Исследование трибологических характеристик консистентных паст, образуемых при поглощении нефтепродуктов цеолитом, модифицированным Катамином-АБ

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 665. 6/. 7
А. А. Амбарцумян (асс.)1, А. М. Галоян (к.х.н., асс.)1, А. Г. Кудрявцев (асс.)1, С. А. Арутюнян (к.х.н., доц., зав. каф.)2, Н. С. Торосян (к.т.н., доц., дир.)3, Г. О. Торосян (д.х.н., проф., зав. каф.)
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСИСТЕНТНЫХ ПАСТ, ОБРАЗУЕМЫХ ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ЦЕОЛИТОМ, МОДИФИЦИРОВАННЫМ КАТАМИНОМ-АБ
1 Государственный инженерный университет Армении, кафедра химической технологии 9, г. Ереван, ул. Теряна, 105- тел. (37 493) 998 830, e-mail: gagiktorosyan@seua. am 2Государствнный экономический университет Армении, кафедра экологии 375 025, г. Ереван, ул. Налбандяна, 128- тел. (37 410) 585 566 3Армянское отделение института Институт организации договора о коллективной безопасности 0038, г. Ереван, ул. Ленинградян, 6, офис 2- тел. (37 410) 380 001, e-mail: nver_torosyan@odkb-armenia. am
A. A. Hambardzumyan1, A. M. Galoyan1, A. G. Kudryavtcev1, S. A. Arutyunyan2, N. S. Torosyan3, G. O. Torosyan1
RESEARCH OF TRIBOLOGICAL CHARACTERISTICS OF CONSISTENT PASTES FORMED AT SORPTION OF PETROLEUM PRODUCTS ZEOLITE MODIFIED BY AB-KETAMIN
1 State Engineering University of Armenia (Polytechnic) 105, Teryan Str., Yerevan, 9, Republic of Armenia- ph. (37 493) 998 830, e-mail: gagiktorosyan@seua. am
2State Economic University of Armenia 128, Nalbandyan Str., Yerevan, 375 025, Republic of Armenia- ph. (37 410) 585 566 3Organization of Collective Contract Security Institute 6, Leningradyan Str., Yerevan, 0038, Republic of Armenia- ph. (37 410) 380 001, e-mail: nver_torosyan@odkb-armenia. am
The tribological properties of consistent pastes formed at sorption of oil products zeolite modified by AB-Ketamin have been studied. It was found that the composite, which based on VM-4 vacuum oil with addition of 4% modified zeolite, show up highest tribological parameters — lowest friction coefficient and smallest wear scar over the studied range of axial load values.
Key words: AB-Ketamin- modified zeolite- oil sorbent- tribological properties.
кие материалы с исходно гидрофобной или гидрофобизированной поверхностью 2'-3. Применение цеолитов в качестве ПН также описано в литературе 4−6. Известно также, что для гидрофобизации поверхности цеолитов путем ионообменной модификации применяются четвертичные аммонийные соли 7'-8. Однако образуемые в результате поглощения нефтепродуктов минеральными дисперсными материалами
Изучены трибологические свойства консистентных паст, образуемых при поглощении нефтепродуктов цеолитом, модифицированным Ката-мином-АБ. Установлено, что композиция на основе вакуумного масла ВМ-4 с добавкой 4% модифицированного цеолита проявляет лучшие в исследованном диапазоне осевых нагрузок трибологические параметры — наименьшие коэффициенты трения и пятна износа.
Ключевые слова: Катамин-АБ- модифицированный цеолит- поглотители нефти- трибологи-ческие свойства.
Очистка нефтесодержащих вод, образованных в результате несанкционированных сбросов нефтепродуктов и при различных технологических процессах, проводится путем сбора нефтепродуктов с поверхности водоемов с помощью поглотителей нефти (ПН) 1. В качестве ПН используются также неорганичес-
Дата поступления 5. 03. 15
с гидрофобной поверхностью консистентные пасты имеют гелеобразную структуру, что значительно затрудняет их транспортировку. Возникающие при этом задачи относятся как к области реологии 8, так и к трибологии 9'-10.
Целью данного исследования являлось исследование трибологических характеристик консистентных паст, образуемых при поглощении нефтепродуктов цеолитом, модифицированным Катамином-АБ, на предмет оценки возможности их транспортировки с помощью механических насосов.
Материалы и методы исследования
Для получения ПН был использован кли-ноптилолит — природный цеолит Ноемберянс-кого месторождения Армении с размером частиц не более 40 мкм. Его гидрофобизацию проводили хлоридом алкилбензилдиметилам-мония — АБДМАХ (Катамин-АБ, ТУ 9 392 003−48−482 528−99, ЗАО «Бурсинтез», 50%-ный водный раствор, М = 357 кг/кмоль). Ионообменную адсорбцию осуществляли, суспендируя цеолит в водном растворе Катамина-АБ в течение 6 ч, при модуле ванны 1: 200 и соотношении АБДМАХ/цеолит 20 мг-экв/100 г.
Для приготовления консистентных паст использовали в качестве модельной смесь полученного нами ПН с вакуумным маслом (ВМ-4, ТУ 38. 401−58−3-90, НПП «Аппарат», плотность при 20 оС — 908 кг/м3, кинематическая вязкость при 50 оС — 52 мм2/с). Замешивание масла с модифицированным цеолитом осуществляли на роторном смесителе с частотой вращения 10 с-1, при постоянной температуре 25±1 оС. Содержание П Н, являющегося в данном случае загустителем, варьировали в пределах 0−12% м.
Определение трибологических характеристик осуществляли на усовершенствованной четырехшариковой машине трения ЧШМ-3. 2, позволяющей определять коэффициент трения по моменту сопротивления. Узел трения машины (рис. 1) представляет собой пирамиду из четырех контактирующих друг с другом стальных шариков (0 12. 70±0. 01 мм, по ГОСТ 3722–81 11, сталь ШХ-15).
Строение и принцип работы машины соответствуют требованиям ЛБТМ D2266−01(2008) 12 и ГОСТ 9490–75 13. Три нижних шарика (7. 2) неподвижно закрепляются с помощью обжимного кольца (8) в чашке для испытуемой смазки (4). Верхний шарик (7. 1), закрепленный в шпинделе (6), вращается относительно трех нижних под заданной нагрузкой Р. Термоста-тирование осуществляется с помощью нагрева-
теля (1) регулируемого термодатчиком сопротивления (10).
Рис. 1. Схема компоновки узла трения четырехшариковой испытательной машины: 1 — электронагреватель- 2 — подложка- 3 — центрирующая шпилька- 4 — чашка для испытуемой смазки- 5 — стопорная гайка- 6 — шпиндель- 7.1 — верхний вращающийся шар- 7.2 — нижние неподвижные шары- 8 — обжимное кольцо- 9 — алюминиевая набивка- 10 — термодатчик сопротивления.
Испытуемая консистентная паста (У=6 мл) помещалась в чашку, после чего опускался шпиндель до соприкосновения шариков, плавно подавалась нагрузка, температура поднималась до 75±2 оС, и затем включался двигатель. Во всех испытаниях были приложены нагрузки 98- 196- 314- 392- 490- 617- 784 и 980 Н, величину нагрузки выбирали из первого нагрузочного ряда по ГОСТ 9490–75 13. Частота вращения шпинделя составляла 1200 ± 20 мин-1. По истечении 60 ± 1 мин, нижние неподвижные шарики извлекались из чашки, промывались растворителем (Нефрас СЗ-80/120). Диаметр пятен износа определяли с помощью микроскопа УМ-301 (х20).
Условную нагрузку Qi для каждого испытания при значениях осевой нагрузки на верхний шар РI и соответствующих им средних диаметрах пятен износа й{ вычисляли по формуле:
Р 1 -V2 2 =-!- 3 6РК-
йх V Е
где Р — равнодействующая сил, действующая в точке соприкосновения верхнего и каждого из нижних шаров, Н-
Л — радиус шара, мм-
V и Е — коэффициент Пуассона и модуль Юнга (Н/мм2) материала шара, соответственно.
р
Значение кубического корня в приведенной формуле представляет собой диаметр зоны упругой деформации по Герцу (рис. 2) 14.
(
0,12
O. OS
О 200 400 Й00 800 100(1
Рис. 4. Зависимость коэффициента трения от на грузки для консистентных паст с различным содер жанием загустителя-ПН
IP
Рис. 2. Схема контакта двух твердых тел, имеющих сферические поверхности Sf и S2, поясняющая возникновение зоны упругой деформации с диаметром 2a на плоскости x-y: Р — нагрузка по оси z, соединяющей центры сфер, — осевое смещение центров шаров.
Обсуждение результатов
Из графических зависимостей средних диаметров пятен износа и коэффициентов трения от величины осевой нагрузки при различном содержании ПН в масле (рис. 3 и 4) видно, что сравнительно высокие трибологические характеристики проявляет паста, содержащая 4% по массе ПН-цеолит, модифицированный Катамином-АБ.
Рис. 3. Зависимость диаметра пятна износа от нагрузки для консистентных паст с различным содержанием загустителя-ПН
Литература
1. Веприкова Е. В., Терещенко Е. А., Чесноков Н. В., Щипко М. Л., Кузнецов Б. Н. Особенности очистки воды от нефтепродуктов с использованием нефтяных сорбентов, фильтрующих материалов и активных углей // Журнал Сибирского федерального университета. Серия «Химия».- 2010.- Т. 3, № 3.- С. 285−304.
2. Сафаров А., Хатмуллина Р., Злотский С. Токсичные продукты нефтехимии в окружающей среде. Образование, распространение, аналитический
При дальнейшем увеличении концентрации загустителя во всем исследованном диапазоне осевых нагрузок оба показателя ухудшаются: растут как диаметры пятен износа, так и коэффициенты трения. При сравнении диаметров пятен износа и условных нагрузок, приведенных в таблице, замечается та же тенденция. Следует обратить внимание и на то обстоятельство, что при достижении величины осевой нагрузки Р=784 Н происходит резкое ослабление противоизносных и антифрикционных свойств при всех опробованных соотношениях ПН/масло.
Таблица
Средние диаметры пятен износа и условные нагрузки в зависимости от концентрации ПН в масле при осевой нагрузке 392 Н
Концентрация 0 4 8 1
ПН в масле, % м
Диаметр пятна износа, мм 0. 792 0. 731 0. 877 0. 979
Условная нагрузка, Н 15.1 16.3 13.6 12. 2
По мнению авторов, эти факты свидетельствуют не столько об отсутствии положительного влияния гидрофобизированного цеолита на трибологические свойства паст, сколько на наличие в природном цеолите абразивного компонента (кварц, туф).
References
Veprikova E. V., Tereshchenko E. A., Chesnokov N. V., Shchipko M. L., Kuznetsov B. N. [Peculiarity of Water Purifying from Oil Products with Make Use of Oil Sorbents, Filtering Materials and Active Coals] Journal of Siberian Federal University. Chemistry, 2010, v. 3, no. 3, pp. 285−304.
Safarov A., Khatmullina R., Zlotsky S. Toksi-chnye produkty neftekhimii v okruzhayushchei srede. Obrazovanie, rasprostranenie, analiti-cheskii kontrol'- [Toxic petrochemical products in
S
1
1
2
контроль. — Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH& amp-Co, 2012.- 89 с.
3. Wang C., Yao T., Wu J., Ma C., Fan Z., Wang Z., Cheng Y., Lin Q. and Yang B. Facile approach in fabricating superhydrophobic and superoleophilic surface for water and oil mixture separation // Appl. Mater. Interfaces.- 2009. -V. 1, № 11.- P. 2613−2617.
4. Герасимова В. Н. Природные цеолиты как адсорбенты нефтепродуктов // Химия в интересах устойчивого развития.- 2003.- № 3. -C. 481−488.
5. Глазкова Е. А., Стрельникова Е. Б., Иванов В. Г. Применение природных цеолитов месторождения Хонгуруу (Якутия) для очистки нефтесодержа-щих сточных вод// Химия в интересах устойчивого развития.- 2003.- № 6.- С. 849−854.
6. Климов Е. С., Бузаева М. В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. -Ульяновск: УлГТУ, 2011.- 201 с.
7. Rozic M., Ivanec Sipusic Р., Sekovanic L., Miljanic S., Жurkovic L., Hrenovic J. Sorption phenomena of modification of clinoptilolite tuffs by surfactant cations // Journal of Colloid and Interface Science.- 2009.- Т. 331, № 2.- С. 295−301.
8. Гафаров Ш. А., Салех С. К. Использование модифицированных гелеобразующих композиций для повышения эффективности регулирования заводнения неоднородных пластов // Нефтегазовое дело.- 2007.- T. 5, № 1.- C. 81−85.
9. Толочко О. В., Бреки А. Д., Васильева Е. С., Максимов М. Ю. Определение основных триболо-гических характеристик жидких смазочных композиций, содержащих мелкодисперсные частицы ди-халькогенидов вольфрама// Вопросы материаловедения.- 2011.- Т. 65, № 1.- С. 143−149.
10. Гороховский А. В., Палагин А. И., Третьяченко Е. В., Сафонов В. В., Азаров А. С., Руннов С. Н. Влияние различных поверхностно-активных веществ на фракционный состав порошков полити-таната калия и их трибологические свойства// Нанотехника.- 2009.- Т. 20, № 4.- С. 96−99.
11. ГОСТ 3722–81. Подшипники качения. Шарики. Технические условия.- Москва. Изд. стандартов. 1981.- С. 14.
12. ASTM D2266−01(2008) Standard Test Method for Wear Preventive Characteristics of Lubricating Grease (Four-Ball Method). Volume 05. 01 Petroleum Products and Lubricants (I).
13. ГОСТ 9490–75 Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологичес-ких характеристик на четырехшариковой машине.- Москва: Изд. стандартов, 1993.- С. 8.
14. Bloch, Heinz P. Practical lubrication for industrial facilities.- London: Taylor & amp- Francis, 2009.- 480 p.
the environment. Education, distribution, analytical control]. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH& amp-Co, 2012, 89 p.
3. Wang C., Yao T., Wu J., Ma C., Fan Z., Wang Z., Cheng Y., Lin Q. and Yang B. [Facile approach in fabricating superhydrophobic and superoleophilic surface for water and oil mixture separation]. Appl. Mater. Interfaces, 2009, v. 1, no. 11, pp. 2613−2617.
4. Gerasimova V. N. Prirodnye tseolity kak adsor-benty nefteproduktov [Natural zeolites as adsorbents oil]. Khimiya v interesakh ustoichivogo razvitiya [Chemistry for sustainable development], 2003, no. 3, pp. 481−488.
5. Glazkova E. A., Strel'-nikova E. B., Ivanov V. G. Primenenie prirodnykh tseolitov mestorozhde-niya Honguruu (Yakutija) dlya ochistki neftesoderzhashchikh stochnykh vod [The use of natural zeolite deposits Khonguruu (Yakutia) for oily wastewater] Khimiya v interesakh ustoi-chivogo razvitiya [Chemistry for sustainable development], 2003, no. 3, pp. 849−854.
6. Klimov E. S., Buzaeva M. V. Prirodnye sorbenty i kompleksony v ochistke stochnykh vod [Natural sorbents and chelators in wastewater treatment]. Ul'-yanovsk, 2011, 201 p.
7. Rozic M., Ivanec Sipusic P., Sekovanic L., Miljanic S.,urkovic L., Hrenovic J. [Sorption phenomena of modification of clinoptilolite tuffs by surfactant cations]. Journal of Colloid and Interface Science, 2009, v. 331, no. 2, pp. 295−301.
8. Gafarov Sh.A., Salekh S.K. Ispol'-zovanie modi-fitsirovannykh geleobrazuyushchikh kompozitsii dlya povysheniya effektivnosti reguliro-vaniya zavodneniya neodnorodnykh plastov [The use of modified gel-forming compositions to improve the management of flooding heterogeneous reservoirs]. Neftegazovoe delo [Oil and Gas Business], 2007, v. 5, no. 1, pp. 81−85.
9. Tolochko O.V., Breki A.D., Vasilyeva E.S., Maximov M. Yu. [Tribological characteristics of liquid lubricating compositions with ultra fine particles of tungsten dichalcogenides additives]. Voprosy materialovedeniya [Problems of Materials Science], 2011, v. 65, no. 1, pp. 143−149.
10. Gorohovsky A.V., Palagin A.I., Tretiachenko E.V., Safonov V.V., Azarov A.S., Runnov S.N. [Influence of different surfactants on fraction composition and tribological properties of potassium polytitanate]. Nanotekhnika [Nanotechnics], 2009, v. 20, no. 4, pp. 96−99.
11. GOST 3722−81. Podshipniki kacheniya. Shariki. Tekhnicheskie usloviya [Rolling bearings. Balls. technical conditions]. Moscow, Standartinform Publ., 1981, 14 p.
12. ASTM D2266−01(2008) Standard Test Method for Wear Preventive Characteristics of Lubricating Grease (Four-Ball Method). Volume 05. 01 Petroleum Products and Lubricants (I).
13. GOST 9490−75 Materialy smazochnye zhidkie i plastichnye. Metod opredeleniya tribologicheskikh kharakteristik na chetyrekhsharikovoi mashine [Lubricating liquid and plastic. Method for determination of tribological characteristics on four-ball machine]. Moscow, Standartinform Publ., 1993, 8 p.
14. Bloch, Heinz P. Practical lubrication for industrial facilities. London: Taylor & amp- Francis, 2009.- 480 p.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой