Введение. Структура предмета
Содержание и задачи предмета «Эксплуатационные материалы», порядок его изучения и связь с другими предметами учебного плана.
Понятие о топливно-энергетических ресурсах Республики Беларусь. Аграрный сектор – основной потребитель топлива, смазочных материалов и специальных жидкостей. Техническая вооруженность предприятий агропромышленного комплекса Республики Беларусь.
Знание качества и условий использования эксплуатационных материалов в повышении надежности и долговечности автотракторного парка при производстве сельскохозяйственной продукции.
Достижения науки и передовой практики в области применения и использования эксплуатационных материалов для работы сельскохозяйственной техники.
Рациональное использование важнейших топливно-энергетических ресурсов – главнейшая народнохозяйственная задача. Основные разделы предмета, связь с другими дисциплинами, понятие о химмотологии, учебная литература.
Литература: Л-1, с. 3-5; Л-2, с. 3-4; Л-3, с. 3-4.
Методические указания
При изучении темы необходимо обратить внимание на то, что современное сельскохозяйственное производство технически вооружено довольно сложной, энергонасыщенной и высокопроизводительной техникой – это тракторы, комбайны, большегрузные автомобили. Для повышения культуры машиноиспользования нефтехимическая промышленность выпускает довольно широкий ассортимент топлив, смазок, технических жидкостей, от качества и грамотного использования которых напрямую зависят работоспособность МТП, затраты на его эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт.
В Республике Беларусь проделана большая работа по улучшению качества нефтепродуктов, на Новополоцком ПО «Нафтан» и Мозырьском нефтеперерабатывающем заводе ведется замена устаревших технологий на новые, уделяется большое внимание качеству нефтепродуктов. Так растет выпуск светлых нефтепродуктов, производят большое количество высокооктановых бензинов, малосернистого дизельного топлива, моторных масел для высокофорсированных двигателей. На ПО «Нафтан» глубина переработки нефти в 1990 году составляла 62%, а в 1998 году – уже 65%, но рост этот довольно медленный, так как в индустриально развитых странах этот показатель на 15-20% выше. Реальная возможность развития ПО «Нафтан» позволит приблизиться к этому рубежу в 2005 году.
Сейчас с тонны сырой нефти объединение снимает товарной продукции на 60 долларов, а с внедрением комплекса глубокой переработки выпуск товарной продукции возрастет до 64 долларов.
В настоящее время на ПО «Нафтан» ведется монтаж КГТУ – когенерационной газотурбинной установки, которая позволит обеспечить технологический процесс производства тепловой и электрической энергии, снижая расход газа в 2 раза.
Такие установки широко используются в американской корпорации General Electric, и эта фирма является основным поставщиком их на мировой рынок.
Рациональное использование горюче-смазочных материалов в технике невозможно без применения химмотологии. Название нового научного направления образовано из трех слов: химия + мотор + логия (наука). Основной задачей химмотологии является повышение эффективности использования топлив, масел, технических жидкостей в реальной технике. Это наука увязывает теорию и практику применения основных горюче-смазочных материалов в узлах и –механизмах современной техники.
Вопросы для самоконтроля :
1. Назовите основные задачи нефтеперерабатывающей промышленности Республики Беларусь.
2. Как влияет качество нефтепродуктов на повышение надежности и долговечности работы МТП?
3. Какие условия определяют эффективность использования горюче-смазочных материалов в сельскохозяйственном производстве?
4. Задачи рационального использования эксплуатационных материалов и топливно-энергетических ресурсов в сельскохозяйственном производстве.
5. Роль техников-механиков сельскохозяйственного производства в экономном и рациональном использовании горюче-смазочных материалов и технических жидкостей.
6. Влияние химмотологии на эффективное использование автотракторной техники.
Общие сведения о нефти и способах ее переработки
Общие сведения о нефти и углеводородном составе нефтепродуктов. Влияние углеводородного состава на работу двигателей внутреннего сгорания. Содержание сернистых, азотистых и кислородных соединений и их влияние на качество нефтепродуктов.
