Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
грузите в емкость с нефтепродуктом и с помощью резиновой груши осуществите подсос испытуемого образца до метки М
, при этом следите, что-
2
бы в жидкости не образовывались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень жидкости достигает метки М
, вискозиметр вынимают из сосуда и
2
быстро устанавливают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца трубки 2 избыток жидкости и надевают на этот конец резиновую трубку. Вискозиметр помещают в термостат. Выдержка в термостате
должна быть достаточно длительной. Расширение 3 должно находиться
ниже уровня жидкости в термостате. После выдержки в термостате жидкость засасывают в расширение 4 приблизительно на 5 мм выше метки М
Определяют время перемещения мениска от метки М
до метки М2.
1
1
Описание работы с вискозиметром типа Пинкевича (см. рис. 3.1, г).
На отводную трубку 1 надевают резиновую трубку. Далее, зажав пальцем
колено 2 и перевернув вискозиметр, опускают колено 3 в сосуд с нефтепродуктом и засасывают его (с помощью резиновой груши, водоструйного
насоса или иным способом) до метки М
, следя за тем, чтобы в жидкости
2
не образовались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень жидкости достигает метки М
, вискозиметр вынимают из сосуда и быстро переворачи-
2
вают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца колена
3 избыток жидкости и надевают на него резиновую трубку. Вискозиметр
устанавливают в термостат так, чтобы расширение 4 было ниже уровня
жидкости. После выдержки в термостате не менее 15 мин засасывают жидкость в колено 3 примерно до
1
/3 высоты расширения 4. Соединяют колено
3 с атмосферой и определяют время перемещения мениска жидкости от
метки М
до М2.
1
3.2. Лабораторная работа 4. Определение условной вязкости
вискозиметром Энглера
Схема вискозиметра Энглера представлена на рис. 3.2.
Вязкость по Энглеру определяется измерением времени истекания из
вискозиметра 200 мл жидкости определенной температуры при сравнении
со временем истекания из вискозиметра такого же количества дистиллированной воды при 20 °С (постоянная вискозиметра). В процессе измерений
тестируемая жидкость должна вытекать непрерывной струей. Вязкость в
единицах Энглера при температуре T обозначается Et; Jt – время (в секундах) истечения 200 мл исследуемого образца жидкости при температуре T;
постоянная вискозиметра (в секундах) обозначается K20. Расчеты производятся по следующей формуле:
.
Et
=
Jt
.
K20
21
Рис. 3.2. Схема вискозиметра
Энглера: 1 – деревянная пробка;
2 – электрическая мешалка
с пасиком; 3 – термометр;
4 – нагреватель; 5 – крышка
внутреннего резервуара;
6 – внутренний резервуар;
7 – внешний резервуар;
8 – контрольная головка;
9 – трубка истечения жидкости;
10 – подставка; 11 – приемная
колба; 12 – терморегулятор;
13 – выключатель питания
светодиодный; 14 – регулировочный
болт вертикальности
Эксплуатация термоконтроллера. Устройство термоконтроллера
внутреннего резервуара приведено на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Термоконтроллер вискозиметра
ВУ-М-ПХП: 1 – указатель выхода
(OUT); 2 – указатель автоматической
установки (AT); 3 – измеряемое
значение температуры; 4 – указатель
достижения верхней границы (ALM1);
5 – указатель достижения нижней
границы (ALM2); 6 – установленное
значение температуры; 7 – клавиша
установки (SET); 8 – клавиша разряд;
9 – клавиша уменьшения значения
Включить клавишу электрического питания аппарата. При этом на
верхнем экране будет отображаться измеряемая температура, а на нижнем –
установленная.
Нажать клавишу SET, цифры на нижнем дисплее начнут мигать, клавишами можно установить значение температуры.
По достижении нужного значения нажать клавишу SET. Цифры на
нижнем экране перестанут мигать, установка завершена.
«-»; 10 – клавиша увеличения
значения «+»
22
Установка параметров температуры внутреннего резервуара:
1. Включите аппарат, при этом на верхнем экране будет отображать-
ся измеряемая температура, а на нижнем – установленная.
2. Нажмите и удерживайте клавишу SET в течение 5 с, при этом на
верхнем экране появится надпись AL1 (предупреждение о достижении
верхней границы). Этот параметр уже предустановлен на заводе, пользователям нет необходимости производить дополнительные настройки.
3. Еще раз нажмите клавишу SET, при этом на верхнем экране появится надпись AL2 (предупреждение о достижении нижней границы).
Этот параметр уже предустановлен на заводе, пользователям нет необходимости производить дополнительные настройки.
4. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись SC (корректировка разницы между показателем термометра и термостата). Исходное
значение должно быть равно «0» (нулю). Пользователь может при необходимости увеличить или уменьшить значение этого параметра (скорректированное значение отображается на нижнем экране).
5. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись ATU (автоматическая корректировка). Данный параметр предназначен для автоматической корректировки пропорции, интегрального времени и дифференциального времени при неидеальных условиях контролирования температуры.
1 на нижнем экране означает автоматическую регулировку указанных параметров, 0 – использование предустановленных значений.
Данные параметры используются только при сильных изменениях
температуры окружающей среды, неидеальных условиях регулирования
температуры и значениях измеряемой температуры, близких к установленной. Пользователь не
водить автоматическую регулировку данного параметра.
6. После проведения автоматической регулировки прибор может ав-
томатически записать параметры и использовать их в дальнейшем.
7. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись P (пропорция).
Предустановленное значение – 3.
8. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись I (интегральное
время). Предустановленное значение – 250.
9. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись d (дифференци-
альное время). Предустановленное значение – 50.
Значение этих параметров может измениться после проведения
автоматической регулировки. Пользователю рекомендуется производить
установку этих параметров вручную только тогда, когда ему не требуются автоматически установленные значения. При установке этих параметров рекомендуется
значения.
должен каждый раз при включении прибора про-
использовать заводские (предустановленные)
23
10. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись T (время). Не
регулируется пользователем.
11. Еще раз нажмите клавишу SET, появится надпись LCK (блоки-
ровка). Не регулируется пользователем.
12. Последующее нажатие и удержание клавиши SET позволяет сохранить установленные параметры. При любом нажатии и удержании клавиши SET более 5 с происходит переход к установке параметров. Если никакие клавиши не нажимаются, то после 30 с система автоматически возвращается к установленным параметрам.
Порядок действий для определения вязкости:
1. Используя авиационный бензин или спирт, промойте внутренний
бак и сопло для слива жидкости, вытрите насухо чистой мягкой тканью,
установите на внешний бак.
2. Отрегулируйте уровень жидкости с помощью трех вертикальных
регулировочных винтов, вставив большую заглушку в трубку для отвода
жидкости, затем налейте достаточно чистой дистиллированной воды во
внутренний резервуар так, чтобы поверхность налитой воды была равна
уровню трех маячков внутри резервуара, затем закройте внутренний резервуар крышкой.
3. Заполните внешний бак водой (при температуре выше +80 °C –
смазочным маслом), установите температуру во внешнем баке на желаемое
значение с помощью термоконтроллера.
4. При температуре анализа от 0 °C до комнатной температуры во
внешний резервуар необходимо добавить диоксид углерода («сухой лед»)
или другие подходящие хладагенты.
5. После того как температура точно станет равной желаемому значению, быстро выньте заглушку и одновременно включите секундомер.
Когда объем жидкости в приемной колбе точно достигнет значения 200 мл
(не считая пузырьков), выключите секундомер.
6. Повторите измерение дважды, возьмите среднее значение. Рассчитайте вязкость жидкости по вышеприведенной формуле.
7. После каждого измерения внутренний и внешний резервуары вискозиметра и приемную колбу необходимо промыть и вытереть насухо.
Внимание! Перед началом каждого анализа убедитесь в наличии
жидкости во внутреннем резервуаре.
3.3. Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятия «вязкость».
2. Какие виды вязкости Вы знаете?
3. Почему важно знать вязкость того или иного нефтепродукта?
4. Расскажите о способах определения вязкости.
24
5. Как и почему меняется вязкость при повышении температуры?
6. Дайте определение понятия «структурная вязкость». Назовите
основные причины ее появления.
7. Какие жидкости называют ньютоновскими?
8. Дайте определение понятия «динамическая вязкость».
9. Дайте определение понятия «кинематическая вязкость».
10. Дайте определение понятия «условная вязкость».
11. Перечислите единицы измерения динамической и кинематической вязкостей.
12. Какие типы вискозиметров Вы знаете?
13. Как устроен вискозиметр?
14. Расскажите ход определения вязкости с помощью вискозиметра
Энглера.
15. По какому стандарту определяют кинематическую вязкость?
16. Какие типы капиллярных вискозиметров Вы знаете? В чем их
отличия?
17. По какому стандарту определяют условную вязкость?
18. Дайте определение понятия «условные градусы».
19. Как называются жидкости, вязкость которых не зависит от скорости ее перемещения при турбулентном режиме потока?
20. Прямая или обратная зависимость между количеством жидкости,
протекающей в единицу времени через капилляр, и давлением?
21. Каким образом изменяется вязкость углеводородов с ростом разветвленных цепей?
22. Расположите углеводороды в порядке возрастания вязкости: алкилбензолы, алкилциклогексаны, изоалканы, н-алканы, н-алкены, алкилциклопентаны, изоалкены, алкилнафталины.
23. Как можно осуществить перевод кинематической вязкости в
условную?
24. Какие факторы влияют на вязкость газов?
25. Можно ли использовать правило аддитивности для нахождения
вязкости смеси газов? Какие имеются особенности?
26. Можно ли использовать правило аддитивности для нахождения
вязкости товарных нефтепродуктов, зная вязкость каждого отдельного
компонента? Почему?
27. Дайте определение понятия «индекс вязкости».
28.
Кем был разработан метод определения индекса вязкости?
29. Определите кинематическую и условную вязкость узкой нефтяной фракции, кинематическая вязкость которой при температуре t равна ν,
относительная плотность d
20
4
:
25
Номер варианта t, ºС ν, сСт
1 20 2,06 0,8325
2 49 10,05 0,8838
3 25 142,3 0,9202
4 25 19,25 0,8251
5 35 46,15 0,7685
6 41 35,12 0,9254
7 42 39,18 0,8752
8 20 98,15 0,8325
9 29 85,12 0,8838
10 62 74,10 0,9202
11 34 20,24 0,8251
12 12 26,15 0,7685
13 45 27,10 0,9254
14 44 38,14 0,8524
20
d
4
4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
Цвет. Цвет нефтей различных месторождений зависит от содержа-
ния в них смолистых веществ и асфальтенов. Большинство нефтей имеют
красно-коричневый или коричневый цвет. Некоторые нефти, особенно содержащие соединения серы и имеющие высокое содержание смол, имеют
почти черный цвет. Однако есть нефти, которые почти бесцветны или
окрашены в слегка желтоватый или светло-коричневый цвет. Эти типы
нефтей совсем не содержат или содержат очень небольшое количество
смолистых веществ.
Примеси, придающие нефти определенный цвет, могут иметь разнообразную окраску в различных нефтях. Поэтому, строго говоря, нельзя
предполагать, что цвет нефти или нефтепродукта зависит от количества
растворенных в них асфальтосмолистых веществ. Следует отметить, что
асфальтены вызывают более темный цвет нефти, чем смолы. Этот цвет тем
ближе к черному, чем больше асфальтенов в нефти. Нефти, не содержащие
асфальтенов, обычно имеют красно-коричневый цвет. Как правило, нефти
с низким удельным весом легче и прозрачнее более тяжелых.
Бесцветные нефти и продукты можно получить после полного удаления смолистых веществ.
Нефти, окрашенные в тот или иной цвет, также имеют флуоресценцию. Флюоресцируют и дистилляты, за исключением легкокипящих (бензин, лигроины), как в собственном виде, так и в смеси с другими органическими растворителями. Есть два оттенка флуоресценции: голубоватый и
зеленоватый. Вещества, вызывающие особую флуоресценцию, не удаляются ни обработкой щелочью, ни фильтрацией через отбеливающую среду.
26
Показатель преломления. Преломление световых лучей на границе
раздела двух различных оптических сред называют рефракцией (от лат. refractus – преломленный), она характеризуется показателем преломления, который является характерной константой вещества. При переходе светового луча А
(рис. 4.1) из воздуха на поверхность какого-либо
тела он частично отражается (луч Б), а частично
проходит внутрь тела (луч В), при этом изменяя
свое направление, т.е. преломляется.
Отношение синуса угла падения к синусу
угла преломления называется показателем пре-
Рис. 4.1. Преломление
светового луча
ломления
sin α
sin α
1
.
2
n =
Показатель преломления зависит от длины волны падающего луча.
Чаще всего определяют показатель преломления для желтой линии натрия
(D) c длиной волны λ = 589 нм. Кроме того, он зависит от температуры. С
повышением температуры показатель преломления понижается. Поэтому
необходимо указывать температуру, при которой проводилось определе-
t
ние (n
).
D
Рефрактометрический метод анализа (рефрактометрия) основан
на зависимости показателя преломления света от состава системы. Эта зависимость устанавливается путем определения показателя преломления
для стандартного ряда растворов. По экспериментальным данным строят
калибровочный график зависимости «показатель преломления – состав
смеси», а затем по графику и измеренному показателю преломления анализируемого раствора определяют содержание в нем вещества.
Показатель преломления широко используется в аналитических целях при изучении масел. Из различных классов углеводородов, входящих в
состав нефтей и нефтепродуктов, алканы имеют самый низкий показатель
преломления. Нафтены имеют высокие значения, а ароматические углеводороды – самые высокие значения.
Коэффициенты преломления различных углеводородов приведены в
табл. 4.1, из которой видно, что в одном и том же ряду углеводородов повышение коэффициента лучепреломления находится в прямой зависимости от удельного веса.
Для фракций отдельных нефтей коэффициент преломления растет с
увеличением температуры кипения фракций и их удельного веса.
27
Таблица 4.1
Коэффициенты преломления углеводородов
Углеводород Коэффициент
преломления при 20 °С
Гексан 1,3800 0,6645
Октан 1,4027 0,7074
Декан 1,4128 0,7278
Гексилен 1,4014 0,6686
Октилен 1,4373 0,7456
Децилен 1,4385 0,7721
Бензол 1,5017 0,8804
Этилбензол 1,5016 0,8746
Изобутилбензол 1,4967 0,8716
Октодецилбензол 1,4812 0,8540
Циклогексан 1,4265 0,7788
Диметилциклогексан 1,4198 0,7580
Октодецилциколгексан 1,4538 0,8340
Удельный вес
при 20 °С
При исследовании нефтепродуктов для характеристики их по коэффициенту преломления большое значение имеет удельная рефракция,
определяемая по формуле
2
R =
n
D
2
n
D
– 1
+ 2
1
∙
,
ρ
где ρ – плотность нефтепродукта, измеренная при той же температуре, что
и коэффициент преломления n
, определенный для D – линии натрия.
D
В ряде случаев для смесей жидкостей удельная рефракция является
величиной аддитивной.
Для смесей индивидуальных углеводородов лучшая аддитивность
наблюдается для молекулярных рефракций
R
1M
=
2
n
D
2
n
D
– 1
+ 2
M
∙
ρ
=
2
n
– 1
D
2
n
D
∙V,
+ 2
где М – молекулярная масса; V – молекулярный объем исследуемого вещества.
Молярная рефракция не зависит от агрегатного состояния вещества и
температуры. Ее физический смысл следующий: сумма объёмов одного
моля вещества равна молекулярной рефракции.
Стандартные определения проводят при температуре 20 °С. Прибор,
с помощью которого проводят определение показателя преломления,
называют рефрактометром (рис. 4.2).
28
1
10
10
8
4
3
9
4
2
8
6
5
Рис. 4.2. Общий вид рефрактометра ИРФ-22: 1 – верхнее полушарие
измерительной головки; 2, 9 – маховички; 3 – нижнее полушарие
измерительной головки; 4 – осветительное зеркало; 5 – зеркало
для освещения шкалы; 6 – окошко; 7 – зрительная труба;
8 – окуляр; 10 – термометр
Показатель преломления определяют для того, чтобы установить чистоту индивидуальных соединений, а также для определения состава бинарных углеводородных смесей. Показатель преломления входит в расчетные формулы при определении структурно-группового состава фракций
200…540 °С.
4.1. Лабораторная работа 5. Определение показателя
преломления нефтепродукта
Оборудование, реактивы, материалы: рефрактометр; термометр
или термопара; спирт этиловый (ацетон); вода дистиллированная; топливо
(бензин, керосин, дизельное).
Перед определением показателя преломления откидывают верхнюю
половину призмы рефрактометра (верхнее полушарие измерительной головки) и промывают ее поверхность диэтиловым эфиром (этиловым спиртом, ацетоном) с помощью пипетки, затем протирают ватой или мягкой
тканью. После этого на поверхность призмы наносят две-три капли исследуемого нефтепродукта и накрывают второй половиной призмы. Наблюдая
в окуляр трубы, с помощью специальных винтов устанавливают четкую
границу между темной и светлой половинами поля и совмещают эту границу с точкой пересечения креста (рис. 4.3).
29
а) б)
Рис. 4.3. Определение n
a – шкала; б – вид
перекрестия с границей
света и тени
По шкале определите показатель преломления с точностью до четвертого знака.
После определения откройте призму рефрактометра и снова промойте эфиром. Если при определении показателя преломления температура окружающей среды отличалась от 20 °С, то необходимо внести температурную поправку. Для большинства
органических жидкостей при повышении
температуры на один градус показатель
:
D
преломления в среднем понижается на величину 0,00045. Зависимость показателя
преломления от температуры выражается
следующей формулой:
20
n
D
t
=
n
+ 0,00045∙t – 20,
D
где t – температура, при которой проводили определение; 0,00045 – поправочный коэффициент.
4.2. Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятия «рефракция».
2. Какие свойства нефти и нефтепродуктов относятся к оптическим?
3. Дайте определение понятия «показатель преломления».
4. Какие факторы влияют на значение показателя преломления?
5. Как изменяется показатель преломления с повышением темпера-
туры?
6. С помощью какого прибора определяют показатель преломления?
Расскажите ход определения.
7. От чего зависит цвет нефтепродукта?
8. Дайте определение понятия «флуоресценция нефти».
9. Для чего необходимо знать показатель преломления?
10. От чего зависит цвет нефти и нефтепродуктов?
11. Почему некоторые нефти имеют слабое окрашивание?
12. На чем основан рефрактометрический метод анализа?
13. Какие углеводороды имеют наименьший коэффициент прелом-
ления?
14. Какие углеводороды имеют наибольший показатель преломления?
15. От чего зависит коэффициент преломления?
16. Дайте определение понятия «удельная рефракция».
17. Является ли удельная рефракция аддитивной величиной?
18. В чем физический смысл молярной рефракции?
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]