Синтез и исследование функциональных свойств комплексных полифункциональных присадок

Кроме того, для получения  комплексных присадок методом карбонатации были использованы:

– гидроксид кальция Са(ОН)₂ (ТУ 6-18-75-75),

– углекислый газ СО₂ (ГОСТ 8050-76),

– метанол СН₃ОН (ГОСТ 2222-70),

– бензин-растворитель для  резиновой промышленности БР-1 «Галоша» (фракция 80-120 ºС) (ГОСТ 443-56),

– вода дистиллированная.

Характеристика товарного  Са(ОН)₂ приведена в таблице 13.

Таблица 13

Характеристика  товарного гидроксида  кальция (ТУ 6-18-75-75)

Показатель	Норма	Установлено анализом
1. Содержание:
а) СаО свободн. в пересчёте  на Са(ОН)2, %, не менее	96,0	97,8
б) Вещества, не растворимые  в соляной кислоте, %, не более	0,35	0,150
в) Полуторных окислов  железа и алюминия, %, не более	0,30	0,16
г) СаСО3, %, не более	2,0	1,46
д) Солей магния в пересчёте на MgO, %, не более	1,0	0,50
е) Влаги, %, не более	0,4	0,23
2. Прохождение через  сито с сеткой № 0315 К (445 отв./см2) по ГОСТу 6613-86, %, не менее	99,3	100
3. Прохождение через  сито с сеткой № 008 К (5491 отв./см2) по ГОСТу 6613-86, %, не менее	94,0	99,26

Расчёт  рецептур комплексных присадок

Как уже известно из предыдущего  раздела, масло М-10 Г₂ К, полученное на основе композиции индивидуальных присадок, содержало эти присадки в следующих количествах:

–  дитиофосфат Lz-1395 (95 %-ный)                                – 0,56 % масс.,

–  среднещелочной сульфонат C-150 (29 %-ный)          – 2,1 % масс.,

–  среднещелочной фенат Lz-6589G (60 %-ный)            – 2,1 % масс.,

–  сукцинимид C-5A (40 %-ный)                                      – 1,5 % масс.

При расчёте рецептуры  комплексных присадок необходимо было сохранить, по крайней мере, те эмпирические принципы, которые легли в основу составления рецептуры масла на основе композиции индивидуальных присадок: 

1. Сульфонатную и фенатную  присадки необходимо вводить в базовое масло в массовом отношении 1:1;

2. Сукцинимидную присадку  целесообразно вводить в базовое  масло в концентрации 1,5 %.

Для этой цели был проведен расчёт содержания товарных присадок в композиции присадок, содержания активных составляющих присадок в масле и содержания активных составляющих присадок в композиции присадок масла М-10 Г₂ К, полученного на основе индивидуальных присадок. Данные этого расчёта, приведенные в таблице 14, легли в основу дальнейших расчётов рецептур комплексных присадок.

Таблица 14

Содержание  и соотношение товарных присадок и их активных составляющих в масле М-10 Г₂ К, полученном на основе индивидуальных присадок

№ п/п	Присадка	К1, % масс.	К2, % масс.	К3, % отн.	К4, % масс.	К5, % отн.
1	Lz-1395	95	0,56	8,94	0,53	17,79
2	C-150	28	2,1	33,55	0,59	19,8
3	Lz-6589G	60	2,1	33,55	1,26	42,28
4	C-5A	40	1,5	23,96	0,6	20,13
5	∑		6,26	100	2,98	100

Здесь К₁ – содержание активной составляющей присадки в товарной присадке, 

К₂ – содержание товарной присадки в масле М-10 Г₂ К,

К₃ – содержание товарной присадки в композиции присадок,

К₄ – содержание активных составляющих присадок в масле М-10 Г₂ К,

К₅ – содержание активных составляющих присадок в композиции присадок.

