Визначення корозійних властивостей бензину

Теоретичні основи

При застосуванні бензини стикаються з різними металами і сплавами і викликають їх корозійне руйнування. Корозії піддаються резервуари, трубопроводи, паливні баки, деталі карбюратора і т.п. Корозійні властивості бензинів обумовлені що містяться в них органічними кислотами, водорозчинними кислотами і лугами, сірчистими з'єднаннями.

Органічні кислоти в невеликій кількості містяться в автомобільних бензинах. Вони створюються в процесіокислення киснем повітря нестабільних вуглеводнів бензину при транспортуванні і зберіганні. Найбільшою корозійною активністю володіють нафтенові кислоти, які особливо сильно руйнують кольорові метали — свинець і цинк. Органічні кислоти, взаємодіючи з металами, утворюють в бензині мила, які випадають у вигляді пластівців і засмічують систему живлення двигуна.

Сірчисті з'єднання бензинів можуть бути умовно розділені на активні і неактивні. До активних відносяться елементарна сірка, сірководень і меркаптани, до неактивних - сульфіди, дисульфіди і т.д. Активні сірчисті з'єднання кородують метал навіть при низьких температурах; їх присутність в бензинах неприпустима. Неактивні сірчисті з'єднання не корродують метал, але при тому, що згоряє утворюють корозійно-агресивні оксиди сірки SO₂ і SO₃. При пуску непрогрітого двигуна і відносно низькій температурі продуктів горіння можлива конденсація водяної пари, що утворюється в результаті згоряння водорода в паливі. Оксиди сірки розчиняються в воді і утворюють сірчану і сірчисту кислоти. Під дією цих кислот відбувається низькотемпературна електрохімічна корозія циліндропоршневої групи. Якщо температура згоряння достатньо висока і водяна пара не конденсується відбувається високотемпературна суха газохімічнакорозія.

Масова частка сірки в автомобільних бензинах для різних марок бензинів коливається від 0,05до 0,12%. Знос двигуна зростає з підвищенням вмісту сірки в бензині. В результаті сірчистої корозії деталей погіршуються його потужностні і економічні показники.

Водорозчинні кислоти і луги можуть потрапити в бензин при використовуванні забрудненої тари або залишитися в ньому після очищення сірчаною кислотою або лугом на нафтопереробному заводі. Водорозчинні кислоти кородують всі метали, а луги — алюміній, тому їх присутність в бензинах не допускається.

Проведення випробувань. Для з'ясування корозійних властивостей бензину визначають кислотність і присутність водорозчинних кислот і лугів, проводять випробування на мідній пластині.

Визначення кислотності. Кислотність бензину виражається в міліграмах гидрооксиду калія, необхідного для нейтралізації органічних кислот, що знаходяться в 100 мл палива. По діючих ГОСтах на автомобільні бензини цей показник знаходится в межах від 0,8 до 3 мг на 100 мл палива.

Метод полягає у витяганні з бензину кислих з'єднань 85%-вим розчином етилового спирту при нагріванні і подальшому титруванні їх 0,05% спиртним розчином гидроксиду калія у присутності індикатора. При випробуванні в конічну колбу місткістю 250 мл наливають 50 мл бензину. В іншу конічну колбу такої ж місткості наливають 50 мл 85%-кового етилового спирту, закривають пробкою із зворотнім водяним або повітряним холодильником і кип'ятять протягом 5 хвилин. В колбу з прокип'яченим спиртом додають 8... 10 крапель індикатора нитрозинового жовтого. Потім гарячий спирт нейтралізують при безперервному помішуванні 0,05% спиртним розчином гідроксиду калія до першого переходу жовтого забарвлення в зелене. Далі в колбу з гарячим спиртом підливають випробовуваний бензин і кип'ятять вміст колби із зворотним холодильником протягом 5 хвилин при періодичному перемішуванні (2...3 рази).

Гарячу суміш титрують 0,05% спиртним розчином гідроксиду калія при безперервному інтенсивному перемішуванні до переходу жовтого (жовтої з відтінками) забарвлення суміші в зелену (зелену з відтінками). Забарвлення повинне бути стійким протягом 30 с. Якщо гаряча суміш буде відразу зеленого або зеленого з відтінками забарвлення, то її не титрують, оскільки в цьому випадку органічні кислоти у випробовуваному бензині відсутні.

Кислотність К випробовуваного бензину знаходять по формулі:

, (1)

де V₂ — об'єм 0,05% розчину гідроксида калія, що затрачується на титрування, мл; Т —об’єм розчину гидроксида калія, мг/мл; 50 — об'єм випробовуємого бензину, мл.

За результат випробування беруть середнє арифметичне двох паралельних визначень.

Випробування на мідній пластинці. Випробування дії бензину на мідну пластинку при підвищеній температурі служить якісною пробою на присутність активних сірчистих з'єднань. Навіть при незначній концентрації елементарної сірки в бензині мідна пластинка, поміщена в нього на 3 год. при 100°С, покривається блідосірими плямами, а при великому вмісті сірки за той же час при нагріві до 50°С — чорним нальотом. У присутності сірководню мідна пластинка набуває сірого кольору з червоними розводами. Менш чутлива мідна пластинка до дії меркаптанів.

Для випробування застосовують пластинки з електролітичної міді розміром 40x10x2 мм. Пластинки ретельно шліфують, промивають спиртом і ефіром і висушують на фільтрованому папері. Випробовуваний бензин наливають в пробірку заввишки 150 мм і діаметром 15...20 мм приблизно до половини її висоти і опускають в нього щипцями мідну пластинку. Пробірку закривають кірковою пробкою і занурюють у водяну баню. Температура води в бані повинна бути 50°С, а рівень води — вище за рівень бензину в пробірках. Пробірки витримують в бані протягом 3 год., потім мідні пластинки виймають і промивають у фарфоровій чаші ацетоном або спиртобензольною сумішшю. Для кожного зразка бензину проводять два паралельні випробування.

Якщо мідна пластинка покрита чорним, темно-коричневим, сірувато-сталевим нальотом або плямами, то вважається, що бензин не витримав випробування на мідній пластинці.

Визначення присутності водорозчинних кислот і лугів. Метод полягає у витяганні водорозчинних кислот і лугів з бензину водою або водними розчинами спирту і визначення їх присутності за допомогою індикаторів.

В ділильну воронку наливають 50 мл випробовуваного бензину і 50 мл дистильованої води, нагрітої до 50...60°С. Протягом 5 хв перемішують вміст воронки. Мінеральні кислоти і луги, присутні в бензині, розчиняються у воді. Потім дають відстоятися нижньому водному шару, і в дві пробірки наливають по 1...2 мл витяжки, що відстоялася.

В одну з пробірок з витяжкою додають дві краплі розчину метилового оранжевого і порівнюють її колір з кольором такого ж об'єму дистильваної води, в яку додають дві краплі того ж індикатора. Якщо витяжка забарвлюється в рожевий колір, то у випробовуваному бензині присутні водорозчинні кислоти.

В другу пробірку з витяжкою додають три краплі розчину фенолфталеіну. За наявності водорозчинних лугів витяжка забарвлюється в рожевий або червоний колір.

Якщо витяжки від метилового оранжевого або фенолфталеіну не забарвлюються в рожевий або червоний колір, то бензин не містить водорозчинних кислот і лугів.

Контрольні питання

1. На які групи можуть бути розділені сірчисті з’єднання бензину?

2. Як впливають активні сірчисті сполуки бензину на метал?

3. Що утворюють при згорянні неактивні сполуки бензину?

4. В яких межах коливається масова доля сірки в бензинах?

5. Розкажіть методику визначення кислотності бензину?

Лабораторна робота №5

Визначення фракційного складу

Теоретичні основи.

Паливо перед згорянням у двигуні повинно перейти у пароподібний стан і перемішатися з повітрям. Випарування палива характеризується складом і тиском насичених парів. Пальна суміш утворюється в спеціальному приладі – карбюраторі. Процес сумішоутворення полягає в розпилюванні, випаруванні, перемішуванні бензину з такою кількістю повітря, яка необхідна для його згоряння.

Бензин – це складна суміш легких ароматичних, нафтенових, парафінових вуглеводнів та їх похідних.

Випаровуємість характеризує швидкість і повноту переходу бензину з рідкого в пароподібний стан і визначається його хімічним складом. Бензини як складна суміш різних вуглеводнів википають не при одній постійній температурі, а в широкому діапазоні температур (30...205°С). Випаровуємість бензину оцінюється по температурних межах його википання і по температурах википання його окремих частин - фракцій.

Фракційний склад є головним показником випаровувансті автомобільного бензину, найважливішою характеристикою його якості. Від фракційного складу бензину залежать легкість пуску двигуна, час його прогрівання, прийомистість та інші експлуатаційні показники.

На малюнку приведена крива розгону бензину і вказані його основні фракції — пускова, робоча і кінцева. Пускову фракцію бензину складають самі низькокиплячі вуглеводні (перші 10% об'єму дистиляту). У робочу фракцію входять дистиляти від 10 до 90 % об'єму і в кінцеву — від 90% об'єму до кінця кипіння бензину. По Госту фракційний склад бензину нормують п'ятьма характерними температурами: почток перегонки, перегонки 10%, 50 і 90% об'єму і кінця кипіння.

Фракційний склад бензину повинен бути таким, щоб забезпечилися хороший пуск двигуна і швидкий розгін автомобіля, низька питома витрата палива, рівномірний якісний і кількісний розподіл горючої суміші по циліндрах двигуна, мінімальний знос поршнів і циліндрів.

Температура початку перегонки і перегонки 10% бензину характеризують пускові властивості палива. Якщо в бензині недостатньо низкокипячих фракцій, то при пуску холодного двигуна частина бензину не встигає випаруватися і потрапляє в циліндри в рідкому стані. Горюча суміш виявляється збідненою, вона не спалахує від електричної іскри і пуск двигуна стає неможливий. Рідкий бензин в циліндрах змиває мастило, а в картері двигуна розріджує моторне масло. Тому у момент пуску і при подальшому прогріванні спостерігається тертя деталей цилиндропоршневої групи без достатньої кількості змащувального матеріалу. Змащувального масла виявляється недостатньо для осідання на поверхнях деталей міцної плівки. В цьому випадку створюється знос деталей двигуна, так званий пусковий знос, ступінь якого залежить від кількості бензину, що не випарувався, тривалості пуску і прогрівання двигуна і швидкості відновлення масляної плівки на циліндрах. Чим менше випаровується бензину у впускній системі двигуна, тривалий пуск і гірше подача змащувального масла до деталей, що труться, тим значніше пусковий знос. Вміст низкокиплячих вуглеводнів в сучасних автомобільних бензинах контролюється трьома показниками: температурою початку перегонки, температурою перегонки 10 % бензину і тиском насиченої пари.

Відповідно до стандартів, що діють, температура початку перегонки літніх автомобільних бензинів повинна бути не нижче 35 °С, а 10 % бензину повинні перегонитися при температурі не вище 70 °С. Температура початку перегонки зимових бензинів не нормується, а 10 % бензину повинно перегонятися при температурі не вище 55 °С. Завдяки цьому на літніх бензинах забезпечується пуск холодного двигуна при температурі навколишнього повітря вище - 10 °С, у літній період не утворюється парових пробок. Застосовуючи зимові бензини, можна пустити холодний двигун при температурі повітря - 26...- 28 °С. Поява парових пробок за цих умов практично виключено.

Температура перегонки 50% бензину, яка характеризує швидкість прогрівання і прийомистість двигуна, нормується для робочої фракції (об'єм дистилятів від 10 до 90%).

Прогріваннядвигуна триває від моменту пуску до створення стійкого режиму роботи. В кінці прогрівання на режимі холостого ходу досягається майже повне випаровування бензину у впускному трубопроводі. Чим легше фракційний склад і нижче температура перегонки 50 % бензину, тим швидше прогрівається двигун. Бензин з низькою температурою перегонки 50 % швидше випаровується у впускному трубопроводі, наповнення циліндра горючою сумішшю поліпшується, потужність двигуна зростає. При низькій температурі навколишнього повітря необхідно застосовувати бензини з низькою температурою перегонки 50 % палива.

Прійомистість— це властивість двигуна в прогрітому стані під навантаженням швидко переходити з малої частоти обертання до більшої при різкому відкритті дросельної заслінки. Для забезпечення хорошою прийомистістю двигуна потрібно, щоб циліндри двигуна у момент дроселювання наповнювалися багатою горючою сумішшю. При різкому відкритті дросельної заслінки у впускний трубопровід поступає велика порція холодного повітря і рідкого бензину, що приводить до різкого погіршення умов паротворення через нестачу теплоти для повного випаровування палива.

Якщо бензин має високу температуру перегонки 50 % палива, то деяка частина висококиплячих вуглеводнів, що складають робочу фракцію палива, в системі живлення не випаровується. В цьому випадку горюча суміш збіднена, і двигун не розвиває високої частоти обертання колінчастого валу і навіть може зупинитися.

Для відновлення теплового режиму системи живлення двигуна потрібний якийсь час. Теплова рівновага встановлюється тим швидше, чим краще йде процес випаровування і сумішоутворення, чим більше в бензині низкокиплячих вуглеводнів. Отже, прийомистість двигуна багато в чому залежить від температури перегонки 50 % бензину. З пониженням цієї температури прийомистість поліпшується і час розгону автомобіля скорочується. Оптимальний розгін автомобіля спостерігається при такій випаровуваності бензину, при якій створюється горюча суміш з повітрям і пари палива в співвідношенні 12:1.

Якщо випаровуваємість бензину гірша, а значить, вище температура перегонки 50 % палива, то утворюється бідна суміш і час розгону автомобіля збільшується.

Температура перегонки 50 % літнього бензину повинна бути не більше 115 °С, зимового — не більше 100 °С. При таких температурах забезпечується швидке прогрівання і хороша прийомистість двигуна під час експлуатації автомобіля.

Температури перегонки 90% і кінця кипіння бензину характеризує повноту його випаровування. Якщо в бензині міститься багато висококиплячих вуглеводнів, то умови роботи двигуна аналогічні умовам пуску холодного двигуна на бензині з низькою температурою початку перегонки. Висококиплячі вуглеводні не випаровуються у впускному трубопроводі двигуна і потрапляють в циліндри у вигляді рідини. Деяка частина її випаровується і згорає, а частина, що залишилася, стікає по стінках циліндра і змиває з них змащувальне масло. Потрапляючи в картер двигуна, важкі фракції бензину розріджують масло і знижують його в'язкість. У тих місцях, де змито змащувальне масло, спостерігаються тертя без змащувального матеріалу і підвищений знос деталей.

При використанні бензинів з високою температурою кінця кипіння підвищується знос двигуна, збільшується кількість відкладень на деталях двигуна і збільшується витрата палива.

Температура перегонки 90 % палива для літнього автомобільного бензину повинна бути не вище 180° С, зимового — не вище 160° С. Кінець кипіння літнього бензину повинен бути не вище 195° С, зимового — не вище 185° С.

Випарування характеризує швидкість та повноту переходу бензину з рідкого до пароподібного стану і визначаються його хімічним складом. Випарування бензину оцінюється по температурним межам його викіпання і по температурам викіпання його окремих частин – фракцій.

Фракційний склад встановлює залежність між кількісним вмістом фракцій палива ( в процентах за об’ємом ) і температурою, при якій воно переганяється. Від фракційного складу бензину залежить пуск двигуна, час його прогрівання і прийомистість, спрацювання деталей циліндропоршневої групи; витрата палива, масла, токсичність відпрацьованих газів тощо.

На малюнку 1 приведені криві розгонки бензину і вказані його основні фракції.

Рис. 1. Криві розгонки бензину

Зимовий

Літній

Авіаційний

Температура початку перегонки та перегонки 10 % бензину характеризує пускові якості бензину. Якщо в бензині недостатньо низкокип’ящих фракцій, то при запуску двигуна частина бензину не встигає випаруватись і потрапляє у циліндри в рідкому стану. Чим менше випаровується бензину у впускній системі двигуна, тим довший пуск двигуна; гірша подача змашувального масла до вузлів тертя, тим значніші пускові зношування.

Якщо бензин має дуже низьку температуру t 10 % то на прогрітому двигуні, особливо в спеку, під капотом в системі живлення можуть випаровуватись легко киплячі вуглеводні, утворюючі пари. При цьому вони порушують подачу палива з паливного баку до бензонасоса.

Тому початок випаровування бензину повинен бути t = + 35 C, t 10% для зимових бензинів +55 , t 10% для літніх бензинів +70 .

Після пуску двигуна інтенсивність його прогрівання і прийомистість (інтенсивність розгону автомобіля до певної швидкості після різкого відкриття дросельної заслінки) залежить від температури перегонки 50 % бензину(t 50 %). Чим нижча ця температура тим легше випаровуються середні фракції бензину, забезпечуючи стійку роботу двигуна на режимі холостого ходу і добру його прийомистість.

Температура перегонки 50% палива для автомобільних бензинів становить 100...115 С.

За температурою перегонки 90% (t 90%)- і температурою кінця кипіння (t )роблять висновок про інтенсивність і повноту згоряння робочої суміші, про наявність у бензині важких /хвостових/ фракцій. При наявності важких фракцій паливо випаровується неповністю, що приводить до нерівномірного розподілу пальної суміші між циліндрами розрідження масла паливом, підвищення спрацювання двигуна і витрати палива.

Рис. 2. Прилад для перегонки висококипящих рідин ПВЖ.