеся вещества ухудшают полезные качества масел, в результате чего повышается износ двигателя и снижается его мощность. Продукты окисления масел вызывают также коррозию деталей двигателя.

На скорость окисления  масел в двигателях существенное влияние оказывают металлы, из которых  изготовлены детали двигателя: сталь, медь, свинец, цинк, олово, алюминий, кадмий, серебро, никель, хром и др. Некоторые из этих металлов оказывают явное каталитическое действие на процесс окисления масел, другие: действуют слабо. Сильнейшими катализаторами окисления являются железо и медь, а также их соединения. Глубокому окислению способствуют и продукты первичного окисления компонентов масла. Они тоже могут взаимодействовать с металлами, давая вещества, в свою очередь ускоряющие процессы окисления. Было, например, установлено, что каталитической активностью обладают соли нафтеновых кислот, особенно нафтенаты свинца и меди.

Для устранения каталитического  действия металлов можно вводить  в масло специальные вещества, которые образуют на поверхности  металла защитные пленки, препятствующие взаимодействию кислотных продуктов  окисления масел с поверхностью металла.

На окисление масел  значительное влияние оказывает  и температура: повышение ее ускоряет дальнейшее превращение первичных  продуктов окисления. При низких температурах накапли-ваются пероксиды, при высоких  продукты более глубокого окисления и соединения, образующиеся при дальнейших превращениях продуктов окисления.

Стабильность смазочного масла в рабочих условиях двигателя  определяется также структурой и  свойствами углеводородов и различных  сернистых, азотистых и кислородсодержащих веществ, входящих в состав масла. Углеводороды разных классов и строения по стабильности резко различаются; кроме того, окисление индивидуальных углеводородов в чистом виде отличается от окисления их в различных смесях. Процесс окисления является поэтому чрезвычайно сложным.

Исключительно стабильны против действия кислорода воздуха голоядерные  ароматические углеводороды: бензол, нафталин, антрацен,фенантрен, дифенил  и др. Они очень мало изменяются даже при высоких температурах и  давлениях. Ароматические углеводороды с алифатическими цепями и полициклические ароматические углеводороды по стабильности несколько уступают моно-и бициклическим. С увеличением числа и длины боковых цепей стабильность ароматических углеводородов падает. Наличие третичного углеродного атома, несимметричность строения, усложненность молекулы также снижают их стойкость к окислению. Нафтеноароматические   углеводороды   одинакового  строения   с  ароматическими ,значительно более склонны к окислению. Нафтеновые углеводороды по стабильности также уступают ароматическим, причем с увеличением молекулярной массы и числа боковых цепей стабильность нафтенов падает. Что же касается парафиновых углеводородов, то они подвергаются окислению лишь при высоких температурах.

Большое значение для окисления имеет также соотношение углеводородов разных классов, входящих в состав масел. Например, замечено, что присутствие определенного количества ароматических углеводородов в смеси парафинов и нафтенов приводит к автозамедлению процесса окисления за счет образования фенольных соединений из ароматических углеводородов. Вероятно, при этом конкурируют в основном два явления. Нафтеновые и парафиновые углеводороды превращаются в вещества, катализирующие окисление; в результате происходят автокаталитические процессы. Ароматические углеводороды, наоборот, при окислении образуют вещества, стремящиеся задержать окисление нафтенов и парафинов, т. е. ароматические углеводороды приводят к замедлению окисления. Таким образом, автозамедление есть отрицательный катализ при помощи продуктов окисления, изменяющих ход реакции и уменьшающих скорость окисления.

Естественные антиокислители, а  также специально добавленные или  образующиеся во время реакции, вероятно, препятствуют цепным процессам, предотвращая тем самым быстрое окисление углеводородных смесей. Эффективность соединений как антиокислителей зависит от свойств и скорости образования тех продуктов их превращения, которые замедляют окисление. Антиокислители действуют в различных направлениях — одни удлиняют индукционный период окисления, другие, как уже говорилось, создают защитные пленки на поверхности металла, предупреждая каталитическое действие металлической поверхности.

Задача изготовления стабильных к  окислению масел заключается  не только в подборе высокоэффективных антиокислителей. Очень важна также подготовка масел, состоящая в том, чтобы сделать их чувствительными к антиокислителям. Практика показала, что применение антиокислителей не оказывает никакого эффекта на неочищенные масла. В таких маслах содержатся некоторые вредные компоненты (асфальтовые соединения и др.), парализующие действие даже самых сильных антиокислителей. Но эти нежелательные вещества можно полностью удалить из масел соответствующей очисткой. Вопросы очистки масел (метод очистки степень очистки от тех или иных соединений) очень важны; они явились объектом многочисленных исследований. В этой книге мы не будем подробно останавливаться на повышении приемистости масел к антиокислителям; скажем лишь, что это свойство является залогом эффективного действия присадок. Следует отметить, что некоторые группы соединений при добавлении их к маслам одновременно улучшают несколько свойств масел. Например, многие антиокислители в то же время являются и противокоррозионными присадками к смазочным маслам. Ввиду того, что коррозия" практически является следствием окисления, резко разграничить антиокислительные и противокоррозионные присадки невозможно — по функциональному действию на масла они во многом схожи. В качестве антиокислительных и противокоррозионных присадок используются в основном сернистые, азотистые, фосфорные и металлорганические соединения, а также различные алкилфенолы. Кроме того, применяются соединения, в молекулах которых одновременно содержатся фосфор и сера или сера и азот, а также фенолы с различными функциональными группами (аминофенолы, нафтолы, нафтиламины и т. д.). В Приложениях 2 и 3 приведена характеристика отечественных антиокислительных и противокоррозионных присадок.

4.Характеристика сырья.

А)Спирт изобутиловый (изобутанол):

Бутиловый спирт (н-бутанол) C₄H₉OH — представитель одноатомных спиртов. Известны нормальный первичный бутиловый спирт СН₃(СН₂)₃ОН и его изомеры: нормальный вторичный бутиловый спирт СН₃СН₂СН(ОН)СН₃, изобутиловый спирт (СН₃)₂СНСН₂ОН, третбутиловый спирт (триметилкарбинол) (СН₃)₃СОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Физические свойства

Бесцветная вязковатая жидкость с характерным запахом сивушного масла. Смешивается с органическими растворителями. Умеренно растворяется в воде - 7,6 г на 100 г воды. С ней образует азеотроп содержащий 42,5% по массе бутанола и кипящий при 97,7 °C.

Производство:

В промышленности бутанол  получают:

• оксосинтезом из пропилена с использованием никель-кобальтовых катализаторов при 1,0-1,5 МПа(По Реппе).
• Из ацетальдегида через ацетальдоль и кротоновый альдегид, который гидрируют на медных, меднохромовых или никелевых катализаторах.
• Ацетоно-бутиловым брожением пищевого сырья.

Применение:

Бутанол применяют:

• как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве смол и пластификаторов
• модификаторы мочевино- и меламино-формальдегидных смол
• для получения пластификаторов: дибутилфталата, трибутилфосфата
• для получения бутилацетата и бутилакрилата и эфиров с гликолями
• в синтезе многих органических соединений.

Безопасность:

Относится к числу  токсичных продуктов третьего класса опасности. ПДК в воздухе рабочей зоны 10 мг/м.

Концентрация в 0.01% в  воздухе никак не влияет на организм, в то время как 0.02% вызывает воспаление роговой оболочки глаза.