Вступ

Технічний прогрес в автотракторному та сільськогосподарсько­му машинобудуванні нерозривно пов'язаний з використанням ви­сокоякісних експлуатаційних матеріалів, до яких належать паливо, оливи, пластичні й тверді мастильні матеріали, технічні рідини, гумотехнічні вироби, лакофарбові, клейові матеріали. За останні роки нагромаджено великий науковий та практичний досвід з ви­робництва й застосування цих матеріалів, суттєво змінилась їх но­менклатура, асортимент і якість.

Однак досягнення в удосконаленні рівня техніки, якості про­дукції нафтопереробної та хімічної промисловостей не спрощують проблеми раціонального та ефективного використання сучасних експлуатаційних матеріалів.

Теоретичні та практичні питання раціонального та ефективного використання нафтопродуктів у народному господарстві вивчає сфор­мована в наш час нова галузь науки і техніки — хіммотологія (від слів "хімія", "мотор" і "логія" (наука)). Хіммотологія — це наука про експлуатаційні властивості, якості й раціональне застосування в техніці палива, олив, мастил і технічних рідин.

Хіммотологія в сільськогосподарському виробництві має вирі­шувати велике коло інженерних завдань, пов'язаних з підбором асортименту палива й мастильних матеріалів, сучасним контролем якості, технічним обгрунтуванням витрат, раціональною та безпеч­ною експлуатацією їх, як з екологічної так і з протипожежної точ­ки зору, режимом використання їх під час транспортування, збер­ігання і застосування. Все це повинно бути засновано на глибоких знаннях фізико-хімічних, експлуатаційних та екологічних власти­востей нафтопродуктів, а також конструкції машин, механізмів та умов їх експлуатації.

Особливо це важливо сьогодні, коли зруйновано централізовану систему постачання та контроль якості паливно-мастильних мате­ріалів для сільськогосподарської техніки.

Переважна частина матеріалів, вміщених у конспекті, викладе­на Із врахуванням хіммотологічних принципів.

Розділ I. Паливні матеріали.

1.1. Види палив, їх характеристика. Процес горіння.

1. Поняття палива. Класифікація, властивості та загальний склад палива.

2. Теплота згорання палива, методи її визначення.

3. Горюча і робоча суміші, коефіцієнт надлишку повітря.

4.Заходи щодо зменшення токсичної дії продуктів згорання на навколишнє середовище.

1. Поняття палива. Класифікація, властивості та загальний склад палив

Паливом називають речовину, яку спеціально спалюють для одержання тепла. Воно повинно мати певні властивості, інши­ми словами — відповідати таким основним вимогам: порівняно легко займатись, при згорянні виділяти якомога більше тепла, бути поширеним у природі, доступним при розробці, дешевим при виробництві, не змінювати свої властивості при транс­портуванні і зберіганні, бути нетоксичним і при згорянні не виділяти шкідливих та отруйних речовин.

Цим вимогам найбільш повно відповідають речовини органічного походження: нафта, природний газ, тверді горючі копалини тощо.

Паливо класифікують за такими основними ознаками: агрегат­ним станом, походженням і способом одержання, тепловою цінністю, цільовим призначенням або застосуванням.

За агрегатним станом всі види палива розподіляються на тверді, рідкі і газоподібні.

За походженням діляться на нафтові і не нафтові або аль­тернативні. До альтернативного палива належать спирти, во­день і майже всі види штучного вуглеводневого палива.

За способом одержання: природні, які використовують у тому вигляді, в якому вони існують у природі; і штучні, якщо після видобутку їх переробляють.

За тепловою цінністю (теплотою згоряння): висококалорійні, середньо- і низькокалорійні.

У залежності від сфери застосування нафтові палива за ГОСТ 4.25-83 поділяються на групи і підгрупи :

Група палива	Підгрупа палива	Позначення
Бензин Газотурбінне Дизельне Мазут Побутове	Авіаційне Автомобільне Реактивне Для судових та стаціонарних енергетичних установок Для високошвидкісних дизелів (дистилятне) Для середньо швидкісних та мало швидкісних дизелів (змішане) Флотське Топкове Мартенівське Пічне Гас	Б А Р Г Д ДТ Ф М МП П К

У сільському господарстві застосовують всі види палива: рідке забезпечує роботу сільськогосподарської техніки, стаціонарних двигунів та інших теплових установок; газоподібне — у газоба­лонних автомобілях і газогенераторних установках, для техно­логічних і побутових потреб. Тверде паливо використовують для різних виробничих, а також побутових потреб.

Будь-яке паливо складається з двох основних частин: горю­чої і негорючої (баласт). Горюча частина складається з різних органічних сполук, до складу яких входять такі хімічні елементи: вуглець (С), водень (Н), сірка (S), кисень (О), азот (N), а також ті неорганічні сполуки, що під час горіння палива, розкладаючись, утворюють леткі речовини. Склад твердого і рідкого палива визначається у відсотках за масою, газоподібного — у відсотках за об’ємом.

Вуглець — основна горюча частина палива, зі збільшенням його кількості зростає теплова цінність палива. Вміст вуглецю у різних видах палива коливається у межах від 50 % (дрова) до 98 % (антрацит).

Розпечені частинки вуглецю під час горіння відщеплюються від вуглецевих сполук і обумовлюють світіння (полум’я). Чим більше у твердому паливі вуглецю, тим складніший його роз­пал і менше полум’я.

Водень за теплотою згоряння майже у 4 рази цінніший ніж вуглець. Враховуючи, що вміст водню в паливі до 25 % — це друга за значимістю складова горючої частини палива.

Кисень, що входить до складу палива, не горить і тому фак­тично є внутрішнім баластом горючої частини. Вміст кисню коливається в межах від 0,5 % до 43 %. Чим більше в горючій частині кисню, тим менш цінне паливо.

Азот, як і кисень, не горить, є внутрішнім баластом горю­чої частини. У твердому і рідкому паливі вміст азоту невеликий (0,5-1,5 %) і тому вплив його на теплову цінність палива не­значний. Однак у деякому газоподібному паливі (наприклад, генераторний газ) вміст азоту становить біля 50 %, що різко знижує його теплову цінність.

Сірка є горючим елементом і, входячи до складу палива у вільному стані або у вигляді органічних і сульфідних сполук, бере участь у горінні. Але, не дивлячись на це, вона є дуже небажаною складовою, тому що під час горіння сірки утворюються сполуки SО₂, SО₃, які викликають газову, а поєднуючись з вологою, яка завжди є у паливі, перетворюється у сірчисту та сірчану кислоти, які спричиняють рідинну корозію металів. Вміст S у твердому паливі коливається від часток відсотка до 8 %, а у нафтах — від 0,1 до 4 %. При переробці палива намагаються вміст сірки по можливості довести до мінімуму.

Негорючу частину у твердому і рідкому паливі складають мі­неральні домішки (при згорянні утворюють золу (попіл)) А і во­лога W. Ця частина палива, зменшуючи об’єм горючої частини і відбираючи частину тепла на своє нагрівання, знижує теплову цінність палива. Крім того, попіл прискорює абразивне зношу­вання деталей циліндро-поршневої групи двигунів, а волога збіль­шує корозію та ускладнює експлуатацію теплових установок взимку.

Вміст мінеральних домішок у рідкому паливі вимірюється десятими частинами відсотку, а у твердому — десятками відсотків.

Мінеральні домішки і вологу розділяють на зовнішні та внутрішні. Перші потрапляють у паливо з навколишнього середо­вища при його добуванні, транспортуванні, зберіганні, інші вхо­дять до його хімічного складу.

У залежності від фізичного стану палива, при якому визнача­ють його елементний склад, розглядають: робочу (р), аналітичну (повітряно-суху, лабораторну) (а), суху (с), горючу (г) і органічну (о) маси.

Паливо, яке надходить до споживачів у природному стані та вміщує, крім горючої частини, попіл і вологу, називають робочим паливом. Елементний склад палива позначають рівнянням:

C^P + H^P + О^р + N^P + S^p + А^P+ W^p = 100 %

У тих випадках, коли паливо піддають лабораторному до­слідженню, з нього готують аналітичну пробу, яку приводять для повітряно-сухого стану. При цьому паливо містить тільки вну­трішню вологу.

Суха маса не має вологи, оскільки вона одержана штучним сушінням при температурі 105 °С.

Горюча маса — це паливо, що не має вологи і попелу. А якщо з палива видалити ще й сірку, то отримаємо органічну масу.

Елементний склад палива розрахову­ють на горючу і суху маси, а всі теплові розрахунки здійснюються на робочу (дійсну) масу, склад якої залежить від кількості попелу і вологи.

Горюча частина газоподібного палива включає: водень (Н), оксид вуглецю (CO), метан (СН₄) та інші вуглеводні (C_nH_m) з числом атомів вуглецю до чотирьох. Не­горюча частина — пари води і негорючі гази (СО₂, N₂, O₂).