Реферат классификация смазочных материалов

Обновлено: 30.06.2024

Различают нефтяные (минеральные) и синтетические смазочные масла, используемые в качестве, смазочных материалов. Нефтяные масла представляют собой жидкие смеси высококипящих углеводородов
(tкип. 300-600 °С). Получают дистилляцией нефти или удалением нежелательных компонентов из гудронов. На основе нефтяных масел получают пластичные и технологические смазки, смазочно-охлаждающие и гидравлические жидкости и пр.

Вложенные файлы: 1 файл

Васильев В. Смазочные масла.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Реферат на тему:

Выполнил: студент ТНТ-09

(tкип. 300-600 °С). Получают дистилляцией нефти или удалением нежелательных компонентов из гудронов. На основе нефтяных масел получают пластичные и технологические смазки, смазочно-охлаждающие и гидравлические жидкости и пр.

По происхождению или исходному сырью различают такие смазочные материалы:

- минеральные, или нефтяные, являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их получают при соответствующей переработке нефти. По способу получения такие материалы классифицируются на дистиллятные, остаточные, компаундированные или смешанные;

- растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла
получают путем переработки семян определенных растений. Наиболее широко в технике применяются касторовое масло.

- животные масла вырабатывают из животных жиров (баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и др.).

- органические, масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью. В связи с этим их чаще используют в смеси с нефтяными;

- синтетические, получаемые из различного исходного сырья многими методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганичес ких соединений - полисиликонов; получение фтороуглеродных масел). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения. По внешнему состоянию смазочные материалы делятся на:

- жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими текучестью ( нефтяные и растительные масла);

- пластичные, или консистентные, смазки, которые в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры и др.). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и др.;

- твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием температуры, давления и т. п. (графит, слюда, тальк и др.). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.

По назначению смазочные материалы делятся на масла:

- моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных, авиационных);

- трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях тракторов, автомобилей, комбайнов, самоходных и других машин;

- индустриальные, предназначенные главным образом для станков;

- гидравлические для гидравлических систем различных машин;

Также выделяют компрессорные, приборные, цилиндровые, электроизоляционные, вакуумные и др. масла.

Международную классификацию смазочных материалов, индустриальных масел и родственных продуктов устанавливает ГОСТ 28549.0-90 (ИСО 6743/0-81) (см.табл.)

Общепринятая классификация масел.

В первую очередь – это моторные масла. Особая группа масел, относящихся к моторным маслам - авиационные масла. Помимо авиационных, из моторных масел выделяют автомобильные масла и дизельные масла. То есть, совокупность авиационных, автомобильных и дизельных масел и есть моторные масла.

Международная классификация смазочных материалов, индустриальных масел и родственных продуктов

Открытые системы, смазки

Смазывание литейных форм

Компрессоры (включая холодильные машины и вакуумные насосы)

Двигатели внутреннего сгорания

Шпиндели, подшипники и сопряженные с ними соединения

Механическая обработка металлов

Временная защита от коррозии

Области, требующие применения пластических смазок

Прочие области применения

Цилиндры паровых машин

Классификация смазочных масел по назначению (ГОСТ 4.24.)

Для бензиновых двигателей

Для дизельных двигателей

Турбины общего назначения

Для механических передач

Индустриальные общего назначения

Масла различного назначения

Особую группу масел, относящихся к моторным, представляют авиационные, автомобильные и дизельные масла.

Затраты на смазочные масла по сравнению с затратами на топливо относительно невелики. Однако экономическое значение смазочных масел определяется не затратами на них, а их влиянием на безотказность, долговечность, экономичность и производительность машин, величину затрат на их техническое обслуживание и ремонт. Общий объем производства смазочных масел в российской нефтепереработке в 2006 году составил около 3 млн. тонн.

Моторное масло - это смазочный материал для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Ресурс и надежность двигателя во многом зависят от того, насколько применяемое моторное масло по всем характеристикам соответствует предъявляемым требованиям. Любое несоответствие неизбежно влечет за собой существенные потери, связанные с затратами на ремонт двигателей и вынужденными простоями автомобиля.

Отечественная классификация моторных масел.

По ГОСТ 17479.1-85 моторные масла делятся по эксплуатационным свойствам на группы и по вязкости на классы.

Назначение и примеры применения групп масел показаны в табл.

Масла групп А и Б в настоящее время устарели и не выпускаются. Основную массу потребляемых масел составляют масла групп В и Г.

