РефМатер. Нефтяные масла
 Скачать 28.26 Kb.
|
|
Югорский государственный университет ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Материаловедение и технологии конструкционных материалов» на тему «Нефтяные масла» Выполнил: студент группы: 2491б Новиков А.С. Проверил: к.т.н., доцент Бубенчиков А.А. 2022 Содержание: Нефтяные масла Классификация нефтяных масел Состав и эксплуатационные свойства Заключение Список литературы 1. Нефтяные масла Нефтяные масла — жидкие смеси высококипящих углеводородов (температура кипения 300—600 °C), главным образом алкилнафтеновых и алкилароматических, получаемые переработкой нефти. В основу системы классификации и обозначения нефтяных масел положены их кинематическая вязкость (устанавливается в нормативно-технической документации) и эксплуатационные свойства. [1] По способу производства делятся на дистиллятные, остаточные и компаундированные, получаемые соответственно дистилляцией нефти, удалением нежелательных компонентов из гудронов, депарафинизации, гидрочисткой или смешением дистиллятных и остаточных. В последнее время получил распространение метод преобразования исходного нефтяного сырья в более ценные продукты гидрокрекингом — получаемые в таком производстве масла, при значительно более низкой себестоимости, приближаются по свойствам к синтетическим. По областям применения делятся на смазочные масла, электроизоляционные масла и консервационные масла. Используются также в косметической промышленности. Для придания необходимых свойств в нефтяные масла часто вводят присадки. На основе нефтяных масел получают пластичные и технологические смазки, специальные жидкости, например смазочно-охлаждающие жидкости, гидравлические и т. п. Способ очистки и назначение минеральных масел указываются в маркировке. Буквенные обозначения масел делят по двум свойствам: Л — легкое, маловязкое С — среднее, маловязкое Т — тяжелое, высоковязкое У — улучшенное способу очистки А — адсорбционной очистки В — выщелоченное (обработанное только раствором щелочи) Г — гидроочищенное К — кислотной очистки С — очищенное с применением селективных растворителей П — с присадками назначению Д — дизельное И — индустриальное М — моторное Т — турбинное, трансформаторное, трансмиссионное П — приборное Маркировка обычно представляет собой набор из 1—3 букв и номера: Первая буква определяет назначение масла Вторая буква (может отсутствовать) определяет способ его очистки Третья буква (может отсутствовать) определяет наличие присадок в нём Номер определяет вязкость масла. [7] 2. Классификация нефтяных масел. По способу получения или в зависимости от вида нефтяного сырья их подразделяют на: дистиллятные, полученные из масляных фракций вакуумной перегонки мазута; остаточные, полученные из остатка от вакуумной перегонки мазута (гудрона). Смешением дистиллятных базовых масел друг с другом или с остаточными маслами получают компаундированные масла. Самостоятельную группу составляют загущенные масла, приготовляемые введением в базовые масла полимерных присадок. По способу очистки в зависимости от используемых реагентов различают масла кислотно-щелочной. кислотно-контактной, селективной, адсорбционной очистки, а также масла гидрогенизационных процессов (гидроочистки, гидрокрекинга и т.п.). По назначению выделяют следующие группы масел: смазочные, консервационные, электроизоляционные, гидравлические, технологические, вакуумные, медицинские и парфюмерные (белые). Наиболее представительны как по ассортименту, так и по объему производства, смазочные масла. Классификация масел по назначению в значительной степени соответствует их функциональному действию. Она наиболее обширна: многие из приведенных групп масел делятся еще на несколько подгрупп по более узким областям применения. Среди смазочных масел, основным назначением которых является уменьшение трения и износа металлических поверхностей, наиболее значительной группой являются моторные масла, которые, в свою очередь, делятся на масла для карбюраторных, дизельных и поршневых авиационных двигателей. Электроизоляционные масла подразделяют на трансформаторные, кабельные и конденсаторные. Выявить и оценить качество масел различного назначения можно, изучая их физико-химические и эксплуатационные свойства. К первой группе свойств относятся вязкость, плотность. коксуемость, температура застывания, испаряемость, диэлектрические, оптические и некоторые другие свойства. Под эксплуатационными понимают такие свойства масел, которые проявляются только в условиях их применения и определяют надежность и долговечность эксплуатации машин и механизмов. Основными показателями эксплуатационных свойств для большинства нефтяных масел являются: стабильность к окислению, смазочная способность, вязкостно-температурные, защитные