Тема 5 Анализ нефтяных масел и пластичных смазок

Лекция 5

Тема: Общие сведения о маслах и смазках. Отбор проб

План:

1. Общие сведения о маслах

2. Требования к качеству смазочных масел и нормируемые показатели

3. Требования к качеству несмазочных масел

4.Общие сведения о смазках

5. Объемно-механические свойства смазок

6. Физико-химические свойства смазок

7. Отбор проб смазок

Общие сведения о маслах

Большинство нефтяных масел выпускается для смазки и поэтому они называются смазочными. К ним относятся следующие группы и подгруппы масел, классифицированные по областям применения:

- моторные масла (авиационные, автомобильные, автотракторные, дизельные, для реактивных двигателей);

- индустриальные масла, предназначенные для смазки станков, различных механизмов, холодильных машин, прокатных станов, насосов, прессов, приборов;

- турбинные масла;

- компрессорные масла;

- масла для паровых машин (цилиндровые и судовое);

- трансмиссионные и осевые масла.

Кроме того, вырабатываются масла различного специального на­значения, которые принято относить к несмазочным нефтяным маслам: трансформаторное, конденсаторное, парфюмерное и некоторые другие. Несмотря на то что нефтяные масла эксплуатируются в разнообразных условиях и используются в различных целях, многие требования к ним имеют общий характер. Поэтому качество большинства масел оцени­вается одинаковыми физико-химическими показателями, а различие заключается в основном в их абсолютных значениях.

Требования к качеству смазочных масел и нормируемые показатели

Основной физико-химической характеристикой нефтяных масел является их вязкосгь, или коэффициент внутреннего трения. От вязкости зависит способность данного масла при температуре, характерной для определенного узла трения, выполнять свои функции, т. е. обеспечивать замену сухого трения жидкостным и предотвратить износ материала, так как коэффициент жидкостного трения, в десятки и сотни раз меньше коэффициента сухого трения. Ввиду исключительно большого разнообразия в конструкциях узлов трения, в характере и скорости движения трущихся поверхностей, а также в возникающих удельных нагрузках различные группы масел, а внутри групп отдельные сорта и марки должны отличаться друг от друга по вязкости в широком интервале.

Для всей группы моторных масел важное эксплуатационное значение имеет вязкостно-температурная характеристика, гарантирующая достаточную пологость температурной кривой вязкости. Действительно, при низких температурах вязкость масла не должна быть слишком высокой, чтобы не затруднялся запуск двигателя. Наоборот, при высокой температуре, характерной для поршневой группы, масло должно обеспечить гидродинамический режим смазки, т. е. вязкость его должна быть достаточно высокой.

Смазочные масла не должны вызывать коррозии металлов. Это общее требование оценивается, прежде всего, кислотным числом, которое для всех масел нормируется в очень узких пределах: 0,05 - 0,35 мг КОН на 1 г масла. Кроме того, для многих трансмиссионных масел, для масел, применяемых в холодильных машинах, и для сульфофрезола установлено специальное ускоренное испытание на коррозию стальных и медных пластинок при 100⁰С в течение 3 ч, которое все эти масла должны выдерживать. Очень серьезное эксплуатационное значение для многих групп нефтяных масел имеет химическая стабильность, т. е. способность масла противостоять окислению кислородом воздуха.

Большинство смазочных масел должны прокачиваться при низких температурах, что связано с условиями их эксплуатации и транспортировки. В технических нормах это требование контролируется температурой застывания, хотя должного соответствия между температурой застывания, определенной по стандартной методике, и температурой потери подвижности в реальных условиях часто не наблюдается. Для отдельных сортов масел низкотемпературные свойства оцениваются значением вязкости при низких температурах.

Все смазочные масла контролируются по температуре вспышки. Нормируемый' низший предел температуры вспышки характеризует пожарную безопасность масла и лимитирует примесь, низкокипящих компонентов, которые при эксплуатации масел будут испаряться.

Все смазочные масла должны быть в достаточной мере очищены от минеральных примесей, обладать невысоким коксовым числом, не содержать селективных, растворителей, т.е. быть чистыми и однородными. Поэтому в технические условия на нефтяные масла включены также следующие показатели: содержание селективных растворителей (отсутствие или следы); зольность - не более тысячных долей процента, для масел с присадками содержание золы повышается до десятых долей процента; содержание механических примесей – отсутствие или тысячные и сотые доли процента, для масел с присадками десятые доли процента; содержание воды - отсутствие или следы; содержание водорастворимых кислот и щелочей - отсутствие; коксуе­мость - от 0,1 до 3,0 % для тяжелых масел.

Требования к качеству несмазочных масел

Для несмазочных нефтяных масел различного назначения номируются вязкость, кислотное число, содержание воды, механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей; температуры вспышки и застывания. Однако особое значение при оценке качества этих продуктов имеют различные специальные требования, определяемые спецификой их назначения и условий эксплуатации, например: высокие диэлектрические показатели для трансформаторного, конденсаторного и изоляционных масел, их подвижность даже при низких температурах; способностъ к созданию прочной масляной пленки для масел, применяемых в качестве гидротормозных жидкостей (АМГ-10, ГТН и др.); очень низкое давление пара для масел, применяемых в качестве рабочей жидкости в вакуумных насосах; исключительно высокая степень отсутствие запаха и вкуса у парфюмерного бесцветного масла.

Общие сведения о смазках

Пластичными, или консистентными, смазками называется большая группа нефтепродуктов различного назначения, представляющих собой мазеобразные, иногда почти твердые, пластичные вещества коллоидной структуры. Как правило, пластичные смазки изготавливаются путем загущения различных нефтяных, а иногда и синтетических масел каким-либо загустителем. В качестве загустителей применяют кальциевые, натриевые, литиевые, алюминиевые, бариевые и другие соли высших жирных кислот (мыла), твердые углеводородные продукты (церезин, петролатум, парафин) и различные неорганические вещества (бентонитовые глины, силикагель и др.).

По техническому назначению пластичные смазки принято делить на следующие группы:

Антифрикционные смазки закладываются в узлы трения в целях уменьшения износа и снижения трения, а также для герметизации и защиты деталей узла трения от пыли, влаги и коррозионных агентов внешней среды.

Защитные смазки предназначены для покрытия различных металлических изделий и деталей в целях предохранения их от коррозии и порчи при длительном хранении.

Уплотнительные смазки предназначены для герметизации сальников, кранов, стыков труб, затворов газгольдеров и т. п.

Объемно-механические свойства смазок

Эксплуатационные свойства антифрикционных смазок в сильной мере зависят от так называемых объемно-механических характеристик. Пластичные смазки, являясь коллоидными системами, могут проявлять механические свойства, характерные как для твердых тел, так и для жидкостей. Так, при сравнительно небольших нагрузках смазки обладают способностью сохранять свою форму. Под действием собственного веса смазки не стекаюг с вертикальных поверхностей и не выбрасываются из незакрытых узлов трения под действием центробежной силы. Это весьма существенное эксплуатационное качество смазок, присущее твердым тел оценивается пределом прочности.

Под пределом прочности смазки понимают то минимальное давление (напряжение сдвига), которое вызывает разрушение коллоидной структуры, в результате чего происходит сдвиг смазки и она начинает течь, как вязкая жидкость. Определение предела прочности необходимо проводить при температурах, близких к эксплуатационным для данной смазки, на специальном приборе.

Когда смазка находится под нагрузкой, превышающей ее предел точности, т. е. когда ее структурный каркас, образованный загустителем и обусловливающий ее упругопластические свойства, разрушается, смазка начинает течь и превращается как бы в вязкую жидкость. Следовательно, в этих условиях механические свойства смазки, должны были бы зависеть от вязкости. Однако вязкостные свойства смазок резко отличаются от вязкостных свойств нефтяных масел. Вязкость масел и других жидкостей при данной температуре - величина постоянная, независимая от относительной скорости передвижения слоев масла, т. е. от градиента скорости сдвига, а следовательно, и от диаметра капилляра вискозиметров.

Пластичные смазки благодаря коллоидным особенностям своей структуры, наоборот, характеризуются так называемой структурной или аномальной вязкостью. Их вязкость при постоянной температуре сильно зависит от градиента скорости сдвига. Чем он больше, тем вязкость смазки меньше. В практике применения пластичных смазок это имеет положительное значение, так как увеличение скорости движения трущихся частей в механизмах сопровождается уменьшением вязкости смазки, что относительно снижает общее сопротивление системы движению. Общее течение слоев, как в масле, в смазке не имеет места. Течение, или неупругая деформация смазки состоит из суммы деформаций ее отдельных структурных элементов, зависящих от скорости сдвига. Следовательно, понятие вязкости смазок весьма условно, |и постоянного показателя вязкости они не имеют.

Необходимо отметить, что вязкость смазок с изменением температуры изменяется во много раз меньше, чем вязкость нефтяных масел. Это, .конечно, является также положительной характеристикой пластичных смазок.

Таким образом, вязкостные свойства смазок наиболее правильно характеризуются не абсолютными значениями вязкости, а кривыми зависимости вязкости от градиента скорости сдвига при различных температурах.

Все смазки, являясь коллоидными системами, характеризуются тиксотропными свойствами, т. е. способностью к разрушению своей структуры при механическом воздействии и дальнейшему, хотя бы частичному ее восстановлению.

О степени консистентности (густоте) смазок, в какой-то мере отражающей ее механические свойства, судят по пенетрации.

С повышением температуры наступает такой момент, когда смазка теряет свойства твердого тела и начинает течь. О температуре, при которой это происходит, судят по температуре каплепадения. Она нормируется для большинства выпускаемых групп и сортов этого класса нефтепродуктов. Температура каплепадения для разных смазок изменяется в широком интервале от 40 до 200⁰С.

Физико-химические свойства смазок

Наряду с механическими свойствами смазок большое эксплуатационное значение имеют их физико-химические свойства, а также показатели, нормирующие содержание различных компонентов и нежелательных примесей.

Ко всем смазкам предъявляется требование – не вызывать коррозии смазываемых поверхностей. Коррозия может обусловливаться наличием в смазках свободных органических кислот, особенно низкомолекулярных, и щелочей. Кроме того, при длительной эксплуатации в условиях, способствующих окислению, первоначально инертная смазка может стать коррозионно-активной в связи с накоп­лением в ней кислых продуктов окисления. Испытание смазки на коррозионную активность проводят ускоренным методом при 100⁰С в тече­ние 3 ч. О результатах испытания судят по внешнему виду металлических пластинок после выдерживания их в смазке. Для многих смазок стандартизованы условия испытания на коррозионную активность. Для мыльных смазок на синтетических кислотах норми­руется отсутствие свободных органических кислот, а для углеводород­ных - кислотное число не более 0,1 - 0,3 мг КОН/г. Для многих смазок установлена также норма на содержание свободных щелочей в пере­счете на NaОН не более 0,1 - 0,2 %.

Следующим не менее важным эксплуатационным свойством сма­зок является их стабильность. Различают коллоидную, термическую и химическую стабильность.

Пластичные смазки, являясь коллоидными структурированными системами, склонны при хранении или в рабочих условиях даже при обычной температуре выделять масло, причем, иногда в значительных количествах (до 20% и выше). Это явление особенно характерно для смазок, изготавливаемых на маловязких нефтяных маслах с небольшим количеством загустителей. В лабораторных условиях о коллоидной стабильности смазок судят по количеству масла (в %), отпрессован­ного от смазки в стандартных условиях испытания на приборе КСА. Чем меньше отделится при этом масла, тем выше коллоидная стабиль­ность смазки. Коллоидная стабильность смазок разного состава нор­мируется в пределах от 5 до 30 %.

При повышении температуры возможность отделения масла уве­личивается. Так как в рабочих условиях это недопустимо, то для ряда смазок в технические нормы введен показатель термическая стабильность. Под термической стабильностью понимают способность смазки при определенной температуре в течение определенного времени не отделять масла.

Химическая стабильность, т. е. стойкость к окислению кислородом воздуха при хранении и в тонком слое в рабочих условиях, является весьма существенным свойством смазок. Углеводородные смазки обла­дают лучшей химической стабильностью, чем мыльные, так как многие мыла способны катализировать реакции окисления. Наибольшее зна­чение стойкость против окисления имеет для тугоплавких антифрикционных смазок, предназначенных для работы при повышенных температурах. Для этих смазок определение химической стабильности заключается в окислении смазки, которая нанесена тонким слоем на медную пластинку, помещенную на 10 ч в термостат при температуре 120⁰С. В конце испытания наблюдают за состоянием поверхности смазки и увеличением против допустимой нормы кислот­ного числа, характеризующего стабильность смазки.

Для многих смазок нормируется содержание воды. В углеводородных и натриевых смазках присутствие воды, как правило, не допускается. Наоборот, в кальциевых, мыльных смазках вода является необходимой составной частью, стабилизирующей коллоидную структуру смазки. Содержание воды в этих смазках колеблется от 1,5 до 3 %. Определение воды в смазках проводят обычным методом отгонки с растворителем.

Очень нежелательно даже минимальное содержание в смазках механических примесей, так как они не отстаиваются при хранении смазки и не отфильтровываются при подаче к узлу трения. Попадание в смазку различных загрязнений может вызвать абразивный износ смазываемых деталей.

Отбор проб смазок

Проверяют открытый резервуар, чтобы определить, является ли смазка гомогенной, сравнивая смазку, прилегающую к внешним стенкам резервуара, со смазкой в центре (не менее 15см ниже поверхности) по структуре и консистенции. Когда вскрыт более чем один контейнер из партии или поставки, сравнивают смазку во всех открытых резервуарах. Если значительного различия в смазке не обнаружено, отбирают одну порцию приблизительно из центра с глубины как минимум 6,5см ниже поверхности из каждого открытого резервуара в количестве, достаточном, чтобы получить желаемую массу смешанной пробы. Отбирают порции чистым совком, большой ложкой или шпателем и помещают их в чистый контейнер. Очень мягкие полужидкие смазки допускается отбирать путем зачерпывания стаканом вместимостью 0,45кг или подходящим ковшом. Если найдено различие в смазке, отобранной из различных мест открытого резервуара, отбирают две отдельные пробы массой 0,45кг каждая: первая - с поверхности рядом со стенкой резервуара, вторая - из центра не менее чем на 15см ниже поверхности. Если отмечают какое-либо различие между различными резервуарами партии или поставки, отбирают отдельные пробы массой около 0,45кг из каждого резервуара. Когда отсутствует однородность продукта, отбирают более чем одну пробу из партии или поставки и отправляют их в лабораторию как отдельные пробы. Если для представления партии или поставки требуется более одной порции смазки с показателем пенетрации более 175см, готовят смешанную пробу тщательным смешением равных частей. Используют большую ложку или шпатель и чистый контейнер. Избегают сильного перемешивания и попадания воздуха в смазку.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите группы масел, квалифицированные по областям применения

2. Какие требования предъявляют к качеству смазочных масел?

3. Какие требования предъявляют к качеству несмазочных масел?

4. На какие группы по техническому назначению делят пластичные смазки?

5. Перечислите объемно-механические свойства смазок

6. Перечислите физико-химические свойства смазок.

7. Как отбирают пробы смазок?

Лабораторная работа 18

Тема: Определение кинематической вязкости масел

Цель: Определить кинематическую вязкость масла

Приборы и реактивы: водяная баня; штатив; держатели; секундомер; вискозиметр ВПЖ-2; резиновая груша; проба масла.

Рисунок 12 Вискозиметр ВПЖ-2

1,2- колена прибора; 3- отводная трубка; 4- расширение; М₁ и М₂ – метки.

Теоретические основы

В нефтепереработке наиболее широко пользуются кинематической вязкостью, численно равной отношению динамической вязкости нефтепродукта к его плотности

Единица измерения кинематической вязкости – стокс или в СИ – м²/с.

Вязкость сильно зависит от температуры, поэтому всегда указывается температура. В технических требованиях на нефтепродукты обычно нормируется вязкость при температуре 50 и 100⁰С.

Порядок выполнения работы

Вискозиметр ВПЖ-2 с пробой масла с помощью штатива и держателей устанавливают в вертикальном положении в водяной бане. При этом вискозиметр нужно закреплять так, чтобы верхнее расширение 4 оказалось в жидкости водяной бани. В водяной бане устанавливают необходимую температуру с точностью 0,1⁰С и выдерживают вискозиметр до проведения отсчетов при выбранной температуре 15 мин.

Засасывают грушей масло в колено 1 примерно до одной трети высоты расширения 4. Под давлением собственного веса масло начнет протекать из колена 1 через капилляр в колено 2. Точно в тот момент, когда уровень масла достигнет метки М₁, включают секундомер и останавливают его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М₂. Время, отмеченное по секундомеру, записывают. Определение времени истечения масла через капилляр повторяют несколько раз. Число параллельных замеров устанавливается в зависимости от времени истечения: пять измерений при времени истечения от 200 до 300 с; четыре – при времени истечения от 300 до 600 с; три – при времени истечения выше 600с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовалось пузырьков воздуха.

Для расчета кинематической вязкости определяют среднее арифметическое время истечения из проведенных отсчетов. При этом надо иметь в виду, что учитывать можно только те отсчеты, которые отличаются не более чем на 1,2 – 2.5% от среднего арифметического в зависимости от температуры определения. Кинематическую вязкость масла определяют при температурах 50 и 100⁰С.

Кинематическую вязкость испытуемого масла (в мм²/с) при температуре t вычисляют по формуле

где С – постоянная вискозиметра, мм²/с²;

_t – среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение кинематической вязкости.

2. Какие вы знаете конструкции вискозиметров?

3. Методика определения кинематической вязкости.

Лабораторная работа 19

Тема: Определение условной вязкости масла

Цель: Определить условную вязкость масла

Приборы и реактивы: вискозиметр для определения условной вязкости; этиловый спирт; секундомер; проба масла.

Рисунок 13 Вискозиметр для определения условной вязкости

1- латунный резервуар; 2- внешний сосуд; 3- выходное отверстие; 4- термометр; 5- штифты; 6- стержень; 7- мешалка; 8- трубка; 9- установочные винты; 10- треножник.

Теоретические основы

Для многих нефтепродуктов нормируется условная вязкость, определяемая в металлических вискозиметрах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра 200мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200мл дистиллированной воды при 20⁰С.

Условная вязкость – величина относительная (следовательно, безразмерная) и выражается в условных градусах (⁰ВУ).

Порядок выполнения работы

1. Определяют водное число вискозиметра.

Водным числом вискозиметра называется время истечения из него 200мл дистиллированной воды при температуре 20⁰С.

Перед определением водного числа внутренний резервуар вискозиметра промывают спиртом, дистиллированной водой и высушивают воздухом. Устанавливают прибор в треножнике. Выходное отверстие 3 закрывают стержнем. Затем заливают в резервуар 1 дистиллированную воду, имеющую температуру 20⁰С, до уровня, при котором острия трех штифтов едва лишь выдаются над зеркальной поверхностью воды. Водой с той же температурой заполняют внешний резервуар до расширенной верхней части внутреннего резервуара. Установочными винтами 9 добиваются горизонтальной установки прибора, контроль по остриям штифтов.

Измерительную колбу подставляют под трубку 8 и, приподняв стержень, спускают всю воду в колбу. Это необходимо для заполнения сточной трубки, на нижнем конце которой при этом повисает крупная капля. Вновь закрывают отверстие стержнем и выливают воду из колбы в резервуар вискозиметра. После этого подставляют колбу опять под сливное отверстие. Устанавливают температуру воды в обоих резервуарах 20⁰С. В течение 5 мин температура воды не должна изменяться более чем на 0,2⁰С.

После всех этих приготовлений можно определять время истечения 200мл воды из резервуара вискозиметра. Для этого приподнимают стержень и одновременно включают секундомер. Когда нижний край мениска воды достигнет кольцевой метки на колбе, секундомер останавливают и закрывают отверстие 3 стержнем.

Измерение водного числа повторяют последовательно 4 раза. Если результаты определения отличаются от среднего арифметического не более чем на 0,5 с, то их можно принять для вычисления среднего значения. Если водное число вискозиметра выходит за пределы 51 1 с, то вискозиметр для работы не готов.

2. Определяют условную вязкость масла.

Перед определением внутренний резервуар вискозиметра и сточную трубу промывают легким бензином и высушивают воздухом. Закрывают выходное отверстие стержнем. Обезвоженное, профильтрованное через сетку (с числом отверстий на 1см² не менее 576) и нагретое несколько выше заданной температуры масло наливают во внутренний резервуар вискозиметра в таком количестве, чтобы уровень его был несколько выше остриев штифтов. В баню вискозиметра заливают воду, также нагретую до температуры несколько выше заданной. Выжидают, чтобы температура масла сравнялась с заданной ( 0,2⁰С). Температуру жидкости в бане поддерживают на 0,2 – 0,5⁰С выше заданной, регулируя ее перемешиванием мешалкой и, при необходимости, легким подогревом. Выдерживают прибор при этих температурах 5 мин.

Затем поднятием стержня спускают избыток масла в стакан до тех пор, пока острия всех трех штифтов станут едва заметно выдаваться над уровнем нефтепродукта. Закрывают вискозиметр крышкой, а под сточную трубку подставляют чистую сухую измерительную колбу. Масло начинают перемешивать термометром, вставленным в крышку, для этого крышку осторожно вращают вокруг стержня. После того как находящийся в масле термометр покажет точно заданную температуру, выжидают еще 5 мин. Затем быстро вынимают деревянный стержень из прибора и одновременно включают секундомер. Когда масло в измерительной колбе дойдет точно до метки, соответствующей 200мл (пена в расчет не принимается), секундомер останавливают и отсчитывают время истечения 200мл масла с точностью до 0,2 с. Допускаемые расхождения между двумя параллельными определениями не должны превышать при времени истечения до 250 с – 1с, до 500 с – 3с; до 1000 с – 5с.

Условная вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t ВУ_t (в условных градусах) вычисляют по формуле

где _t - время истечения из вискозиметра 200мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания t, с;

- водное число вискозиметра, с.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение условной вязкости.

2. Устройство вискозиметра для определения условной вязкости.

3. Методика определения водного числа.

4. Методика определения условной вязкости.

Лабораторная работа 20

Тема: Определение температуры вспышки масел в открытом тигле

Цель: Определить температуру вспышки масла в открытом тигле

Приборы и реактивы: тигель, термометр, песчаная баня, образец масла.

Рисунок 14 Прибор для определения температуры вспышки в открытом тигле

Теоретические основы

Температурой вспышки называется температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. В зависимости от условий эксплуатации нефтепродукта для определения его температуры вспышки применяют приборы открытого и закрытого типа, которые различаются между собой условиями испарения в них испытуемого нефтепродукта. В приборе открытого типа нагревание нефтепродукта осуществляют в железном тигле диаметром 63 – 65мм, высотой 46 – 48мм и толщиной стенок 1мм. Тигель помещают в металлическую песчаную баню высотой 45 – 55мм и диаметром 95 – 105мм, установленную на штативе, на котором укреплен термометр на 360⁰С с ценой деления 1⁰С. Баня на электроплитке. Для защиты от движения воздуха прибор во время определения окружают железным щитом высотой 550 – 650мм.

Порядок выполнения работы

Промытый бензином и высушенный тигель помещают в песчаную баню, на дне которой находится слой прокаленного песка толщиной 5 – 8мм. Пространство между тиглем и баней засыпают песком, уровень которого на 12мм не доходит до края тигля. Песчаную баню и термометр укрепляют в штативе так, чтобы ртутный шарик термометра находился в середине тигля и не касался его дна. В тигель наливают обезвоженное испытуемое масло до уровня на 12 - 18мм ниже края тигля. Уровень налива масла в тигле устанавливается по металлическому шаблону. Подготовленный прибор защищают кожухом от резкого движения воздуха.

Под песчаную баню устанавливают электроплитку и регулируют ее нагрев так, чтобы продукт нагревался на 10⁰С в 1мин, а за 40⁰С до ожидаемой температуры вспышки скорость нагрева уменьшают до 4⁰С/мин.

Испытание начинают за 10⁰С до ожидаемой температуры вспышки, проводя на расстоянии 10 − 14мм от поверхности масла через каждые 2⁰С пламя зажигательного устройства. Длина пламени должна быть 3 – 4мм, а длительность каждого испытания 2 – 3с. За температуру вспышки принимают ту температуру, при которой отмечается появление перебегающего и быстро исчезающего синего пламени.

При испытании неизвестного нефтепродукта вначале проводят предварительное определение температуры вспышки, осуществляя нагрев тигля таким образом, чтобы температура масла повышалась на 3 – 4⁰С/мин, и поднося пламя зажигательного устройства через каждые 30 с. При повторном определении температуры вспышки берется новая порция испытуемого продукта. Расхождение между параллельными определениями при температуре вспышки до 150⁰С не должно превышать 4⁰С, свыше 150⁰С – 6⁰С.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение температуры вспышки.

2. От каких параметров зависит температура вспышки?

3. Методика определения температуры вспышки в приборе открытого типа

Лабораторная работа 21

Тема: Определение температуры застывания масел

Цель: Определить температуру застывания масла

Приборы и реактивы: стандартная пробирка, водяная баня, низкотемпературный термометр, хлорид натрия, серная кислота (плотность 1,84г/мл), лед, снег, поваренная соль, этиловый спирт, образец масла.

Теоретические основы

При определенных значениях температуры в процессе охлаждения масла становятся нетекучими. Переход в нетекучее состояние вызывается либо выпадением в процессе понижения температуры масла кристаллов высокоплавких углеводородов (парафинов и церезинов) и образованием из них кристаллического каркаса, либо сильным увеличением его вязкости.

Применение масла, потерявшего подвижность, недопустимо, поэтому стандарты ограничивают их максимальные температуры застывания.

В процессе производства принимаются меры по снижению температуры застывания масел. К таким мерам относятся удаление наиболее высокоплавких углеводородов из масел при помощи депарафинизации и введение в очищенные масла депрессорных присадок.

Порядок выполнения работы

Перед определением температуры застывания масло обезвоживают. В случае значительного содержания воды ее отделяют отстаиванием в делительной воронке. Масло нагревают до 50⁰С, а затем для обезвоживания пропускают через слой свежепрокаленного хлорида натрия. Хлорид натрия помещают на перфорированный фарфоровый кружок, вставленный в коническую воронку, или на воронку Бюхнера.

Обезвоженное масло наливают до метки в стандартную пробирку высотой 160мм и диаметром 20мм с кольцевой меткой на расстоянии 30мм от дна. Пробирку закрывают корковой пробкой, в середину которой вставлен термометр. Ртутный шарик термометра должен находиться на расстоянии около 10мм от дна пробирки.

Подготовленную пробирку помещают в водяную баню с температурой 50⁰С и выдерживают в ней, пока продукт не нагреется до той же температуры. Затем пробирку вытирают и вставляют ее на пробке в пробирку-муфту высотой 130мм и диаметром 40мм. В пробирку-муфту наливают около 1мл серной кислоты для поглощения влаги из воздуха и предупреждения появления на стенках муфты росы при охлаждении.

Когда испытуемый продукт остынет до 35⁰С, собранную пробирку с муфтой опускают в охлаждающую смесь и устанавливают в строго вертикальном положении.

После выдерживания до предполагаемой температуры пробирку на 1 мин наклоняют под углом 45⁰, не вынимая из охлаждающей смеси. Затем ее вынимают из охлаждающей смеси, быстро вытирают и наблюдают за поведением мениска. Если мениск сместится, пробирку отсоединяют от муфты и снова нагревают на водяной бане до 50⁰С, а затем проводят повторное определение при температуре на 4⁰С ниже предыдущей. Повторные определения проводят несколько раз, снижая каждый раз температуру на 4⁰С, до тех пор пока мениск не перестанет смещаться. Если в первом опыте мениск испытуемого продукта остался на прежнем уровне, то проводят одно или несколько повторных определений до получения постоянного мениска при более высокой температуре, чем в первоначальном опыте.

Определив температуру застывания испытуемого масла с точностью до 4⁰С, проводят повторные определения, повышая и понижая температуру испытания на 2⁰С. За температуру застывания принимают ту температуру, при которой мениск будет постоянным. Определение проводят в двух параллельных пробах, причем результаты не должны отличаться друг от друга более чем на 2⁰С. Среднее арифметическое из этих результатов принимают за окончательную температуру застывания.

Контрольные вопросы:

1. Что называется температурой застывания?

2. От чего зависит температура застывания?

3. Какими способами можно понизить температуру застывания масел?

4. Методика определения температуры застывания.

Лабораторная работа 22

Тема: Определение натровой пробы масел

Цель: Определить натровую пробу масла

Приборы и реактивы: 1,5%-ный раствор гидроксида натрия; соляная кислота (плотность 1,19 г/мл); индикаторная бумага; магнитная мешалка; делительная воронка; водяная баня; спектрофотометр ПЭ-5300В; проба масла.

Рисунок 15 Внешний вид спектрофотометраПЭ-5300В

Теоретические основы

К числу кислых органических соединений масел принадлежат нефтяные кислоты. Со щелочами они образуют соли по реакции:

C_nH_mCOOH + NaOH C_nH_mCOONa + H₂О.

Эти соли хорошо растворяются в воде, тогда как сами кислоты в воде растворяются плохо. На этом свойстве кислот и их солей основано определение натровой пробы, позволяющей судить о качестве очистки масел.

Сущность определения натровой пробы состоит в том, что при действии раствора едкого натра из испытуемого масла извлекаются в виде солей примеси нефтяных кислот. После подкисления эти соли вновь переходят в кислоты, что вызывает помутнение раствора. Степень помутнения измеряют по оптической плотности и выражают в баллах.

Порядок выполнения работы

1. Получение щелочной вытяжки. Наливают в стакан цилиндром 30мл масла и 30мл 1,5%-ного раствора едкого натра. Стакан устанавливают в нагретую до 90 1⁰С водяную баню. Включают мешалку и момент, когда температура вновь достигнет 90 1⁰С, считают за начало извлечения солей нефтяных кислот. Через 20 мин стакан вынимают из бани и его содержимое выливают в делительную воронку, которую затем устанавливают на 20мин в водяную баню при температуре 90 1⁰С. При полном расслоении жидкости наверху будет масло, а внизу – щелочная вытяжка, которую осторожно выливают в широкую пробирку. Затем в пробирку приливают по каплям соляную кислоту до кислой реакции по индикаторной бумаге. Пробирку с подкисленной вытяжкой помещают на 20 мин в водяную баню при температуре 20⁰С.

2. Определение оптической плотности подкисленной щелочной вытяжки на спектрофотометре ПЭ-5300В.

Подготовка кювет.

- Рабочие поверхности кювет должны перед каждым измерением тщательно протираться спиртоэфирной смесью.

- При установке кювет в кюветодержатель нельзя касаться пальцами рабочих участков поверхностей (ниже уровня жидкости в кювете).

- Наличие загрязнений или капель раствора на рабочих поверхностях кюветы приводит к получению неверных результатов измерений.

- Жидкость наливается в кюветы примерно на ¾ высоты кюветы, так как в противном случае наблюдается затекание жидкости по углам, что создает впечатление протекания кюветы.

- Рекомендуется закрывать кюветы крышками.

Подготовка кюветы с раствором сравнения.

Промойте кювету дистиллированной водой или растворителем. Наполнив чистую кювету дистиллированной водой, протрите кювету с наружной стороны салфеткой, чтобы удалить отпечатки пальцев или капель жидкости.

Подготовка кюветы с исследуемым раствором.

Промойте вторую чистую кювету изнутри небольшим количеством исследуемого раствора для анализа. Наполните кювету исследуемым раствором и оботрите ее салфеткой снаружи.

Измерение оптической плотности подкисленной щелочной вытяжки.

- Выберите режим А, нажимая кнопку РЕЖИМ до тех пор, пока не загорится светодиод у соответствующей надписи (А).

- Ручкой для перемещения кюветодержателя подведите в рабочую зону кювету с раствором сравнения. Нажмите кнопку А (0_А /100%Т). Подождите несколько секунд, пока на индикаторе не появится значение 0_А. Если это не так, повторите данный шаг еще раз.

- Не открывая кюветного отделения, ручкой для перемещения кюветодержателя подведите кювету с исследуемым раствором в рабочую зону. Снимите показания оптической плотности, которое можно наблюдать на цифровом индикаторе.

- Откройте крышку кюветного отделения и выньте кювету с пробой и кювету сравнения.

Таблица 1- Перевод значений оптической плотности в баллы натровой пробы

Баллы натровой пробы	1	2
Оптическая плотность подкисленной вытяжки в кювете длиной 20мм 10мм	менее 0,4 менее 0,2	более 0,4 0,2 – 2,0

Контрольные вопросы:

1. Что характеризует натровая проба?

2. В чем состоит сущность определения натровой пробы?

3. Назначение спектрофотометра ПЭ-5300В.

4. Принцип действия спектрофотометра ПЭ-5300В.

5. Подготовка кювет.

6. Измерение оптической плотности на спектрофотометре ПЭ-5300В.

Лабораторная работа 23

Тема: Определение кислотного числа нефтяных масел

Цель: Определить кислотное число нефтяного масла

Приборы и реактивы: растворитель (смесь изопропилового спирта, толуола и воды); 0,05н, 0,1н и 0,2н спиртовые растворы гидроксида калия; щелочной буферный раствор; кислый буферный раствор; прибор рН-340; проба масла.

Рисунок 16 Общий вид прибора рН-340

1-основание; 2-винты крепления крышки к основанию; 3-крышка; 4- показывающий прибор; 5- переключатель рода работы; 6- переключатель пределов измерения; 7- ручной термокомпенсатор; 8- индикатор включения прибора; 9- переключатель размаха шкалы; 10- ручка включения прибора в сеть; 11- регулятор электронного усилителя; 12- регулятор плавной настройки рН-метра.

Теоретические основы

Метод определения кислотного числа нефтяных масел заключается в титровании испытуемого продукта раствором щелочи с индикаторным стеклянным электродом. Потенциал стеклянного электрода является функцией концентрации водородных ионов в растворе и определяется по отношению к электроду сравнения, потенциал которого в процессе титрования остается постоянным. Электродвижущая сила (ЭДС) такой электродной системы измеряется с помощью рН-метра (рН-340). Титрование проводят до скачка потенциала в точке эквивалентности или при отсутствии последнего – до значения ЭДС, установленного по буферному раствору.

Порядок выполнения работы

Анализируемое масло слегка нагревают и перемешивают, а при наличии в нем взвешенных частиц фильтруют через сетку. По стандарту подготовленное масло отвешивают в стакан прибора в количестве, зависящем от предполагаемого кислотного числа:

Кислотное число, мг КОН/г	до 1	1 - 5	5 - 10	10 - 20	20 - 100	Свыше 100
Навеска, г	20 - 10	4	2	1	0,25	0,1

В стакан с маслом добавляют 50 мл растворителя и перемешивают до полного растворения. Если продукт растворился не полностью, то добавляют 10 – 15 мл хлороформа. В стакан помещают мешалку, опускают электроды и кончик бюретки. С помощью прибора рН-340 вначале определяют ЭДС на диапазоне 1500 мВ, а затем на узком диапазоне. Если измеренная ЭДС больше соответствующего значения ЭДС в кислом буферном растворе, то это указывает на присутствие сильных кислот.

Для определения кислотного числа масла в испытуемый раствор наливают из бюретки 0,1 – 0,2 мл 0,1 н. спиртового раствора КОН. После перемешивания раствора оценивают ЭДС электродной системы на диапазоне 1500 мВ, а затем на соответствующем узком диапазоне. Следующую порцию 0.1 н. раствора КОН наливают после того, как значение ЭДС будет изменяться не более, чем на 5 мВ в 1 мин. Если при добавлении раствора щелочи ЭДС будет изменяться более, чем на 15 мВ, то уменьшают объем приливаемого раствора до 0,05 – 0,02 мл. Титрование продолжают до скачка потенциала, записывая каждый раз показания ЭДС.

Записывают следующие результаты измерения: объем 0,1 н. спиртового раствора КОН, израсходованного на титрование; соответствующее значение ЭДС; приращение ЭДС.

Параллельно проводят контрольный опыт с тем же количеством растворителя, но без анализируемого масла, т.е. в стакан наливают 50мл растворителя и титруют спиртовым раствором КОН в аналогичных условиях.

Кислотное число Х (в мг КОН/г) рассчитывают по формуле

где V₁ − объем 0,1н. раствора едкого кали, израсходованного на титрование испытуемого масла до скачка потенциала, мл;

V₂ − объем 0,1н. раствора едкого кали, израсходованного на титрование растворителя, мл;

Т − титр 0,1н. раствора едкого кали, мг/мл;

G − навеска испытуемого вещества, г.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение кислотного числа.

2. В чем заключается метод потенциометрического титрования?

3. Принцип работы прибора рН-340.

Лабораторная работа 24

Тема: Определение пенетрации смазок

Цель: Определить пенетрацию смазок

Приборы и реактивы: металлическая чашка; водяная баня; пенетрометр;

проба битума.

Рисунок 17 Пенетрометр

1- конус; 2- пусковая кнопка; 3- кремальера; 4- циферблат; 5- стрелка.

Теоретические основы

Пенетрация характеризует консистентность, или густоту смазки. По пенетрации судят о степени мягкости или твердости смазки. Числом пенетрации называется глубина погружения стандартного конуса в смазку за 5 с в градусах. Число градусов соответствует числу десятых долей миллиметра глубины погружения конуса в смазку. Естественно, чем глубже погружен в смазку конус, тем смазка мягче, и, наоборот, у более твердых смазок число пенетрации меньше. Для большинства смазок число пенетрации при 25⁰С находится в широких пределах от 200 до 360⁰С, а для остальных смазок – от 30 до 100⁰С (бензоупорная смазка).

Пенетрация является эмпирической условной величиной, не имеющей самостоятельного физического смысла. При заводском контроле определение пенетрации позволяет следить за правильностью производственного процесса. Что же касается эксплуатационных механических свойств смазок, то они пенетрацией характеризуются крайне недостаточно.

Порядок выполнения работы

Испытуемую смазку загружают в тигель путем вмазывания

Тигель помещают в ванну на 15 мин. Затем переносят на столик пенетрометра и выравнивают ножом поверхность смазки, снимая ее избыток. С помощью кнопки 2 подвод конус к поверхности смазки, но так, чтобы его наконечник касался смазки в центре тигля. С другой стороны, необходимо избежать соприкосновения конуса со стенками тигля. Затем опускают кремальеру 3 до соприкосновения со стержнем, в котором закреплен конус. Стрелку циферблата устанавливают на нуль.

Убедившись в правильности подготовки прибора, нажимают кнопку 2 и одновременно включают секундомер. Конус под давлением собственного веса и веса стержня свободно входит в смазку. Ровно через 5 с кнопку для закрепления конуса отпускают. Для замера глубины погружения конуса снова опускают кремальеру 3 до соприкосновения со стержнем. Вместе с кремальерой начнет передвигаться стрелка, которая и укажет на циферблате результат испытания.

Для подготовки прибора к следующему испытанию кремальеру и стержень с конусом приподнимают, а конус очищают от смазки ватой, смоченной бензином. Затем выравнивают поверхность смазки. При повторных испытаниях надо менять место соприкосновения наконечника конуса с поверхностью смазки.

Испытание проводят не менее пяти раз. За результат принимай среднее арифметическое из пяти совпавших (в допускаемых пределах) значений. Расхождения между результатами отдельных определений не должны превышать ±3 % от среднего арифметического значения.

Контрольные вопросы:

1. Что характеризует пенетрация смазок?

2. Дайте определение числа пенетрации.

3. Как определяют пенетрацию смазок?

Лабораторная работа 25

Тема: Определение температуры каплепадения смазки

Цель: Определить температуру каплепадения смазки

Приборы и реактивы: прибор для определения температуры каплепадения смазок; шпатель; стеклянный термостойкий стакан; глицерин; проба смазки.

Рисунок 18 Прибор для определения температуры каплепадения смазок

1- чашечка; 2- гильза; 3- стакан с глицерином; 4- стеклянная муфта; 5- пробка; 6- термометр

Теоретические основы

Температурой каплепадения называется температура, при которой из капсюля термометра Уббелоде в результате нагревания в стандартных условиях падает первая капля испытуемой смазки.

Температура каплепадения характеризует эксплуатационные возможности испытуемой смазки для работы при повышенных температурах, отражает в какой-то мере ее состав и природу загустителя.

Определение температуры каплепадения проводят со стандартным термометром Уббелоде, в нижнюю часть которого наглухо вделана металлическая гильза, снабженная нарезкой, на которую навинчивается металлическая трубка с отверстием. В это отверстие вставляется капсюль (чашечка) тоже стандартных размеров. Подготовленный термометр укрепляется на пробке в пробирке диаметром 40мм и длиной 200мм. Пробирка, закрепленная на штативе, вставляется в стакан-баню, в который в зависимости от ожидаемой температуры каплепадения наливают воду или глицерин.

Порядок выполнения работы

Испытуемую смазку вмазывают шпателем в капсюль прибора, следя за тем, чтобы в продукте не было воздушных пузырьков, и срезают излишки ножом. Вставляют заполненный и обтертый снаружи капсюль в гильзу термометра. Верхний край капсюля должен упереться в буртик гильзы. Избыток смазки, вытекающий из нижнего отверстия, срезают. Если анализируются твердые продукты или углеводородные смазки, то испытуемый продукт вначале нагревают до 100⁰С и наливают в капсюль по каплям. Капсюль при этом устанавливают на гладкую металлическую поверхность. На дно сухой чистой пробирки кладут кружок белой бумаги и вставляют в эту пробирку подготовленный термометр так, чтобы нижний край капсюля отстоял на 25мм от кружка бумаги на дне пробирки. Переносят пробирку в водяную или глицериновую баню. Глицерин применяют для продуктов с температурой каплепадения выше 80⁰С. Обогрев бани ведут с такой интенсивностью, чтобы температура, начиная с температуры на 20⁰С ниже ожидаемой температуры каплепадения, повышалась со скоростью 1⁰С/мин.

За температуру каплепадения испытуемой смазки принимают температуру, при которой упадет первая капля или дна пробирки коснется столбик смазки, выступивший из отверстия капсюля. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 1⁰С.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение температуры каплепадения.

2. Что характеризует температура каплепадения?

3. Конструкция термометра Уббелоде.

4. Методика определения температуры каплепадения.