Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 5
Определение кислотности топлив
Цель работы: приобретение практических навыков определения кислотности и прогнозирование стабильности топлив на основе полученных результатов.
Теоретическая часть
Способность топлив сохранять неизменным свой химический состав в условиях хранения и транспортировки называется химической стабильностью. Под действием кислорода воздуха происходит окисление наименее устойчивых углеводородов топлив с образованием органических кислот и смолистых веществ. Окисление углеводородов топлива протекает по цепному механизму через образование свободных радикалов. Процесс окисления является самоускоряющимся (автокаталитическим), т.е. образовавшиеся кислые соединения являются катализаторами, ускоряющими дальнейшее окисление топлив.
На скорость и направление окисления бензинов и дизельных топлив при хранении существенное влияние оказывают такие факторы, как свет, температура, наличие катализаторов и антиокислительных присадок. Свет инициирует образование свободных радикалов в топливах за счет поглощения квантов света, особенно в ультрафиолетовой области. Концентрация кислорода в топливе, зависящая от парциального давления кислорода в паровом пространстве резервуара, также влияет на скорость окисления топлив при хранении. Повышение температуры хранения топлив ускоряет их окисление и смолообразование. Так, бензины, хранящиеся в условиях жаркого климата, окисляются в 1,5-2 раза быстрее, чем в умеренном климате. Для уменьшения влияния температуры топлива хранят в подземных резервуарах с минимальными колебаниями температуры.
Каталитическое влияние на окисление топлив оказывают также металлы, с которыми топлива соприкасаются в процессе эксплуатации. Катализаторами, ускоряющими окисление бензинов и дизельных топлив при хранении, могут быть металлические поверхности резервуаров и трубопроводов, а также оксиды и соли, покрывающие эти поверхности. Каталитическую активность в основном проявляют металлы переменной валентности - свинец, медь, хром, марганец, кобальт и их сплавы. Действие металлических катализаторов проявляется в дополнительном генерировании органических радикалов, которые инициируют окисление топлив.
Для обеспечения, поддержания и контроля заданной химической стабильности у топлив нормируют ряд показателей, основными из которых являются: индукционный период, йодное число, содержание фактических смол и кислотность. Кислотность топлива характеризует содержание в нем кислот и других продуктов с кислотной реакцией, образующихся при окислении кислородом воздуха углеводородов топлива.
Значение кислотности определяется количеством щелочи КОН в мг, которое необходимо для нейтрализации всех кислых продуктов, содержащихся в 100 мл испытуемого топлива. Большинство органических кислот, находящихся в нефтяных топливах, не растворяется в воде и поэтому не может быть обнаружено в водной вытяжке. Количественное определение содержания органических кислот заключается в извлечении их из топлива кипящим этиловым спиртом с последующей нейтрализацией раствором гидроксида калия. Стандартом установлена кислотность бензинов не более 3 мг КОН на 100 мл, а дизельного топлива - 5 мг на 100 мл топлива.
Основную массу кислых органических соединений в топливах составляют нафтеновые кислоты R - СООН, которые вызывают интенсивную коррозию цветных металлов (медь, цинк, свинец). Наиболее коррозионно-активными являются низкомолекулярные органические кислоты, особенно в присутствии воды. При длительном хранении топлива содержание органических кислот в нем увеличивается, и коррозионность топлива возрастает.
В условиях эксплуатации внутренние поверхности резервуаров, трубопроводов и перекачивающих средств, детали агрегатов топливных систем, баки транспортных средств под действием топлива подвергаются коррозии. Продукты коррозии загрязняют топливо, забивают фильтры, жиклеры, форсунки. Внешне коррозия деталей проявляется в виде потемнения, появления темно-коричневых или серых налётов или в виде равномерного химического разъедания металлической поверхности, при этом поверхность металла, омываемая топливом, подвергается более интенсивной коррозии.
Для повышения химической стабильности в топлива вводят антиокислительные присадки и дезактиваторы металлов. Антиокислительные присадки (антиокислители, ингибиторы окисления) реагируют с образующимися при окислении перекисными радикалами, превращая их в неактивные вещества и разрушая, таким образом, цепи окислительных реакций. В качестве антиокислителей используются соединения фенольного, аминного и аминофенольного типов. Антиокислители являются многофункциональными присадками - они придают топливам также противоизносные и антикоррозионные свойства.
Дезактиваторы металлов также снижают окисляемость нефтяных топлив, так как уменьшают активность металлических катализаторов окисления. Механизм действия дезактиваторов металлов заключается в том, что они образуют с ионами металлов неионные комплексные соединения, устраняя тем самым дополнительную причину возникновения радикалов. Дезактиваторы металлов добавляют в топливо в количестве от 0,0001 до 0,01 % (масс.) Дезактиваторы вводят в топлива вместе с антиокислителями.
Экспериментальная часть
Сущность метода заключается в прямом титровании испытуемого топлива 1'идроксидом калия КОН в присутствии индикатора фенолфталеина. В качестве растворителя используют этиловый спирт, прокипяченный в течение 5 минут с обратным холодильником с целью удаления растворенного углекислого газа. Схема установки представлена на рис. 3.
По окончании кипячения к 50 мл спирта добавляют 4-5 капель 1 %-го раствора фенолфталеина и в горячем состоянии при непрерывном перемешивании нейтрализуют 0,05Н раствором КОН до появления слабо-розового окрашивания. Количество израсходованного КОН при этом не измеряют.
Нейтрализация спирта проводится для того, чтобы кислоты, находящиеся в спирте, не повлияли на результат определения кислотности топлива.
Рис. 3. Схема установки для определения кислотности топлива:
1- водяная баня;2- коническая колба с топливом;3- обратный холодильник;4- электроплитка с закрытой спиралью.
Далее в колбу с нейтрализованным спиртом заливают 50 мл исследуемого топлива и вновь кипятят в течение 5 минут для полного извлечения органических кислот. После кипячения в горячую смесь спирта с топливом вводят 3-5 капель фенолфталеина, а затем из микробюретки объёмом 5 см прикапывают 2-3 капли КОН. Смесь постоянно перемешивают и наблюдают за изменением окраски. Появление слабо-розового окрашивания указывает на конец нейтрализации. Окраска должна быть устойчивой в течение 30 с.
По разности уровней в бюретке до и после титрования устанавливают объём тигранта КОН, пошедший на нейтрализацию (V).
Кислотность определяют по формуле:
К = 2*Т*V(мг КОН/100 мл),
где:
V - объем раствора КОН, пошедший на титрование 50 мл топлива (мл);
Т - титр раствора КОН (мг/мл).
Слабая концентрация раствора КОН (0,05Н) применяется с целью повышения точности измерения.
В промышленных лабораториях для определения кислотности используют также метод иотенциометрического титрования.
Примечания и меры предосторожности
Работа связана с использованием огнеопасных и токсичных продуктов. Поэтому все операции проводить под тягой с использованием закрытого источника нагревания.
При попадании раствора КОН на открытые участки тела следует промыть пораженное место обильной струей холодной воды, а затем 5 % раствором уксусной или борной кислоты.