и коррозионные свойства. Эксплуатационные свойства могут изменяться в зависимости от назначения и условий применения масел. Так, для электроизоляционных масел важнейшими эксплуатационными свойствами являются газостойкость и диэлектрические потери, не играющие никакой роли при эксплуатации моторных масел. Моющие свойства моторных масел, являющиеся одним из основных показателей их качества, не существенны для трансформаторного или кабельного масла. Для гидравлических масел, контактирующих с резиновыми уплотнениями, чрезвычайно важным эксплуатационным свойством является отсутствие изменения свойств резин (набухания или растворения) при длительном контакте с маслом. Для некоторых индустриальных и моторных масел существенное значение приобретает их вспениваемость. Несомненно, эксплуатационные свойства масел связаны с их физико-химическими свойствами. 3. Состав и эксплуатационные свойства Основное назначение нефтяных масел состоит в том, чтобы снизить трение между твердыми поверхностями движущихся частей различных механизмов, станков, двигателей, машин и тем самым предотвратить их износ. При наличии масляной смазки сухое трение металлических поверхностей заменяется трением слоев вязкой жидкости между собой. Сила сцепления между молекулами масла и материала смазываемой поверхности превышает силу взаимного сцепления молекул масла, вследствие чего на поверхности металла образуется прочный слой смазывающего материала. Наличие такого слоя исключает возможность сухого трения, а так как коэффициент трения между слоями жидкой смазки в несколько десятков раз ниже коэффициента сухого трения, то энергетические затраты на преодоление сил трения при использовании смазки значительно снижаются. [4] Нефтяные масла представляют собой смесь жидких высококипящих фракций, очищенных от нежелательных примесей. Нефтяные масла иногда называют минеральными - с тем, чтобы отличить от синтетических масел, которые представляют собой органические соединения, полученные многоступенчатым синтезом. По способу выделения из нефти минеральные масла подразделяют на дистиллятные, остаточные и компаундированные, т. е. получаемые смешением дистиллятных и остаточных компонентов. В зависимости от метода очистки различают следующие масла: неочищенные (полученные непосредственно при перегонке нефти), выщелоченные, кислотно-щелочной, кислотно-контактной, селективной и адсорбционной очистки, гидрокрекинга. По области применения нефтяные масла подразделяют на смазочные и специальные. В свою очередь смазочные масла делят на индустриальные, моторные, масла для прокатных станов, накуумные, цилиндровые, энергетические, трансмиссионные, осевые, приборные, гидравлические. Индустриальные масла предназначены для смазывания различного промышленного оборудования. В марках всех индустриальных масел цифра показывает значение кинематической вязкости при 50 °С. Основные группы индустриальных масел охарактеризованы ниже: 1) масла общего назначения серии И (И-5А, И-8А, И-12А и т. д.) применяют для смазки текстильных машин, металлорежущих станков, подшипников, контрольно-измерительных приборов; используют в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах станочного оборудования и автоматических линий, а также для технологических нужд (жирование кож,изготовление пластичных смазок, косметических кремов и т.д.); эти масла не содержат присадок, их вязкость колеблется от 4—5 (И-5А) до 90—118 (И-100А) мм2/с; 2) масла для высокоскоростных механизмов (ИГП-4, ИГП-6 и др.) применяют для смазки различного станочного-оборудования, зубчатых, червячных и винтовых передач; они содержат различные присадки (антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные); 3) масла для гидравлических систем промышленного оборудования (ИГП-18, ИГП-30, ИГП-72, ИГП-91) используют для обеспечения надежной работы станков, автоматических линий, прессов, редукторов; 4) масла серий ИРп и ИСп служат для смазывания зубчатых передач и червячных механизмов, а масла серии ИТП — для смазывания тяжелонагруженныхредукторов и коробок скоростей; 5) масла серий ИНСп и ИГНСп используют для направляющих скольжения; 6) телеграфное масло и сепараторные масла Л и Т применяют в специфических областях. Важную группу смазочных масел составляют моторные масла для карбюраторных, автотракторных, дизельных и авиационных двигателей. В зависимости от вязкости моторные масла делят на классы. В марке масла указывают значение кинематической вязкости при 100 °С, а для загущенных масел существует двойная маркировка: в числителе приводят вязкость при —18 °С, в знаменателе — вязкость при 100 °С, индекс «з» указывает на присутствие загущающей присадки. [1] В зависимости от эксплуатационных свойств предусмотрено деление моторных масел на группы и подгруппы. Масла соответствующих групп к подгрупп применяют для определенных видов двигателей. Масла для автомобильных карбюраторных двигателей выпускаются на основе дистиллятных или смешанных масел селективной очистки. Вырабатываются масла шести классов вязкости (6, 8, 10, 12, 4з/6, 6з/10) и четырех групп (А, Б, В, Г,). В маслах группы А (М-6А, М-8А) содержатся моющие, антиокислительные и депрессорные присадки, а в маслах группы B (M8Bl5 М4з/6В!), предназначенных для всесезонной эксплуатации, — комплекс высокоэффективных присадок. В число дизельных масел входит более 50 сортов, относящихся к различным группам и подгруппам. В зависимости от условий применения эксплуатационные характеристики этих масел изменяются в широких пределах, например вязкость при 100 °С составляет 8—20 мм2/с. Для быстроходных дизелей предназначены масла МТ-16п, МТ-8п, для малофорсированных транспортных дизелей — масло М-20А, для автотракторных дизелей —М8В2, М-10В2, М-10В2С, М-8Г2к, М-10Г2к. Температура застывания дизельных масел колеблется от —10 до —43 °С, индекс вязкости — от 80 до 100. Авиационные смазочные масла делят па масла для поршневых и газотурбинных двигателей. В поршневых двигателях применяют масла селективной очистки МС-14 и МС-20, масло кислотной очистки МК-22; в турбореактивных двигателях — масла фенольной очистки МС-6 и МС-8, синтетические масла на основе сложных эфиров жирных кислот Б-ЗВ, 36/1 -КуА. Для турбовинтовых двигателей применяют смеси, приготавливаемые из масел МК-8 и МС-20 (или МС-20с), а также синтетическое масло ВНИИНП-7. Эти масла содержат загущающую, противоизносную и антиокислительную присадки. [5] Масла для прокатных станов предназначены для смазывания зубчатых передач и подшипников жидкостного трения. Выпускают масла для прокатных станов марок П-28, ПС-28, П-8П (цифры —вязкость при 100 °С в мм2/с). Масла вакуумные применяют в качестве рабочих жидкостей вакуумных насосов; отличаются узким фракционным составом, малой испаряемостью и низким давлением насыщенных паров; вырабатываются марки ВМ-1, ВМ-3, ВМ-4, ВМ-5, ВМ-6. Масла цилиндровые предназначены для смазывания горячих частей паровых машин; в машинах, работающих с использованием насыщенного пара, применяют легкие масла 11 и 24, а в машинах, где рабочим телом является перегретый пар, — тяжелые масла 38 и 52 (цифры —средняя вязкость при 100 °С в мм2/с). [7] Энергетические масла подразделяют на: а) турбинные масла, предназначенные для смазывания и охлаждения подшипников паровых, гидравлических и газовых турбин, турбонасосов, турбокомпрессоров, для систем регулирования турбоагрегатов; смена отработавшего масла в этих машинах является сложной операцией, поэтому турбинные масла должны обладать повышенной стойкостью против окисления, не выделять продуктов коррозии и окисления; выпускают масла Тп-22, Тп-30, Тп-46, Т22, Тзо, Т46, Т57 (цифры —вязкость при 50 °С в мм2/с, буква «п» — присадка); б) компрессорные масла, служащие для смазки цилиндров и клапанов компрессорных машин и в качестве уплотнительной среды для герметизации камеры сжатия; масла К-8з, К-12, К-19, КС-19, К-28 применяют в поршневых и ротационных ма шинах, а масла ХА (фригус), ХА-23, ХА-30, ХФ-12-16 и др. для холодильных компрессоров; получают глубокой очисткой нефтяных фракций; в) электроизоляционные масла, обеспечивающие изоляцию токонесущих частей электрооборудования, служат теплоотводящей средой; в эту группу входят трансформаторные масла Т-750, Т-1500, ТКп; кабельные КМ-25, МН-4; конденсаторное. Трансмиссионные масла используют и зубчатых зацеплениях коробки передач, зацеплениях картера, заднего моста и рулевого управления транспортных машин; они работают в условиях трении, более жестких, чем трение в других механизмах, в широком интервале температур (от —50 до 150 °С и выше). Выпускают трансмиссионные масла без присадок (ТС-14,5), с противоизносными (ТЭп-14,5) и противозадирными (ТСп-10, ТСЗп-8) присадками. Осевые масла служат для смазывания осей колесных пар железнодорожных вагонов и тепловозов, подшипников и других узлов трения. Осевые масла представляют собой неочищенные мазуты ярегской и некоторых эмбенскихнефтей. Выпускают осевые масла марок Л (летнее), 3 (зимнее), С (северное). Приборные масла предназначены для смазывания контрольно-измерительных приборов (масло МВП), счетно-аналитических машин (ПАРФ-1), микроэлектродвигателей, часовых механизмов. Рабочие жидкости для гидравлических систем (гидравлические масла) подразделяют по назначению на жидкости для гидросистем летательных аппаратов (МГЕ-4А, РМ, ЛЗ-МГ-2), подвижной наземной (ВМГЗ) и корабельной (АУП) техники, гидротормозные и амортизаторные жидкости. Гидравлические масла могут выпускаться без присадок, с добавлением загущающих присадок, ингибиторов коррозии и окисления. В группу специальных масел входят технологические (поглотительное, висциновое, нафтеновые и др.) и белые (вазелиновое и парфюмерное) масла. [5] Основными эксплуатационными характеристиками нефтяных смазочных масел являются вязкостно-температурные свойства, подвижность при низких температурах, устойчивость против окисления. Вязкость. Требования, предъявляемые к вязкости смазочных масел, весьма различны; они зависят от характера и скорости движения трущихся поверхностей, удельных нагрузок. Так, вязкость автомобильных масел составляет 6—12 мм2/с, а для смазывания подшипников машин резиновой промышленности необходимо масло вязкостью 175—220 мм2/с (оба значения при 100 °С). Вязкость масляных фракций, полученных из одной и той же нефти, растет с увеличением температурных пределов перегонки фракций. Вязкость фракций с одинаковыми пределами перегонки, полученных из разных нефтей или даже полученных из одной нефти, но очищенных разными способами, может оказаться неодинаковой. Вязкость зависит от углеводородного состава масляных фракций, который в свою очередь определяется химическим составом нефти и способом удаления нежелательных компонентов (очистки). Наименьшую вязкость имеют алкаиы. Вязкость алкановСго—См при 50 "С составляет 7—9 мм2/с. Удаление алканов из масляных фракций увеличивает вязкость масел. Разветвленные алканы по вязкости незначительно отличаются от нормальных. Вязкостно-температурные свойства. Для масел, работающих в широком диапазоне температур, в частности моторных, большое значение имеют вязкостно-температурные свойства. Необходимо, чтобы вязкость масел с уменьшением температуры повышалась не резко, т. е. чтобы кривая зависимости вязкости от температуры была по возможности более пологой. Для оценки вязкостно-температурных свойств применяют два показателя: коэффициент вязкости и индекс вязкости. Коэффициент вязкости представляет собой отношение кинематической вязкости масла при 50 и 100 °С или при двух любых других температурах, соответствующих крайним значениям интервала температур работы исследуемого масла. Для масел с пологой температурной кривой вязкости характерны низкие значения коэффициента вязкости. Коэффициент вязкости не полностью отражает ход кривой изменения вязкости масел в зависимости от температуры и потому не получил широкого распространения. Общепринятой является оценка вязкостно-температурных свойств масел по индексу вязкости (ИВ). В СНГ индекс вязкости определяют по специальным стандартным таблицам в зависимости от вязкости масла при 50 и 100 °С. Вязкость масел зависит от температуры и углеводородного состава масел. Наиболее пологую кривую зависимости вязкости от температуры имеют нормальные алканы, ИВ у них превышает 200. У алканов с разветвленной цепью он ниже и уменьшается с увеличением степени разветвленности. Для циклических аренов и циклоалкапои характерны следующие особенности: 1) вязкостно-температурные свойства улучшаются с увеличением отношения углеродных атомов боковых алкильных цепях к числу углеродных атомов в циклической части молекул; 2) ИВ снижается при увеличении числа колец в молекуле углеводорода; 3) ИВ алкилзамещенных бензола, циклогексана, нафталина и декалина растет почти пропорционально числу углеродных атомов в молекуле; 4) циклоалканы имеют лучшие вязкостнотемпературные свойства, чем арены. Чтобы получить масла с высокими вязкостно-температурными свойствами, необходимо максимально удалить из масляных фракций смолисто-асфальтеновые вещества, извлечь (но не полностью) полициклические арены с короткими боковыми цепями. В масле должны быть полностью сохранены алкилзамещенныециклоалканов, аренов и циклоалканоаренов с большим числом углеродных атомов в боковой цепи. Подвижность при низких температурах. Потеря подвижности масел при низких температурах происходит по двум причинам: из-за резкого повышения вязкости масла и вследствие появления в масле структур, состоящих из кристаллов твердых углеводородов. В первом случае масло сохраняет все свойства ньютоновской жидкости, хотя и становится практически неподвижным. Во втором случае оно приобретает свойства, присущие дисперсным (неньютоновским) системам: вязкость масла начинает зависеть от скорости сдвига и от времени приложения нагрузки. Показателем, контролирующим подвижность масел при низких температурах, является температура застывания. Температура застывания автомобильных и дизельных масел колеблется от —10 до —40 °С, а для масел, применяющихся в турбореактивных авиационных двигателях, должна быть не выше —55 °С. Низкозастывающие масла получают, удаляя из фракций твердые алканы, полициклические арены и циклоалканоарены с короткой цепью. Смазывающая способность. В ряде случаев, когда смазочные масла применяют при больших нагрузках и малых скоростях, не удается получить стабильный смазывающий слой определенной толщины. Поэтому большое значение приобретает возможность создания на металлической поверхности очень тонкого (0,1—1,0 мкм), но прочного смазочного слоя. Этот тип смазки носит название граничной смазки, а способность масел создавать такой слой характеризуют термином маслянистость, или смазывающая способность. Химическая стабильность. Для масел (турбинных, компрессорных, моторных и др.), которые многократно циркулируют через узлы трения, одним из важнейших показателен является стойкость против окисления кислородом воздуха. Окисление компонентов масла представляет собой сложный процесс, развитие которого зависит от химического и прежде всего углеводородного состава масел, а также от условий эксплуатации. Показано, что первичными продуктами окисления углеводородов являются пероксиды, которые затем разлагаются и превращаются в другие кислородсодержащие соединения. Накопление кислородсодержащих соединений в масле вредно сказывается на эксплуатационных свойствах. Установлено, что по химической стабильности наилучшими свойствами обладают малоцикличныециклоалканы и арены, а также гибридные углеводороды с длинными боковыми цепями. Стойкость масел к воздействию кислорода характеризуют следующие показатели: общая склонность масел к окислению; коррозионная активность масел; склонность к лакообразованию; склонность к образованию осадка в двигателях внутреннего сгорания. Для определения этих показателей предложен комплекс методов лабораторных и моторных испытаний. Заключение Специальные масла, g изготовляемые на базе мало - вязких масел с вязкостной присадкой, предназначенные для работы в качестве жидкостей для гидравлических систем строительных машин, также оказываются неработоспособными при низких температурах. Специальные масла применяются в промышленности химических волокон для приготовления важных и замасливающих препаратов. [2] Специальные масла отличаются наличием в особых свойств, необходимых для соответствующих областей применения. Специальные масла для закалки отличаются от обычных минеральных масел меньшим содержанием асфальтовых веществ и более высокой температурой воспламенения. Специальные масла - это такие виды масел, которые по своим свойствам приспособлены к выполнению особых определенных функций и практически не применяются в обычных условиях смазки. К этой группе относятся пропиточные масла и масляные растворители, масло для цепей туннельных печей, масло для герметизации скважин, масляные теплоносители и др. Специальное масло получают путем введения в минеральное или синтетическое основное масло специальных присадок. Специальные масла, как турбинное, компрессорное, трансформаторное и др. Эти масла получают из высокосортных нефтей и в процессе изготовления проводят тщательную их очистку. [6] Специальные масла изготовлены из сверхчистых базовых масел EHVI Содержат беззольные присадки обладают отличными противоизносными свойствами, устойчивостью к окислению обеспечивают эффективную работу в любое время года в экстремальных условиях Не наносят вред окружающей среде не содержат цинка. Специальные масла, как турбинное, компрессорное, трансформаторное и др. Эти масла получают из высокосортных нефтей и в процессе изготовления проводят тщательную их очистку. Специальные масла и светлое дизельное топливо, получаемые с вторичной разгонки, являются товарными продуктами, а бензин и керосин проходят дополнительную очистку щелочью. Специальные масла и светлое дизельное топливо, получаемые с вторичной разгонки, являются товарными продуктами, а бензин и керосин проходят дополнительную очистку щелочью. Специальные масла (турбинные, компрессорные и трансформаторные), используемые при температурах от 50 до 200 С. Специальные масла могут также содержать присадки, препятствующие проскальзыванию, понижающие коэффициент трения в зоне смешанного трения, дисперсанты или эмульгаторы в тех случаях, где требуются масла с моющими свойствами. Список литературы 1. Казакова Л. П., Крейн С. Э. Физико-химические основы производства нефтяных масел, с.233-252, — М., 1978. 2. Химический Энциклопедический Словарь. Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, с.6-32, 1983—792 с. 3. Черножуков Н. И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производств о товарных нефтепродуктов. — 6 изд. ,с.311, — М., 1978. 4. Воскресенский В. А., Дьяков В. И. Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка): Справочник. — М.: Машиностроение, с.177-189, 1980. — (Библиотека конструктора). — ISBN ББК 34.42, УДК 621.81.001.2 (031). 5. Черножуков Н.И. Теория очистки нефтепродуктов, с.90,1999. 6. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефтии газа, 2002, с46-55. |