Компресорне масло

ПОХІДНІ амінонітрилів загальної формули X - СНз або NH CH2CH2CN, або СООСН 3 , Y-H.CN,СНз що мають властивості компресорного масла Винахід стосується криогенної техніки, конкретно компресорного масла для усіляких класів холодильних машин, які використовують аміак як робоче тіло ДОЦІЛЬНІСТЬ та необхідність пошуку нових масел, які розчиняються в аміаку пояснюються наступним Аміак (холодоагент R717) багато років використовується у великих промислових холодильних установках Він не має здатності руйнувати озон, а також не має прямого впливу на збільшення парникового ефекту Енергетична ефективність використання R717 у холодильному устаткуванні така ж висока, як і при використанні фреона а ІНОДІ і перевищує її Крім того, вартість аміаку значно нижче галоідпохідних вуглеводнів У порівнянні з ними R717 має більш високий коефіцієнт тепловіддачі, потребує меншого диаметру труб при заданій холодопродуктивності Внаслідок різкого запаху аміаку поява течі у холодильній системі легко виявляється оператором R717 має надзвичайно високе значення теплоти випарювання з температурою кип'ятіння 1369,7кДж/ кг внаслідок чого порівняльне невеликий циркуляційний масовий потік 13-15% в порівнянні з фреоном Ці сприятливі якості для великих холодильних установок викликають труднощі у регулюванні подання аміаку у випарювач при невеликих потужностях Саме з цих обставин R717 знайшов широке використування у великих холодильних установках У зв'язку з високою температурою стислого газу пред'являють жорсткі умови до термічної стабільності холодильних масел, які використовуються на протязі довгого часу експлуатації Додаткові ускладнення при створенні холодильного устаткування викликає висока активність по відношенню до МІДІ та мідних сплавів Трубопроводи, теплообмінники, арматура повинні вироблятися із сталі Внаслідок високої токсичності та горючості аміаку зварні з'єднання треба постійно контролювати Електропроводність R717 викликає труднощі при створенні напівгерметичних, герметичних компресорів Усунення та облік недоліків,які перераховані, призводить до значного збільшення витрат на створення і експлуатацію аміачних холодильних машин малої та середньої потужності Відомо масло, яке уявляє собою поліалкіленгліколь, у якому міститься 50%мас N ~ СН2 - СН - X R v * 2 де Ri - H або СН2СН2СН3, або СН2СН2ОН , R2 - CH2CH2NH CH2CH2CN або CH2CH2CN, або СН2СН2ОН, або CH2CH2NH CH2CH2COOH3, або CHXHnNH СНХН COOHq сн 3 О 00 48172 груп оксиду етилену и 50% мас груп оксиду пропилену Масло розчиняється при негативній температурі в аміаку, володіє хорошою в'язкістю і низькою температурою застигання (1) Але масло володіє невисокою термоокислювальною стабільністю і протиспрацювальними властивостями Окрім того у масла по патенту США №5037570 висока критична температура розшаровування Слід також відзначити, що при експлуатуванні компресорів холодильних машин, які працюють на синтетичному композиційному маслі у капілярних трубках випарювачів, на фільтрах та інших деталях накопичуються смолисті речовини Накопичення у маслі смолистих речовин погіршує теплообмін у холодильному агрегаті і, як слідство, погіршує коефіцієнт корисної дії В основу винаходу поставлено задачу синтеза нових ХІМІЧНИХ сполук, які відносяться до класу амінонітрилів і які використовуються у якості компресорного масла Запропоновані нові ХІМІЧНІ сполуки забезпечують покращення якості компресорного масла за рахунок - підвищення протизносних властивостей, - зниження температури застигання, підвищення термоокислювальної стабільності Вказана задача вирішується синтезом амінонітрилів загальной формули Ri \ СШ - CM - X де Ri=H або СН2СН2СН, або СН2СН2ОН, R2=CH2CH2NHCH2CH2CN , або CH2CH2CN, або СН2СН2ОН, або CH2CH2NHCHZCH2COOCH3, або СНзС HzNHC HzCHC ООСНз масла, які розчиняються у маслах Для холодильного масла дуже важним показником є добра розчинність із холодоагентом при низьких температурах Рециркуляція масла із випарювана проходить краще, якщо температура розподілу фаз є нижче, а ніж температура кипіння робочего тіла у випарювачі Приклад 1 Отримання 1,8-диціано-3,6диазаоктану формули HN - CH2CH2CN СШ СН 2 HN - CH 2 CH : CN 630г 95%-го (5% води) етилендиамшу завантажують у скляний реактор, який має мішалку, оборотний холодильник із хлоркальцієвою трубкою, краплинною лійкою і термометром в атмосфері азоту нагрівають до 60°С При даній температурі з краплинної лійки добавляють 1320мг акрилонітрилу Добавлення проводять при постійному перемішуванні з швидкістю, яка забезпечить температуру реакційної суміші не більше 80°С Для підтримки вказаної температури використовують зовнішнє водяне охолодження Після завершення додавання акрилонітрилу реакційну суміш витримують у реакторі 2 години при перемішуванні , температурі 60-80°С в атмосфері азоту Далі суміш охолоджують до кімнатної температури і вивантажують 1690г готового продукту Знайдено % N 31,27, C8Hi4N4 Вираховано % N 33,70, змінне число 523мг HCL/r Приклад 2 1,11-диціано-3,6,9-триаза-ундекан формули СНз, Х=СН, або NHCH2CH2CN, або СООСН3 Y=H, або CN, або СН3, які використовуються як компресорне масло ФІЗИКО-ХІМІЧНІ показники, які дозволяють підвищити протиспрацювальні властивості, понизити температуру застигання та підвищити термоокислювальну стабільність визначаються структурою нових амінонітрилів, що заявляються Вказані властивості не можна прогнозувати на підставі знань про близькі сполуки із класу амінонітрилів Масла ,які використовуються у теперішній час у аміаку не розчиняються ,а тому вимагають щоб у холодильній машині були масловідокремувачі Це збільшує вартість машини Вимога розчиності масла в аміаку пов'язана з тим, що використання нерозчинного масла призводить до створення плівки масла на теплообміних поверхнях Вказана плівка знижує коефіцієнт тепловіддачі з а=9100Вт/м2 до 2 а=2700Вт/м На величину коефіцієнту корисної дії значний вплив має природа самого масла і перед усім в'язкість І розчинність його в холодоагентах Тому у холодильних системах з фреоновими холодоагентами в основному використовуються HNv СНгСНг N H C H J C H J C N Отримували аналогічно прикладу 1 Брали 1032г диетилентриамшу та 1320мг акрилонітрилу Вихід КІЛЬКІСНИЙ Отримали 2092г готового продукту Знайдено % N 32,78 C10H19N5 Вираховано % N 33,46 Амінне число 523мг HCL/r Приклад 3 1,11-диціано-3,6,9-триаза-3-(2ціаноетил)ундекан формули CH2CH2NHCH2CH2CN CNCH2CH2 - N Отримували аналогічно прикладу 1 Брали 1032г диетилентриамшу та 1592г акрилонітрилу Отримали 2624г готового продукту Вихід КІЛЬКІСНИЙ Знайдено % N 30,84 СізН22Мє Вираховано % N 32,03 Амінне число 139мг HCL/r Приклад 4 1,5-диціано-3-аза-3-(2оксиетилпентан) формулы 48172 ,СШСН2 CN НО СШСНз Отримували аналогічно прикладу 1 Брали 610г моноетаноламшу і 1060г акрилонітрила Вихід 1670г, КІЛЬКІСНИЙ Знайдено % N 24,91 C8Hi3N3o Вираховано %N 25,13 Амінне число 218мг HCL/r Приклад 5 2,5-диокси-3-аза-(2ціаноетил)пентан формули НО С СН2СН2 CN Отримували аналогічно прикладу 1 Брали 1051г диетаноламшу і 530г акрилонітрилу Вихід 1580г, КІЛЬКІСНИЙ Знайдено % N 17,08 C7H15N2O2 Вираховано % N 17,59 Амінне число 229мг HCL/r Приклад 6 1,8(дикароомеюкси)-3,6-дначопіпап формули ННСШСШСООСНз сіь Г"-' HNCH2ClbC\;CVlli Отримували аналогічно прикладу 1 Брали 630г 9 5 % етилендиамшу 1742г метилового ефіру акрилової кислоти Вихід 2320г, КІЛЬКІСНИЙ Знайдено % N 11 36 С ю Н 2 < № 0 4 Вираховано % N 12,06 Амінне число 314мг HCL/r Приклад 7 1,5-диціано-З-азапентан формулы 1) Коефіцієнт заломлювання (за допомогою рефлектометра Аббе з фіксованою температурою 20°С, погрішність 0,08%, див Иоффе Б В Рефрактометрические методы химии, Изд 2-е, Л ."Химия", 1974, 400с) 2) Густина масла (за допомогою пікнометру при температурі 20°С, погрішність 0,08%, див Гаузнер С И и др Измерение массы, объема, плотности, М , Изд-во стандартов, 1982, 528с) 3) Кінематична в'язкість (за допомогою скляного капілярного віскозиметра, погрішність 0,5%, див Измерение массы, плотности и вязкости Под редакцией Торбеева Ю В , М , Издво стандартов, 1988, 176с) 4) Температура текучості Визначалась за допомогою швидкості під'йому масла у одному із колін U-образноі трубки діаметром 6мм із надмірним тиском 50мм вод ст Найнижчу температуру при який масло підіймається у КОЛІНІ трубки з швидкістю 10мм/хв приймають за температуру текучості масла Звично температура застигання на 3-5°С нижче температури текучості (див Мельцер Л 3, Смазка фреоновых холодильных машин М , "Пищевая промышленность", 1969, 131с Холодильные компрессоры, Справочник, М, "Легкая и пищевая промышленность", 1981 г,279с) 5) Вміст ВОДИ, яка розчиняється (розчінність у воді) Цей показник визначали шляхом витримки масла, яке попередньо висушували в атмосферному повітрі (див Мельцер Л 3 , а також "Холодильные компрессоры", які вказані у п 4) 6) Розчинність масла в аміаку Перевірялась шляхом візуального спостереження за появою кордону розподілу у рідкому маслоаміачному розчину із зниженою температурою (див стандарт ФРН DJN 51590, СССР ГОСТ 5546-59) 7) Температура спалаху Визначалась у ВІДПОВІДНОСТІ із стандартом США D-92 (93) СНгСШ CN В пристрій, який описаний у прикладі 1 завантажують 566г 30% водяного розчину аміаку при кімнатній температурі Далі при перемішуванні додають із крапельної лійки у реактор 1060г акрилонітрилу Додавання проводять з такою швидкістю якаб забезпечила температуру реакційної суміші в реакторі не більше 80° С Після завершення додавання акрилонітрилу, реакційну суміш витримують 3-4 години до зниження температури до температури реакційної суміші 4050°С Далі оборотний холодильник замінюють на прямий і у вакуумі (ЗОмг) водоструміневого насосу відганяють воду ( температура відгонки - не повинна перевищувати 80°С) Об'єм води приблизно 350-400мл Залишок прозору, маслянисту рідину переганяють у вакуумі Вихід 1132Г, 92% теоретичного Знайдено % N 33,87 C 6 H 9 N 3 Вираховано % N 34,12 Амінне число 296мг HCL/r Для визначення придатності синтизованих сполук в якості компресорного масла були вивчені наступні теплофізичні і експлуатаційні показники 8) Мастильні властивості Визначались шляхом виміру диаметру плями зносу (див СССР, ГОСТ 9490-75) 9) Індукційний період осадкоутворення Визначався шляхом виміру термоокислювальної стабільності (Див СССР ГОСТ 23175-78) Перераховані показники сполук, які отриманні у прикладах №№ 1-8 вказані у таблиці Для порівняння у таблиці також приведені показники масла, яке отриманно у ВІДПОВІДНОСТІ ІЗ патентом США №5037570 (Приклад №9) Як видно із таблиці запропановані зразки мають суттєво кращі показники в порівнянні з маслом, яке отримано у ВІДПОВІДНОСТІ ІЗ патентом США №5037570 Запропановані сполуки повністю розчинні в аміаку при температурі вище 200К В той час як відоме масло , на основі поліалкіленгліколей (PAG) мають температуру кривої розшарування при значно більш високих температурах (240-260К) Окрім того слід ВІДМІТИТИ, що масла на основі PAG - сполук гігроскопічні і, що особливо важливо для холодильної техніки , розкладаються на жирні кислоти і спирти з утворюванням металевого мила в дросельних пристроях Присутність домішок в аміаку практично неминуча Тому широке впровадження PAG - сполук в аміачних 48172 холодильних установках поєднано з низкою технологічних труднощів Запропанований клас сполук також відрізняється високою пгроскопічностю Але ХІМІЧНОГО роскладу зразків невиявлено Усі запропановані зразки мають суттєво кращі мастильні властивості та індукційний період осадкоутворювання, ніж масло яке отримано у ВІДПОВІДНОСТІ з патентом США №5037570 Ці показники є пріоритетними коли оцінюють холодильні масла, тому що вони визначають якість і ДОВГОВІЧНІСТЬ експлуатації як масла, так і 8 холодильного устаткування у цілому Показники в'язкості усіх зразків (за виключенням №6) відповідають нормативним вимогам для компресорів різних класів (від поршневих до гвинтових) Температура спалаху трохи нища, але це не уявляє суттєвої безпеки під час експлуатації холодильного устаткування з вкористанням пожежонебезпечних холодоагентів ФІЗІКО-ХІМІЧНІ показники зразків, які отриманні у ВІДПОВІДНОСТІ із винаходом і патентом США №5037570 Таблиця Найменування показників, які характерізують властивість компресорного масла №№ зразка 1 Розчинність В Розчинність у аміаку ВОДІ розчинюється розчинюється Мастильні Індуційний період Температура Кінематична властивості Коефіцієнт Густина осадкоутворювання Температура (діаметр заломлюван при20°С (г осадку, який застигання в'язкість при 50°С(ММ2/С) спалаху(°С) плями ня при 20°С (кг/м3) утворився за 24 (°С) зносу-мм) години) -54 16,93 190 0,40 1,4776 1033,1 2,0 2 -II -II -54 12,30 180 0,42 1,4742 1024,1 2,3 3 -II -II -54 16,06 188 0,40 1,4761 1070,4 2,4 4 -II -II -29 17,43 156 0,40 1,4712 1070,4 2,8 5 -II -II -21 39,81 155 0,44 1,4805 1101,3 2,3 6 -II -II -27 4,24 148 0,57 1,4627 1044,1 1,9 7 -II -II -ЗО 12,33 174 0,60 1,4636 1097,4 2,4 -II -II -50 21,50 230 0,75 Не вказан Не вказана 3,75 8 Масло по патенту США ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71