Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология нефть и способы ее переработки, пиролиз древесины, косвенные способы измерения физических величин в технологии, анализ газовых с
.pdf
51
формулами. Однако эти формулы носят приближенный характер
и дают неточные результаты. Относительная вязкость не представляет физической характеристики нефтепродукта, так как
она зависит от способа определения, конструкции прибора и
других условий, но она удобна как сравнительная величина.
В расчетах, технических нормах, при арбитражных и контрольных испытаниях определяют только абсолютную (динамическую и кинематическую) вязкость.
Условную вязкость определяют в вискозиметре Энглера
(рис. 2). Вискозиметр состоит из двух латунных сосудов: внутреннего 1, предназначенного для наполнения испытуемым
продуктом, и наружного 2 – для воды, обогревающей или
охлаждающей продукт. Внутренний сосуд отполирован, имеет
выпуклое дно с отверстием, в которое вставлена калиброванная, отполированная трубка 3. Внутри сосуда 1 на равном расстоянии от дна прикреплены три изогнутых под прямым углом заостренных штифта 4. По ним устанавливается уровень
наливаемого в резервуар масла, и, кроме того, эти штифты
служат для установки прибора в горизонтальном положении.
Сосуд закрывается латунной крышкой 5 с двумя отверстиями.
В одно отверстие вставляется деревянная палочка 6, которая
закрывает трубку 3, в другое – термометр 7 для измерения
температуры испытуемого продукта. Наружный сосуд снабжен
термометром 8 для измерения температуры воды и мешалкой
9. Аппарат вместе с электронагревательным элементом установлен на металлическом треножнике 10. Под вискозиметром
устанавливается мерная колба емкостью 200 мл. Определение
условной вязкости основано на сравнении времени истечения
из вискозиметра масла с временем истечения такого же объема воды. Поэтому необходимо знать время истечения воды,
или водяное число прибора. Водяным числом вискозиметра
называется время истечения 200 мл дистиллированной воды
при 20 °С. Это число должно быть в пределах 50–52 с.
52
Рис. 2. Вискозиметр Энглера
Определение условной вязкости. Перед началом работы
внутренний сосуд промывают эфиром, затем спиртом и дистиллированной водой. Для определения водяного числа во внутренний сосуд наливают дистиллированную воду немного выше
штифтов. Температура воды должна быть точно 20 °С. В наружный сосуд наливают воду, температура которой 21–22 °С. Температура во внутреннем сосуде не должна меняться 10–15 минут.
В этот период слегка приподнимают палочку 6 и выпускают немного воды, чтобы заполнить спускную калиброванную трубку.
После этого пипеткой отбирают воду так, чтобы острия штифтов
находились на уровне жидкости. Затем под спускную трубку ставят чистую сухую мерную колбу и закрывают прибор крышкой 5.
Убедившись еще раз, что температура воды составляет 20 °С,
быстро, но осторожно поднимают и вытаскивают палочку 6 и одновременно включают секундомер. Останавливают секундомер в
1 2 3
8 7 6
10 4 5
9
53
тот момент, когда уровень воды достигнет черты мерной колбы.
Проводят несколько таких определений и среднее из них принимают за водяное число. Расхождение между определениями не
должно превышать 0,5 с.
После этого вискозиметр промывают бензином или спиртом,
высушивают и определяют вязкость масла. Испытуемое масло
прогревают до 52–53 °С и наливают его во внутренний сосуд несколько выше штифтов. Во внешний сосуд наливают воду, также
нагретую до 52–53 °С. Подняв деревянную палочку, спускают избыток масла в стакан, чтобы его уровень совпал с острием штифтов. Затем доводят температуру масла точно до 50 °С и выдерживают при этой температуре 5 минут. Затем одновременно вынимают палочку и включают секундомер. Когда уровень масла в
колбе достигнет метки (не считая пены), секундомер останавливают. Условную вязкость вычисляют в градусах по формуле:
где τt – время истечения 200 мл продукта при температуре t;
– время истечения 200 мл воды при 20 °С.
Очень вязкие масла анализируют таким же образом, но при
температуре 100 °С.
Определение температуры вспышки и воспламенения.
Температурой вспышки называют температуру, при которой пары вещества, нагреваемого в определенных условиях, образуют
с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении
пламени.
Температурой воспламенения нефтепродукта называют температуру, при которой продукт загорается и горит не менее 5 с.
Температура вспышки является важной характеристикой масел, она характеризует степень огнеопасности нефтепродукта,
косвенно указывает на наличие влаги, содержание легко испаряющихся веществ и др. Если в масле содержится много фракций
и температура вспышки низкая, то во время работы масло будет
54
испаряться, что приведет к значительным его потерям и ухудшению работы механизмов. Поэтому лучшим является масло, у
которого температура вспышки выше.
Для определения температуры вспышки применяют приборы
закрытого и открытого типа. Температура вспышки одного и того же нефтепродукта в аппаратах открытого типа всегда несколько выше, чем в аппаратах закрытого типа. Это обусловлено
тем, что в последних испарение продукта происходит в сосуде и
давление его паров, необходимое для создания воспламеняющейся смеси с воздухом при поднесении пламени, достигается
значительно раньше, чем в приборах открытого типа, в которых
нефтепродукты свободно диффундируют в воздух. Поэтому в зависимости от того, где используется смазочное масло – для открытых или закрытых механизмов – температуру вспышки
определяют соответственно в открытом или закрытом сосуде.
Определение температуры вспышки в открытом сосуде.
Определение проводят в железном тигле диаметром 63–65 мм, помещенном в песчаную баню. В тигель наливают продукт, чтобы его
уровень был на 12–18 мм ниже края. Под песчаную баню ставят газовую горелку и нагревают таким образом, что температура
нефтепродукта сначала поднималась со скоростью 10 град/мин, а
за 40 °С до ожидаемой температуры вспышки – 4 град/мин. За 10 °С
до ожидаемой температуры вспышки через каждые 2 °С проводят
по краям горящей лучиной. За момент вспышки принимается появление над продуктом голубоватого быстро исчезающего пламени. После этого продолжают нагревать продукт с той же скоростью
для определения температуры воспламенения. Если продукт при
поднесении пламени воспламеняется и горит не менее 5 с, то эта
температура принимается за температуру воспламенения.
Определение температуры вспышки в закрытом сосуде.
Прибор состоит из железного (омедненного или никелированного) резервуара, помещенного в воздушную баню, снабженную
электрообогревом. Резервуар плотно закрывается крышкой, в
55
которую вставлен термометр, мешалка на гибкой пружинной
ручке и зажигательный фитиль.
Перед определением резервуар промывают бензином, высушивают и заливают обезвоженный продукт. Затем поднимают
температуру со скоростью 10–12 град/мин, если предполагаемая
температура вспышки выше 150 °С, и 5–8 град/мин, если температура вспышки менее150 °С. За 30 °С до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 2 град/мин.
В период нагревания продукт следует постоянно помешивать.
При температуре на 10 °С ниже ожидаемой температуры вспышки через каждые 2 °С поворачивают зажигательный фитиль, который наклоняется в паровое пространство. Во время испытания перемешивание прекращают. Моментом вспышки считается
появление синего пламени над поверхностью продукта. Расхождение между испытаниями допускается ±2 °С.
Определение температуры каплепадения. Плавление твердых и консистентных нефтепродуктов протекает в некотором
температурном интервале, причем последний в зависимости от
состава и свойств нефтепродукта может быть относительно узким, а иногда может достигать нескольких десятков градусов.
С повышением температуры твердые нефтепродукты постепенно размягчаются, поэтому установить точную границу перехода
из нетекучего в текучее состояние очень трудно. В связи с этим в
большинстве применяемых методов за температуру плавления
нефтепродуктов принимают температуру, при которой образуется первая жидкая капля. Ее и называют температурой каплепадения.
Для определения температуры каплепадения применяют термометр, нижняя часть которого вставлена в металлическую гильзу с трубкой. В трубку вставляют стеклянную капсулу, у которой
края отверстий отшлифованы. Испытуемый продукт шпателем
плотно вмазывают в капсулу, чтобы при этом не образовывались
пузыри воздуха. Затем капсулу вставляют в трубку таким обра-
56
зом, чтобы шарик термометра вошел в нефтепродукт. Термометр
с капсулой при помощи корковых прокладок вставляют в пробирку, на дно которой помещен кружок фильтровальной бумаги.
Термометр должен находиться от бумаги на расстоянии 25 мм.
Затем пробирку с термометром помещают в стакан с водой или
глицерином (в зависимости от ожидаемой температуры каплепадения) и нагревают со скоростью 1 град/мин. Температуру,
при которой размягченный нефтепродукт начинает выступать
из капсулы, называют температурой каплеобразования, а температуру, при которой падает первая капля, – точкой каплепадения. Расхождение между двумя определениями не должно превышать 1 °С.
Определение содержания воды в нефтепродуктах. Вода в
нефтепродуктах может содержаться в виде простой взвеси или
в виде эмульсии. Наличие воды в нефтепродуктах нежелательно, особенно в нефтепродуктах при очень низких температурах. В зависимости от природы нефтепродукта применяют
различные способы определения содержания воды. Наиболее
доступен и широко применяется метод Дина и Старка, который
основан на отгонке воды из смеси испытуемого продукта с
безводным растворителем, в качестве которого применяется
бензин марки «Галоша».
В предварительно промытую и просушенную круглодонную
колбу помещают 100 мл нефтепродукта и 100 мл обезвоженного
и профильтрованного растворителя. В горловину колбы вставляют приемник-ловушку и соединяют его с водяным холодильником, вертикально установленным. Затем содержимое колбы
нагревают до кипения. Нагревание ведут таким образом, чтобы
из конца трубки холодильника падали две-четыре капли конденсата в секунду. Конденсирующиеся в холодильнике пары
стекают в пробирку-ловушку, вода собирается в ее нижней части. Перегонку ведут до тех пор, пока уровень воды в пробирке
не будет оставаться без изменения в течение 1 ч.
57
Содержание воды в весовых процентах (W) определяют по
формуле:
где V – объем воды в приемнике-ловушке;
q – навеска продукта, г.
Контрольные вопросы
1. Что собой представляет нефть и как она классифицируется?
2. В каком виде в нефти находится вода, какие способы ее
удаления известны? Какие негативные последствия могут быть
при неполном удалении воды из нефти?
3. Приведите примеры других посторонних веществ и спосо-
бы их удаления из нефти.
4. Какие направления переработки нефти известны?
5. Что означает первичная и вторичная переработка нефти?
Поясните различие в химизмах этих процессов.
6. Поясните принцип устройства и работы ректификацион-
ных колонн.
7. Какие фракции нефти известны и на каком принципе ос-
нована такая классификация?
8. Что такое крекинг, какие его виды известны, в чем разни-
ца свойств получаемых продуктов?
9. Что лежит в основе процессов, протекающих при рифор-
минге?
10. Детонационная стойкость и октановое число: суть свойств
и способы определения.
11. Почему для смазочных материалов основным свойством
является вязкость?
58
3. АНАЛИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Анализ газовых смесей и количественное определение содержания отдельных компонентов имеют большое практическое
значение в различных областях промышленности. Анализируют
как промышленные газовые смеси, так и природные.
Природные горючие газовые смеси представляют собой
многокомпонентную смесь углеводородов различного состава.
Состав горючего газа значительно отличается в зависимости от
месторождения и способа добычи, а значит, определение его
состава является важной задачей для понимания дальнейших
путей его использования (как топлива или химического сырья).
Горючий газ подразделяют на несколько групп по способу добычи: газовые месторождения, практически не содержащие
нефти; попутный газ, растворенный в нефти и добываемый
вместе с нею; газ газоконденсатных месторождений, находящийся в пластах под давлением и содержащий керосиновые, а
иногда и соляровые фракции нефти. Природные и попутные
газы в основном состоят из алканов, небольшого количества
циклических и ароматических углеводородов, аргона, азота,
следов гелия и водорода. Помимо этого, в газах содержится сероводород, меркаптаны и углекислый газ. По составу природные газы принято разделять на сухие и жирные. К жирным относятся газы, содержащие от 50 г/м3 и более углеводородов от
пропана и выше. В связи с этим природные газы относят к сухим, попутные и газоконденсатные – к жирным.
Промышленные газовые смеси принято делить на четыре
группы:
– горючие газовые смеси или газообразное топливо (например, природный, генераторный, колошниковый газы);
– газы, применяемые как сырье в химической промышленности (азото-водородная смесь, применяемая при синтезе аммиака,
и др.);
59
– отбросные газы топок и газы химических производств (дымовые газы, содержащие азот, пары воды, диоксид углерода,
продукты синтеза);
– газы воздуха помещений промышленных предприятий.
Анализ газов дает возможность судить о том, насколько правильно протекает производственный процесс, в котором эти газы
участвуют. Например, анализ газообразного топлива позволяет
узнать содержание горючих газов в газовой смеси, от количества
которых зависит теплотворная способность газовой смеси.
Если газовая смесь используется как сырье, то ее анализ позволяет определить оптимальный режим процесса, в котором эти
газы участвуют, определить пригодность их для данного процесса, установить, правильно ли идет процесс получения этих
газов, содержат ли они нежелательные примеси (каталитические яды и др.).
Анализ дымовых газов позволяет определить степень недожога топлива, т. е. степень химической полноты горения, определить избыток воздуха, характеризующий количество продуктов сгорания.
Зная состав отходящих газов, можно судить о правильности
прохождения технологического процесса, наличии побочных
продуктов, вовремя заметить потери ценных газов, унос катализатора и т. д.
Анализируя воздух производственных помещений, устанавливают присутствие в нем ядовитых или вредных веществ и
проверяют действие вентиляции.
Не всегда требуется знать полный состав газа. При анализе
часто ограничиваются определением только одной составной
части. Например, при анализе газа колчеданных печей интересуются только содержанием сернистого ангидрида, при анализе
газа известково-обжигательных печей – только содержанием
углекислого газа, при анализе аммиачно-воздушной смеси –
только содержанием аммиака. При анализе дымовых газов в
60
большинстве случаев определяют только углекислый газ и
кислород, реже – окись углерода. В генераторных газах определяют все составные части.
Каждая составная часть газовой смеси обладает присущими ей
физическими и химическими свойствами. Методы определения
основаны на химических или физических свойствах газов. Для
анализа используют различие удельных весов газов, различие
теплопроводности, светопреломляющую способность, теплотворную способность, различие в химических свойствах, а именно
способность реагировать с определенными реактивами. Физические свойства газов обычно используют для определения какойлибо одной составной части, реже – двух. Химические свойства
газов используют и для анализа весьма сложных газовых смесей.
На различии физических свойств, например, основано разделение углеводородов или благородных газов. В таких случаях
применяют конденсационные и сорбционные методы. Конденсационные методы основаны на конденсации анализируемой газовой смеси при низких температурах, например при температуре жидкого воздуха, затем смесь подвергают разгонке. Также используется метод хроматографического анализа, основанный на
адсорбции веществ каким-либо сорбентом и их последующей
фракционной десорбции. В процессе десорбции сначала вытесняются более легкие, а затем более тяжелые компоненты, концентрация которых может быть определена, например, по теплопроводности [9].
В большинстве промышленных газоанализаторов используются такие методы анализа, которые включают в себя химические реакции или физико-химические процессы. Суть этих методов заключается в использовании некоторого химического или
физико-химического свойства определяемого компонента, которое отличается от свойств других компонентов газовой смеси.
Чем больше это отличие, тем точнее можно определить концентрацию измеряемого компонента. Невозможно создать универ-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]