CC BY
76УДК 621.899
DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-68-70
Ю.П. ОСАДЧИЙ, д-р техн. наук (osadchiy-y@mail.ru), А.В. МАРКЕЛОВ, канд. техн. наук (aleksandr203.37@mail.ru), Н.Е. ПАХОТИН, инженер (nepahotin@gmail.com), О.А. МАРКЕЛОВА, магистрант (olechka.20.12_1993@mail.ru)
Ивановский государственный политехнический университет (153037, г. Иваново, ул. 8 марта, 20)
Коагуляция продуктов старения моторного масла дорожных и строительных машин
Приведена практическая значимость теоретических и экспериментальных исследований в области ресурсосберегающих технологий при эксплуатации строительной техники. Силовые агрегаты строительной автотракторной техники требуют периодической замены масел, так как в них накапливаются продукты старения в результате протекающих термических и окислительных преобразований. Одним из направлений повышения эффективности эксплуатации автотракторной техники является восстановление свойств моторных масел с целью их повторного использования. Целью исследования при разработке нового способа очистки работающих моторных масел от продуктов старения (смол, асфальтенов карбенов, карбоидов) является создание условия кратковременного воздействия на присадки для ослабления и нейтрализации их диспергирующих свойств, что позволит укрупнить продукты окисления масла и провести его фильтрование. Для этого необходимо подобрать наиболее эффективный, легкодоступный и недорогой коагулянт.
Ключевые слова: отработанные моторные масла, регенерация, коагуляция, дисперсанты.
Для цитирования: Осадчий Ю.П., Маркелов А.В., Пахотин Н.Е., Маркелова О.А. Коагуляция продуктов старения моторного масла дорожных и строительных машин // Строительные материалы. 2018. № 7. С. 68-70. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-68-70.
Yu.P. OSADCHIY, Doctor of Sciences (Engineering) (osadchiy-y@mail.ru), A.V. MARKELOV, Candidate of Sciences (Engineering) (aleksandr203.37@mail.ru), N.E. PAHOTIN, Engineer (nepahotin@gmail.com), O.A. MARKELOVA, Master's Student (olechka.20.12_1993@mail.ru) Ivanovo State Polytechnic University (20, 8 Marta Street, Ivanovo, 153037, Russian Federation)
Coagulation of Aging Products of Motor Oil of Road and Construction Machines
The practical importance of theoretical and experimental research in the field of resource-saving technologies when operating the construction equipment is presented. Power units of the construction motor-and-tractor equipment require periodic replacement of oils, because they accumulate the products of aging, as a result of thermal and oxidative transformations. One of the ways to improve the efficiency of operation of motor-and-tractor equipment engineering is to restore the properties of motor oils for the purpose of their reuse. The purpose of the study when developing a new method for cleaning working motor oils from aging products (resins, asphaltenes, carbenes, carboids) is to create conditions for short-term impact on additives to weaken and neutralize their dispersing properties, which will make it possible to enlarge the products of oil oxidation and filter it. To do this, it is necessary to choose the most effective, easily accessible and inexpensive coagulant.
Keywords: used motor oils, regeneration, coagulation, dispersants.
For citation: Osadchiy Yu.P., Markelov A.V., Pahotin N.E., Markelova O.A. Coagulation of aging products of motor oil of road and construction machines. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 7, pp. 68-70. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-761-7-68-70 (In Russian).
При решении задачи очистки моторного масла, работающего в двигателях дорожных и строительных машин, от продуктов старения необходимо сделать некоторые пояснения по характеру этого процесса.
Для снижения скорости загрязнения деталей двигателя отложениями моторным маслам придают моюще-диспергирующие свойства, обеспечиваемые действием специальных присадок. Под диспергирующей способностью масла, как известно, понимают свойство масла препятствовать слипанию (коагуляции) частиц загрязнений, удерживать их в состоянии устойчивой суспензии [1-4].
Механизм действия присадок основан на создании электрического заряда на частицах загрязнений. Взаимоотталкивание одноименно заряженных частиц препятствует их укрупнению; наиболее эффективно моюще-диспергирующие присадки действуют на частицы 1-5 мкм и более [1-4].
Основные функции дисперсантов [1-4]:
- моющее действие (предотвращение образования отложений на деталях двигателя);
- нейтрализация кислот, образующихся в процессе высокотемпературного окисления масла, взаимодействие с гидроперекисями, являющимися промоторами процессов окисления;
- диспергирование твердых частиц, образующихся при работе двигателя;
- обеспечение дисперсного равновесия в масле. Механизм действия дисперсантов показан на
рис. 1 [1].
В качестве дисперсантов обычно применяют полимеры с полярными группами и сукцинимиды, представ-
о
Дисперсанты Твердые частицы Рис. 1. Образование эмульсии под действием дисперсантов
68
научно-технический и производственный журнал
июль 2018
jVJ ®
Results of scientific research
Рис. 2. Схема лабораторной установки для коагуляции моторных масел: 1 - термостат; 2, 3 - трубопроводы для подачи и отвода теплоносителя; 4 - реактор с рубашкой; 5 - мешалка; 6 - привод; 7- сливной кран
ляющие собой высокощелочные сульфаты металлов BaSO4, CaSO4, MgSO4 [1-4].
Целью исследования при разработке нового способа очистки работающих моторных масел от продуктов старения (смол, асфальтенов карбенов, карбоидов) является создание условия кратковременного воздействия на присадку с целью ослабления и нейтрализации ее пеп-тизационного свойства, не затрагивая активной части присадки.
Подтверждение данному противоречивому факту можно найти только экспериментальным путем.
Обобщая литературные данные [5-10], можно сделать вывод, что коагулянт должен обладать следующими свойствами:
— доступность;
— дешевизна;
— хорошая растворимость в масле;
— извлекаемость избытка коагулянта из масла.
5 v
■ -V ■i^lÖj
■ ' ' ' '' e ' ' * 'ö" . • - * ' CT ' ьШ ° 1
* 0
ё 8 ч 6
т
3" 4 £ 2
0
ш
ЩЧ
КЧ
1
2
3
4
5
6
Рис. 3. Зависимость кислотного и щелочного чисел от типа коагулянта: 1 - отработанное масло без коагулянта; 2 - моноэтаноламин; 3 - водный раствор карбамида; 4 - раствор канифоли; 5 - серная кислота и кальцинированная сода; 6 - моноэтаноламин и изопропинол
Последнее свойство особенно актуально, так как масла, поступающие на регенерацию, имеют разные свойства (разная степень отработанности и разная степень сраба-тываемости моюще-диспергирующей присадки) [5, 7, 8].
В соответствии с целью и задачами исследования использовался оригинальный метод по оценке коагулирующей способности мельчайших частиц загрязнений, находящихся в работающем моторном масле, за счет действия коагулирующего раствора.
На рис. 2 представлена схема лабораторной установки для коагуляции работающих моторных масел.
Масло загружается в реактор с рубашкой 4, в который добавляется коагулянт. Отработанное масло перемешивается с помощью мешалки 5 с частотой вращения лопастей 100—200 мин-1. Температура в реакторе поддерживается с помощью термостата 1. Обработанное масло сливается через сливной кран 7.
На первом этапе были подготовлены пробы масла объемом 100 мл, которые содержали различные виды коагулянтов с концентрацией 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 2 мас. %. Полученные смеси масла с коагулянтом при постоянном перемешивании нагревались до температуры 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100оС в течение 25—30 мин. Затем производился отбор капельной пробы, она наносилась на стекло и рассматривалась эффективность процесса коагуляции с помощью электронного микроскопа.
В настоящее время существует большое количество коагулянтов, которые применяют при переработке нефти и нефтепродуктов, поэтому необходимо определить и обосновать критерии выбора того или иного коагулянта [7—10].
■ " ' \ /
? Ш * *
Рис. 4. Влияние коагуляции на размеры и количество частиц загрязнений: а - отработанное моторное масло без добавления коагулянтов; б - коагулянт моноэтаноламин; в - коагулянт 50% водный раствор карбамида; г - коагулянт раствор №ОН и раствор канифоли в изопропиноле; д - коагулянт последовательное введение Н^О4 и Na2COз; е - раствор моноэтаноламина и изопропинола
J'iyj ®
научно-технический и производственный журнал
июль 2018
69
3
2
1
PI П Pi 1
1 2 3 4 5 6
Тип коагулянта
Рис. 5. Зависимость содержания взвешенных частиц в отработанном моторном масле в зависимости от типа коагулянта: 1 - отработанное масло без коагулянта; 2 - моноэтаноламин; 3 - водный раствор карбамида; 4 - раствор канифоли; 5 - серная кислота и кальцинированная сода; 6 - моноэтаноламин и изопропинол
Коагулянты можно разбить на две группы: водные и органические растворы реагентов.
Были проведены эксперименты с наиболее распространенными и экологически безопасными коагулянтами:
- смесь изопропилового спирта и канифоли;
- моноэтаноламин;
- смесь моноэтаноламин - изопропанол;
- водный раствор карбамида;
- последовательное введение серной кислоты и каустической соды.
На рис. 3 показано влияние коагулянтов на кислотное (КЧ) и щелочное (ЩЧ) числа отработанного моторного масла.
Как видно из диаграммы (рис. 3), достигнута полная нейтрализация органических кислот и разрушение коллоидной системы.
Список литературы
1
2.
6
7.
8.
9.
Однако необходимо отметить, что органические растворы моноэтаноламина (далее МЭА) и кальцинированная сода увеличивают щелочное число моторного масла, что свидетельствует о наличии в нем их избытка.
На рис. 4 представлены микрофотографии, которые показывают влияние коагулянтов на размеры и число взвешенных частиц в отработанном моторном масле.
На основании проведенных экспериментов построена диаграмма (рис. 5), показывающая зависимость содержания взвешенных частиц после коагуляции.
Анализируя микрофотографии на рис. 4 и диаграмму на рис. 5, можно заключить, что наилучшими коагулирующими свойствами обладают реагенты на основе мо-ноэтаноламина 2, раствора канифоли (биокоагулянт) 4, последовательное введение серной кислоты и кальцинированной соды 5.
Выводы
В результате проведенного исследования было показано влияние различных коагулянтов на укрупнение частиц загрязнений отработанных масел. Коагулянт реагирует с моюще-диспергирующей присадкой, разрушает коллоидную систему, состоящую из асфальто-смолистых соединений и соответствующей присадки, а также взаимодействует с нафтеновыми, нафтенопа-рафиновыми и нафтеноароматическими кислотами. Однако вычисление точного количества коагулянта, необходимого для разрушения присадки и нейтрализации кислот, затруднено.
Дальнейшее исследование в данной области будет направлено на изучение кинетики нейтрализации органических кислот и влияние концентрации коагулянта на эффективность разрушения присадок и регенерации отработанного моторного масла.
References
Балтенас Р., Сафонов Ф.С., Ушаков А.И. и др. Моторные масла. М.; СПб.: Альфа-Лаб, 2000. 272 с. Остриков В.В., Нагорнов С.А., Клейменов О.А. и др. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. 304 с. Leslie R. Rudnick. Synthetics, mineral oils, and bio-based lubricants: Chemistry and Technology. Second Edition. CRC Press. 2013. 445 p.
Leslie R. Rudnick. Lubricant additives. Chemistry and applications. 2-nd. ed. CRC Press. 2008. 778 p. Григорьев М.А. Очистка масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1970. 217 с. Постников А.В. Ультрафильтрация отработанных трансмиссионных масел текстильного оборудования // Технология текстильной промышленности. 2013. № 5. С. 126-129.
Маркелов А.В., Маркелова О.А. Способы восстановления свойств работающих моторных масел и продления срока их службы // Информационная среда вуза: Материалы XXlIМеждународной научно-технической конференции. Иваново, 2015. С. 357-362. Бусин И.В. Теоретические аспекты удаления продуктов старения из работающих моторных масел. Materia ly VIII %dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Naukowa mysl informacyjnejpowieki — 2012» Volume 27. Rolnictwo: Przemysl. Nauka i studia. 2012. C. 8-15. Матыцин Г.Д. Восстановление отработанного моторного масла для повторного использования в ДВС // Двигателестроение. 1999. № 3. C. 30-33. 10. Тупотилов Н.Н. Теоретический анализ физико-химического действия карбамида в среде работающего моторного масла // Сборник научных докладов XVI Международной научно-практической конференции. Тамбов, 2011. C. 339-343.
3.
4.
5.
6.
Baltenas R., Safonov F.S., Ushakov A.I. Motomie masla [Engine oils]. Moscow-Saint Peterburg: Alpha Lab. 2000. 272 p.
Ostrikov V.V. Toplivo, smazochnie materiali i zchidkosti [Fuel, lubricants and technical fluids]. Tambov: Publishing house of Tambov state techcal university. 2009. 575 p. Leslie R. Rudnick. Synthetics, mineral oils, and bio-based lubricants: Chemistry and Technology. Second Edition. CRC Press. 2013. 445 p.
Leslie R. Rudnick. Lubricant additives. Chemistry and applications. 2-nd. ed. CRC Press. 2008. 778 p. Grigoriev M.A. Ochistka topliva i masla v dvigateliah vnutrennego sgorania [Oil and fuel clearing in engines internal]. Moscow: Mashinostroenie. 1970. 217 p. Postnikov A.V. Ultrafiltration of the completed transmission oils of the textile equipment. Tehnologia tekstilnoi promishlennosti. 2013. No. 5, pp. 126—129. (In Russian). Markelov A.V., Markelova O.A. Ways of restoration of properties of the working engine oils and extension of term oftheir service. The Information environment ofthe University: Materials XXII of the International scientific and technical conference. Ivanovo. 2015, pp. 357—362. (In Russian). Busin I.V. Theoretical aspects of removing aging products from running motor oils. Materialy VIII ^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Naukowa mysl informacyjnej powieki — 2012» Rolnictwo: Przemysl. Nauka i studia. Volume 27. 2012, pp. 8—15. (In Russian).
9. Matytsin G.D. Restoration of the fulfilled engine oil for uses in Internal combustion engine. Dvigatelestroenie. 1999. No. 3, pp. 30-33.
10. Tupotilov N.N. Theoretical analysis of physicochemical action of carbamide in a working engine oil environment. Collection of scientific reports ofthe 16th International Scientific and Practical Conference. Tambov. 2011, pp. 339-343. (In Russian).
8
4
0
научно-технический и производственный журнал 'Ü^CJM^^ibMiiH "70 июль 2018 ШАГ-^Ш&Г
