English
ДонНТУ   Портал магистров

При написании данного реферата магистерская работа ещё не завершена. Окончательное завершение - май 2024 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Разработка методики определения вискозиметрических показателей жидких топлив и продуктов коксохимического производства на основе прототипа измерительного комплекса

Содержание

Введение

Свойство топливных смесей и органических масел, о которых следует думать в первую очередь при рассмотрении вопроса о защите производственного оборудования, - это вязкость и содержание воды. Всё это изучает наука реология.

Термин “реология” произошел от греческих слов “Rheo” (поток) и "Logos" (наука) и используется для описания течения жидкостей и деформации твердых тел. Это наука о текучести и деформации конкретного вещества, которая описывает взаимосвязь между силой, деформацией и временем. Это изучение того, как материалы реагируют на приложенное напряжение или деформацию.

При измерении реологических свойств крайне важно учитывать 3 фактора, которые наиболее существенно влияют на текучесть: внутреннюю структуру, внешние силы и условия окружающей среды (например, температуру). Измерение реологических свойств имеет решающее значение при производстве промышленных веществ.

Реология играет жизненно важную роль в разработке всего - от косметики до продуктов питания, красок и покрытий. Реологические свойства влияют на все этапы использования материала, включая перекачку, хранение, производство, стабильность, транспортировку, растекание и даже эксплуатационные характеристики продукта [1].

Вязкость - это выражение сопротивления жидкости течению: чем выше вязкость, тем больше сопротивление. Она определяет скорость, с которой текут топливные смеси и органические масла. Это указывает на, то насколько жидкими или густыми они являются, что влияет на термостойкость. Высокая вязкость требует больше энергии для протекания, поэтому она менее эффективна и экономична.

Вязкость сырой нефти влияет на способность откачивать ее из грунта. Вязкость и летучесть топлива влияют на то, насколько легко его распылять в топливной форсунке. Вязкость смазочного материала влияет на его способность защищать двигатель[2].

Небольшие изменения вязкости могут оказать существенное влияние на свойства нефтяных жидкостей, топливных смесей и органических масел.

1. Актуальность темы

Актуальность темы вызвана тем, что, используя прототип измерительного комплекса, можно сократить эксплуатационные расходы предприятия, свести к минимуму механический износ оборудования, уменьшить вредные выбросы в атмосферу, получить полезную информацию о поведении продукта и прогнозировании, а также знания о влиянии процессов, формул, изменений, явлений старения и много другой полезной информации о продукте

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель исследования – сократить вредные выбросы в атмосферу, а так же эксплуатационные расходы и механическийзнос производственного оборудования.

Объектом исследования является топливные смеси и органические масла коксохимических предприятий.

Основные задачи исследования:

  1. Изучить разнообразные показатели топливных смесей и органических масел с показателем вязкости.
  2. Установить зависимости топливных смесей и органических масел.
  3. Разработка модели для измерения разнообразных показателей топливных смесей и органических масел.

Предметом исследования является прототип измерительного комплекса вискозометрических показателей и портативный индикатор содержания влаги в топливных смесях и органических маслах.

Изучена наука реология. Рассмотрены физико-химические свойства жидких топлив. Изучена характеристика вязкости. Описана вязкость газов и жидкостей. Приведены методы измерения вязкости. Рассмотрена вязкость растворов синтетических полимеров.

3. Влияние вязкости на топливные смеси и органические масла

Кинематическая вязкость является важным свойством топлива, которое напрямую влияет на качество распыления топлива и размер капли топлива в распылителе.

Топливо с низкой вязкостью может привести к утечке в топливной системе, а высокая вязкость может повлиять на расход топлива во время такта впуска, что задерживает смешивание воздуха и топлива.

По мере увеличения численности населения растет глобальный спрос на энергосбережение и сокращение выбросов.

Более энергосберегающие топливные смеси и органические масла приобретают все большее значение в условиях экономии природных ресурсов [3]. Снижение потерь мощности на трение за счет использования масла сверхнизкой вязкости является одним из наиболее эффективных и экономичных способов.

Измерение реологических свойств сырого топлива имеет практическое значение для ее транспортных свойств и проектирования трубопроводов и насосных станций. Состав сырых топлив различного происхождения диктует необходимость измерения реологических свойств и методов их количественного описания.

Исследование масел демонстрирует, что могут наблюдаться различные реологические характеристики. Характеристики вязкости (кривая расхода) являются наиболее часто применяемыми реологическими свойствами, поскольку транспортировка топлива по трубопроводам является ее основной инженерной проблемой. Сырое топливо является нестабильным материалом, и его реологические свойства и транспортные характеристики также зависят от истории материала, которая определяет состояние кристаллизующихся компонентов.

Минеральные масла - это натуральные материалы, получаемые из различных источников. Представляющие собой смесь жидких углеводородов и других химических соединений. Это воски, парафины, производные серы, органические ароматические соединения, твердые компоненты.

Следовательно, реологические свойства топливных смесей и органических масел различны: от вязких жидкостей до вязкопластичных материалов с пределом текучести. Реологические свойства многих масел зависят от температуры, поскольку температура обработки и транспортировки пересекается с температурой кристаллизации некоторых компонентов, в основном восков и парафинов.

Симуляция вязкости

Рисунок 1 – Симуляция вязкости

4. Влияние температуры на вязкость топливных смесей и органических масел

Вязкость чувствительна к температуре и изменяется при разных температурах.

Влияние температуры на вязкость было предметом исследований университетов и производителей смазочных масел в течение многих лет и привело к разработке присадок и материалов, которые могут регулировать вязкость масла при различных температурах [4].

В этом исследовании рассмотрим влияние низкой температуры на вязкость органических масел и топливных смесей, а именно нагрев.

Химическая структура топливных смесей и органических масел влияет на вязкость. Они имеют крупные молекулы, что придает им более густую и тяжелую консистенцию, чем другим жидкостям, таким как вода.

Вязкость влияет на тепло, а тепло влияет на вязкость. При повышении температуры топлива или масла их вязкость уменьшается (для низких температур верно обратное). Это облегчает подачу масла и топлива. Это также объясняет, почему масло течет гораздо свободнее в летние месяцы, когда температура превышает 25 или 30 градусов [5].

Контроль температуры является одним наиболее важным параметром для получения точного измерения кинематической вязкости. Это особенно верно для коксохимических и нефтепродуктов , поскольку их соотношение вязкости к единице температуры значительно выше, чем у других продуктов.

Незначительные колебания температуры могут оказывать большое влияние на вязкость жидкости. Температуру ванны для наиболее распространенных измерений 40°C и 100°C необходимо регулировать в пределах +/- 0,02°C. Это чрезвычайно узкое окно, и для достижения такого контроля необходимо соблюдать большую осторожность. На рисунке 2.1 показана зависимость вязкости от температуры.

Существует ряд факторов, влияющих на температуру топливных смесей и органических масел:

S - термометр. При измерении вязкости необходимо использовать указанный термометр или другое устройство для измерения температуры, обладающее указанной точностью и отвечающее требованиям метода испытаний.

Точное считывание показаний термометра с точностью до 0,01 °C может быть затруднено, поэтому рекомендуется использовать увеличительную линзу. Термометр должен быть погружен в ванну на нужную глубину. Его необходимо калибровать не реже одного раза в год до +/- 0,02°C. Кроме того, каждые шесть месяцев следует определять температуру замерзания на термометре и применять поправочный коэффициент.

Процедура калибровки термометров довольно сложна. Поскольку контроль температуры является таким важным параметром, рекомендуется использовать два термометра на ванну.

Другими важными параметрами являются равномерность и стабильность температуры ванны. По всей длине вискозиметра должна поддерживаться соответствующая температура. Тип используемого циркулятора, возраст жидкости для ванны и вязкость жидкости для ванны влияют на равномерность температуры.

Циркуляционный насос и вязкость жидкости для ванны должны быть сбалансированы, чтобы обеспечить равномерную температуру по всей ванне. Жидкость для ванны необходимо заменить задолго до того, как она начнет обесцвечиваться, так как изменение цвета обычно указывает на окисление жидкости и, вероятно, увеличение ее вязкости [3].

Зависимость вязкости от температуры.

Рисунок 2 – Зависимость вязкости от температуры.

К этим температурным требованиям нельзя относиться легкомысленно, поскольку незначительные колебания температуры могут привести к резким изменениям вязкости некоторых видов коксохимических и нефтепродуктов.

5. Экспресс метод определения вязкости топливных смесей и органических масел

На предприятиях загрязнение топливных смесей и органических масел во время эксплуатации, возможно, является одной из самых разрушительных форм коррозии оборудования, срока службы технологических аппаратов и энергозатрат предприятия. Прямые последствия воды - это изменение pH и вязкости. Влага в органических маслах и топливных смесях может эмульгировать. Изменение показателей вязкости и качества производственных продуктов оказывает влияние на работу оборудования, а также уменьшает выбросы в окружающую среду. Качество топливных смесей определяется рядом технических характеристик. Одна из основных характеристик - это вязкость, на которую тоже влияет содержание влаги. Технологические установки, где потоки топливных смесей с несоответствующей вязкостью, сталкиваться с такими проблемами, как снижение надёжности, эксплуатационными расходами и механическому износу оборудования. На коксохимическом предприятии есть множество продуктов, для которых важен показатель вязкости и содержание влаги в потоке.

В исследованиях, которые проводились раньше, было доказано: если добавить к топливу 17% воды, то выделение оксида углерода уменьшается на 50%, количество оксида азота - на 20%, а топливная экономичность увеличивается на 5% [3].

К настоящему времени проведено множество испытаний, показывающих, что при добавлении к топливу воды уменьшается выброс продуктов неполного сгорания и интенсифицируется процесс самого сгорания.

В исследовании предлагается использовать на коксохимических предприятиях Донецкой Народной Республики промышленно выпускаемый портативный индикатор содержания влаги в органических смесях, представленный на рисунке 3.1 и 3.2. Таким образом, мы сможем быстро, ещё до лабораторной проверки, определять количество воды в топливе. Такой способ поможет нам заранее узнать с помощью подручных средств, соответствует ли техническим характеристикам показатель вязкости топливных смесей в зависимости от содержания влаги.

Индикатор воды в жидкости представляет собой прибор с элементом питания и двумя электродами. На один электрод подается напряжение. При погружении этих электродов в топливо возникает электрический ток, который изменяется в зависимости от расстояния между электродами и их сопротивления. Встроенная программа в прибор позволяет производить вычисления электрического сопротивления жидкости. Если топливо или масло без лишней влаги, то сопротивление достаточно высоко. Когда концентрация влаги увеличивается, электрическое сопротивление начинает уменьшаться, что приводит к изменениям показателя LED индикации [6].

Для того чтобы уменьшить риски погрешностей показаний прибора, электроды находятся всегда на одном расстоянии друг от друга. Программное обеспечение прибора через индикатор выводит процентное значение содержания влаги.

После проведенной проверки следует оценить показания. Если индикатор был в пределах зеленного цвета, то все показатели в норме, а если в красной зоне, тогда следует проконтролировать параметры технологического процесса.

На рисунке 3 и 4 мы можем рассмотреть зависимость вязкости эмульсии топливных смесей и органических масел от содержания влаги и выпускаемый портативный индикатор содержания влаги в топливных смесях.

а - зависимость вязкости эмульсии топливных смесей от содержания влаги, б – портативный индикатор содержания влаги в топливных смесях.

Рисунок 3 – а - зависимость вязкости эмульсии топливных смесей от содержания влаги, б – портативный индикатор содержания влаги в топливных смесях..

а - зависимость вязкости органических масел от содержания влаги, б – портативный индикатор содержания влаги в топливных смесях.

Рисунок 4 – а - зависимость вязкости органических масел от содержания влаги, б – портативный индикатор содержания влаги в топливных смесях..

В ходе исследования была определена регрессионная взаимосвязь между показателями доли вязкости и влаги в топливе представляющее собой поленом второй степени (R2= 0,9997) и влаги в масле (R2= 0,9269).

На следующем этапе топливная смесь отправляется в ЦЗЛ для определения показателя вязкости на разработанном ранее измерительном комплексе для определения вязкости биодизеля и жидких смесевых топлив [7].

В предварительно проведенных исследованиях получена зависимость вязкости топливных смесей от содержания влаги, определена регрессионная зависимость. Предложен метод применения портативного индикатора содержание влаги в топливных смесях для экспресс-оценки вязкости топливных смесей. Предложенный метод позволит избежать механического износа оборудования, уменьшить энергозатраты, улучшить качество топлива и достаточно сильно снизить вредные выбросы в атмосферу.

Выводы

В ходе выполнения реферата по магистерской работе были рассмотрены и изучены такие вопросы:

  1. Влияния вязкости на органические смеси и топливные масла.
  2. Влияние температуры на вязкость органических масел и топливных смесей.

А так же был предложен экспресс метод определения вязкости топливных смесей и органических масел.

Список источников

  1. Rheology – The Science Behind Material Flow [ Электронный ресурс ]: интернет ресурс /статья написана Рией Велури, членом редакционной группы журнала "Промышленные смазочные материалы", 3 марта 2022 г.-Режим доступа: https://www.tribonet.org...
  2. Viscosity Measurement: So Easy, Yet So Difficult [ Электронный ресурс]: интернет ресурс /статья написана Джанет Л. Лейн, ExxonMobil; Кеннет О. Хендерсон, компания Cannon Instrument Company в ноябре 2004 г. - Режим доступа: https://www.machinerylubrication.com...
  3. The Effect of Viscosity and Friction Modifier on Fuel Economy and the Relationship Between Fuel Economy and Friction [ Электронный ресурс ]: интернет ресурс /статья написана Сейк Парк, Йенгун Чо, Квунсуп Сон и Намгью Хан / Международный журнал SAE по топливам и смазочным материалам / Том 2, № 2 (2010), стр. 72-80 (9 страниц) / Опубликовано: SAE International.- Режим доступа:https://www.jstor.org...
  4. Effects of temperature on viscosity of oil [ Электронный ресурс ]: интернет ресурс / данные об авторе отсутствуют.- Режим доступа:https://www.scienceprojects.org...
  5. The effect of heat on oil viscosity in industrial sectors oil [ Электронный ресурс ]: интернет ресурс / данные об авторе отсутствуют. - Режим доступа: https://www.wattco.com...
  6. Как работает тестер тормозной жидкости? [Электронный ресурс]: интернет ресурс / данные об авторе отсутствуют. - Режим доступа: https://avtograf70.ru...
  7. Измерительный комплекс для определения вязкости биодизеля и жидких смесевых топлив. [Электронный ресурс]: Авторы: Савченко Н.Э., студент гр. ХТзм-17, Ошовский В.В., доцент, к.х.н.// «Инновационные перспективы Донбасса». Международный научный форум ДНР. / ДОННТУ.- Донецк: ГОУ ВПО «ДОННТУ»/ Каталог экспонатов выставки 2022 год. - Режим доступа: https://docviewer.yandex.ru...