Контрольная работа по "Конструктационо-эксплуатационным материалам материалам"

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Технология получения: бензин

Методом прямой перегонки нефти принципиально можно получить бензин с октановым числом до 91 ед. (А-76, АИ-80 и АИ-91) без применения каких-либо добавок. Но производство "прямогонного" бензина - непозволительная роскошь: во-первых, из каждой тонны нефти его выйдет чуть ли не вдвое меньше, во-вторых, не из всякой нефти можно вообще получить "напрямую" АИ-91. Поэтому в реальной практике необходимого октанового числа достигают двумя способами. Первый подвергают "прямогонный" бензин вторичной переработке: термический крекинг, каталитический крекинг, риформинг, полимеризация, алкилирование, изомеризация, гидрокрекинг, что требует значительных затрат труда, времени и средств, но позволяет получить бензин, наименее вредный и для окружающей среды, и для самого автомобиля.

 

Перегонка

 

Поступающая нефть нагревается  в змеевике примерно до 320 С, и разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях. Обычно для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.

 

Термический крекинг

 

Склонность к дополнительному  разложению более тяжелых фракций  сырых нефтей при нагреве выше определенной температуры привела  к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций нефти, углерод и углеродные связи разрушаются, водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается более широкий спектр продуктов по сравнению с составом первоначальной сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.

Каталитический крекинг

 

Катализатор – это вещество, которое  ускоряет протекание химических реакций  без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.

Процесс Гудри. Исследования Э.Гудри  огнеупорных глин как катализаторов  привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.

Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430–480 С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Риформинг

 

Риформинг - это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.

Существуют два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом соответствующие фракции  первичной перегонки нефти превращаются в высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном воздействии как высокой температуры, так и катализаторов. Более старый и менее эффективный термический риформинг используется до сих пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга.

Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг  осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или  алюмосиликатный носитель.

Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:

1) дегидрирование нафтенов и  их превращение в соответствующие  ароматические соединения;

2) превращение линейных парафиновых  углеводородов в их разветвленные  изомеры;

3) гидрокрекинг  тяжелых парафиновых углеводородов  в легкие высокооктановые фракции; 

4) образование ароматических углеводородов  из тяжелых парафиновых путем  отщепления водорода.

Полимеризация

 

Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в промышленных масштабах, был процесс полимеризации, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах.

Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.

 

Алкилирование

 

В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием  катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.

Все процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15 C, а затем 20–40 С.

 

Изомеризация

Другой важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс изомеризации

с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.

Изомеризация используется для  повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейными цепями.Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и изогексан.

Процессы изомеризации приобретают  важное значение, особенно в тех  странах, где каталитический крекинг  с целью повышения выхода бензина  проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

 

Гидрокрекинг

 

Давления, используемые в процессах  гидрокрекинга, составляют от примерно от 70 атм. для превращения сырой  нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм., когда  происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.

Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и  коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.

 

Второй способ

 

При добавлении в "прямогонный" антидетонационную присадку (антидетонатор).  Самым дешевым и до недавнего времени наиболее распространенным способом повышения детонационной стойкости товарных бензинов было добавление к ним алкилсвинцовых антидетонаторов, в частности тетраэтил или тетраметилсвинца в виде этиловой жидкости, применяемой аж с 1923 года. Повышение с его помощью октанового числа обходится в 5-9 раз дешевле, чем при использовании других антидетонаторов, но наносимый им экологический ущерб на порядок больше. Бензины, в которые добавлена этиловая жидкость, называют этилированными.

В последнее время ассортимент  автобензинов значительно пополнился за счет новых марок, выпускаемых по техническим условиям. Это обусловлено резким ростом производства неэтилированного бензина и запрещением производства бензина этилированного. При этом тетраэтилсвинец заменяется на различные нетрадиционные присадки и

добавки, ранее выпускаемыми химической и микробиологической промышленности в иных целях. К таким веществам относятся различные эфиры, спирты, металлоорганические соединения и т.д. Антидетонаторы на основе органических соединений марганца или железа менее токсичны, не вредят работе каталитических систем нейтрализации, но при их использовании возникают серьезные проблемы, связанные с отложениями оксидов марганца или железа в камере сгорания, на поверхностях клапанов, свечей сжигания. Это приводит к нарушению работы свечей, перегреву и коррозии выпускных клапанов, поверхностному (калильному) воспламенению топлива и, в итоге, к ухудшению мощностных и экономических характеристик двигателя, преждевременному его износу. Широкое распространение в России и за рубежом при производстве высокооктановых бензинов получил метил-третбутиловый эфир (МТБЭ). МТБЭ имеет октановые числа смешения: 115-135 по исследовательскому методу и 98-110 по моторному. Необходимость производства таких бензинов по техническим условиям диктуется тем, что все присадки и добавки могут вводиться в строго определенных концентрациях. Для контроля содержания этих компонентов в технических условиях предусматриваются специальные показатели и вводятся дополнительные методики контроля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Эксплуатационные свойства и показатели их оценивающие: стабильность смазок

Температура каплепадения

  Она является показателем температурной стойкости смазки. При дости- жении данной температуры, определяемой в лабораторных условиях, происходит падение первой капли смазки, нагреваемой в специальном приборе. Надежное смазывание узлов трения без вытекания смазки обеспечивается, если рабочая температура узла на 15 … 20 °С ниже температуры каплепадения пластичной смазки. В зависимости от значения температуры каплепадения смазки делят на следующие виды: тугоплавкие (Литол-24, ЯНЗ-2, № 158, ЦИАТИМ-201 и некоторые другие), имеющие загустителями литиевые или натриево-кальциевые мыла. Отличаются высокой температурой каплепадения – от 120 до 185 °С; среднеплавкие (к ним относят солидолы и графитную смазку УСс-А), изготовлены на кальциевых мылах. Их температура каплепадения находится в пределах 75 … 105 °С; низкоплавкие (защитные смазки ПВК и ВТВ-1), созданные на немыльных загустителях. Температура каплепадения этих смазок не превышает 60 °С.

 

Пенетрация

 

 Пенетрация характеризует густоту  смазки. Значение пенетрации, выражаемое  целым числом деся- тых долей  миллиметра, по шкале пенетрометра, представляет собой глубину погружения  в смазку стан- дартного конуса  под действием собственной массы  (150 г) в течение 5 с. Если пенерация смазки равна 250, это значит, что конус за 5 с опустился в смазку на глубину 25 мм. Чем выше значение пенерации, тем меньше густота (консистенция) данной смазки. Смазки с большим значением пенерации применя- ются зимой, а с меньшим – летом.

 

Водостойкость (отношение  к воде)

 

 Этот показатель характеризует  способность смазки противо- стоять  растворению в воде. Антифрикционные  смазки, загущенные литиевыми (например, Литол-24) и кальциевыми мылами (солидолы  всех марок), нерастворяющимися в воде, являются влагостойкими. Защитные смазки, для создания которых используют углеводородные загустители, совершенно нерастворимы в воде. Антифрикционные смазки, изготовленные на кальциево-натриевых мылах, отличаются недостаточной влагостойкостью, например, смазка ЯНЗ-2. Их можно применять только в узлах трения, надежно защищенных от проникновения воды.

Предел прочности

 

Он позволяет судить о способности  смазки удерживаться на вращающихся  деталях. Его определяют в лабораторных условиях. Чем выше предел прочности, тем надежнее удерживается смазка в подшипниках качения. Значение предела прочности солидолов при плюс 50 °С не превышает 0,02 Па, а у высококачественной пластичной смазки Литол-24 оно равно 0,045 Па при 20 °С.