Химмотология

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему: Химмотология

 

 

Выполнил: ст-т 1 курса

Петров О.С.

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

Саратов

2013

 

 

 

 

 

Содержание

Задачи химмотологии

Цель химмотологии

Квалификационный метод оценки качества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее трудная и многоплановая проблема рационального применения топлив и масел связана со сложностью физико-химических превращений, протекающих в процессах их хранения и эксплуатации автотранспорта. Поэтому объективно в науке и технике появилось новое направление, изучающее теорию и практику рационального применения топлив, масел, смазок и специальных жидкостей. В начале 60-х годов прошлого века по предложению советского ученого К.К. Папока и инженера В.В. Никитина это направление как прикладная наука было названо «химмотологией»

Химмотология — это наука об эксплуатационных свойствах, качестве и рациональном применении в технике топлив, масел, смазок и специальных жидкостей.

Химмотологоия возникла и развивается на стыке     органической, физической и коллоидной химии, нефтехимии, физики, экономики и экологии. Формирование химмотологии в самостоятельное  направление науки обусловлено увеличением объемов потребления ГСМ, возрастанием их значения в обеспечении надежности  и долговечности техники

Цель химмотологии

 

Цель химмотологии — улучшение эксплуатационных свойств горюче-смазочных материалов (ГСМ). Эти свойства проявляются в условиях эксплуатации техники и в значительной мере определяют ее работоспособность, экономичность и надежность.

Ни одна наука, кроме химмотологии, специально не занимается изучением и тем более улучшением эксплуатационных свойств ГСМ, хотя именно эти свойства зачастую решающим образом влияют на эффективность применения многочисленной и разнообразной техники и промышленного оборудования.

К эксплуатационным свойствам ГСМ относятся: энергетические свойства, воспламеняемость, горючесть, детонационная стойкость(антидетонационные свойства), склонность к нагаро-и лакообразованию, прокачиваемость, электризуемость топлив; моющедиспергирующие свойства моторных масел; физическая и химическая стабильность, испаряемость, гигроскопичность, низкотемпературные, коррозионные, защитные, антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства, пожаро- и взры-воопасность, токсичность топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей.

Новые теоретические вопросы возникают перед химмотологии в связи с применением в технике альтернативных топлив и новых синтетических смазочных материалов.

Задачи химмотологии

 

Перед химмотологией в последнее время остро встали две относительно новые проблемы:1) стабилизация добычи нефти и получение моторных топлив из альтернативного сырья; 2) изучение и улучшение экологических свойств ГСМ в связи с тем, что влияние многих видов транспорта на окружающую среду зависит от состава свойств применяемых топлив и масел (прекращение производства этилир. бензинов, разработка так называемого городского топлива, снижение расхода смазочных масел на угар и т.д.)

Задачи химмотологии можно условно разделить на 3 группы.

Первая из них связана с оптимизацией качества ГСМ, обеспечением наиб. полного соответствия эксплуатац. св-в ГМС требованиям двигателей. Решение задач этой группы базируется на исследовании комплекса физ.-хим. процессов, протекающих при использовании ГСМ (испарение, смесеобразование, сгорание, лако- и нагарообразование, коррозионный и мех. износ и т. д.). Эта же группа включает работы по оценке эффективности путей улучшения качества ГСМ (новые компоненты, методы очистки, присадки, добавки и др.) и расширения их ресурсов (напр., альтернативные топлива, синтетич. Смазочные  материалы).  
Цель задач второй группы - повышение эффективности применения ГСМ в условиях эксплуатации. К этой группе относятся разработка и научное обоснование норм расхода ГСМ, сроков их хранения, принципов классификации, унификации сортов и марок, взаимозаменяемости, методов восстановления качества некондиционных топлив и регенерации отработавших смазочных материалов. Третья группа задач посвящена разработке и совершенствованию методов оценки качества ГСМ. В эту группу входят также исследования по совершенствованию приборов и методов аналит. контроля качества топлив и масел, совершенствованию стандартов и техн. условий на них и методы их анализа.  
Осн. задачей химмотологии на перспективу остается создание научных основ и рекомендаций по экономии топливно-энергетич. ресурсов и обеспечению двигателей, машин и механизмов высококачеств. ГСМ с широкими сырьевыми ресурсами.