Понятие о современных способах переработки нефти. Характеристика физического и химического способов переработки нефти, их влияние на качество нефтепродуктов.
Основные способы очистки нефтепродуктов, их влияние на качество. Получение топлива и масел из нефтяного сырья.
Литература: Л-1, с. 21-36; Л-2, с. 11-17; Л-3, с. 5-17.
Методические указания
При изучении темы необходимо усвоить, что нефть является основным сырьем для производства жидкого топлива, смазочных и других технических материалов, широко применяемых при эксплуатации машинно-тракторного парка страны. Одним из основных потребителей нефтепродуктов, вырабатываемых в республике, является сельское хозяйство, оснащенное большим количеством тракторов, автомобилей, комбайнов и другой техники.
Основную массу топлива, смазок технических материалов вырабатывают на Мозырьском нефтеперерабатывающем заводе и ПО «Нафтан» г. Новополоцка.
В зависимости от физико-химических свойств нефти выбирают наиболее рациональный способ ее переработки, от которого зависит качество получаемых нефтепродуктов.
На основании исследований советских ученых И.М. Губкина, А.Д. Архангельского, В.И. Вернадского, Н.Д. Зеленского и других, установлено, что нефть имеет органическое происхождение, исходным материалом для ее образования послужили продукты распада растительных и животных организмов.
В составе нефти содержится три основные углеводородные группы: парафиновые, нафтеновые и ароматические.
Парафиновые углеводороды, общая формула которых CnH2n+2, составляют основную массу нефти, в их состав сводят метан CH4 – газообразный углеводород, пентан C5H12 – жидкий углеводород и твердые или Н-парафины, а также гексадекан C16H34. Газообразные и твердые углеводороды способны растворяться в жидких, из которых газообразные могут вновь выделяться при повышении температуры или снижении давления, а твердые – при понижении температуры.
Парафиновые углеводороды отличаются высокой температурой застывания, что делает нежелательным их присутствие в топливе и смазках зимних сортов.
Общее содержание парафиновых углеводородов в нефти и продуктах ее переработки составляет около 50-60%.
Нафтеновые углеводороды имеют цикличное строение, в их молекулы входят замкнутые кольца атомов углерода, соединенные между собой простыми валентными связями.
В легких топливных фракциях нефти содержатся моноциклические нафтеновые углеводороды, молекулы которых включают в себя по одному кольцу, содержащему 5 или 6 атомов углерода. Общая эмпирическая формула для всех моноциклонов CnH2n. К ним относятся такие углеводороды, как циклопентан C5H10 и циклогексан C6H12.
Нафтеновые углеводороды, обладающие невысокими температурами кипения, понижают температуру застывания и поэтому представляют собой ценный составной компонент топлива и смазочных масел зимних сортов.
Благодаря хорошей устойчивости нафтеновых углеводородов к окислению при высоких температурах карбюраторное топливо характеризуется хорошими противодетонационными свойствами. Содержание нафтеновых углеводородов в нефти колеблется в пределах от 20 до 30% и выше, в масляных фракциях достигает 70%.
Ароматические углеводороды состоят из шестичленных циклических (бензольных) ядер простых или конденсированных.
Ароматические углеводороды обладают высокой термической устойчивостью к реакциям окисления. Для них характерны большие значения вязкости, плотности. При понижении температуры вязкость ароматических углеводородов резко возрастает, что отрицательно сказывается на свойствах смазочных масел.
Ароматические углеводороды устойчивы к окислению, поэтому их присутствие в карбюраторном топливе весьма желательно, так как они повышают детонационную стойкость.
По этим же причинам ароматические углеводороды нежелательны в дизельном топливе, так как они вызывают увеличение периода задержки самовоспламенения, что способствует «жесткой» работе дизеля.
Содержание ароматических углеводородов колеблется от 10 до 50%.
Не содержатся в нефти, но образуются в процессе ее переработки непредельные углеводороды с открытой цепью углеродных атомов, которые ухудшают стабильность нефтепродуктов, так как легко вступают в реакции присоединения, окисляются кислородом воздуха с образованием смолистых соединений и органических кислот. Основную массу их удаляют при очистке нефтепродуктов.
При перегонке нефти можно использовать физические и химические способы.
При физических способах не нарушается углеводородный состав нефти, а различные дистилляты получают с определенными узкими температурами кипения.
При химических способах разрушается углеводородный состав, и образуются новые углеводороды, которых не было в исходном сырье.
Все кислородные, сернистые и азотистые соединения нефти ухудшают качество получаемых топлив и масел, поэтому ответственным делом является очистка нефтепродуктов, целью которой является удаление из дистиллятов нежелательных вредных примесей.
Ознакомьтесь с основными способами очистки: сернокислотной, селективной, гидроочисткой и другими, а также с получением синтетических смазочных масел.
Не нефтяные топлива и масла можно получить из твердых видов топлива: угля, сланца, торфа и др.
Сырьем для получения жидких топлив могут служить газообразные продукты, а также спирты (этиловый и метиловый). Промышленная технология располагает следующими основными способами получения жидкого топлива: термической переработкой твердых горючих ископаемых (с получением смол для последующей перегонки), деструктивной гидрогенизацией, синтезом газов, получением спиртов и др.
Изучите способы получения альтернативных видов топлива из не нефтяного сырья.
Вопросы для самоконтроля:
1. Состав нефти по химическим элементам.
2. Группы углеводородов, входящие в состав нефти, их краткая характеристика.
3. Способы получения топлив и смазочных масел из нефти, их краткая характеристика.
4. Нежелательные примеси в нефтепродуктах и способы их удаления.
5. Альтернативные способы получения топлив и смазочных материалов.
1.3. Общие свойства топлива,
их влияние на работу машин
Назначение, классификация и характеристика топлива, применяемого для тракторов, автомобилей, самоходных машин в сельскохозяйственном производстве. Понятие о процессе горения топлива, полное и неполное сгорание. Понятие о топливной смеси и коэффициенте избытка воздуха. Теплота сгорания топлива и горючей смеси. Состав продуктов сгорания, их токсичность.
Испаряемость топлива, температура вспышки. Температура застывания. Смоло- и нагарообразование в двигателях. Понятие об отборе средней пробы топлива.
Литература: Л-1, с. 5-19; Л-2, с. 4-10; Л-3, с. 18-36.
Методические указания
Ознакомившись с определением топлива, его видами и характеристиками, запишите в рабочую тетрадь определение топлива, его классификацию, виды топлива, используемые на территории Республики Беларусь.
Изучите элементарный состав топлива, методику его пересчета с горючей массы на рабочую и наоборот. Научитесь определять теплоту сгорания топлива по его элементарному составу. Выясните, как протекают реакции окисления горючих элементов при достатке кислорода и его недостатке.
Научитесь определять расчетным путем количество воздуха для полного сгорания топлива. Что показывает коэффициент избытка воздуха и как он влияет на запуск холодного двигателя? Запишите в рабочую тетрадь значение коэффициента воздуха для наиболее употребительных видов топлива. Дайте понятие высшего и низшего пределов воспламеняемости смеси (см. Л-2, с.35). Уясните, как влияет состав горючей смеси на работу двигателя, его износ, токсичность выхлопных газов. Изучите, какие компоненты выпускных газов оказывают наиболее вредное воздействие на окружающую среду и живые организмы (см. Л-3, с.32-33). Уясните мероприятия по снижению вредного действия токсичных продуктов сгорания топлива.
Изучите основные свойства жидких топлив, испаряемость, температуры вспышки и застывания, запишите в конспект порядок отбора средней пробы топлива.