Ареометр
Цилиндр стеклянный или металлический диаметром ? 5 см.
Керосин
Ареометром определяют плотность нефтей, светлых и темных нефтепродуктов и масел, имеющих вязкость при 50 0С не более 200мм2/с, а также более вязких нефтепродуктов, не выявляющих осадка при разбавлении. Определение плотности летучих нефтепродуктов (например, петролейного эфира, газового конденсата) ареометром не рекомендуется.
Ареометры подбирают таким образом, чтобы при погружении в анализируемые нефти (нефтепродукты) они не тонули и не всплывали бы выше той части, где нанесена градуировочная шкала плотности. Определение плотности ареометром основана на законе Архимеда.
Перед определением плотности анализируемую пробу нефти (нефтепродукта) выдерживают при температуре окружающей среды с тем, чтобы проба приняла эту температуру.
Плотность нефти (нефтепродукта) с вязкостью при 50 0С не более 200 мм2/с определяют ареометром следующим образом. В чистый сухой стеклянный (или металлический) цилиндр диаметром не менее 5 см, установленный на прочной подставке, осторожно по стенке или по стеклянной палочке наливают нефть (нефтепродукт) с таким расчетом, чтобы при погружении ареометра анализируемая проба не переливалась через края цилиндра. Затем чистый и сухой ареометр медленно и осторожно опускают в нефть (нефтепродукт), держа его за верхний конец. После того как ареометр установится и прекратятся его колебания, проводят отсчет значения плотности по верхнему краю мениска. При этом глаз исследователя должен находится на уровне мениска. Одновременно определяют температуру нефти (нефтепродукта) по термометру ареометра или дополнительному термометру (ареометры бывают с термометром и без термометра).
Отсчет по шкале ареометра дает плотность нефти (нефтепродукта) при температуре анализа. Для приведения найденной плотности к плотности р420 при нормальной температуре пользуются формулой р4t = р420 - г (t -20)
В зависимости от типа ареометра расхождение между параллельными определениями плотности не должно превышать 0,001-0,002.
Для определения плотности высоковязких нефтей и нефтепродуктов, имеющих вязкость при 50 0С не более 200 мм2/с, их необходимо предварительно разбавить керосином. Вязкие нефти (нефтепродукты) разбавляют точно равным объемом керосина с известной плотностью. Если плотность керосина неизвестна, ее можно определить тем же ареометром.
Плотность анализируемой вязкой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:
р = 2р1 -р2
где р1 - плотность смеси; р2 - плотность керосина.
В зависимости от типа ареометра расхождение между параллельными определениями плотности вязких нефтей и нефтепродуктов не должно превышать 0,0004 - 0,0008.
Вязкость.
Вязкость - очень важная и широко используемая характеристика нефтепродуктов, особенно смазочных масел.
Вязкостью или внутренним трением, называют свойства жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц под влиянием действующих на них сил. Внутренне трение слоев данной жидкости - ее характерное физическое свойства, в котором проявляются межмолекулярные силы сцепления. Вязкость не зависит от химического состава.
Различают понятия динамической, кинематической и относительной удельной вязкости. За динамическую вязкость принимают сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев площадью 1 м2 от стоящих друг от друга на 1 м, под влиянием внешней силы в один Ньютон, при скорости перемещения в 1 м в секунду.
Величина динамической вязкости з определяется по формуле Пуазейля:
з= рс ф 4 r/8нL= зс
где ф - время истечения жидкости, сек
r -радиус капилляра, см
н - обьем жидкости, вытекающий через капилляр, см3
р- давление, при котором происходит истечение, дин/с
L - длина капилляра, см.
з - динамическая вязкость, имеющая размерность дин/сек/ см2; г/см*сек пуаз; сантипуаз ( спз).
Единицей динамической вязкости является паскаль секунд (ПаС) на практике принимают мПаС= 10-3 ПаС, а также сантипуаз (спз)= мПа*С).
Кинематическая вязкость представляет отношение динамической вязкости при данной температуре з1 и плотности при той же температуре, т.е.
Р= з/ф
Размерность кинематической вязкости в системе СИ равна м2/с или мм2/с. м2/с или мм2/с = 10-6 м2/с, а также сантистокс (сСт= мм2/с). Единица кинематической вязкости называется стоксом (ст). Динамическая и кинематическая вязкость, являясь вполне определенными характеристиками, выраженные в абсолютных единицах, используется как расчетные величины.
Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в довольно широких пределах от 2 до 300 сСт при 20 0С. Однако в среднем для большинства нефтей вязкость - основная физико-механическая характеристика нефтяных смазочных масел. Именно от величины вязкости зависит способность смазочного масла при рабочей температуре осуществлять гидродинамический режим смазки, т.е. обеспечивать замену сухого трения жидкостным и тем самым предотвращает износ материала.
Поэтому для смазочных масел, предназначенных для определенного вида машин и механизмов, величина вязкости является (н50 или н100) нормируемым показателем. На величину вязкости оказывает большое влияние температур с понижением температуры вязкость нефтепродуктов возрастает. При повышений температуры в диапазоне 50-100 0С вязкость меняется уже незначительно. Так как многие нефтяные масла работают в широком диапазоне температур, то характер температурной кривой вязкости служит для них важной эксплуатационной характеристикой оцениваемой индексом вязкости, отношением (н50 или н100) и т.д. Чем меньше меняется вязкость смазочного масла с изменением температуры, тем выше индекс вязкости и тем выше считается его качество.
Индекс вязкости зависит от группового углеводородного состава нефтепродуктов и от структуры углеводородов. Наибольшим индексом вязкости обладают парафиновые углеводороды, наименьшим - полициклические ароматические с короткими боковыми цепями. Для нефтяных фракций по мере увеличения их молекулярного веса и температуры кипения вязкость значительно возрастает, так, например, если вязкость бензинов при 20 0С - 0,6 сСт, то тяжелые остаточные масла характеризуются н 20 порядка 300-400 сСт.
Из отдельных компонентов нефти наибольшей жидкостью обладают смолистые вещества, из углеводородов наименьшая вязкость отмечается у алканов нормального строения.
Знание вязкости нефти и нефтепродуктов необходимо для различных расчетов технологического оборудования, а для масел и других тяжелых нефтепродуктов и с эксплуатационной точки зрения. Очищенные масла, как правило не содержат в значительных количествах твердых парафиновых углеводородов и смолистых веществ. Следовательно, на величину вязкости масел влияет строение гибридных и полициклических углеводородов входящих в их состав. При одинаковой конфигурации молекулы наличие нафтеновых колец часто повышает вязкость и иногда очень часто по сравнению с ароматическими кольцами. Чем больше циклов в молекуле, тем выше вязкость. Увеличение числа боковых парафиновых цепей сложных углеводородов приводит к повышению вязкости, а разветвление их также увеличивает вязкость.
Для определения вязкости жидкостей пользуется приборами которые называют вискозиметрами. По принципу действия эти приборы делятся на три группы:
Капиллярные вискозиметры, основные на определении текучести жидкости через капилляры. Из этой серий наибольшее применение получили вискозиметры Оствальда -Пинкевича и Фегеля - Освага.
Вискозиметры, в которых измерение вязкости жидкости основано на установление относительного времени истечения строго определенного объема жидкости.
Приборы для определения вязкости по падению тела или по затуханию колебаний твердого тела и испытуемой жидкости (вискозиметры Гуревича, Гоппмера и др.)
В научно- исследовательских работах и в практике при оценке качества нефтепродуктов в настоящее время приняты вискозиметры первой группы они дают значение вязкости в абсолютных величинах (кинематической в стоксах и динамической в пуазах). Вискозиметры второй группы позволяют лишь косвенно судить о величине вязкости, которая выражается в условных единицах (В, секунды Сексболта и т.д.). Применение вискозиметра третьей группы ограничено.
Удельная вязкость «М» используется для практической характеристики нефтепродуктов и как расчетной величины не принимается. Она выражает собой отношение динамической вязкости данного продукта при температуре т к динамической вязкости воды при температуре т1. Таким образом, условная вязкость является величиной отвлеченной:
Ву= зт/зт1*Н20
Вязкость очень часто выражается в условных единицах - градусах или секундах. В СНГ условная вязкость выражается в градусах Энглера, представляющих отношение времени истечения 200 мл3 испытуемого продукта при температуре испытания т.к. времени итечения такого же количества воды при 20 0С и обозначается «Ет1».
Определение условной вязкости в градусах Энглера рекомендуется применять при характеристике нефтепродуктов, вязкость которых не меньше Ву=1,15 и которые в процессе испытания дают непрерывно вытекающую струю.
При понижении температуры вязкость нефтепродуктов увеличивается, а при повышении - понижается. Изменение вязкости с изменением температуры тем значительнее чем более вязким является продукт.
Особенно большое практическое имеют данные, характеризующие изменение вязкости с изменением температуры для смазочных масел, выражаемых на практике индексом вязкости.
Чем меньше температурные изменения вязкости масел, тем выше его качество. Смазочные масла, вязкость которых с изменением температуры изменяется незначительно, сохраняют вязкость, достаточную для обеспечения хорошей смазки и при температуре повышенной.
Определение водного числа прибора
Водным числом вискозиметра называется время (в сек) истечения 200 мл воды при 20 0С. Для определения водного числа внутренний цилиндр тщательно промывают бензином, спиртом и дистиллированной водой. Затем в него наливают несколько выше концов штифтов дистиллированную воду при температуре около 20 0С, устанавливает прибор в горизонтальное положение с помощью регулировочного винта и сливают излишек воды, осторожно приподнимая для этого стержень. Уровень воды должен совпадать с острым концом штифтов. Прибор закрывают крышкой и нагревая воду в бане перемешивают ее мешалкой. При достижений заданной температуры выжидают несколько минут и подставив мерную колбу под сточное отверстие прибора, осторожно вынимают стержень, одновременно запуская в ход секундомер, и определяют время истечения 200 мл воды, отсчет ведется по нижнему мениску. Водное число определяют как среднюю величину из трех измерений. Водное число должно быть равно 51,6 сек.
Определение условной вязкости нефтепродуктов
Температуру жидкости, залитой в резервуар, доводят точно до заданной температуры, выдерживают ее в течение 5 мин с отклонением не превышающим +- 0,2 0С, замечают соответствующие температуры жидкости, и поддерживают ее на этом уровне с точностью 0,2 0С. Во время опыта, перемешивая содержимое ванны мешалкой и когда нужно регулируя температуру нагрева с помощью реостата.
Не разрешается нагревать термостатную жидкость выше + 1 ЮС и также включать прибор в сет без наполнения ванны водой или маслом. Подняв немного стержень, дают стечь излишку жидкости из резервуара с тем, чтобы не образовалось пузырьков воздуха. Закрывают вискозиметр крышко и под сточное отверстие ставят чистую сухую измерительную колбу. Жидкость в резервуаре перемешивается термометром ( непрерывно), осторожно вращая вокруг стержня крышку резервуара.
Когда находящийся в испытуемой жидкости термометр будет показывать точно заданную температуру определения следует выждать 5 минут быстро вынуть стержень и одновременно нажать кнопку секундомера. Когда жидкость в измерительной колбе дойдет до метки соответствующей 200 мл, не на в счет наберется, секундомер останавливают и отсчитывают время истечения жидкости с точностью 0,2 сек.
Порядок расчета
Условная вязкость испытуемой жидкости при температуре (ВУ) в условных градусах вычисляют по формуле:
ВУ т = фнп / фн2о
где фнп - время истечения из вискозиметра 200 мл испытуемой жидкости при температуре испытания, фн2о - водное число вискозиметра, сек (5,6 сек)
Расхождения между двумя параллельными определениями не должны превышать:
При времени истечения до 250 - 1 сек.
При времени истечения от 251 до 500 сек -3 сек.
При времени истечения от 501 до 1000 сек - 5 сек.
При времени истечения более 1000 сек - 10 сек.
Температура застывания
Цель работы: определить температурное условие, при котором исследуемое нефтяное масло теряет свою подвижность.
За температуру застывания принимают условную ту температуру, при которой налитое в пробирку масло нефтяное при охлаждении застывает настолько, что при наклоне пробирки с испытуемой жидкостью под углом 45 оС уровень нефтяного масла остаётся неподвижным в течении 1 минуты.
Застывание нефтяных масел вызывается резким увеличением вязкости при низких температурах, а также наличием в них растворённых твёрдых парафинов и церезинов, которые постепенно, в зависимости от температуры их плавления и растворимости, переходят при охлаждении в твёрдое состояние и образуют кристаллическую решётку, внутри которой удерживаются загустевшие жидкие углеводороды.