Министерство образования и науки Самарской области

Опыт 1 Определение плотности нефтепродуктов

 

Общие сведения

 

Плотностью вещества называется количество массы, содержащейся в единице объема.

Относительной плотностью жидкости называется отношение плотности жидкости при температуре +20°С к плотности чистой воды при температуре +4° С.

[ρ]_си = кг/м³; [ρ]_ф = г/см³; [ρ]_т = кгс·с/м⁴.

Перевод в СИ:

1 г/см³ = 1000 кг/м³; 1 т/м³ = 1000 кг/м³.

Плотность нефти и жидких нефтепродуктов определяют ареометрами (нефтеденсиметрами), гидростатическими весами Вестфаля и с помощью пикнометров.

Применение нефтеденсиметров основано на законе Архимеда: вертикальная составляющая давления со стороны жидкости на погруженное в нее тело направлена вертикально вверх и равна силе тяжести (весу) жидкости в объеме тела.

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. Таким образом, по закону Архимеда, плавая в жидкости, нефтеденсиметр будет погружаться на большую глубину в более легкой жидкости и на меньшую в более тяжелой. В равновесном состоянии по верхнему краю мениска отсчитывается на шкале плотность жидкости.

Плотность нефти и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры и увеличивается с ее понижением. Однако следует отметить, что результат пересчета плотности по формуле получается правильным только в том случае, когда определение плотности нефти и нефтепродуктов проводится при температуре не ниже 0°С и не выше +50°С.

 

 

Приборы и реактивы

1. Нефтеденсиметр

2. Цилиндр

3. Нефтепродукт

 

Методика определения

 

Рисунок 1.1 Нефте­денси­метр: 1-ареометрическая шкала; 2-термометрическая шкала

В стеклянный цилиндр, диаметр которого в два и более раза больше диаметра поплавка нефтеденсиметра, осторожно по стенке или по стеклянной палочке наливают испытуемый нефтепродукт. Наполнение цилиндра нефтепродуктом производят в таком количестве, чтобы при погружении в него нефтеденсиметра уровень жидкости не поднялся выше края цилиндра. Чистый и сухой нефтеденсиметр, держа за верхний конец, осторожно помещают в жидкость. После того как нефтеденсиметр установится, и прекратятся его колебания, производят отсчет по верхнему краю мениска. Глаз наблюдателя при этом находится на уровне мениска (ρн = 889кг/м3).

Контрольные вопросы

1. Что такое плотность нефтепродуктов?

2. Что такое относительная плотность нефтепродуктов?

3. Единицы измерения плотности. Перевод в СИ.

4. Как называется прибор для определения плотности нефтепродуктов?

5. На каком законе основано применение нефтеденсиметра?

6. Сформулируйте закон Архимеда.

7. Как изменяется плотность с изменением температуры?

8. Как изменяется положение нефтеденсиметра в легкой и тяжелой жидкости?

 

Ответы

1. Плотностью вещества называют количество массы, содержащейся в единице объема.

2. Относительной плотностью жидкости называется отношение плотности жидкости при t=+20⁰c к плотности чистой воды при t=+4⁰c.

3. Килограм на метр кубический [кг/м³]

4. Нефтеденсиметр

5. Применение нефтеденсиметров основано на законе Архимеда

6. Вертикальная составляющая давления со стороны жидкости на погружение на неё тело направлена вертикально вверх и равна силе тяжести жидкости в объеме тела.

7. С повышением температуры плотность повышается, с понижением увеличивается.

8. В легкой воде он будет погружаться на большую глубину, а в тяжёлой на меньшую.

Опыт 2 Определение кинематической вязкости нефтепродуктов

Общие сведения

Вязкость – это способность отдельных слоев жидкости оказывать сопротивление при перемещении, то есть оказывать сопротивление сдвигающим усилиям, возникающим в результате сил трения между слоями движущейся жидкости. Известны динамическая (абсолютная) (), кинематическая (ν) и условная вязкости.

[ ]_си = Па·с (Пуазейль); [ ]_ф = дина·с/м² = П (Пуаз); [ ]_т = кгс·с/м².

Перевод в СИ:

1 П = 0,1 Па·с; 1 кгс·с/м² = 9,81 Па·с.

1 сП = 1 · 10^-3 Па·с;

[ν]_си = м²/с; [ν]_ф = см²/с; [ν]_т = м²/с.

Перевод в СИ:

1 см²/с (Стокс) = 1 · 10^-4 м²/с

1 сСт = 1 · 10^-6 м²/с

1 мм²/с = 1 · 10^-6 м²/с

Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила кинематическая вязкость.

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости используются стеклянные вискозиметры, в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. Отмечая время протекания жидкости через капилляр можно подсчитать величину ее вязкости.

Каждый вискозиметр должен иметь паспорт, в котором ука­зана его постоянная (С = 0,009035 сСт/с), которая не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров вискозиметра.

Вязкость увеличивается при уменьшении температуры и уменьшается при увеличении температуры.

Текучесть – это величина, обратная абсолютной вязкости.

 

Рисунок 2 – Вискозиметр Пинкевича: 1 – капилляр; 2,3 – расширения; 4 – отводная трубка; 5 – нижнее расширение; а, б - метки

Для определения кинематической вязкости применяются вискози­метры Пинкевича (рисунок 1.2) Вискозиметр представляют собой U-образный сосуд, в правое колено А кото­рого впаян капилляр 1 с по­стоянным диаметром по всей длине капилляра. Вискозиметр Пинкевича имеет два одинако­вых по объему расширения над капилляром 2 и 3. Между этими расширениями и на капилляре нанесены метки а и б, по кото­рым наблюдают за истечением жидкости. Необходимо также иметь выверенные термометры и секундомеры. Термометр укрепляют в термостате или в стакане с помощью держателя таким образом, чтобы его резервуар оказался примерно на уровне середины капилляра вискозиметра, при его окончательной установке. Точность поддержания выбранной температуры имеет большое значение.

Приборы и реактивы

 

1. Нефтепродукт

2. Капиллярный вискозиметр

3. Химический стакан для погружения вискозиметра

4. Термометр

5. Секундомер

 

Методика определения

 

Выбранный вискозиметр тщательно промывают последовательно бензином, этиловым спиртом и сушат продуванием чистым нагретым возду­хом или в сушильном шкафу.

Испытуемый нефтепродукт в случае необходимости филь­труют от воды и механических примесей.

Набор пробы в вискозиметр Пинкевича производят следующим образом. На отводную трубку 4 надевают резиновую трубку. Затем, зажав паль­цем колено В, переворачивают вискозиметр и опускают колено А в сосуд с нефтепродуктом. С помощью резиновой груши или ртом всасывают нефтепродукт в вискозиметр до метки б. При этом необходимо следить, чтобы в капилляре и расширениях 2 и 3 не образовалось пузырьков воздуха, разрывов и пленок. В тот момент, когда уровень нефтепродукта достигает метки б, вискозиметр вы­нимают из сосуда с испытуемым нефтепродуктом и быстро перево­рачивают его в нормальное положение. Снимают резиновую трубку с отводной трубки. Обтирают внешнюю сторону колена А от избытка нефтепродукта и надевают на него резиновую трубку.

Заполняют термостатированный сосуд необходимой жидкостью или охлаждающей смесью. Установку вискозиметров с пробами в термостате производят с помощью штатива и держателя. Вискозиметр Пинкевича закрепляют так, чтобы расширение 3 оказалось в жидкости наполовину.

Подготовив всю установку, проверяют вертикальность положения вискозиметра, а в термостате устанавливают необходимую температуру с точностью ±0,1°С и выдерживают до проведения отсчетов вискозиметр при этой температуре 15 мин. Для про­ведения отсчета при работе с вискозиметром Пинкевича необходимо предварительно засосать нефтепродукт в расширение 2 немного выше метки а. В подготовленном таким образом для испытания вискозиметре, испытуемый нефтепродукт под давлением собственного веса начнет протекать из колена А через капилляр в колено В. Точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки а, включают секундомер и останавливают его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки б. Время, отмеченное по секундомеру с точностью до 0,2 с, записывают. Это определение времени истечения повторяют не менее четырех раз (6 раз).

τ ₁ = 1мин. + 11с = 71с.;

τ ₂ = 1мин + 11с. = 71с;

τ ₃ = 1мин + 9с = 69с;

τ ₄ = 1мин + 11с. = 71с;

τ ₅ = 1мин + 12с = 72с;

τ ₆ = 1мин + 11с = 71с.

При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовывалось пузырьков воздуха.

t = 23⁰С.

Для подсчета 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 ±0,5% ÷ ±2,5% от среднего арифметического в зависимости от температуры определения.

τ₂₃ = (τ₁ + τ₃ + τ₄ + τ₆)/4 =(71с + 71с + 69с + 71с + 72с + 71с) = 71 с.

Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t вычисляют по формуле

ν_t = С · τ_t,

 

где С – постоянная вискозиметра, сСт/с;

τ_t – среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения испытуемого нефтепродукта, с.

ν₂₃ = С · τ₂₃ = 0,009035 · = 0,641485 сСт;

Полученный результат перевести в СИ.

[ν₂₃]_си = 0,641485 · 10^-6 м²/с.

Контрольные вопросы

 

1. Что такое вязкость нефтепродукта?

2. Виды вязкости.

3. Единицы измерения вязкости. Перевод в СИ.

4. Как называется прибор для измерения вязкости?

5. На чем основано применение капиллярных вискозиметров?

6. Почему, измеряя время истечения нефтепродукта через капиллярные трубки, можно определить вязкость нефтепродукта?

7. Как изменяется вязкость нефтепродуктов при уменьшении температуры? При увеличении?

8. Что такое текучесть?

9. Как связаны между собой текучесть и вязкость?

Ответы

 

1. Вязкость - это способность отдельных слоёв жидкости оказывать сопротивление при перемещении, т.е оказывать сопротивление сдвигающим усилиям, возникающим в результате сил трения между слоями движущейся жидкости.

2. Известны динамическая(абсолютная), кинематич еская и условные вязкости.

3. Метр квадратный на секунду [ м²/сек ]

4. Вискозиметр

5. Принцип действия основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через узкое отверстие или трубку, при заданной разнице давлений.

7. При повышении температуры вязкость увеличивается, а при уменьшении уменьшается.

8. Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена.

9. Подобно газам, жидкости могут течь, и это их свойство называется текучестью. Сопротивляемость течению называется вязкостью. На текучесть и вязкостьвлияет целый ряд факторов. Наиболее важными из них являются силы притяжения между молекулами жидкости, а также форма, структура и относительная молекулярная масса этих молекул.

Вывод

 

В ходе работы мы изучили приборы для измерения вязкости и плотности нефтепродуктов, их устройство и методику работы.

Министерство образования и науки Самарской области

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: