химия. Введение Объект исследования Масляные смазочноохлаждающие жидкости. Актуальность работы
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
Глава 4.Методика эксперимента 4.1. Определение кинематической вязкости ν Вязкость СОЖ определяли по ГОСТ 33, используя вискозиметр стеклянный капиллярный типа ВПЖ-2 (рис.4.1).  Рис.4.1. Вискозиметр типа ВПЖ-2 На отводную трубку 3 надевали резиновую трубку. Затем, зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, опускали колено 1 в сосуд с СОЖ, которую засасывали с помощью резиновой груши до метки М2, следя за тем, чтобы в жидкости не образовывались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень СОЖ достигал метки М2, вискозиметр вынимали из сосуда и быстро перевертывали в нормальное положение. Снимали с внешней стороны конца колена 1 избыток СОЖ и надевали на неё резиновую трубку. Вискозиметр устанавливали в термостат так, чтобы расширение 4 было ниже уровня СОЖ. После выдержки в термостате не менее 15 мин засасывали СОЖ в колено 1 примерно до 1/3 высоты расширения 4. Соединяли колено 1 с атмосферой и определяли время перемещения мениска СОЖ от метки М1 до М2. Если результаты трех последовательных измерений не отличались более чем на 0,2%, то кинематическую вязкость ν, мм2/с, вычисляли как среднее арифметическое значение по формуле: v Ct , (2) где С - калибровочная постоянная вискозиметра, мм2/с2, t - Среднее арифметическое значение времени истечения, с. 4.2. Определение кислотного числа К Кислотное число определяли по ГОСТ 11362 методом потенциометрического титровая с помощью устройства, показанного на рис.4.4.  Рис.4.4. Устройство для потенциометрического титрования:1-провод для сравнительного электрода; 2-удлиненный конец бюретки (перед мешалкой); 3-электрод сравнения; 4-трубка со стеклянным шлифом у основания; 5-бюретка; 6-экранированный провод для стеклянного электрода; 7-бакелитовая основа; 8-стеклянный электрод (защищен внутри); 9-стакан; 10-пропеллерная мешалка Массовую долю свободных органических кислот выраженную в мг KOH на 1г смазки, вычисляли по формуле V 0,005611000 X  , (3) m где V - объем с точностью 0,1 моль/дм3 спиртового раствора гидроокиси калия, израсходованный на титрование, см3; 0,00561 - титр 0,1 моль/дм3 раствора гидроокиси калия; 1000 - коэффициент для пересчета г в мг; m - масса испытуемой СОЖ, г. 4.3. Определение содержания серы Для определения содержания серы в образцах использован анализатор рентгеновский энергодисперсионный серы в нефти и нефтепродуктах «СПЕКТРОСКАН S» в соответствии с ГОСТ Р 51947-2002, ASTM D 4294-98. Метод определения основан на энергодисперсионном канале со спектральными фильтрами и пропорциальным датчиком. 4.4. Определение коэффициента пропускания Т Коэффициент пропускания определяли с помощью спектрофотометра.  Рис.4.7. Схема спектрофотометра: 1- галогенная лампа как источник света; 2-монохроматор для выделения спектрального диапазона требуемых длин волн; 3-кюветное отделение, служащее для размещения проб и калибровочных растворов; 4-детектор для регистрации света и преобразования его в электрический сигнал; 5-электроника, обеспечивающая проведение измерений и управление работой прибора; 6-цифровой индикатор (дисплей) для отображения результатов измерений и вспомогательной информации. Принцип действия спектрофотометра (рис.4.7) основан на сравнении светового потока Φ0 прошедшего через исследуемую среду и падающего Φ потока. Световые потоки Φ0 и Φ преобразуются фотоприемником в электрические сигналы I0 и I. По величинам этих сигналов микропроцессором спектрофотометра рассчитывается и отображается на дисплее результат измерения. Коэффициент пропускания Т исследуемой СОЖ определяется как отношение потоков по формулам: TФ  0 , (4) Фгде Ф0 –световой поток прошедший через исследуемую жидкость; Φ – падающий световой поток. Глава 5. Исследование окисляемости масляных СОЖ Исследование окисляемости масляных СОЖ выполняли в два этапа: 5.1. Исследование влияния температуры на основные физико-химические свойства трёх марок масляных СОЖ. Это исследование провидили путём моделирования процесса окисляемости масляных СОЖ. Для этого СОЖ марок Garia 601 M-22 (далее M-22), МР-3, МР-7 нагревали в термостате при температурах 65 и 95℃ и течение 200 часов. Термостатирование осуществляли при атмосферном давлении и перемешивании жидкостей механической мешалкой, вращающейся с частотой 300 мин-1. Температуру во время испытаний устанавливали дискретно и выдерживали постоянной автоматически с помощью терморегулятора с точностью ±0,1℃. Затем через каждые 50 часов термостатирования отбирали пробы и определяли кинематические вязкости, кислотные числа и содержания серы. Средства измерений: Термостат жидкостный (с механической мешалкой) для исследования нефтепродуктов мод. ВИС-Т-08-4 ООО Термэкс (Россия); Титратор потенциометрический автоматический мод. АТП-02 НПО Аквилон (Россия); Вискозиметр стеклянный капиллярный типа ВПЖ-2; Спектрометр рентгенофлуоресцентный мод. Спектроскан S НПО Спектрон (Россия). Результаты исследования. Кинематическая вязкость СОЖ трёх марок в течение 200 часов термостатирования при температуре 65 ℃ не изменилась. При температуре 95℃ вязкость СОЖ марок МР-3 и МР-7 увеличилась на 83,3 и 47,6% соответственно, а марки M-22 осталась без изменений, что свидетельствует о её высоком качестве(рис. 5.1 а). Увеличение вязкости СОЖ марок МР-3 и МР-7 объясняется наличием в этих жидкостях легколетучих углеводородов, которые при нагреве интенсивно испаряются. Таблица 5.1 - Основные физико-химические характеристики трёх марок масляных СОЖ
Примечание: Garia 601 M-22(далее М-22) – СОЖ производства фирмы Houghton Deutschland (Германия). МР-3 по ТУ 0258-082-23763315 – СОЖ производства ЗАО “Промэкология” (Россия, г.Омск). МР-7 по ОСТ 38.01415-88 с изм. №1– СОЖ производства ЗАО “Промэкология” (Россия, г.Омск). Кислотное число СОЖ марок M-22, МР-3 и МР-7 в течение 200 часов термостатирования при температурах 65 и 95℃ увеличилось на 95, 125; 71,4, 114,28 и 75, 132,1% соответственно (рис. 5.1 б). Это свидетельствует о протекании в указанных жидкостях процессов окисления углеводородов и превращении их в свободные органические кислоты. В тоже время кислотное число может характеризовать состав СОЖ, т.к. известно, что добавляемые присадки повышают общую кислотность жидкости. Отсюда следует, что СОЖ марки M-22 в сравнении с остальными жидкостями содержит большее количество присадок, повышающих кислотное число и уменьшающих её вязкость. В результате испарения СОЖ, а соответственно и потери массы жидкости увеличивается концентрация продуктов окисления, СОЖ темнеет, содержание общей серы увеличивается (рис.5.1 в).  а)  б)  в) Рис.5.1 Влияние марки масляной СОЖ, температуры t и времени термостатирования T: а- на кинематическую вязкость ν; б- на кислотное число К; в - на содержание серы S 5.2. Исследование оптические свойств масляных СОЖ трёх марок подвергнутых искусственному окислению. Образцы СОЖ полученные на первом этапе, исследовали на спектрофотометрах мод. СФ-25 УВИ и СФ-256 БИК ИК ООО ЛОМО Фотоника (Россия). При этом в качестве источников излучения использовали: а) для работы в области спектра λ=190...360 нм - дейтериевую лампу ДДС-30М; б) для работы в области спектра λ=360...2700 нм - галогенную лампу КГМ 12-10. Для уменьшения рассеяния светового потока и устранения высших порядков дифракций перед монохроматором устанавливали блок со светофильтрами. После измерений выполненных с точностью 1% рассчитывали спектральные коэффициенты пропускания СОЖ и кюветы по формуле:  Ф Т , (5) ПД где ФПР - интенсивность прошедшего светового потока; ФПД - интенсивность падающего светового потока. Затем рассчитывали коэффициенты пропускания СОЖ, учитывающие потери интенсивности светового потока при его прохождении через кювету:  ТСОЖ Т , (6) ТК где Т - коэффициент пропускания СОЖ и кюветы; Тк - коэффициент пропускания кюветы. Спектры пропускания СОЖ указанных марок показаны на рис.5.2. Измерения коэффициентов пропускания проводилось в одной и той же кювете, которая после каждого удаления СОЖ очищалась так тщательно, что достигался уровень её изначальной прозрачности. Таким образом спектральный коэффициент отражения кюветы оставался постоянным и им пренебрегали. Кроме этого контролировали рассеяние светового потока при его прохождении через СОЖ. Было установлено, что это рассеяние очень мало, так как разница между коэффициентами экстинкции и пропускания составляла менее 1%, что свидетельствует о отсутствии в жидкостях заметной концентрации коллоидных частиц. Оптические свойства СОЖ характеризуются показателем поглощения, который является основной оптической характеристикой жидкости и рассчитывается по формуле 1 ВСОЖ  lnТСОЖ , (7) l где l- толщина слоя СОЖ, l=1см. Спектры поглощения СОЖ указанных марок представлены на рис. 5.3. Анализ последних вблизи края собственного поглощения ( длины волн λ=600; 700; 738 нм) показал наличие качественно подобных зависимостей кинематической вязкости, кислотного числа и содержания серы от показателя поглощения. При этом наиболее информативным и удобным для обработки, вследствие меньшей погрешности и относительно больших значений показателя поглощения для исследуемых марок СОЖ, являются зависимости показателя поглощения на длине волны λ=700 нм.  Рис. 5.2. Спектры пропускания СОЖ марок: а-М-22; б-МР-3; в-МР-7  Рис. 5.3. Спектры поглощения СОЖ марок: а-М-22; б-МР-3; в-МР-7 Графические зависимости кинематической вязкости ν40℃, кислотного числа К и содержания серы S от показателя поглощения ВСОЖ на длине волны λ=700 нм показаны на рис. 5.4.  Рис. 5.4. Зависимости кинематической вязкости ν40℃, кислотного числа К и содержания серы S от показателя поглощения ВСОЖ на длине волны λ=700 нм ( СОЖ- М-22 ). Было установлено, что взаимосвязи между указанными параметрами и показателем поглощения ВСОЖ на длине волны λ=700 нм описываются уравнениями прямой (см. рис.5.4, табл. 5.2). Таблица 5.2. - Аналитические зависимости между вязкостью ν40℃, кислотным числом К, содержанием серы S и показателем поглощения ВСОЖ на длине волны λ=700 нм
Таким образом, зная показатель поглощения жидкости ВСОЖ можно рассчитать их кинематические вязкости, кислотные числа и содержание серы, и, тем самым, оценить степень её окисления и принять решения о возможности или невозможности её дальнеийщего использования. Выводы: Предельной температурой нагрева масляных СОЖ, не оказывающей заметного влияния на их окисляемость, является температура 65℃. Масляная СОЖ марки М-22 по сравнению с СОЖ марок МР-3 и МР-7 оказывает большее сопротивление окисляемости. Наибольшую кинематическую вязкость имеет СОЖ марки МР-7, а наименьшую - марки М-22. Вязкость СОЖ марки МР-3 занимает промежуточное положение. Увеличение вязкости СОЖ с увеличением температуры с увеличением времени термостатирования объясняется испарением легколетучих углеводородов. Кинематическая вязкость СОЖ марки М-22 при термостатировании в течение 200 часов и температурах 65 и 95℃ постоянна, что свидетельствует о её высоком качестве. Контроль кислотного числа, кинематической вязкости и содержания серы наиболее оперативно и с высокой точностью необходимо осуществлять методом оптической спектроскопии. 1 Иногда в качестве основы масляных СОЖ используют отработанные моторные и индустриальные масла, прошедшие регенерацию [1]. Использование синтетических масел в России не получило широкого применения из-за их дороговизны. 2 Окисление - главный фактор, определяющий период эксплуатации масляных СОЖ. 3 Соединения хлора из-за ужесточения экологических и токсикологических требований, связанных с утилизацией отработанных хлорсодержащих жидкостей в современных марках масляных СОЖ не применяются. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||