Итак, для достижения требуемой щёлочности комплексной присадки нам необходимо взять 5406 мг Са(ОН)₂. Именно эта масса Са(ОН)₂ вступит в реакцию с СО₂. Однако для проведения карбонатации необходимо брать Са(ОН)₂ в двукратном избытке. Поэтому в реактор следует загрузить 5406 мг*2 = 10812 мг Са(ОН)₂ ? 11000 мг Са(ОН)₂ = 11 г. Са(ОН)₂.

Итак, для проведения карбонатации нам необходимо взять 11 г. Са(ОН)₂, из которых в реакцию с СО₂ должно вступить 5,406 г.

2.) Расчёт количества СО₂.

Массу СО₂, необходимую для проведения карбонатации, рассчитываем по уравнению реакции:



Из данного уравнения следует, что 1 моль Са(ОН)₂ реагирует с 1 молем СО₂. Молярная масса СО₂ равна 44 г./моль, молярная масса Са(ОН)₂ - 74 г./моль. Значит, 74 г. Са(ОН)₂ реагирует с 44 г. СО₂. В нашем случае в реакцию с СО₂ вступает 5406 мг Са(ОН)₂ (см. выше). Поэтому составляем такую пропорцию:

74 г. Са(ОН)₂ - 44 г. СО₂;

5406 мг Са(ОН)₂ - z г СО₂.

Отсюда z = (5406 мг Са(ОН)₂*44 г. СО₂)/ 74 г. Са(ОН)₂ = 3214 мг СО₂ = 3,214 г. СО₂.

Для проведения карбонатации с учётом потерь необходимо брать СО₂ с избытком в 5%. Поэтому в реактор следует подать 3214 мг*1,05 = 3375 мг СО₂ ? 3,38 г. СО₂.

Итак, для проведения карбонатации нам необходимо подать в реактор 3,38 г. СО₂.

Методика проведения процесса карбонатации.

В четырёхгорлый реактор с механической мешалкой, термометром и обратным холодильником (см. рис. 1) загружаем присадки Lz-6589G, НСК, C-5A, Lz-1395, а затем известь-пушонку. После этого приливаем в реактор метанол (промотор реакции), воду и бензин (растворитель).

Включаем перемешивание и нагрев, доводим температуру реакционной смеси до 40 ?С. Открываем вентиль В-1 подачи СО₂, не подсоединяя барботёр Б-2 к реактору, и таким образом продуваем реакционную систему в течение нескольких минут. Это необходимо для того, чтобы перед началом процесса СО₂ полностью вытеснил весь воздух из реактора. Установлено, что неполное вытеснение воздуха впоследствии приводит к значительному уменьшению скорости поглощения СО₂, а значит и скорости карбонатации.

Затем подсоединяем барботёр Б-2 к реактору, начиная тем самым наш процесс.

Баллон с СО₂ подсоединён к реактору через барботёр Б-1. Реактор соединён с атмосферой через барботёр Б-2. Пробулькивание пузырьков в барботёре Б-1 свидетельствует о поступлении СО₂ в реакционную систему, а отсутствие пробулькивания в барботёре Б-2 - о том, что весь СО₂, поступающий в реактор, поглощается реакционной массой и не уходит в атмосферу. То есть пробулькивание в барботёре Б-1 и отсутствие пузырьков в барботёре Б-2 свидетельствует о нормальном протекании процесса карбонатации.

Процесс карбонатации проводится до тех пор, пока реакционной системой не поглотится нужное количество углекислого газа. Контроль расхода СО₂ производится по манометру с использованием тарировочного графика. При этом следим за тем, чтобы процесс протекал нормально. По мере поглощения СО₂ реакционная смесь темнеет, что свидетельствует о протекании карбонатации.

После поглощения системой нужного количества углекислого газа (обычно на это уходит от 15 до 30 минут) вентиль В-1 подачи СО₂ закрываем, останавливая тем самым карбонатацию.

После этого отгоняем от реакционной смеси метанол, воду и частично бензин. Делаем это либо на роторном испарителе, либо на приборе с одногорлым реактором и прямым холодильником. Полученный отгон состоит из двух слоёв: верхний - бензин, нижний - раствор воды в метаноле. Отгонку продолжаем до тех пор, пока нижний слой не перестанет увеличиваться при добавлении в систему небольшого количества чистого бензина и последующем отгоне этого количества. То есть отгоняем до тех пор, пока не отгоним всю воду.

После завершения отгонки реакционную смесь центрифугируем, чтобы очистить её от непрореагировавшей пушонки.

После этого отгоняем из смеси бензин, получая готовую присадку КП-1 в виде тёмно-коричневой вязкой жидкости.

Примечания

1. Для удобства загружать присадки в реактор следует в порядке уменьшения их вязкости (сначала C-5A, затем Lz-1395, затем Lz-6589G, затем НСК).

2. В данной методике в качестве растворителя вместо бензина может использоваться гептан. Применять в качестве растворителя ксилол, как рекомендовалось ранее [62], нецелесообразно, потому что он образует трудноразделяемую смесь ксилол-метанол-вода.

