ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ/ 6.Органическая химия.

К. т. н. Кузнєцова О.Я., Нетреба Ж.М., д. т. н. Соловйов А.М.

Національний авіаційний університет м. Київ, Україна

Хімічні перетворення в структурно-груповому і гомологічному складі гідравлічної рідини «Гідронікойл» FH-51

Сьогодні однією із робочих рідин, яку застосовують в гідравлічній системі літаків Європейських авіакомпаній, у тому числі й Українських, є «Гідронікойл» FH-51, що виробляється французькою фірмою «НІКО». Нею в гідросистемі літаків Українських авіакомпаній практично повністю замінена робоча рідина АМГ-10, яка застосовувалася багато років, ще за радянських часів, і зараз виробляється в Росії.

З прайсів виробника відомо, що «Гідронікойл» FH-51 мінеральна гідравлічна рідина, за своїм хімічним складом та показниками якості є аналогом робочої рідини АМГ-10. Однак, спеціальних досліджень на предмет встановлення і порівняння хімічного складу «Гідронікойл» FH-51 з АМГ-10 поки що не проводилося. Відомо, що «час життя» робочої рідини до її повної заміни в гідравлічній системі літака досить тривалий (близька 5000 годин нальоту). Проте, в науковій літературі не знайдено результатів досліджень щодо виявлення динаміки хімічних перетворень в молекулах сполук, що входять до складу гідравлічної рідини «Гідронікойл» FH-51 впродовж певного часового інтервалу її експлуатації в гідравлічній системі літака.

Чомусь вважається, що впродовж «часу життя» робочої рідини в гідравлічній системі літака в її хімічному складі не відбувається суттєвих перетворень і немає потреби контролювати хід таких перетворень. Чинними інструкціями передбачається тільки періодичний контроль вмісту води і механічних домішок (візуально), долив рідини в бак, якщо це потрібно, і повна її заміна близько 5000 годин нальоту. Однак аналіз відмов агрегатів гідравлічної системи літаків авіакомпаній України, проведений авторами, дає підстави висунути припущення про те, що впродовж «часу життя» в хімічному складі рідини «Гідронікойл» FH-51 відбуваються суттєві хімічні перетворення вуглеводнів, що знижує її експлуатаційну якість та хіммотологічну надійність.

У даній роботі представлені результати дослідження хімічних перетворень у складі гідравлічної рідини FH-51 залежно від часу нальоту. З цією метою досліджувалися наступні зразки гідравлічної рідини FH-51:

– зразок №1: товарна рідина;

– зразок №2: після нальоту 300 годин;

– зразок № 3: після нальоту 380 годин.

Спочатку методом атмосферно-вакуумної перегонки за ГОСТ 2177–66 всі зразки були розділені на окремі фракції:

– перша фракція: початок кипіння (ПК) – до появи димності при атмосферному тиску;

– друга фракція: фракції, які перегоняються під вакуумом при тиску 1 мм рт.ст. до появи димності;

– залишок після перегонки зразків.

На рис. 1 наведено отримані результати. Як бачимо, вихід першої фракції зразку рідини № 2 на 5,2% менше, чим у аналогічного зразка товарної рідини. Вихід першої фракції зразку рідини № 3 менше на 22,3%, чим у зразка товарної рідини (див. рис. 1). Відповідно збільшився вихід других фракцій № 2 на 6,2% та № 3 на 22,9% у порівнянні із зразком товарної рідини. Це свідчить про протікання хімічних процесів, що спричиняють зменшення кількості низкокиплячих вуглеводнів у складі гідравлічної рідини з часом роботи та відповідно збільшення висококиплячих.

Отже, наявні підстави, що уможливлюють висунути гіпотезу про те, що з

%, мас.

Рис.1. Вихід перших та других фракцій зразків рідини FH-51

часом роботи рідини в гідравлічний системі літака хімічні перетворення вуглеводнів протікають в напрямі утворення важких висококиплячих вуглеводнів. З метою виявлення кінетики протікання зазначених хімічних перетворень у вуглеводневому складі гідравлічної рідини FH-51, необхідно дослідити зміни хімічного складу окремо в фракціях кожного зразка. У зв’язку з цим фракції кожного зразка були розділені на групи вуглеводнів методом рідинної хроматографії.

У даній роботі подано результати експериментів щодо хроматографічного розділення перших фракцій зразків рідини (див. рис. 2). Як бачимо, в зразку №3 суттєво зменшився вміст нафтенових вуглеводнів, зокрема, бі- та трициклічних порівняно як із зразком товарної рідини (зразком № 1), так і зразком № 2. Водночас, у зразку № 3 значно зріс вміст ароматичних вуглеводнів, особливо алкілбензолів (на 10,2 %) порівняно з зразком як товарної рідини, так і зразком № 2. Результати подано на рис. 3. Причому, значно зріс вміст тільки гомологів С₉ – С₁₁ порівняно із зразком № 2, що свідчить про наявність реакцій деструкції, тобто розриву нафтенових кілець в бі- та трициклічних структурах.

У бі-циклічних нафтенових вуглеводнів розрив кільця протікає за схемою:

%, мас.

Рис. 2. Вміст нафтенових вуглеводнів у перших фракціях зразків рідини FH-51

%, мас.

Рис. 3. Вміст ароматичних вуглеводнів у перших фракціях зразків рідини
FH-51

При цьому утворюються мононафтенові вуглеводні.

У три-циклічних нафтенових вуглеводнів розрив кільця протікає за такою схемою:

При протіканні зазначеної реакції утворюються біциклічні нафтени.

Далі протікають реакції дегідрування новоутворених моно- і біциклічних нафтенових вуглеводнів за схемою:

У результаті чого утворюються ненасичені нафтенові вуглеводні з одним та двома подвійними зв’язками і алкілбензоли (див. рис. 3). Протікання описаних хімічних перетворень у молекулах нафтенових вуглеводнів підтверджують дані експерименту, тобто, як вже було сказано вище, в зразку рідини № 3 спостерігається як загальне зменшення вмісту нафтенів, так і саме бі- та трициклічних нафтенових структур. У свою чергу значно збільшується вміст ароматичних вуглеводнів.

Утворені ненасичені моно-, бі- та трициклічні нафтенові структури є не стабільними, здатними до ущільнення. Саме ущільнення ненасичених нафтено-ароматичних сполук, що утворюються в процесах дегідрування нафтенів, і призводить до зменшення вмісту в перших фракціях зразків № 2 і № 3 всіх типів нафтенових сполук і збільшення вмісту відповідних сполук, які мають більшу молекулярну масу і вищу температуру википання. Внаслідок цього збільшився вихід других фракцій цих зразків порівняно з товарною рідиною, що показано на рис. 1.

Таким чином, результати дослідження структурно-групового складу перших фракцій зразків рідини FH-51 показують, що з часом роботи рідини в гідравлічній системі літака:

- відбувається перерозподіл відсоткового вмісту класів вуглеводнів у порівнянні з таким у товарній рідині;

- зменшується вміст парафіно-нафтенових вуглеводнів;

- збільшується відсоткова кількість ароматичних вуглеводнів;

- утворюються вторинні нафтенові вуглеводні.