Технология производства и потребительские свойства масла трансмиссионного

3. Потребительские свойства трансмиссионных масел.

    Основными потребительскими свойствами трансмиссионных масел являются:

    - Смазывающая способность – свойство масла предотвращать задир и снижать износ контактирующих поверхностей; минимально влиять на усталостную долговечность подшипников качения (противопиттинговые свойства).

    - Вязкостно-температурные характеристики  – влияют на потери мощности на трение, способность масла удерживаться в смазываемом узле. Чем меньше вязкость масла – тем меньше потери на внутреннее трение и выше КПД трансмиссии (потери могут составлять до 10-15%).

    - Защитные и антикоррозионные  свойства – способность масла противостоять коррозии и ржавлению металлов (в т.ч. цветных) в присутствии влаги.

    - Термоокислительная стабильность  – способность масла противостоять  старению в процессе работы  под длительным окислительным  воздействием воздуха при высокой  температуре.

        - Противопенные свойства – способность  масла противостоять образованию  пены (иначе зубчатые колеса смазываются  масловоздушной смесью, что приводит  к отказам зубчатых передач).

    В номенклатуре трансмиссионных масел  имеются масла, разработанные специально по заказам ведущих автомобилестроительных фирм. В них учтена специфика конструкции агрегатов и технологии производства зубчатых колес.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Технология производства трансмиссионных масел и ее технико-экономическая оценка.

   4.1. Характеристика сырья для трансмиссионных масел. 

    Производятся трансмиссионные масла на базе нефтяных, синтетических либо смешанных базовых основ, путем добавления присадок до требуемого уровня качества товарного масла.

      Основными элементами, входящими в состав нефти, являются углерод и водород, суммарное содержание которых составляет от 96 до 99,5 % по массе. Колебания в содержании этих двух элементов для нефтей разных месторождений относительно невелики и лежат в пределах 85 - 87 % для углерода и 11 - 14 для водорода. Кроме указанных элементов в состав нефтей входят кислород, азот, сера и зольные вещества, состоящие из соединений калия, натрия, кальция, магния, хлора и других атомов, в том числе и ванадия. Средний элементный состав некоторых нефтей может быть охарактеризован следующими цифрами: углерод - 85,9 - 87,9 %, водород - 12,5 - 13,5 %, кислород - 0.22- 074 %, сера - 0,1 - 2 и более %, азот 0,07 %, зола и пр. - 0,1 %.

      Различие в элементном составе  нефтей связано с преобладанием  в нефти тех или иных классов углеводородов, а также кислородных, сернистых и иных соединений. Основную массу вещества нефти составляют углеводороды трех рядов: метанового ряда (алканы или парафины) характеризуемые общей формулой С_nH_2n+2, нафтеновые (циклоалканы) типа С_nН_2n, С_nН_2n-2, С_nН_2n-4 и т.д. и ароматические углеводороды с общей формулой С_nН_2n-6, С_nН_2n-12 и т.д.  Углеводороды олефинового ряда в нефти практически не содержатся.

      Кроме углеводородов в нефти  содержатся значительные количества  кислородных, сернистых и азотистых соединений, которые оказывают отрицательное влияние, как на технологию переработки нефти, так и на свойства нефтепродуктов.

    К кислородсодержащим соединениям нефти  относятся, в первую очередь, нафтеновые кислоты, фенолы и асфальтосмолистые вещества (нейтральные смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты).

      Среди сернистых соединений, содержащихся в нефти, различают три группы.

    К первой относятся сероводород и  меркаптаны, обладающие кислотными свойствами, а потому и наиболее сильным коррозионным действием.

      Ко второй группе относятся  сульфиды и дисульфиды, которые при температуре 130-160⁰С начинают распадаться с образованием сероводорода и меркаптанов.

    В третью группу сернистых соединений входят термически стабильные циклические соединения - тиофаны и тиофены. Азот находится в нефти в виде соединений, обладающих нейтральным или кислым характером. Эти соединения снижают активность катализаторов в процессах деструктивной переработки нефти, вызывают окисление и потемнение нефтепродуктов. 

4.2. Характеристика основных стадий производства трансмиссионных

  масел, их технико-экономическая  оценка. 

    1) Стабилизация нефти - это удаление из нефти, выходящей из нефтяных скважин, остаточного количества углеводородных газов и лёгких жидких фракций после первичной дегазации. Стабилизация нефти осуществляется на нефтяных промыслах или на головных перекачивающих станциях. В стабильной нефти содержание растворённых газов не превышает 1-2%. Углеводородные газы направляются на газоперерабатывающий завод (ГПЗ), а стабильная нефть - на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). В установке стабилизации нефти исходная нефть нагревается в теплообменниках до 200-250°С и поступает в ректификационную колонну (давление 0,2-0,5 Мн/м3), из которой отводятся углеводородные газы и пары лёгкого бензина (газовый бензин) в конденсатор-холодильник, а затем поступают в газосепаратор, откуда несконденсированные газы направляются на ГПЗ, а жидкая фаза частично возвращается в ректификационную колонну для орошения. Остальная часть жидкой фазы проходит теплообменник, где нагревается, а затем поступает в ректификационную колонну (давление 0,8-1,2 Мн/м3). Из колонны углеводородные газы отводятся в конденсатор-холодильник и далее поступают в газосепаратор. Из газосепаратора сверху отводится сухой газ, снизу - сжиженная пропан-бутановая фракция, часть которой возвращается в колонну для орошения, остальное направляется в ёмкость. Из колонн и через теплообменники и холодильники отбираются соответственно стабильная нефть и бензин. Для более полного отбора лёгких фракций колонны снизу нагревают.

    2) Перегонка  нефти, разделение нефти на составные части (фракции) по их температурам кипения в целях получения товарных нефтепродуктов или их компонентов.

    Перегонка нефти - начальный процесс переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, основанный на том, что при нагреве нефти образуется паровая фаза, отличающаяся по составу от жидкости.

    Перегонка нефти обычно осуществляется в одну или две ступени. При одноступенчатой  атмосферной перегонке в качестве дестиллатов получают светлые нефтепродукты — бензин, керосин, газойль или дизельное топливо, в остатке — мазут.

    При двухступенчатой (атмосферно-вакуумной) перегонке па установке имеются  две ректификационные колонны, из которых  на одной под атмосферным давлением получаются светлые нефтепродукты и мазут; на второй, из мазута, путём перегонки под вакуумом получают масляные дестилляты и остаток — гудрон или масляный концентрат.

    При атмосферной перегонке нефть нагревается не выше 370°С, так как при более высокой температуре начинается расщепление углеводородов — крекинг, а это нежелательно из-за того, что образующиеся непредельные углеводороды резко снижают качество и выход целевых продуктов. В результате атмосферной перегонке нефти отгоняются фракции, выкипающие примерно от 30 до 350—360°С, и в остатке остаётся мазут. Дальнейшая перегонка мазута проводится под вакуумом (остаточное давление 5,3—8 кн/м2, или 40—60 мм рт. ст.), чтобы свести к минимуму крекинг углеводородов.

    Основное  назначение вакуумной перегонки мазутов: получение широкой фракции (350 – 550°С и выше) – сырья для каталитических процессов и дистиллятов для производства масел и парафинов. В отношении требований к качеству сырья эти две задачи различаются по чёткости ректификации, но общим условием является максимальный отбор дистиллятов при минимуме потерь их с остатком. Эти требования влияют на технологические и конструктивные решения, а также аппаратурное оформление вакуумной перегонки мазута. В соответствии с повышением мощностей изменяются и конструкции вакуумных колонн.

    Состав  мазута, поступающего на вакуумный  блок из атмосферной колонны, регламентируется содержанием фракций, выкипающих до 350°С. Общая схема перегонки для производства различных смазочных масел показана на рис. 4.1. 
 

 Рис. 4.1. Схема атмосферно-вакумной перегонки. 
 
 

3) Очистка.

Полученные  при вакуумной перегонке масляные дистилляты и остатки после их отгона — это еще не масла, а  лишь полупродукты, которые содержат, кроме углеводородов, различные  асфальтосмолистые вещества, органические кислоты и прочие вредные примеси, ухудшающие качество масла. Для удаления вредных веществ из дистиллятных и остаточных масел применяют различные способы очистки.

    Кислотная очистка заключается в обработке нефтепродуктов 96 — 98 %-ным раствором серной кислоты. При реакции с кислотой асфальтосмолистые вещества и нафтеновые кислоты образуют продукты, выпадающие в осадок. Для повышения качества кислотной очистки обработку нефтепродукта серной кислотой проводят в пропановом растворе. Пропан уменьшает вязкость нефтепродуктов и растворимость в них смолисто-асфальтовых   веществ,   что   увеличивает   эффективность кислотной очистки.

    Щелочная  очистка (очистка натриевой щелочью) заключается в нейтрализации кислотных продуктов щелочью с образованием нерастворимых в углеводородах или водорастворимых нейтральных соединений. С помощью этой очистки из полуфабриката удаляют серу, кислородные (нефтяные кислоты, фенолы) и сернистые соединения.

    Селективная очистка основана на избирательной растворяющей способности некоторых специально подбираемых органических жидкостей по отношению к различным типам углеводородов, содержащихся в нефтепродуктах. Этот способ наиболее эффективен для отделения  нежелательных асфальтных  и других компонентов, он позволяет получить масла с улучшенными показателями по вязкости и стабильности и с пониженной склонностью к образованию отложений. При селективной очистке улучшаются вязкостно-температурные свойства, уменьшается плотность и коксуемость нефтепродуктов.

    В рафинате, кроме бензольно-парафиновых или нафтепо-иа-рафиновых углеводородов, содержатся также парафины, нередко выпадающие из рафината после отгонки растворителя. Поэтому следующая задача очистки - депарафинизация рафината, которая осуществляется различными способами. Простейшими из них являются холодное отстаивание и центрифугирование.

    Депарафинизация масел обычно осуществляется с помощью  растворителей (смеси метилэтилкетона, бензола, толуола и др.). При охлаждении раствора очищаемого парафинистого  масла до температуры, примерно равной требуемой температуре застывания масла, твёрдые углеводороды выкристаллизовываются и отделяются фильтрованием или центрифугированием. Растворитель отгоняется от фильтрата и возвращается в производство; в остатке получается масло с требуемой температурой застывания; после депарафинизации производится дополнительная очистка адсорбционным методом.

    Адсорбционная очистка (контактная очистка) основана на свойстве некоторых пористых минеральных веществ (адсорбентов) после соответствующей обработки адсорбировать содержащиеся в нефтепродуктах примеси. При этом виде очистки удаляют смолы, нафтеновые кислоты, кислородсодержащие соединения, сульфокислоты, остатки селективных растворите лей. В качестве адсорбентов применяют природные глины, силикагель, синтетические алюмосиликаты, активированную окись алюминия и др. При этой очистке удаляются вещества, обусловливающие темную окраску нефтепродуктов, поэтому этот способ называют также очисткой отбеливающими землями. Удаление с помощью контактной очистки больших количеств нежелательных веществ экономически нецелесообразно, поэтому эту очистку применяют в качестве заключительной обработки.

    Очистка является важным условием обеспечения  высоких эксплуатационных качеств смазочных материалов. 

4) Завершающий этап – это смешение полученных масел со специальными различными присадками: депрессорной, противозадирной, противоизносной, антиокислительной, антикоррозионной, противоржавейной, анти-пенной и др.,  каждая из которых улучшает одно или сразу несколько свойств трансмиссионного масла.