1

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Введение

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства нефтяных масел, котельных и дизельных топлив и ряда других нефтепродуктов.

Значение вязкости как показателя качества нефтепродуктов было разобрано в предыдущих разделах. Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила кинематическая вязкость. Напомним, что 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 м²/с (1 Ст = 10^-4 м²/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. В отдельных случаях необходимо контролировать вязкость при 0°С и даже при --50 °С (для гидротормозных масел АМГ-10 и ГТН).

Для ряда нефтепродуктов значение вязкости нормируется в условных градусах, а не в абсолютных величинах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра типа ВУ 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени течения 200 мл 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 v от 1 до 120 мм ² /c v_t = 7,31 ВУ_t - 6.31/BY_t

для v > 120 мм²/с v_t =7,4ВУ_t или ВУ=0,135 v_t

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.

1. Определение кинематической вязкости

Ю = {(р p r⁴)/8LV}*ф

где р--давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра; r--радиус капилляра; L--длина капилляра; V--объем жидкости, протекающей через капилляр; ф -- время истечения жидкости в объеме V.

При определении кинематической вязкости жидкость протекает через капилляр под давлением собственного веса, которое можно подсчитать, зная высоту столба жидкости h и ее плотность с:

p = g h с

где g--ускорение силы тяжести.

Подставив в формулу Пуазейля значение р и разделив обе части eравнения на с, получаем выражение для кинематической вязкости v:

Учитывая, что величины h, r, L и V имеют постоянные значения для данного вискозиметра, можно обозначить

Тогда: или

Величина С называется постоянной вискозиметра. Она не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров вискозиметра. Для определения постоянной вискозиметра пользуются эталонными жидкостями с известной кинематической вязкостью v_э. Замеряя на данном вискозиметре время истечения эталонной жидкости ф_э, определяют постоянную вискозиметра С (в мм²/с²):

Каждый вискозиметр снабжается паспортом, в котором указана его постоянная.

Аппаратура

В зависимости от прозрачности нефтепродукта и уровня его вязкости по ГОСТ 33--82 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 1 мл) прозрачных жидкостей при любых температурах--микровискозиметр ВПЖМ (рис.1д).

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

Подготовка аппаратуры и методика определения

Испытуемый продукт:

а) Рафинат второго погона - образец 1;

б) дизельное топливо - образцы 2, 3, 4;

в) депарафинированное масло - образец 5;

г) брайт-сток+рафинат второго погона - образец 6;

Выбранный вискозиметр тщательно промывают последовательно бензином, этиловым спиртом и сушат продуванием чистым нагретым воздухом или в сушильном шкафу. Если вискозиметр был сильно загрязнен, то его предварительно отмывают хромовой смесью и водой и сушат промывкой спиртом или ацетоном и продувкой теплого воздуха.

Испытуемый нефтепродукт в случае необходимости фильтруют от воды и механических примесей. Пробу нефтепродукта в вискозиметры разной конструкции набирают по-разному.

Для учебных целей чаще всего применяют вискозиметры ВПЖ-2 или Пинкевича. Вискозиметр с пробой нефтепродукта с помощью штатива и держателей устанавливают в строго вертикальном положении в подготовленный заранее термостатирующий сосуд. При этом вискозиметр нужно закреплять так, чтобы верхнее расширение 4 оказалось в жидкости термостата. В термостате устанавливают необходимую температуру с точностью ±0,1°С и выдерживают вискозиметр до проведения отсчетов при выбранной температуре 15 мин.

Засасывают грушей жидкость в колено 1 примерно до одной трети высоты расширения 4. Под давлением собственного веса жидкость начнет протекать из колена 1 через капилляр в колено 2. Точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М₁, включают секундомер и останавливают его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М₂. Время, отмеченное по секундомеру, записывают. Определение времени истечения жидкости через капилляр повторяют несколько раз. Число параллельных замеров, согласно ГОСТ 33--82, устанавливается в зависимости от времени истечения: пять измерений при времени истечения от 200 до 300 с; четыре--при времени истечения от 300 до 600 с; три -- при времени истечения выше 600 с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовывалось пузырьков воздуха.

Для расчета кинематической вязкости определяют среднее арифметическое время истечения из проведенных отсчетов. При этом надо иметь в виду, что учитывать можно только те отсчеты, которые отличаются не более чем на ±1,2--2,5% от среднего арифметического в зависимости от температуры определения. Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t v_t (в мм²/c) вычисляют по формуле:

где С-постоянная вискозиметра, мм²/с²; - среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с; g--ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, см/с²; 980,7--нормальное ускорение силы тяжести, см/с²; К--коэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости в результате расширения ее при нагревании; для вискозиметров ВПЖ-2 и Пинкевича:

К = 1 + 0,000040 Дt

где Дt --разность между температурой нефтепродукта при заполнении вискозиметра и его температурой при определении вязкости.

Поправки, вносимые в расчетную формулу и зависящие от g и К., незначительны. Поэтому при измерении вязкости в учебных целях можно дробь gK/980,7 принимать за единицу.

В целях сокращения трудоемких процессов и увеличения срока службы стеклянных вискозиметров предложен полуавтоматический прибор ВЛК-1 для измерения кинематической вязкости прозрачных нефтепродуктов, имеющих температуру застывания не выше 15°С. В этом приборе два стеклянных вискозиметра ВПЖ-1 с нужным диаметром капилляра укрепляются в специальном термостате, передняя стенка которого выполнена из прозрачного материала. Термостат снабжен блоком регулирования температуры, мешалкой, холодильником и термометром. Вискозиметры промывают анализируемым нефтепродуктом, не вынимая их из термостата. Искомое время истечения нефтепродукта через капилляры вискозиметров отсчитывается автоматически в блоке отсчета времени.

2. Определение условной вязкости

Устройство вискозиметра:

Вискозиметр (см. рис.) состоит из латунного резервуара 1 с трубкой 8 в его дне. В эту латунную трубку 8 вставлена отполированная платиновая трубка. Резервуар 1 помещают во внешний цилиндрический сосуд 2, являющийся жидкостной баней. Резервуар 1 закрывается крышкой с двумя отверстиями. В одно отверстие вставляется термометр 4, а в другое -- стержень 6, с помощью которого запирается и открывается выходное отверстие 3 в отполированном дне резервуара 1.

Внутри резервуара на равном расстоянии от дна прикреплены три заостренных и изогнутых под прямым углом штифта 5. Эти штифты служат указателями уровня нефтепродукта, заливаемого в вискозиметр. По ним же судят об установке прибора в горизонтальном положении. Во внешнем сосуде 2 укреплена мешалка 7. Весь прибор устанавливается на треножнике 10, на двух ножках которого имеются установочные винты 9. Прибор снабжен электрообогревом

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вискозиметр для определения условной вязкости: 1- латунный резервуар; 2-внешний сосуд; 3 - выходное отверстие; 4-термометр; 5- штифты; 6 - стержень; 7-мешалка; 8-трубка; 9 - установочные винты; 10-треножник.

Для измерения объема вытекающей из вискозиметра жидкости к прибору прилагается измерительная колба объемом 200 мл, специальный термометр, градуированный в рабочем положении, с поправкой на выступающий столбик ртути.

Испытуемый продукт:

а) Рафинат второго погона;

в) депарафинированное масло 4-ой фракции;

Методика определения водного числа вискозиметра:

Постоянной или водным числом вискозиметра называется время истечения из него 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С.

Перед определением водного числа внутренний резервуар вискозиметра промывают последовательно петролейным или диэтиловым эфиром, спиртом и дистиллированной водой и высушивают воздухом. Устанавливают прибор в треножнике. Выходное отверстие 3 закрывают стержнем. Затем заливают в резервуар 1 дистиллированную воду, имеющую температуру 20°С, до уровня, при котором острия трех штифтов едва лишь выдаются над зеркальной поверхностью воды. Водой с той же температурой заполняют внешний резервуар до расширенной верхней части внутреннего резервуара. Установочными винтами 9 добиваются горизонтальной установки прибора, контроль по остриям штифтов.

Измерительную колбу подставляют под трубку 8 и, приподняв стержень, спускают всю воду в колбу. Это необходимо для заполнения сточной трубки, на нижнем конце которой при этом повисает крупная капля. Вновь закрывают отверстие стержнем и выливают воду из колбы в резервуар вискозиметра. После этого подставляют колбу опять под сливное отверстие. Устанавливают температуру воды в обоих резервуарах 20°С. В течение 5 мин температура воды не должна изменяться более чем на ±0,2 °С.

После всех этих приготовлений можно определять время истечения 200 мл воды из резервуара вискозиметра. Для этого приподнимают стержень и одновременно включают секундомер. Когда нижний край мениска воды достигнет кольцевой метки на колбе, секундомер останавливают и закрывают отверстие 3 стержнем.

Измерение водного числа повторяют последовательно 4 раза. Если результаты определения отличаются от среднего арифметического не более чем на 0,5с, то их можно принять для вычисления среднего значения. Если водное число вискозиметра выходит за пределы 51 ± 1 с, то вискозиметр для работы не готов. кинематический вязкость пуазейль нефтепродукт

Методика определения условной вязкости:

Перед определением внутренний резервуар вискозиметра и сточную трубку промывают легким бензином и высушивают воздухом. Закрывают выходное отверстие стержнем. Обезвоженный, профильтрованный через сетку (с числом отверстий на 1 см² не менее 576) и нагретый несколько выше заданной температуры (?70⁰С) испытуемый нефтепродукт наливают во внутренний резервуар вискозиметра в таком количестве, чтобы уровень его был несколько выше остриев штифтов. В баню вискозиметра заливают воду или глицерин (в случае определения вязкости при температуре 80--100°С), также нагретые до температуры несколько выше заданной. Выжидают, чтобы температура нефтепродукта сравнялась с заданной (±0,2°С). Температуру жидкости в бане поддерживают на 0,2--0,5 °С выше заданной, регулируя ее перемешиванием мешалкой и, при необходимости, легким подогревом. Выдерживают прибор при этих температурах 5 мин.

Затем поднятием стержня спускают избыток масла в стакан до тех пор, пока острия всех трех штифтов станут едва заметно выдаваться над уровнем нефтепродукта. Закрывают вискозиметр крышкой, а под сточную трубку подставляют чистую сухую измерительную колбу. Нефтепродукт начинают перемешивать термометром, вставленным в крышку. Для этого крышку осторожно вращают вокруг стержня. После того как находящийся в нефтепродукте термометр покажет точно заданную температуру, выжидают еще 5 мин. Затем быстро вынимают деревянный стержень из прибора и одновременно включают секундомер. Когда нефтепродукт в измерительной колбе дойдет точно до метки, соответствующей 200мл (пена в расчет не принимается), секундомер останавливают и отсчитывают время истечения 200 мл нефтепродукта с точностью до 0,2 с. Допускаемые расхождения между двумя параллельными определениями не должны превышать при времени истечения до 250 с - 1с, до 500 с - 3 с, до 1000 с - 5 с.

Условная вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t ВУ_t (в условных градусах) вычисляется по формуле:

где ф_t - время истечения из вискозиметра 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания t, с; - водное число вискозиметра, с.

Результаты работы представить в виде таблицы

Размещено на Allbest.ru