Bilim.techО проекте

Присадки к топливу

Какая присадка спасет от парафина, низкого цетанового, износа ТНВД, нагара или бактерий и сколько ее лить? Выбери проблему, подбери присадку и дозу и смотри, как эффект выходит на полку, а передозировка и канистра на глаз дают побочные эффекты.

01 Что это такое

Присадки к топливу это вещества, которые добавляют в малых дозах, от единиц до тысяч ppm, чтобы исправить одно конкретное свойство топлива.

Каждая присадка решает свою задачу. Депрессорная помогает пережить мороз, цетаноповышающая ускоряет воспламенение, противоизносная возвращает смазку малосернистому топливу, моющая чистит форсунки. Есть присадки для хранения: антиокислители, деактиваторы металлов, ингибиторы коррозии и биоциды. Есть присадки для заправки: антистатик и антипенная. Почти все присадки работают на поверхности: молекулы садятся на кристалл, металл или нагар. Когда поверхность покрыта, лишние молекулы уже ничего не дают, а иногда вредят. Поэтому у каждой присадки есть окно дозы. Большую часть присадок вводят на заводе пакетом с точной дозой. Масляные присадки устроены иначе, о них тема «Присадки: кто и для чего».

НПЗцетаноповышающаяпротивоизноснаядепрессорнаяантистатикхранениеантиокислительдеактиватор металловингибитор коррозиибиоцидзаправкаантистатикантипеннаядеэмульгатордвигательмоющаяцетаноповышающаяпротивоизноснаяГДЕ РАБОТАЕТ ПРИСАДКАдозы от 1–5 ppm (антистатик) до 500–4000 ppm (цетаноповышающая)
Одни присадки нужны топливу в резервуаре, другие на заправке, третьи в двигателе. Заводской пакет обычно закрывает сразу несколько задач.
ppm
Миллионная доля. 1 ppm по объему это 1 мл присадки на 1000 л топлива. Доза 300 ppm это 300 мл на 1000 л, то есть примерно на 0,83 т топлива.
ПАВ
Поверхностно-активное вещество. Молекула с двумя концами: один липнет к металлу, нагару или воде, другой растворен в топливе. Так устроены моющие, противоизносные, антистатики.
Д₀
Характерная доза. При такой дозе получается около 63 % наибольшего эффекта. Три таких дозы дают 95 %: дальше полка.
02 Опыт
Найди причину. Подбери присадку и дозу. ДОЗА И ЭФФЕКТ
ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Какая присадка и сколько?

Рис. 15.4
ГОТОВЫЕ СЛУЧАИ
Показатель
Присадки на 1000 л
Побочные эффекты
03 Формулы по буквам

Доза, полка и окно

Сначала пересчитываем ppm в миллилитры, потом смотрим, где на кривой доза-эффект мы стоим, и не выходим за окно. Числа берутся из опыта.

Сколько присадки лить в бак?

Vпр = Д · Vт / 106

ppm значит «частей на миллион». Чтобы получить объем присадки, дозу умножают на объем топлива и делят на миллион. Для 1000 л ответ в миллилитрах равен дозе в ppm.

Vпр
объем присадки, л
Д
доза, ppm по объему
Vт
объем топлива, л

Почему эффект выходит на полку?

E = Emax · (1 − e−Д/Д₀)

Первые порции присадки работают сильно, следующие все слабее: поверхность уже занята. Кривая быстро растет и выходит на полку Emax.

E
эффект: на сколько снизилась ПТФ, выросло цетановое, уменьшилось пятно HFRR
Emax
наибольший эффект, который присадка может дать этому топливу
Д₀
характерная доза, ppm: при ней эффект около 63 % от наибольшего

Сколько можно?

Дцель ≤ Д ≤ Дмакс

Нижняя граница окна это доза, при которой показатель достиг цели. Верхняя это доза, после которой начинаются побочные эффекты. Канистра без мерки легко вылетает из окна в обе стороны.

Дцель
доза, при которой показатель достигает нормы, ppm
Дмакс
доза, выше которой появляются побочные эффекты, ppm
×0,5…×2
разброс дозы на глаз из канистры в этом опыте

Откуда берется полка и почему лишнее вредит

Противоизносная присадка садится на металл плунжера тонкой пленкой в одну молекулу. Депрессорная встраивается в грани растущих кристаллов парафина. Моющая прилипает к частичкам нагара и уносит их в топливо. Во всех случаях работа идет на поверхности, а поверхности в топливной системе ограниченное количество. Когда она покрыта, новые молекулы остаются плавать в топливе без дела.

Лишние молекулы ПАВ собираются в комочки и хватают воду: появляется стойкая эмульсия, сепаратор ее не ловит. Кислотная противоизносная присадка с натрием из воды дает мыла, которые липнут внутри форсунок. Поэтому присадки подбирают пакетом, где их совместимость проверена, а не смешивают несколько канистр в одном баке.

Присадка не исправляет все. Воду сливают, грязь фильтруют, летнее топливо в −35 °C не спасет никакой депрессор. Масляные присадки, щелочное число и зольность масла разобраны в теме «Присадки: кто и для чего».

малов самый разизбытоккапля воды в оболочкемолекулы присадки на металле
Справа поверхность уже покрыта, а лишние молекулы окружили каплю воды: так рождается эмульсия.
04 Где и зачем это применяют

Присадка лечит причину, только если причина ее

Допущения модели+

Отклик на дозу задан учебной кривой насыщения E = Emax·(1 − e−Д/Д₀) с правдоподобными порядками величин: депрессор снижает ПТФ летнего топлива на 10–11 °C при 300–500 ppm, 2-этилгексилнитрат поднимает цетановое число на 4–6 единиц при 1500–3000 ppm, противоизносная присадка уменьшает пятно HFRR с 620 до 400 мкм при 150–200 ppm, моющая убирает потерю мощности от нагара за сотни часов, биоцид при ударной дозе убивает почти всю биомассу, антистатик в несколько ppm поднимает проводимость выше 50 пСм/м. Настоящий отклик сильно зависит от базового топлива и конкретного продукта: дозу всегда берут из паспорта присадки и проверяют анализом. Пороги передозировки и побочные эффекты показаны качественно. Доза из канистры принята от половины до двух номинальных. ppm считаются по объему: 1 ppm это 1 мл на 1000 л.

Еще в направлении «Инженерия»

Все темы направления «Инженерия» →