Тема: Определение вязкости нефтепродуктов

Методическое обеспечение:

Редактор:

3D графика:

Script программирование: ,

Лабораторная работа

Тема: Определение вязкости нефтепродуктов

Раздел: «Определение физико-химических констант нефти и нефтепродуктов»

1.  ВВЕДЕНИЕ

Цель работы: Изучение методик определения кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов

2.  ТЕОРИЯ

Вязкость это свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Вязкость является одной из важнейших характеристик нефти и нефтепродуктов, она определяет подвижность нефтепродуктов в условиях эксплуатации двигателей, машин, механизмов; существенно влияет на расход энергии при транспортировании, фильтрации, перемешивании.

Различают динамическую (μ, Па. с), кинематическую(, мм2/с) и условную вязкости (ВУ, 0ВУ). Между динамической и кинематической вязкостями существует зависимость .

Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила кинематическая вязкость.

Кинематической вязкостью называют отношение абсолютной или динамической вязкости жидкости к ее плотности при одной и той же температуре. Кинематическая вязкость в системе СИ выражается в мм2/с. Так как вязкость сильно зависит от температуры, то необходимо всегда указывать, при какой температуре она определена. В технических требованиях вязкость чаще всего нормируется при 50 и 100°С, реже при 20°С для маловязких масел. Для ряда нефтепродуктов значение вязкости нормируется в условных градусах, а не в абсолютных величинах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра типа «ВУ» 200мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени течения 200мл дистиллированной воды при температуре 20°С (вязкость воды при 20,2°С равна 1 мПа·с). Значение этого отношения выражается как число условных градусов (ВУ).

Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость, которая выражается следующими приближенными формулами:

для υ от 1 до 120 мм2/c υt = 7,31 ВУt – 6.31/BУt

для υ > 120 мм2/с υt =7,4ВУt или ВУ = 0,135 υt

Этими формулами можно пользоваться при переводе кинематической вязкости в градусы условной вязкости для практической оценки нефтепродукта. Обратный перевод градусов ВУ в мм2/с для расчетных целей делать не рекомендуется, так как определение, условной вязкости недостаточно точно, а главное, условная вязкость не отражает физических свойств жидкости.

Приборы для определения кинематической вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости используют стеклянные вискозиметры, в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. Отмечая время протекания жидкости через капилляр, можно вычислить ее вязкость:

Величина С называется постоянной вискозиметра. Она не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров виско­зиметра. Каждый вискозиметр снабжается паспортом, в котором указана его постоянная С.

В зависимости от прозрачности нефтепродукта и уровня его вяз­кости следует применять вискозиметры указанных ниже конструкций:

- для измерения вязкости прозрачных жидкостей при температурах выше нуля — вискозиметр ВПЖ - 1 (рис.1а);

- для измерения вязкости прозрачных жидкостей при любых темпе­ратурах — вискозиметры ВПЖ - 2 (рис.1б) и Пинкевича (рис.1в);

- для измерения вязкости непрозрачных жидкостей — вискозиметры ВНЖ (рис.1г);

- для измерения вязкости малых количеств (не более 1мл) прозрачных жидкостей при любых темпе­ратурах — микровискозиметр ВПЖМ

а б в г д

Рис.1. Приборы для определения вязкости нефтепродуктов: а – вискозиметр ВПЖ - 1; б - вискозиметр ВПЖ - 2; в – вискозиметр Пинкевича; г – вискозиметр ВНЖ; д – вискозиметр ВПЖМ.

Для определения кинематической вязкости при помощи вискозиметра Пинкевича (рис.2,3) выполняют следующий порядок действий.

Рис.2	Рис.3
1 – широкое колено;	1 – термометр;
2 – узкое колено;	2 – мешалка;
3, 4, 6 – расширительные емкости ;	3, 4, 6 –расширения вискозиметра;
5 – капилляр;	5 – капилляр вискозиметра
А, В – верхняя и нижняя метки.	7 – термостат (баня).

Через широкое колено 1 (рис 2) заполняют вискозиметр нефтепродуктом. Устанавливают его (строго вертикально) в термостат 7 (рис.3), заполненный дистиллированной водой. Выдерживают вискозиметр в термостате 15- 30 мин для достижения температурного равновесия. Температура термостата не должна изменяться на протяжении всех измерений. На узкое колено 2 (рис 2) надевают резиновый шланг с грушей и с ее помощью засасывают нефтепродукт до половины резервуара 3, далее нефтепродукт под давлением собственного веса начнет вытекать из резервуара 3 в резервуар 4. В тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки А включают секундомер и останавливают его при достижении уровнем нефтепродукта метки В. Время, отмеченное по секундомеру записывают с точностью до 0,2 сек. Определение времени проводят не менее четырех раз.

Кинематическую вязкость при температуре определения находят по формуле νt = С τt ,

где:

τt – время истечения нефтепродукта через капилляр (среднеарифметическое нескольких измерений) в объеме V, с;

С – постоянная вискозиметра, рассчитываемая по формуле , мм2/с2;

r, L – радиус и длина капилляра, мм;

h - высота столба жидкости, мм.

3.  ОБОРУДОВАНИЕ

3.1 Активные клавиши

Рис. 4. Функции манипулятора

Левая клавиша мыши (1) - при нажатии берется объект или выполняется действие с объектом (можно взять бутыль с образцом, нажать на грушу и т. д.).

Средняя клавиша (2) - при прокрутке назад (на себя) сцена отдаляется, при прокрутке вперед (от себя) сцена приближается (нажатие не используется).

Движение мыши:

движении вправо - сцена движется вправо,

движении влево - сцена движется влево,

движении вверх - сцена движется вверх,

движении вниз - сцена движется вниз.

3.2 Лабораторное оборудование

Для проведения лабораторной работы необходимо следующее оборудование:

·  Термостат с термометром

·  Вискозиметр Пинкевича

·  Резиновая трубка с «грушей»

·  Секундомер

·  Штативы для крепления вискозиметра и термометра

Рис. 5. На сцене: 1 - бутыли с образцами, 2 - термостат с термометром и погруженный в него вискозиметр, 3 - груша

Справа находится кнопка вызова меню (рис. 6 и рис. 7), в котором можно увидеть кнопки вызова инструментов, используемых в данной лабораторной работе (термометр, секундомер), кнопки управления (пауза, перезапуск) и кнопки вызова необходимых документов (теория, методика, отчет).

Рис. 6. Кнопка вызова меню

Рис. 7. Боковое меню

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Цель работы: Освоение методик определения кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов.

1.  Задать температуру согласно заданию в диапазоне 20-500С (первая температура 200С установлена по умолчанию (после проведения первого опыта в боковом меню автоматически появляется кнопка для изменения температуры) и зафиксировать температуру в таблице экспериментальных данных (таблица находится в файле с отчетом).

2.  Подготовить вискозиметр (рис.2):

-взять бутыль с испытуемым продуктом (нажать на любой бутыль с образцом) и через широкое колено (1) залить в вискозиметр испытуемый нефтепродукт; при этом расширительная емкость вискозиметра (6) заполняется нефтепродуктом примерно на 2/3;

3.  Провести виртуальный эксперимент:

-через узкое колено вискозиметра (2), нажимая на грушу, «засосать» нефтепродукт примерно до половины расширительной емкости (3)

-нефтепродукт начинает вытекать из расширительной емкости 3 в емкость 4

-когда уровень нефтепродукта достигнет метки А (по нижнему мениску) включить секундомер (для ускорения процесса в меню есть кнопка "Запуск", при нажатии на которую нефтепродукт сразу появляется у метки А и включается секундомер);

-когда уровень нефтепродукта (по нижнему мениску) достигнет нижней метки В, и секундомер остановится, зафиксировать время истечения нефтепродукта с точностью до 0,2с;

-записать полученный результат в таблицу экспериментальных данных (табл. 1);

-повторить опыт при заданной температуре (t1=200С) не менее 3-х раз, добиваясь сходимости значений времени истечения с занесением значений времени истечения в табл.1;

4.  Провести необходимые математические расчеты с занесением данных в табл.1:

-рассчитать среднее время истечения (среднее арифметическое);

-рассчитать кинематическую вязкость по формуле (1):

νt = С τt (1)

где: νt – кинематическая вязкость нефтепродукта при температуре определения;

τt – время истечения нефтепродукта через капилляр (среднеарифметическое нескольких измерений);

С – постоянная вискозиметра (приведена в табл.1 в характеристике вискозиметра)

-рассчитать динамическую вязкость по формуле (2):

μt= νt. ρ (2)

где: μt – динамическая вязкость нефтепродукта при заданной температуре (Па. с);

ρ – плотность нефтепродукта при данной температуре: ρ =. 1000, (кг/м3); при этом определяется из формулы (3):

= + α (20 - t) (3)

где:

- относительная плотность нефти или нефтепродукта при температуре испытания;

α - средняя температурная поправка плотности при изменении температуры на 10С;

t - температура, при которой проводится опыт, 0С.

- относительная плотность нефти или нефтепродукта при температуре 200С (задана в характеристике вискозиметра в табл.1);

Значения α принимаются по табл.2 в зависимости от значений .

5.  Повторить опыт по п.3 и расчеты по п.4 при двух последующих температурах t2 , t3 в диапазоне температур 20-500С (температура задается кнопкой "Изменить температуру" в боковом меню);

6.  Построить график зависимости кинематической вязкости (ν) от температуры (t) и сделать вывод относительно характера изменения вязкости в зависимости от температуры

Таблица 1

Таблица экспериментальных данных

Образец №	Температура опыта, 0С	Время истечения, сек	Среднее время истечения, τt, сек	Кинематическая вязкость, νt (мм2/с)	Динамическая вязкость, μ (Па. с)	Плотность ρ , кг/м3
Характеристики вискозиметра №1: С-3,259; d=2,37 мм; =0,874
1	t1=20
1	t2
1	t3
Характеристики вискозиметра №2: С-0,2973; d=1,31 мм; =0,866
2	t1=20
2	t2
2	t3

Таблица 2

Средняя температурная поправка (а) для подсчета плотности жидких нефтепродуктов к формуле

	а		а
0,7000-0,7099	0,000897	0,8500-0,8599	0,000699
0,7100-0,7199	0,000884	0,8600-0,8699	0,000686
0,7200-0,7299	0,000870	0,8700-0,8799	0,000673
0,7300-0,7399	0,000857	0,8800-0,8899	0,000660
0,7400-0,7499	0,000844	0,8900-0,8999	0,000647
0,7500-0,7599	0,000831	0,9000-0,9099	0,000633
0,7600-0,7699	0,000818	0,9100-0,9199	0,000620
0,7700-0,7799	0,000805	0,9200-0,9299	0,000607
0,7800-0,7899	0,000792	0,9300-0,9399	0,000594
0,7900-0,7999	0,000778	0,9400-0,9499	0,000581
0,8000-0,8099	0,000765	0,9500-0,9599	0,000567
0,8100-0,8199	0,000752	0,9600-0,9699	0,000554
0,8200-0,8299	0,000738	0,9700-0,9799	0,000541
0,8300-0,8399	0,000725	0,9800-0,9899	0,000522
0,8400-0,8499	0,000712	0,9900-1,0000	0,000515

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определение кинематической вязкости. Единицы измерения.

2. Взаимосвязь кинематической, динамической и условной вязкостей.

3. Способы расчета и определения вязкости. Приборы для определения вязкости.

4. Классификация нефтяных масел и их свойства

5. Вязкостно-температурные характеристики нефтяных масел. Зависимость от фракционного и химического составов масел.

6. Индекс вязкости. Способы определения и расчета. Влияние углеводородного состава нефтепродуктов на изменение индекса вязкости.

7. Какие углеводороды оказывают влияние на вязкостные свойства нефтепродуктов. Их характеристики, свойства, распределение по нефтяным фракциям.

6. ОТЧЕТ

6.1 Форма отчета

Цель работы___________________________________________________

_______________________________________________________________

Название опыта_________________________________________________

Используемые оборудование и реактивы: (перечислить оборудование и реактивы, привести эскизы)________________________________________

________________________________________________________________

1.______________________________________________________________

2.______________________________________________________________

3.______________________________________________________________

и т. д.___________________________________________________________

Ход работы: (краткий конспект)___________________________________

1._____________________________________________________________

2._____________________________________________________________

3._____________________________________________________________

4._____________________________________________________________

и т. д.__________________________________________________________

Экспериментальные данные (привести таблицу экспериментальных данных и результаты расчета)

________________________________________________________________________________________________________________________________

График зависимости вязкости от температуры

________________________________________________________________

Выводы по работе________________________________________________

1.______________________________________________________________

2.______________________________________________________________

Ответы на контрольные вопросы

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Работу выполнил__________________________________________

Отчет принял_____________________________________________

«____»______________20___г.

7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

1. , и др. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых. Уч. пособ. Под ред. . – СПб.: Недра, 2009. – 832с.

2. , и др. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив. Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. – 144с.

3. , и др. Автомобильные топлива с биоэтанолом. М.: КолоС. 2007. – 216с.

4. . Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками. М.: КолоС, 2008. – 232с.

5. Магарил топлива : учебное пособие / , . – М.: КДУ, 2008. – 160с.

6. . Технология переработки природных энергоносителей. М.: Химия, КолоС, 2004. – 456с.

Дополнительная:

1. . Технология глубокой переработки нефти и газа, издательство «Гелем» Уфа 2002, 671 с.

2. , и др. Оксигенаты в автомобильных бензинах. М.: КолоС, 2011. – 336с.

3. , и др. Карманный справочник нефтепереработчика. Под ред. . М.:: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. – 336с.

4. , Хавкин переработка нефти: технологический и экономический аспекты. – М.: «Техника», 2001. – 384 с.