Обезвоживание дизельного топлива полимерными гелями
научный журнал «Актуальные исследования» #1 (1), ноябрь '19

Обезвоживание дизельного топлива полимерными гелями

В статье предложен новый водопоглощающий полимерный гель для обеспечения чистоты дизельного топлива. Определены наиболее оптимальные условия процесса водопоглощения и выбрана наименьшая концентрация геля. Предложенный метод очистки дизельного топлива доступен и экономически выгоден.

Аннотация статьи
водопоглощающий гель
дизельное топливо
Ключевые слова

Введение

Известно, что надежность и долговечность дизельных двигателей большей частью зависят от качества потребляемого топлива. Однако, дизельные топлива не всегда могут отвечать этим требованиям. Практика применения дизельных топлив показала, что зачастую при эксплуатации, хранении и транспортировании дизельные топлива загрязняются различными механическими примесями и водой [1-3].

Вода в дизельном топливе крайне нежелательна. С одной стороны присутствие воды в топливе вызывает коррозию топливной аппаратуры, с другой – при понижении температуры окружающего воздуха вода в топливных баках выпадает в виде тонкодиспергированных капель, способных к замерзанию в форме кристаллов. При этом системы питания могут забиваться кристаллами льда. Это приводит вначале к частичному, а затем к полному прекращению подачи топлива в камеры сгорания двигателя.

Цель настоящей работы - обеспечение чистоты дизельного топлива путем обезвоживания его с помощью гелей, синтезированных на основе сополимеров акриловой кислоты и N,N`-метиленбисакриламида.

Объекты и методы исследований

Объектом исследования являются летние дизельные топлива продукции Шымкентского нефтехимического завода и полимерный гель.

Цетановое число определяли на установке одноцилиндровой типа ИДТ-69 с переменной степенью сжатия, обеспечивающие аналогичные результаты определения цетановых чисел по методике ГОСТ 3122-67.

Полимерные(Г) гели получали на основе акриловой кислоты и N,N`-метиленбисакриламида.

Результаты и их обсуждение

Гель получали путем синтеза акриловой кислоты и N,N`-метиленбисакриламида.
N,N`-метиленбисакриламид является, в частности, сшивающим агентом. Реакция получения геля сводится к следующему:

В испытаниях мы использовали два вида геля: Г-1 и Г-2. В первом случае Г-1 – гель более зашит, т.к. концентрация сшивающего агента – N,N`-метиленбисакриламида больше(2% масс.) и гель более жесткий за счет поперечных связей, которые образуются в результате реакций полимеризации.

Во втором случае – Г-2 концентрация N,N`-метиленбисакриламида меньше (0,5% масс.) и поэтому он менее зашит и соответственно механическая прочность его ниже.

Результаты предварительных испытаний показали, что чем меньше поперечных связей, тем больше водопоглощающая емкость геля.

Для испытания Г на способность его поглощать воду мы подготовили эталонные топлива. Для этого в два цилиндра ёмкостью 100 мл налили в каждый по 50 мл дизельного топлива, добавили 10 мл воды и туда же задали по 100 мг геля Г-1 Г-2, отличающиеся различным составом.

Наблюдения показали, что в цилиндре, где находился Г-1, по истечении суток вода поглотилась гелем не полностью, на дне цилиндра еще были видны следы воды. Во втором случае с Г-2 вода полностью поглотилась.

Такое явление можно объяснить тем, что Г-1 более сшитый поперечными связями и это не дает возможности проникновению воды в межмолекулярное пространство геля.

Механизм действия водопоглощения гелем объясняется следующим образом. В структуре Г находится карбоксильная группа, которая обладает большой гидрофильностью и чем больше ее в составе Г, тем выше его поглотительная способность.

Проведенные нами испытания по двум образцам Г позволили установить наиболее активный Г и в своих дальнейших экспериментах мы в основном использовали Г-2.

Интерес представлял определение водопоглощающей емкости геля, т.е. минимальную концентрацию геля, при котором поглощается максимальное количество воды.

В связи с этим брали следующие навески геля: 50, 100, 300 мг и опускали в колбы с дизельным топливом по 100 мл в каждый в присутствии 5 мл воды. Наблюдения проводили в течение суток. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Водопоглощаемость Г-2 в зависимости от его концентрации

Концентрация Г-2, мг

50

100

300

Водопоглощаемость %

96

100

100

Как видно из таблицы с повышением концентрации геля Г-2 водопоглощаемость увеличивается и емкость по водопоглощению в сто раз превышает его массу.

Для определения предельной поглотительной способности геля были проведены следующие опыты. В колбы наливали различное количество воды: 5, 10, 15 мл и по 50 мл дизельного топлива. Затем задавали в каждую колбу по 100 мг геля Г-2 и вели наблюдение за водопоглощением. Результаты даны в таблице 2.

Таблица 2

Предельная поглотительная способность геля массой 100 мг

Водопоглощение, %

100

100

75

Содержание воды в дизельном топливе, %

5

10

15

Как видно из таблицы, максимальная поглотительная способность геля составляет 10 мл воды при его массе 100 мг.

Следует отметить, что в начале экспериментов при контакте геля с водой его набухание начинается через 20 минут, поэтому были проведены испытания по определению максимальной поглощаемости в зависимости от времени, т.е. кинетика процесса.

Для определения кинетики поглощения гелем воды из дизельного топлива брали навески геля 100, 200, 500 мг и опускали в дизельное топливо, содержащее 5 мл воды, вели наблюдения, результаты приведены на рисунке, из которого видно, что с повышением концентрации геля скорость процесса поглощения увеличивается.

Так, при концентрации геля 100 мг вода в количестве 5 мл поглощается полностью за 24 часа, при концентрации геля 200 мг за 20 часов, а при концентрации геля 500 мг за 16 часов характер изменения кривых адекватный.

 

Рис. Зависимость водопоглощения от продолжительности контакта геля с дизельным топливом

Нами проведены испытания по водопоглощению геля в зависимости от температуры дизельного топлива, при этом содержание воды в 50 мл дизельного топлива составляло 10 мл, концентрация геля – 100 мг время контакта геля и дизельного топлива в смеси с водой – 6 часов.

Заключение

Таким образом, эксперименты по определению основных параметров, характеризующих Г-2, показали возможность поглощения воды из дизельного топлива, и определить в зависимости от концентрации, температуры и продолжительности процесса наиболее эффективные условия его применения.

На основании проведенных экспериментов в лабораторных условиях по поглощению воды из дизельного топлива гелем установлено, что можно очистить дизельное топливо, при этом эффективность очистки составляет 98,1%.

Текст статьи
  1. Сафонов А.С., Ушаков А.И., Гришин В.В. Химмотология горюче-смазочных материалов. И.: Химия, 2007, 488 с.
  2. Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные топлива, масла и эксплуатационные жидкости. М.: За рулем. 2003 173 с.
  3. Кузнецов, А.В. Топливо и смазочные материалы / А.В. Кузнецов. М.: Колос, 2004. 199с.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 декабря по 15 декабря
Осталось 13 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии
19 декабря
Загрузка в elibrary
19 декабря
Рассылка печатных экземпляров
23 декабря