Показатель К₁ был определён для каждой товарной присадки путём анализа и известен  заранее, К₂ был рассчитан в предыдущем разделе (см. выше), а   остальные показатели рассчитываются по следующим формулам:

К₃ = (К₂/∑К₂)*100%;

К₄ = (К₂*К₁)/100%;

К₅ = (К₄/∑К₄)*100%.

Пример расчёта показателей  К₃, К₄, К₅ для присадки Lz-6589G:

К₃ = (2,1/6,26)*100% = 33,55 % отн.;

К₄ = (2,1*60)/100% = 1,26 % масс.;

К₅ = (1,26/2,98)*100% = 42,28 % отн.

Поскольку в исходную смесь компонентов для получения  комплексных присадок вместо среднещелочной сульфонатной присадки С-150 28 %-ной концентрации взят нейтральный сульфонат НСК 40 %-ной концентрации, то для сохранения соотношения активных составляющих (коэффициент К₅) необходимо взять товарные присадки в соотношении (коэффициент К₇), приведенном в таблице 15.

 

 

 

Таблица 15

№ п/п	Присадка	К1, % масс.	К5, % отн.	К6, вес. части	К7, % отн.
1	Lz-1395	95	17,79	18,73	9,91
2	НСК	40	19,8	49,5	26,20
3	Lz-6589G	60	42,28	70,47	37,28
4	C-5A	40	20,13	50,30	26,61
5	∑		100	189	100

Здесь К₆ – содержание товарных присадок в смеси в весовых частях,

К₇ – содержание товарных присадок в смеси в % отн.

Показатели К₆ и К₇ рассчитываются по следующим формулам:

К₆ = (К₅/К₁)/100%;

К₇ = (К₆/∑К₆)*100%.

Пример расчёта  этих показателей для присадки Lz-6589G:

 К₆ = (42,28/60)*100% = 70,47 в. ч.;

К₇ = (70,47/189)*100% = 37,28 % отн.

Итак, данный расчёт показал, что в смеси для получения  комплексных присадок, на основе которых потом будет приготавливаться масло М-10 Г₂ К, необходимо, чтобы исходные присадки содержались в таких количествах:

95 %-ный  Lz-1395 – 9,91 % масс.,

40 %-ный  НСК –  26,20 % масс.,

60 %-ный  Lz-6589G – 37,28 % масс.,

40 %-ный C-5A – 26,61 % масс.

 Эти количества гарантировали сохранение тех соотношений активных составляющих, которые были при приготовлении масла М-10 Г₂ К на основе индивидуальных присадок.

Для приготовления 100 г комплексной присадки КП-1 в  соответствии с этим расчётом исходные компоненты были взяты в следующих количествах:

95 %-ный  Lz-1395 – 9,91 г,

40 %-ный  НСК –  26,20 г,

60 %-ный  Lz-6589G – 37,28 г,

40 %-ный C-5A – 26,61 г.

Для расчёта необходимых  количеств гидроокиси кальция и  углекислого газа, необходимых для  проведения карбонатации, определим общую щёлочность исходной смеси присадок. В таблице 16 приведены результаты этого расчёта.

Таблица 16

Результаты  расчёта щёлочности исходной смеси  присадок

№ п/п	Компонент	Общая щёлочность компонента, мг КОН/г	Содержание  компонента в смеси, % масс.	Щёлочность  от компонента, мг КОН/г	Общая щёлочность смеси, мг КОН/г
1	Lz-1395	94,13	9,91	9,33	73,2
2	НСК	24,5	26,2	6,42
3	Lz-6589G	127,7	37,28	47,61
4	C-5A	37,0	26,61	9,84
5	∑		100	73,2

 

Щёлочность от компонента (то есть та щёлочность, которую этот компонент вносит в смесь) рассчитывается умножением общей щёлочности этого компонента на его содержание в смеси.

Пример расчёта  для присадки Lz-6589G:

127,7 мг КОН/г*37,28 % масс. = 127,7 мг КОН/г*0,3728 = 47,61 мг КОН/г.

 Общая щёлочность смеси компонентов равна сумме щёлочностей от каждого компонента.

А также определимся с уровнем  общей щёлочности комплексных присадок. Основным критерием для этого  примем уровень общей щёлочности среднещелочных зольных детергентов типа сульфоната кальция С-150 (135-160 мг КОН/г), салицилата кальция Детерсол-140 (130-170 мг КОН/г) и осернённого алкилфенолята кальция ВНИИНП-714 (140-170 мг КОН/г). Исходя из приведённого выше, задаёмся общей щёлочностью комплексных присадок на уровне 155 мг КОН/г.

Поскольку исходные составляющие пакета (см. таблицу 16) уже вносят 73,2 мг КОН/г  щёлочности, то при карбонатации необходимо получить дополнительную щёлочность, равную:

155 мг КОН/г – 73,2 мг КОН/г = 81,8 мг КОН/г.

Расчёт  количеств реагентов, необходимых  для проведения карбонатации при  получении комплексной присадки заданной щёлочности.

1.) Расчёт количества  Са(ОН)₂.

 Итак, для получения  комплексной присадки со щёлочностью  155 мг КОН/г необходимо за счёт карбонатации набрать дополнительно щёлочность в 91 мг КОН/г.

В соответствии с ГОСТ 11362-76 общую  щёлочность выражают в мг КОН на 1 г продукта. Поскольку в нашем  случае щёлочность обеспечивают атомы  кальция, необходимо произвести перерасчёт мг КОН в мг Са(ОН)₂.

Молярная масса Са(ОН)₂ равна 74 г/моль, молярная масса КОН – 56 г/моль. Значит:

1 моль Са(ОН)₂  – 2 моля КОН;

74 г Са(ОН)₂       – 2*56 г КОН = 112 г КОН = 112000 мг КОН.

Итак, 74 г Са(ОН)₂ имеют такую же щёлочность, как и 112000 мг КОН.

Составляем пропорцию:

74 г Са(ОН)₂ – 112000 мг КОН;

1 г Са(ОН)₂ – х мг КОН.

Отсюда х = (1 г Са(ОН)₂*112000 мг КОН)/74 г Са(ОН)₂ = 1513 мг КОН.

То есть 1 г Са(ОН)₂ имеет такую же щёлочность, как и 1513 мг КОН.

Соответственно 1 мг Са(ОН)₂ по щёлочности эквивалентен 1,513 мг КОН.

Другими словами, 1 мг Са(ОН)₂ обеспечивает щёлочность, равную 1,513 мг КОН/г.

Получаемый образец комплексной  присадки будет иметь массу 100 г  и дополнительную щёлочность, равную 81,8 мг КОН/г. Значит, этот образец может  нейтрализовать массу гидроксида калия, равную 100 г*81,8 мг КОН/г = 8180 мг КОН. Другими словами, получаемый образец будет иметь дополнительную щёлочность, равную щёлочности 8180 миллиграммов гидроксида калия. Поэтому для достижения требуемой щёлочности комплексной присадки мы должны взять массу Са(ОН)₂, имеющую такую же щёлочность, как и 8180 мг КОН. Найдём эту массу.

Составляем пропорцию:

1 мг Са(ОН)₂ – 1,513 мг КОН;

у мг Са(ОН)₂ – 8180 мг КОН.

Отсюда у = (1 мг Са(ОН)₂*8180 мг КОН)/1,513 мг КОН = 5406 мг Са(ОН)₂.

Итак, для достижения требуемой  щёлочности комплексной присадки нам  необходимо взять 5406 мг Са(ОН)₂. Именно эта масса Са(ОН)₂ вступит в реакцию с СО₂. Однако для проведения карбонатации необходимо брать Са(ОН)₂ в двукратном избытке. Поэтому в реактор следует загрузить 5406 мг*2 = 10812 мг Са(ОН)₂ ≈ 11000 мг Са(ОН)₂ = 11 г Са(ОН)₂.