1. Методологические позиции химмотологии.

 

Химмотология как прикладная наука имеет свойственные ей методические основы, которые включают в себя специфические методы оценки эксплуатационных свойств ГСМ и специальных жидкостей. Эти методы делят на несколько групп:

• квалификационные (лабораторные);
• стендовые и эксплуатационные методы испытаний топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей;

классификационные испытания моторных масел.

 

1. Квалификационные методы испытаний  
   горюче-смазочных материалов.

Квалификационные методы оценки эксплуатационных свойств ГСМ и спецжидкостей являются, как правило, лабораторными метода-ми и базируются на использовании различных модельных установок и специальных лабораторных приборов, позволяющих в заданных усло-виях (включая экстремальные) сравнивать эксплуатационные свойства опытных (исследуемых) и эталонных (товарных) образцов ГСМ. Квалификационные методы испытаний позволяют быстро, надежно (с легкой воспроизводимостью результатов), с минимальными затратами, «в чистом виде» оценивать отдельные показатели, характеризующие эксплуатационные свойства ГСМ, выявлять ме-ханизмы и факторы, объясняющие эти свойства, целенаправленно находить способы улучшения этих свойств.

Одним из первых квалификационных методов испытаний ГСМ был метод оценки детонационной стойкости бензинов на одноцилиндровой моторной установке «Вокеша», предназначенной для определения октановых чисел (ОЧ) по исследовательскому  и моторному методам. Позднее были созданы отечественные установки ИТ9-1; ИТ9-2М; ИТ9-5; ИТ9-6, представляющие собой одноцилиндровые четырехтактные бензиновые двигатели со степенью сжатия от 4 до 10. На установке ИТ9-1 определяют сортность бензинов на богатой смеси, на ИТ9-2М – октановые числа на бедной смеси по моторному методу, на ИТ9-5 определяют ОЧ и сортность на бедной смеси по моторному методу и на ИТ9-6 определяют ОЧ по исследовательскому методу. В настоящее время широко распространена универсальная четырехтактная бензиновая установка УИТ-65, выполненная на базе установок ИТ9-2М и ИТ9-6, предназначенная для определения ОЧ по моторному и исследовательскому методам. Для определения цетановых чисел (ЦЧ) дизельного топлива, характеризующих их самовоспламеняемость в дизелях, широко применяют установку ИТ9-3М, представляющую собой одноцилиндровый четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия и вихревой камерой сгорания.

Широкое применение в нашей стране и за рубежом получил ква-лификационный метод оценки противоизносных и противозадирных свойств смазочных материалов на четырехшариковой машине трения, показанной на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Четырехшариковая машина трения

 

Она существует в виде различных модификаций (КТ-2, КТ-4, МАСТ-1, машины фирмы SHELL и другие) и предназначена для исследования трения при граничной смазке, определения критических температур граничного слоя смазки на поверхностях трения, при которых слой смазочного материала разрушается. Кроме того, на машине трения определяют критическую нагрузку, при которой происходит «схватывание» (задир, спекание) стальных поверхностей шариков, являющихся ее составными элементами. Рабочими поверхностями в машине трения являются поверхности четырех стальных шариков диаметром 7,94 мм, верхний из которых закреплен во вращающемся шпинделе, а три нижних – неподвижно зажаты в обойме, которая помещена в масляной чаше, оборудованной электронагревателем или термостатом. Противоизносные и противозадирные свойства смазочных материалов оценивают по величине диаметра «пятна износа» на контактирующих шариках и по значению критической нагрузки (или температуры), при которой происходит задир («спекание») шариков.

