Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Виправлення фракційного складу палива
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут хімії і хімічних технологій
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра хімічної технології переробки нафти та газу
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Хіммотологія
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Інститут хімії і хімічних технологій
Кафедра хімічної технології
переробки нафти та газу
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1
З курсу «Хіммотологія»
на тему: Виправлення фракційного складу палива
Перевірив:
доц. кафедри ХТНГ
Виправлення фракційного складу палива
Фракційний склад - це вміст у паливі фракцій (в % об'ємних), що википають в певних температурних межах.
Стандартними показниками фракційного складу вітчизняних автомобільних бензинів є:
температура початку кипіння, t„.K.;
- температура перегонки 10, 50 та 90 % бензину, t10%, t50%, t90%;
- температура кінця кипіння, tKK.;
- об'єм залишку в колбі;
- сума втрат при розгонці і залишку в колбі.
Від фракційного складу бензину залежить низка експлуатаційних характеристик під час роботи двигуна:
- легкий та надійний запуск; тривалість прогрівання;
- приємистість;
- повнота згоряння і витрата палива; утворення відкладів у камері згоряння;
можливість "паро-повітряної закупорки" системи живлення; обмерзання карбюратора;
- розрідження оливи в картері;
інтенсивність зношування двигуна, можливість прогару вихлопної системи;
- токсичність димових газів.
За температурою початку кипіння визначають наявність в бензині легких фракцій, а температура перегонки 10% бензину характеризує кількісний вміст легких фракцій в бензині. Чим нижчими є tпк та t10%, тим більше в бензині легких фракцій і тим кращі його пускові властивості.
Пускові властивості бензину - це здатність його випаровуватися настільки, щоб горюча суміш, яка готується в карбюраторі, легко займалася від іскри за будь-яких кліматичних умов.
Під час запуску холодного двигуна в системі сумішоутворення випаровується лише незначна частина бензину, його найбільш легкі фракції. Решта бензину потрапляє в циліндри двигуна під час запуску двигуна у вигляді рідкої плівки, в якій відсутні легкі фракції.
Якщо в бензині недостатньо легких фракцій, то бензино-повітряна суміш може виявитись,доза межами, займання і двигун не заведеться.
Найнесприятливіші умови для запуску двигуна виникають за низьких температур оточуючого повітря, тобто зимою. При цьому різко погіршуються умови для випаровування бензину, що створює несприятливі умови для приготування достатньо багатої горючої суміші. За таких умов випаровування бензину може бути таким малим, що горюча суміш, яка при цьому готується в карбюраторі, настільки бідна на паливо, що вона погано займається і не горить.
Встановлена емпірична залежність мінімальної температури повітря (tmin), за якої ще можливий запуск двигуна, від температури початку кипіння та температури перегонки 10% бензину:
Отже, чим нижчими є tпк та t10%, тим більше в бензині легких фракцій і тим кращі його пускові властивості.
Проте використання бензинів, які мають дуже низькі tпк. та t10%, може викликати інші експлуатаційні труднощі - "паро-повітряну закупорку" системи живлення двигуна. Використання бензинів з високим вмістом пизькокиплячих фракцій, крім утворення "паро-повітряної закупорки", може супроводжуватись обмерзанням карбюратора.
"Паро-повітряна закупорка" може виникнути під час перегрівання двигуна, в гарячу пору року або в спекотних кліматичних умовах, за швидкого підйому на перевал чи за різкого набору висоти літаком, коли використовується бензин легкого фракційного складу.
Суть явища "паро-повітряної закупорки" полягає ось у чому. Під час нагрівання бензину в системі живлення двигуна і зменшення тиску найбільш низькокиплячі вуглеводні випаровуються, угворюючи пари, об'єм яких у 150-200 разів більший від об'єму рідкого бензину. У цих умовах системою живлення двигуна надходить суміш рідкого бензину і його парів з невеликою кількістю повітря, яке раніше знаходилось в бензині і виділилось з нього під час нагрівання. Під час утворення такої паро-рідишюї суміші в системі живлення двигуна різко зменшується масова продуктивність паливної помпи, а наслідком цього є зменшення подачі бензину в карбюратор та збіднення горючої суміші. Збіднення горючої суміші може відбутися настільки, що така суміш не здатна займатися від іскри. Двигун при цьому зупиняється так само, як у випадку закупорки паливопроводів механічними домішками, тому це явище називається "паро-повігряною закупоркою".
Встановлені емпіричні залежності максимальної температури повітря, вище від якої двигун може зупинитися внаслідок "паро-повітряної закупорки" системи живлення, від температури початку кипіння та температури википання 10 % бензину:
або
Користуючись цими формулами, необхідно враховувати, що температура бензиігу в системі живлення двигуна може на 20-40°С перевищувати температуру навколишнього повітря за рахунок нагрівання бензину в підкапотному просторі автомобіля внаслідок теплового випромінювання двигуна. Отже, чим більше в бензині легких фракцій, тобто, чим нижчі температури початку кипіння та перегонки 10% бензину, тим більша ймовірність "паро-повітряної закупорки" системи живлення.
Істотний вплив на виникнення "паро-повітряної закупорки " системи живлення двигунів має атмосферний тиск. За різкого підйому на висоту атмосферний тиск різко зменшується, а температура бензину знижується не так швидко. Тому під час експлуатації літаків з поршневими двигунами, а також автомобілів у високогірних районах складаються сприятливі умови для утворення "паро-повітряної закупорки" системи живлення.
З метою запобігання утворенню "паро-повітряної закупорки" системи живлення для всіх марок автомобільних бензинів встановлені обмеження на вміст в них пизькокиплячих фракцій (не нижче).
Обмерзання карбюратора відбувається внаслідок різкого зниження температури (до мінусових значень) у впускній системі двигуна. В результаті цього на стінках карбюратора, в жиклері і, особливо, на дросельній заслінці утворюється лід, що викликає перебої в роботі двигуна, зменшення його потужності, а в особливо несприятливих умовах двигун зупиняється. Відбувається це через те, що низькокиплячі фракції бензину повністю переходять в парову фазу в карбюраторі, при цьому поглинається велика кількість тепла. Це тепло віднімається від повітря, в якому відбувається випаровування, і від металевих деталей впускної системи та карбюратора. Внаслідок цього волога, що міститься в повітрі, конденсується на холодних поверхнях і замерзає, покриваючи їх шаром льоду. За високої вологості повітря дросельна заслінка може примерзнути до дифузора, що призводить до зупинки двигуна. Інтенсивність зниження температури у впускній системі двигуна, тобто ступінь обмерзання карбюратора, залежить від температури оточуючого повітря і його відносної вологості, випаровуваності бензину і теплоти його випаровування та конструктивних особливостей паливної системи двигуна.
Обмерзання карбюратора найчастіше відбувається в прохолодну (-5 – +13°С) сиру погоду. Так, наприклад, за температури оточуючого повітря +7,5°С, температура дросельної заслінки через 2 хвилини після запуску двигуна знижувалася до -14°С.
Випаровуваність бензинів, це один з основних чинників, що впливає на обмерзання карбюратора. Чим вища випаровуваність бензину, тобто, чим більше в ньому легких фракцій, тим більше тепла поглинається під час його випаровування, тим нижча температура деталей впускної системи, тим більша ймовірність обмерзання карбюратора.
Крім згаданих вище експлуатаційних властивостей, температури початку кипіння та перегонки 10% бензину характеризують його фізичну стабільність. Чим нижчі tпк та t10%, тим більшу схильність має бензин до втрат від випаровування і до забруднення атмосферного повітря парами вуглеводнів.
Фізична стабільність бензину характеризує його здатність не втрачати легкі фракції в результаті випаровування, а також здатність зберігати однорідність під час зберігання, транспортування і в наливних баках машин.
При зберіганні, транспортуванні і використанні усі палива випаровуються, а пари частково розсіюються в довкілля, тобто втрачаються. Випаровування призводить не тільки до втрат, але й до погіршення експлуатаційних властивостей палив та забруднення довкілля.
Основні втрати палив відбуваються при зберіганні в результаті так званого "малого і великого дихання" резервуарів.
Під час зберігання палива в резервуарах простір над паливом заповнений сумішшю парів палива і повітря. Вдень у сонячну погоду резервуар нагрівається, за підвищення температури збільшується випаровуваність палива і пароповітряна суміш розширяється. Усе це призводить до росту тиску в резервуарі і частина пароповітряної суміші через дихальний клапан випускається в атмосферу. Вночі при охолодженні з резервуарі утворюється розрідження і через дихальний клапан всмоктується повітря. Це повітря знову насичується парами палива і вдень за підвищення температури знову виходить в атмосферу разом з парами палива. Така своєрідна помпа працює цілодобово в кожному резервуарі, призводячи до втрат палив від так званого "малого дихання" резервуарів.
Під час заповнення порожнього резервуара перші порції палива інтенсивно випаровуються і насичують повітря в резервуарі парами. При заповненні резервуара рівень палива піднімається, витісняючи в атмосферу
пароповітряну суміш. Ці втрати називають втратами від "великого дихання" резервуарів.
З усіх видів рідких нафтових палив бензини, особливо автомобільні, мають найбільшу схильність до втрат від випаровування.
Температура перегонки 50% бензину характеризує його середню випаровуваність, тобто показує, за якої температури випаровується половина палива. Від цього показника фракційного складу залежать такі експлуатаційні властивості бензину, як швидкість прогрівання двигуна після запуску та приємистість двигуна до цього бензину.
Швидкість прогрівання двигуна визначається часом від моменту запуску двигуна до досягнення нормального температурного режиму двигуна (80-100°С). Чим швидше прогрівається двигун, тим менша непродуктивна витрата часу, тим менша нераціональна витрата бензину і зношування деталей двигуна. Для забезпечення швидкого прогрівання двигуна і стабільної його роботи на малих обертах необхідно, щоб за короткий час у двигуні виділялася велика кількість тепла. Це можливо тоді, коли в циліндрах двигуна згоряє доволі багата горюча суміш. Для приготування такої суміші потрібно, щоб в умовах ще непрогрітого двигуна випаровуваність бензину забезпечувала перехід в парову фазу достатньої кількості бензину.
Тому швидкість прогрівання двигуна визначається температурою навколишнього повітря та випаровуваністю середніх фракцій бензину, тобто температурою перегонки 50% бензину.
Приємистість двигуна - це його здатність під час роботи на цьому бензині забезпечувати швидкий розгін автомобіля до необхідної швидкості обертання колінвала після різкого відкриття дросельної заслінки. Під час рушання з місця та розгону' автомобіля різко відкривається дросельна заслінка і при цьому у впускний трубопровід миттєво поступає велика кількість холодного повітря та палива, що веде до різкого погіршення умов для випаровування бензину і приготування горючої суміші. Але для швидкого рушання з місця і розгону автомобіля необхідно, щоб двигун розвивав досить високу потужність. Отож, чим нижча температура перегонки 50 % бензину, тим легше і швидше випаровується бензин, тим багатша суміш готується в карбюраторі, тим більшу потужність розвиватиме двигун, тобто тим краща приємистість двигуна до цього бензину.
Для високої приємистості і швидкого прогрівання двигуна необхідно, щоб t50% бензину була якомога нижчою, але застосування бензину з дуже низькою t50% може призвести до зменшення коефіцієнта заповнення циліндрів і відповідно до зменшення потужності двигуна.
Температура перегонки 90% та температура кінця перегонки (кипіння) (tKK) характеризують наявність в бензині висококиплячих фракцій. Чим вищі t9Q% та tKK, тим гірше випаровується бензин у впускній системі двигуна і тим більше палива потрапляє в циліндри в рідкому стані. Рідка частина бензину випаровується в камері згоряння не повністю, а отже, не бере участі в горінні, що веде до зменшення повноти згоряння бензину.
Від повноти згоряння бензину залежить багато експлуатаційних характеристик двигуна: потужність двигуна та його економічність, розрідження оливи в картері двигуна та її витрата, інтенсивність зношення, підгоряння випускних клапанів та прогар вихлопної системи, нагароутворепня, токсичність димових газів.
Потужність двигуна дуже залежить від повноти згоряння бензину. Якщо бензин має високі t90% та tк.к., тобто його випаровуваність не забезпечує повне випаровування і відповідно високу повноту згоряння, то не уся енергія, що міститься в паливі, буде використана, а отже, і потужність двигуна буде меншою.
Від повноти згоряння бензину залежить також питома витрата палива на одиниігю потужності двигуна. Чим нижчими є t90% та tк.к., тим повніше згоряє паливо, тим більше енергії виділяється при цьому і тим менше його витрачається на одиницю потужності двигуна.
Інтенсивність зношування двигуна залежигь від ефективності змащування поверхонь тертя. В найбільш жорстких умовах працює поршнево-циліндрова група, змащування якої здійснюється за рахунок розбризкування оливи з картера двигуна на стінки циліндра. За високих t90% та tк.к. бензин погано випаровується і частина його потрапляє в циліндри двигуна у рідкому стані. Краплі бензину осідають на стінках циліндра і змивають з них оливу, сприяючи виникненню напівсухого тертя, і, як наслідок, підвищеного зношування поршнево-циліндрової групи.
Витрата оливи (періодичність її заміни) також залежить від наявності в бензині висококиплячих фракцій. За їх наявності, тобто за надто високих t90% та tк.к., частина бензину, яка потрапляє в циліндри двигуна у рідкому стані, проникає крізь замки ущільнювальних поршневих кілець в картер двигуна і розчиняється в оливі. При цьому в'язкість оливи зменшується і погіршуються її змащувальні властивості. А це змушує експлуатаційників частіше проводити заміну оливи, тобто зростає її витрата.
Нагароутворешія інтенсифікується за збільшення вмісту в бензині висококиплячих фракцій, тобто за високої температури кінця кипіння бензину і великого задишку в колбі Рідка частина бензину, потрапляючи на гарячі
поверхні камери згоряння, під впливом високих температур, завдяки протіканню реакцій ущільнення в рідкій фазі, перетворюється в нагар, який відкладається на днищі поршня і стінках камери згоряння.
Неповне згоряння бензину супроводжуємся тим, що в димових газах зростає вміст продуктів неповного згоряння (CO, частинок сажі тощо), тобто підвищується токсичність димових газів і забруднення довкілля.
Наявність висококиплячих фракцій в бензині призводить до того, що процес згоряння палива не завершується до відкриття випускного клапана. Тому частина незгорілого (але вже випаруваного) бензину продовжує горіти у вихлопній системі двигуна, зумовлюючи підгоряння випускних клапанів і прогар вихлопної труби.
Для того, щоб під час роботи на цьому бензині потужність двигуна була максимальною, витрата палива на одиницю потужності, інтенсивність зношування поршнево-циліндрової групи і нагароутворення були мінімальними, не підгоряли клапани і не виходила з ладу вихлопна система, а продукти згоряння не забруднювали атмосферу, необхідно, щоб t90% та tкк були якомога нижчими, а залишок в колбі - якомога меншим.
Проте зменшення t90% та tк.к. для покращання експлуатаційних властивостей бензинів призводить до скорочення їхнього ресурсу.
Отже, стандартами обумовлені певні вимоги до фракційного складу бензину, які характеризують низку дуже важливих його експлуатаційних властивостей.
Методика виконання роботи
Дано дві проби палива, одна з яких не відповідає вимогам стандарту за фракційним складом і яку потрібно виправити. Друга є виправником і має полегшений фракційний склад. Для виправлення фракційного складу некондиційного палива обидві проби розганяють на апараті Ешлера (рис. 1) за ГОСТ2177-82.
У чисту суху колбу 3 за допомогою мірного циліндра 1 наливають 100 мл досліджуваного нафтопродукту з температурою 20±3°С. Потім у шийку колби вставляють на добре підігнаному корку термометр 2 з градуйованою шкалою від 0 до 360°С. При цьому вісь термометра повинна збігатись з віссю шийки колби, а верх ртутної кульки повинен знаходитись на рівні нижнього краю відвідної трубки у місці ЇЇ припою.
Протирають трубку холодильника 7 і приєднують до неї відвідну трубку за допомогою корка. Відвідна трубка колби повинна входити у трубку холодильника на 25-40мм і не торкатися її стінок.
Рис. 1. Апарат для визначення фракційного складу палива:
1 – мірний циліндр; 2 – термометр; 3 – колба для перегонки;
4 – електричний нагрівач; 5 – регулятор нагрівання; 6 – охолоджувальна баня;
7 – трубка холодильника; 8 – кожух.
Під час розгонки бензинів ванну холодильника заповнюють льодом і заливають водою, підтримуючи температуру 0 – 5°С. Під час розгонки висококиплячих нафтопродуктів їх охолоджують проточною водою, подаючи її через нижній патрубок і виводячи її через верхній, Температура води, яка виводиться, не повинна перевищувати 30°С.
Для нагрівання колби використовують газовий пальник або електричний нагрівам з реостатом, який дає змогу регулювати нагрівання. Після складання приладу починають рівномірно нагрівати колбу. Нафтопродукт-випаровується, конденсується у холодильнику і поступає у мірний циліндр. Для дотримання стандартних умов розгонки необхідно регулювати обігрівання так, щоб від його початку до падіння першої краплі дистиляту у приймач пройшло не менше 5 і не більше 10 хв (для гасів і легких дизельних палив 10 – 15 хв), а далі інтенсивність нагрівання повинна забезпечувати рівномірну швидкість перегонки з відбором 4 – 5 мл дистиляту за хвилину, що приблизно відповідає 20 – 25 краплям за 10с.
Температуру, за якої у мірний циліндр падає перша крапля, відмічають як температуру початку кипіння.
Для побудови кривої залежності температура – відгон відмічають температуру кожних наступних 10% википання. Після відгону 90% нагрівання регулюють так, шоб'до кінця перегонки, тобто до вимикання нагрівання, пройшло 3-5 хв. При перегонці гасів і легкого дизельного палива після відгону 95 % нагрівання посилюють, але фіксують час до кінця перегонки - він не повинен перевищувати 3 хв. Обігрівання припиняють у той момент, коли у мірному циліндрі об'єм дорівнюватиме вищому нормальному відсотку відгону (96; 98 % тощо) для цього нафтопродукту. Якщо ж нормується температура кіній кипіння, то нафівання ведуть доти, поки ртутний стовпчик термометра не зупиниться на деякій висоті, а після цього почне опускатися.
Останній об'єм дистиляту у мірному циліндрі записують через 5 хв після зупинки нагрівання, щоб дистилят стік з холодильника. Для встановлення відсотка залишку прилад розбирають і гаря чий залишок виливають у циліндр місткістю 10 мл. Після охолодження до 20±3 °С відмічають об'єм залишку. Усі відрахунки під час перегонки ведуть і точністю до 0,5 мл і 1 °С. Рішиш між 100 мл і сумою об'ємів дистиляту і їалншку записують як втрати під час перегонки.
Результати роботи оформляють у вигляді табл. 1.
Таблиця 1
Фракційний склад бензину
№ проби
Температура початку кипіння,
°С
10%, °С
20%, °С
30%, °С
40%, °С
50%, °С
60%, °С
70%, °С
80%, °С
90%, °С
97,5%, °С
98%, °С
Температура
кінець кипіння,
°С
Залишок, мл
Втрати, мл
На основі табличних даних будують криві розгонки невиправленогобензину та “випарника” (рис.2). На осі абцис відкладають об’ємні проценти відгону, а на осі ординат – температури википання.
Рис. 2. Криві фракційної розгонки
З технічних умов на нафтопродукти (див. додаток 1) виписують фракційний склад товарного палива, яке потрібно одержати в результаті виправлення. Порівнюючи результати фракційної розгонки невиправленого та товарного палива, що відповідає вимогам стандарту, визначають, яка точка фракційного складу невиправленого бензину не відповідає вимогам стандарту. За нею визначають Хс та розраховують компаундування. Якщо технічним вимогам не відповідають одночасно дві. або більше точок фракційного складу невиправленого палива, то розрахунок компаундування ведуть за точкою, що має найбільше відхилення від технічних вимог стандарту.
За кривими розгонок невиправленого бензину та "виправника" (рис. 2) визначають значення і , за якими розраховують кількість "виправника", який потрібно змішати з некондиційним паливом для того, щоб одержати товарний нафтопродукт. Розрахунок проводять за рівнянням адитивності для двокомпонентної суміші:
де А і Б – кількість відповідно палива, що виправляється, та "виправника", % об.;
, , – вміст фракції відповідно в паливі, що виправляється, "виправнику" та в
товарному паливі, що википає в необхідному інтервалі температур, % об.
Приклад. У невиправленому бензині 10 % об'єму википає за температури 84°С. За технічними, умовами потрібно, щоб у товарного бензину температура википання 10% становила не більше 75°С. Як "виправник" використано бензин, в якого 10 % википає за температури 48°С. За експериментальною кривою розгонки невиправленого бензину та "виправника" знаходимо: у першого до 75°С википає 7%, а в другого – 52%. Визначаємо кількість "виправника" в суміші:
Готують контрольну пробу товарного нафтопродукту та розганяють її на апараті Енглера, результати зводять в табл.1. Результати контрольної розгонки виправленого палива порівнюють з фракційним складом товарного палива. У разі невідповідності проводять повторне виправлення.
Робота закінчується визначенням похибки розрахункового методу порівняно з експериментальним. За результатами розгонки роблять висновки
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора