Спецметоды определения физико-химических свойств нефти и нефтепродуктов

31

случае он удаляется от этого перпендикуляра. С изменением угла падения меняется также угол преломления, но отношение этих углов для одной и той же среды остается постоянным, вследствие чего

Это отношение называется коэффициентом преломления.

Известно, что наибольшее значение коэффициент преломления имеет для лучей, обладающих наименьшей длиной волны, а наименьшее значение — для лучей с наибольшей длиной волны.

Это различие в преломлении лучей носит название дисперсии (рассеяния) света. Дисперсия, характерная для данного вещества, определяется разностью показателей преломления двух лучей с определенной длиной волны Nλ1-Nλ2.

Обычно вместо указания длины волн указывают наименования наиболее ярких фраунгоферовых линий. В таблице 1 приведены наиболее часто применяемые линии и их характеристики.

Nx—Ny для данных двух линий х и у носит название частичной дисперсии, причем частичная дисперсия в наиболее яркой части спектра, между линиями F и

дисперсией.

Величина, обратная относительной дисперсии, носит название числа Аббе:

Это число достаточно полно характеризует дисперсионную способность веществ; чем больше v, тем меньше относительная дисперсия и дисперсионная способность вещества.

Величина N −dNC носит название удельной дисперсии, где d — удельный вес

вещества, определяемый при той же температуре, что и N и Nc.

Больший интерес чем показатели преломления, представляют связанные с ними величины так называемой удельной рефракции, определяемой одной из следующих формул:

где d — удельный вес вещества, измеренный при той же температуре» что и показатель ND.

Между химическим строением различных соединений и их преломляющей способностью не всегда можно найти закономерную связь; в тех же случаях, когда эта связь имеется, она отличается крайней сложностью. Вследствие этого использование молекулярной рефракции как самостоятельного способа анализа, не дает ощутимых результатов, в особенности в применении к нефтепродуктам, представляющим собой сложную смесь разнообразных углеводородов и других соединений.

Однако ценность молекулярной рефракции и прочих рассмотренных оптических констант (как вспомогательных величин) при анализе химического состава нефтепродуктов велика.

Закономерности изменения дисперсионных констант для индивидуальных углеводородов различных гомологических рядов следующие: коэффициент преломления и молекулярная рефракция членов гомологического ряда непрерывно возрастают по мере перехода от одного гомолога к другому (т. е. от удлинения цепи), а также от увеличения плотности гомологов. Прибавление группы CH2

33

вызывает увеличение молекулярной рефракции. Преломляющая способность (также как и удельный вес) углеводородных молекул тем меньше, чем больше в них содержится атомов водорода при одинаковом количестве атомов углерода.

В общем случае наибольшим удельным весом и рефракцией обладают ароматические углеводороды, а наименьшими — метановые. Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение. Наиболее резко это различие сказывается на низших представителях гомологических рядов, постепенно сглаживаясь по мере увеличения молекулярного веса. Из этого правила имеется ряд исключений: для некоторых нафтенов (циклопентан, циклогексан и циклогептан) рефракция сначала уменьшается, а затем увеличивается. То же самое обнаруживается и в отношении бензола и его производных.

Закономерности, изложенные выше для индивидуальных углеводородов, наблюдаются также и в отношении нефтяных фракций. Оказывается, что чем выше температура кипения фракции, тем выше ее удельный вес и коэффициент преломления.

1. Характеристика рефрактометра Аббе

Для измерения показателя преломления широкое распространение получил рефрактометр типа Аббе, конструкция которого позволяет измерить показатель преломления вещества для линии Д(λ=589,3нм) спектра натрия при использовании как дневного света, так и света электрической лампы. Прибор состоит из следующих частей: зрительной трубы с выдвигаемым окуляром, двух стеклянных призм вделанных в металлическую оправу с двойной стенкой, подставкой оканчивающейся в верхней части дугой с делениями, зажимным винтом, лупой и зеркалом.

2. Проведение лабораторной работы

1) Подготовка к испытанию.

Перед началом измерения измерительный блок термостатируют при 200С. Далее проверяют правильность установки шкалы показателя преломления. Для этого открывают блок призм и осторожно протирают призмы ватным тампоном, смоченным спиртом-ректификатом, эфиром или ацетоном. После высыхания призм измерительную призму устанавливают горизонтально и из чистой пипетки, не касаясь поверхности, наносят на нее две-три капли дистиллированной воды. Блок

34

закрывают и, наблюдая в окуляр, находят границу светотени. Затем совмещают визирную линию измерительного блока с меткой 1,3330 на шкале показателей преломления. Она соответствует показателю преломления дистиллированной воды при 200С. Граница светотени должна проходить через точку пересечения нитей на линзе зрительной трубы. Если граница не совпадает с точкой пересечения нитей, то рефрактометр юстируют согласно инструкции.

Внимание!!! Если граница окрашена, вращением маховика призмы дисперсионного компенсатора устраняют окрашивание.

Далее открывают блок призм и осторожно протирают призмы ватным тампоном, смоченным спиртом-ректификатом, эфиром или ацетоном. Призмы готовы к измерению после испарения жидкости.

2) Проведение испытания.

Образец нефти или нефтепродукта наносят на измерительные призмы. Для этого измерительную призму устанавливают горизонтально и из чистой пипетки, не касаясь поверхности, наносят на нее две-три капли образца. Блок закрывают.

Находят границу светотени и устраняют ее цветовую окраску. Далее, совмещают границу светотени с точкой пересечения нитей и фиксируют по шкале показателей коэффициент преломления.

Внимание!!! Целые, десятые, сотые и тысячные доли отсчитывают по шкале прибора, а десятитысячные определяют на глаз.

Для проверки правильности проведенного измерения границу светотени два-три раза сдвигают и снова совмещают с пересечением нитей зрительной трубы и каждый раз снимают показания. При правильных измерениях разница между найдены и значениями не должна превышать двух единиц в десятичном знаке.

После окончания измерения поверхность призмы протирают не менее трех раз чистой ватой, смоченной спиртом – ректификатом. Выпускают воду из полости призм, вывинчивают термометр из оправы и тщательно протирают поверхность рефрактометра чистой сухой салфеткой.

3) Обработка результатов.

Показатель преломления рассчитывают по формуле:

где: N t0Д – коэффициент рефракции при условной температуре; N t0Д- коэффициент рефракции при температуре определения; α- поправочный коэффициент численно равный 0,0004;

t0 – условная температура, °С;

t– температура определения показателя преломления, °С.

4.Задание к лабораторной работе

Задание №1 Используя рефрактометр Аббе определить коэффициент рефракции

образцов нефти или нефтепродуктов. Задание №2

Используя значения показателя преломления при температуре определения для каждого образца нефти или нефтепродукта рассчитать коэффициент рефракции при следующих температурах: 15, 20, 25, 30 и 50°С.

Задание№3 Используя полученные значения показателя преломления рассчитать

удельную рефракцию каждого образца нефти или нефтепродукта по формулам Гладсона (11) и Деля и Лоренцов (12).

5. Оформление лабораторной работы

Оформленная лабораторная работа должна содержать теоретическую и экспериментальную части.

В теоретической части рассматриваются: основы лучепреломления или рефракции, приборы получившие наибольшее распространение для определении коэффициента преломления.

Экспериментальная часть должна содержать методику проведения лабораторной работы, полученные результаты которые представляются в виде таблиц и расчетов. В таблице отображается: номер образца (название нефтепродукта), температура определения показателя преломления и коэффициент рефракции. На основании этих данных для каждого образца нефти или нефтепродукта рассчитываются: коэффициент рефракции для различных температур и удельная рефракция.

36

Глава III. Определение эксплуатационных характеристик топлив

Лабораторная работа № III.I.

Определение октанового числа бензина или жидких углеводородов прибором марки «Момент».

Октановое число (ОЧ) – условный показатель, характеризующий способность топлива обеспечивать бездетонационную работу двигателя с принудительным воспламенением. Оно определяется на специальной установке, представляющей стандартный одноцилиндровый карбюраторный двигатель, путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана (2,2,4-триметилпентан) с н-гептаном. ОЧ - численно равно содержанию изооктана в эталонной смеси, выраженному в объемных процентах.

Определяют ОЧ моторным и исследовательским методами. Получают соответственно моторное и исследовательское октановые числа (ОЧМ и ОЧИ).

Моторный метод. Характеризует тяжелые условия работы двигателя, поэтому октановые числа, определенные по этому методу, несколько ниже значений полученных по исследовательскому методу. Условия проведения испытаний следующие: частота вращения коленчатого вала 900мин-1, температура всасываемой смеси – 149°С, переменный угол опережения зажигания.

Исследовательский метод. Характеризует работу двигателя в сравнительно легких условиях (например, при движении автомобиля легкового класса по городским магистралям). Условия проведения испытания: частота вращения коленчатого вала 600мин-1, температура всасываемого воздуха – 52°С, угол опережения зажигания 13°.

1. Устройство прибора марки "Момент"

Прибор марки «Момент» предназначен для определения октанового числа (моторного и исследовательского) образца бензина или жидкого углеводорода по его диэлектрической проницаемости.

Прибор состоит из стакана и электронного блока. Стакан выполнен из пластика. На его стенке находится контрольная метка, а внутри - чувствительные элементы датчика.

На передней панели блока находится шкала датчика, ручки потенциометра и управления.

37

Электронный блок соединяется со стаканом двумя электропроводами.

2. Проведение лабораторной работы

1) Подготовка к испытанию.

Мерный стакан моют ацетоном и высушите в токе воздуха.

Внимание!!! При последовательном определении октанового числа нескольких образцов бензина допускается споласкивание стакана образцом перед его исследованием без использования ацетона.

Мерный стакан и электронный блок соединяют с помощью двух соединительных проводов.

2) Проведение испытания.

Испытуемый бензин наливают в стакан прибора до контрольной метки. К определению октанового числа прибором марки "Момент" допускаются бензин,

температура которого не выше 30 и не ниже 10°С. Объем образца – 0,5дм3.

Ручку управления на электронном блоке переводят из положения "отключено" в положение "калибровка". При этом на табло прибора включается индикаторный светодиод.

Стрелку шкалы датчика устанавливают на отметку "95", вращением ручки потенциометра по часовой стрелки.

Далее ручку управления переводят в положение измерения и по шкале определяют значение октанового числа.

Прибор выключают, переводя ручку управления в положение "отключено".

3. Задание к лабораторной работе

Используя прибор марки «Момент» для образцов № 1, 2 …. i определите численное значение ОЧМ и ОЧИ.

4.Оформление лабораторной работы

Оформленная лабораторная работа должна содержать: название лабораторной работы, теоретическую и экспериментальную части.

В теоретической части рассматриваются основные понятия необходимые для проведения лабораторной работы (детонация, детонационная стойкость, октановое число). В экспериментальной части приводится: 1) Методика проведения лабораторной работы. 2) Значения ОЧ образцов полученных в результате определения на приборе марки «Момент».

38

Приложения.

Приложение 1. Физико-химические характеристики неэтилированных автомобильных

бензинов.

39

Приложение 2. Показатели качества реактивных топлив выработанных на Грозненском

НПЗ.

40

Приложение 3. Основные показатели качества экспортных мазутов (ЭТУ 638-57).