Для оценки моющих и лакообразующих свойств моторных масел в нашей стране широко применяют метод, названный методом ПЗВ (по первым буквам фамилий его разработчиков – К.К. Папок, А.П. Зарубин, А.Б. Виппер), схема установки для которого показана на рисунке 2.

 

 

Рисунок 5 – Установка ПЗВ: 1 – поршень; 2 – электроподогреватель;

3 – испытуемое масло

 

Установка ПЗВ представляет собой легкоразборную, действующую модель одноцилиндрового двигателя, в которой алюминиевый поршень приводится в движение в цилиндре электрическим двигателем. Цилиндр, моторное масло в картере и всасываемый воздух нагревают электрическим нагревателем, моделируя условия  работы моторного масла в двигателе без подачи и сгорания топлива в цилиндре. По цвету образовавшегося на боковой поверхности поршня установки лака после испытания оценивают моющие свойства испытуемого моторного масла, сравнивая его по цветной эталонной шкале, состоящей из семи фотографий поршня, в баллах от 0 до 6. Химическим анализом оставшегося после испытаний в картере моторного масла оценивают его окисляемость в объеме картера. Кроме того, на этой установке можно изучать механическую деструкцию полимерных присадок, вводимых для улучшения вязкостно-температурных характеристик  в моторные масла (загущенные). В нашей стране и за рубежом используются и другие квалификационные методы оценки моющих и диспергирующих свойств моторных масел, такие как ВНИИ НП ИМ-100ГД, ИДМ-60Ф, УИМ-6-НАТИ, НАМИ-1, Caterpillar 1-D (1-G, 1-Н), НD-4, MWM-А, Petter AV-1 и другие.

Для квалификационной оценки коррозионной активности смазоч-ных масел применяют безмоторные и моторные методы. К безмотор-ным относятся методы Пинкевича и ДК-НАМИ, а к моторным – мето-ды, основанные на использовании установки Petter W-1 и двигателя ЯАЗ-204. Необходимо отметить, что в настоящее время отечественные исследователи применяют свыше 200 квалификационных методов оценки различных показателей эксплуатационных свойств ГСМ и спецжидкостей. Поэтому для сокращения времени и экономии материальных средств испытания товарного образца (прототипа) во многих отраслях не проводят, если разработаны и утверждены нормы на показатели, оцениваемые квалификационным методом. Однако  отдельные квалификационные методы не дают полной и комплексной информации об эксплуатационных свойствах и показателях качества исследуемого образца ГСМ. Поэтому применяют совокупность квалификационных методов в сочетании с результатами стандартных анализов.

В нашей стране разработан ряд комплексов методов квалификационной оценки ГСМ, каждый из которых включает в себя от 6 до 26 методов. Эти комплексы методов квалификационных испытаний разрабатывает, совершенствует и руководствуется ими в работе комиссия научной экспертизы (КНЭ), созданная при Госстандарте России. Комплексы методов позволяют за 1–3 месяца провести испытания и принять соответствующие решения о допуске к практическому применению или дальнейшим  испытаниям исследуемых образцов ГСМ. Деятельность КНЭ направляет и контролирует Государственная межведомственная комиссия (ГМК) по испытаниям ГСМ и специальных жидкостей при Госстандарте России. Эта же комиссия разрабатывает, утверждает планы квалификационных, стендовых и эксплуатационных испытаний исследуемых образцов ГСМ. Предполагается, что по мере совершенствования методов и комплексов методов квалификационной оценки ГСМ квалификационные испытания будут основным видом испытаний в химмотологии  автомобильных топлив и масел.

 

 

2. Стендовые испытания топлив и масел.

 

Стендовые испытания образцов ГСМ проводят на натурных двигателях и механизмах по специальной программе с многочасовыми ресурсными исследованиями этих видов техники. Стенды оборудуют специальной измерительной аппаратурой для снятия (получения) необходимых характеристик и определения рабочих параметров механизмов и двигателей в процессе их работы. Кроме того, до и после, а также  в процессе испытаний отбирают, проводят химические анализы проб ГСМ, разбирают, осматривают, измеряют детали двигателей, уз-лов и механизмов, оценивают их состояние (наличие и характер нага-ров, лаковых отложений, коррозионных воздействий, задиров, износов, усталостных разрушений). При испытаниях моторных, гидравлических и трансмиссионных масел оценку противоизносных свойств дают по концентрации металлов в масле от износа цилиндропоршневой группы и подшипников двигателя с использованием спектральных методов химического анализа. На этапе стендовых испытаний одновременно оценивается совокупность (комплекс) эксплуатационных свойств исследуемых образцов ГСМ в экстремальных условиях в течение полного ресурса работы двигателя (узла, механизма, детали). По результатам этих испытаний устанавливают гарантийные сроки работы новых марок смазочных материалов и специальных жидкостей, период их смены в двигателях и механизмах, удельные нормы расхода горючего в двигателе и другие эксплуатационные характеристики.

 

3. Эксплуатационные испытания горюче-смазочных материалов.

Эксплуатационные испытания ГСМ проводят на натурных единицах автотранспорта, в реальных условиях его эксплуатации, по специальным программам с целью проверки обеспечения исследуемым образцом работоспособности, надежности работы двигателей и механизмов, а также всего объекта автотранспорта в целом в условиях эксплуатации, установления  влияния специфических особенностей эксплуатации на изменение показателей качества и сроки службы исследуемого образца, уточнения (или определения) эксплуатационных норм его расхода, выяснения нерешенных (не выявленных) отклонений свойств, которые нельзя установить в процессе квалификационных и стендовых испытаний. Этот метод испытаний исследуемых образцов ГСМ предусматривает их проведение на большом количестве единиц автотранспорта в течение длительного периода – от года до нескольких лет – и при этом периодически отбирают пробы (до, после и во время испытаний), проводят их химический анализ, разбирают, осматривают, проводят дефектацию деталей двигателя, узлов и механизмов. В связи с длительностью эксплуатационные испытания проводят только для изучения образцов новых марок ГСМ и специальных жидкостей. Разновидностями (этапами) эксплуатационных испытаний исследуемых образцов ГСМ являются заводские ходовые, лабораторно-дорожные испытания автотранспорта, полигонные испытания на специально выбранных и оборудованных участках местности со сложным рельефом и искусственными препятствиями. К таким разновидностям эксплуатационных испытаний относятся также эксплуатационные испытания сельскохозяйственной автотракторной техники на машиноиспытательных станциях (МИС), созданных в разных климатических зонах, опытная эксплуатация автотранспорта, его эксплуатация под наблюдением и другие виды этого метода испытаний.

Товарные продукты нефтепеработки

НЕФТЕПРОДУКТЫ — смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые из нефти и нефтяных газов

Продукты переработки нефти делятся на два типа – это светлые и темные. К первым относят авиа- и автобензины. бензины-растворители, авиакеросин, осветительные керосины, дизельные топлива, к последним-мазут, а также получаемые в результате его перегонки дистиллятные масла и гудрон. Дополнительно нефтепродукты разделяются на категории: смазочные материалы, топливо, материалы электроизоляционных сред, растворители, дорожные покрытия, нефтехимическое сырье и д.р.. Значительная часть Нефтепродуктов представляет собой смеси отдельных углеводородных компонентов, содержащие различные добавки и Присадки, улучшающие свойства Нефтепродуктов и повышающие стабильность их эксплуатационных характеристик.

Топлива (газообразные и жидкие) составляют одну из главных групп Нефтепродуктов. Топливо делится на несколько видов: моторное топливо, топливные газы, дизельное, газотурбинное, котельное (мазут, в котором имеется разный уровень содержания серы) и топливо для реактивных двигателей Основное количество нефтяных топлив составляет Моторное топливо (керосин, Бензин, лигроин),применяемое в двигателях внутреннего сгорания (поршневых, реактивных, газотурбинных). Эта обширная группа составляет около 63% от всех Нефтепродуктов. Основная характеристика этого продукта – детонационная стойкость, которая определяется октановым эквивалентом. Октановым числом испытуемого топлива называется процентное содержание изооктана в такой искусственной смеси его с н-гептаном, которая при стандартных условиях на стандартном одноцилиндровом двигателе детонирует так же, как и испытуемое топливо

 Проще говоря, чем выше  октановый показатель моторного  топлива, тем лучше качество бензина. Высокий октановый показатель  существенно уменьшает расход  топлива.

Для того чтобы у топлива была высокая устойчивость к детонации, в вещество добавляют тетраэтилсвинец. Существуют еще несколько важных характеристик этого продукта переработки нефти, такие как: теплота сгорания, испаряемость, содержание сернистых соединений, физическая и химическая стабильность.

Дизельные топлива. Дизели являются разновидностью двигателей внутреннего сгорания. Воспламенение топлива в них происходит при впрыске топлива в воздух, нагретый до высокой температуры за счёт сжигания поршнем. Они наиболее экономичнее тепловых двигателей, у них меньше расход топлива и выше к.п.д., чем у карбюраторных. Отечественная промышленность выпускает топливо для быстроходных дизелей и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники марок Л (летнее), З (зимнее), А (арктическое), а также моторное топливо для среднеоборотных и малооборотных дизелей марок ДТ и ДМ. Фракционный состав дизельных топлив (180-360 ºС) – средние дистиллятные фракции нефти, легкие газойли каталитического крекинга и гидрокрекинга. Прошли испытания в настоящее время топлива с концом кипения 380-400 ºС.

Для дизельного топлива главным аспектом является активация к самовоспламенению при процессах, когда дизель попадает в емкость двигателя внутреннего сгорания.  Немаловажные значительные свойства для дизельного топлива являются: вязкость, температура застывания, испаряемость, теплота сгорания.

 

Топлива для ВРД (реактивные топлива, авиационные керосины) вырабатывают на базе прямогонных фракций нефти и газойлей каталитического крекинга. В СНГ выпускают топлива марок ТС-1,Т-1, Т-2, РТ, выкипающие в интервале 60-280 ºС (применяют в двигателях с дозвуковой скоростью полета) и термостабильное топливо утяжеленного состава (195-315 ºC)– для двигателей со сверхзвуковой скоростью полета. Основные показатели качества топлив для реактивных двигателей (РД): плотность, теплота сгорания, фракционный состав, вязкость, температура начала кристаллизации, содержание аренов, серы, активных сернистых соединений, смол и непредельных соединений, термическая стабильность.

Газотурбинное и котельное топливо

Газотурбинное получают из дистиллятов прямой перегонки, коксования и термического крекинга. Применяют: в стационарных газотурбинах и парогазовых энергетических установках.

Котельное топливо (мазуты)

Получают из остатков прямой перегонки нефти, тяжелых газойлей кt-крекинга, гидрокрекинга, термического крекинга и висбрекинга и т. д. Применяют: для паровых котлов тепловых электростанций, судовых установок, различных промышленных печей (2 сорта: топочные марки 40 и 100, флотские - марки Ф5, Ф12).

Важными свойствами этого продукта являются : вязкость, теплотворная способность.

 

 

Масла нефтяные составляют вторую по объёму и значению группу Нефтепродуктов. Это главным образом смазочные масла. Важную группу масел представляют Электроизоляционные масла и Технологические масла. Получают масла в основном вакуумной перегонкой мазута и деасфальтизацией масляных гудронов (тяжёлых остатков от перегонки нефти). Важнейшими показателями эксплуатационных свойств масел являются вязкость, индекс вязкости, стабильность против окисления, смазочная способность, температура вспышки и застывания.

