Лабораторная работа № 5 Определение йодных чисел и содержания непредельных углеводородов по гост 2070-82

Цель работы: Определить йодное число и содержание непредельных углеводородов в топливе.

Теоретические сведения

Система контроля качества топлива при помощи различных методов позволяет судить о пригодности топлива к применению. Товарные реактивные топлива, представляющие собой преимущественно продукты прямой перегонки нефти, состоят в основном из насыщенных углеводородов, которые весьма стабильны. Продолжительность их хранения без заметного изменения качества должна измеряться годами. Однако в топливе при хранении под влиянием молекулярного кислорода воздуха могут протекать процессы, связанные с образованием смол.

Окисляемость топлива в условиях хранения в основном зависит от его химического состава, а также от метода получения, очистки и условий хранения. Связь между химическим составом топлива и его стабильностью (способностью сохранять свои свойства в условиях хранения и эксплуатации) еще не достаточно хорошо изучена.

Известно, что основной причиной малой стабильности является наличие в топливе непредельных соединений. Исследованием окисления топлив типа керосина в условиях тем­ператур окружающего воздуха было установлено, что топлива T-I и ТС-1, полученные прямой перегонкой, окисляются с большим трудом и продукты окисления накапливаются в них очень медленно.

В топливах, полученных путем термического, крекинга, продукты окисления накапливаются быстро. Это объясняется тем, что продукты термического крекинга содержат значительное количество малостабильных непредельных углеводородов. Окисление непредельных углеводородов протекает, в первую очередь, по С—Н связи с образованием гидроперекисей (соединений типа R—О—О—Н и R—О—О—R). Например:

СН₂ = СН — СН₂ — СН₂ — R — СН, = СН — СН — ОН₂ — R

I

ООН

При нормальной температуре окружающей среды распад гидроперекисей сопровождается образованием сложной смеси продуктов окисления (спиртов, альдегидов, кислот и т. д.), которые подвергаются дальнейшим превращениям, приводящим к образованию смолистых веществ.

Применение нефтепродуктов с большим содержанием смол приводит к образованию смолистых отложений во впускных патрубках и клапанах карбюраторных двигателей, закоксовыванию форсунок двигателей и к другим неполадкам. Образующиеся в процессе автоокисления перекиси снижают детонационную стойкость бензинов, а появление органических кислот обусловливает склонность таких нефтепродуктов вызывать сильную коррозию топливных систем баков и тары.

Так как смолообразование топлив вызывается в основном наличием в них непредельных углеводородов, то стабильность нефтепродуктов может характеризоваться относительным их содержанием.

В существующих технических условиях содержание малостабильных непредельных углеводородов в авиационных топливах ограничено до 2—3%.

Для количественного определения непредельности нефтепродуктов применяют способ йодных чисел, который основан на способности непредельных углеводородов легко присоединять атомы галогенов. Например, реакция идет по уравнению:

СН₂ = СН₂ + J₂ —> CH₂J — CH₂J

J₂+2 Na₂S₂0₃ = 2 NaJ +Na₂S₂O₆

Метод определения йодного числа заключается в воздействии на испытуемое топливо растворам йода в этиловом спирте и нахождении титрованием тиосульфатом натрия количества поглощенного йода. Йодное число выражается в граммах йода, присоединившихся к 100 г нефтепродукта. Содержание непредельных углеводородов определяют по величине йодного числа и по среднему молекулярному весу испытуемого топлива.

Аппаратура, реактивы и растворы

1. Стаканчик для взвешивания (бюксы) внешним диаметром 10 мм, высотой 15 мм, с притертой пробкой.

2. Капельницы с притертой пробкой

3. Пипетки

4. Колбы вместимостью 250, 500 см³.

5. Цилиндры

6. Бюретки

7. Спирт этиловый ректификованный

8. Калий йодистый 20%-ный раствор.

9. Йод металлический

10.Натрий серноватистокислый (тиосульфат натрия), раствор 0,1 моль/дм³ (0,1 н)

11.Крахмал растворимый 0,5%-ный водный

12. Кислота серная,раствор 1 : 3

13. Вода дистиллированная

14. Калий двухромовокислый (бихромат калия)

Подготовка к испытанию

1. Нефтепродукт, содержащий влагу, фильтруют или высушивают осушающим веществом.

2. Приготовление спиртового раствора йода: 20,0 г металлического йода растворяют в 1000 см³ этилового спирта.

3. Определение фактора раствора тиосульфата натрия

В конической колбе вместимостью 250 см³ взвешивают от 0,08 до 0,10 г перекристаллизованного бихромата калия с погрешностью не более 0,0002 г. Добавляют 80 см³ дистиллированной воды до растворения и быстро добавляют еще 10 см³ 20%-ного раствора йодистого калия и 5 см³ разбавленной серной кислоты. Закрывают колбу, хорошо встряхивают и ставят в темное место на 5 мин.

Пробку и стенки колбы промывают водой и титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Фактор раствора тиосульфата натрия вычисляют по формуле

где m— масса бихромата калия, г;

0,0049037 — количество бихромата _ калия, эквивалентное 1 см³ раствора точно 0,1 моль/дм⁸ (0,1 н) тиосульфата натрия

V— объем тиосульфата, израсходованный на титрование, см³

Фактор раствора тиосульфата натрия проверяют не менее од­ного раза в месяц.

Проведение испытания

Взвешивают в стаканчиках необходимое количество неф­тепродукта с погрешностью не более 0,0004 г в зависимости от предполагаемого йодного числа.

Для взятия массы нефтепродукта при помощи капельницы его наливают в капельницу и взвешивают. В коническую колбу наливают 15 см³ этилового спирта и из капельницы отсчитывают 13—15 капель нефтепродукта. Капельницу снова взвешивают и по разности определяют массу нефтепродукта.

Из бюретки добавляют 25 см³ спиртового раствора йода, плотно закрывают колбу пробкой, предварительно смоченной раствором йодистого калия, осторожно встряхивают колбу. Прибавляют 150 см³ дистиллированной воды, быстро закрывают колбу пробкой, содержимое колбы встряхивают в течение 5 мин и оставляют в темноте еще на 5 мин. Обмывают пробку и стенки колбы небольшим количеством дистиллированной воды. Добавляют 20—25 см³ раствора йодистого калия и титруют раствором тиосульфата натрия. Когда жидкость в колбе примет светло-желтый цвет, прибавляют от 1 до 2 см³ раствора, крахмала и продолжает титровать до исчезновения синевато-фиолетового окрашивания.

Для вычисления йодного числа проводят контрольный опыт без нефтепродукта.

Обработка результатов

Йодное число (X) испытуемого нефтепродукта, г йода на 100 г нефтепродукта, вычисляют по формуле

где V — объем раствора тиосульфата натрия 0,1 моль/дм³, израсходованный на титрование в контрольном опыте, см³;

V₁ — объем раствора тиосульфата: натрия .0,1 моль/дм³, израсходованный на титрование испытуемого нефтепродукта, см³

F— фактор раствора тиосульфата натрия 0,1 моль/дм³;

0,01269—количество йода эквивалентное 1 см³ раствора тиосульфата натрия точно 0,1 моль/дм³, г;

m— масса испытуемого нефтепродукта, г.

За результат определения йодного числа испытуемого нефтепродукта принимают среднее арифметическое значение двух последовательных определений, округляя его до первого десятичного знака.

Массовую долю непредельных углеводородов -(X₁) в нефтепродукте вычисляют по формуле

где-X — йодное число нефтепродукта, г йода на 100 г нефтепродукта;

М - средняя молекулярная масса непредельных углеводородов нефтепродукта;

254— молекулярная масса йода

Зависимость молекулярной массы непредельных углеводородов от температуры выкипания 50 %-ной фракция (по объему

Таблица 5

Температура выкипания 50%-него отгона фракций, ^0С	Молекулярная масса непредельных углеводородов	Температура выкипания 50%-ного отгона фракций, ^0С	Молекулярная масса непредельных углеводородов
50	77	175	144
75	87	200	161
100	99	225	130
12.5	113	250	200
150	128	260	208

Контрольные вопросы

1.Почему недопустимо наличие непредельных углеводородов в нефтепродуктах?

2. Чем обусловлено появление смолистых отложений на деталях двигателя"

3. Что вызывает коррозию топливных систем?

4. Чем можно охарактеризовать стабильность нефтепродуктов?

5. Какой способ применяется для определения непредельности углеводородов?

6. В чём заключается метод йодного числа'?

7. Как рассчитывается йодное число топлива⁰

8. Рассчитать содержание непредельных углеводородов в топливе TC-1 если его йодное число равно 0,52.