Фракционный состав бензина

Учебно-справочное пособие

 

Астрахань

Автомобильные и авиационные бензины: Учебно-справочное пособие / Рябухин Ю.И. – Астрахань: Астраханский государственный технический университет, 2012. – 33 с.

 

 

Предназначено для студентов, изучающих дисциплины "Химмотология углеводородных топлив и масел".

 

 

Ил.: 11, табл. 3.

 

 

© Рябухин Ю.И., 2012

Историческая справка

 

История бензина началась со времени освоения простейшего способа переработки нефти в полезные продукты, когда талантливые русские мастеровые – самоучки крепостные братья Василий, Герасим и Макар Дубинины в 1823 г в Моздоке (Северная Осетия) построили нефтеперегонную установку, на которой из грозненской нефти стали впервые в мире получать первый целевой продукт – керосин (рис. 1).

 

 

Рис. 1.Нефтеперегонная установ­ка братьев Дубининых

 

В виде отхода была получена огнеопасная, летучая бесцветная жидкость – бензин*, вызывавшая в то время одни неприятности. Использовать бензин для освещения было невозможно, а другого применения ему не находили. Избавляясь от бензина, его сжигали в ямах или вывозили далеко в Каспий и там выливали. За лучший способ уничтожения бензина заводчики предлагали премию.

Такое отношение к бензину продолжалось долго. Лишь в конце XIX века его понемногу стали использовать для разных целей, о чем можно судить по статье, напечатанной в газете «Нефтяное дело» в 1899 г.: «… Россия – производительница бензина, но этот продукт за границей использован гораздо лучше. Там он потребляется в больших количествах для экстракции жира из костей, на маслоочистных фабриках, в горном деле, для мытья шерсти, но особенно обширно применение бензина в химических прачечных. Ценность бензина в индустрии зиждется на его

 

__________________________

* Бензин (по франц. benzene, от арабского любан джави) – яванское благовоние.

незаменимом свойстве растворять жиры и смолы и обусловливающей удобства работы с ним лёгкой испаряемости».

Однако не это решало судьбу бензина. Даже в начале XX века бензин всё ещё считался бесполезной жидкостью. Выдающийся русский химик В.В. Марковников, посвятивший 30 лет жизни изучению нефтей, в 1902 г. писал: «Лёгкие углеводороды - петролейный эфир, бензин и легроин – и теперь уже получают в значительных количествах на грозненских заводах и не находят применения».

Около 70 тыс. т бензина умышленно было уничтожено в 1902 г.

Появление карбюраторного двигателя внутреннего сгорания и начавшееся развитие автомобильного транспорта положили предел подобному уничтожению бензина. С этого времени история бензина оказалась неразрывно связанной с историей двигателей, работающих на бензине.

Бензин представляет собой исключительно ценный продукт, занимающий важное место среди других видов жидких топлив. На бензине работает огромное количество двигателей внутреннего сгорания, приводящих в движение множество разнообразных машин и механизмов. Сотни миллионов автомобилей, тягачей и мотоциклов, сотни тысяч самолётов и речных судов используют энергию, заключённую в бензине.

Основным источником бензина является нефть. Бензин получают также из нефтяных газов, каменного и бурого углей, горючих сланцев и каменноугольнойсмолы.

Можно получать бензин и синтезом из оксида углерода(I) и водорода (оксосинтезом):

 

nCO + (2n +1)H₂ → C_nH_2n+2 + H₂O.

По процессам получения бензины делятся на бензины прямой перегонки (или гонки), термического и каталитического крекинга, риформинга, синтетические и газовые.

По использованию бензины подразделяются на автомобильные и авиационные, а также бензины-растворители, которые находят применение в различных отраслях промышленности. Например, бензин с прозаическим названием «Галоша» применяют в резиновой промышленности для изготовления клея; экстракционный бензин используется в пищевой и фармацевтической промышленности для извлечения растительных масел из семян и жмыхов, никотина - из табака, жира - с костей; бензин с названием "уайт-спирит" применяется для изготовления лаков и красок.

Среди всех сортов на 1-ом месте по значению и по количеству находятся автомобильные бензины.

Надёжность работы, экономичность и срок службы двигателя, установленного на самолёте или на автомобиле, в большой степени зависят от качества бензина, от того, насколько правильно подобран его сорт для данного двигателя, и от того, насколько учтены все условия применения бензина.

Чтобы разобраться в различных сортах и правильно применять бензин, умело обращаться с ним, не подвергая опасности ни себя, ни окружающих, необходимо многое знать о свойствах бензина.

Прежде всего, необходимо уметь пользоваться ГОСТами, в которых требования к качеству выражены в определённых показателях, характеризующих пригодность бензина к употреблению по назначению. Нужно знать, что означают эти показатели и о каких свойствах бензина можно по ним судить.

Использование легко испаряющихся и хорошо перемешиваемых с воздухом при обычных условиях бензиновых фракций в качестве топлива вызвало необходимость применения в двигателях внешнего смесеобразования и принудительного воспламенения горючей смеси.

 

Испаряемость бензина

 

Одним из важнейших свойств, характеризующих способность бензина переходить из жидкого состояния в газообразное, является испаряемость. От испаряемости бензина зависят пуск и приёмистость двигателя, перебои в его работе, вызываемые образованием паровых пробок и обледенением карбюратора, надёжность работы двигателя в различных эксплуатационных условиях, расход бензина, его потери при транспортировке, хранении и перекачке, износ трущихся деталей двига­теля.

Об испаряемости бензина судят по двум показателям – по фракционному составу и по давлению насыщенных паров.

Фракционный состав бензина

 

Сущность определения фракционного состава заключается в следующем. В стандартной стеклянной колбе нагревают 100 мл бензина, пар которого из колбы через отводную трубку попадает в холодильник, где конденсируется и стекает в приёмник (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Прибор для фракционной разгонки топлива

 

Во время опыта отмечают, сколько при той или иной температуре перегналось топлива из колбы в приёмник. Этим способом топливо разделяют на части, или фракции, выкипающие при разных, присущих им температурах.

Фракционный состав бензина оценивают по следующим показателям: температуре начала перегонки (кипения), температуре перегонки 10, 50, 90, 96, 97,5 и 98 % объёма, температуре конца перегонки (кипения), остатку в колбе.

Эти показатели в той или иной мере характеризуют поведение бензина в двигателе, причём наиболее главными из них являются температуры перегонки 10, 50 и 90 % бензина.

Температура перегонки 10 % бензина характеризует его пусковые свойства, склонность к образованию паровых пробок в системе питания двигателя и льда в карбюраторе. Чем ниже температура перегонки 10 % бензина, тем лучше его пусковые свойства, но тем больше опасность появления паровых пробок в системе питания и обледенения карбюратора.

Температура перегонки 50 % бензина характеризует его среднюю испаряемость, влияющую на приёмистость, прогрев, устойчивость работы двигателя и на обледенение карбюратора. Чем ниже температура перегонки 50 % бензина, тем выше его испаряемость, лучше приемистость и устойчивость работы двигателя на этом бензине, но тем больше опасность обледенения карбюратора.

Температура перегонки 90 % бензина характеризует наличие в бензине тяжёлых, трудно испаряющихся фракций. С повышением температуры перегонки 90 % бензина увеличивается и расход бензина. Поскольку тяжёлые фракции не успевают испариться и сгореть, много бензина проникает в картер, смывая масло со стенок цилиндра и разжижая его, что ведёт к износу деталей и повышенному расходу масла.

 

Наиболее характерны температуры перегонки 10, 50 и 90 % бензина, а также температуры начала и конца его перегонки.

Температуры начала перегонки и перегонки 10 % бензина, наряду с давлением насыщенных паров, характеризуют содержание углеводородов, кипящих при низкой температуре. Эти углеводороды определяют возможность получения горючей смеси, обеспечивающей пуск двигателя при низкой температуре окружающей среды. Бензины с низкими температурами начала перегонки и перегонки 10 % топлива и с большими давлениями насыщенных паров обладают лучшими пусковыми качествами.

Температура перегонки 50 % бензина характеризует содержание углеводородов, определяющих равномерное количественное и качественное распределение горючей смеси по цилиндрам двигателя. При работе двигателя на бензине с низкой температурой перегонки 50 % требуется меньше времени на прогрев двигателя, достигается более равномерное распределение нагрузки по цилиндрам и улучшаются динамические свойства двигателя.

Температуры перегонки 90 % и конца кипения бензина характеризуют допустимое содержание в бензине углеводородов, кипящих при высокой температуре. Эти углеводороды могут полностью не испариться к концу зарядки цилиндра. Чем выше температура, тем больше в цилиндр попадает бензина в жидкой фазе, часть которого проникает через замки поршневых колец в картер, создавая в местах протекания условия для повышенного износа цилиндра и поршня и снижая вязкость смазочного масла. Оставшийся в цилиндре неиспарившийся бензин сгорает не полностью, вследствие чего увеличиваются его удельный расход, дымность и токсичность отработавших газов, а также отложения нагара в камере сгорания.