К смазочным материалам на основе Нефтепродуктов относятся также Пластичные смазки и Смазочно-охлаждающие жидкости. Первые представляют собой смеси нефтяных (иногда синтетических) масел с различными загустителями и применяются в узлах трения, работающих в широком диапазоне температур и скоростей, для продолжительной консервации металлоизделий и в др. случаях. Смазочно-охлаждающие жидкости — это нефтяные масла или пасты, активированные поверхностно-активными веществами (См.Поверхностно-активные вещества) (эмульсол, сульфофрезол, эмульгирующие пасты и др.) и используемые при обработке металлов резанием и давлением.

Нефтяные технические битумы составляют третью по объёму производства группу товарных Нефтепродуктов, имеющих широкое применение в народном хозяйстве: дорожные, строительные битумы и др. Технические битумы получают концентрацией (вакуумной перегонкой) и окислением (продувкой воздухом) остатков от перегонки нефти, содержащих большое количество асфальтово-смолистых и тяжёлых гетероциклических соединений.

 Значительную группу  Нефтепродуктов составляют так называемые твёрдые углеводороды: парафины, церезины, вазелины, петролатумы, озокериты и др. Их получают разделением и очисткой продуктов, выделяемых при депарафинизации нефтяных фракций, а также путём переработки природных озокеритов. Используют твёрдые углеводороды в медицине, пищевой, электротехнической, бумажной, резиновой промышленности, для производства пластичных смазок и др. целей.

В качестве растворителей используют узкие бензиновые и керосиновые фракции, полученные прямой перегонной нефти. Растворители применяют в резиновой промышленности, для приготовления клея, экстрагирования масел из семян и жмыхов, изготовления лаков и красок, при получении поливинил-хлорида и т.д.

Осветительные керосины-прямогонные керосиновые фракции, применяемые в осветительных и калильных лампах и как бытовое топливо.

Товарными Нефтепродуктами являются также нефтяной Кокс, сажа, Деэмульгаторы и пр.

Нефтепродукты, получаемые путём разделения фракций пиролиза нефти (бензол, толуол, ксилол, нафталин, зелёное масло и др.), применяются в основном как нефтехимическое сырьё. В качестве химического сырья используются также газы нефтепереработки и многие др. продукты термической и каталитической переработки нефти.

 

заключение

 

 

В заключение, хочется еще раз напомнить, что важнейшей задачей химмотологии является поиск путей обеспечения высокого и стабильного уровня качества горюче-смазочных материалов, обеспечивающего надежность эксплуатации техники. Порою качество нефтепродуктов контролировать весьма затруднительно, поскольку значительное их количество (зачастую одного и того же назначения) выпускается по самым разнообразным техническим условиям. В последние годы приобрела актуальность проблемы борьбы с заполнением рынка фальсифицированной продукцией. В этой связи и с учетом возрастающей роли нефти и продуктов ее переработки в нашей жизни все большее значение приобретает необходимость жесткого контроля их качества. Использование в технике и различных отраслях промышленности топлив и смазочных материалов, не отвечающих соответствующим требованиям, приводит, как правило, к значительным материальным потерям, нежелательным экологическим последствиям, иногда и человеческим жертвам. Отсюда и возрастание роли метрологии, стандартизации и сертификации продуктов переработки нефти, развитие и совершенствование наряду с лабораторными методами стендовых и эксплуатационных испытаний. Все большее распространение в России получает практика оценки качества топлив и смазочных материалов по международным стандартам с заменой отечественных методов и испытательного оборудования на более современные, обеспечивающие высокую точность измерений и получение более достоверной информации о качестве используемых горюче-смазочных материалов.Это – один из путей прогнозирования и обеспечения работоспособности топлив и смазочных материалов, а соответственно и повышения надежности, экономичности и экологичности эксплуатации техники.