Таблица 17. Хронология процесса карбонатации при получении присадки КП-1

Масса СО2 в баллоне, г	Масса поглощённого СО2, г	Температура реакционной массы, ?С	Время
19,64	0	-	-
19,2472	0,3928	40	1015
18,8544	0,3928	43	1018
18,4616	0,3928	45	1020
18,0688	0,3928	47	1023
17,676	0,3928	48	1025
17,2832	0,3928	49	1028
16,8904	0,3928	49	1031
16,4976	0,3928	50	1034
16,26	0,2376	50	1036
?	3,38	-	-

В результате проведения карбонатации был получен образец присадки КП-1, характеристика которого приведена в таблице 18.

Таблица 18. Характеристика комплексной присадки КП-1

№ п/п	Показатель	Значение
1	Кинематическая вязкость при 100 ?С, сСт	62
2	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С	181
3	Массовая доля кальция, %	6,04
4	Массовая доля фосфора, %	0,87
5	Массовая доля цинка, %	0,916
6	Общая щелочность, мг КОН на 1 г масла	153,3
7	Зольность сульфатная, %	20,5

Опыт 3

Приготовление масла М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-1

Для приготовления масла М-10 Г₂ К по ГОСТ 8581-78 было взято базовое масло SAE-30, комплексная присадка КП-1 и антипенная присадка ПМС-200А. Характеристика базового масла приведена в таблице 8. Характеристика присадки КП-1 приведена в таблице 18.

Перед приготовлением масла был проведен расчёт количеств указанных выше компонентов, которые необходимо смешать, чтобы приготовить 500 г. масла М-10 Г₂ К, соответствующего требованиям ГОСТа 8581-78.

Расчёт количеств исходных компонентов для получения масла

М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-1

Расчёт количества комплексной присадки КП-1 проводится по содержанию в получаемом масле того активного элемента, которого в этой присадке меньше всего. Согласно таблице 18, из трёх активных элементов, входящих в состав этой присадки, (Ca, P, Zn) меньше всего в ней содержится фосфора (0,87% масс.). Поэтому расчёт количества присадки КП-1 проводим по содержанию в получаемом масле именно этого активного элемента.

Согласно требованиям ГОСТа 8581-78 (см. таблицу 9), в моторном масле М-10 Г₂ К должно содержаться не менее 0,05% масс. фосфора. Данный активный элемент попадает в масло только из комплексной присадки КП-1. Согласно таблице 18, в этой присадке содержится 0,87% масс. фосфора. Значит, КП-1 следует добавить в базовое масло в количестве ((0,05%/0,87%)*100%) = 5,75% масс.

Антипенную присадку ПМС-200А добавляем в базовое масло в количестве 0,003% масс.

Соответственно базового масла SAE-30 будет 100% - 5,75% масс. - 0,003% масс. = 94,247% масс.

Результаты данного расчёта приведены в таблице 19.

Таблица 19. Состав масла М-10 Г₂ К (опытный образец №2)

№ п/п	Компонент	Содержание в масле
		% масс.	г
1	Присадки	КП-1	5,75	28,75
2		ПМС-200А	0,003	0,015
3	Всего присадок	5,753	28,765
4	Базовое масло SAE-30	94,247	471,235
5	?	100	500

Приготовление опытного образца №2 моторного масла М-10 Г₂ К осуществлялось путём перемешивания в реакторе указанных в таблице 19 компонентов при температуре 80 ?С в течение 30 мин.

Характеристика данного опытного образца приведена в таблице 20.

Таблица 20. Характеристика опытного образца №2 масла М-10 Г₂ К

№ п/п	Показатель	Значения	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с	11,93	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	90	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,01	По ГОСТ 6370-83 с дополнением по п. 4.2 настоящего стандарта
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-65
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С		По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, ?С	-15	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	8,8	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	1,28	По ГОСТ 12417-73
9	Плотность при 20 ?С, г/см3		По ГОСТ 3900-47
10	Массовая доля активных элементов, %: кальция (±0,002%) цинка фосфора	0,347 0,052 0,05	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75, с дополнением по п. 4.4 настоящего стандарта

Опыт 4

Получение комплексной присадки КП-2

Как видно из таблицы 20, опытный образец №2 масла М-10 Г₂ К, полученный на основе комплексной присадки КП-1, отвечает требованиям ГОСТ 8581-78 для первого сорта по всем показателям, кроме сульфатной золы, которая превышает предельное значение (не более 1,15% масс.). При этом показатель щелочное число (мг КОН/г) имеет большой запас (более 45%), что неоправданно с точки зрения экономики.

Поэтому была проведена коррекция рецептуры комплексной присадки (пакета), обеспечивающая уменьшение показателей сульфатная зольность и щёлочное число масла М-10 Г₂ К. При этом расчётная общая щёлочность пакета оставалась такой же, как и для КП-1 (155 мг КОН/г), соотношение сульфонатной и фенатной составляющей оставалось 1:1, количество сукцинимидной присадки осталось неизменным (1,5% масс.). Было уменьшено содержание в исходной смеси нейтрального сульфоната НСК (на 2,55% масс.) и фената Lz-6589 G (на те же 2,55% масс.) и соответственно увеличено содержание дитиофосфата Lz-1395 до 15% масс. При этом изменилась и щёлочность исходной смеси (см. таблицу 21).

Таблица 21. Результаты расчёта щёлочности исходной смеси присадок

№ п/п	Компонент	Общая щёлочность компонента, мг КОН/г	Содержание компонента в смеси, % масс.	Щёлочность от компонента, мг КОН/г	Общая щёлочность смеси, мг КОН/г
1	Lz-1395	94,13	15,0	14,12	74,12
2	НСК	24,5	23,66	5,8
3	Lz-6589G	127,7	34,73	44,36
4	C-5A	37,0	26,61	9,84
5	?	100	74,12

Итак, в соответствии с откоррегированной рецептурой, в смеси исходных компонентов для получения комплексной присадки КП-2 исходные присадки должны содержаться в таких количествах:

95%-ный Lz-1395 - 15,0% масс.,

40%-ный НСК - 23,66% масс.,

60%-ный Lz-6589G - 34,73% масс.,

40%-ный C-5A - 26,61% масс.

Для приготовления 100 г. комплексной присадки КП-2 в соответствии с этим расчётом исходные компоненты были взяты в следующих количествах:

95%-ный Lz-1395 -15,0 г,

40%-ный НСК - 23,66 г.,

60%-ный Lz-6589G - 34,73 г.,

40%-ный C-5A - 26,61 г.

В этом случае для образца комплексной присадки (пакета) КП-2 дополнительная щёлочность, которую необходимо получить в процессе карбонатации, составит:

155 мг КОН/г - 74,12 мг КОН/г = 80,88 мг КОН/г.

Расчёт количеств Са(ОН)₂ и СО₂, необходимых для проведения карбонатации, был проведен по аналогии с получением присадки КП-1. Этот расчёт показал, что для получения комплексной присадки КП-2 необходимо взять 10 г. Са(ОН)₂ (из которых в реакцию с СО₂ вступит 4,457 г.), и подать в реактор 2,65 г. СО₂.

Образец комплексной присадки КП-2 был синтезирован методом карбонатации по описанной выше методике. Исходные компоненты загружались в указанных выше количествах.

Характеристика полученного образца присадки КП-2 приведена в таблице 22.

Таблица 22. Характеристика комплексной присадки КП-2

№ п/п	Показатель	Значение
1	Кинематическая вязкость при 100 ?С, сСт	51
2	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С	183
3	Массовая доля кальция, %	6,0
4	Массовая доля фосфора, %	1,35
5	Массовая доля цинка, %	1,40
6	Общая щелочность, мг КОН на 1 г масла	156,0
7	Зольность сульфатная, %	22,5

Опыт 5

Приготовление масла М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-2

На основе полученной комплексной присадки КП-2 по аналогии с опытом 3 был приготовлен образец масла М-10 Г₂ К в количестве 500 г. Для его приготовления было взято то же базовое масло SAE-30, антипенная присадка ПМС-200А и комплексная присадка КП-2. Расчёт количеств данных компонентов проводился по аналогии с приготовлением масла М-10 Г₂ К на основе присадки КП-1.

Расчёт количества присадки КП-2 проводится по содержанию в получаемом масле фосфора, потому что именно этого активного элемента в данной присадке меньше всего (см. таблицу 22). Согласно требованиям ГОСТа 8581-78 (см. таблицу 9), в моторном масле М-10 Г₂ К должно содержаться не менее 0,05% масс. фосфора. Данный активный элемент попадает в масло только из комплексной присадки КП-2. Согласно таблице 22, в этой присадке содержится 1,35% масс. фосфора. Значит, КП-2 следует добавить в базовое масло в количестве ((0,05%/1,35%)*100%) = 3,7% масс.

Для гарантирования постоянства качества масла содержание КП-2 в нём принимаем равным 4% масс.

Антипенную присадку ПМС-200А добавляем в базовое масло в количестве 0,003% масс.

Соответственно базового масла SAE-30 будет 100% - 4% масс. - 0,003% масс. = 95,997% масс.

Результаты данного расчёта приведены в таблице 23.

Таблица 23. Состав масла М-10 Г₂ К (опытный образец №3)

№ п/п	Компонент	Содержание в масле
1		% масс.	г
2	Присадки	КП-2	4	20
3		ПМС-200А	0,003	0,015
4	Всего присадок	4,003	20,015
5	Базовое масло SAE-30	95,997	479,985
6	?	100	500

Приготовление опытного образца №3 моторного масла М-10 Г₂ К осуществлялось путём перемешивания в реакторе указанных в таблице 23 компонентов при температуре 80 ?С в течение 30 мин.

Характеристика данного опытного образца приведена в таблице 24.

Таблица 24. Характеристика опытного образца №3 масла М-10 Г₂ К

№ п/п	Показатель	Значения	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с	11,6	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	90	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,01	По ГОСТ 6370-83 с дополнением по п. 4.2 настоящего стандарта
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-65
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С	207	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, ?С	-16	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	6,2	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	0,95	По ГОСТ 12417-73
9	Плотность при 20 ?С, г/см3		По ГОСТ 3900-47
10	Массовая доля активных элементов, %: кальция (±0,002%) цинка фосфора	0,24 0,055 0,052	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75, с дополнением по п. 4.4 настоящего стандарта

Как видно из таблицы 24, опытный образец №3 масла М-10 Г₂ К, полученный на основе комплексной присадки КП-2, полностью отвечает требованиям ГОСТа 8581-78 для первого сорта по всем показателям.

Моторные испытания масла М-10 Г₂ К

Для того, чтобы подтвердить соответствие опытного образца №3 масла М-10 Г₂ К не только требованиям ГОСТа 8581-78 по физико-химическим показателям, но и по эксплуатационным свойствам, были проведены стендовые испытания укрупнённого опытного образца масла в соответствии с требованиями комплекса квалификационных испытаний моторных масел.

Моющие и антикоррозионные свойства определялись на стенде ИМ-1 по ГОСТ 20303. Суть метода состоит в оценке состояния цилиндропоршневой группы двигателя после 96-часовой работы. Степень загрязнения поршня характеризует моющие свойства масла; а изменение массы шатунных вставок - антикоррозионные свойства на свинце. Результаты этих испытаний приведены в таблице 25.

Таблица 25

№ п/п	Наименование показателя	Значение показателя
		Норма по ГОСТ 20303 для масел группы Г	Опытный образец №3 масла М-10 Г2 К фактически
1	Моющие свойства. Общая загрязнённость внутренней и внешней поверхностей поршня, бал.	Не более 27	15
2	Антикоррозионные свойства (на свинце). Износ комплекта шатунных вставок, мг	Не более 150	41

Антиокислительные и антикоррозионные свойства исследуемого образца определялись на стенде Petter-W-1 по методу CEC-L-02-A-78. Антиокислительные свойства характеризуются изменением кинематической вязкости масла при 50 ?С после 36-часового испытания; антикоррозионные свойства на меди характеризуются изменением массы шатунных вставок. Результаты данных испытаний приведены в таблице 26.

Таблица 26

№ п/п	Наименование показателя	Значение показателя
		Норма по методу	Опытный образец №3 масла М-10 Г2 К фактически
1	Антиокислительные свойства. Изменение кинематической вязкости при 50 ?С, в%	Не более 50	42
2	Антикоррозионные свойства (на меди). Изменение массы шатунных вставок, мг	Не более 25	16

Исходя из результатов проведённых испытаний можно сделать вывод, что опытный образец №3 масла М-10 Г₂ К, приготовленный на основе комплексной присадки КП-2, полностью удовлетворяет требованиям норм эксплуатационной группы Г для моторных масел.

Опыт 6

Приготовление масла М-10 Г₂ К на основе композиции индивидуальных присадок.

Опыт 6 проводился с целью получения на основе композиции индивидуальных присадок масла М-10 Г₂ К с таким же суммарным содержанием присадок, как и в опытном образце №3. Поскольку этот образец был получен на основе комплексной присадки КП-2, то суммарное содержание в нём индивидуальных присадок равно содержанию в нём данной комплексной присадки. Согласно таблице 23 (см. выше), это содержание равно 4%.

Итак, целью проведения опыта 6 является получение масла М-10 Г₂ К с суммарным содержанием присадок 4%.

Содержание в масле каждой присадки для опыта 6 рассчитываем, умножая аналогичное содержание для опыта 1 на коэффициент пересчёта. Как следует из таблицы 10 (см. выше) суммарное содержание присадок (не считая ПМС-200А) для опыта 1 равно 6,26%. Значит, коэффициент пересчёта равен (4%) / (6,26%) = 0,64.

Пример расчёта для присадки Lz-1395:

0,56% *0,64 = 0,36%;

2,8 г *0,64 = 1,8 г.

В результате этого расчёта было установлено, что при проведении опыта 6 присадки необходимо брать в следующих количествах:

Lz-1395 - 0,36% масс.,

C-150 - 1,34% масс.,

Lz-6589G - 1,34% масс.,

C-5A - 0,96% масс.

Для приготовления 500 г. товарного масла М-10 Г₂ К в соответствии с этим расчётом все компоненты были взяты в следующих количествах:

Lz-1395 - 1,8 г,

C-150 - 6,7 г,

Lz-6589G - 6,7 г,

C-5A - 4,8 г,

базовое масло SAE-30 - 480 г. (см. таблицу 27).

Таблица 27. Состав масла М-10 Г₂ К (опытный образец №4)

Компонент масла М-10 Г2 К	Содержание в масле
	% масс.	г
	Требуемое	Фактическое	Фактическое
Присадки	Lz-1395	0,55-0,6	0,36	1,8
	C-150	2,1	1,34	6,7
	Lz-6589G	2,1	1,34	6,7
	C-5A	1,5	0,96	4,8
	ПМС-200А	0,003-0,005	0,005	0,025
Всего присадок	6,253 - 6,305	4,005	20,025
Базовое масло SAE-30	До 100	До 100	479,975
?	100	100	500

Приготовление опытного образца №4 моторного масла М-10 Г₂ К осуществлялось путём перемешивания в реакторе указанных компонентов при температуре 80 ?С в течение 30 мин. Компоненты загружались в количествах, приведённых в таблице 27.

Характеристика данного опытного образца приведена в таблице 28.

Таблица 28. Характеристика опытного образца №4 масла М-10 Г₂ К

№ п/п	Показатель	Значения	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с	11,1	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	86	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,01	По ГОСТ 6370-83 с дополнением по п. 4.2 настоящего стандарта
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-65
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С	208	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, ?С	-17	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	4,2	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	0,61	По ГОСТ 12417-73
9	Массовая доля активных элементов, %: кальция (±0,002%) цинка фосфора	0,156 0,0385 0,0335	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75, с дополнением по п. 4.4 настоящего стандарта

Как видно из таблицы 28, опытный образец №4 масла М-10 Г₂ К не соответствует требованиям ГОСТа 8581-78 по показателям щелочное число и содержание активных элементов. Значит, задача приготовления масла М-10 Г₂ К с 4% индивидуальных присадок, соответствующего требованиям ГОСТа 8581-78, не может быть решена.

Из этого можно сделать вывод, что для приготовления масла М-10 Г₂ К на основе композиции индивидуальных присадок следует загружать в базовое масло товарные присадки в количествах, не менее указанных в таблице 10.

Аналогичная картина наблюдается и при приготовлении моторных масел с иным набором присадок, например, тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84, характеристика которого приведена в таблице 29, а состав на основе индивидуальных присадок - в таблице 30. Характеристики дитиофосфатной Lz-1395 и фенатной Lz-6589 G присадок приведены в таблицах 4 и 7 соответственно, а сульфонатной присадки ПМС по ТУ 38.101334-74 - в таблице 31.

Опыт 7

Получение комплексной присадки КП-3

Для приготовления комплексной присадки КП-3 были взяты следующие компоненты:

- нейтральный сульфонат кальция НСК (ТУ 38. 401539-86) 40%-ной концентрации, характеристика которого приведена в таблице 12;

- дитиофосфат Lz-1395;

- фенат Lz-6589 G.

Рецептура и характеристика исходной смеси для получения комплексной присадки КП-3 приведена в таблице 32. Данная рецептура была разработана нами на основе стандартной рецептуры приготовления тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84 на основе композиции индивидуальных присадок (см. таблицу 30).

Таблица 29. Характеристика тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84

№ п/п	Показатель	Норма	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с	13,5-14,5	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости, не менее	85	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %, не более	0,02	По ГОСТ 6370-83
4	Массовая доля воды, %, не более	Следы	По ГОСТ 2477-83
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С, не ниже	210	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, ?С, не выше	-12	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла, не менее	4,8	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %, не более	1,2	По ГОСТ 12417-73
9	Массовая доля активных элементов, %, не менее: кальция цинка фосфора	0,21 0,045 0,04	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75

Таблица 30. Рецептура приготовления тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84 на основе композиции индивидуальных присадок

№ п/п	Присадка	Содержание в% масс.
1	ПМС (сульфонат кальция)	6,0
2	Lz-1395	0,50
3	Lz-6589 G	2
4	ПМС-200А	0,005
5	?	8,505

Таблица 31. Характеристика сульфонатной присадки ПМС по ТУ 38.101334-73

№ п/п	Показатель	Норма
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с, не более	45
2	Содержание кальция, % масс., не менее	3
3	Содержание активного вещества (сульфоната метелла), % масс., не менее	18
4	Зольность сульфатная, %, не более	11
5	Общая щёлочность, мг КОН/г	70-85
6	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С, не ниже	180

Таблица 32. Рецептура и характеристика исходной смеси для получения комплексной присадки КП-3 с общей щёлочностью 145 мг КОН/г

№ п/п	Компонент	Общая щёлочность компонента, мг КОН/г	Содержание компонента в смеси, % масс.	Щёлочность от компонента, мг КОН/г	Общая щёлочность смеси, мг КОН/г
1	Lz-1395	94,13	14,0	13,18	65,18
2	НСК	24,5	56	13,7
3	Lz-6589G	127,7	30	38,3
4	?	100	65,18

Поскольку щёлочность масла М-14 В₂ (не менее 4,8 мг КОН/г) несколько меньше, чем масла М-10 Г₂ К (не менее 6 мг КОН/г), то зададимся общей щёлочностью комплексной присадки КП-3 на уровне 145 мг КОН/г. В этом случае дополнительная щёлочность, которую необходимо набрать при карбонатации, составит (145 мг КОН/г - 65,18 мг КОН/г) = 79,82 мг КОН/г.

Расчёт количеств Са(ОН)₂ и СО₂, необходимых для проведения карбонатации, был проведен по аналогии с получением присадки КП-1. Этот расчёт показал, что для получения комплексной присадки КП-3 необходимо взять 10,55 г. Са(ОН)₂ (из которых в реакцию с СО₂ вступит 5,276 г.), и подать в реактор 3,29 г. СО₂.

Исходя из результатов этого расчёта и данных таблицы 30, для получения 100 г. комплексной присадки КП-3 компоненты и реагенты были взяты в следующих количествах:

ПМС - 6,0 г;

Lz-1395 - 0,50 г.;

Lz-6589 G - 2 г;

ПМС-200А - 0,005 г.;

Са(ОН)₂ - 10,55 г.;

СО₂ - 3,29 г.

Комплексную присадку КП-3 получали по методике, описанной ранее для присадки КП-1. Полученная присадка КП-3 имела характеристики, приведенные в таблице 33.

Таблица 33. Характеристика комплексной присадки КП-3

№ п/п	Показатель	Значение
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с	58
2	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С	183
3	Содержание кальция, % масс.	6,05
4	Содержание фосфора, % масс.	1,29
5	Содержание цинка, % масс.	1,35
6	Общая щёлочность, мг КОН/г	145
7	Зольность сульфатная, %	23,2

Опыт 8

Приготовление тепловозного масла М-14 В₂ на основе комплексной присадки КП-3

Расчёт концентрации комплексной присадки КП-3 для приготовления масла М-14 В₂, отвечающего требованиям ГОСТа 12337-84.

Данный расчёт проводился так же, как и в случаях с присадками КП-1 и КП-2 - по содержанию одного из активных элементов, в данном случае цинка. Согласно требованиям ГОСТа 12337-84 (см. таблицу 29), содержание цинка в масле М-14 В₂ должно составлять не менее 0,045% масс. Согласно данным таблицы 33, содержание цинка в присадке КП-3 составляет 1,35% масс. Отсюда необходимое количество КП-3 для приготовления масла М-14 В₂ составляет (0,045% масс./1,35% масс.)*100% масс. = 3,33% масс.

Для гарантирования постоянства качества масла содержание КП-3 в нём принимаем равным 3,5% масс. При этом рецептура М-14 В₂ будет следующей (см. таблицу 34).

Таблица 34

№ п/п	Компонент	Содержание в масле
		% масс.	г
1	Присадки	КП-3	3,5	17,5
2		ПМС-200А	0,005	0,025
3	Базовое масло SAE-40 (по ТУ 38.1011270-89)	96,495	482,475
4	?	100	500

Характеристика масла М-14 В₂, приготовленного на основе комплексной присадки КП-3, приведена в таблице 35.

Таблица 35. Характеристика масла М-14 В₂, полученного на основе комплексной присадки КП-3

№ п/п	Показатель	Норма	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 ?С, мм2/с	14,3	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	87	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,02	По ГОСТ 6370-83
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-83
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ?С	212	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, ?С	-13	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	5,07	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	0,81	По ГОСТ 12417-73
9	Массовая доля активных элементов, %: кальция цинка фосфора	21,1 0,047 0,043	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75

Как следует из данных, приведенных в таблице 35, масло М-14 В₂, приготовленное на основе комплексной присадки КП-3 при содержании её в количестве 3,5% масс., полностью отвечает требованиям ГОСТа 12337-84.

Выводы по результатам опытов

Проведённые экспериментальные исследования показали, что получить масло М-10 Г₂ К, соответствующее требованиям ГОСТа 8581-78 по физико-химическим показателям и по эксплуатационным свойствам, можно прибавлением к базовому маслу как композиции индивидуальных присадок (опытный образец №1), так и комплексной присадки КП-2 (опытный образец №3). Однако данные таблиц 10 и 23 показывают, что содержание присадок в образце №3 ниже, чем в образце №1. Значит, образец №3 был получен более экономичным способом, чем образец №1. Другими словами, получать масло М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-2 экономически более выгодно, чем на основе композиции индивидуальных присадок.

Это подтверждается тем, что при прибавлении к базовому маслу индивидуальных присадок в количествах, аналогичных использовавшимся для получения образца №3, мы получаем масло М-10 Г₂ К, не соответствующее требованиям ГОСТа 8581-78 по показателям щелочное число и содержание активных элементов (опытный образец №4).

Для дополнительного подтверждения экономической выгодности производства моторных масел на основе комплексных присадок (пакетов присадок) нами было получено тепловозное масло М-14 В₂ на основе комплексной присадки КП-3. Полученный образец масла М-14 В₂ полностью отвечает требованиям ГОСТа 12337-84, а значит возможность уменьшения расхода индивидуальных присадок при производстве моторных масел на основе пакетов присадок находит полное экспериментальное подтверждение.

Таким образом, переход от получения моторных масел на основе композиций индивидуальных присадок к решению этой задачи на основе комплексных присадок, является экономически целесообразным.

Список использованной литературы

1. А.Б. Виппер, А.В. Виленкин, Д.А. Гайснер «Зарубежные масла и присадки», Москва, «Химия», 1981, 192 с.

2. В.М. Школьников «Топлива, смазочные материалы, технические жидкости», Москва, «Химия», 1989.

3. О.Л. Главати «Физико-химия диспергирующих присадок к маслам», Киев, «Наукова думка», 1989, 184 с.

4. Черножуков Н.И., Крейн С.Э., Лосиков В.Б. Химия минеральных масел. - М.: Гостоптехиздат, 1959. - 415 с.

5. Папок К.К. Смазочные масла. - М.: Воениздат, 1962. - 198 с.

6. Венцель С.В. Применение смазочных масел в автомобильных и тракторных двигателях. - М.: Химия, 1969. - 232 с.

7. Джорджи К.В. Моторные масла и смазка двигателей. - М.: Гостоптехиздат, 1959. - 528 с.

8. Schilling A. Motor oils and engine lubrication. - Brosely: Scientific publications (G.B.), 1968. - 481 p.

9. Sytz W.E., Laurent J.W. - In: Reports of the JSLE-ASLE International Lubrication Conference, 9-11 June 1975, Tokyo, p. 277.

10. Wilson J.V., Samy S.F., SAE Paper №770636.

11. Smalheer C.V., Mastin T.W. - J. Inst. Petrol., 1956, vol. 42, p. 337-347.

12. Кулиев А.М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. - Л.: Химия, 1985. - 312 с.

13. Шехтер Ю.Н., Крейн С.Э., Калашников В.П. Маслорастворимые сульфонаты. - М.: Гостоптехиздат, 1963. - 65 с.

14. Пат. 2485861 США. Lubricating oil / S.E. Campbell, I.S. Dellinger. - Опубл. 25.10.49.

15. Пат. 2616924 США, IC³. Organic alcaline earth metal complexes and method of making same / P.A. Assef, T.W. Mastin. - Опубл. 04.11.52.

16. Пат. 2738326 США. Preparation of oil solutions of basic alcaline earth metal petroleum sulfonates / H.W. Anderson, G.E. Warren. - Опубл. 13.03.56.

17. Пат. 2791558 США, IC. Sulfonate composition of high barium content / F.W. Schusaler, N.E. Semann. - Опубл. 07.05.57.

18. Пат. 3133019 США. Method for preparing high metal content salts of sulfonic acids / V. Otto, F. Seger. - Опубл. 12.05.64.

19. Пат. 1963803 ФРГ. Superbasic oil-soluble calcium salts / E. Koft - Опубл. 09.07.70.

20. Пат. 2088509 Франция. Detergent additives for lubricating oils. - Опубл. 11.02.72.

21. Dawson C., Ratner A., Roberts L. Production of the high-basic detergent additives for engine oils // Amer. Chem. Soc. - 1959. - 4, №3. - P. 45-50.

22. Карл Р.Е., Петерсон И.В. - В кн.: \/Р Международный нефтяной конгресс (Франкфурт-на-Майне). Секц. \/Р, докл. 19. М., Гостоптехиздат, 1963.

23. Neidhart W. - Mineraloeltechnik, 1962, Bd 7, №17.

24. Watson R.W. - In: Reports of the JSLE-ASLE International Lubrication Conference, 9-11 June 1975, Tokyo, p. 241.

25. Венборн Р.Ф. - В кн.: Симпозиум «Судовые смазочные масла «Кастрол»». Одесса, май 1977.

26. Torii K. e. a. SAE Paper №770635.

27. Пат. 3666662, 1972 г. (США).

28. Виппер А.Б. и др. - Хим. и технол. топл. и мас., 1973, №12, с. 39-40.

29. Виппер А.Б., Крейн С.Э., Бауман В.Н. Влияние концентрации присадок на их солюбилизирующую способность // Нефтехимия, 1968, т. 8, №6, с. 922-926.

30. Виппер А.Б. и др. - Нефтехимия, 1972, т. 12, №6, с. 898-900.

31. Виппер А.Б. - Хим. и технол. топл. и мас., 1967, №2, с. 63-64.

32. О некоторых особенностях механизма моющего действия сукцинимидов / И.Ф. Благовидов, Ю.С. Заславский, В.И. Каржев и др. // Химия и технология топлив и масел. - 1968. - №7. - С. 41-45.

33. Forbes E.S., Wood J.S. The influence of metal dialkyl dithiophosphates on the low-medium temperature detergency properties of polyisobutenyl succinimide lubricating oil additions // 5 th Intern. congr. surf. act. substances (Barcelona, сент., 1968). - Barcelona: Edciones Unidas, 1969. - P. 783-792.

34. Forbes E.S., Wood J.S. The effect of metal containing detergents on low-medium temperature dispersancy test // J. Inst. Petrol. - 1969. - 55, №544. - P. 239-244.

35. Папок К.К. Механизм действия моющих и антиокислительных присадок при лакообразовании // Присадки к маслам и топливам. - М.: Гостоптехиздат, 1961. - С. 185-189.

36. Behling R.D., Eberan-Eberhorst C.G., Pike W.C. - In: 9 th World Petroleum Congress, 1975, Tokyo, Review Paper №13.

37. Болотова Г.И. - Хим. и технол. топл. и мас., 1974, №5, с. 60-62.

38. Messina N.V. - In: Reports of the JSLE-ASLE International Lubrication Conference, 9-11 June 1975, Tokyo, p. 269-276.

39. Виппер А.Б., Школьников В.М. - Хим. и технол. топл. и мас., 1976, №4, с. 58-61.

40. Виппер А.Б. - Хим. и технол. топл. и мас., 1960, №1, с. 68-70.

41. Wood C.P. - J. Inst. Petrol., 1969, vol. 55, №544, p. 194-202.

42. Schilling A. Automobile Engine Lubrication, Broseley, Shropshire, Scientific Publication (G.B.), 1972, p. 7.33.

43. Risdon T.J., Gresty D.A. SAE Paper №750674.

44. Braithwaite E.R., Greene A.B. - Wear, 1978, vol. 46, p. 405-432.

45. Dichert J.J., Пат. США, 3423316, 1969.

46. Jacgues J.K., Пат. США, 3630463, 1970.

47. Пат. ФРГ, 1271878, 1968.

48. Франц. Пат., 1555358.

49. Виппер А.Б. и др. - Нефтехимия, 1972, т. 12, №3, с. 419-423.

50. Виппер А.Б., Бауман В.Н., Лашхи В.Л. - Нефтеперераб. и нефтехим., 1974, №9, с. 14-16.

51. Виппер А.Б. и др. - Хим. и технол. топл. и мас., 1975, №4, с. 43-46.

52. Виппер А.Б. и др. - Нефтехимия, 1975, т. 15, №6, с. 921-927.

53. Forbes E.S., Groszek A.I., Neustadter E.L. - J. Coll. Interface Sci., 1970, vol. 33, №4, p. 629.

54. Виппер А.Б. и др. - Нефтехимия, 1971, т. 11, №3, с. 474-477.

55. Виппер А.Б. и др. - Хим. и технол. топл. и мас., 1971, №6, с. 47-50.

56. Виппер А.Б., Тарасов В.А. - ЖПХ, 1970, т. 43, с. 1636-1638.

57. Виппер А.Б., Тарасов В.А. - Нефтеперераб. и нефтехим., 1971, №3, с. 25-27.

58. Pat. 786 167 G B, IC C10 m. Improvements in or relating to the preparation of basic oil-soluble polyvalent metal salts of organic acids and solutions of said basic salts in oils, and the resulting salts / G. Ellis, J. Hartley, J.C. Moseley (GB); Shell Research Limited (GB). - No. 27853/54; Appl. 27.09.54; Publ. 13.11.57.

59. Pat. 2 097 417 A G B, IC C10 m 1/20. Preparation of highly basic alcaline earth metal salts of organic acids and oil compositions containing them / C.D. Mantinus Beverwijk, J.A. Ralt Waterhoff, G. de Lind van Mijngaarden (Netherlands); Shell International Research Maatschappij B.V. - No. 81131 08; Appl. 28.04.81; Publ. 3.11.82.

60. Суховерхов В.Д., Главати О.Л. и др. Изучение процесса получения многоосновного алкилсалицилата кальция - присадки МАСК. - в кн: Производство моющих и противоизносных присадок / Киев, апрель 1972 / Мат. Всесоюзного совещания. - Киев: Наукова Думка, 1972. Кн. 1, с. 139-143.

61. Фиалковский Р.В. Исследование процесса карбонатации в производстве высокощелочных детергентно-диспергирующих присадок к моторным маслам. - Дис. канд. техн. наук. Киев: ВНИИПКнефтехим 1978. 237 с.

62. Дмитриева Н.А., Краснянская Г.Г., Монастырский Б.Н. Синтез солей алкилсалициловых кислот и изучение их свойств как присадок к смазочным маслам. - в кн.: Присадки к маслам. - изд. «Химия» Москва, 1966, с. 115-121.

63. Н.Н. Лебедев «Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза» 3-е изд., перераб. - Москва: «Химия», 1981, 608 с., ил.

64. Краткий справочник по свойствам смазочных материалов и топлив - Корпорация Лубризол, 1993, 168 с.

65. Технологический регламент на проектирование промышленной установки по производству алкилсалицилатной присадки МАСК мощностью 40 тыс. т/год для предприятия Г-4486 г. Новополоцк, 1978 г.

66. «Химические товары», Справочник, Том 2, Госхимиздат, 1959, 1295 с.

67. Краткая химическая энциклопедия, Том 3, Москва: «Советская энциклопедия», 1964, 1112 с.

68. Технологический регламент на производство присадки «Днепрол» (типа А-9250) мощностью 25 тыс. т/год для предприятия «Кременчугский НПЗ», 1993 г.

69. Лашхи В.Л., Фукс И.Г. Коллоидная стабильность композиций присадок в смазочных маслах. - М.: ЦНИИТЭнефтехим. - 1988. - с. 73. / Переработка нефти: Тем. обзор/.

70. Bacovsky M. Ropa a Uhlie. - 1986. V. 28. - №1. - p. 51-59.

71. Inonc K., Watanabe H. ASLE Trans. - 198³. - V. 26. - №2. - p 189-199.

72. Виноградова И.Э. Противоизносные присадки к маслам. - М.: Химия. - 1972. - с. 272.

73. Кудрявцева Н.А., Фуфаев А.А., Борщевский С.Б. Химия и технология топлив и масел. - 1980. - №1., с. 45-46.

74. Шор Г.И. и др. Химия и технология топлив и масел. - 1979. - №9. - с. 50-52.

75. Липатников В.Е., Казаков К.М. Физическая и коллоидная химия. - М. Высшая школа. - 1975. - с. 110-116.

76. Пасынский А.Т. Коллоидная химия. - М. Высшая школа. - 1968. - с. 91-103.

77. Главати О.Л., Фиалковский Р.В. и др. Совершенствование производства высокощелочных сульфонатов. - в кн. Производство моющих и противоизносных присадок / Киев, апрель 1972 / Мат. Всесоюзного совещания. - Киев: Наукова Думка, 1972. Кн. 1, с. 54-76.

78. К. Райхардт «Растворители и эффекты среды в органической химии», Москва, «Мир», 1991, 763 с, ил.

79. Исследование возможности получения детергентных присадок к маслам из рапсового масла / Главати О.Л., Кравчук Г.Г., Главати Л.О. // Катализ и нефтехимия, №3, 1997.

80. Каджев В.И., Горбунов Г.В., Гончарова Н.В., Исаенко Ю.К. - Химия и технология топлив и масел, 1978, №6, с. 14-15.

81. Охрана труда в химической промышленности / Г.В. Макаров, А.Я. Васин и др. - М.: Химия, 1989. - 496 с.

82. Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - М.: Химия, 1976, 1977.

83. Пожароопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник / Под ред. А.Н. Баратова и др.: Книга 1. - М.: Химия, 1990. - 496 с.; Кн. 2. - 384 с.

84. Основи охорони праці / Жидецкий В.Ц. - Львів, 2000 р.

85. Иванов Б.И. Пожарная безопасность в химических лабораториях. - М.: Химия, 1988. - 112 с.

86. Сорокин Ю.Г., Сибилёв М.С. Охрана труда в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1985. - 384 с.

87. Захаров Л.Н. Техника безопасности в химических лабораториях. - Л.: Химия, 1985. - 184 с.

Размещено на Allbest.ru