5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА БЕНЗИНА
Лабораторная работа № 3
Цель работы: определить фракционный состав бензина.
Для обеспечения полного сгорания топлива в двигателе необходимо перевести его в короткий промежуток времени из жидкого состояния в парообразное и смешать с воздухом в определенном соотношении, т.е. создать рабочую смесь.
К физико-химическим показателям, от которых зависит испаряемость бензина, относят давление насыщенных паров, фракционный состав, скрытую теплоту испарения, коэффициент диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность. Из перечисленных показателей важнейшими, определяющими испаряемость бензина, являются давление насыщенных паров и фракционный состав.
Фракционный состав бензина во многом определяет его важнейшие эксплуатационные свойства. Лёгкость пуска холодного двигателя, необходимая интенсивность подогрева впускного трубопровода, мощностные показатели, топливная экономичность, наконец, интенсивность износа двигателя тесно связаны с фракционным составом бензина.
В отличие от химически однородных веществ, таких, например, как вода, спирт, эфиры, имеющих постоянную температуру кипения, зависящую только от барометрического давления, бензин является сложной смесью ряда индивидуальных углеводородов, кипящих при различных температурах.
Фракционный состав бензина определяют перегонкой на специальном приборе, при этом отмечают температуру начала перегонки, температуру выпаривания 10%, 50%, 90% и конца кипения или объем выпаривания при 70 0С, 100 0С и 180 0С.
Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров бензина определяются конструкцией автомобильного двигателя и климатическими условиями его эксплуатации.
Поэтому для оценки испаряемости бензина определяют зависимость количества испарившегося бензина от температуры. Дело в том, что по температурам, при которых перегоняются отдельные фракции бензина, можно косвенно судить о давлении насыщенных паров этих фракций. Чем ниже температура перегонки какой-либо фракции, тем выше давление насыщенных паров.
График, показывающий зависимость объёма отогнанного топлива (в %) от температуры, называется кривой перегонки. Кривая перегонки даёт наглядное представление о фракционном составе топлива.
По характерным точкам на кривой фракционного состава можно приближенно судить о некоторых эксплуатационных свойствах бензина.
Например, температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые свойства, в частности, возможность пуска при низких температурах воздуха.
Температура выкипания 50% бензина влияет на скорость прогрева двигателя и его приемистость.
Температура 90 % выкипания и конца разгонки достаточно полно характеризует противоизносные свойства бензина, т.к. с повышением этих температур увеличивается количество тяжёлых трудноиспаряющихся фракций, попадающих в цилиндр в капельножидком состоянии и смывающих масляную плёнку с зеркала цилиндров. Кроме того, увеличивается расход топлива, уменьшается мощность двигателя. Высокая конечная температура кипения бензина свидетельствует о наличии высокомолекулярных компонентов несгорающих двигателей, образующих нагар. При проведении работы необходимо соблюдать меры пожарной безопасности, разгонку проводить под вытяжкой, работать с бензином осторожно, т.к. он весьма ядовит.
Для выполнения лабораторной работы необходима следующая аппаратура и приборы:
прибор для перегонки (разгонки) нефтепродуктов по ГОСТ 1392-63 (рис. 3);
цилиндры измерительные на 100 и 10 см3 по ГОСТ 1770-64;
круглодонная колба на 200 см3;
термометр с корковой пробкой;
горелка газовая или электрическая плитка.
5.1. Проведение испытаний
Определение фракционного состава бензинов и дизельных топлив проводится в соответствии с ГОСТ 2177-99 [4].
Отмерив измерительным цилиндром 100 см3 исследуемого бензина, переливают его в колбу, держа её в таком положении, чтобы носок (отводная труба) был направлен вверх. После заполнения колбы бензином (100 см3) в шейку колбы вставляется термометр так, чтобы ось термометра совпала с осью колбы, а верх ртутного шарика находился бы на уровне нижнего края отводной трубки в месте её припая, после чего колба ставится на место и закрывается кожухом. Измерительный цилиндр, не высушивая, следует поставить под нижний конец отводной трубки холодильника так, чтобы трубка входила в цилиндр не менее чем на 25 мм, но не ниже метки 100 см3 (рис.3).
После проведения указанных подготовительных операций приступают непосредственно к проведению перегонки.
Рис. 3. Прибор для определения фракционного состава бензина:
1 – колба с испытуемым топливом; 2 – холодильник; 3 – термометр; 4 – мерный цилиндр; 5 – электрическая плитка; 6 – защитный кожух.
Перегонка производится в следующем порядке:
включается электроплитка или зажигается газовая горелка. Интенсивность нагрева должна быть такой, чтобы первая капля дистиллята упала из трубки холодильника через 5-10 минут (высота пламени горелки 60-70 мм);
температуру, показанную термометром в момент падения первой капли, условно принимают за температуру начала перегонки;
дальнейшую перегонку ведут со скоростью 4-5 см3/мин, что соответствует 20-25 каплям за 10 секунд. Запись показаний термометра производится через каждые 10 мл перегонки дистиллята.
после отгона 90% дистиллята нагрев колбы регулируют так, чтобы до конца перегонки прошло 3-5 мин. Перегонку заканчивают, когда ртутный столбик остановится. В этот момент записывают температуру конца перегонки, выключают подогрев, снимают верхний кожух и дают колбе охладиться в течение 5 минут;
после остывания колбы из неё вынимают термометр и снимают с прибора. Оставшийся в колбе остаток сливают в измерительный цилиндр на 10 см3 и замеряют с точностью до 0,1 см3.
Результаты перегонки должны быть записаны в виде таблицы:
Таблица 2
Результаты разгонки образца
Температура, °С, соответствующая
|
Оста-
ток, %
|
Поте-ри,
%
|
НР
|
10%
|
20%
|
30%
|
40%
|
50%
|
60%
|
70%
|
80%
|
90%
|
КР
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По результатам строится график перегонки: по вертикали откладывается объём дистиллята в %, а по горизонтали – температура. Кривая должна иметь плавный характер и не доходить до 100% на величину остатка в колбе и потерь при перегонке, т.е. практически на 4%.
5.2. Определение октанового числа
Детонационная стойкость бензинов оценивают по октановому числу.
Склонность исследуемого топлива к детонации определяется сравнением его с заранее приготовленными топливами, детонационная стойкость которых известна.
Для составления таких топлив, называемых эталонными, применяются два чистых углеводорода: изооктан, детонирующий при высокой степени сжатия, его октановое число принято за 100 единиц, и нормальный гептан, обладающий плохими детонационными свойствами. Он легко детонирует уже при низких степенях сжатия, и его октановое число принято за 0 единиц.
Октановое число — это показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию изооктана в смеси его с нормальном гептаном, которая эквивалентна по детонационной стойкости испытуемому бензину.
Оценку детонационных свойств производят на установках с одноцилиндровым двигателем, степень сжатия которого можно менять от 4 до 10.
Эти установки стандартизированы и испытания топлив на них производят в одних и тех же условиях.
В России приняты два метода определения октановых чисел автомобильных бензинов: моторный на установках ИТ9-2 и УИТ-65 и исследовательский на установках ИТ9-6 и УИТ-65.
Октановое число топлива может быть подсчитано по формуле (приближенно соответствует октановому числу, определенному исследовательским методом):
 , 
где: tcp – средняя температура разгонки топлива, 0С;
t н.р. – температура начала разгонки топлива, 0С;
t к.р. – температура конца разгонки топлива, 0С;
ρ 20 – плотность топлива при 20°С, г/см3.
5.3. Заключение
Данные перегонки и октановое число топлива (приближенно подсчитанное по формуле) сравнивается с нормами ГОСТ на бензин (см. приложение 4) и дается заключение, что данный бензин по фракционному составу соответствует нормам ГОСТ на такую-то марку бензина.
|
