Задачи и вопросы для самоконтроля

1. Рассчитайте удельную теплоту сгорания метанола при стандартных состоя­ниях к 298 К.

2. Рассчитайте удельную теплоту сгорания синтез-газа, состоящего из 0,5 мол. долей СО и 0,5 мол. долей Н₂, при стандартных состояниях к 293 К.

3. Рассчитайте стандартный тепловой эффект, константу равновесия реакции получения метанола из Н₂ и СО при 298 К. Определите температуру, при которой наступит равновесие этой реакции при стандартных состояниях.

4. Укажите формулы углеводородов легкокипящих фракций перегонки неф­ти (до керосина), принимая углеводороды предельными.

Химия смазок, охлаждающих и гидравлических жидкостей

Смазочные материалы. Все смазочные материалы подразделяют­ся на:

• моторные,

• трансмиссионные,

• турбинные,

• компрессорные,

• приборные.

К ним предъявляются требования образования надеж­ных масляных пленок на трущихся поверхностях, способности отвода теплоты и выноса продуктов износа из зоны трения, защиты металла от вредного воздействия внешней среды, химической ста­бильности, отсутствия коррозионной активности, минимальной токсичности и низкой стоимости.

В зависимости от исходного сырья различают нефтяные, жи­вотные, растительные и синтетические масла. Нефтяные (мине­ральные) масла получают либо при вакуумной перегонке мазута (дистилляционные масла), либо при переработке гудрона (остаточ­ные масла). Дистилляционные масла имеют высокую стабильность и хорошие вязкостные свойства, а остаточные масла – высокую маслянистость. Их смешение (компаундные масла) обеспечивает сочетание положительных качеств.

Моторные масла. При работе двигателей протекают различные химические реакции, приводящие к загрязнению масла и образова­нию отложений на поверхности металлов (рис. 2).

При работе происходит окисление углеводородов до карбоновых кислот или оксикислот, которое катализируется продуктами износа металлов. Наиболее устойчивы против окисления ароматические уг­леводороды без боковых цепей. Для замедления окисления в масло вводят специальные присадки, например дитиофосфаты цинка.

Наличие в масле воды, органических кислот, серы и молекулярного кислорода вызывает коррозию цветных металлов и особенно свинца. Для предотвращения коррозии металлов в масло вводят ингибиторы коррозии, а также нейтрализуют масла щелочью. Для улучшения спо­собности масел смывать отложения и нагары (моющей способности) в них вводят специальные присадки, например, бариевые или кальцие­вые соли сульфокислот, действующие подобно мылам.

а б

Рисунок 2 – Схема процессов образования загрязнений и отложений в дизеле (в) и

бензиновом двигателе (б)

В качестве моторных используются и синтетические масла: полиэфирные (на основе сложных эфиров дикарбоновых кислот), диалкилбензольные, полиэтиленгликолевые и фосфорорганические.

Полиэфирные масла, обладающие высокой стойкостью против окисления, коррозийной инертностью, хорошими смазывающими и вязкостными свойствами, нашли применение в турбореактивных и турбовинтовых двигателях авиации.

Диалкилбензольные масла, сочетающие хорошие низкотемпера­турные свойства со стойкостью к окислению, противоизносными качествами, применяются в условиях холодного климата.

Трансмиссионные масла предназначены для смазки закрытых зубчатых передач тракторов, автомобилей, локомотивов, гипоид­ных передач автомобилей. Кроме требований, предъявляемых к моторным маслам, к ним добавляются еще требования высокой вязкости, предотвращения задиров в передачах. В качестве транс­миссионных масел в основном применяются остаточные масла, на­пример, нигрол. В масла вводятся различные присадки: противоизносные и противозадирные (например, триэфир дитиофосфорной кислоты, MoS₂), противопенные, например полисилоксаны и др.

Пластические (консистентные) смазки используются в подшипни­ках качения, шарнирах, направляющих и других узлах трения, рабо­тающих при температурах от –60 до +350 °С. Это мазеобразные про­дукты, получаемые введением загустителей в минеральные масла.

Загустителями обычно служат мыла: кальциевые (солидол и униол), литиевые (литол), натриевые (консталин). Рабочие температур­ные пределы этих смазок от – 40 до +70 °С (солидол), от –60 до +130 °С (литол), от –20 до +190 °С (консталин). Смазки на основе синтетических масел со смешанными мылами устойчивы до 250 °С.

Кроме того, имеются специальные консистентные смаз­ки – бензиностойкие (касторовое масло с глицерином, загущенное цинковым мылом).

Твердые смазки. В качестве твердых смазок используются слои­стые материалы: графит, дисульфиды молибдена MoS₂ и вольфрама WS₂, диселениды молибдена MoSe₂, вольфрама WSe₂, ниобия NbSe₂, нитрид бора. Твердые смазки применяются в узлах трения, работающих при высоких температурах и давлениях и в аг­рессивных средах. При введении твердых смазок в стабильные по­лимеры (например, полиамидные смолы, фторопласты) получают самосмазывающие материалы.

Охлаждающие жидкости. Охлаждающие жидкости отводят тепло от нагретых тел, например двигателей внутреннего сгорания. Такие жидкости должны обладать высокой теплоемкостью, низкой тем­пературой замерзания и высокой температурой кипения, химиче­ской и физической стабильностью и коррозионной инертностью, иметь невысокую стоимость.

В качестве охлаждающих жидкостей применяется вода, нефтя­ные масла, антифризы, эмульсии масел в воде (эмульсолы).

К наиболее распространенным антифризам относятся водные растворы этиленгликоля НОСН₂СН₂ОН. Минимальную температу­ру замерзания имеет смесь, содержащая 66,7 % (масс. доли) эти­ленгликоля (t_зам. = –75 °C) (см. §8.1). Следует отметить, что этиленгликоль очень токсичен (ПДК в рабочей зоне 0,1 мг/м³).

В антифризы на основе этиленгликоля вводят антикоррозионные добавки: декстрин (для зашиты от коррозии меди, алюминия и при­поя), динатрийфосфат (для защиты от коррозии чугуна, стали и лату­ни) и молибдат натрия (для защиты хромовых и цинковых покры­тий).

Низкую температуру замерзания (–40 °С) имеют смесь глицерина 70 % (по массе) и воды 30 % и 50 %-ный раствор метанола (t_зам. = –43 °C).

Для охлаждения и смазки режущих инструментов применяются эмульсолы – водные 3–10 %-ные эмульсии нефтяных масел. Они содержат также эмульгаторы (соли карбоновых кислот и сульфокислот), стабилизаторы, например спирт, и присадки (антикорро­зионные, антипенные, бактерицидные и др.).

Гидравлические жидкости. Гидравлические жидкости являются рабочими телами в гидравлических системах, в которых произво­дится передача механической энергии через жидкую фазу. Эти жидкости используются в гидроприводах самолетов, экскаваторов, кранов, бульдозеров, промоборудования, в тормозах и амортизато­рах автомобилей и тракторов. К ним предъявляются требования химической и физической стабильности, химической и коррозион­ной инертности, высоких модулях объемной упругости, температур воспламенения и кипения, хороших смазочных и противоизносных свойств.

Их рабочие температуры лежат в широких пределах от –60 до +200 °С, давления от 0,1 до 50 МПа. Основой большинства гидрав­лических жидкостей служат нефтяные масла высокой степени очи­стки. Некоторые гидравлические жидкости изготавливаются на водно-глицериновой (негорючесть) и спиртово-глицериновой ос­новах, на базе фторхлоруглеродов. Тормозные жидкости получают на основе гликолей и их эфиров и спиртокасторовых смесей.

Таким образом, химиками разработано очень большое количе­ство смазочных, охлаждающих и передающих энергию жидкостей, имеющих сложный химический состав.