По вязкости масла подразделяются на следующие классы: 6, 8, 10, 12,14,16,20 мм2/с (сСт) при 100 °С, а также 4з/10,43/8, 53/10, 53/12, 63 /10, 63/12, 63/14. Обозначение в виде дроби относится к загущенным маслам. Знаменатель дроби показывает вязкость в мм 2 /с (сСт) при 100°С, а числитель регламентирует вязкость масла при -18 °С. Масла с малой вязкостью рекомендуется применять зимой, с большей вязкостью - летом, загущенные масла применяются круглый год (всесезонно).
Для большинства марок грузовых автомобилей, тракторов и машин на их базе летом применяются масла вязкостью 10 мм2/с (с/Ст) при 100°С, зимой - 8. Для бензиновых двигателей грузовых автомобилей масла вязкостью 8 мм2/с можно использовать как всесезонные.

Обозначение марки моторного масла состоит из трех групп знаков: первая - всегда буква М (масло моторное), вторая - класс вязкости при 100°С, третья - группа масла по эксплуатационным свойствам.

Назначение и примеры применения групп моторных масел

Нефорсированные бензиновые двигатели

Малофорсированные бензиновые двигатели

ГАЗ- 51, ЗИЛ – 120, -164

Малофорсированные дизельные двигатели

Среднефорсированные бензиновые двигатели

Нефорсированные дизельные двигатели

СМД-14Б, АМ-0.1, ЯМЗ-236

Высокофорсированные бензиновые двигатели *

Двигатели легковых автомобилей

Высокофорсированные дизельные двигатели

КамАЗ-740, ЯМЗ-238, -240, СМД-14БН,-18

Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях более тяжелых, чем двигатели с маслами группы Г

Высокофорсированные дизельные двигатели с наддувом, работающие в тяжелых условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью и противоокислительными свойствами, малой склонностью ко всем видам отложений

СМД-80, - 84, ЯМЗ-238Д,-240Н.А-0.1Т

Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях более тяжелых, чем двигатели, работающие на маслах групп Д₁ и Д₂. Отличаются повышенной диспергирующей способностью, малой склонностью ко всем видам отложений

М-63/12-Г₁ - масло моторное, класс вязкости 63/12 (всесезонное), предназначено для высокофорсированных бензиновых двигателей.

Разделение моторных масел на масла для бензиновых и масла для дизельных двигателей объясняется разным их качеством, что вызвано особенностями рабочих процессов в бензиновом и дизельном двигателях.

Из-за более короткого времени, отводимого на смесеобразование, горючая смесь в дизельном двигателе сгорает неполностью, образуется много сажи, которая попадает в масло. Поэтому в масла для дизельных двигателей вводится большее количество моющих (диспергирующих) присадок. Все дизели работают на бедных смесях (для более полного сгорания топлива), поэтому после сгорания остается много кислорода, температура деталей более высокая, и процесс окисления происходит более интенсивно. Поэтому масла для дизелей должны иметь более высокую стойкость против окисления. Кроме того, содержание серы в дизельном топливе на порядок выше, чем в бензинах, что требует большей концентрации антикоррозионных присадок.

Отечественная классификация дает возможность выбора масла по классу вязкости в зависимости от климатических условий эксплуатации (зима, лето в различных климатических зонах) и способа межсменного хранения машины (открытая стоянка, холодный гараж, отапливаемый гараж). Наиболее полно эта возможность проявляется в случае использования всесезонных масел.

Что же касается группы масла, то здесь выбора практически нет. Для каждой марки двигателя необходимо применять только ту группу, которая рекомендована заводом-изготовителем. Особенно опасно применять низшую, чем рекомендовано, группу масла. Это приводит к быстрому окислению масла с интенсивным образованием смол, лаковых отложений и нагара со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Международная классификация моторных масел.

В качестве международной принята классификация, применяющаяся в США. По этой классификации все моторные масла классифицируются по двум признакам: по вязкости и по качеству (области применения).

По вязкости классификация SAE (Society of Automobile Engineer's -Общество автомобильных инженеров) разделяет масла на классы: OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50, 60. Цифры обозначают вязкость в секундах Сейболта. Масла классов OW, 5W, 10W, 15W, 20W - зимние (winter - зима). Одним из главных показателей для них является температура застывания (табл. 4.4.).

Название работы: Смазочные материалы. Назначение. Классификация. Основные параметры и свойства смазочных материалов

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: Полутвёрдыми полужидкими расплавленные металлы солидолы консталины и др жидкими автомобильные и другие машинные масла газообразными углекислый газ азот инертные газы. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. животные масла вырабатывают из животных жиров баранье и говяжье сало технический рыбий жир костное и спермацетовые масла и др. органические масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью.

Дата добавления: 2013-11-23

Размер файла: 22.23 KB

Работу скачали: 332 чел.

Смазочные материалы. Назначение. Классификация. Основные параметры и свойства смазочных материалов.

Материалы, способствующие уменьшению силы трения и износу трущихся поверхностей, увеличению нагрузочной способности механизмов, называют смазочными материалами.

Смазочные материалы широко применяются в современной технике, с целью уменьшения трения в движущихся механизмах (двигатели, подшипники, редукторы, и.т д), и с целью уменьшения трения при механической обработке конструкционных и других материалов на станках (точение, фрезерование, шлифование и т. д.). В зависимости от назначения и условий работы смазочных материалов (смазок), они бывают твёрдыми (графит, дисульфид молибдена, иодид кадмия, диселенид вольфрама, нитрид бора гексагональный и т. д.), полутвёрдыми, полужидкими (расплавленные металлы, солидолы, консталины и др), жидкими (автомобильные и другие машинные масла), газообразными (углекислый газ, азот, инертные газы).

Основными характеристиками общими для всех жидких смазочных материалов являются:

вязкость;
температура застывания;
температура вспышки;
кислотное число.

Вязкость одна из наиболее важных характеристик смазочного материала, во многом определяющая силу трения между перемещающимися поверхностями, на которые нанесен смазочный материал.

Значение вязкости смазочного материала всегда указывается при конкретном значении температуры, как прави ло, при 40 °С.

Температура застывания (точка утечки) самая низкая температура, при которой масло растекается под действием силы тяжести. Понятие температуры застывания используется для определения прокачиваемости масла по трубопроводам и возможности смазки узлов трения, работающих при пониженной температуре. Под температурой застывания масла подразумевается температура, при которой масло, помещенное в пробирку и наклоненное под углом 45°, не изменяет своего уровня в течение одной минуты.Температура застывания должна быть на 5 . 7 °С ниже той температуры, при которой масло должно прокачиваться.

Температура вспышки самая низкая температура, при которой масло воспламеняется при воздействии на него пламени. Температуру вспышки паров масла необходимо знать при подаче масла к узлам трения, работающим при повышенной температуре. Температуру вспышки определяют в открытом или закрытом тигле. Обычно в справочниках указывается температура вспышки паров масла в открытом тигле.

Кислотное число мера содержания в масле свободных органических кислот. Кислотное число определяется количеством миллиграмм гидроксида калия (КОН), необходимым для нейтрализации всех кислых компонентов, содержащихся в 1 г масла. При старении масла кислотное число повышается. Во многих случаях это число является основным показателем для смены масла в циркуляционных смазочных системах.

При выборе жидких смазочных материалов для конкретных условий работы руководствуются следующими характеристиками:

индекс вязкости оценка изменения вязкости смазочного материала в зависимости от изменения температуры;
окисляемость оценка способности масла вступать в реакцию с кислородом. Стойкость к окислению показатель стабильности того или иного масла;
экстремальное давление (ЕР) мера качества прочности масляной пленки, используется для характеристики смазочных материалов тяжело нагруженных поверхностей трения;
заедание (Stick-slip) оценка способности смазочного материала предотвращать скачки или неустойчивое движения силового стола или каретки станка даже при крайне низких скоростях.

Срок службы смазочного масла зависит от скорости накопления в нем вредных примесей и его старения

Пластичные (консистентные) смазочные материалы. Представляют собой нефтяные или синтетические масла с добавлением многофункциональных присадок и загустителя, в качестве которого используются мыла высших сортов жирных кислот, твердые углеводороды (церазины, парафины), силикагель и сажа, относящиеся к термостойким загустителям и др.

Пластичные смазочные материалы применяют в следующих случаях:

для тяжелонагруженных подшипников скольжения, работающих при небольших скоростях в условиях граничного трения с частыми реверсами или в повторно-кратковременном режиме;
когда смазочный материал кроме основного назначения используется как уплотняющий для предохранения поверхности от попадания загрязнителей из окружающей среды;
для создания защитной масляной пленки на поверхности трения при длительных остановках;
в узлах трения, доступ к которым затруднен или которые могут работать длительное время без пополнения смазки;
при необходимости одновременного использования смазочного материала для консервации и смазки механизма.

Основные характеристики пластичных смазок :

вязкость;
предел прочности на сдвиг;
температура каплепадения;
число пенетрации.

Вязкость пластичных смазочных материалов, в отличие от смазочных масел, зависит не только от температуры, но и от скорости деформации. Значение вязкости пластичного смазочного материала, определенное при заданной скорости деформации и температуре, является постоянным и называется эффективной вязкостью.

Предел прочности на сдвиг минимальное напряжение сдвига, которое вызывает переход смазки к ее вязкому течению. Предел прочности на сдвиг характеризует способность смазки удерживаться на движущихся деталях, вытекать и выдавливаться из негерметизированных узлов трения.

Температура каплепадения температура, при которой смазка утрачивает свою густую консистенцию и переходит в состояние жидкой смазки (температура, при которой падает первая капля). Обычно пластичную смазку применяют при температурах на 15 . 20 °С ниже температуры каплепадения.

Число пенетрации определяет степень загустения пластичного смазочного материала, которая по ГОСТ5346-78 определяется глубиной погружения в смазочный материал стандартного конуса пенетрометра за 5 с при температуре 25 °С и общей нагрузке 150 г и выражается в десятых долях миллиметра.

Смазочные материалы сегодня имеют широкий спектр применения в автомобильной технике, судостроительной, домашнем хозяйстве и других аспектах жизни. Бывают они различных видов и форм: минеральные, органические, синтетические. Смазочные материалы применяют для уменьшения трения в деталях, что способствует их большей износостойкости. Во всем множестве ГСМ, их применении и видах разберемся далее.

Свойства смазок

Масла и смазки имеют ряд своих особенностей и свойств. В зависимости от температуры окружающей среды они могут изменять свое агрегатное состояние, менять свойства, условия эксплуатации.

Итак, свойства смазочных материалов:

Консистентность или твёрдость материала. Определяется специальным прибором – пенетрометром с конусом. Чем выше степень погружения в жидкость, тем она соответственно мягче.
Прокачиваемость также определяется опытным путем. Такое свойство важно в холодное время года. Когда необходимо быстро смазать всю систему изнутри.
Температура каплепадения — важный фактор при выборе смазочного материала. Чем выше данный показатель, тем при более горячих температурах будет доступно использование ГСМ.
Противоизносность – показатель для определения способности уменьшать трение. Чем он выше, тем гуще масло и, соответственно, повышается долговечность детали.
Не маловажным является антикоррозионное свойство. Выявить его можно с помощью технических тестов. При наличии в смазке органических примесей можно сказать, что она будет защищать деталь от ржавчины.
Водоотталкивающее свойство также определяется техническими тестами. Чем больше смазки осталось, тем она водоустойчивее.

Стоит упомянуть о следующих фактах, характеризующих ГСМ:

Вязкость. Чем она выше, тем хуже для техники.
Возможность образовывать маслянистую пленку.
Температура вспышки материала.
Взаимодействие ГСМ с кислородом.
Коэффициент маслянистости. При более высоких его показателях трение уменьшается. Но чрезмерная маслянистость привлекает много пыли, грязи, твердых частиц, что способствует ухудшению работы механизма.

Классификация смазочных материалов

Видов смазочных материалов на рынке представлено множество: пластинчатые, жидкие, твердые и даже газообразные. Каждый из этих видов делится на свои подвиды и имеет классификации. Но основные характеристики одинаковы.

Наиболее распространенными являются пластинчатые виды смазок. Они имеют густую пастообразную консистенцию и применяются для смазывания подшипников, рычажных механизмов. Менее распространёнными, но пользующимися спросом, называют твердые смазки, до затвердевания они представляют собой порошок или суспензию, для которых нужен загуститель.

Классифицируют смазки и масла по следующим признакам:

по составу;
по консистенции;
по области применения.

По консистенции

Смазки различаются по консистенции на пластинчатые, полужидкие и твердые. Каждая из них в своем составе имеют процентную долю масла, загустителя различных примесей и присадок для улучшения их физико-химических свойств.

Пластинчатые применяются в основном в автомобильной технике. Твердые применяют для плотного и качественного уплотнения и защиты техники. К жидким относят моторные масла. Используются для смазывания всех деталей и из бесперебойной работы.

Общая массовая доля присадок в смазке не более 5%. Они задают определенную химическую формулу и состав. Основными добавками являются – дисульфид молибдена и графит.

По назначению

Конечно, применять один и тот же ГСМ в автомобильных двигателях и судоходном строительстве не стоит. Поэтому есть определенное разделение, которое помогает сделать правильный выбор. Кроме того, существуют таблицы применения автомобильных смазок. Разберемся во всем подробнее:

Антифрикционные предназначены для уменьшения трения деталей и увеличения их износостойкости. К ним относятся различные виды солидола и графитина. Конечно, данные виды ГСМ не так популярны, как раньше. На смену им приходят усовершенствованные пастообразные и твердеющие смеси. По цене они дороже обычного солидола.

Смазки узкоспециализированные разработаны были для каждой из отраслей в отдельности, то есть применять их нужно строго в своих отраслях.
Консервационные применяются для долговременной защиты и покрытия деталей. Таким образом, защита от коррозии достигает 70%.
Уплотнительные предназначены для улучшения герметизации зазоров, резьбовых соединений, упрощения сборки и демонтажа арматурных изделий.

Особое внимание стоит уделить ГСМ антифрикционным. Они в отличие от всех остальных имеют свою классификацию:

Термостойкие хорошо себя проявляют при высоких температурах.
Морозостойкие предоставляют возможность беспрепятственного использования смазок в холодное время года и обеспечения полного смазывания и прогона масла по необходимым местам.
Химически стойкие не позволяют детали взаимодействовать с кислородом, тем самым предотвращают коррозию.
Общего назначения – солидол, литол.
Смазки для приборов.

В производстве используются следующие смазочные масла: автотракторное, авиационные и индустриальные.

По составу

Смазки по составу бывают нефтяные и синтетические. Каждая из них имеет свои свойства, цену и область применения. Очень важно подобрать подходящий ГСМ.

Для небольших мощностей с высокими скоростями выбирают минеральные, синтетические применимы для высоких нагрузок с низкими скоростями.
Следующими будут мыльные смазки. Они производятся с различными загустителями. В качестве них используют соли мыльных кислот. Такие ГСМ устойчивы к температурам. Однако, имеют особые условия хранения.
Натриевые смазки узкоспециализированы. Имеют ряд недостатков: легко смываются водой, к тому же температура плавления низкая.
Бариевые смазки. широко применимы. Имеют отличные показатели. А в цене ничуть не дороже обычного солидола.
Неорганические смазки применяют в качестве загустителя термически устойчивые присадки.
Органические – одни из самых термоустойчивых ГСМ. Температура плавления составляет порядка 220 градусов Цельсия.
Углеводородные смазки применяются для защиты деталей и их консервации. Однако, помните, применять их рекомендуется лишь во внутренних частях техники. Ибо они имеют свойство притягивать и собирать на себе пыль с грязью и твердыми частицами.

Каждая из описанных смазок обладает особыми свойствами. Подбирать ГСМ стоит в соответствии с ними. Кроме этого, есть условия хранения и применения любых смазочных материалов:

Наносить ГСМ можно пальцами, кисточкой, тряпочкой, губкой.
Хранить ГСМ необходимо в темном месте. Срок годности 5 лет. Но и после она является рабочей, в случае соблюдения всех эксплуатационных правил.
При попадании смазки в глаза, срочно промыть их проточной водой. Если боль и резь в глазах не проходят, обратиться в ближайшее медицинское учреждение.
Обязательно нужно уточнять совместимость разных ГСМ. В противном случае может произойти порча или поломка детали.

Минеральные смазочные материалы более популярны среди производителей, которые их используют. Это связано с их технико-физическими свойствами. Они лучше, чем у синтетики.

Применение смазок

Для правильной и отлаженной работы механизмов и деталей стоит правильно подбирать смазку. Так, ГСМ применяют в:

Подшипниках качения. Принято использовать пластичные смазки. Они подходят благодаря своей консистенции и физико-химическим свойствам.
Шаровые шарниры могут изнашиваться или не работать связке со смазкой, в том случае, если сама деталь установлена или подобрана неправильно. В этом случае, любая смазка не подходит.
В карданных шарнирах раньше использовали масло. Его приходилось относительно часто менять. С течением времени перешли на ГСМ. Так стало проще, долговечность деталей увеличилась, а работа стала слаженней.
Широко наблюдается применение литейных смазок в таких отраслях, как текстильное производство, промышленность, автомобильное производство.
Различные масла применяют в домашнем хозяйстве. Для смазывания ручек дверей, дверных петель.
Для смазывания спиц колес, узлов в приборах.
Направляющих элементы автомобилей.
Замки, защёлки также смазываются маслом.

Однако, применение смазок не всегда и не везде уместно. Порой они делают только хуже. Перед их применением стоит четко ознакомиться с инструкцией и применением. Возможными последствиями и подбором правильного ГСМ.

Таким образом, сегодня производство масел и смазок поставлено на поток, рынок пестрит изобилием ГСМ. Они бывают из нефтяного сырья и синтетического. Их классификация многогранна. Бывают смазки — аналоги зарубежных. Они в разы дешевле. Бывает и наоборот. Главное, знать, в чем стоит отличие и не переплачивать. Представить жизнь обычного человека, автомобилиста и производственника без смазки сегодня практически невозможно. Она стала незаменимым элементом, продлевающим срок службы деталям и упрощая жизнь человеку.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

1. Теоретические основы процесса………………………………………………..5

2. Характеристика сырья и продуктов…………………………. 14

3. Выбор и описание технологической схемы установки………………………15

4. Технологический расчет материального баланса и основных

Современное производство нефтяных смазочных масел основано на использовании процессов экстракционного разделения вакуумных дистиллятов и деасфальтизатов. К числу таких процессов относится селективная очистка масляного сырья избирательными растворителями, которая является одной из основных в технологии производства нефтяных масел.

Процесс предназначен для удаления из масляного сырья смолистых соединений, полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, а также серо-, кислород-, азот- и металлоорганических соединений. В этом процессе закладываются такие важнейшие эксплуатационные характеристики масел, как вязкостно-температурные свойства, стабильность против окисления и приемистость к присадкам .

Сырьем процесса служат масляные дистилляты и деасфальтизаты гудронов, получаемые при вакуумной перегонке мазута. Целевые продукты процесса - рафинаты направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел. Побочным продуктом селективной очис тки являются экстракты.

При очистке конкретного сырья учитывают результаты предварительных исследований, позволяющие установить примерные выход и качество получаемых продуктов.

Актуальность разрабатываемого проекта в п рименении наиболее перспективного избирательного растворителя - N -метилпирролидона в процессе селективной очистки с целью увеличения выхода рафината без ухудшения его качества.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

Процесс селективной очистки имеет особое значение для производства нефтяных масел, т.к. позволяет существенно улучшить важнейшие эксплуатационные свойства масел. В качестве избирательных растворителей для очистки нефтяных фракций на практике используются лишь немногие, т.к. растворители селективной очистки должны :

· обладать высокой избирательностью и растворяющей способностью по отношению к извлекаемым компонентам сырья при умеренных температурах, способствующих интенсивному контакту сырья с растворителем;

· плохо растворяться в смеси желательных компонентов сырья, что облегчает его регенерацию из рафинатного раствора;

· иметь плотность, отличающуюся от плотности сырья для быстрого и четкого разделения фаз;

· обладать умеренной температурой кипения, отличающейся от температуры кипения сырья (на 120-150°С), что облегчает регенерацию растворителя из рафинатного и экстрактного растворов;

· быть химически и термически стабильными, то есть, не изменять своих свойств при эксплуатации и хранении;

· химически не взаимодействовать с компонентами очищаемого сырья; плохо растворяться в воде и растворять воду, не образовывать с ней азеотропных смесей;

· иметь низкую вязкость при температурах экстракции для обеспечения хорошего смешения с сырьем;

· обладать хорошими деэмульгирующими свойствами и не образовывать стойких эмульсий при смешении с сырьем при умеренном гидродинамическом воздействии;

· иметь достаточно высокую критическую температуру растворения (КТР) с сырьем, что позволяет проводить процесс при повышенных температурах; низкая температура застывания растворителя облегчает эксплуатацию установки в зимний период;

· не вызывать коррозии аппаратуры, быть нетоксичным, неядовитым, взрыво- и пожаробезопасным, дешевым и недефицитным.

Практически ни один из испытанных и используемых в промышленности растворителей перечисленным требованиям полностью не отвечает. Поэтому предпочтение отдается растворителям, которые удовлетворяют большинству упомянутых требований, обеспечивающих оптимальное проведение селективной очистки.

В настоящее время запатентовано более 200 растворителей и их смесей для использования в процессе селективной очистки масел и работы по дальнейшему поиску эффективных растворителей не прекращаются. Основными промышленными растворителями, нашедшими мировое применение, являются фенол, фурфурол и N -метилпирролидон.

По способности растворять углеводороды растворители делятся на две группы:

1. Растворители, которые смешиваются с жидкими углеводородами нефтяных фракций практически во всех отношениях. Это низкомолекулярные жидкие или сжиженные под давлением углеводороды парафинового ряда, этиловый эфир, хлороформ, четыреххлористый углерод и др. Одни из этих растворителей обладают слабой полярностью, другие вообще неполярны.

2. Полярные соединения, имеющие высокий дипольный момент (фенол, фурфурол, N -метилпирролидон, нитробензол, кетоны и др.). Растворимость нефтяных углеводородов в полярных растворителях зависит от соотношения их количества в растворе, а также от температуры и от химического состава нефтяных фракций.

Растворение компонентов масел в полярных и неполярных растворителях происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия.

Растворение углеводородов нефтяных фракций в неполярных растворителях происходит за счет дисперсионных сил. Неполярные растворители смешиваются с жидкими нефтяными углеводородами в любых соотношениях. Твердые же углеводороды ограниченно растворяются в неполярных растворителях, особенно при низких температурах.

Растворение компонентов масляных фракций в полярных растворителях происходит не только за счет дисперсионного взаимодействия, но и за счет поляризации неполярных и ориентации полярных молекул углеводородов, т.е. за счет индукционного и ориентационного взаимодействия. Наибольшей способностью растворяться в этом случае обладают наиболее поляризованные молекулы, в частности, гетероциклические и ароматические углеводороды различной степени разветвленности, так как в их растворении участвуют три типа межмолекулярного взаимодействия.

Если молекула углеводорода неполярна, но способна к образованию наведенного извне дипольного момента, то в растворении такого углеводорода принимают участие два типа межмолекулярного взаимодействия: дисперсионное и индукционное.

В растворении нормальных парафиновых углеводородов, не подверженных поляризации, участвуют силы дисперсионного взаимодействия.

По этим причинам в полярных растворителях легче растворяются полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями, а также гетероциклические соединения, труднее подвергаются растворению циклические углеводороды с малым числом колец и длинными боковыми цепями и очень слабо растворяются парафиновые углеводороды. Эти особенности разного или избирательного растворения желательных и нежелательных компонентов используются в промышленных условиях для очистки масляных фракций. Эффективность применяемого растворителя для очистки масляного сырья характеризуется такими показателями, как избирательность (селективность) и растворяющая способность.

Растворяющая способность – это абсолютная растворимость компонентов масляных фракций в определенном количестве растворителя при определенной температуре.

По результатам многочисленных исследований, установлены следующие основные закономерности по влиянию химической структуры молекул полярных растворителей на их растворяющую способность (РС) :

1) у растворителей с моноциклической молекулярной структурой с одной функциональной группой РС растет симбатно их дипольным моментам;

2) у растворителей с ациклической структурой с одной и той же функциональной группой РС повышается с увеличением длины алкильной цепи независимо от значений их дипольных моментов (за счет увеличения доли дисперсионных сил);

3) наличие в молекуле второй и более функциональных групп снижает его РС (как у фурфурола и N -метилпирролидона);

4) наличие в молекуле полярного растворителя функциональных групп, способных образовывать водородные связи, всегда приводит к снижению их РС.

Селективными (избирательными) растворителями называют растворители, проявляющие разную растворяющую способность по отношению к различным компонентам нефтяного сырья. Избирательные свойства растворителя зависят от его дисперсионных и полярных свойств, которые определяются вкладом углеводородного радикала, обусловливающего дисперсионные силы, и функциональной группы, отвечающей за ориентационные силы.

Функциональные группы по их влиянию на избирательность растворителя располагаются в следующей последовательности:

Селективность растворения нежелательных компонентов масляных фракций у N -метилпирролидона выше, чем у фенола. По уменьшению избирательной способности растворители располагаются в следующей последовательности:

фурфурол > N -МП > фенол
Задача обработки нефтяных фракций растворителями заключается в том, чтобы подобрать такой растворитель, который бы обладал различной растворяющей способностью по отношению к желательным и нежелательным компонентам масел.

Важнейшими факторами, определяющими эффективность процесса, являются температура и кратность растворителя к сырью, в свою очередь эти факторы зависят от характера очищаемого сырья и требований к качеству очищенного продукта.

При очистке нефтяного сырья необходимо поддерживать такую температуру экстракции, при которой система состоит из двух фаз – рафинатного раствора, содержащего очищенный продукт (рафинат) и сравнительно небольшую часть растворителя и экстрактного раствора, состоящего в основном из растворителя и растворенных в нем нежелательных компонентов (экстракта). Это условие выполнимо при температурах ниже КТР данного сырья в данном растворителе на 20-30 0 С.

Расход растворителя на очистку обусловлен его свойствами, требованиями к качеству рафината, фракционным и химическим составом сырья и способом экстракции. Для получения рафината более высокого качества очистку необходимо проводить при более высоком расходе растворителя, однако при выборе кратности растворителя необходимо учитывать также, что чрезмерный его расход может привести не только к уменьшению выхода рафината, но и к ухудшению его качества. Обычно для дистиллятных фракций массовое отношение растворитель : сырье составляет (1,5-3,5) : 1, а для деасфальтизатов (2,5-5) : 1.

Преимуществом применения N -метилпирролидона по сравнению с фенолом и фурфуролом заключается в том, что при меньшей кратности растворителя к сырью он обеспечивает наиболее полное извлечение нежелательных компонентов и, соответственно, получение рафината лучшего качества.

Желательная степень очистки нефтяного сырья и выход рафината помимо оптимальных расхода растворителя и температуры очистки достигаются также применением наиболее совершенного метода экстракции. На современных промышленных установках селективную очистку осуществляют методом непрерывной противоточной экстракции. Преимущество его перед другими (однократным и многократным периодическим) заключается в простоте аппаратурного оформления, меньшем расходе растворителя при большем выходе рафината лучшего качества. При экстрагировании методом противотока очищаемый продукт по мере непрерывного движения навстречу растворителю все в большей степени освобождается от нежелательных компонентов, извлекаемых растворителем. Так как при этом КТР очищаемого сырья все время повышается, то для доизвлечения остающихся в рафинате нежелательных компонентов необходима более высокая температура экстракции. С этой целью создают разность между температурами растворителя и сырья (температурный градиент) 15-30 0 С. Зона наибольшей температуры – место ввода растворителя, наименьшей – место выхода экстрактного раствора. Температура в зависимости от растворителя составляет от 45 до 150°С.
ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРИТЕЛЯ

В связи с ужесточением требований к охране окружающей среды как в России, так и за рубежом отмечается тенденция к замене высокотоксичного фенола менее токсичным и достаточно эффективным N -метилпирролидоном.

Характеристики N -метилпирролидона представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика N -метилпирролидона

Наименование	Значение	Наименование	Значение
Молекулярная масса	99,13	Критический объем, м 3 /кмоль	0,316
Плотность при 25 0 С, кг/м 3	1028	Энтальпия испарения при 20 0 С, кДж/кг	550,0
Температура кипения, 0 С	204,3	Низшая теплотворная способность, кДж/кг	28000
Температура застывания, 0 С	-23,6	Поверхностное натяжение при 25 0 С, Н/м	0,041
Критическая температура, 0 С	451,0	Дипольный момент	4,09
Критическое давление, атм.	4,78	Вязкость динамическая при 50 0 С, мПа*с	1,01

Важным показателем эффективности растворителя является его взаимодействие с водой. N -метилпирролидон смешивается с водой в любом соотношении и поэтому, в отличии от фенола и фурфурола, не образует с ней азеотропной смеси. Следовательно, при очистке N -метилпирролидона отпадает необходимость в водном контуре, что значительно облегчает работу узла регенерации растворителя из экс трактного раствора [2].

N -метилпирролидон имеет более высокую температуру кипения, чем фенол и фурфурол, и казалось бы его труднее отогнать из экстрактного и особенно рафинатного растворов. Однако за счет меньшей теплоемкости N -метил-пирролидона КПД тарелок ректификационной колонны выше, чем при отгоне фенола, что дает возможность отогнать растворитель без серьезного уноса легкого продукта с растворителем и, кроме того, для снижения температур кипения растворителя отпарные колонны работают под вакуумом.

Плотность N -метилпирролидона несколько меньше плотности фенола и фурфурола, однако разность плотностей N -метилпирролидона и масляных фракций достаточна для быстрого их разделения. Меньшие вязкость и эмульгируемость смеси масло - N -метилпирролидон обеспечивают более быстрое расслоение фаз по сравнению с фенольной очисткой (более чем в 2 раза), что дает возможность увеличить производительность установки приблизительно на 25% [2].

К недостаткам N -метилпирролидона следует отнести его высокую стоимость и дефицитность, а также умеренную термическую стабильность . При 200 0 С начинается окисление N - метилпирролидона, а при температурах выше 300 0 С он разлагается в отсутствии кислорода с образованием смолистых продуктов. При контакте с воздухом в N -метилпирролидоне происходит растворение кислорода с образованием гидропероксидов, которые при температуре выше 160 0 С распадаются с образованием N - метилсукцинимидных соединений, имеющих щелочную реакцию. Реакцию разложения стимулирует присутствие воды. Амины при растворении в N - метилпирролидоне придают ему щелочную реакцию и могут в некоторой степени нейтрализовать кислые продукты, образующиеся при его высокотемпературном разложении. С повышением температуры кислотное число N -метилпирролидона увеличивается вследствие разрушения аминов. В присутствии воды возможно протекание реакций гидролиза с образованием муравьиной, метилгаммааминомасляной и гаммаоксимасляной кислот. Возможно также образование лактамов (внутренние амиды) и лактонов, наиболее интенсивно реакции гидролиза протекают при температурах выше 220 0 С. Во избежание разрушения аппаратуры вследствие коррозии при использовании N -метилпирролидона следует использовать для ее изготовления аустенитные хромоникелевые стали, ферритные хромистые стали и технический алюминий. Удовлетворительной коррозионной стойкостью обладают медь, латунь, а серый чугун и резины, напротив, очень нестойки при соприкосновении с продуктами разложения N -метилпирролидона. Легированная сталь коррозионно устойчива при всех температурах процесса с применением N -метилпирролидона. С целью предотвращения коррозии аппаратуры в процессе селективной очистки с применением N -метилпирролидона предусматривают деаэрацию и обезвоживание его растворов .
2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ПРОДУКТОВ

Читайте также: