Метод определения кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ: закрепить у студентов знания о вязкости нефти и нефтепродуктов и получить практические навыки по ее определению.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Вязкость является одной из важнейших характеристик нефти и нефтепродуктов. Она характеризует прокачиваемость нефти при транспортировании ее по трубопроводам, прокачиваемость топлив в двигателях внутреннего сгорания, поведение смазочных масел в механизмах и т. д. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Динамическая вязкость измеряется в пуазах. В технологических расчетах чаще пользуются кинематической вязкостью, численно равной отношению динамической вязкости нефтепродукта к его плотности.
Единицей кинематической вязкости является стокс (ст), размерность стокса, см/сек. Для сравнительной оценки высоковязких нефтепродуктов и подобных им жидкостей пользуются также условной вязкостью (ВУ), под которой понимают отношение времени истечения из стандартного вискозиметра определенного объема испытуемой жидкости ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 ˚С. Условная вязкость может быть выражена также временем истечения (в секундах) определенного объема жидкости из стандартных вискозиметров Сейболта, Редвуда. Для взаимного пересчета различных единиц вязкости пользуются формулами, таблицами и номограммами.
Вязкость жидких нефтепродуктов определяется их температурами выкипания, т. е. химическим составом. Чем выше температура выкипания нефтяной фракции, тем больше ее вязкость. Наивысшей вязкостью обладают остатки от перегонки нефти и асфальто-смолистые вещества. Среди различных групп углеводородов наименьшую вязкость имеют парафиновые, наибольшую – нафтеновые, ароматические углеводороды занимают промежуточное положение.
Вязкость жидких нефтепродуктов зависит от температуры, при которой они находятся. С понижением температуры вязкость их возрастает.
Измерение вязкости нефтяных смазочных масел в зависимости от температуры имеет большое значение при эксплуатации механизмов в широком интервале температур. Для характеристики этой зависимости предложен показатель – индекс вязкости. Индекс вязкости (ИВ) был разработан Дином и Девисом с целью эксплуатационных свойств смазочных масел. Чем меньше меняется вязкость смазочного масла с изменением температуры, тем выше его индекс вязкости и тем выше считается его качество. Индекс вязкости зависит от группового состава нефтепродукта и от структуры углеводородов. Наибольшим индексом вязкости обладают парафиновые углеводороды, наименьшим – полициклические ароматические с короткими боковыми цепями. Вязкость жидких нефтепродуктов с повышением давления возрастает. Характер изменения вязкости масел с повышением давления имеет большое практическое значение, так как в некоторых узлах трения возникают высокие давления.
Для относительно мяловязких светлых нефтепродуктов и масел применяют метод определения кинематической вязкости.
АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Вискозиметр стеклянный типа ВПЖ-2.
2. Термостат.
3. Резиновая трубка.
4. Водоструйный насос или груша.
5. Секундометр.
УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
Лабораторная работа проводится с соблюдением требований по технике безопасности, изложенными в лабораторной работе №1 «Определение плотности нефти и нефтепродуктов ареометром»
МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести. Испытание проводят в капиллярных стеклянных вискозиметрах. Для проведения анализа подбирают вискозиметр с таким диаметром капилляра, чтобы время истечения жидкости составляло не менее 200 с. В лабораторной практике наиболее распространен вискозиметр ВПЖ-2 (рисунок 1).
Рисунок 1 – Вискозиметр ВПЖ-2
Чистый сухой вискозиметр заполняют нефтью (нефтепродуктом). Для этого на отводную трубку надевают резиновую трубку. Далее, зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, опускают колено 1 в сосуд с нефтью (нефтепродуктом) и засасывают нефть (нефтепродукт) с помощью резиновой груши, водоструйного насоса или иным способом до метки m2, следя за тем, чтобы в нефти (нефтепродукте) не образовалось пузырьков воздуха. Вынимают вискозиметр из сосуда и быстро возвращают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца колена 1 избыток нефти (нефтепродукта) и наливают в термостат (баню) так, чтобы расширение 4 было ниже уровня нефти (нефтепродукта). После выдержки в термостате не менее 15 минут засасывают нефть (нефтепродукт) в колено 1 примерно до 1/3 высоты расширения 4. Соединяют колено 1 с атмосферой и определяют время перемещения мениска нефти (нефтепродукта) от метки m1 до m2 (с погрешностью не более 0,2 с). Если результаты трех последовательных измерений не отличаются более чем на 0,2% кинематическую вязкость вычисляют как среднее арифметическое по формуле:
, (6)
где с – постоянная вискозиметра, мм2/с2, τ – среднее время истечения нефти (нефтепродукта) в вискозиметре, с.
Допускаемые расхождения последовательных определений кинематической вязкости от среднего арифметического значений не должно превышать следующих значений:
| Температура измерения, ˚С | -60 - -30 | -30 - 15 | 15 - 150 |
| Допускаемое расхождение, % | ±2,5 | ±1,5 | ±1,2 |
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА
В своем рабочем журнале каждый студент записывает порядок выполнения лабораторной работы. Результаты лабораторной работы анализируются студентом самостоятельно, делаются выводы, которые также отражаются в рабочем журнале. По окончании лабораторных работ рабочий журнал представляется преподавателю для проверки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАЩИТА РАБОТЫ
Контрольные вопросы:
1. Какие виды вязкости вы знаете?
2. В каких единицах измеряется кинематическая вязкость?
3. Как изменяется вязкость с изменением температуры?
4. Для каких товарных нефтепродуктов является обязательным определение кинематической вязкости?
5. От чего зависят вязкостно-температурные свойства нефтепродуктов?
6. Каким нефтепродуктом определяют индекс вязкости (ИЕ)?
ЗАЩИТА РАБОТЫ
Защита работы заключается:
- в выполнении задания и оформлении отчета по лабораторной работе;
- в ответах на контрольные и дополнительные вопросы по лабораторной работе.
Лабораторная работа № 7