Тема: Определение плотности нефти и нефтепродуктов
Методическое обеспечение: В.
Редактор: Ф. И.О. В.
3D графика: Ф. И.О. Н.
Script программирование: Ф. И.О. Х.
Лабораторная работа
Тема: Определение плотности нефти и нефтепродуктов
Раздел: «Определение физико-химических констант нефти и нефтепродуктов»
1. ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: Изучение методик определения плотности нефти и нефтепродуктов
2. ТЕОРИЯ
Плотностью вещества (ρ) называется масса вещества, содержащаяся в единице объема: ρ=m/V. В. системе СИ плотность выражается в кг/м3. За единицу плотности принимается масса 1м3 дистиллированной воды при температуре 4оС.
В практической работе часто пользуются относительной плотностью вещества – отношением плотности нефти или нефтепродукта при заданной температуре (t) к плотности дистиллированной воды при 4оС – ρ4t. Относительная плотность - величина безразмерная. Поскольку плотность зависит от температуры, а нефтепродукты и вода имеют разные коэффициенты расширения, необходимо при определении плотности указывать температуры воды и нефтепродукта, при которых проводилось определение. В РФ относительную плотность нефти и нефтепродуктов определяют при температуре 20оС и относят к плотности воды при 4оС; эту величину принято обозначать –
.
Зависимость плотности от температуры нефти от температуры выражается формулой Д. И.Менделеева:
(1)
где ρ4t - относительная плотность при температуре испытания;
- относительная плотность при температуре 20оС
α - средняя температурная поправка плотности на 1оС (см. Приложение 1);
t- температура, при которой проводится определение, оС.
Формула (1) показывает, что плотность нефти и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры и увеличивается с ее понижением.
Результат пересчета плотности по формуле получается точным только в интервале температур от 0оС до 50оС. Чтобы получить значение абсолютной плотности в кг/м3, надо численное значение относительной плотности умножить на 1000.
Плотность большинства исследованных нефтей при 20°С находится в пределах 830-960 кг/
. Чем меньше плотность нефти, тем меньше в ней содержится смолисто-асфальтеновых веществ и больше алифатических соединений. Плотность нефтей используют для их классификации; при этом выделяют нефти легкие, средней плотности, тяжелые и битуминозные (см. Приложение 3).
Плотность является важным химмотологическим нормируемым показателем, определяющим эксплуатационные свойства нефтепродуктов. Так, плотность ряда нефтепродуктов при 20°С составляет: мазут 920-990 кг/, моторное масло 880-940 кг/, дизельное топливо 830-930 кг/, автомобильный бензин 710-760 кг/, авиационный бензин 730-750 кг/ .
Для определения плотности существует несколько стандартных методов (ГОСТ 3900-85):
1. ареометрический;
2. пикнометрический;
3. гидростатический;
4. взвешенных капель
5. взвешивание на весах Вестфаля-Мора.
Ареометрический метод определения наиболее быстрый и менее трудоемкий; для определения плотности в этом случае используют ареометры – нефтеденсиметры, которые по своему устройству могут быть двух видов: с постоянным весом и с постоянным объемом. Ареометр с постоянным весом (рис. 1) представляет собой цилиндрический сосуд, внизу которого помещен балласт - дробь.
Рис. 1. Ареометр (нефтеденсиметр) с постоянным весом:
1 – ареометр,
2 – шкала для определения плотности,
3 – верхний край мениска жидкости,
4 – шкала для определения температуры,
5 – стеклянный цилиндр
Применение ареометров (нефтеденсиметров) основано на законе Архимеда, согласно которому на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу вытесненной жидкости в объеме погруженной части тела. Иногда в среднюю часть нефтеденсиметра (поплавок) впаивают термометр, ртутный шарик которого одновременно является частично и грузом. За счет груза и симметричной формы нефтеденсиметр всегда находится в жидкости в вертикальном положении.
Нефтеденсиметры выпускаются с ценой деления шкалы от 0,0005 до 0,006, с термометрами и без них.
Вес нефтеденсиметров подбирается таким образом, чтобы при погружении в испытуемые жидкости они не тонули и не всплывали бы выше той части, где нанесена градуировочная шкала плотности.
