Теория и практика рационального применения топлив и смазочных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Контрольная работа

по дисциплине: «Нефтяное товароведение»

Тема: Теория и практика рационального применения топлив и смазочных материалов.

Современное состояние и перспективы развития технологии промышленного производства нефтяных масел и пластичных смазок с целью повышения их качества и рационального использования в технике.

Пермь 2009

Содержание

1. Теория и практика рационального применения топлив и смазочных материалов

2. Современное состояние и перспективы развития технологии промышленного производства нефтяных масел и пластичных смазок с целью повышения их качества и рационального использования в технике

Список использованной литературы

1. Теория и практика рационального применения топлив и смазочных материалов

Топлива - это вещества, которые при сжигании выделяют значительное количество теплоты и используются как источники получения энергии. Большинство этих веществ - разлагают углеродистые вещества от почти чистого С до сложных органических соединений. Некоторые виды топлив не содержат С (например водородная энергетика, ракетные топлива).

Топлива подразделяют:

· по агрегатному состоянию - на твердые, жидкие и газообразные;

· по происхождению - на природные (например, антрацит, бурые угли, газы природные горючие, горючие сланцы, древесина, каменные угли, нефть, торф, растительные отходы) и искусственные (например, кокс каменноугольный, коксовый газ, моторные топлива, синтетическое жидкое топливо), получаемые в результате переработки природных топлив (например, газификация твердых топлив, газы нефтепереработки, гидролизные производства, коксование, каталитический крекинг, пиролиз нефтяного сырья); топливо промышленный нефтяной

· по назначению - на моторные (например, авиакеросин, бензины, дизельные топлива, реактивные топлива), котельные топлива и др.

С целью сокращения потребления нефти применяют топлива называемые альтернативным топливом. Свойства топлива в значительной степени определяются их химическим составом. Главные составляющие: С, H и примеси соединений, содержащих S, N, О, металлы и др. Основная характеристика практической ценности топлива - теплота сгорания (например, для горючих сланцев - 14,1 - 16,6; бензинов - 43,5 - 45,0; водорода - 120 МДж/кг). Важное значение имеют экологические характеристики топлива и продуктов их сгорания. Ежегодные выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива достигают громадных количеств. При этом более 50% выбросов СО, оксидов азота и углеводородов - результат использования моторных топлив (см. таблицу 1). Токсичность отработавших газов, как правило, уменьшается при применении альтернативных топлив.

Таблица 1. Количества вредных веществ, образующихся при сгорании моторных топлив, Т/Т:

К началу XXI века использование альтернативных моторных топлив может достигнуть 5-7% от их общего производства; наиболее перспективны природные и сжиженный нефтяной (попутный) газы, метанол, метил-трет-бутиловый эфир, синтетическое топливо из угля и тяжелых нефтей. Используются и разрабатываются также различные методы улавливания вредных веществ из продуктов сгорания. Моторные топлива, смеси жидких углеводородов с не углеводородными примесями, компонентами различного происхождения и присадками, используемые в качестве топлив для двигателей. Моторные топлива получают главным образом путем переработки нефти, природных и попутных газов. В зависимости от типа двигателей моторные топлива подразделяют на несколько групп:

Таблица 2:

В двигателях с принудительным воспламенением испарение топлива и образование топливно-воздушной смеси происходит при относительно невысоких температурах, поэтому в таких двигателях применяют легкоиспаряющиеся бензиновые фракции углеводородов, выкипающие в пределах 40-200°С. Бензины приготовляют смешением различных компонентов: бензинов каталитического крекинга и риформинга, и др. В качестве присадок используют антидетонаторы; антиокислители; деактиваторы металлов; соединения с моющими и антиобледенительными свойствами (спирты, эфиры).

В быстроходных двигателях с воспламенением от сжатия применяют фракции углеводородов, выкипающие в пределах 180-360°С; в утяжеленных топливах конец кипения 380-400°С. Дизельные топлива получают прямой перегонкой нефтей с последующей гидроочисткой. В качестве компонента используют легкий газойль каталитического крекинга. Для улучшения эксплуатационных свойств товарных топлив в них могут добавлять присадки, повышающие метановое число, антиокислители, ПАВ с защитными свойствами, биоцидные, антидымные, снижающие температуру застывания. Тихоходные дизели менее требовательны к качеству топлива и в них применяют тяжелые дистиллятные, а иногда и смеси с остаточными нефтяными фракциями.

