Методика определения плотности нефти пикнометром

Метод определения плотности пикнометрами (рисунок 4) основан на сравнении массы определенного объема испытуемой нефти с массой такого же объема воды при одинаковой температуре. Пикнометрический метод самый точный, но более длительный по сравнению с другими методами. Определение плотности пикнометрами осуществляют при 20 ⁰С, поэтому применяют термостатирование пикнометра с водой и нефтью.

"Видимую" плотность нефти, определяемую пикнометром, вычисляют по формуле:

, (8)

где m₃ - масса пикнометра с нефтью, г;

m₂ - масса сухого чистого пикнометра, г;

m₁ - масса пикнометра с водой, г.

Разница (m₁ - m₂) также называется водным числом пикнометра, которое может быть определено для него заранее.

Перед определением необходимо взвесить на аналитических весах с точностью до 0,0002 г вес чистого сухого пикнометра m₂ (рис. 4) с известным водным числом.

 

Рисунок 4 - Пикнометр

 

При помощи пипетки сухой пикнометр наполняют нефтью несколько выше метки, закрывают пробкой и помещают в водяной термостат с температурой 20 0,2⁰С на 15-20 мин. Затем держа пикнометр за бумажный хомуток, удаляют избыток нефтепродукта, установив его уровень по нижнему краю мениска согласно метке пикнометра (для светлых нефтепродуктов уровень – по верхнему краю мениска). После этого пикнометр вытирают досуха и взвешивают на аналитических весах. Далее расчет проводится по формулам (5) - (8).

 

Вязкость нефти

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства нефтей и нефтепродуктов, в частности, прокачиваемость нефти по трубопроводам. Чтобы оценить эффективность подогрева нефти для перекачки, вязкость ее определяют при температурах 20 и 50⁰С. Вязкость нефти тем больше, чем выше ее относительная плотность и меньше содержание в ней "светлых" нефтепродуктов (особенно бензина). Однако при равных этих показателях вязкость нефтей с изменением температуры может изменяться по-разному в зависимости от их группового химического состава.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость [7].

Динамическая вязкость μ – сила сопротивления, оказываемая жидкостью такому перемещению ее частиц, при котором 2 слоя жидкости площадью 1 м², находящиеся на расстоянии 1 м, перемещаются со скоростью относительно друг друга 1 м/с. Единицы измерения: 10 Пз = 1 Па·с.

Определение динамической вязкости производится на ротационных вискозиметрах с коаксиальными измерительными устройствами (типа "Реотест"). В стакан с термостатируемой средой помещается металлический шпиндель, подвешенный на пружине. При вращении пружины двигателем "Реотеста" среда создает сопротивление перемещению внутри нее шпинделя. И это сопротивление (то есть вязкость) измеряется посредством измерения напряжения, возникшего на пружине.

Кинематическая вязкость ν выражается формулой:

(9)

Единицы измерения: 1 сСт = 1 мм²/c = 10⁻⁶ м²/c.

Кинематическую вязкость определяют в стёклянных вискозиметрах специальной конструкции, снабженных калибровочными капиллярами (вискозиметры Кеплера или ВПЖ).

Для многих нефтепродуктов нормируется так называемая условная вязкость, определяемая в металлических вискозиметрах Энглера. Эта величина выражается в условных градусах (ВУ° - вязкость условная), а не в абсолютных величинах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра типа ВУ 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20°С (вязкость воды при 20,2⁰С равна 1 мПа·с).

Условная вязкость (ВУ°) при температуре измерения определяется по формуле 1.8:

, (10)

где - время истечения нефтепродукта при данной температуре; - водное число вискозиметра или время истечения воды при температуре 20 ⁰С.

Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость:

, мм²/с (11)

Для нефти, как правило, измеряют динамическую и условную вязкость. Кинематическая вязкость в стеклянных вискозиметрах замеряется для нефтепродуктов.

 

Методика определения условной вязкости.

Перед определением вязкости нефтепродукт обезвоживают и фильтруют через мелкую сетку (550-660 отверстий на 1 см²). В промытый легким бензином и высушенный воздухом вискозиметр (рисунок 5) при закрытом сточном отверстии заливают нефть немного выше остриев штифтов, имеющихся в резервуаре вискозиметра. В ванну вискозиметра наливают воду и нагревают на 2-3°С выше заданной температуры определения вязкости.

Когда нефть приняла нужную температуру, не изменяющуюся в течение 5 мин более чем на 0,2°С, немного приподнимают немного стержень, открывают сточное отверстие вискозиметра и сливают избыток нефти до обнаружения остриев всех трех шрифтов.

Если перед началом эксперимента нефть налита выше уровня штифтов, то больший столб жидкости будет создавать большее давление на вытекающую нефть и, следовательно, время ее истечения будет меньше истинного. Соответственно, налив в вискозиметр меньшее количество нефти, будет получено большее значение времени истечения.

Вискозиметр с отрегулированным количеством нефти закрывают крышкой и под сточное отверстие ставят сухую измерительную колбу для вискозиметра Энглера.

Рисунок 5 - 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.

 

Нефть непрерывно перемешивают термометром, осторожно вращая крышку прибора, в которую вставлен термометр. После установления температуры определения, следует выждать 5 мин, затем быстро вынуть стержень с одновременным включением секундомера. Секундомер останавливают, когда уровень нефти в измерительной колбе достигнет метки, соответствующей 200 мл. Время истечения отсчитывается с точностью до 0,2 с.

По заданию преподавателя условную вязкость определяют при одной или нескольких температурах - 20, 40, 60, 80, 100 ⁰С и по этим данным строят кривую зависимости вязкости от температуры и делают вывод о характере её изменения. Также следует по формуле (11) перевести полученные значения условной вязкости в кинематическую.