Перед лабораторным анализом нефтепродукт выдерживают при заданной температуре не менее 15-20 минут. Ареометр осторожно опускают в стеклянный цилиндр с залитым в него нефтепродуктом, держа его за верхний конец. После того, как прекратятся колебания ареометра, проводят отсчет значения плотности по верхнему краю мениска (см. рис. 1).
Пикнометрический метод определения. Пикнометрический метод - наиболее точный метод определения плотности. Его преимуществом является также использование сравнительно малых количеств анализируемой пробы (1-20 мл) и возможность определения плотности любых нефтепродуктов - от самых легких (бензиновых фракций) до самых тяжелых (битумы) нефтепродуктов. Недостатком метода является сравнительно большая длительность определения.
Пикнометрический метод определения плотности основан на измерении массы определенного объема нефтепродукта, которую относят к массе воды, взятой в том же объеме и при той же температуре.
Для определения плотности используют пикнометры (рис.2) – колбы с меткой и с притертой крышкой объемом 1,2,3 мл и более. Определив массу нефтепродукта в пикнометре можно рассчитать его плотность при температуре определения. Точность метода может быть доведена до 0,00001.
Рис.2. Пикнометр:
1. притертая пробка (для предотвращения потерь нефтепродукта от испарения),
2. метка, указывающая точный объем пикнометра.
3. ОБОРУДОВАНИЕ
3.1 Активные клавиши
Рис. 3. Функции манипулятора
Левая клавиша мыши (ЛКМ) - при нажатии берется объект или выполняется действие с объектом (можно взять бутыль с образцом, цилиндр, открыть дверцу у весов и т. д.).
Средняя клавиша (2) - при прокрутке назад (на себя) сцена отдаляется, при прокрутке вперед (от себя) сцена приближается.
Движение мыши:
движение вправо - сцена движется вправо,
движение влево - сцена движется влево,
движение вверх - сцена движется вверх,
движение вниз - сцена движется вниз.
Правая клавиша (ПКМ) не используется
3.2 Лабораторное оборудование
Для проведения лабораторной работы необходимо следующее оборудование:
· Термостат с термометром
· Набор ареометров (нефтеденсиметров)
· Цилиндры для нефтепродуктов
· Пикнометр
· Аналитические весы
· Штатив
Рис. 4. Общий вид сцены
Справа находится кнопка вызова меню (рис. 5 и рис. 6), в котором можно увидеть кнопки вызова инструментов, используемых в данной лабораторной работе (термометр, ареометр, номограмма), кнопки управления (пауза, перезапуск), кнопки для задания температуры и выбора опыта.
Рис. 5. Кнопка вызова бокового меню
Рис. 6. Боковое меню
Рис. 7. Кнопки вызова инструментов: 1 - термометр, 2 - ареометр, 3 - номограмма Г. В.Виноградова
Для определения плотности по номограмме Г. В.Виноградова, нажмите кнопку с изображением таблицы в боковом меню. На появившейся номограмме указать температуру t0С (нажатием ЛКМ на нужное значение) и плотность 
(также нажатием ЛКМ), после чего можно будет найти 
и при помощи виртуальной линейки.
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Цель работы: Освоение методик определения плотности нефти и нефтепродуктов ареометрическим и пикнометрическим методами.
Ареометрический метод.
1. Нажать кнопку «Опыт 1» в боковом меню.
2. В стеклянный цилиндр залить испытуемый нефтепродукт – топливо или нефть (не более чем на ½ во избежание переливания нефтепродукта при погружении ареометра). Для того, чтобы взять бутыль с образцом - нажать на бутыль ЛКМ.
3. Погрузить цилиндр с продуктом в термостат (нажать на цилиндр с нефтепродуктом), задать первую температуру - t1=200С (в боковом меню кнопка "t1 0С").
4. Подобрать ареометр, поочередно опуская каждый из них в цилиндр, нажимая на верхний край ареометра. При этом более тяжелый ареометр «утонет»: более легкий – «всплывет», а нужный ареометр поколебавшись остановится так, что можно будет записать значения плотности (по верхнему краю мениска). Для того, чтобы приблизить шкалу ареометра - нажать кнопку с изображением ареометров в боковом меню.
5. Записать полученные результаты в таблицу экспериментальных данных (табл.1); определить значения = ρ20/1000 и зафиксировать в таблице.