Для воздушно - реактивных двигателей наиболее пригодны по эксплуатационным свойствам керосиновые фракции с пределами выкипания 140-280°С. Такие топлива получают обычно прямой перегонкой нефти с применением гидроочистки и добавлением присадок, в том числе антиокислителей, противоизносных, антисептических, биоцидных и антиводокристаллизую-щих. Для газовых турбин и котельных установок используют тяжелые дистиллятные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов ее переработки, а также тяжелые нефтяные остатки.

В последние годы все шире применяют моторные топлива, вырабатываемые из ненефтяного сырья - альтернативные топлива.

Альтернативные топлива, получают в основном из сырья ненефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, работающих на нефтяном топливе. Основные виды альтернативного топлива: сжиженные и компримированные горючие газы; спирты, продукты их переработки и смеси с бензином; топливные смеси; искусственное жидкое топливо; водород.

Сжиженные и компримированные горючие газы - углеводородные газы С₃ и С₄, а также метан, используемый в чистом виде и в составе природного газа или продукта газификации твердых топлив. Основные достоинства - высокая теплота сгорания, экология, безвредность продуктов сгорания; недостаток-необходимость применения специального оборудования для сжижения, сжатия, хранения, распределения и транспортирования. Используются как промышленное топливо и наряду со сжиженным и сжатым природным газом как топливо для коммунально-бытовых целей.

Спирты, продукты их переработки и спиртобензиновые смеси. Наиболее перспективны низшие алифатические спирты - этанол и особенно метанол, которые благодаря высоким октановым числам и небольшому загрязнению атмосферы выхлопными газами могут использоваться как автомобильное топливо непосредственно или в смесях с бензином. Достоинство этанола - доступность сырьевых ресурсов, метанола - горит при более низкой температуре, чем бензин; недостатки метанола - низкая теплота сгорания (примерно вдвое меньше, чем у бензина), высокая токсичность.

Топливные смеси. Начато использование водно-топливных эмульсий (80-85% дизельного топлива, остальное-вода) для транспортных дизельных двигателей, а также метанольно-угольных, углемасляных, водно-угольных, водно-углемазутных и других смесей вместо жидкого котельного топлива (мазута) или угля (например, на тепловых электростанциях либо на речном транспорте). Указанные смеси легко воспламеняются, имеют высокую теплоту сгорания, хорошо перекачиваются по трубопроводам и легко распыляются топочными форсунками. Стабильность их при хранении и транспортировавши, обеспечивается введением ПАВ. Масштабы применения топливных смесей определяются разницей в ценах на мазут и уголь.

Искусственное жидкое топливо. Получают переработкой твердых горючих ископаемых - угля, сланцев, торфа, а также газификацией их с последующим синтезом из СО и Н₂. Кроме того, сырьем для производства искусственного жидкого топлива могут служить различные битуминозные породы.

Смазочные материалы, вещества, обладающие смазочным действием. Смазочные материалы применяют для смазки трущихся деталей машин и приборов, а также при обработке металлов резанием и давлением, для предохранения металлических поверхностей от коррозии и других целей.

Смазочные материалы классифицируются, в первую очередь, по физическому состоянию. Существуют:

· газообразные смазочные материалы;

· жидкие смазочные материалы;

· консистентные смазочные материалы;

· твердые смазочные материалы.

Газообразные смазочные материалы не имеют никакого значения. Расходы на разработку газообразного или воздушного смазочного материала очень высоки.

В зависимости от нагрузки они выполняют следующие задачи:

· отвод тепла;

· защита поверхностей;

· пропускание тока;

· удерживание от попадания инородных веществ;

· отвод частиц, вызывающих износ.

Выполняя эти задачи, различные смазочные материалы ведут себя неодинаково.

Жидкие смазочные материалы. Эти материалы могут выполнять следующие задачи:

· отвод тепла;

· защита поверхностей;

· пропускание тока;

· отвод частиц, вызывающих износ.

К жидким смазочным материалам относятся:

· жирные масла;

· минеральные масла;

· синтетические масла.

Жирные масла не очень подходят для смазки. Хотя они и обладают хорошим смазывающим эффектом, они неустойчивы к низким температурам и чувствительны к окислителям. В технических областях бесспорными лидерами являются минеральные масла. В наше время все большее значение приобретают синтетические масла.

Их преимущества:

· повышенная устойчивость к окислению;

· устойчивость к низким и высоким температурам;

· долговременная смазка, смазка на весь срок службы изделия.

Антикоррозийные материалы и разделительные агенты представляют собой специальные продукты, одной из задач которых является также и смазка.

Консистентные смазочные материалы. Эти материалы выполняют следующие задачи:

· защита поверхностей;

· пропускание тока удерживание от попадания инородных веществ.

К консистентным смазочным материалам относятся:

· пластичные смазки;

· смазочные пасты;

· смазывающие воски.

Смазывающие воски имеют высокомолекулярную углеводородную основу. Предпочтительными областями их применения являются граничная и парциальная смазка при низких скоростях.

Пластичные смазки изготавливаются на основе смазочных масел и имеют консистентную структуру благодаря загустителю. Их можно применять как при эластогидродинамической смазке, так и при граничной смазке и парциальной смазке деталей.

Смазочные пасты отличаются высоким содержанием твердых смазочных веществ. Они применяются при граничной и парциальной смазке деталей для подвижной, переходной или прессовой посадки.

Консистентные смазочные материалы применяются тогда, когда из-за недостаточного уплотнения зазора смазка не должна вытекать и/или когда смазка должна быть устойчивой к жидкостям. В наши дни эти материалы имеют огромное значение, так как при их минимальном расходе обеспечивается максимальный срок службы деталей и оборудования.

Твердые смазочные материалы. Эти материалы могут выполнять следующие задачи:

· защита поверхностей.

К твердым смазочным материалам относятся:

· материалы для трубосистем;

· лаки для смазки.

Помимо этого к ним относятся порошковые полимеры или металлические материалы, а также минералы, например медь, графит или дисульфид молибдена. Для применения в качестве порошков они подходят плохо. Поэтому их используют в качестве присадок, которые обеспечивают защиту, как от трения, так и от износа.

Твердые смазочные материалы применяются, как правило, для сухой смазки. В результате получается граничная смазка, которая при включении жидких или консистентных смазок в материалы для трибосистем может использоваться для парциальной смазки.

Твердые смазочные материалы применяются преимущественно в тех случаях, когда из-за функциональных особенностей или загрязнения жидкие или консистентные смазки не являются идеальным решением проблемы, а для ее решения достаточно свойств твердых смазочных материалов.

Смазочные масла по назначению подразделяют на:

· моторные;

· трансмиссионные;

· пластичные смазки;

· смазочно-охлаждающие жидкости и другие.

Моторные масла работают в очень тяжелых условиях, непрерывно подвергаясь при значительных перепадах температур механическим нагрузкам, контактируя с продуктами сгорания топлива и кислородом воздуха.

Моторное масло - это важный элемент конструкции двигателя. Оно может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и свойств масла - одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей.

Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, главные из которых перечислены ниже:

· высокие моющая, диспергирующе-стабилизирующая пептизирующая и солюбилизирующая способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающие чистоту деталей двигателя;

· высокие термическая и термоокислительная стабильности позволяют использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев масла в картере, увеличивать срок замены;

· достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива;

· отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя, как в процессе работы, так и при длительных перерывах;

· стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств;

· пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды;

· совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;

· высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях;

· малая вспениваемость при высокой и низкой температурах;

· малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).

Трансмиссионные масла и пластичные смазки работают в среде с относительно постоянными температурами, давлением и нагрузками, поэтому они заметно дольше моторных масел не теряют нужных свойств. Любое современное масло состоит из масляной основы - "базы", определяющей его основные вязкостно-температурные характеристики, и "пакета присадок", при помощи которых базовому маслу придаются некоторые новые или улучшаются уже имеющиеся свойства, например моющие, антикоррозийные, противозадирные, антиокислительные и прочие. На протяжении уже более ста лет во всем мире, в качестве базовых масел используются минеральные масла. Моторные и трансмиссионные масла на минеральной основе до сих пор занимают несоизмеримо большую долю рынка, по сравнению с синтетическими продуктами. Основное назначение пластичных смазок - уменьшение износа поверхностей трения для продления срока службы деталей машин и механизмов. Наряду с этим смазки выполняют другие функции. В отдельных случаях они не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, предотвращая задир, заедание и заклинивание поверхностей трения. Смазки препятствуют проникновению к поверхностям трения агрессивных жидкостей, газов и паров, а также абразивных частиц (пыли, грязи и т.п.). Почти все смазки выполняют защитные функции, предотвращая коррозию металлических поверхностей. Благодаря антифрикционным свойствам смазки существенно уменьшают энергетические «затраты» на трение, что позволяет снизить потери мощности машин и механизмов. Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОЖ) являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки материалов резанием и давлением. Точение, фрезерование, сверление, шлифование и другие процессы обработки резанием стали, чугунов, цветных металлов и сплавов, неметаллических конструкционных материалов, штамповка и прокатка металлов характеризуется большими статическими и динамическими нагрузками, высокими температурами, воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование. В этих условиях основное назначение СОЖ - уменьшить температуру, силовые параметры обработки и износ режущего инструмента, штампов и валков, обеспечить удовлетворительное качество обработанной поверхности. Помимо этого СОЖ должны отвечать гигиеническим, экологическим и другим требованиям, обладать комплексом антикоррозионных, моющих, антимикробных и других эксплутационных свойств.

2. Современное состояние и перспективы развития технологии промышленного производства нефтяных масел и пластичных смазок с целью повышения их качества и рационального использования в технике

Нефтяные масла - это смеси высокомолекулярных углеводородов, изготовляемые из нефти и используемые, как правило, в качестве смазочных материалов. Нефтяные масла применяются также как гидравлические и смазочно-охлаждающие жидкости, электроизоляционные среды, поверхностно-активные вещества, компоненты пластичных смазок, лекарственных препаратов и др.

Есть две основные системы классификации нефтяных масел:

· по способу их производства;

· по сферам использования.

По способу производства нефтяные масла делятся на дистиллятные, получаемые вакуумной перегонкой мазутов; остаточные, получаемые из деасфальтизированных масляных гудронов, и компаундированные - подобранные по вязкости и другим показателям смеси дистиллятных и остаточных масел.

Процессы производства, к которым относят вакуумную перегонку, деасфальтизацию, селективную очистку, депарафинизацию, контактную или гидродоочистку, обеспечивают достаточно полное извлечение масляных фракций из нефти, их очистку и требуемые физико-химические свойства; при этом качество масел зависит от химического состава и свойств исходной нефти. Перспективные, каталитические процессы получения масел (гидрокрекинг, гидроизомеризация, алкилирование, полимеризация и другие) позволяют получать масла заданных химического состава и свойств, с более высоким выходом из перерабатываемого сырья.

По областям применения нефтяные масла распределяются на моторные масла, реактивные масла, трансмиссионные масла, индустриальные масла, цилиндровые масла (для паровых машин), электроизоляционные масла, технологические масла и так называемые белые масла, используемые в медицине и парфюмерии. Первые 5 из перечисленных групп относятся к смазочным маслам, остальные - к несмазочным маслам.

Для каждого вида масел выработан и строго нормируется стандартами перечень физико-химических свойств, зависящий от условий использования. Существует, однако, ряд характеристик, относящихся практически ко всем маслам. Это, прежде всего вязкость (или внутреннее трение), измеряемая обычно при температурах 50 и 100 °С. Для масел, используемых в арктических условиях («северные масла»), вязкость определяется также и при отрицательных температурах, -40°С и ниже; важным показателем для них является так называемый индекс вязкости, характеризующий температурную зависимость вязкости. Температура застывания масел может быть от 17 °С у тяжёлых цилиндровых до минус 45-60 °С у некоторых моторных и индустриальных. Эту характеристику следует учитывать при выборе условий транспортировки, хранения и использования смазочных продуктов. Допустимый высокотемпературный предел использования масел косвенно характеризуется температурой вспышки. Важный показатель для нефтяных масел - фракционный состав, однако для подавляющего большинства нефтяных масел, в том числе моторных, он техническими стандартами не нормируется. Основным показателем электроизоляционных масел являются высокие диэлектрические свойства, характеризуемые, прежде всего тангенсом угла диэлектрических потерь.

Большинство масел должно обладать также малой зольностью, высокой стойкостью к окислению. Эти показатели связаны с противоизносными, антинагарными и коррозионными свойствами масел.

Пластичные смазки. В автомобиле имеется довольно много деталей и сочленений, которые не удается смазать жидким маслом; либо к ним невозможно или сложно подвести масляную магистраль, либо жидкость не держится в узлах - а к каждому агрегату картер не пристроишь. Например, ступицы колес, карданные шарниры, рессоры, водяные насосы и т. д. Для смазывания подобных узлов применяют густые мазеобразные субстанции; раньше их называли тавотами, потом - консистентными смазками, а теперь принято называть пластичными.

Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами (например, графитами). Смазка при невысокой температуре и отсутствии нагрузки сохраняет форму, приданную ей ранее, а при нагреве и под нагрузкой начинает слабо течь - настолько слабо, что зоны трения не покидает и через уплотнения не просачивается.

Основные функции пластичных смазок не отличаются от тех, что возлагаются на жидкие масла. Все то же самое: снижение износа, предотвращение задиров, защита от коррозии и т. д. Специфика лишь в области применения: - пригодность для смазывания сильно изношенных пар трения; - возможность использования в негерметизированных и даже в открытых узлах; - способность прочно держаться на смазываемых поверхностях; - очень длительные сроки эксплуатации и хранения.

Пластичные смазки получают добавлением в минеральную или синтетическую масляную основу различных загустителей, под действием которых масло становится малоподвижным.

В качестве загустителей используют углеводороды (парафин, церезин, петролатум), металлсодержащие мыла (кальциевые, натриевые, алюминиевые, литиевые), неорганические соединения (глины, силикагели) и продукты переработки мочевины.

В зависимости от класса смазки содержание загустителя в ней может составлять от 5 до 30% ее массы. Именно его типом и количеством определяются эксплуатационные свойства смазки, поэтому в ее названии, как правило, он присутствует: литиевая смазка, кальциевая и другие.

Чтобы «подстраховать» работу смазки в запредельном тепловом и нагрузочном режиме, иногда в нее вводят твердые добавки - как правило, графит и дисульфид молибдена.

Заканчивается процесс изготовления добавлением в смазку различных присадок (по назначению аналогичных масляным), особое место, среди которых занимают присадки адгезионные, то есть клейкие - они усиливают действие загустителя и повышают способность смазки держаться на металле.

Из всех показателей качества смазок мы укажем лишь два - температуру каплепадения и уровень «пенетрации», - поскольку они являются выходными параметрами для оценки смазки.

Температура каплепадения показывает, до каких пределов можно нагреть смазку, чтобы она не превратилась в жидкость и, следовательно, не потеряла своих свойств. Измеряют ее очень просто: кусочек смазки определенной массы нагревают равномерно со всех сторон, плавно повышая температуру до тех пор, пока с него не упадет первая капля. Температура каплепадения смазки должна быть на 10-20^oC выше максимальной температуры нагрева узла, в котором она используется.

Не очень благозвучный термин «пенетрация» - по-русски «проникновение» - своим появлением обязан методу измерения: при 25^oС на поверхность смазки кладут стандартный металлический конус и определяют глубину его погружения (в миллиметрах). Чем глубже проникает конус, тем легче смазка будет выдавливаться из зоны трения.

Ассортимент пластичных смазок довольно широк. По назначению их делят на 4 группы - антифрикционные, консервационные, канатные и уплотнительные, - однако это деление весьма условно. Большинство антифрикционных можно использовать для консервации, а, например, многие уплотнительные - в качестве антифрикционных.

Основными типами антифрикционных смазок являются кальциевые, натриевые и литиевые.

Наиболее дешевы кальциевые смазки, полученные загущением индустриальных минеральных масел кальциевыми мылами жирных кислот - солидолы. Когда-то они были настолько общеупотребительными, что слово «солидол» стало обиходным обозначением пластичной смазки вообще, хотя это и не совсем корректно. Солидолы не растворяются в воде и обладают очень высокими противоизносными свойствами. Однако нормально функционируют лишь в узлах с рабочей температурой до 50-65^oС, что очень ограничивает их применение в современных автомобилях.

Натриевые смазки, консталины, получают загущением минеральных масел натриевыми мылами касторового масла. Они довольно тугоплавки и легко растворяются в воде. Хорошо работают при температурах от -10 до +120^oС.

Наиболее универсальны литолы - смазки, полученные загущением нефтяных и синтетических масел литиевыми мылами. Они имеют очень высокую температуру каплепадения (около +200^oС), исключительно влагостойки и работоспособны практически в любых нагрузочных и тепловых режимах, что позволяет использовать их практически везде, где требуется пластичная смазка.

Список использованной литературы

1. Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология: Учебник для вузов. по спец. «Химическая технология переработки нефти и газа». М -.: Химия, 1986. - 368 с.

2. Попок К.К., Рагозин Н.А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. М.: Химия, 1975. - 414 с.

3. Топлива смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник/И.Г.Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов и др.; под. ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Изд. Центр « Техинформ», 1999. - 596 с.

4. Фукс И.Г. Пластинные смазки. - М.: Химия, 1972.

Размещено на Allbest.ru