Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [ 100 ] 101 102 103 104 105 106

Температура, °С

Рис. 2. Зависимость вязкости масел и их составляющих от температуры: сплошные линии - экспериментальные значения, пунктирные - вычисленные при предположении, что молекулы масел не ассоциированы. 1 - «-пентадецилбензол; 2 - 7,12-диметил-9,10-ди-«-гексилоктадекан; 3 - масло АСВ-5; 4 - масло МС-20

Склонность к ассоциации у различных классов углеводородов неодинакова. Между всеми действуют Ван-дер-Ваальсовы силы притяжения, но вследствие ненасыщенности бензольного цикла у ароматических углеводородов появляются дополнительные силы связи, которые обусловливают относительно более высокую вязкость и большую ее зависимость от температуры. Как отмечалось ранее, при течении имеет значение не только сила связи молекул, но и особенности их строения. Ароматические и нафтеновые углеводороды с длинными разветвленными алкильными радикалами имеют более высокую вязкость, чем аналогичные, но более простые по строению молекулы.

С понижением температуры уменьшается подвижность молекул в цикле (понижается энергия теплового движения) и подвижность их звеньев. Соответственно усиливается ассоциация и упрочняются связи между молекулами. Постепенно вязкость ста-

повится настолько большой, что масло теряет подвижность. Такой вид потери подвижности называется загустевапием. Оно подобно

стеклованию.

Известен и другой вид ассоциации компонентов молекул масел, характерный для парафиновых углеводородов. Некоторые молекулы связываются друг с другом, взаимно ориентируются и укладываются в определенный порядок, например параллельно друг другу, подобно спичкам в коробке. Если взаимная ориентация молекул ограничивается одной или двумя плоскостями, то такие ассоциаты называются жидкими кристаллами (рис. 3). Жидкие кристаллы могут быть зародышами трехмерных кристаллов.

Рис. 3. Схема строения жидкого кристалла парафина Жидкие и трехмерные кристаллы отличаются по своим свой-

ствам от окружающей жидкости даже в том случае, если у них химический состав одинаков. Кристаллы обладают поверхностью раздела с окружающей средой. Ассоциация, при которой молекулы располагаются упорядочение, приводит к образованию дис-

перепои системы.

При понижении температуры в такой системе увеличивает-

ся концентрация дисперсной фазы, развивается взаимодействие между ее частицами и начинает формироваться дисперсная структура. Вначале система сохраняет текучесть, по ее вязкость зави-

сит от связей между частицами. При течении связи между частицами рвутся и вязкость падает. Очевидно, что такие жидкости не подчиняются уравнению Ньютона, предполагающему постоянство вязкости во всем диапазоне градиентов скорости. Вязкость,

зависящая от скорости течения, называется аномальной.

Дальнейшее охлаждение приводит к развитию структуры, и в конечном итоге масло теряет подвижность. Для того чтобы возникало течение, необходимо приложить напряжение, равное предельному напряжению сдвига, разрушающее структуру, правильнее, частично разрушающее ее. Такой вид потери подвижности масел, связанный с кристаллизацией и структурообразованием, называется застудневанием.

Свойства застудневшего и загустевшего масел различны. В частности, обеспечить нормальную подачу смазочного масла при запуске двигателя на холоде в первом случае труднее, чем во втором.

Даже самые чистые масла, белые, содержат, наряду с основными углеводородами, примеси: кислород или серосодержащие соединения и другие поверхностно-активные природные или технологические примеси. Если их концентрация достаточно велика, то они могут формировать мицеллы и другие виды дисперсной фазы. Поскольку свойства таких смесей регулируются с трудом, при очистке масел стремятся освободиться от таких компонентов. Но они возникают при хранении и особенно при эксплуатации. В маслах, работающих в двигателях, дисперсная фаза состоит как из продуктов окисления, так и из продуктов износа, частиц пыли. Эффективное удаление примесей из работающего масла позволяет увеличить срок его службы и лежит в основе оптимальной регенерации масел.

Среди многочисленных технических требований к нефтяным маслам к числу основных относится возможно меньшая зависимость вязкости от температуры и низкая температура потери подвижности (температура застывания). Первое необходимо для стабилизации режима трения и подачи смазочного масла к узлам трения. Второе - для обеспечения нормального запуска и функ-

ционирования машин при низкой температуре. Изучение межмо-

лекулярного взаимодействия и ассоциации молекул компонентов масел показывает, как можно решить эти задачи. Прежде всего подбирают нефти и очищают масляное сырье, чтобы свести к минимуму содержание асфальтенов, смол и ароматических углево-