Теоретическая часть.
Дизельные топлива предназначены для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Условия смесеобразования и воспламенения в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях. Преимуществом дизелей является возможность осуществления высокой степени сжатия топливо-воздушной смеси, вследствие чего удельный расход топлива в них на 25…30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях.
Дизельное топливо – это сложная смесь парафиновых (10…40 %), нафтеновых (20…60 %) и ароматических углеводородов средней молярной массы – 110…230 г/моль, выкипающих в пределах 170…380 оС. Температура вспышки топлива составляет 35…80 оС, застывания – минус 5 оС.
Основные эксплуатационные показатели дизельных топлив:
· цетановое число, характеризующее мощностные и экономические показатели работы двигателя;
· фракционный состав, определяющий полноту сгорания топлива, дымность и токсичность отработанных газов;
· вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыление в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования;
· низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы топливоподачи при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива;
· степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндропоршневой группы двигателя;
· температура вспышки, определяющая условия безопасности использования топлива в двигателе;
· наличие сернистых соединений, металлов, непредельных углеводородов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ двигателя.
Дизельное топливо выпускается согласно ГОСТ 305-82 трех марок: Л – летнее, применяемое при температуре окружающей среды ниже 0 оС, З – зимнее до – 30 оС, А – арктическое до – 50 оС. Общее содержание серы в прямогонных фракциях – 0,8…1,0 %, после гидроочистки – 0,08…0,12 % (табл. 1).
Основной показатель дизельного топлива – цетановое число (ЦЧ), который характеризует воспламеняемость топлива, жесткость рабочего хода, определяет запуск двигателя, расход топлива и дымность отработанных газов.
1.1 Цетановое число
ЦЧ указывает на процент содержания хорошо воспламеняющегося цетана С16Н34 в смеси с трудно воспламеняемым a-метилнафталином С11Н10 в эталонном топливе, которое по своим характеристикам соответствует исследуемому дизельному топливу.
Оптимальное ЦЧ дизельного топлива – 40…50 (табл. 10). Применение топлива с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе двигателя, а ЦЧ > 50 – к увеличению удельного расхода топлива за счет снижения полноты сгорания. ЦЧ дизельного топлива зависит от его углеводородного состава. Наиболее высокими ЦЧ обладают нормальные парафиновые углеводороды, причем с повышением их молярной массы ЦЧ также повышается. Самые низкие ЦЧ у ароматических углеводородов, не имеющих боковых цепей. Непредельные углеводороды имеют более низкие ЦЧ, чем соответствующие парафиновые. Чем выше температура кипения топлива, тем выше ЦЧ, зависимость носит линейный характер.
1.2 Таблица 1- Основные показатели качества дизельных топлив
(ГОСТ 305-82)
| Показатель | Марка топлива | |
| Л | З | |
| Цетановое число, не менее | 47…51 | 40…42 |
| Фракционный состав, max tо перегонки, оС: 50 % топлива 96 % топлива | ||
| Кинематическая вязкость при 20 оС, мм2/с (сСт) | 3,0…6,0 | 1,8…5,0 |
| Плотность при 20 оС, кг/м3, не более | ||
| Температура вспышки в закрытом тигле, оС | ||
| Температура застывания, оС, не выше для климатической зоны: умеренной, холодной | –10 – | –35 –45 |
| Общее содержание серы, %, не более | 0,5 | 0,5 |
| Массовая доля меркаптановой серы, %, не более | 0,01 | 0,01 |
| Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива, не более | ||
| Иодное число, г иода на 100 г топлива, не более | ||
| Зольность, %, не более | 0,01 | 0,01 |
| Содержание механических примесей | отсутствуют | отсутствуют |
| Содержание воды | отсутствует | отсутствует |
| Содержание фактических смол, мг /100 см3 топлива, не более | ||
| Коксуемость 10 % остатка, %, не более | 0,20 | 0,30 |
1.3 Фракционный состав дизельного топлива – это основной показатель топлива, влияющий на процесс его сгорания, как и ЦЧ. Его определяют согласно ГОСТ 2177-82 нагреванием 100 мл топлива в специальном приборе, образующиеся пары охлаждают, собирают в мерный цилиндр. В процессе разгонки фиксируют температуру выкипания 50 и 96 % топлива (табл. 1).
От фракционного состава топлива зависит качество его распыления и полнота сгорания. Если в дизельном топливе много легких углеводородов, то на их сгорание требуется меньше кислорода. Для такого топлива более полно протекает процесс смесеобразования, однако повышается жесткость работы двигателя (резко нарастает давление на градус угла поворота коленчатого вала). Тяжелые фракции при распылении образуют крупные капли, ухудшается качество горючей смеси, повышается расход топлива, существенно усиливается коксование распылителей форсунок, возрастает количество нагаров в зоне цилиндропоршневой группы.
Плотность
Абсолютной плотностью вещества называется масса, содержащаяся в единице объема. В системе СИ плотность выражается в кг/м3. За единицу абсолютной плотности принята масса 1м3 дистиллированной воды при температуре 4С.
На практике часто приходится определять плотность при температуре отличающейся от 20°C. Для пересчета плотности используется формула, предложенная Д.И. Менделеевым:
Из этой формулы можно рассчитать плотность при 20°C:
Коэффициент α берется из таблицы:
Температура вспышки в закрытом тигле
Температурой вспышки называется температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в стандартном аппарате, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней открытого огня.
Прибор для определения температуры вспышки в закрытом тигле.
Температура вспышки может определяться в аппаратах закрытого и открытого типа. Для одного и того же продукта температура вспышки, определенного в приборе открытого типа, будет всегда выше, чем в приборе закрытого типа.
Вязкость кинематическая
Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее слоев относительно друг друга под действием внешней силы.
Определение кинематической вязкости проводят в капиллярных вискозиметрах, в которых исследуемый нефтепродукт протекает через капиллярную трубку определенного диаметра.
Кинематическая вязкость испытуемого нефтепродукта вычисляется по формуле:
ν=С*τ,
где τ – время истечения жидкости через капилляр вискозиметра, с;
С – постоянная вискозиметра, мм2/с2 .
Вискозиметр ВПЖ-4
Ход работы.
Определение плотности ареометром
В стеклянный цилиндр осторожно наливаем 100 мл испытуемого дизельного топлива. Взяв за верхний конец ареометр, опускаем его в жидкостью. После установления ареометра снимаем показания:
ρ= 812кг/м3
Т= 20ºС
Определение температуры вспышки в закрытом тигле
Испытуемый нефтепродукт наливаем в тигель до метки, устанавливаем его на место и закрываем крышкой. В крышке укрепляем термометр, проверяем, работает ли мешалка, открывается ли заслонка, и зажигаем лампу.
Включаем электрообогрев и при периодическом перемешивании нагреваем прибор. Не более чем за 17ºС до предполагаемой температуры вспышки начинаем проводить испытания. В момент испытания перемешивание прекращаем, поворачиваем заслонку с помощью рукоятки и наблюдаем за появлением быстро исчезающего пламени над поверхностью нефтепродукта. Отмечаемую при этом температуру фиксируют как температуру вспышки. Испытания проводим через каждые 2ºС. Получив первую вспышку, нагревание продолжаем и через 2ºС повторяем зажигание, и вновь видим вспышку.
Твспышки=67ºС
Определение кинематической вязкости
Вискозиметр с нефтепродуктом с помощью штатива и держателей устанавливаем в вертикальном положении в термостатируемый сосуд. Вискозиметр закрепляют так, чтобы верхнее расширение оказалось полностью в жидкости термостата. Засасываем грушей жидкость в колено выше метки М1. затем грушу снимают и уровень жидкости начинает убывать. Когда уровень жидкости достигает метки М1, включаем секундомер и останавливаем его в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М2. Проводим 3 замера.
τ1= 250с
τ2= 250 с
τ3= 250 с
τср= 250 с
Сconst =0,01057мм2/с2
Определим вязкость: σ= 0,01057*250= 2,6425
Вывод:
1. По ГОСТ для зимнего дизельного топлива плотность при 20ºС должна быть не более 840 кг/м3. Исследуемое дизельное топливо имеет плотность, равную ρ=812 кг/м3; что соответствует ГОСТ.
2. По ГОСТ температура вспышки в закрытом тигле должна быть не ниже 35ºС. Температура вспышки исследуемого дизельного топлива равна: Твспышки=67ºС, что соответствует ГОСТ.
3. По ГОСТ кинематическая вязкость при 20ºС должна быть в интервале: 1,8-5,0. У исследуемого нефтепродукта кинематическая вязкость равна σ=2,6425, что соответствует ГОСТ.
По всем основным качественным показателям исследуемый нефтепродукт соответствует требованиям ГОСТ 305-82 на зимнее и арктическое дизельное топливо.