Визначення водорозчинних кислот та луг

Житомир, 2013

 

 

Методичні вказівки розробили: к.т.н. Борак К.В.

 

 

Рецензенти: доцент Заєць М.Л.,

Методичні вказівки розглянуто та затверджено на засіданні кафедри „Машиновикористання мобільної енергетики та сервісу технологічних систем " (протокол № __ від __. __.2013 р.)

Затверджено і рекомендовано до видання в якості методичних вказівок на засіданні методичної ради (протокол №__ від..2013 р.)

Вступ

 

Надійність, довговічність та ефективність роботи сільськогосподарського парку України в значній мірі залежать від якості палива, мастильних матеріалів і технічних рідин та грамотного їхнього застосування в процесі експлуатації техніки.

Інженерно-технічним працівникам, що організують експлуатацію сільськогосподарської техніки необхідно приділяти особливу увагу раціональному використанню й економії паливно-мастильних матеріалів, а також поліпшенню якості й організації технічного обслуговування машин.

Для виконання цієї умови необхідно, щоб випускники ТДАТУ добре знали основні властивості й особливості застосування нафтопродуктів. Із цією метою в навчальній програмі передбачене виконання ряду лабораторних робіт, що безпосередньо знайомлять студентів з товарними асортиментами нафтопродуктів і допомагають оволодіти практичними навичками визначення їхніх властивостей і якісних характеристик, а також особливості застосування залежно від виду техніки й умов роботи.

У лабораторний курс включені роботи з визначення найбільш важливих якісних показників, нормованих відповідними стандартами для палива й мастильних матеріалів, застосовуваних в інженерній практиці при експлуатації сільськогосподарської техніки.

Метою лабораторних робіт є закріплення теоретичних знань, отриманих на лекціях та при самостійному вивченні дисципліни, набуття навичок проведення випробувань паливно-мастильних матеріалів та технічних рідин, самостійного проведення висновок щодо якості експлуатаційних матеріалів, можливості їх використання при наявності відхилень від стандартних норм.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

„Дослідження якості бензину, та його вплив на роботу двигуна"

(термін виконання – 4 години)

 

Мета роботи: закріплення теоретичних знань та придбання практичних навичок з використанням автомобільних бензинів для двигунів сучасної мобільної техніки.

 

Знати: марки бензинів та їх застосування, вплив відхилень показників якості палива на роботу, економічність і зношування двигуна.

Вміти: провести аналіз показників якості палива і дати висновок про його придатність до експлуатації.

1.1 Основні теоретичні знання

Бензином називають фракцію нафти з температурою випаровування від 30 до 215°С. Для того, щоб бензини не впливали на надійність роботи двигуна − вони повинні мати:

- високу детонаційну стійкість;

- оптимальну випарованість;

- мінімальний корозійний вплив на деталі двигуна;

- мінімальну нагароутворюючу здатність;

- високу хімічну стабільність.

Всі ці вимоги регламентовані в стандарті на автомобільні бензини (див. таблицю). Відхилення якісних показників бензину в негативну сторону підвищує детонацію палива, нагароутворення на деталях двигуна, корозійну здатність бензину, утруднений запуск та роботу двигуна та інше.

В решті знижуються техніко-економічні показники роботи двигуна та підвищується його зношування.

Таблиця - Основні технічні характеристики сучасних автомобільних бензинів

Показник	Значення показника
А-80	А-92	А-95	А-96	А-98
	Октанове число
	Фракційний склад бензину: а) температура початку перегонки, °С, не нижче
	б) 10% переганяється при температурі, °С, не вище
	в) 50% переганяється при температурі, °С, не вище
	г) 90% переганяється при температурі, °С, не вище
	д) кінець кипіння, °С, не вище
	є) залишок у колбі, %, не більше	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
	ж) залишок і втрати, %, не більше	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0
	Тиск насичених парів бензину, кПа, не більше	79,9	79,9	79,9	79,9	79,9
	Кислотність, мг КОН на 100 см3 бензину, не більше

Продовження таблиці

	Концентрація фактичних смол, мг на 100 см3 бензину, не більше
	Індукційний період, хв., не менше
	Масова доля сірки, %, не більше	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
	Водорозчинні кислоти	відсутні

 

Детонаційна стійкість бензину

При нормальному горінні палива, тиск у циліндрі зростає повільно. Проте у ряді випадків згоряння супроводжується дуже високим місцевим підвищенням температури і тиску, що відбувається миттєво, та носить вибуховий характер і називається детонацією.

Детонація виникає в одному з циліндрів, в якому створюються для цього умови: підвищений тиск та температура, збільшене нагароутворення. Детонує 5... 10% кінцевої частини горіння робочої суміші.

Таким чином детонація - це „ненормальна" робота двигуна із займаням від іскри, яка викликана вибуховим, детонаційним згорянням кисенненестойкої частини робочої суміші, що супроводжується різкими металевими стуками, димним вихлопом, перегрівом двигуна, зниженням потужності, підвищеним зношуванням циліндро-поршньової групи та іншими шкідливими наслідками, навіть механічне пошкодження деталей двигуна.

Здатність палива протистояти детонації називається детонаційною стійкістю. Детонаційна стійкість палива оцінюється - октановим числом.

Октанове число автомобільних бензинів визначається двома методами: моторним та дослідницьким. Обидва методи стандартизовані. Для визначення октанового числа використовуються моторні установки із одноциліндровими двигунами з перемінним ступенем стиснення (є=4..10).

У цілому, умови випробування за дослідницьким методом легші ніж за моторним, тому октанове число бензину визначене по дослідницькому методу вище, ніж за моторним на 7... 10 одиниць.

Тому октанове число одного і того ж бензину визначене різними методами відрізняється одне від одного октанове число бензину А-80 визначене дослідницьким методом буде 80, а по моторному 76, А-95 відповідно 95 та 85.

Моторний метод визначення октанового числа характеризує детонаційну стійкість бензину в режимі роботи двигуна завантаженого автомобіля, при його русі по маршрутам за містом (висока форсованість та теплонапруженість двигуна).

Дослідницький метод визначення октанового числа характеризує детонаційну стійкість бензину у режимі роботи двигуна легкового автомобіля при його русі в умовах міста (обмежені потужності, чисельні зупинки, низька теплонапруженість двигуна).

Заходи, щодо боротьби з детонацією:

1) зменшити кут випередження запалювання суміші;

2) прикрити дросельну заслінку;

3) перейти на знижену передачу;

4) повільно відкривати дросельну заслінку в період рушання з місця та руху.

В першому та другому випадках погіршується якість суміші через скорочення часу на сумішоутворення.

В третьому та четвертому знижується навантаження на двигун.

Таким чином якщо при роботі двигуна виникла детонація при згоранні палива - необхідно застосувати заходи щодо її усунення.

Октанове число не може бути нижче стандартного

Карбюраційні властивості бензину це його здатність утворювати пароповітряну суміш при роботі двигуна.

На карбюраційні властивості впливають: фракційний склад, тиск насичених

парів, теплота пароутворення, поверхневий натяг та в'язкість.

Перші два показники роблять найбільший вплив на роботу двигуна, які вказують на здатність палива до випаровування, тому вони введені в стандарт.

Випаровуваність автомобільних бензинів характеризує швидкість і повноту переходу бензину з рідкого в парообразний стан.

Фракційний склад є одним з найважливіших показників якості бензину. Фракційний склад встановлює залежність між кількісним вмістом фракцій палива (у відсотках за об'ємом) і температурою, при якій воно переганяється. Від фракційного складу бензину залежить пуск, час прогріву і прийомистість роботи двигуна, нагароутворення, знос деталей циліндро-поршневої групи, витрата палива, масла, токсичність відпрацьованих газів та ін.

Для характеристики фракційного складу у стандарті регламентовані: температура початку кипіння (t_п.к.), температури, при яких переганяється 10, 50 і 90% (t_10%, t_50% ,t_90%) бензину, температура кінця його кипіння (t_п.к.), а також визначають залишок після перегонки і втрати. Усі ці показники у тій чи іншій мірі характеризують бензин у двигуні з іскровим запаленням.

На рисунку 1 показана крива розгонки бензину - температура початку кипіння, його фракції - пускова, робоча і кінцева.

Температура початку кипіння (t_п.к.) вказує на наявність в паливі найбільш легких вуглеводнів, які повинні випаровуватися при температурі не нижче нормативної.

Зниження t_п.к. може привести, що в спекотні часи доби будуть утворюватись парові пробки в системі живлення, що приведе до неможливості запуску двигуна та значних втрат палива при його зберіганні.

t _п.к. повинна бути не нижче 30 °С.

Фракція палива від початку кипіння і до випаровування 10% об'єму (t _пк- t _10%) зветься пусковою.

 

Рис. 1 - Крива фракційної розгонки бензину

Пускові властивості та схильність до утворення парових пробок

визначаються температурами початку кипіння t _пк. і перегонки 10% бензину t _10%. По температурі t _10% роблять висновок про наявність у бензині пускових фракцій, від яких залежить легкість пуску холодного двигуна. Чим нижче ця температура, тим легше і швидше можна запустити двигун, оскільки більша кількість бензину надходитиме в циліндр у вигляді пару та знижується зношування двигуна при його запуску.

При високій температурі перегонки 10% бензину ускладнюється пуск холодного двигуна, тому що основна кількість бензину подається в циліндр у рідкому стані. Такий бензин розріджує масло, змиваючи його зі стінок циліндрів, і призводить до підвищеного спрацювання деталей двигуна.

Якщо бензин має дуже низькі температури t _пк. і t _10%, то на прогрітому двигуні, особливо у спеку, в системі живлення можуть утворюватися парові пробки, які порушують подачу палива з паливного бака до бензонасоса.

Прогрів та прийомистість двигуна

Якість робочої фракції визначається головним чином температурою перегонки 50% бензину t _50%- Чим нижче ця температура, тим легше випаровуються середні фракції бензину, забезпечуючи стійку роботу двигуна на режимі холостого ходу і його добру прийомистість і навпаки при підвищенні t _50%

При підвищенні t_{50 %} знижується потужність та економічність роботи двигуна.

Робочу фракцію складають дистиляти, які википають у межах від 10% до 90% об'єму (t_10% - t_90%)- Якщо вона проходить повільно то різко знижуються економічні показники роботи двигуна, а якщо інтенсивно то навпаки підвищується нагароутворення.

Нагароутворення палива та зношування двигуна оцінюється температурою перегонки 90% (t_90%) і температурою кінця кипіння (t _пк.), по яким роблять висновок щодо інтенсивності і повноти згоряння робочої суміші. При наявності важких фракцій, бензин випаровується не повністю, що призводить до нерівномірного розподілу пальної суміші між циліндрами, розрідження масла і змиву його зі стінок циліндрів, а також до підвищення спрацювання двигуна і витрат палива.

Залишок у колбі свідчить про здатність палива до нагароутворення та підвищення зношування деталей двигуна.

Тиск насичених парів вказує на схильність бензину до випаровування при температурі 37,8°С. Чим вище цей показник, тим вища імовірність утворення парових пробок в системі живлення та втрат палива при зберіганні.

Кислотність (органічні кислоти) мають корозійну активність. Однак вона значно нижча ніж водорозчинні кислоти і луги. Тому вміст їх у паливі допускається. Підвищення кислотності негативно впливає на корозію системи живлення двигуна.

Водорозчинні кислоти і луги є дуже корозійно-активними, тому в бензинах вони не допускаються.

Концентрація фактичних смол (смоли, які знаходяться в паливі в даний час) впливає на нагароутворення.

Індукційний період вказує на наявність ненасичених вуглеводнів, які при зберіганні палива окислюються та переходять в фактичні смоли чим підвищується нагароутворення.

Масова частка сірки (сульфіди). При звичайних умовах вони не вступають в реакції, але при згорянні вони утворюють корозійно-активні гази, які в свою чергу кородують деталі двигуна та випускної системи. Реагує з маслом погіршуючи його властивості, що підвищує зношування деталей двигуна та нагароутворення.

 

1.2. Порядок проведення досліджень.

1 .2.1.Початкові дані

 

Зразок автомобільного бензину марки___________________________________

1) октанове число (дослідницький метод)________________________________

2) тиск насичених парів___________________________________________ кПа

3) індукційний період______________________________________________хв.

4) масова частка сірки______________________________________________%

5) концентрація фактичних смол____________________мг на 100 см³ бензину

1.2.3. Оцінка якості бензину з зовнішніх ознак

 

Зовнішній вигляд паливно-мастильних матеріалів є одним з головних показників їх якості. Звичайно, його оцінюють безпосередньо після відбору проби за кольором, прозорістю і візуальним контролем вмісту механічних домішок і води у нафтопродукті.

Наявність механічних домішок у нафтопродуктах визначають шляхом відстою у спеціальному відстійнику. Відстійник ємкістю 100 см³ представляє собою скляну ємкість, яка у нижній частині переходить у вузьку трубку. Трубка проградуйована до 10 см з ціною поділки 0,05 см³ (по цих діленнях визначають кількість механічних домішок, що осіли), а потім відмічені поділки 25, 50, 100 см³.

Для визначення вмісту води і механічних домішок бензин або дизельне пальне добре перемішують і швидко наливають у відстійник до рівня 100 см³. Після отримання палива протягом 25 хвилин у вертикальному положенні по цих діленнях визначають кількість осівших механічних домішок і води в процентах, які дорівнюють об'єму відстою у мілілітрах.

Механічні домішки і вода нерозчинні у паливі, тому, їх наявність можна виявити, переглядаючи зразок у посуді з прозорого скла (наприклад, скляний циліндр діаметром 40...50 мм). Чисте паливо однорідне, але якщо в зваженому стані у ньому є навіть небагато води, то увесь об'єм палива стає мутним і використовувати його в двигуні не можна.

За кольорами бензину можна визначити наявність у ньому етилової рідини, тому що етильовані бензини штучно офарблюють у червоний, синій, жовтогарячий або інший кольори. Неетильовані бензини безбарвні або мають злегка жовті кольори.

1) колір ___________________________________________________________

2) прозорість ______________________________________________________

3) наявність води __________________________________________________

4) наявність механічних домішок _____________________________________

5) наявність етилової рідини _________________________________________

 

1.2.4. Визначення фракційного складу бензину

 

Фракційний склад встановлює залежність між кількісним вмістом фракцій палива (в процентах за об'ємом) і температурою, при якій воно переганяється.

Бензини представляють собою складну суміш вуглеводнів, які мають різну випаровуваність і википають не при одній температурі, а у широкому інтервалі. Фракційний склад оцінюють по температурним межам його википання і по температурі його окремих фракцій.

Для характеристики фракційного складу в стандарті вказані: температура початку кипіння (t _пк.), а також температури, при яких переганяється 10, 50 і 90%

(t_10%, t_50%, t_90%) бензину, температура кінця його кипіння (t _к.к.), а також визначають залишок після перегонки і втрати.

Фракційний склад бензинів визначають за допомогою спеціального приладу для перегонки нафтопродуктів ЛРН, який входить у склад польової лабораторії ПЛ-2М (рис.2).

Рис. 2 — Прилад для визначення фракційного складу палива: 1 - колба, 2 - термометр, 3 - верхній кожух, 4 - прокладка,5 - відвідна трубка, 6 - нижній кожух, 7 - холодильник, 8 - трубка холодильника, 9 - приймальний мірний циліндр

 

Приймальним мірним циліндром 9 у колбу 1 заливають 100 см³ досліджуваного зразка бензину. При цьому, колбу слід тримані під нахилом, щоб бензин не потрапив у відвідну трубку колби 5. Для забезпечення рівномірного кипіння і перемішування бензину, всередину колби кладуть два-три шматочки пористої речовини (пемзи, шамоту та ін.).

У шийку колби вставляють на добре підігнаній колбі термометр 2 з про градуйованою шкалою від 0 до 360 °С так, щоб верхній кінець ртутної кульки був на рівні нижнього кінця відвідної трубки колби.

Колбу з паливом встановлюють точно вертикально на азбестову прокладку 4. Відвідну трубку 5 колби за допомогою кіркової пробки з'єднують з трубкою холодильника 8. Місця з'єднання трубок заливають колодієм. Зверху колбу закривають верхнім кожухом 3. Під нижню частину трубки холодильника ставлять мірний циліндр 9 на 100 см³, яким вимірювалося паливо. Циліндр встановлюють так, щоб трубка холодильника входила у нього не нижче позначки 100 см³ і не торкалася його стінок. Під час перегонки бензину отвір циліндра закривають ватою або фільтрувальним папером. Для охолодження використовується проточна вода, яка подається в ємність ванни через нижній патрубок, а зливається через верхній. Температура води на зливі повинна бути не вище за 30 °С. Колбу нагрівають на газовому, або електричному нагрівачі таким чином, щоб перша крапля в кінці трубки холодильника впала не раніше ніж через 5 хвилин і не пізніше ніж через 10 хвилин після початку нагрівання.

Температуру, при якій фіксують падіння першої краплі на мірний циліндр, вважають температурою початку кипіння бензину (t _п.к.). Мірний циліндр підводять до кінця трубки холодильника так, щоб дистилят стікав по стінці циліндра. Швидкість розгонки повинна бути постійною, щоб за одну хвилину переганялося 4...5 см³ бензину (20...25 крапель за 10 секунд).

Під час перегонки записують температуру через кожні 10 см³ зібраного у циліндр продукту. Кінцем кипіння вважають момент, коли у шийці колби з'являється біла пара, а температура різко падає. Кількість відігнаного об'єму дистиляту у мірному циліндрі фіксують через 5 хвилин після припинення нагрівання.

Потім колбу відокремлюють від холодильника, знімають з неї термометр і через її горловину (а не відвідну трубку) виливають залишок бензину у мірний циліндр, об'ємом 10 см³. Кількість залишку визначається з точністю до 0,1 см³ після охолодження його разом з циліндром до температури 20±3 °С. Втрати визначаються, як різниця між 100% і сумою процентів зібраного конденсату і залишку. Після чого будують графік фракційної кривої досліджуваного зразка бензину.

1) апаратура, матеріали, реактиви, застосовані при дослідженні палива

2) кількість взятого палива_____________________________________см³

3) час падіння першої краплі від початку нагріву__________________ хв.

4) температура початку кипіння _________________________________°С

5) швидкість нагріву палива після падіння першої краплі_________см³/хв.

6) температура википання фракцій:

 

Википання фракцій
Температура, °С

 

7) температура кінця кипіння__________________________________°С

8) об'єм відігнаного палива____________________________________см

9) залишок у колбі___________________см³______________________%

10) втрати__________________см³______________________________%

11) за знайденими даними побудувати графік перегонки бензину та порівняти його зі стандартним (рис. 3)

12) зробити висновок про вплив відхилень фракційного складу досліджуваного палива відносно вимог стандарту на запуск, приємність, швидкість прогріву, можливість утворення пароповітряних пробок, нагароутворення та знос двигуна:_____________________________________________________

Рис. 3. Фракційна крива перегонки автомобільного бензину

1.2.5. Смолоутворюючі властивості бензину

 

1)які смоли можуть міститися в бензині________________________________

2) які смоли називають потенційними та яким показником вони оцінюються__

3) що зветься індукційним періодом____________________________________

4) які смоли називають фактичними, як вони оцінюються по стандарту (одиниця вимірювання)____________________________________________________

5) як впливають смолісті речовини на випаровуваність, нагароутворення та знос деталей_____________________________________________________________

________

_____________________________________

 

________

 

1.2.6. Визначення ненасичених вуглеводів у бензині

 

Всі неграничні вуглеводні - дуже нестійкі сполуки, що легко вступають у реакцію з киснем. Їхню наявність перевіряють знебарвленням марганцевокислого калію (КМnО₄). Для цього в пробірку наливають невелику кількість досліджуваного палива (на око 3-4 мл), потім додають таку ж кількість водяного розчину окислювача (розчин КМnО₄ фіолетово-рожевих кольорів). Вміст пробірки перемішують і дають відстоятися. Якщо в паливі містяться неграничні вуглеводні, то кисень, що виділяється з марганцевокислого калію, вступає з ними в реакцію, і розчин знебарвлюється. Фіолетове фарбування водного шару переходить у буру або темно-жовту, може випадати осад. Чим більше в паливі міститься неграничних вуглеводнів, тим швидше інтенсивність окислювання і зменшується індукційний період. Якщо неграничних вуглеводнів ні, то фарбування шару не міняється.

 

1) лабораторне обладнання ___________________________________________

2) кількість взятого на аналіз бензину _______________________________см³

3) який окислювач і в якій кількості взято для дослідження________________

_____см³

4) чи змінився колір окислювача і як___________________________________

5) чи містяться в досліджуваному бензині ненасичені вуглеводні, який вплив роблять вони на індукційний період__________________________________________

______

______________________________________________________________

___________

6) зробіть висновок про хімічну стабільність бензину та її взаємозв'язок з експлуатаційними властивостями___________________________________________

Визначення водорозчинних кислот та луг

У зв’язку з тим, що мінеральні кислоти й луги викликають дуже сильну корозію й не допускаються в нафтопродуктах, їхню кількість не визначають, а якісною пробою перевіряють тільки наявність. Якщо вони містяться, то продукт до затосування непридатний.

У ділильну лійку на око наливають 20-30 мл досліджуваного палива, а зверху приблизно таку ж кількість гарячої дистильованої води (мінеральні кислоти й луги добре розчиняються у воді). Кілька хвилин перемішують зміст лійки й дають відстоятися нижньому водному шару. Потім у дві сухі пробірки наливають по 3-4 мл водного шару.

В одну пробірку додають 2 краплі метилоранжу, при наявності кислоти вода офарблюється в рожевий колір. В іншу пробірку додають 2 краплі фенолфталеїну; якщо є луги, то вода офарблюється в червонясто-малиновий колір.

 

1)лабораторне обладнання____________________________________________

2) кількість взятого для аналізу палива _______________________________см³

3) який розчинник взято для визначення кислот та луг_____________________

4) який індикатор взято для визначення кислот і як змінюється його колір

5) який індикатор взято для визначення луг і як змінюється його колір

6) висновок про наявність та вплив водорозчинних кислот і луг в бензині на роботу двигуна__________________________________________________________