ТОПЛИВО
ТОПЛИВО, горючее вещество, выделяющее при сжигании значительное количество тепла. Однако не все горючие вещества используются как топливо, а лишь те, к-рые имеют широкое распространение в природе и при горении не выделяют вредных веществ.
Классификация. По физ. состоянию различают Т. твёрдое, жидкое и газообразное, а по происхождению - естественное и искусственное (табл. 1).
В с. х-ве применяют все виды Т., но значение их неодинаково. Наиболее важным является искусственное жидкое Т. (бензин, лигроин, керосин, дизельное и моторное Т.), необходимое для тракторов, автомобилей, самоходных комбайнов, нефтянок и т. п. Естественное твёрдое Т. применяют для бытовых нужд, для сжигания в топках, паросиловых установках, газогенераторах. Каменный уголь, кроме того, расходуется в кузницах. Искусственное твёрдое Т. пока применяется сравнительно мало. Из газообразных топлив в с. х-ве находит применение газ, получаемый в стационарных и передвижных автотракторных генераторах, употребляемый в двигателях внутреннего сгорания вместо жидкого топлива.
Табл. 1. Физическое состояние топлива
Состав топлива (табл. 2). Любое Т. состоит из органической массы и неорганической части (балласта). Горючую массу образуют углеродистые вещества, состоящие из сложных соединений углерода С, водорода Н, серы S, кислорода О, азота N. Негорючая часть твёрдого и жидкого Т. состоит из минеральных соединений, дающих при сжигании топлива золу А и воду W, а негорючая часть газообразного Т. - из негорючих газов, углекислого газа СО2, паров воды Н2О, сернистого газа SО2, азота N2. Ценность Т. зависит от количества содержащегося в нём углерода и водорода, к-рые при сгорании, т. е. при соединении с кислородом воздуха, выделяют большое количество тепла и не образуют вредных продуктов. Так, при сгорании 1 кг углерода выделяется 8140 ккал тепла, а при сгорании 1 кг водорода до 34000 ккал тепла. Сера, сгорающая со сравнительно небольшим выделением тепла (до 2500 ккал/кг) и образующая после сгорания кислоты, является нежелательной составной частью Т., так как продукты её сгорания корродирующе действуют на металл. Кислород и азот Т. не выделяют тепла и поэтому представляют собой внутренний балласт.
Табл. 2. Средний состав горючей массы наиболее распространённых топлив
Количество воды, содержащейся в Т., не постоянно, оно зависит от способа добычи и хранения Т. Рабочим состоянием Т. считается такое, в каком Т. доставляется потребителю. Содержащаяся в твёрдом Т. влага состоит из внешней и внутренней. Внешняя влага находится на поверхности Т. и удаляется при высушивании его на воздухе. Внутренняя - гигроскопическая, или лабораторная, влага находится в порах Т. и удаляется при 102 - 105°. Содержание минеральных соединений колеблется в широких пределах - от десятых долей % (для нефти, древесины) до нескольких десятков % (бурые угли, горючие сланцы). Негорючая часть Т. не только понижает количество выделяемого при горении тепла, но часто затрудняет использование топлива.
Твёрдое топливо. Наиболее распространёнными показателями, определяющими качество Т., служат влажность, количество золы, теплотворная способность, количество и качество летучих веществ и кокса.
Влажность. Наличие в Т. влаги понижает его ценность т. к. уменьшает количество горючей массы и, кроме того, часть развиваемого Т. тепла расходуется на испарение воды. При подсушивании Т. легче всего удаляется вода, находящаяся на его поверхности (внешняя влага). Чтобы определить количество содержащейся в Т. внешней влаги, навеску Т. высушивают при комнатной темп-ре и по убыли веса находят содержание воды. Количество внешней влаги обозначают WBH. Содержание внутренней (гигроскопической) влаги определяют высушиванием навески Т. до постоянного веса при 105°. Гигроскопическую влагу обозначают Wгигр. Сумма внешней и гигроскопической влаги даёт содержание влаги в рабочей массе Т., обозначаемой Wpaб. Рабочая влажность Т. обычно приводится в абсолютных величинах. Под абсолютной" влажностью Т. понимают процентное отношение содержащейся в Т. влаги к весу абсолютно сухого топлива:
где G1 - вес образца Т. в его рабочем состоянии; G2 - вес того же образца, доведённого до постоянного веса при 105°. Относительная влажности - процентное отношение содержащейся в Т. влаги, отнесённое к весу сырого Т., т. е.
Зола - твёрдый минеральный остаток, получающийся при сжигании Т., вследствие содержания в нём различных минеральных веществ (см. Зола). Для определения золы навеску Т. сжигают при 700 - 800° и количество полученной золы находят взвешиванием. Большое значение при сжигании твёрдого Т. в топках и генераторах имеет темп-pa плавления золы. Зола, плавящаяся при темп-pax ниже 1200°, считается легкоплавкой, а плавящаяся выше 1600° тугоплавкой. При низкой темп-ре плавления золы образуется шлак, заливающий колосниковую решётку, что нарушает нормальный процесс горения.
Теплотворная способность - количество тепла (в больших калориях), выделяемое при полном сгорании 1 кг твёрдого или жидкого Т. или 1 м3 газообразного. Теплотворную способность обозначают Q ккал/кг (для твёрдого и жидкого) или Q ккал м3 (для газообразного). Для определения теплотворной способности навеску Т. сжигают в спец. приборе - калориметрической бомбе, погружённой в воду, причём все развиваемое Т. тепло поглощается водой и точно измеряется. В этих условиях получают высшую теплотворную способность (Qвыc), т. к. вода, содержащаяся в топливе, а также полученная в результате сгорания водорода топлива, находится в капельно-жидком состоянии. На практике получают низшую теплотворную способность (Qниз), потому что темп-pa выхлопных или дымовых газов выше 100° и вода превращается в пар. На превращение воды в пар затрачивается тепло, к-рое равно скрытой теплоте парообразования, умноженной на количество воды, получившейся в результате сгорания топлива. Таким образом Qниз=Qвыс-600q. Если нет возможности определить тепло, творную способность опытным путём, то её можно подсчитать по элементарному составу, пользуясь наиболее распространённой формулой Менделеева:
где С, Н, Q, S и W - содержание в Т. углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в процентах.
Летучие вещества и кокс. Летучими веществами называют газообразные и парообразные продукты, выделяющиеся при нагревании Т. до 840° без доступа воздуха. После удаления летучих веществ получается твёрдый остаток - кокс, внешний вид и физ. свойства к-рого служат указаниями для определения марки каменного угля.
Виды твёрдого топлива. Дрова обладают след. преимуществами перед др. видами твёрдых Т.: лёгкостью получения в лесистых р-нах. лёгкой воспламеняемостью, отсутствием военных продуктов горения, небольшим количеством золы. Однако качество дров в первую очередь зависит от содержания влаги, к-рое в дровах свежей рубки достигает 55 - 60%. Дрова, содержащие не больше 25 % влаги, считают сухими; с влажностью 25 - 35 % полусухими; выше 35 % сырыми Количество золы составляет ок. 1%. Теплотворная способность дров различных пород при пересчёте на органическую массу составляет ок. 4800 ккал/кг, а низшая теплотворная способность рабочей массы для полусухих дров ок. 3000 ккал/кг. Кубический метр дров твёрдых пород (дуба, берёзы) весит больше 600 кг, а мягких пород (осины, липы) ок. 400 кг (при равной влажности). Если дрова расходовать не по объёму, а по весу, то разница в породах не имеет значения. Качество дров определяют по удельной теплотворной способности, получаемой умножением теплотворной способности на удельный вес дров.
Суррогаты древесины. К этой группе относят различные с.-х. отходы, состав органических масс к-рых близок к древесине, (солома, костра, лузга), а также отходы древесины (корьё, отдубина и пр.). Обычно отходы с. х-ва используются в безлесных областях, их рабочая теплотворная способность составляет в среднем 2500 - 3300 ккал/кг.
Торф (см. Торф) употребляют в виде кирпичей или крошки. Качество торфа как Т. зависит от содержания воды. Обычно используют торф с W=25-30%. Зольность торфа сильно колеблется (от 1 - 4 до 15 - 20 %). Рабочая теплотворная способность в ср. составляет ок. 2700 ккал/кг. Температура плавления золы торфа в большинстве случаев низкая - 900 - 1000°.
Ископаемые угли. Наиболее важным видом твёрдого Т., имеющим громадное значение в развитии народного х-ва, являются ископаемые угли. Различают угли бурые, каменные и антрациты. Бурые угли содержат много балласта - воды и золы (до 50 - 60%), теплотворная способность их составляет в ср. 2800 - 2900 ккал/кг. При высушивании, а также при газификации бурые угли легко рассыпаются и крошатся. Бурые угли в зависимости от размера кусков делят на след. сорта: крупный уголь (БК) - более 50 мм, орех (ВО) - 50 - 20 мм, мелкий (БМ) - меньше 20 мм и рядовой (БР) - от 0 до 50 мм. Каменные угли значительно прочнее бурых; теплотворная способность их выше, в ср. 6 200 ккал/кг; содержание золы 4 - 16%, воды 1 - 12%. Их используют в виде Т., для получения металлургического кокса и в виде сырья в хим. пром-сти: поэтому их классифицируют не по размеру кусков, а по хим. составу.
Существуют различные классификации для углей разных месторождений; примером может служить классификация донецких каменных углей, к-рые подразделяют на след. сорта (марки): 1) длиннопламенные (Д) содержат больше 42% летучих веществ и дают порошкообразный или слипшийся кокс; 2) газовые (Г) с 35 - 44% летучих веществ; кокс спекающийся вспученный, рыхлый; 3) паровично-жирные (ПЖ) с 26 - 35% летучих веществ; кокс спекающийся, сплавленный, плотный; 4) коксовые с 18 - 26% летучих веществ; кокс спекающийся, сплавленный, очень плотный; 5) паровично-спекающийся (ПС) с 12 - 18% летучих веществ; кокс такой же, как у сорта марки ПЖ; 6) тощие (Т) содержат меньше 17% летучих веществ; кокс порошкообразный или слипшийся.
Т. для кузнечных горнов служат каменные угли малосернистые с небольшим содержанием летучих веществ (ок. 20%), с высокой теплотворной способностью 6200 - 6500 ккал/кг и обладающие способностью спекаться. По приведённой классификации для кузнечных горнов м. б. использованы угли марок ГОК, К, ПС. Антрациты имеют более высокую рабочую теплотворную способность, составляющую ок. 7 000 ккал/кг; они содержат 2 - 12% золы и 1 - 7% воды. Антрациты дают порошкообразный кокс; количество летучих веществ невелико, почему они не перерабатываются в химической промышленности. Антрациты широко используют в качестве Т., причём делят на сорта в зависимости от размера кусков. Наиболее распространены след. марки: 1) антрацит плита (АП) размер больше 100 мм; 2) антрацит крупный орех (АК) - размер 25 - 100 мм; 3) антрацит штыб (АШ) - размером от 1 до 3 мм; 4) антрацит рядовой со штыбом (АРШ) размером до 100 мм. Основной недостаток всех ископаемых углей - значительное содержание серы, достигающее 3 - 4%.
Горючие сланцы отличаются высоким содержанием золы (от 30 - 40 до 70 - 75%); количество воды 10 - 25%. Рабочая теплотворная способность 1200 - 1500 ккалкг. Горючие сланцы частично используются в качестве Т., но в основном их подвергают сухой перегонке для получения моторного Т., осветительных масел нек-рых сернистых препаратов. Золу сланцев используют как строительный материал для изготовления кирпичей и цемента.
Брикеты изготовляют из различных Т., легко рассыпающихся, нестойких при хранении или занимающих большой объём, напр. из фрезерного торфа, угольной мелочи, соломы, лузги, костры, и др. отходов с. х-ва, опилок и т. п. Путём брикетирования удаётся получать из этих материалов прочное, водоустойчивое, удобное для перевозки и хранения малообъёмистое Т. Теплотворная способность брикетов зависит от вида и качества употребляемого для их изготовления Т Для скрепления частиц брикетируемого Т. к нему добавляют связующее вещество и в холодном состоянии подвергают сжатию под давлением по 1500 - 2000 кг/см2. Термобрикеты отличаются тем, что связующим веществом служит смола, выделяемая самим Т. С этой целью брикетируемое Т. нагревают до 270 - 300° без доступа воздуха, отчего оно разлагается и выделяет смолу. В нагретом состоянии материал подвергают сравнительно невысокому давлению (ок. 200 кг/см2) и получают прочные и водоустойчивые брикеты.
Пылевидное топливо приготовляют из бурых и каменных углей путём измельчения на спец. мельницах, превращающих их в мельчайшую пыль. Пылевидное Т. даёт возможность действенно использовать низкосортные виды Т. Посредством аппаратов, напоминающих форсунки для жидкого Т., пыль перемешивают с воздухом, и она сгорает и выделяет большое количество тепла.
Древесный уголь и кокс. Эти виды Т. получают нагреванием без доступа воздуха различных Т.; из древесины получают древесный уголь, а из торфа и каменных углей - полукокс и кокс. Полукокс получают при темп-ре ок. 550°, кокс при 1000°, а древесный уголь при 350 - 600°. Теплотворная способность древесного угля вдвое больше, чем древесины, из к-рой получен уголь; для хороших сортов превышает 7000 ккал/кг. Хороший древесный уголь отличается блестящим чёрным цветом, значительной плотностью, издаёт звенящий звук, горит без пламени и дыма и не пачкает рук. Полукокс обладает небольшой прочностью, легко загорается и горит некоптящим пламенем; содержит 12 - 18% летучих веществ; мало гигроскопичен; теплотворная способность зависит от зольности топлива. Кокс отличается от полукокса высокой прочностью, незначительным, содержанием летучих веществ, золы 9 - 13%, влаги в ср. 6%; серы допускается до 2,5%. Теплотворная способность торфяного кокса ок. 7000 ккал/кг, а каменноугольного ок. 8000 ккал/кг. Полукокс используют в котельных и для бытовых нужд, а кокс в литейном производстве и в металлургии. Древесный уголь и торфяной кокс применяют в газогенераторах, кузнечном и литейном производстве. Пользуясь способностью древесного угля поглощать газы, акад. Н. Д. Зелинский предложил применять его во время 1-й мировой войны в противогазах.
Газогенераторное топливо. В применяемых в с. х-ве генераторах (см. Газогенератор) Т. служат древесные чурки и древесный уголь. Помимо этого, м. б. использованы и другие виды Т.: отходы с. х-ва (солома, лузга, костра), торф, ископаемые угли п т. п. Свойства применяемого Т. оказывают большое влияние на качество получаемого силового газа, на радиус действия машины, на мощность, приёмистость и экономичность двигателя. Для хорошей работы газогенератора необходимы однообразные куски Т. Форма чурок м. б. различной, но размеры их для каждого типа генератора д. б. более или менее одинаковые.
Наиболее распространённые размеры чурок след. (первое число показывает площадь поперечного сечения чурки в см2, а второе - её длину в см): для автомобилей ЗИС - 36×7; для тракторов ГБ-5 8 и КТ-12 - 42×7.При пользовании древесными чурками большего размера нарушается нормальный процесс газификации из-за образования сводов и зависания Т. Для углей, торфа и др. видов Т. наиболее целесообразным размером является 25 - 50 мм, причём содержание мелочи не должно превышать 10 - 12%, чтобы избежать нарушения процесса газификации и уноса мелочи вместе с силовым (генераторным) газом. Газогенераторное Т. должно обладать возможно более высокой теплотворной способностью, т. к. с повышением её темп-pa в шахте газогенератора повышается, улучшается состав силового газа, уменьшается удельный расход топлива и увеличивается радиус действия машины. Поэтому желательно применять плотные породы древесины (берёзу, бук, ясень), как обладающие более высокой удельной теплотворной способностью. Хвойные породы требуют более тщательной очистки генераторного газа из-за высокого содержания в них смолистых соединений. На процесс газификации и на качество получаемого газа влияет влажность Т., которая д. б. от 18 до 25%. Т. с большей влажностью требует предварительной подсушки. Имеет значение для работы газогенератора количество и свойства золы. Обычно в генераторах используют Т. с зольностью не выше 7%. Малозольным Т. (1 - 2%) являются чурки и древесный уголь.
Использовать ископаемые угли и отходы с. х-ва трудно, т. к. они содержат много зольных элементов и имеют низкую темп-ру плавления золы, что требует спец. конструкций газогенераторов. Т. не должно также содержать много летучих веществ, к-рые, выделяясь в зоне сухой перегонки, загрязняют генераторный газ различными смолистыми продуктами и органическими кислотами. Обычно битуминозное Т. с большим содержанием летучих веществ, к к-рому относятся древесные чурки, торф, бурый уголь, используются в газогенераторах опрокинутого типа. Небитуминозное Т. - древесный уголь, каменноугольный и торфяной кокс, полукокс, антрацит используют в генераторах с прямым и горизонтальным процессами. Очень вредное действие на качество получаемого газа оказывает содержащаяся в Т. сера, к-рая при сгорании переходит в сернистый газ и вызывает коррозию деталей генератора и двигателя. Помимо рассмотренных свойств Т., на работу газогенератора оказывают влияние и др. свойства, напр. реактивная способность, механическая прочность, спекаемость, гигроскопичность.
Жидкое топливо. Нефть и её переработка. По запасам нефти СССР занимает 1-е место в мире. Нефть - это не только источник для получения различных жидких Т. и смазочных материалов, но также сырьё, из к-рого вырабатывают множество разнообразных продуктов (рис. 1). Нет ни одной отрасли народного хозяйства, к-рая не потребляла бы продуктов переработки нефти. Вследствие этого партия и правительство постоянно уделяют огромное внимание добыче и переработке нефти. За годы советской власти были разведаны огромные новые нефтеносные р-ны, значительно увеличившие нефтяные ресурсы СССР. Изучением нефти занимались выдающиеся русские учёные: Д. И. Менделеев, В. В. Марковников, В. Г. Шухов, В. А. Летний, Н. С. Оглоблин, Н. П. Петров и др. В советское время вопросы развития нефтяной пром-сти разрабатывают различные исследовательские ин-ты. Выдающиеся работы в этой области принадлежат акад. И. М. Губкину, акад. Н. Д. Зелинскому, акад. С. С. Намёткину, акад. С. В. Лебедеву и др. Эти работы не только расширили познания о нефти, но и наметили пути, по к-рым в дальнейшем должна идти нефтяная промышленность.
Pис. 1. Продукты, получаемые при переработке нефти: 1 - прямая перегонка; 2 - крекинг; 3 - бензин; 4 - керосин, газойль; 5 - душистые вещества; 6 - этилен; 7 - газы крекинга пропилен; 8 - бутан; 9 - бутилен; 10 - соляровое масло, мазут; 11 - нафтеновые углеводороды; 12 - этиловый спирт; 13 - уксусная кислота; 14 - синтетический каучук; 15 - фотокиноплёнка; 16 - капрон; 17 - ароматические углеводороды; 18 - хлороформ; 19 - парафин; 20 - духи; 21 - лекарства; 22 - пищевые продукты; 23 - пластмасса; 24 - взрывчатые вещества; 25 - ацетон; 26 - глицерин; 27 - жиры
Нефть - маслянистая жидкость от светло- до темнокоричневого цвета с характерным запахом (уд. в. 0,79 - 0,97). Нефть-сложная смесь различных углеводородов, т. е. соединений, состоящих из углерода и водорода. Нефти различных месторождений очень близки по своему хим. составу (84 - 87% углерода, 12 - 14% водорода, 0 - 3% сернистых, кислородных и азотистых соединений). В зависимости от строения углеводородов, входящих в состав нефти, физ. и хим. свойства её различны. Теплотворная способность сырой нефти ок. 10000 ккал/кг. Обычными спутниками нефти являются нефтяной газ и буровая вода. Нефтяной газ растворён в нефти, но при добыче её выделяется (испаряется), захватывая при этом частицы содержащегося в нефти легчайшего, т. н. "газового" бензина, являющегося прекрасным пусковым бензином для авиационных двигателей, а также хорошим растворителем каучука, красок и т. п. Поэтому при добыче нефти принимают меры для улавливания газового бензина. Сырую нефть в качестве Т. не применяют, а подвергают переработке, получая при этом большое число различных продуктов, используемых в качестве Т., смазочных материалов (см.), а также являющихся сырьём для многих отраслей хим. пром-сти. Первый в мире завод по перегонке нефти был сооружён в 1823 на Кавказе в г. Моздоке крепостными крестьянами братьями Дубиниными, чтобы, как они говорили, "очищать чёрную натуральную нефть в белую", т. е. получать керосин. Примерно через 50 лет после постройки 1-го завода начинается бурное развитие нефтеперерабатывающей промышленности.
При переработке нефти получают след. виды Т.: 1) для карбюраторных двигателей - бензин, лигроин, керосин; 2) для быстроходных дизельных двигателей - газойле-соляровые фракции; 3) моторное Т., для дизелей средней и малой оборотности и для калоризаторных двигателей - нефтянок; 4) котельное Т. - мазуты и др. тяжёлые продукты переработки нефти. Содержание лёгких фракций, используемых как Т. для двигателей внутреннего сгорания в нефтях различных месторождений, колеблется в широких пределах, от неск. процентов до 50 - 60%. В ср. считают, что перегонкой из нефти получают ок. 20% светлых продуктов. Перегонка нефти осуществляется в кубах путём постепенного нагревания её л последующей конденсации и охлаждения выделяющихся паров, причём получаются продукты, различные по темп-ре кипения, удельному весу и другими физ. свойствами. Так как при этом трудно добиться чёткого разделения отдельных погонов, их подвергают вторичной перегонке, получая после очистки товарные продукты, отвечающие требованиям ГОСТ. Более чёткое разделение погонов достигают в трубчатых установках, работающих по принципу однократного испарения. В этих установках нефть, нагретая в трубчатой печи до 34 0-360°, поступает в спец. колонны (ректификационные), в к-рых разделяется на 2 части: жидкую - мазут, к-рый опускается вниз, и парообразную, представляющую смесь паров Т., к-рая поднимается в верх колонны через особые тарелки, постепенно охлаждается и конденсируется на них. Сначала отбирают более тяжёлые топливные части газойль, а затем более лёгкие; бензин отбирают в самой верхней части колонны. Трубчатые установки перед кубовыми имеют ряд преимуществ: получают продукты более однородного состава; процесс разделения фракций происходит при более низких темп-pax; производительность значительно выше и т. п.
Сильно увеличившаяся потребность в Т. для двигателей внутреннего сгорания побудила изыскивать пути для повышения выхода Т. из нефти. Крупным русским инженером В. Г. Шуховым в конце прошлого столетия был найден способ дробной перегонки нефти с разложением, называемый теперь крекинг-процесс. Термическая переработка не только значительно увеличивает топливные ресурсы, но и позволяет получить Т. с более высокими антидетонационными свойствами. Широкое пром. развитие эти способы получили с 30-х годов текущего столетия. Сущность крекинг-процесса заключается в том, что под действием высоких темп-р (150 - 550°) и при давлении до70 атм., а иногда и при наличии спец. катализаторов, тяжёлые и более сложные по составу части нефти (соляровое масло, мазут) подвергают разложению, т. е. превращают в более лёгкие и более простые по составу частицы. При крекинг-процессе главное получают бензин, иногда лигроин и керосин, побочными продуктами являются крекинговый газ, а также тяжёлые крекинг-остатки, используемые как котельное Т., и в небольшом количестве кокс. Качество и количество получаемых продуктов зависит от крекируемого материала и от условий ведения процесса. Большие достижения в развитии крекинг-процесса были получены акад. Н. Д. Зелинским, к-рый разработал метод каталитического крекинга, т. е. получение бензина из отходов нефти с помощью катализатора- хлористого алюминия.
Очистка светлых нефтепродуктов. Получаемые из нефти светлые нефтепродукты (бензин, керосин и др.) подвергают очистке для удаления смолистых и асфальтовых веществ, органических кислот сернистых и др. вредных соединений, ухудшающих эксплуатационные свойства Т. Кроме того, многие Т., гл. обр. крекинг-продукты, являются нестабильными и изменяют свойства при хранении и транспортировке. Чтобы замедлить процесс окисления (улучшить стойкость), к Т. добавляют незначительные количества (сотые доли %) спец. антиокислителей (ингибиторов) - альфа-нафтол или спец. фракцию берёзовой смолы, богатую фенолами, отгоняемую при 260 - 290°. Очистку Т. производят небольшим количеством серной кислоты с последующей нейтрализацией щёлочью и промывкой водой. Для крекинг-топлив, богатых непредельными соединениями, легко вступающими в реакцию с серной кислотой, применяют др. способы очистки, напр. очистку отбеливающими землями, к-рые имеют сильно пористую поверхность. Эти земли поглощают (адсорбируют) различные высокомолекулярные соединения (смолистые вещества, органические кислоты и т. п.). Т., получаемые из сернистых нефтей, обрабатывают хлористыми металлами для удаления смолистых веществ и активных сернистых соединений.
Основные свойства жидких топлив. Используемое в с. х-ве Т. для автомобильных, комбайновых, тракторных и стационарных двигателей внутреннего сгорания м. б. разделено на 2 основные группы: Т. для карбюраторных двигателей, работающих с зажиганием от искры, и Т. для дизельных двигателей, работающих с воспламенением от сжатия.
Топливо для карбюраторных двигателей. В зависимости от конструкции двигателя и условий его работы Т. должно обладать рядом свойств, обеспечивающих правильное образование рабочей смеси, нормальное течение рабочего процесса в двигателе, полное сгорание Т., необходимую мощность и экономичность двигателя и т. п. Наиболее важные свойства Т. следующие.
Рис. 2. Прибор для определения фракционного состава: 1 - колба с исследуемым топливом; 2 - термометр; 3 - холодильник; 4 - приёмник
Фракционный состав характеризует способность Т. переходить из жидкого состояния в парообразное. Нефтепродукты и, в частности, бензин, лигроин, керосин представляют смеси углеводородов, имеющих различные темп-ры испарения. Испаряемость на аппарате (рис. 2) определяют так: нагревают 100 мл испытуемого Т. и регистрируют количество испарившегося при определённой темп-ре Т., собранного в приёмнике. Нанося данные наблюдения на график, получают кривую разгонки, на к-рой наиболее характерными являются: темп-ра начала кипения Т. и темп-ры выкипания 10%, 50%, 90% и 98% общего количества Т. (рис. 3). Нижняя часть кривой - ст начала кипения до выкипания 10% - характеризует наличие лёгких пусковых или т. н. "головных" фракций Т., которые определяют его пусковые свойства и склонность к образованию газовых пробок в топливопроводах. Для обеспечения лёгкого запуска двигателя 10% топлива должны выкипать не выше 80°. Если темп-ра выкипания значительно выше, то для использования такого Т. его приходится подогревать, а для запуска холодного двигателя пользоваться более лёгким (пусковым) топливом.
Рис. 3. Кривые разгонки карбюраторных топлив: 1 - бензин; 2 - лигроин; 3 - керосин тракторный
Средняя часть кривой - от 10 до 90% представляет основную массу Т. - его рабочие фракции. От их испарения зависит образование горючей смеси, время, необходимое для перевода двигателя с холостого хода на нагрузку, приёмистость и устойчивость работы двигателя (ГОСТ нормируется темп-pa выкипания 50% топлива). Верхняя часть кривой относится к наиболее тяжёлым, трудно испаряющимся "хвостовым" частям Т. Наличие их вызывает неравномерное распределение горючей смеси по цилиндрам двигателя, а также сильное разжижение картерного масла конденсатом Т. Последняя - 98%-ная точка показывает конец кипения; чем выше эта точка, тем хуже Т., тем больше конденсируется и не сгорает топлива, больше накапливается смолистых соединений, получается нагара. Чем легче испаряется Т., тем большее давление оно оказывает на стенки всасывающего коллектора цилиндра, тем большей упругостью паров оно обладает. Упругость паров определяют так: испытуемое Т. помещают в закрытый сосуд (рис. 4), нагревают до 39° и измеряют манометром давление (в мм ртутного столба) образующихся паров. При повышенной упругости паров уменьшается наполнение цилиндра, отчего рабочая смесь становится более бедной, двигатель перегревается и не развивает полной мощности; кроме того, может нарушиться подача рабочей смеси вследствие образования газовых пробок в топливопроводе. Упругость паров автомобильных бензинов д. б. не выше 500 мм ртутного столба.
Скрытая теплота испарения характеризует количество тепла, необходимого для перехода жидкости, нагретой до темп-ры кипения, в парообразное состояние. Так как при испарении Т. затрачивается нек-рое количество тепла, то это влияет на процесс образования рабочей смеси. Вследствие испарения темп-pa в карбюраторе и во всасывающей системе может настолько понизиться, что содержащиеся в воздухе пары воды превратятся в лёд, закупоривающий отверстия в жиклёре и др. частях карбюратора.
Рис. 4. Прибор для определения упругости паров: 1 - бензиновая камера; 2 - воздушная камера; 3 - соединительная трубка; 4 - манометр
Октановое число определяет способность Т. для карбюраторных двигателей противостоять детонации, при к-рой сгорание рабочей смеси происходит с чрезвычайно высокой скоростью (ок. 1500 - 2000 м/сек). При детонации происходит неправильное сгорание рабочей смеси в цилиндре, сопровождаемое неустойчивой работой, падением мощности двигателя, металлическим стуком, наличием чёрного выхлопа, перегревом и повышенным износом двигателя. Детонационное сгорание отличается от нормального не только скоростью распространения фронта пламени, но и характером протекания самого процесса. Советскими учёными акад. Н. Н. Семёновым, Соколиком, Е. И. Забрянским и др. много сделано для изучения этого очень сложного процесса. Согласно распространённой теории окисления Баха-Энглера, возникновение детонации объясняется образованием в Т. очень нестойких, легко взрывающихся веществ, называемых перекисями (пероксидами). Распад нестойких веществ в последней фазе сгорания топлива и вызывает детонацию. Чем благоприятнее условия для их образования, тем раньше нормальное горение переходит в детонационное, тем большее количество смеси детонирует и тем сильнее проявляется детонация. Антидетонационную стойкость топлива - октановое число определяют на одноцилиндровом двигателе, степень сжатия к-рого можно изменять. Для определения октанового числа на двигателе сгорание испытуемого Т. сравнивают со смесью двух эталонных углеводородов, из к-рых один - изооктан - обладает высокими антидетонационными свойствами, а другой - гептан - низкими. Октановое число изооктана принимают равным 100, а гептана равным 0. Процентное содержание изооктана в смеси эталонных Т., равноценное по антидетонационным свойствам испытуемому Т., обозначает его октановое число. Схематично определение октанового числа показано на рис. 5. Чем больше октановое число, тем выше антидетонационные свойства топлива.
Для уменьшения склонности Т. к детонации к ним добавляют вещества, называемые антидетонаторами. Наиболее распространённым антидетонатором является тетраэтил-свинец [Рb(С2Н5)4], сокращённо обозначаемый ТЭС. Те