减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法

摘要

减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法,属于润滑油产品环保性能检测技术领域，在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不间断的氮气吹扫过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测润滑油样品依然保持原有的特性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作为轻质润滑油的代表样品进行稠环芳烃PCA含量测定；本发明可以准确地将润滑油中影响稠环芳烃含量测定结果的轻质润滑油组份进行脱除，试验过程有效地避免了蒸馏过程对样品的氧化，使得所测润滑油样品依然保持原有的特性，并使得最终稠环芳烃含量PCA测定结果真实可信。

说明书

技术领域

本发明涉及减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法,属 于润滑油产品环保性能检测技术领域，特别涉及出口轻质润滑油及其制品 检测稠环芳烃前样品的预处理过程，是一种能够准确控制规定馏程范围的 减压蒸馏设备和方法。主要用于轻质润滑油在测定稠环芳烃含量（PCA） 前的馏程范围控制与处理，以满足直接进行稠环芳烃含量（PCA）测定试 验的要求。

背景技术

随着煤、石油在工农业生产、交通运输以及生活中被广泛应用，由此 而产生的稠环芳烃已成为世界各国共同关注的有机污染物，稠环芳烃的积 累已经越来越严重地威胁着人类的健康。稠环芳烃是一类致癌性很强的环 境污染物，是环境污染中最重要的监测项目之一。

欧盟要求化学品进入市场前必须进行安全性能测定并加以标识，同时 规定：当采用SH/T0838-2010（IP346/96）《未使用过的润滑油基础油及 无沥青质石油馏分中稠环芳烃（PCA）含量的测定二甲基亚砜萃取折光指 数法》测定润滑油中PCA（稠环芳烃）含量大于3％时，产品必须进行致 癌标识。所以，国内润滑油产品及其制成品出口时必须提供稠环芳烃含量 测定结果。在轻质润滑油测定稠环芳烃过程中，对样品有馏程范围的限制 （标准大气压下，300℃以下组分不超过5%才能可以进行PCA测定试验）， 不满足馏程在规定范围内的样品无法进行后续稠环芳烃的测定工作，目前 国内外没有关于准确处理轻质润滑油馏程在（310℃～终馏点）的设备。 因此，为了提高产品质量控制与出口检测水平、并与世界先进检测技术接 轨，研究开发出用于轻质润滑油测定稠环芳烃PCA含量前处理过程的减压 蒸馏仪及试验方法，以适应快速发展的润滑油检测技术。

发明内容

本发明的目的是：提供减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试 验方法。为轻质润滑油测定PCA含量提供处理装置并提供符合试验方法要 求的测定样品。

本发明采用的技术方案是：轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法， 含有以下步骤；

在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不 间断的氮气吹扫过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测 润滑油样品依然保持原有的特性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程 得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作为轻质润滑油的代表样品进行 稠环芳烃PCA含量测定；

还包括以下步骤：

步骤A：在已称好质量的1000mL烧瓶中称入250g试样，精确到1g， 烧瓶上带有用于氮气吹扫的支管；

步骤B：将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接 收器的维格罗（Vigreux）分馏柱上；

步骤C：将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压 系统上；

步骤D：在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫10min， 以除去溶解的氧；

步骤E：降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持 2L/h的氮气流速（对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以 防沸点滞后；

步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调 整对烧瓶底部的加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免 分馏柱某处发生溢流；

步骤G：将回流比设置为1﹕1（例如：关2s，开2s），开始收集馏 分；

在标准大气压（101.3kPa）下，分馏柱顶温度达到280℃时，将回流 比调整为2﹕1（例如：关4s，开2s），继续收集馏出物，直到在标准大 气压（101.3kPa）下，分馏柱顶温度达到310℃为止；

步骤H：将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内 试样在减压状态下冷却到50℃～70℃，增大氮气的吹扫速度，直到达到 常压；然后将连在常压下的系统分离，取下装有残油的烧瓶；对接收瓶中 的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到1g。

减压蒸馏仪，使用的减压蒸馏装置主要包括：分馏装置、减压仪主机 柜；

分馏装置由电磁阀、接收瓶、温度计、蒸馏瓶、分馏柱、回流头组成； 电磁阀安装在回流头上端，通过磁极变化来吸、放回流头中间的磁性玻璃 柱，由此来开、闭接收瓶的连接口，从而控制蒸馏过程的回流比；分馏柱 连接回流头的下端、蒸馏瓶的上端，为了保证蒸馏效果要在分馏柱上固定 保温层或缠绕一定厚度的石棉绳；

减压仪主机柜包括温度控制系统、真空控制系统、氮气吹扫系统；

温度控制系统包括：电压显示、电压调节、显示器和风扇开关固定在 减压仪主机柜，减压仪主机柜连接电加热套、加热温度调节，保温罩包裹 分馏柱；

真空控制系统包括：真空显示连接真空泵，真空泵连接分馏装置；

氮气吹扫系统包括：氮气瓶连接流量计，流量计连接流量调节，流量 调节连接分馏装置；

分馏装置固定在减压仪主机的中间位置，回流头连接真空控制系统， 蒸馏瓶在加热温度调节上端；加热温度调节外包裹电加热套，温度计连接 蒸馏瓶，温度计连接接收瓶，

刺型的维格罗（Vigreux）分馏柱的长度是500mm，玻璃器皿的连接口 均采用不锈钢夹子固定；

真空压力系统采用精密薄膜真空压力传感器；

采用Pt100温度传感器检测蒸汽温度和液体温度，采用数字温度传感 器检测维格罗分馏柱周围的恒温温度，使用温控器进行温度转换；

包括3路温度采集、控制和显示；1路真空压力检测和显示控制；氮 气抽提速率自动控制；回流比自动控制；常减压温度自动换算；自动过程 计时。

本发明的技术效果：本发明的减压蒸馏仪是在测定轻质润滑油的稠环 芳烃含量试验过程中必须要使用的仪器，旨在将待测样品的馏程控制在试 验方法要求的范围内，以满足稠环芳烃测定精度的要求。仪器设计过程完 全遵照英国能源研究会制定的IP-346方法（等效SH/T0838-2010）中对 样品的馏程控制及处理要求，仪器试验效果表明：轻质润滑油样品经过仪 器的减压馏份处理以后，样品的馏程完全满足直接进行稠环芳烃含量 （PCA）测定试验的要求。

本发明的减压蒸馏仪试验方法是按照稠环芳烃PCA含量测定方法要求 对润滑油样品进行馏程减压分馏处理的试验方法，该方法可以准确地将润 滑油中影响稠环芳烃含量测定结果的轻质润滑油组份进行脱除，试验过程 有效地避免了蒸馏过程对样品的氧化，使得所测润滑油样品依然保持原有 的特性，并使得最终稠环芳烃含量PCA测定结果真实可信。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地 理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来 提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施 例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1蒸馏器具连接图;

图2减压仪装配图;

图3减压仪电路框图；

图4减压仪软件设计框图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

实施例1：轻质润滑油测定稠环芳烃含量前处理过程的试验方法，含 有以下步骤；

在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不 间断的氮气吹扫过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测 润滑油样品依然保持原有的特性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程 得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作为轻质润滑油的代表样品进行 稠环芳烃PCA含量测定。

试验方法具体包括以下步骤：

步骤A：在已称好质量的1000mL烧瓶中称入250g试样，精确到1g， 烧瓶上带有用于氮气吹扫的支管。

步骤B：将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接 收器的维格罗（Vigreux）分馏柱上。

步骤C：将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压 系统上。

步骤D：在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫10min， 以除去溶解的氧。

步骤E：降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持 2L/h的氮气流速（对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以 防沸点滞后。

步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调 整对烧瓶底部的加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免 分馏柱某处发生溢流。

步骤G：将回流比设置为1﹕1（例如：关2s，开2s），开始收集馏 分。

在标准大气压（101.3kPa）下，分馏柱顶温度达到280℃时，将回流 比调整为2﹕1（例如：关4s，开2s），继续收集馏出物，直到在标准大 气压（101.3kPa）下，分馏柱顶温度达到310℃为止。

步骤H：将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内 试样在减压状态下冷却到50℃～70℃，增大氮气的吹扫速度，直到达到 常压。然后将连在常压下的系统分离，取下装有残油的烧瓶。对接收瓶中 的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到1g。

仪器设计包括如下步骤：

步骤1、玻璃蒸馏体部分；

按照方法要求，委托玻璃制作厂家按照图1制作出500毫米长的维 格罗（Vigreux）分馏柱、回流、冷凝器、接收瓶（250ml）、蒸馏瓶（1000ml）。

步骤2、真空系统压力检测及控制部分；

真空压力系统采用国内最先进的精密薄膜真空压力传感器，在真空压 力0～100mmHg范围内，能精确显示到1Pa。这样就能很准确的控制真空压 力，减少残压压力波动，提高蒸馏温度的准确性。

在抽真空过程中，采取自动逐步减压法，这样可以减少生成的泡沫， 避免油样暴沸。

步骤3、多点温度采集、检测及换算；

在整个系统中，需要检测蒸汽温度、油样液体温度和维格罗分馏柱周 围的恒温温度，为此，采用进口Pt100温度传感器检测蒸汽温度和液体温 度，采用数字温度传感器检测维格罗分馏柱周围的恒温温度，为了蒸汽温 度的准确性，专门使用一个进口温控器进行温度转换，提高蒸汽温度的准 确性和稳定性。

在蒸馏试验过程中，系统读取的是不同减压压力下的蒸汽温度，为此 专门设计了温度转化程序，将减压下的温度实时转化成常压下的温度，这 样随着蒸馏温度的变化，回流比控制相应改变，使回流比控制过程准确、 方便。

步骤4、整体系统的组成及控制；

采用单片机+液晶屏控制系统，将试验过程中各项参数显示在液晶屏 上，仪器工作状态一目了然，并且每一步操作都有提示，方便用户操作。 系统包括3路温度采集、控制和显示；1路真空压力检测和显示控制；氮 气抽提速率自动控制；回流比自动控制；常减压温度自动换算；自动过程 计时。

为了达到真空压力的精确控制，需要实时监测真空压力，并对压力的 变化及时做出反应，而系统中对中断的处理、键盘的按键判断、其他程序 过程的运行、各种采样、转换、计算等等，都会延迟对压力变化后的反应， 致使压力波动加大。为此，专门设计一个单片机小系统，用来检测压力， 进行压力A/D转换，对压力进行及时精确地控制。

实施例2：

采用轻质润滑油测定稠环芳烃PCA含量前处理过程的减压蒸馏操作试 验方法，以不同类型轻质润滑油产品为例，对本发明作进一步详细说明。

减压蒸馏装置，主要包括：分馏装置、减压仪主机柜。减压仪主机柜 包括温度控制系统、真空控制系统、氮气吹扫系统。

减压蒸馏仪，电磁阀1连接回流头7,回流头7有真空气口200、循 环进液口300和循环出液口100,回流头7连接第一温度计6和接收瓶2, 回流头7的下端连接分馏柱5，分馏柱5的下端连接蒸馏瓶4，蒸馏瓶4 连接第二温度计3，蒸馏瓶4的下端有电加热套16和加热温度调节17设 置，氮气瓶20通过管道、流量计12和流量调节13连接蒸馏瓶4的进气 口400；温度控制系统的电压显示9、电压调节10、（控制）显示器11、 风扇开关14、加热温度调节17和电源开关15与控制面板连接；保温罩 18、真空泵19通过管道与真空显示8和蒸馏部分连接。

参阅图1。蒸馏器具连接由电磁阀1、接收瓶2、温度计3、蒸馏瓶4、 分馏柱5、温度计6、回流头7组成。电磁阀安装在回流头上端，通过磁 极变化来吸、放回流头中间的磁性玻璃柱，由此来开、闭接收瓶的连接口， 从而控制蒸馏过程的回流比。分馏柱连接回流头的下端、蒸馏瓶的上端， 为了保证蒸馏效果要在分馏柱上固定保温层或缠绕一定厚度的石棉绳。

参阅图2。减压仪装配是将蒸馏器具安全、准确地固定在一个高150cm、 宽90cm、厚45cm的箱体上，将温度控制系统（包括：电压显示9、电压 调节10、（控制）显示器11、风扇开关14、电加热套16、加热温度调节 17、保温罩18）与蒸馏部分相连。然后连接真空控制系统（包括：真空 显示8、真空泵19）和氮气吹扫系统（包括：流量计12、流量调节13、 氮气瓶20）到蒸馏器具的相应接口部分。

参阅图3。减压仪电路由电源控制主CPU控制板，主CPU控制真空系 统和蒸馏温度、通过温度的逐渐变化来控制电磁阀并由此调节蒸馏回流比 和蒸馏终点。

参阅图4。减压仪软件设计包括：系统逐级减压控制、系统参数设置、 机器校准、系统工具、通讯与中断部分。在逐级减压过程中设计了温度与 压力换算软件，在仪器面板上直接显示出常压温度。

具体包括以下步骤：

步骤A：在已称好质量的1000mL烧瓶中称入250g试样，精确到1g， 烧瓶上带有用于氮气吹扫的支管。

步骤B：将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接 收器的维格罗（Vigreux）分馏柱上。

步骤C：将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压 系统上。

步骤D：在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫10min， 以除去溶解的氧。

步骤E：降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持 2L/h的氮气流速（对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以 防沸点滞后。

步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调 整对烧瓶底部的加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免 分馏柱某处发生溢流。

步骤G：将回流比设置为1﹕1（例如：关2s，开2s），开始收集馏 分。在标准大气压（101.3kPa）下，分馏柱顶温度达到280℃时，将回流 比调整为2﹕1（例如：关4s，开2s），继续收集馏出物，直到在标准大 气压（101.3kPa）下，分馏柱顶温度达到310℃为止。

步骤H：将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内 试样在减压状态下冷却到50℃～70℃，增大氮气的吹扫速度，直到达到 常压。然后将连在常压下的系统分离，取下装有残油的烧瓶。对接收瓶中 的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到1g。

实验室对轻质润滑油样品采用设计的减压分馏仪进行轻组分减压蒸 馏试验，然后对比蒸馏前后样品的馏程来对仪器蒸馏的准确性进行验证， 蒸馏前后样品的馏程测定结果见表1。

表1轻质润滑油蒸馏前后样品馏程测定结果

由表1可知：轻质润滑油经过轻蒸馏馏分切割后，标准大气压 （101.3kPa）下，300℃以下组分不超过5%的样品（KI45、KI50X、KI50GX） 能够满足测定PCA含量的试验方法标准中对馏程的要求，可以进行后续测 定试验。

从上表的数据也可以看出，实验室设计的减压仪能够满足实验要求。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上 没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人 员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范 围之内。