5296

Комплексная оценка основных показателей качества бензина

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Комплексная оценка основных показателей качества бензина. Цель работы, изучение технических норм на бензин, методик и приборов, выполнение испытания по определению плотности, фракционного состава, наличия водорастворимых кислот и щелочей, октанового...

Русский

2012-12-06

310.88 KB

76 чел.

Комплексная оценка основных показателей качества бензина.

Цель работы: изучение технических норм на бензин, методик и приборов, выполнение испытания по определению плотности, фракционного состава, наличия водорастворимых кислот и щелочей, октанового числа, наличия воды и механических примесей.

Теоретическое введение.

В состав бензина, кроме углеводородов (парафиновых, олефиновых, нафтеновых и ароматических),могут входить примеси: серо-, азот- и кислородсодержащие соединения. Бензин готовят смешиванием компонентов, получаемых переработкой нефти: прямой перегонкой, крекингом, риформингом, коксованием и др. Бензин применяют в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением, а также как растворитель и промывочную жидкость. Температура замерзания бензина ниже -60 0С, температура горения – 2063 0С. Бензин – лёгкая фракция нефти, выкипающая в пределах 40-205 0С.

При концентрации паров бензина в воздухе 74-123 г/м3 образуются взрывчатые смеси.

ΔН0сгор (низшая) = 41-44 МДж/кг; η = 0,5-0,65 мм2/с; ρ = 0,700 – 0,780 г/см3 (при 200С).

Основные эксплуатационные характеристики бензина, применяемого в качестве горючего: испаряемость, горючесть, воспламеняемость, химическая стабильность, склонность к образованию отложений, коррозионная активность.

Показатели, влияющие на испаряемость: фракционный состав, давление насыщенных паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоёмкость, плотность.

Для испытания получен бензин АИ-80 и АИ-92 ГОСТ Р 51105-97. «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин.»

Бензин – легкая фракция нефти, выкипающая в пределах 40-205 С, применяется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры.

  1.  Результат внешнего осмотра образца топлива.

АИ-80:

Цвет: желтый.

Прозрачность: прозрачный.

Наличие воды: отсутствует.

Наличие механических примесей: отсутствуют.

       АИ-92:

 цвет: оранжевый

прозрачность: помутнения отсутствуют

наличие воды: отсутствует

наличие механических примесей: отсутствуют

Заключение.

Образец отвечает требованиям ГОСТ Р 51105-97, цвет – чистый, прозрачный, наличие воды и механических примесей не допускается.

  1.  Определение наличия водорастворимых кислот и щелочей в бензине.

Цель определения: Определить наличие в образце топлива содержание водорастворимых кислот и щелочей и сделать заключение о коррозионной активности топлива.

Аппаратура, материалы, реактивы.

1. Воронки делительной емкостью 100 мл.

2. Мерный цилиндр на 10 мл.

3. Фарфоровые чашки.

4. Пипетки.

5. Вода дистиллированная.

6. Фенолфталеин 1%-й спиртовой раствор.

7. Метилоранж 0,02%-й водный раствор.

8. Химический штатив.

Схема установки:

                                      Рис. 1. Делительная воронка для определения в топливе

                                                       водорастворимых кислот и щелочей

Последовательность выполнения.

1. Образец топлива тщательно перемешивает взбалтыванием в бутылке, затем наливают в делительную воронку (рис.1) 10 мл испытуемого топлива, добавляя такое же количество дистиллированной воды, и взбалтывают смесь в течение 5 минут.

2. Дают смеси отстояться, после чего водный слой, находящийся внизу делительной воронки, спускают через кран в две фарфоровые чашки.

3. В одну чашку добавляют 1-2 капли метилоранжа. При наличии в топливе минеральных кислот водная вытяжка в пробирке окрасится в розовый цвет, при отсутствии кислот цвет водной вытяжки будет желто-оранжевый.

4. В другую чашку добавляют 1-2 капли фенолфталеина. При наличии в топливе щелочей водная вытяжка окрасится в малиновый цвет, при отсутствии щелочей водная вытяжка останется бесцветной или слегка побелеет.

Бензин может быть допущен к применению только при неизменяющейся окраске его водной вытяжки, что будет свидетельствовать о полном отсутствии в нем водорастворимых кислот и щелочей.

Исходные данные:

  1.  объем испытуемого топлива 10 мл;
  2.  наименование растворителя: дистиллированная вода;
  3.  объем растворителя 10 мл;
  4.  температура топлива 23̊̊ С;
  5.  время перемешивания смеси топлива и растворителя в делительной воронке 5 мин.;
  6.  объем водной вытяжки 10 мл;
  7.  число капель индикаторов метилового оранжевого 2 капли;

 фенолфталеина 3 капли.

Результаты испытания.

АИ-80:

  1.  При добавлении метилового оранжевого окраска водной вытяжки не изменилась.
  2.  При добавлении фенолфталеина окраска водной вытяжки не изменилась.

АИ-92:

  1.  При добавлении метилового оранжевого окраска водной вытяжки не изменилась.
  2.  При добавлении фенолфталеина окраска водной вытяжки не изменилась.

Заключение: в образце топлива водорастворимые кислоты и щелочи отсутствуют, что соответствует требованиям ГОСТ Р 51105-97; наличие кислот и щелочей не допускается.

  1.  Определение плотности.

Цель определения: научиться определять плотность бензина.

Введение.

Система учета и отчетности, а также расчеты при составлении заявок на снабжение должны предусматривать перевод количества бензина из массовых единиц в объемные и обратно. Кроме того, контроль наличия и остатков в ёмкостях автомобильных заправочных станций (АЗС) также невозможен без четко налаженного перевода массовых единиц измерения в объемные.

Для перерасчета количества бензина в объемных единицах в массовые достаточно умножить объемное количество бензина, замеренное при какой-либо определенной температуре, на плотность бензина при той же температуре, т.е.

Ст = Vт·ρ,

где Ст – количество бензина в массовых единицах, кг;

Vт – объём бензина, м3;

– плотность бензина, кг/м3.

Основные определения и обозначения

Плотность измеряется массой тела, заключенной в единице его объема, и имеет размерность в системе СИ (кг/м3).

Аппаратура.

1.Стеклянный цилиндр.

2.Нефтеденсиметр с ценой деления 0,0005 г/см3 (0,5 кг/м3) .

Схема установки:

    Рис. 2. Определение плотности бензина нефтеденсиметром:

                       а – нефтеденсиметр; б – замер плотности топлива

Проведение испытаний.

Для определения плотности бензина стеклянный цилиндр устанавливают на прочный горизонтальный стол. По стеклянной палочке осторожно наливают в него бензин, причем температура бензина не должна отклоняться от температуры в помещении, где производят измерение, более чем на 5°С.

Далее чистый и сухой нефтеденсиметр медленно погружают в бензин до момента свободной плавучести.

Отсчет производят по верхнему краю мениска (рис.2).

Температуру бензина определяют термометром.

Плотность бензина принято указывать при температуре +20 0С.

Если температура бензина в момент определения его плотности отличалась от указанной, следует ввести температурную поправку.

Температурная поправка определяется по формуле:

ρ20 = ρt + γ(t – 20),

где ρ20 – плотность при температуре +20°С;

ρt – плотность при температуре замера;

t – температура бензина к моменту замера;

    γ – температурная поправка.

Результаты испытания:

  1.  Температура бензина к моменту замера t = 23̊ С;
  2.  Температура помещения 22̊ С;
  3.  Плотность топлива при температуре испытания

АИ-80: ρ=715 кг/м3

АИ-92: ρ=820 кг/м3

  1.  Температурная поправка  

Приведение полученной плотности к плотности при температуре 20̊С :

АИ-80:

ρ20 = ρt + γ(t – 20) = 715 + 0,00087(23-20) = 715,00261  .

    АИ-92:

ρ20 = ρt + γ(t – 20) = 820 + 0,00087(23-20) = 820,00261

Заключение.

Плотность образца бензина АИ-80 соответствует требованиям ГОСТ Р 51105-97, плотность при 20̊ С не более 750 , плотность образца бензина АИ-92 не соответствует ГОСТ Р 51105-97, допускается плотность при 20̊ С не более 780 .

  1.  Определение фракционного состава автомобильного бензина.

Цель работы: определить зависимость количества испарившегося бензина от температуры.

Введение.

Фракционный состав бензина во многом определяет его важнейшие эксплуатационные свойства. Легкость пуска холодного двигателя, необходимая интенсивность подогрева впускного трубопровода, мощностные показатели, топливная экономичность, наконец, интенсивность износа двигателя тесно связаны с фракционным составом бензина.

В отличие от химически однородных веществ, таких, например, как вода, спирт, эфиры, имеющих постоянную температуру кипения, зависящую только от барометрического давления, бензин является сложной смесью ряда индивидуальных углеводородов, кипящих при различных температурах.

Поэтому для оценки испаряемости бензина определяют зависимость количества испарившегося бензина от температуры.

График, показывающий зависимость объема отогнанного топлива (в %) от температуры, называется кривой перегонки. Кривая перегонки дает наглядное представление о фракционном составе топлива.

По характерным точкам на кривой фракционного состава можно приближенно судить о некоторых эксплуатационных качествах бензина.

Например, температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые свойства, в частности, возможность пуска при низких температурах воздуха.

Чем ниже температура выкипания 10% бензина, тем легче пуск двигателя. Поэтому в средней полосе страны применяют летний и зимний бензин с ограничением температуры начала кипения. Летний бензин должен обеспечивать запуск при температуре воздуха до -15 ˚С, не образовывать пробок при температуре воздуха до +50 ˚С. Начало кипения не ниже 35 ˚С, разгонка 10% – не ниже 70 ˚С, но не выше 80 ˚С.

Зимний бензин – запуск до -25 ˚С, отсутствие паровых пробок до +30 ˚С. Начало кипения не выше 30 ˚С, разгонка 10% – не выше 55 ˚С.

Температура выкипания 50% бензина характеризует необходимую интенсивность подогрева впускного трубопровода, а также скорость подогрева двигателя и возможность более быстрого прекращения обогащения горючей смеси при пуске.

Температура 90% выкипания и конца разгонки достаточно полно характеризует противоизносные свойства бензина, так как с повышением этих температур увеличивается количество тяжелых трудноиспаряющихся фракций, попадающих в цилиндр в капельно-жидком состоянии и смывающих масляную пленку с зеркала цилиндров.

Чем выше температура разгонки 90% топлива, тем больше неполнота сгорания топлива и выше токсичность выхлопа. Температура разгонки 90% топлива обычно бывает не выше 180 ˚С у летнего и 160 ˚С у зимнего бензинов. От фракционного состава значительно зависит расход топлива, величина потерь при транспортировке, хранении и перекачках.

Аппаратура

1. Прибор для разгонки нефтепродуктов.

2. Цилиндры измерительные на 100 и 10 мл.

3. Круглодонная колба на 200 мл.

4. Термометр с корковой пробкой.

5. Горелка газовая или электрическая плитка.

Схема установки:

Рис.3. Схема установки для разгонки нефтепродуктов: 1 – измерительный цилиндр; 2 – колба с отводной трубкой; 3 – термометр; 4 – асбестовая прокладка с фасонным отверстием; 5 – трубка; 6 – холодильник;

7 – пробка; 8 –верхний кожух; 9 – нижний кожух со смотровым окном;

10 – горелка; 11 – стакан с водой; 12 – металлический грузик

Последовательность выполнения

Отмерив измерительным цилиндром 100 мл исследуемого бензина, его переливают в колбу, установив ее в таком положении, чтобы отводная трубка была направлена вверх, затем колбу закрывают пробкой с вставленным в неё термометром так, чтобы ось термометра совпала с осью колбы, а верх ртутного шарика находился бы на уровне нижнего края отводной трубки в месте её припоя. В этом случае можно отметить температуру пара, поступившего в холодильник. Колба соединяется с холодильником и закрывается кожухом. Измерительный цилиндр, не высушивая, следует поставить под нижний конец отводной трубки холодильника так, чтобы трубка входила в цилиндр не менее чем на 25 мм, но не ниже метки 100 мл (рис.3).

После проведения  указанных подготовительных операций приступить непосредственно к проведению перегонки.

Перегонка производится в следующем порядке:

1.Включается электроплитка. Интенсивность нагрева должна быть такой, чтобы первая капля дистиллята упала из трубки холодильника через  5-10 минут после начала нагревания.

2. Температуру, показанную термометром в момент падения первой капли, условно принимают за температуру начала перегонки.

3. Дальнейшую перегонку ведут со скоростью 4-5 мл/мин, что соответствует 20-25 каплям за 10 с. Запись показания термометра  производят  через каждые 10 мл перегонки дистиллята .

4. После отгона 90% дистиллята нагрев колбы регулируют так, чтобы до конца перегонки прошло 3-5 мин. Перегонку заканчивают, когда ртутный столбик остановится. В этот момент записывают температуру конца перегонки, выключают прибор, снимают верхний кожух и дают колбе охладиться в течение 5 мин.

5. После остывания колбы из нее вынимают термометр и снимают с прибора. Оставшийся в колбе остаток сливают в измерительный цилиндр и замеряют с точностью до 0,1 мл.

Обработка результатов.

Объем отгона

Температура, ̊С

1 капля

40

10 мл

70

20 мл

78

30 мл

90

40 мл

150

График фракционной разгонки бензина по экспериментальных данным (с учетом поправки на барометрическое давление)

             % отгона

          80

          60

          40

          20

            1 капля

                                                                                                               Т, ͦ С

                                               40     50    60    70     80     90   100    110    120    130    140    150      

Заключение: по фракционному составу испытуемое топливо соответствует марке.

  1.  Определение октанового числа

Октановое число – это показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию изооктана в смеси его с нормальным гептаном, которая эквивалентна по детонационной стойкости испытуемому бензину.

Оценку детонационных свойств производят на установках с одноцилиндровым двигателем, степень сжатия которого можно менять от 4 до 10.

Эти установки стандартизированы, и испытания топлив на них производят в одних и тех же условиях.

Детонация – процесс очень быстрого завершения сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образования ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью. Скорость детонационного сгорания в десятки раз выше скорости обычного сгорания и может достигать сверхзвуковых величин.

Детонация обусловлена многими причинами – конструктивными особенностями двигателя, качеством применяемого топлива, повышенной степенью сжатия. Детонационная стойкость – стойкость углеводородов к химическим изменениям в паровой фазе в условиях камеры сгорания двигателя.

С увеличением числа углеродных атомов в цепи н-алканов их детонационная стойкость уменьшается.

Высокая детонационная стойкость товарных бензинов достигается тремя основными способами:

  1.  использование в качестве базовых бензинов высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах;
  2.  широкое использование высокооктановых компонентов, вводимых в товарные бензины;
  3. применение антидетонационных присадок.

Октановое число (ОЧ) может быть подсчитано по формуле (приближенно соответствует октановому числу, определенному исследовательским методом):

ОЧ = 120 – 2·[(tср – 58)/5ρ20] = ;

,

где tср – средняя температура разгонки топлива;

      tнр – температура начала разгонки топлива;

tкр – температура конца разгонки топлива, ºС;

20 – плотность топлива при 20 ºС (г/см3).

Заключение.

Октановое число образца отвечает требованиям ГОСТ Р 51105-97, не менее 80.

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы изучили технические нормы на бензин, методики и приборы, выполнили испытания по определению плотности, фракционного состава, наличия водорастворимых кислот и щелочей, октанового числа, наличия воды и механических примесей. Получили не соответствие ГОСТу образца АИ-92 по плотности, более 780 .