Файл: Практикум по химии нефти и основам технологии ее переработки учебное пособие.doc

Для повышения точности измерения и удобства использования изготовляют набор ареометров, шкалы которых охватывают определенный диапазон плотностей. Обычно для определения плотности нефтепродуктов употребляют ареометры со следующими интервалами градуировки шкалы: 0,648—0,712; 0,708 – 0,772; 0,768 – 0,832; 0,828 – 0.892; 0,888 – 0,952. Градуировку ареометров производят при температуре 20 °С и относят к плотности воды при 4 °С, поэтому показания шкалы дают .



Рис. 2. Общий вид ареометра
Кроме указанных ареометров, существуют ареометры для жидкостей тяжелее воды с градуировкой шкалы от 1,0 до 1,85 и для жидкостей легче воды с делениями от 1,00 до 0,700.

Ареометры иногда называют денсиметрами, а для нефтепродуктов – нефтеденсиметрами. Ареометры, которые применяют для измерения плотности только одной какой-нибудь жидкости, имеют специальные названия. Так, например, ареометры, применяемые для определения плотности уксусной кислоты, называют ацетометрами, для определения плотности растворов сахара –сахариметрами, спирта – спиртометрами.

Ареометрами можно определять плотность нефтепродуктов с кинематической вязкостью не выше 200 сантистокс (сст) при 50°С. Нефтепродукты с вязкостью больше чем 200 сст перед определением плотности разбавляют равным объемом тракторного или осветительного керосина.

Для проведения определения в чистый цилиндр с внутренним диаметром не менее 3 см наливают испытуемый нефтепродукт. Чтобы не образовывалась пена на поверхности цилиндра, продукт наливают не прямо на дно цилиндра, а по стеклянной палочке или по стенкам цилиндра. Если пена все же образовалась, то в случае маловязкого продукта достаточно хлопнуть ладонью по верху цилиндра, а в случае высоковязкого продукта ее надо снять фильтровальной бумагой. Температура исследуемого продукта не должна отклоняться от температуры окружающей среды более чем на ±3 °С. Стараясь не задеть стенки цилиндра, в жидкость осторожно вносят чистый и сухой ареометр, держа его за верхний конец («ножку»). Некоторое время ожидают, чтобы ареометр пришел в состояние равновесия, при этом необходимо, чтобы он не касался ни дна, ни стенок цилиндра. Для маловязких продуктов (бензин, керосин и т. п.) это время составляет 2 – 3 мин, для более вязких – до 15 мин. Отсчитывают деление на ареометре по верхнему краю мениска и отмечают температуру анализируемого продукта термометром, опущенным в жидкость. Если температура испытуемого продукта ниже или выше 20 °С, а ареометр градуирован на

---

, то вводят поправку на найденную плотность. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 0,001.

При определении плотности вязких нефтепродуктов методом разбавления в мерный цилиндр с притертой пробкой наливают определенный объем керосина известной плотности, а затем – равный объем испытуемого продукта. Полученную смесь перемешивают до тех пор, пока она не станет однородной. После этого ее переливают в чистый цилиндр для определения плотности. Зная плотность смеси керосина с продуктом ρ₁ и плотность чистого керосина ρ₂, рассчитывают плотность ρ продукта по формуле
ρ = 2ρ₁ – ρ₂
Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 0,004.

б) Определение плотности при помощи пикнометра.

Пикнометр представляет собой стеклянный сосуд с кольцевой меткой на шейке (рис. 3) объемом от 1 до 100 мл. Определение плотности при помощи пикнометра производят следующим образом. Пикнометр промывают последовательно хромовой смесью, дистиллированной водой, спиртом и высушивают в сушильном шкафу при температуре 100 °С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,0002 г. Высушивание продолжают до постоянной массы. Затем пикнометр калибруют. Для этого пикнометр наполняют при помощи пипетки дистиллированной свежепрокипяченной и охлажденной до 18 – 20 С водой выше метки. Нарезают полоски фильтровальной бумаги, которые свободно проходят в шейку пикнометра, и достают поверхность жидкости в нем. Полосками отбирают избыток воды в пикнометре, доводя ее до метки на шейке.



Рис. 3. Общий вид пикнометров

Пикнометр закрывают пробкой, тщательно вытирают снаружи фильтровальной бумагой, а затем льняной тряпочкой и взвешивают. Из 3 – 5 результатов, отличающихся между собой не более ±0,005 г, берут среднюю величину и находят объем пикнометра по формуле
,
где g₁ — масса пустого пикнометра, г; g₂— среднее значение массы пикнометра с водой при 20°C, г; 0,99823 — масса 1 см³ воды при 20 °С.

В дальнейшем объем пикнометра считают постоянным. Калибровку пикнометра периодически проверяют. Затем воду из пикнометра выливают, ополаскивают спиртом или ацетоном и высушивают в сушильном шкафу при температуре 100 С, охлаждают и сухой пипеткой наливают в него анализируемое вещество выше метки, производят определение точно так же, как при калибровке пикнометра.

---

Вычисление производят по формуле
,
где g₁ — масса пустого пикнометра, г; g₂ —масса пикнометра с анализируемым веществом, г; v — объем пикнометра, найденный при калибровке, см³.

В выводе сравнивают значения плотности нефти (нефтепродукта), полученные двумя методами.
1.2. Определение показателя преломления нефтепродуктов
Приборы, реактивы, материалы: рефрактометр Аббе типа ИРФ-22, хромовая смесь, вода дистиллированная, этиловый спирт, пипетка, фильтровальная бумага, нефть или другой нефтепродукт согласно заданию.

Методика анализа:

Стандартные определения проводят при температуре 20 °С. Прибор, с помощью которого проводят определение показателя преломления, называют рефрактометром (рис. 4). Показатель преломления определяют для того, чтобы установить чистоту индивидуальных соединений, а также для определения состава бинарных углеводородных смесей. Показатель преломления входит в расчетные формулы при определении структурно-группового состава фракций 200 – 540 °С.

Рис. 4. Внешний вид рефрактометра Аббе типа ИРФ-22
Прибор ИРФ-22 представляет собой современную модель рефрактометра Аббе. Он состоит из следующих основных частей: корпуса 1, измерительной головки 2 и зрительной трубы 3 с отсчетным устройством. В измерительной головке находится призменный блок Аббе, который жестко связан со шкалой отсчетного устройства, расположенной внутри корпуса. Шкала подсвечивается зеркалом 14 и проектируется специальной оптической системой в поле зрения трубы.

Таким образом, в поле зрения трубы одновременно видны граничная линия, крест нитей, деления шкалы и визирный штрих шкалы. Чтобы найти границу раздела и совместить ее с перекрестием, необходимо вращая маховичок 10, наклонить измерительную головку. Окрашенность наблюдаемой границы устраняется поворотом компенсатора с помощью маховичка 11. Вместе с компенсатором одновременно вращается барабан 12 со шкалой, по которой в случае необходимости можно измерить дисперсию вещества. Подсветка исследуемого вещества осуществляется с помощью зеркала 13 дневным светом или от электрической лампы накаливания.

---

Измерение показателя преломления прозрачных жидкостей на ИРФ-22.

На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой жидкости (нефтепродукта согласно заданию) и осторожно закрывают головку; наблюдают в окно 15, чтобы жидкость полностью заполнила зазор между измерительной и осветительной призмами. Осветительное зеркало 13 устанавливают перед окном 15 так, чтобы поле зрения трубы было равномерно освещено, затем зеркало закрепляют винтом 16. Вращая маховичок 10, находят границу раздела света и тени, маховичком 11 устраняют ее окрашенность.

Точно совмещая границу раздела с перекрестием сетки, снимают отсчет по шкале показателей преломления (рис. 5). Индексом для отсчета служит неподвижный визирный штрих сетки. Целые, десятые, сотые и тысячные доли значения показателя преломления отсчитываются по шкале, десятитысячные доли оцениваются на глаз. На рис. 5 показания соответствуют значению 1,4592.

Шкала рефрактометра проградуирована для температуры. Так как показатель преломления в значительной мере зависит от температуры, в приборе предусмотрено термостатирование призменного блока с помощью камер, через которые пропускается вода, идущая от термостата. В учебных целях, если не требуется высокая точность при определении показателя, измерения могут проводиться без термостатирования.

Рис. 5. Пример снятия показаний на рефрактометре ИРФ-22: а – шкала, б – вид перекрестия с границей света и тени

---

По окончании измерений тщательно вытирают рабочие поверхности блока Аббе мягкой тряпочкой или фильтровальной бумагой. Полированную грань измерительной призмы надо вытирать очень осторожно, чтобы не повредить полировку. Затем призмы промывают спиртом или эфиром, протирают и оставляют блок на некоторое время открытым для просушки. После этого измерительную головку осторожно закрывают, и прибор накрывают футляром.

После определения призму рефрактометра открывают и снова промывают эфиром. Если при определении показателя преломления температура окружающей среды отличалась от 20 °С, необходимо внести температурную поправку. Для большинства органических жидкостей при повышении температуры на 1 градус показатель преломления в среднем понижается на величину 0,00045. Зависимость показателя преломления от температуры выражается следующей формулой:
.
Рефрактометрическая разность Ri (параметр рефракции, интерцепт рефракции) предложена Куртцом и Уором:



Эта константа интересна тем, что она имеет постоянное или близкое к нему значение для отдельных классов углеводородов (табл. 2).

Таблица 2.

Рефрактометрическая разность (Ri) углеводородных рядов

Гомологический ряд	Ri	Гомологический ряд	Ri
Алканы	1,0461	Полициклические нафтены	1,0285
Моноциклические нафтены	1,0400	Моноциклические ароматические	1,0627

В выводе записывают показатели преломления различных нефтепродуктов при комнатной и заданной температурах, по значению рефрактометрической разности оценивают состав отдельных фракций.
1.3. Определение вязкости нефти и нефтепродуктов
Приборы, реактивы, материалы: вискозиметр стеклянный Оствальда, термостат, резиновая трубка, резиновая груша, петролейный или серный эфир, этиловый спирт и дистиллированная вода, нефтепродукты согласно заданию.

---