Файл: Вариант Вопрос Парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды. Парафиновые углеводороды.docx

Работу выполнил: Козлов Сергей, студент учебной группы НТТК ЗИ 18/1

Вариант 5.

Вопрос 2. Парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды.

Парафиновые углеводороды:

Содержание парафиновых углеводородов в нефти зависит от происхождения. В нефти содержание парафинов колеблется от долей процентов до 20 % (нефти Жетыбайского месторождения), нефти Поволжья содержат 2–5 % парафина.

Из нефти выделены все алканы нормального строения, вплоть до С33Н68. С5 – C16 – жидкости, С17 и более – твердые вещества.

При осуществлении технологического процесса следует учитывать склонность их при определенных условиях к образованию ассоциатов.

Межмолекулярные взаимодействия высокомолекулярных (ВМ) алканов обусловлены водородными связями типа С-Н …С с энергией 2-4 кДж/моль и дисперсионными силами.

С понижением температуры число молекул углеводородов в парафиновом ассоциате возрастает, т.к. парафиновая цепь из зигзагообразной формы переходит в распрямленную, линейную и в этом состоянии молекулы ВМ парафинов являются склонными к межмолекулярному взаимодействию (ММВ) и образуют надмолекулярные структуры.

Температура начала образования ассоциата повышается с увеличением молекулярной массы углеводородов:

Н-пентан - -60С;

Н-гексадекан - +80С.

Число молекул углеводорода в ассоциате тем больше, чем ниже температура:

Н-гексадекан при 20С – 3 молекулы.

Н-октан при -50С – 31 молекула.

Это объясняется ослаблением теплового движения молекул углеводородов с понижением температуры и усилением энергии ММВ алканов с ростом длины цепи. Интенсивность ММВ алканов существенно ниже по сравнению с углеводородами других классов, присутствующими в нефтяных системах.

Парафиновые надмолекулярные структуры могут существовать в нефтяной системе только в области низких температур и полностью дезагрегируются при повышении температуры.

Склонность к ассоциации ВМ парафиновых углеводородов определяется:

• 
  длиной цепей;
  
• 
  наличием в них разветвлений;
  
• 
  концентрацией парафина и других ВМ углеводородов и их соотношением;
  
• 
  растворимостью парафиновых углеводородов;
  
• 
  температурой системы и др. факторами.
  

Нафтеновые углеводороды:

Нафтеновые углеводороды в нефтях присутствуют в основном в виде углеводородов гибридного строения. Структурными звеньями гибридных углеводородов, кроме 5- и 6-членных колец, являются парафиновые цепи и ароматические циклы.

---

Нафтены могут преобладать над другими классами углеводородов в нефти. Содержание их колеблется от 25 до 75 % масс. Наибольшей устойчивостью обладают 5- и 6-членные циклы: циклопентан, циклогексан, метилциклогексан, этилциклогексан. Они и преобладают в нефтяной системе. Циклоалканы могут быть бициклическими: С8-С12, это жидкости, и полициклическими: С13 и более, это твердые вещества.

В отличие от парафиновых углеводородов с тем же числом атомов углерода циклоалканы находятся в ассоциированном состоянии при более высокой температуре. Число молекул в ассоциате от 2 до 4-5 в зависимости от температуры и строения.

Ароматические углеводороды:

В большинстве случаев арены по содержанию в нефти уступают алканам и циклоалканам. Арены представлены в нефтях различными гомологическими рядами: моноциклические углеводороды ряда бензола; бициклические - ряда нафталина; три- и тетра - циклические углеводороды.

Наиболее длинные боковые парафиновые цепи имеют моноциклические ароматические углеводороды: число углеродных атомов цепи С3-С12 и это может приводить к уменьшению степени ассоциации; затем – бициклические (С2-С7); наименьшее число атомов углерода в боковых парафиновых цепях (С1-С4) при кольцах полициклических ароматических углеводородов.

