Технология топлива и углеродных материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Химические технологии»

ТЕХНОЛОГИЯ ТОПЛИВА И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Часть I

Методические указания для студентов направления 240100.62

«Химические технологии», профиля 08 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2016

1

Составители: Н.Н. Старкова, А.Н. Чудинов

УДК 665.С427 Т38

Рецензент д-р техн. наук, профессор В.Г. Рябов

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Технология топлива и углеродных материалов: метод. Т38 указания для студентов направления 240100.62 «Химические технологии», профиля 08 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»:

в 2 ч. / сост. Н.Н. Старкова, А.Н. Чудинов. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – Ч. 1. – 51 с.

Изложены общие методы анализа, используемые для характеристики нефтей и нефтепродуктов; приведены рекомендации по выполнению лабораторных работ и правила техники безопасности.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Химические технологии», по профилю бакалавриата «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

УДК 665.С427

ПНИПУ, 2016

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача технического анализа в нефтеперерабатывающей промышленности – наиболее полно и четко охарактеризовать необходимые физические и эксплуатационные свойства исходного сырья и конечных продуктов с учетом особенностей их назначения и применения. Не менее важной задачей технического анализа является и производственно-технологическая оценка исходного сырья: сырой нефти, дистиллятных и остаточных нефтяных продуктов.

Одной из главных целей технического анализа нефтепродуктов является получение четких представлений о том или ином продукте, его относительной ценности и значении. Кроме того, важно выяснить причинные связи между качественными показателями конечных продуктов производства и поведением этих продуктов в реальных условиях применения.

Достоверность, точность и воспроизводимость результатов анализа и технических испытаний в практических условиях производственного предприятия зависят от разнообразных факторов, в том числе и от навыков экспериментатора. Однако во всех случаях необходимо выполнение следующих условий:

–проба испытуемого продукта должна быть отобрана с соблюдением всех правил и инструкций;

–перед проведением анализа анализируемый продукт должен быть подготовлен в соответствии с требованиями методики (обезвоживание, фильтрование, нагрев, охлаждение, измельчение, перемешивание и т.д.);

–для анализа нефтей и нефтепродуктов должен быть использован метод, рекомендованный ГОСТом или техническими условиями;

–при выполнении анализов или специальных испытаний необходимо строго и точно придерживаться всех без исключения указаний ГОСТов или технических условий;

4

– вычисление результатов анализа следует проводить с точностью, предусмотреннойГОСТомилитехническимиусловиями.

При подготовке к лабораторной работе необходимо внимательно прочитать и проанализировать ее содержание и усвоить основные определения, ознакомиться с методикой проведения испытаний, перенести в рабочую тетрадь необходимые рисунки, эскизы аппаратов.

Оформленный отчет по проведенной работе должен включать в себя:

1.Цель работы.

2.Описание работы.

3.Эскиз прибора или схемы аппаратов.

4.Результаты испытаний.

5.Выводы.

К защите лабораторной работы нужно подготовить ответы на контрольные вопросы.

5

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ

При работе в лаборатории необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

1.Сосуды с нефтепродуктами нельзя держать вблизи огня.

2.При сборке установки следует уплотнять соединения ее частей, чтобы не допуститьутечки жидкостей, паров и/илигазов.

3.Легковоспламеняющиеся жидкости можно нагревать только на закрытой плитке или водяной бане. При отгонке летучего растворителя следует знать температуру конца его кипения.

4.При работе с расплавленным парафином или битумом нужно соблюдать осторожность во избежание ожогов.

5.Для тушения пламени нефтепродуктов нельзя применять воду. Загоревшийся нефтепродукт тушат песком или струей углекислоты из огнетушителя, можно накрыть его кошмой или асбестовым одеялом.

6.Запрещается оставлять включенные аппараты и установки без наблюдения.

7.Баллоны с газом, газометры необходимо изолировать от источников тепла. При работе с горючими газами прибор должен быть тщательно герметизирован и изолирован от огня. Выпускать газ из баллона следует через редуктор.

8.Следует осторожно обращаться со стеклянными приборами, заполненными ртутью (манометрами, вакуумметрами, термометрами). Разлитую ртуть надо тщательно собрать и немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту; если ртуть попала в щели, откуда ее невозможно извлечь, рекомендуется нейтрализовать ее серой, крепким раствором перманганата калия или 20%-ным раствором хлорного железа.

9.При работе с вакуумной аппаратурой следует надевать защитные очки; вакуум включать и выключать постепенно.

