О.Я.Кузнєцова, Ж.М.Нетреба,
А.М.Соловйов
Київський Національний авіаційний
університет
Дослідження
структурно-групового складу відібраних
під вакуумом фракцій зразків товарних авіаційних гідравлічних рідин АМГ-10 та FH-51
Застосування
будь-яких продуктів має на меті збереження з часом їхньої придатності. Слушно
постає питання: «Що мається на увазі під збереженням придатності з часом»?
Трошки пофілософствуємо. Коли йдеться, наприклад, про продукти харчування або
побуту, ми не вагаючись відповімо на це питання. Коли йдеться про такі
складні суміші органічних сполук, як
гідравлічні рідини, відповідь має декілька аспектів, які визначаються ціллю
застосування. Проте, без сумніву, одним із найважливіших аспектів, можна
назвати такий: збереження з часом, на скільки це можливо, хімічного складу
рідини, який би забезпечував хімічну
стабільність гідравлічної рідини та «опирався» процесам окиснення вуглеводнів,
із яких складається гідравлічна рідина. Автори роботи поставили перед собою
задачу дослідити хімічний склад товарних гідравлічних рідин АМГ-10 та FH-51, які зараз
використовуються в цивільній авіації в Україні, з метою прогнозування змін з
часом у їхньому хімічному складі при застосуванні в гідравлічній системі
літака.
Фракцію гідравлічної рідини АМГ-10, яка викіпає в межах
272–326˚С, і фракцію гідравлічної
рідини FH-51, що відганяється при
температурах
285–354˚С, відібрали методом атмосферно-вакуумної перегонки за ГОСТ
2177-66 при тиску 1 мм рт.ст. У табл. 1 подано результати вакуумної перегонки
цих зразків товарних рідин АМГ-10 та FH-51.
Далі для
детального мас-спектрального аналізу відібраних під вакуумом фракцій проведено
їх розділення на типи структур методом рідинної хроматографії [1].
Таблиця
1
Результати дистиляційної
перегонки зразків товарних гідравлічних рідин
АМГ-10 та FH-51
|
Показники |
Вміст, % мас. |
|
|
Рідина АМГ-10 |
Рідина FH-51 |
|
|
Початок кипіння (ПК), ˚С |
208 |
80 |
|
Фракція: 208
– 272 ˚С
80 – 285 ˚С |
73,3 – |
– 71,6 |
|
Фракція: 272 – 326 ˚С 285 – 354 ˚С |
18,3 – |
– 16,9 |
|
Залишок після дистиляції |
8,4 |
11,0 |
|
Втрати |
0,0 |
0,5 |
Результати рідинно-хроматографічного розділення цих фракцій гідравлічних
рідин наведені в табл. 2.
Таблиця
2
Результати
рідинно-хроматографічного розділення фракцій зразків товарних гідравлічних
рідин АМГ-10 та FH-51
|
Найменування хроматографічних фракцій |
Вміст, % відн. |
|
|
Рідина АМГ-10, фракція |
Рідина FH-51, фракція |
|
|
Гексанова (парафіно-нафтенові вуглеводні) |
98,1 |
77,9 |
|
Бензольна (ароматичні і олефінові вуглеводні) |
0,9 |
5,8 |
|
Смоли (окиснені вуглеводні) |
1,0 |
2,9 |
|
Втрати при розділенні |
– |
13,4 |
|
Вихід відібраних під вакуумом фракцій, % мас. |
18,3 |
16,9 |
Результати, подані в табл. 2 засвідчують, що відібрані під вакуумом фракції
обох гідравлічних рідин в найбільшій кількості містять парафіно-нафтенові
вуглеводні. Загальний вміст усіх типів ароматичних вуглеводнів у фракції рідини
FH-51 практично в 6 разів
більший, ніж у фракції рідини АМГ-10. Далі гексановий та бензольний концентрати
досліджено на мас-спектрометрі LKB-2091 (Швеція) із застосуванням прямого
введення зразків на аналіз у іонне джерело. Реєстрували кілька мас-спектрів у
межах температур 30–250 ˚С, а сумарний спектр
розраховували за методикою [2] для аналізу оливних фракцій нафти. Структурно-груповий
склад гексанових (насичених) концентратів фракцій обох зразків гідравлічних
рідин АМГ-10 і FH-51
наведено в табл.3. Структурно-груповий склад бензольних концентратів фракцій
зразків товарних рідин АМГ-10 і FH-51 наведено в табл. 4.
Результати дослідження структурно-групового складу відібраних під вакуумом
дистилятних фракцій зразків товарних гідравлічних рідин АМГ-10 і FH-51 показують, що ці
фракції обох рідин містять у своєму складі, переважно, парафіно-нафтенові
вуглеводні. При цьому, у гексановому концентраті фракції зразка рідини FH-51 парафінів у 2 рази
менше, ніж у фракції рідини АМГ-10, а нафтенових вуглеводнів на 10,7 % більше,
ніж у фракції АМГ-10. Вміст ароматичних і ненасичених вуглеводнів у гексановому
концентраті фракції рідини FH-51 становить практично в 5 разів більше, ніж у рідині
АМГ-10.