6. Установить в термостате вторую температуру (в боковом меню кнопка "t2 0С") – в интервале 30-500С и повторить эксперимент; зафиксировать результаты (ρt и ) в табл.1.
Таблица 1
Таблица экспериментальных данных (ареометрический метод)
Нефтепро-дукт | Эксперимен-тальное значение плотности (ρ20, ρt), кг/м3 при температуре: | Эксперимен-тальное
|
| |||
t1=200С | t2=…0С | Экспери-ментальное. | По формуле Менделеева | По номограмме Виноградова | ||
Образец №1 | ||||||
… |
7. Используя данные экспериментальные данные - определить по формуле Д. И.Менделеева (1) и по номограмме Г. В.Виноградова (Приложение 4) расчетные значения и зафиксировать в табл. 1. При расчетах по формуле Д. И. Менделеева температурную поправку (α) определяют по приложению 1, зная значения . Определение относительной плотности по номограмме Г. В.Виноградова (Приложение 4) проводят графически, зная температуру определения (t2) и найденные выше значения ; при этом значения получают в точке пересечения линии, соединяющей значения t2 и со шкалой значений .
Прим. Номограмму Виноградова можно открыть, нажав на кнопку 3 (рис. 7). Для того, чтобы построить линию на номограмме, нажмите ЛКМ на значение температуры, затем ЛКМ на значение .
8. По результатам эксперимента и расчетов сделать вывод о сопоставимости значений , определенных экспериментальным и расчетным путем. Сделать вывод о характере изменения плотности в зависимости от температуры.
Пикнометрический метод.
1. Нажать кнопку «Опыт 2» в боковом меню.
2. Включить аналитические весы (кнопка «On/Off» на весах); открыть дверцу (нажав на ручку дверцы); взвесить пустой пикнометр, закрытый пробкой, с точностью 0,0001г.
3. Заполнить пикнометр дистиллированной водой (верхний уровень мениска – на уровне метки (2) пикнометра), поместить пикнометр в водяную баню (нажать ЛКМ) и задать температуру 200С (нажать кнопку «t1 0С» в боковом меню).
4. Взвесить пикнометр с пробкой на аналитических весах (нажать ЛКМ, чтобы достать пикнометр из водяной бани, и ЛКМ, чтобы поставить на весы) и определить «водное число» пикнометра («водное число» - это масса воды в объеме данного пикнометра при температуре 200С) по формуле:
m=m2-m1 (2)
где m1-масса пустого пикнометра, г;
m2 – масса пикнометра с водой, г.
Занести результаты в табл. 2.
Таблица 2
Таблица экспериментальных данных (пикнометрический метод)
m1 масса пустого пикнометра, г | m2 масса пикнометра с водой, г | m=m2-m1 водное число | m3 масса пикнометра с испытуемым продуктом (образец №…), г | «Видимая плотность»
| Эксперимен-тальное
|
5. Опустошить пикнометр (нажать кнопку «Пустой пикнометр» в боковом меню), заполнить пикнометр испытуемым нефтепродуктом – нефть или топливо так, чтобы уровень продукта был немного выше метки. Поместить пикнометр в термостат с температурой 200С и выдержать 15-20 мин; убрать излишки продукта, доведя его уровень (по верхнему краю мениска) до метки (снять пробку и нажать ЛКМ); взвесить пикнометр с продуктом (с пробкой) на аналитических весах (m3); результат записать в табл.2.
5. Вычислить «видимую» плотность по формуле:
, (3)
где m3 –масса пикнометра с нефтепродуктом, г.
6. Пересчитать « видимую» плотность, определенную пикнометром на значение по формуле :
где 0,99823 - значение плотности воды при 200С,
0,0012 - значение плотности воздуха при 200С и давлении 760 мм. рт. ст.,
t - температура нефтепродукта при определении плотности.
При определении при 200С формула принимает вид:
(4)
Занести значения ρ1 и в табл. 2.
7. Сравнить результаты определения значений ареометрическим и пикнометрическим методами; сделать вывод о сопоставимости результатов.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
Классификация нефтей по плотности. Единицы измерения плотности. Зависимость плотности нефтепродуктов от углеводородного, фракционного составов и от температуры. Способы определения и расчета плотности. Плотность индивидуальных фракций нефти. Сравнительный анализ плотностей различных фракций.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 по опыту № 1 - ареометрический метод определения (привести таблицу экспериментальных данных и расчет)
________________________________________________________________________________________________________________________________
Экспериментальные данные по опыту № 2 - пикнометрический метод определения (привести таблицу экспериментальных данных и расчет)
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Выводы по работе________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
Ответы на контрольные вопросы
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Работу выполнил__________________________________________
Отчет принял_____________________________________________
«____»______________20___г.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная:
1. С. А.Ахметов, М. Х.Ишмияров и др. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых. Уч. пособ. Под ред. С. А. Ахметова. – СПб.: Недра, 2009. – 832с.
2. С. Г.Агаев, А. М.Глазунов и др. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив. Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. – 144с.
3. С. А. Карпов, В. М.Капустин и др. Автомобильные топлива с биоэтанолом. М.: КолоС. 2007. – 216с.
4. В. М.Капустин. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками. М.: КолоС, 2008. – 232с.
5. Р. Моторные топлива : учебное пособие / Е. Р. Магарил, Р. З.Магарил. – М.: КДУ, 2008. – 160с.
6. А. К.Мановян. Технология переработки природных энергоносителей. М.: Химия, КолоС, 2004. – 456с.
Дополнительная:
1. С. А. Ахметов. Технология глубокой переработки нефти и газа, издательство «Гелем» Уфа 2002, 671 с.
2. В. М.Капустин, С. А.Карпов и др. Оксигенаты в автомобильных бензинах. М.: КолоС, 2011. – 336с.
3. М. Г.Рудин, В. Е.Сомов и др. Карманный справочник нефтепереработчика. Под ред. М. Г.Рудина. М.:: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. – 336с.
4. Ф., А. Глубокая переработка нефти: технологический и экономический аспекты. – М.: «Техника», 2001. – 384 с.
Приложение 1
Средняя температурная поправка (а) для подсчета плотности жидких нефтепродуктов к формуле Д. И.Менделеева
| 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 |
Приложение 2
Таблица для пересчета 
в 
и наоборот
Плотность
| Поправка, которую нужно · вычесть при пересчете на · прибавить при пересчете на | Плотность
| Поправка, которую нужно · вычесть при пересчете на · прибавить при пересчете на | ||
0,700 | - 0,710 | 0,0051 | 0,830 | - 0,840 | 0,0044 |
0,710 | - 0,720 | 0,0050 | 0,840 | - 0,850 | 0,0043 |
0,720 | - 0,730 | 0,0050 | 0,850 | - 0,860 | 0,0042 |
0,730 | - 0,740 | 0,0049 | 0,860 | - 0,870 | 0,0042 |
0,740 | - 0,750 | 0,0049 | 0,870 | - 0,880 | 0,0041 |
0,750 | - 0,760 | 0,0048 | 0,880 | - 0,890 | 0,0041 |
0,760 | - 0,770 | 0,0048 | 0,890 | - 0,900 | 0,0040 |
0,770 | - 0,780 | 0,0047 | 0,900 | - 0,910 | 0,0040 |
0,780 | - 0,790 | 0,0046 | 0,910 | - 0,920 | 0,0039 |
0,790 | - 0,800 | 0,0046 | 0,920 | - 0,930 | 0,0038 |
0,800 | - 0,810 | 0,0045 | 0,930 | - 0,940 | 0,0038 |
0,810 | - 0,820 | 0,0045 | 0,940 | - 0,950 | 0,0037 |
0,820 | - 0,830 | 0,0044 |
Приложение 3
Плотность нефтей и топлив
Нефтепродукт | Плотность, кг/м3 | ||||
Бензин автомобильный | 91 | 95 | 98 | ||
725-780 | 725-780 | 725-780 | |||
Реактивное топливо | ТС-1 | РТ | Т-6 | Т-8В | |
780 | 775 | 840 | 800 | ||
Дизельное топливо | летнее | зимнее | арктическое | ||
860 | 840 | 830 | |||
Нефть | 0 особо легкая | I легкая | II средняя | III тяжелая | IV битуминозная |
до 830 | 830-850 | 850-870 | 870-895 | свыше 895 |
Приложение 4
В. Виноградова для приведения плотности
испытуемого нефтепродукта к нормальной температуре
Основные порталы (построено редакторами)