книги из ГПНТБ / Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие

ограниченным уровнем, установившимся после поглоще­ ния СО, и суммарным объемом С02 и 0 2.

Содержание азота (N2) % в продуктах сгорания под­ считывают по разности:

N2 = 100 —(С02 + 0 2 + СО).

Выполнив анализ, подсчитывают коэффициент избыт­ ка воздуха по одной из следующих формул:

(22,а)

21 — 2 i. 79 ’

N2

где 0 2, СО, N2 — содержание кислорода, окиси углерода и азота в продуктах сгорания, %.

Если в продуктах сгорания содержится СО, то поль­ зуются формулой (22), а если окиси углерода нет, то фор­ мулой (22,а).

§ 7. Теплота сгорания горючей смеси

Горючая смесь в двигателях внутреннего сгорания со­ стоит из смеси топлива с воздухом. Количество тепла, выделяемое 1 кг горючей смеси, зависит от теплоты сгора­ ния топлива и объема воздуха (физическое тепло, вносимое с воздухом, не учитывается). Чем больше тепла выделяет­ ся при сгорании топлива, тем меньше его расходуется на единицу работы, следовательно, объем топливных баков при выполнении одного и того же объема работ может быть снижен; реже придется заправлять машины и т. д.

Не любая смесь паров топлива с воздухом может вос­ пламеняться и сгорать в двигателе. Различают высший и низший пределы воспламеняемости топливовоздушных сме­ сей. Высший предел воспламеняемости будет при таком содержании топлива в воздухе, когда дальнейшее обога­ щение смеси топливом делает ее невоспламеняемой. Низ­ ший предел воспламеняемости будет при недостатке топли­ ва в воздухе, если дальнейшее обеднение смеси делает ее невоспламеняемой. Например, высший предел воспламе­ няемости бензинов будет при а —0,45—0,5, а низший —

60

при 06-^1,35 1,4. При возрастании температуры и дав­

ления пределы воспламеняемости несколько увеличива­ ются.

В таблице 3 приведены пределы воспламеняемости не­

которых видов горючих веществ в воздухе при нормаль­ ном давлении.

водород. Пределы воспламеняемости бензинов, керосинов, реактивных и дизельных топлив между собой отличаются незначительно, разница между верхним и нижним преде­ лом воспламеняемости здесь невелика, топлива горят и взрывоопасны лишь при невысоких концентрациях паров горючего в воздухе. Из жидких топлив, используемых в сельском хозяйстве, наиболее легко воспламеняются и взрываются бензины.

Работа двигателей на смесях, близких к пределам вос­ пламеняемости, экономически невыгодна. Стремятся орга­ низовать процесс так, чтобы происходило полное сгорание топлива с возможно меньшим коэффициентом избытка. В отдельных случаях, когда нужно кратковременно развить максимальную мощность, прибегают к обогащению смеси топливом. В зависимости от соотношения топлива и воз­ духа различают следующие виды горючей смеси. Нормаль­ ная смесь — происходит полное сгорание топлива с рас­ четным теоретически необходимым количеством воздуха (а = 1); обедненная или бедная смесь — воздуха в ней больше, чем требуется по расчету (а>1); обогащенная или богатая смесь — воздуха меньше, чем требуется по расче­

61

ту (а<1). В карбюраторных двигателях сгорание происхо­ дит при небольшом избытке воздуха сс ^ 1,05—1,15, в от­ дельные периоды прибегают к переобогащению а= 0,90— 0,95. В дизельных двигателях коэффициент избытка боль­ ше, у быстроходных а = 1,2—1,4, а у тихоходных а = 1,5— 1,7.

В двигателях внутреннего сгорания обычно сгорает обедненная горючая смесь, теплоту сгорания которой в кДж/кг или ккал/кг можно подсчитать по формуле:

^теор — расчетное количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, кг.

По формуле (23) подсчитывают теплоту сгорания горю­ чей смеси, той, которая поступает или образуется в камере сгорания двигателя. Горючая смесь, смешавшаяся с оста­ точными газами (от предыдущего цикла), называется ра­ бочей смесью.

Если нужно определить <?раб. смеси» то вносят поправку на коэффициент остаточных газов. Для практических рас­ четов эти понятия отождествляют. Чем меньше коэффи­ циент избытка воздуха для одного и того же топлива, тем

62

лив характерными точками фракционного состава счи­ тают температуры начала кипения, выкипания 10, 50, 90% объема и конца кипения. Общий вид стандартного прибора для определения фракционного состава показан на рисунке 18. Градуированным цилиндром (приемни­ ком) отмеряют точно 100 мл испытуемого топлива (по верхнему мениску) и осторожно заливают его в колбу 6. Держать колбу нужно наклонно, чтобы топливо не попало в отводную трубку 4. В жидкость опускают 2—3 кусочка пористого вещества (пемза, шамот). При нагревании из пористого вещества выделяется воздух, которым переме­ шивается топливо и достигается равномерное кипение.

В шейку колбы 6 на корковой пробке устанавливают термометр 5 так, чтобы верхний конец ртутного шарика был на уровне нижнего конца трубки 4 (термометр палоч­ ного типа до 360° с ценой деления 1,0°). Колбу с топливом помещают на кольцо футляра 7 и корковой пробкой, на­ детой на отводную трубку, плотно соединяют с холодиль­ ником 3.

При разгоне высококипящих (дизельных) топлив свер­ ху колбу закрывают футляром. Под дно колбы ставят газовую горелку 8 или другой нагревательный прибор. Величину пламени нужно установить так, чтобы первая капля с конца трубки 2 холодильника 3 упала в приемник 1 не ранее 5 и не позднее 10 мин после начала нагревания.

Температуру, при которой падает первая капля в ци­ линдр-приемник 1, считают началом кипения топлива. Скорость перегонки поддерживают постоянной, в минуту должно отгоняться 4—5 мл топлива; постепенно, по мере выкипания более тяжелых углеводородов, увеличивают нагрев. Через каящые 10 мл полученного в цилиндре 1 продукта отмечают температуру. Нагревают и записывают температуру до тех пор, пока не перегонится основная масса топлива. Когда со дна колбы 6 испаряются послед­ ние капли жидкости, в шейке колбы появляется обильный белый пар, записывают температуру и быстро прекращают нагревание, это будет температура конца кипения топлива. Записав конечную температуру и потушив горелку, запи­ сывают объем топлива, собранного в цилиндре; обычно отгоняется около 97% топлива. В отдельных случаях тем­ пература начинает снижаться до появления белого пара, а па дне колбы не видно жидкости, это такиш служит ука­ занием конца перегонки, записывают температуру перед падением.

64

Окончив перегонку, в течение 5—7 мин дают остыть прибору, затем снимают колбу и в цилиндр 9 выливают сконденсировавшуюся из пара жидкость — остаток после разгонки. Количество остатка прибавляют к объему топ­ лива, собранного в приемнике 1. Вычитая из 100 мл сумму отогнанных фракций и остатка, определяют потери при перегонке. Чем больше потерь, тем больше в топливе со­ держится легкоиспаряющихся, растворенных в жидкой части газообразных углеводородов.

По данным, полученным во время опыта, строят кри­ вую разгонки топлива. Но оси абсцисс наносят температу­ ры кипения (от падения первой капли до конца кипения), а по оси ординат — объемы фракций, отогнанных при дан­ ных температурах. Построив кривую разгонки, дают ха­ рактеристику исследуемому образцу (анализ кривой раз­ гонки).

§ 9. Определение фактических смол

Смолистые соединения в топливах находятся в раство­ ренном состоянии; чем больше растворено смол, тем интен­ сивнее окрашено топливо (в желтый и даже коричневый цвета). Основная масса смолистых соединений не сгорает в двигателях, а осаждается на его горячих деталях и уча­ ствует в образовании нагара.

Фактические — это те смолы, которые содержатся в топливе в момент определения. По ГОСТ фактические смолы оцениваются количеством смол в мг, содержащихся в 100 мл топлива.

На рисунке 19 показана установка для определения фактических смол.

На аналитических весах точностью до 0,0002 г взвеши­ вают сухой и чистый стаканчик. Отмеряют пипеткой 20— 25 мл топлива и выливают его в стаканчик, который по­ мещают в карман масляной ванны. Предварительно ванну нагревают при исследовании бензинов до 150°, кероси­ нов до 180°, а дизельных топлив до 250о±2°. Температура во время опыта поддерживается при помощи контактного термометра 3. Внутри масляной ванны 5 находится изо­ гнутая в виде змеевика трубка, по которой проходит воз­ дух, поступающий из воздуходувки. Воздух, проходя по змеевику, нагревается до заданной температуры.

На конец змеевика, находящегося в центре масляной ванны, надевают «паук» 4 с числом отводных трубок, рав-

пый холодильник). На закрытой электроплитке 1 спирт до­ водят до кипения, чтобы удалить растворенную углекисло­ ту. В кипящий спирт добавляют 50 мл исследуемого топ­ лива. Полученную смесь закрывают воздушным холодиль­ ником и кипятят 5 мин, внимательно следя за тем, чтобы не было паров на верху трубки 3. При кипячении органи­ ческие кислоты, содержащиеся в топливе, извлекаются (растворяются) спиртом. В горячую смесь добавляют 5—6 капель 1 % -ного спиртового раствора фенолфталеина (в кислой среде фенолфталеин бесцветен, в нейтральной имеет слабо-розовое окрашивание, а в щелочной — малиновое).

Горячий раствор нейтрализуют 0,05 N спиртовым рас­ твором едкого калия (КОН), который по каплям вливают из бюретки 4, непрерывно перемешивая содержимое кол­ бы. Титрование ведут до появления неисчезающего розово­ го окрашивания, которое должно сохраняться не менее 1 мин. Количество раствора щелочи п, пошедшей на тит­ рование, отсчитывают по бюретке и определяют содержа­ ние кислот по формуле:

вызывают очень сильную коррозию и не допускаются в нефтепродуктах, их количество не определяют, а каче­ ственной пробой проверяют только наличие. Если они со­ держатся, то продукт к применению непригоден.

В делительную воронку на глаз наливают 20—30 мл исследуемого топлива, а сверху примерно такое же коли­ чество горячей дистиллированной воды (минеральные кис­ лоты и щелочи хорошо растворяются в воде). Несколько минут перемешивают содержимое воронки и дают отстоять­ ся нижнему водному слою. Затем в две сухие пробирки наливают по 3—4 мл водного слоя.

В одну пробирку добавляют 2 капли метилоранжа; при наличии кислоты вода окрашивается в розовый цвет. ^ ДРУГУЮ пробирку добавляют 2 капли фенолфталеина;

если есть щелочь, то вода окрашивается в красновато-ма­ линовый цвет.

68

§ 11. Методические указания к выполнению

лабораторных работ и типовые задачи

По материалу, изложенному во II главе, предусматри­ вается выполнение двух лабораторных работ.

Лабораторная работа № 1. И с с л е д о в а н и е н е ф ­ т е п р о д у к т о в п р о с т е й ш и м и м е т о д а м и . Студенты знакомятся с оборудованием ручной лаборато­ рии. Внимательно изучают устройство пробоотборников. Записывают результаты внешнего осмотра исследуемых образцов топлива и масла (цвет, прозрачность, наличие воды и механических примесей). Проверяют плотность маловязкого и Густого нефтепродукта, вносят необходи­ мые поправки. Методом отстоя в топливе определяют со­ держание воды и механических примесей. Пробой на по­ трескивание и истирание определяют наличие воды и ме­ ханических примесей в густом нефтепродукте. Пользуясь полевым вискозиметром, проверяют вязкость. Опреде­ ляют наличие непредельных углеводородов и смолистых веществ в топливе.

Для выполнения работы требуется 2 ч, описание рабо­ ты дано в § 1 и 2 данной главы.

того, какие калориметры имеются в лаборатории, можно определить теплоту сгорания бензина или дизельного топлива (§ 4, пункт в). В первом случае непосредственно опытом определяют ()выс и Qm3, во втором — опытом находят (?выс, а (?шз определяют расчетом, для чего дает­ ся содержание водорода и влаги в исследуемом топливе. Опытом теплоту сгорания получают в ккал/кг, ее нужно перевести в кДж/кг. При выполнении данной работы жела­ тельно дать элементарный состав топлива, чтобы студен­ ты подсчитали (?выс и QHa3 расчетным методом (§ 4, пункт б), а также определили расчетное количество воз­ духа, необходимое для полного сгорания данного топлива (§5). Для выполнения работы требуется 2 ч.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

Задача № 1

При сжигании 1 кг топлива получено 10 300 ккал тепла и 1,3 кг паров воды. Определить максимально возможное количество тепла (в кДж), полученное при сгорании (<?выс), и количество водорода, содержащегося в топливе.

09