Таблиця 3
Структурно-груповий
склад гексанових концентратів фракцій зразків товарних гідравлічних рідин
АМГ-10 та FH-51
|
Найменування типів вуглеводнів |
Вміст, % відн. |
|
|
Рідина АМГ-10 |
Рідина FH-51 |
|
|
Парафіни |
29,0 |
13,9 |
|
Нафтени, в тому числі: – моно
– – бі –
– три
– –
тетрациклічні |
70,0 27,9 24,6 14,8 2,7 |
80,7 24,5 34,1 18,2 3,9 |
|
Ароматичні *, в тому числі: –
алкілбензоли –
мононафтенбензоли –
дінафтенбензоли –
нафталіни |
1,09 0,77 0,27 0,05 – |
5,4 3,0 1,4 1,0 – |
|
Вміст гексанового концентрата у фракціях, % мас. |
98,1 |
77,9 |
* Ароматичні вуглеводні при хроматографічному
розділенні частково потрапляють і в гексанові фракції.
Натомість, у складі бензольного концентрату фракції рідини FH-51 загальним виходом 5,8
% мас. визначено 97,94 % моноолефінових і 0,69 % діолефінових вуглеводнів, які відсутні у фракції товарного зразка АМГ-10. Наявність ненасичених речовин у
досліджуваній фракції рідини FH-51 є небажаною у зв’язку з їх здатністю полімеризуватися
і окиснюватися, але вони введені до складу рідини в якості депресанта.
Досліджувані
фракції рідин АМГ-10 та FH-51 містять
практично однакову кількість моно- , бі-, три- та тетрациклічних нафтенових
вуглеводнів.
Таблиця 4
Структурно-груповий склад бензольних концентратів
відібраних під вакуумом фракцій зразків товарних гідравлічних рідин
|
Найменування типів
вуглеводнів |
Вміст, % відн. |
|
|
Рідина АМГ-10 |
Рідина FH-51 |
|
|
Моноолефіни |
– |
97,94 |
|
Дієни (діолефіни) |
– |
0,69 |
|
Ароматичні вуглеводні,
в тому числі: – алкілбензоли – мононафтенбензоли – дінафтенбензоли |
– – – – |
1,37 0,69 0,34 0,34 |
|
Загальний вміст бензольного концентрата у других
фракціях, % мас. |
сліди |
5,8 |
Як уже згадувалось, до складу бензольного концентрату відібраної під
вакуумом фракції зразка товарної рідини FH-51 (табл. 4) входить 97,94
% моноолефінових та 0,69 % діолефінових
вуглеводнів. Молекулярно-масовий розподіл моноолефінових вуглеводнів (табл. 5)
свідчить, що вони є продуктом олігомеризації етилену (фракція С12–С14).
Олефіни, очевидно, введені до складу рідини FH-51 як депресант для зменшення
температури застигання оливи з метою підвищення її якості. Діолефінові
вуглеводні в кількості 0,69 % є домішкою при отриманні олігомерів етилену.
У складі ж досліджуваної фракції
рідини АМГ-10 моноолефінові вуглеводні відсутні. Не виділено, також,
концентрату ароматичних і ненасичених сполук (табл. 4).
Дослідженнями
відібраних під вакуумом фракцій встановлено, що у фракції зразка товарної
рідини FH-51 в 2,1 рази менший
вміст ізопарафінових вуглеводнів. Навпаки, вміст нафтенових (на 10,7 %) і
ароматичних (на 4,31 %) вуглеводнів більший, ніж у фракції зразка товарної
рідини АМГ-10. Особливістю рідини FH-51 є наявність в її складі депресанта (олігомери етилена
С12–С14).
Таблиця 5
Молекулярно-масовий
розподіл моноолефінових вуглеводнів у бензольному концентраті фракції зразка
товарної рідини FH-51
|
Молекулярна маса, а.о.м. |
Кількість атомів С в молекулі |
Вміст у фракції |
|
|
% відн. |
% мас. |
||
|
154 |
11 |
1,9 |
0,1 |
|
168 |
12 |
64,3 |
3,65 |
|
182 |
13 |
9,3 |
0,53 |
|
198 |
14 |
17,7 |
1,01 |
|
210 |
15 |
5,4 |
0,31 |
|
224 |
16 |
1,4 |
0,08 |
|
Загальний вміст у фракції 285–354 ˚С, %
мас. |
– |
5,68 |
|
Література:
1. Закупра В.А., Крыгина П.М., Рыбалкин В.М., Танасов И.И. Ускоренная
жидкостная хроматография масел в производстве
сульфонатных присадок // Химия и технология топлив и масел .– 1988. – № 9. –
С.35–38.
2. Полякова А.А. Молекулярный масс-спектральный анализ нефтей. – М.; Недра,
1973. – 184 с.
3. Химия нефти и газа / Под ред. В.А.Проскурякова, А.Е.Драбкина. – «Химия»,
Л., 1989. – 422 с.