Определение фракционного состава бензина разгонкой

Испаряемость - это способность жидкого топлива переходить в парообразное состояние при данных условиях.

Испаряемость обуславливает эффективность смесеобразования и подачи топлива при пуске и эксплуатации двигателя в условиях низких и высоких температур или низкого давления. Пуск двигателя, время его прогрева и приемистость, расход топлива и износ цилиндропоршневой группы в значительной степени зависят от испаряемости топлива. Процесс испарения не только предшествует воспламенению и горению, но в значительной мере определяет скорость этих процессов, а, следовательно, надежность и эффективность работы двигателя. Испаряемость топлива оценивают по совокупности двух главных показателей: теплоте испарения и фракционному составу.

Под фракционном составом топлива понимается содержание в нем различных фракций, выкипающих в определенных температурных пределах. Фракционный состав выражается в объемных % или массовых %. Фракция топлива - это часть топлива, характеризуемая определенными температурными пределами выкипания. Фракционный состав определяют по методикам ГОСТа 2177-82 разгонкой 100 см³ бензина в регламентируемых стандартом условиях на специальном приборе.

Стандартными единичными показателями фракционного состава отечественных автомобильных бензинов согласно ГОСТ 2084-77 являются: температура начала перегонки t_нп, перегонки 10, 50 и 90% (соответственно температуры t₁₀, t₅₀, t₉₀)и конца кипения (перегонки) t_кп, объем остатка в колбе; сумма потерь при разгонке и остатка в колбе, которая равна разности между объемом бензина, залитого в колбу, и объемом дистиллята в мерном цилиндре после окончания разгонки. Фракции бензина условно подразделяют на пусковую, содержащую самые легкоиспаряющиеся углеводороды, входящие в первые 10 % отгона; рабочую, включающую последующие 80 % состава бензина, и концевую, в которую входят последние 10 % бензина. В соответствии с таким делением эксплуатационные свойства бензина оценивают по пяти характерным точкам кривой фракционного состава: температуре начала перегонки, температуре перегонки 10 %, 50 %, 90 % количества бензина и температуре конца перегонки.

Температуры начала перегонки (t_нп) и перегонки 10 % (t₁₀) характеризуют пусковые качества бензина, т.е. способность обеспечивать запуск двигателя при низких температурах и склонность топлива к образованию паровоздушных пробок в топливной системе двигателя. Чем ниже температура окружающего воздуха при пуске двигателя, тем больше должен иметь бензин легких фракций и тем ниже должна быть их температура кипения. Это качество бензина характеризуется температурами начала его перегонки и перегонки 10 %.

Однако чрезмерно низкая температура перегонки 10 % приводит к образованию в прогретом двигателе «паровых пробок» в топливопроводах и каналах карбюратора. При этом горючая смесь значительно обедняется. Практически это приводит к тому, что двигатель теряет мощность, начинает «чихать» и из-за перебоев подачи топлива может остановиться. По температуре t₁₀ можно определить минимальную температуру окружающей среды, при которой возможен пуск двигателя:

t_ос = 0,5t₁₀ - 50,5. (1.3)

Температура перегонки 50 % бензина ( t₅₀) характеризует его способность обеспечивать быстрый прогрев и приемистость (быстрый переход двигателя на большие обороты) двигателей. Чем ниже температура перегонки 50 % бензина, тем выше его испаряемость, лучше приемистость и устойчивость работы двигателя на этом бензине. Повышение t₅₀ приводит к снижению ресурса двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды.

Температуры перегонки 90 % (t₉₀) и конца перегонки (t_кп) характеризуют наличие в бензине тяжелых фракций, которые испаряются в последнюю очередь. С повышением этих температур увеличивается расход бензина, так как тяжелые фракции не успевают сгорать. Больше бензина проникает в картер, смывая масло со стенок цилиндра и разжижая масло в картере, что ведет к износу деталей и повышенному расходу масла.

Для определения фракционного состава бензина перегонкой применяется аппарат (ГОСТ 1393-63) для разгонки нефтепродуктов (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема прибора для определения фракционного состава нефтепродуктов:

1 - штатив; 2 - колба; 3 - термометр; 4 - отводная трубка; 5 - металлическая трубка; 6 - кожух; 7 - держатель; 8 - горелка; 9 - холодильник; 10 - стеклянный мерный цилиндр

Анализируемый образец бензина сначала с целью обезвоживания подвергается осушке. Осушку бензина производят взбалтыванием его в течение 10-15 минут с зерненным хлористым кальцием и фильтрацией после отстоя через бумажный фильтр. Затем, отмерив 100 мл, сливают это количество в колбу, в которую вставляют термометр. Колба помещена в жестяной кожух, в нижней части которого укреплена асбестовая прокладка с отверстием для дна колбы. При перегонке бензина и других легких топлив диаметр отверстия должен быть 30 мм, а при перегонке керосина и дизельного топлива - 50 мм.

Отводной конец трубки пропускается через холодильник и опускается в мерный цилиндр. Внутренняя полость цилиндра заполняется смесью воды со снегом или кусочками льда либо подключается к проточной воде, температура которой на выходе из холодильника должна быть не выше 30 °С.

Горелку для нагрева колбы зажигают вдали от прибора, устанавливают высоту пламени 50-60 мм и помещают в специальный держатель так, чтобы верхушка пламени едва касалась колбы (рис. 1.2). При появлении на конце отводной трубки первой капли конденсата фиксируют температуру начала разгонки. После падения первой капли топлива перегонку ведут с равномерной скоростью - 4-5 мл в минуту, что соответствует 20-25 каплям за 10 с. Нарушение установленного режима перегонки ведет к искажению результата испытания. Так, при повышении скорости выше установленной четкость разделения топлива на фракции ухудшается и наряду с легкими фракциями перегоняются более тяжелые. В результате этого фракционный состав топлива будет казаться более легким. При малой скорости перегонки фракционный состав топлива будет казаться более тяжелым.

После отгона 90 % топлива нагрев колбы усиливают до появления синих язычков пламени из окошек нижней части кожуха. При этом ртутный столбик термометра вначале начнет подниматься, а затем остановится и, продержавшись некоторое время на этом уровне, начнет опускаться.

Оборудование: прибор для перегонки нефтепереработки; колба на 100 мл; холодильник; мерный цилиндр на 100 мл; мерный цилиндр на 10 мл воронка; штатив; колбонагреватель; термометр; образец топлива.

Порядок выполнения работы:

1. Чистым сухим цилиндром отметить 100 мл испытуемого топлива и залить его в колбу, держа ее в таком положении, чтобы отводная трубка была направлена вверх.

2. Установить в шейку колбы термометр, так чтобы ось термометра совпала с осью колбы. (Термометр устанавливается при помощи пробки так, чтобы верхний край шарика термометра был на уровне нижнего края отводной трубки, в месте ее припая.)

3. Установить колбу в колбонагреватель (на электрическую плитку) и соединить с холодильником.

4. Установить мерный цилиндр (не высушивая) под нижний конец трубки холодильника. Цилиндр устанавливается так, чтобы трубка холодильника входила в него не менее чем на 25 мм, но не ниже отметки 100 мл и не касалась его стенок. Цилиндр на время перегонки закрыть ватой для уменьшения потерь на испарение, При перегонке бензина цилиндр поставить в стеклянный сосуд с водой, температуру которой поддерживают в пределах 20±3 °С.

5. Включить колбонагреватель (электроплитку). Нагрев вести так, чтобы первая капля топлива упала с конца трубки холодильника не ранее 5 и не позже 10 минут от начало нагрева. В противном случае вести регулирование высоты пламени горелки.

6. Отметить температуру, при которой упадает первая капля топлива, как температуру начала перегонки (t_н.п).

7. После падения первой капли топлива перегонку вести с равномерной скоростью 4-5 мл в минуту, что соответствуем 20-25 каплям за 10 с.

8. Запись показаний температуры производить после перегона каждых 10 мл топлива. Для облегчения замеров необходимо, чтобы перегоняемое топливо с нижнего конца трубки холодильника стекало по стенке приемного цилиндра. Для этого, после падения первой капли, мерный цилиндр сдвинуть так, чтобы конец трубки холодильника коснулся внутренней стенки цилиндра. Для проверки скорости перегонки по отсчету капель цилиндр на короткое время отставляют от конца трубки холодильника с тем, чтобы капли топлива падали по центру цилиндра. По мере повышения температуры усиливать подогрев колбы, чтобы скорость перегонки была постоянной.

9. После отгона 90 мл топлива (90%-ного дистиллята) нагрев колбы усилить (регулировать нагрев электроплитки) до появления синих язычков пламени из окошек нижней части кожуха так, чтобы до конца перегонки прошло от 3 до 5 минут.

10. Не уменьшая размера пламени, следить за термометром (остановкой ртутного шарика) и при снижении температуры на 5-10 °С от максимального значения горелку погасить и дать стечь конденсату в течение 5 мин.

11. Максимальную температуру, достигнутую при разгонке, отметить как температуру конца разгонки (t_к.п).

12. После прекращения разгонки верхнюю часть кожуха снять и охладить прибор в течение 5 мин.

13. После остывания колбы из нее вынуть термометр и снять с прибора. Горячий остаток из колбы слить в мерный цилиндр емкостью 10 мл, охладить его до комнатной температуры и определить оставшееся количество (с точностью до 0,1 мл). Затем вычислить потери, которые составляют разность между 100 мл (100 %) бензина, залитого в колбу, и суммой объёмов (процентов) собранного конденсата и остатка и записать как потери при перегонке.

14. Результаты разгонки занести в отчет.

15. Построить график фракционного состава топлива. Для этого по горизонтальной оси откладывают значения температур перегонки, а по вертикальной - соответствующие им значения объемов испарившегося топлива. На пересечении перпендикуляров, восстановленных из отложенных на осях значений, получатся точки кривой графика разгонки бензина или графика его фракционного состава.