Арены, особенно полициклические, имеют повышенную склонность к ММВ. Полициклические ароматические углеводороды образуют двумерную (плоскостную) структуру и склонны к ММВ и в области высоких температур с образованием ССЕ.

Вопрос 17. Изменение свойств масел: разжижение топливом, термическое разложение, окисление

При эксплуатации автомобиля под воздействием различных факторов (рис. 1) масло теряет свои первоначальные свойства, или, как принято говорить, стареет. Загрязняющие примеси (их доля достигает 0,08–0,23 %), попадающие в двигатель вместе со свежим маслом, образуются при его изготовлении и накапливаются в масле в процессе его транспортирования, хранения и непосредственно при заправке системы смазки.



Рис. 1. Вещества, загрязняющие моторное масло

Загрязнения моторного масла по характеру происхождения бывают органическими и неорганическими.

Частицы органических загрязнений (размером немногим более 2 мкм) попадают в масло из камеры сгорания двигателя (продукты неполного сгорания топлива), а также образуются при термическом разложении, окислении и полимеризации масла.

---

К неорганическим загрязнениям относятся: частицы пыли, попавшие в двигатель через систему питания (с воздухом); продукты износа деталей (размером 0,5-1 мкм); оставшиеся в двигателе после его изготовления технологические загрязнения (стружка, абразив); продукты срабатывания зольных присадок в маслах; вода, соединения серы и свинца, проникающие в масло из камеры сгорания двигателя.

Кроме того, при старении масла окисляются его углеводороды, срабатываются присадки и др.

При старении масел изменяются практически все их физико-химические и эксплуатационные свойства: вязкость, температура вспышки, коксуемость, содержание воды, щелочное и кислотное числа, содержание нерастворимого осадка и продуктов изнашивания.

Вязкость масла в процессе работы двигателя может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Увеличивается она в результате испарения легких фракций масла, накопления в нем продуктов неполного сгорания топлива в виде сажи, окисления углеводородов масла, уменьшается — при попадании в масло топлива, а также в результате разрушения полимерной присадки в загущенных маслах.

При нормальной работе двигателя и использовании обычного минерального (незагущенного) масла в связи с накоплением в нем продуктов окисления и полимеризации, попаданием продуктов износа и сгорания топлива вязкость масла, как правило, увеличивается. Интенсивность повышения вязкости масла зависит от температуры в зонах окисления, качества топлива (содержания в нем серы), совершенства процесса сгорания, эффективности фильтрации масла и попадания в него охлаждающей жидкости. Значительное увеличение вязкости масла нежелательно, так как при этом уменьшается его поступление к парам трения и снижается эффективность фильтрации, а также ухудшаются пусковые свойства двигателя. Вязкость моторных масел оценивают с помощью вискозиметра типа «Флостик», вискозиметра СЭВ-1, двухкапиллярного вискозиметра и др.

При неполном сгорании топливно-воздушной смеси или вследствие утечек из системы питания в масло может попадать топливо, в результате чего вязкость масла заметно снижается. Кроме того, под воздействием легких фракций топлива масло окисляется значительно быстрее, образующиеся при этом органические кислоты и отложения значительно ухудшают его качество. В результате возможно повреждение подшипников, на деталях двигателя интенсивнее образуются нагар и лаковые отложения.

---

Степень разжижения масла топливом и наличие в масле легких топливных фракций определяют по температуре вспышки масла в открытом тигле и с помощью ловушки. Современные масла при производстве имеют температуру вспышки, превышающую 200 °С. Снижение температуры вспышки масла до 175 °С и ниже обычно указывает на присутствие в нем топлива.

Коксуемость масла повышается по мере его работы в результате накопления в нем продуктов окисления и неполного сгорания топлива.

Содержание воды в масле ухудшает его эксплуатационные свойства: повышает коррозионность, снижает смазывающие свойства. При этом возрастают водородный износ деталей, коррозия вкладышей подшипников скольжения и других деталей из цветных металлов и сплавов при высоких температурах. Вода может попадать в масло вместе с прорывающимися газами из камер сгорания; из системы охлаждения двигателя через негерметичные уплотнения; в результате конденсации влаги при резком понижении температуры, в частности, при охлаждении двигателя после работы; вследствие заливки в двигатель масла, по каким-либо причинам уже содержащего воду.

Для нейтрализации вредного воздействия воды следует содержать системы охлаждения и вентиляции картера двигателя в исправном состоянии, сокращать время прогрева двигателя до рабочей температуры, соблюдать оптимальный тепловой режим двигателя.

Содержание воды в масле оценивают по характеру горения фильтровальной бумаги, пропитанной проверяемым маслом; при опускании в масло металлической пластины или стержня (масляного щупа); с помощью сульфата магния, а также гидрида кальция.

Щелочное число масла снижается при уменьшении концентрации моющих присадок. При этом в масле накапливаются кислые продукты, что повышает коррозионный износ деталей.

Основной функцией щелочных присадок масла является нейтрализация кислот и защита от коррозии.

Детергентно-диспергирующие свойства и загрязнение масла оценивают методом капельной пробы и методом определения объема выделившегося осадка под действием растворителя селективного характера.

Кислотное число увеличивается при ускоренной степени окисления масла и разложении присадок.

Содержание нерастворимого осадка в количественном выражении определяет интенсивность поступления в масло продуктов неполного сгорания топлива, частиц износа, пыли, срабатывания присадок.

---

Содержание продуктов изнашивания определяют методами нейтральной активации, спектрального анализа или радиоактивных изотопов.

Старение масел при работе двигателей представляет собой сложный процесс. В процессе старения масла наблюдаются изменения концентрации, строения и эффективности присадок. Это происходит в результате разложения, взаимодействия с продуктами сгорания топлива и окисления масла, фильтрующими элементами и деталями автомобиля.

Повышенная температура и кислород воздуха, с которым контактирует масло, вызывают окисления и окислительную полимеризацию его молекул. Такие продукты окисления углеводородов, как смолы, органические кислоты, присутствующие в масле в растворенном состоянии, способствуют увеличению вязкости и кислотного числа, а асфальтеновые соединения, вызывающие образование лаковых отложений, — залеганию и пригоранию поршневых колец. Мелкая устойчивая механическая смесь продуктов окисления приводит к образованию нагара и шлама. Продукты глубокой окислительной полимеризации, отличающиеся в зонах высокой температуры и поступающие обратно в картер, как и другие выпавшие отложения, продолжают оказывать негативное влияние на масло.

Таким образом, в картере работающего двигателя формируется сложная смесь исходного масла с самыми разнообразными продуктами его старения, от которых полностью очистить масло фильтрацией не удается.

Отложения, образующиеся в двигателе в результате превращения углеводородов, делятся на нагары, лаки и осадки.

Нагары — твердые углеродистые вещества, откладывающиеся на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах, днище поршня и на верхнем пояске боковой поверхности поршня.

Химический состав нагара зависит как от качества масла и топлива, так и от режима работы двигателя, запыленности воздуха, наличия присадок и др. Основную часть нагара составляют карбены и карбоиды (50-70 %), смолы и масла (15-40 %), асфальтены и оксикислоты (3-6 %), зола (1-10 %).

Количество образующегося нагара зависит от качества масла и его расхода, а также от качества применяемого топлива. Толщина слоя нагара зависит от теплового режима работы двигателя: чем ниже температура стенок камеры сгорания, тем больший слой нагара на них образуется. Летом нагара образуется меньше, чем зимой.

Обильный нагар ухудшает охлаждение камеры сгорания и уменьшает ее объем, в результате чего увеличивается степень сжатия, возникает детонация (характерный металлический стук), снижается мощность двигателя. Возможно разрушение деталей из-за преждевременного воспламенения смеси от раскаленных частиц нагара, абразивный износ зеркала цилиндра частицами нагара, а также загрязнение моторного масла.

---