Проблемы экологии автотранспорта / научная работа / Науч раб ред

УДК 621.43

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СМЕСЕЙ БЕНЗИНА С ЭТАНОЛОМ

Автор: Уткин Д.А.

Научный руководитель:Ходяков А.А.

Бензин является одним из основных, к тому же и дорогих моторных топлив. Для получения бензина используют сложный комплекс технологических процессов, включающий первичную, вторичную переработку нефти, а также технологию введения в топливо различных присадок и добавок, которые придают бензину свойства, соответствующие требованиям к составу и качеству современного моторного топлива. С целью улучшения ряда эксплуатационных свойств, в том числе экологических, в бензины вводят этанол.    В настоящее время, как за рубежом, так и в России существует стандарт на выпускаемое моторное топливо марок Е-5, Е-10, содержащее 5 и 10 % этанола.

Известно, что этанол хорошо смешивается с водой или бензином, но обладает ограниченной смешиваемостью со смесью, состоящей из воды и бензина. При содержании воды ниже 0.5-1.0% расслоение компаунда, содержащего воду, этанол и бензин, не наблюдается. Однако при содержании воды в этаноле выше 1% происходит расслоение смеси. Между этанол-водной смесью и бензином формируется граница раздела. Методом борьбы с расслаиваемостью бензо-этанольных смесей является введение в топливо стабилизаторов, связывающих воду.

Целью данной работы было оценить способность безворсного пористого поливинилформаля (используемого для выделения из органических жидкостей воды) поглощать воду из бензо-этанольных смесей.

Экспериментальная часть

Поливинилформаль является газонаполненным полимерным материалом, обладающим трехмерной ячеистой структурой и высокой гидрофильностью полимерной основы. Использовалась «фармасорб салфетка» (ТУ 393-001-22091952-98), представляющая собой гибкую прямоугольную пластину толщиной 210^-3 м.

В качестве объектов изучения был взят бензин марки АИ-95 и смеси, содержащие 5% (по массе) и 10% (по массе) этанола (96% спирт). Октановое (ОЧ) бензина и бензо-этанольных смесей оценивали с помощью октанометра «ОКТАН-ИМ». Плотность (ρ) объектов исследования определяли денсиметрами (плотномерами).

Бензо-этанольные смеси фильтровали, пропуская жидкости через пластину поливинилформаля, которую помещали в специальное приспособление. Фильтрацию проводили при 20⁰С. Контроль наличия воды в фильтрате (бензо-этанольные смеси) осуществляли, помещая бензо-этанольную смесь в криостат (температура -8⁰С). При охлаждении в присутствии воды фильтрат расслаивается, в отсутствии воды расслаивания не происходит. Эксперименты носили предварительный характер. Поэтому была выбрана максимальная скорость фильтрации (пролив жидкости через слой поливинилформаля без задержки жидкой фазы на фильтре).

Обсуждение результатов

В результате проведенных исследований установлено, что смеси бензина с этанолом расслаиваются (не стабильны). Причем расслаиваемость бензо-этанольных смесей тем выше, чем ниже температура испытания (0⁰С и ниже).

В табл. 1 представлены значения октановых чисел (ОЧ) и плотности (ρ) бензина, этанола и бензо-этанольных смесей до проведения опытов по фильтрации (исходные образцы).

Таблица 1. Параметры исходных образцов бензина, этанола и бензо-этанольныех смесей

Параметр	Бензин	Этанол	Смесь бензина с 5% этанола	Смесь бензина с 10% этанола
ОЧ, отн. ед.	92.8	108.0*	105.3**	----**
ρ, г/см3	0.744	0.805	0.746	0.749
Объем, мл	----	----	63.0	60.0

^*- параметр взят их литературных источников [1].

^**- эффективное значение, т. к. октанометр настроен на измерения диэлектрической проницаемости () углеводородов (2) [2]. У воды 79, у этанола 25. Поэтому более высокие значения  в бензо-этанольной смеси (или их отсутствие), скорее всего, связаны с высокими значениями проницаемости этанола и воды.

В табл. 2 представлены значения октановых чисел и плотности бензо-этанольных смесей до и после проведения опытов по фильтрации, а также содержание воды в исходных смесях (расчетные данные).

Таблица 2. Параметры бензо-этанольных смесей до и после фильтрации

Параметр	Смесь бензина с 5% этанола		Смесь бензина с 10% этанола
	до фильтрации	после фильтрации	до фильтрации	после фильтрации
ОЧ, отн. ед.	105.3**	104.0**	----**	----**
ρ, г/см3	0.746	0.749	0.749	0,765
Объем, мл	63.0	56	60	48
Содержание воды, мл	0.1	----	0.2	----

^**- см. сноску табл. 1.

Из сопоставления данных (табл. 1, 2) следует, что плотности бензо-этанольных смесей отличаются от плотности бензина и спирта. Причем чем выше содержание в смеси этанола (следовательно, и воды), тем большие изменения претерпевает плотность. Если предположить, что бензо-этанольные смеси обладают аддитивными свойствами, то более высокая плотность смесей есть отражение высоких плотностей этанола (0.805 г/см³) и воды. (1 г/см³). Октановое число смеси с 5%-нвм содержанием этанола выше аналогичного параметра, полученного для бензина и ниже ОЧ спирта. Это, как и в случае с параметром ρ можно объяснить свойством аддитивности бензо-этанольныех смесей.

Установлено, что смесь с 5%-ным содержанием этанола уже после первой фильтрации не содержит воду. При этом потери топлива составили (63-0.1=62.9 мл; 62.9-56=6.9 мл) 6.9 мл или ((6.9/62.9)х10011%) 11% (табл. 2). Пятикратная фильтрация смеси, содержащей 10% этанола, не приводит к полному удалению воды из топлива. Потеря топлива при организации опытов с максимальной скоростью фильтрации для указанной смеси составила 20%. Плотности фильтрата (табл. 2) идентичны параметрам плотности используемых в настоящее время бензинов (0.690-0.810 г/см³).

Фракционный состав безводной смеси с 5%-ным содержанием этанола ничем ни отличается от фракционного состава используемого в данной работе бензина. Это косвенно свидетельствует, что химические свойства бензо-этанольной смеси аналогичны свойствам бензина.

Таким образом, безворсный пористый поливинилформаль обладает способностью поглощать воду из смесей бензина с этанолом. Химические свойства безводной смеси с 5%-ным содержанием этанола аналогичны свойствам бензина. Эффективность работы поливинилформаля зависит от времени контакта жидкости с фильтрующим материалом. Следует ожидать, что проведение опытов с задержкой жидкой фазы на фильтре позволит повысить эффективность поглощения воды поливинилформалем.

Фармсорб-салфетка Фильтр

Фильтр и смесь

ЛИТЕРАТУРА

1. Фомин В. М. Водородная энергетика автомобильного транспорта. М.: Изд-во РУДН, 2006. 334 с.

2. Скворцов Б. В., Силов Е. А. Исследование корреляционных зависимостей между октановым числом и электродинамическими параметрами углеводородов. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. №5. С. 64-71.

4