10.В лаборатории запрещается использовать электроприборы с нарушенной изоляцией проводов, неисправными вилка-

6

ми. Нагревательные приборы независимо от мощности должны иметь достаточную тепловую изоляцию (асбест, керамическую плитку) как снизу, так и со стороны стены. При загорании проводов или электроприборов немедленно выключить ток и использовать средства пожаротушения.

11. В лаборатории запрещается переносить пламя, сливать нефтепродукты в канализацию, принимать пищу.

7

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

Плотность является важнейшей характеристикой, позволяющей ориентировочно оценивать фракционный и химический состав нефти и нефтепродуктов.

Абсолютной плотностью считается масса вещества, заключенная в единице объема. Плотность имеет размерность кг/м3.

Впрактике нефтепереработки принято использовать относительную плотность – безразмерную величину, выражающую отношение плотности нефтепродуктов при 20 °С к плотности воды при 4 °С. В некоторых странах за стандартную принята температура нефтепродукта и воды 15,5 °С.

Взависимости от требуемой точности плотность нефтей

инефтепродуктов определяют ареометром (точность до 0,001)

ипикнометром (точность до 0,00005).

1.1. Определение плотности ареометрическим методом

Данный способ определения плотности основан на законе Архимеда, согласно которому тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, скольковесит вытесненный теломобъем жидкости.

Ареометр (рис. 1) представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, в нижней части которого помещен балласт в виде мелких металлических шариков. Градуировку ареометров производят через каждые 0,0005 в известном интервале и относят к плотности воды при 4 °С. Таким образом, по показаниям ареометра определяют относительную плотность 420.

В широкий цилиндр наливают испытуемый нефтепродукт, температура которого не должна отклоняться более чем на ±5 °С от температу- Рис. 1 ры окружающей среды. Чистый сухой ареометр,

удерживая за верхний конец, медленно и осторожно опускают в нефтепродукт.

8

После того как ареометр уравновесится, производят отсчет по верхнему краю мениска. Одновременно замеряют температуру испытуемого нефтепродукта (не касаясь термометром стенок и дна цилиндра). Если температура отличается от 20 °С, то плотность рассчитывают по формуле Менделеева:

4t = 420 – α·(t – 20),

где 4t – относительная плотность нефтепродукта при температуре испытания; α – средняя температурная поправка при изменении температуры на 1 °С (прил., табл. 1), кг/м3; t – температура нефтепродукта, °С.

При определении плотности вязких нефтепродуктов их разбавляют равным объемом керосина известной плотности. Плотность нефтепродукта вычисляют по формуле

= 2 1 – 2,

где 1 – плотность смеси, кг/м3; 2 – плотность керосина, кг/м3.

1.2. Определение плотности пикнометрическим методом

Пикнометрический метод является одним из точных методов определения плотности нефтепродуктов. Преимуществом его является возможность определения плотности малых количеств испытуемого нефтепродукта.

Этот метод основан на сравнении массы нефтепродукта, взятого в определенном объеме, с массой дистиллированной воды той же температуры, взятой в том же объеме.

Определение плотности с помощью пикнометра (рис. 2) проводится при температуре 20 °С, достигаемой с помощью термостатированной водяной бани. Плотность определяют параллельно в двух пикнометрах.

Пикнометр должен иметь точно установленное водное число, т.е. массу воды в объеме пикнометра. Для определения водного числа сухой чистый пикнометр взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г и доводят до постоянной

9

ивытирают шейку пикнометра изнутри. Пикнометр с установленным при 20 °С уровнем воды тщательно вытирают снаружи

иснова взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Водное число пикнометра определяют по разности между пикнометром с водой и пустым:

m = m2 – m1,

где m – водное число пикнометра, г; m1 – масса пустого пикнометра, г; m2 – масса пикнометра с водой, г.

Сухой чистый пикнометр с установленным водным числом осторожно заполняют испытуемым нефтепродуктом при температуре 18–20 °С немного выше метки, стараясь не запачкать стенки пикнометра. Пикнометр с нефтепродуктом закрывают пробкой, помещают в термостат с температурой 20 °С и держат в течение 30 мин. Затем уровень нефтепродукта в пикнометре устанавливают по верхнему краю мениска. Пикнометр с установленным уровнем вытирают снаружии взвешивают нааналитических весах.

Видимую плотность нефтепродукта вычисляют по формуле

20t = (m3 – m1)/m,

где m3 – масса пикнометра с нефтепродуктом, г; m1 – масса пустого пикнометра, г; m – водное число пикнометра, г.

Видимую плотность нефтепродукта, определенную пикнометрическим методом, пересчитывают в действительную ( 420) по формуле Менделеева:

10