Лабораторна робота 1 (нафтопродукти). Лабораторна робота 1 визначення густини нафтопродуктів метаробот и вивчити методи визначення густини нафтопродуктів
 Скачать 186 Kb.
|
|
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 ВИЗНАЧЕННЯ ГУСТИНИ НАФТОПРОДУКТІВ М е т а р о б о т и: – вивчити методи визначення густини нафтопродуктів; – визначити густину нафтопродуктів двома методами та порівняти отримані результати. 1.1 О с н о в н і т е о р е т и ч н і в і д о м о с т і Абсолютною густиною речовини називається кількість маси, що міститься в одиниці об’єму. Якщо прийняти за одиницю маси 1г, а за одиницю об’єму 1см3, тоді розмірність густини в системі одиниць СГС (система одиниць виміру, в якій основними одиницями є сантиметр, грам, секунда) виражатиметься в грамах на кубічний сантиметр (г/см3). У системі одиниць СІ (Система Інтернаціональна) густина виражається в кілограмах на кубічний метр (кг/м3). За одиницю густини прийнята маса 1см3 чистої води при температурі 4оС, оскільки при цій температурі вода має найбільшу густину. Відносною густиною речовини називається відношення її маси до маси чистої води при 4оС, узятої в тому ж об’ємі. Чисельні значення абсолютної і відносної густини збігаються, але відносна густина є величина безрозмірна. Оскільки нафтопродукти і вода мають неоднакові коефіцієнти температурного розширення, то необхідно вказати температуру води і нафтопродукту, при якій проводилося визначення густини. Густину нафтопродуктів визначають при температурі 20оС і відносять до густини води при температурі 4оС, тому густину нафтопродуктів прийнято позначати через  , яка і є нормованою константою в технічних розрахунках. Експериментальне визначення густини часто виконують при температурі, що відрізняється від 20оС. Перерахунок густини в діапазоні температур 0 – 50оС на нормоване значення може бути виконаний за формулою, запропонованою Д.І. Менделеєвим: =  + (t – 20)і навпаки: = – (t – 20), (1.1)де  – густина при температурі випробування, кг/м3; – середня температурна поправка густини на 1оС (табл. 1.1); t – температура, при якій проводився дослід, оС. Таблиця 1.1 – Середні температурні поправки густини нафтопродуктів
Величина густини служить для перерахунку об’ємних одиниць у масові при прийомі та обліку витрати нафтопродуктів. Густина нафтопродукту залежить від його температури. Густина залежить і від складу нафтопродуктів. Палива з великим вмістом ароматичних вуглеводнів мають більшу густину, ніж палива, в яких превалюють парафіни. Густина рідких нафтопродуктів може бути практично визначена за допомогою приладів: ареометрів (нафтоденсиметрів), гідростатичних терезів Вестфаля, пікнометрів, а для дуже в’язких олив – методом зважених крапель (ГОСТ 3900–85). Ареометром і терезами визначають густину світлих і темних нафтопродуктів, що мають в’язкість при 50оС не більше 200мм2/с, а також в’язкіших нафтопродуктів, що не виділяють осаду при розбавленні. Пікнометром визначають густину всіх нафтопродуктів, цей метод найбільш точний. Метод зважених крапель застосовують для визначення густини парафінів, асфальтенів і високов’язких олив. 1.2 В и з н а ч е н н я г у с т и н и н а ф т о п р о д у к т і в а р е о м е т р о м (н а ф т о д е н с и м е т р о м) Застосування цього методу засноване на законі Архімеда, згідно з яким на тіло, занурене в рідину, діє сила, направлена вертикально вгору і рівна вазі витисненої рідини в об’ємі зануреної частини тіла. Для зручності вимірів інколи в середню частину ареометра (поплавець) вставляють термометр. Ареометри випускаються з ціною поділки від 0,5 до 5,0кг/м3.
Для визначення густини використовують: ареометр (нафтоденсиметр); циліндр скляний відповідних розмірів по висоті та діаметру; термометр ртутний скляний з інтервалом температури, що вимірюється, від мінус 20оС до 50оС і ціною поділки шкали 1оС; гас; фільтрувальний папір. 1.2.2 М е т о д и к а п р о в е д е н н я а н а л і з у У скляний циліндр, діаметр якого більше діаметра поплавця ареометра в два рази і більше, обережно по стінці або скляній паличці наливають нафтопродукт, що випробується, в тій кількості, щоб при зануренні в нього ареометра рівень рідини не піднявся вище за край циліндра. Якщо утворилася піна, її знімають фільтрувальним папером. Витримавши 5-10 хвилин, поки рідина не прийме температуру навколишнього середовища, підбирають за значенням очікуваної густини ареометр з набору, занурюють його у нафтопродукт, тримаючи за верхню частину ніжки, відпускають на незначний час і стежать, щоб ареометр не потонув. Після підбору ареометра (він повинен плавати і не торкатися стінок циліндра) через 5 хвилин проводять відлік зверху вниз по верхньому краю меніска (для світлих і темних нафтопродуктів), при цьому око дослідника повинно знаходитися на рівні меніска. Відлік, виконаний за шкалою нафтоденсиметра, показує густину нафтопродукту при температурі випробування. Для приведення густини до нормованої температури 20°С розрахунок проводять за формулою (1.1). Приклад 1. (для невеликої різниці температур) Густина палива складає 948,0кг/м3 при температурі 25°С. Якою вона буде при 15°С? Різниця температур складає 25 – 15 = 10°С. За табл. 1.1 обираємо значення поправкового коефіцієнта. Для густини 948,0кг/м3 поправковий коефіцієнт дорівнює 0,581. Користуючись формулою (1.1), знаходимо: ρ 154 = ρ 254 – (t – 25); ρ 154 = 948,0 – 0,581(15 – 25) = 954,0. Визначаємо величину зміни густини при охолодженні палива на 10°С: 10 · 0,581 = 5,81 (кг/м3). У зв’язку з тим, що при зниженні температури значення густини збільшується, значення густини при 15°С складе: 948,0 + 5,81 = 953,81 (кг/м3). У разі великої різниці температур (більш, ніж 10°С) необхідно ретельніше визначити поправковий коефіцієнт, як показано у наступному прикладі. Приклад 2. Густина палива дорівнює 865,0кг/м3 при температурі мінус 5°С. Якою буде густина при 30°С? Різниця температур складає Δt = 30 – (- 5) = 35 (°С). Для густини 865,0кг/м3 поправковий коефіцієнт дорівнює 0,686. Обираємо проміжну температуру від мінус 5 до 30°С. Припустимо, 15°С. Тоді значення зміни густини буде: 20 · 0,686 = 13,72. Густина при температурі 15°С складе: 865,0 – 13,72 = 851,3 (кг/м3). Для даної густини поправковий коефіцієнт складе 0,000699. Використовуючи цей поправковий коефіцієнт, можна визначити остаточне значення густини: поправковий коефіцієнт 0,000699; різниця температур Δt = 30 – 15 = 15 (°С). Величина зміни густини: Δρ = 15 · 0, 699 = 10,5 (кг/м3). Остаточне значення густини: 851,3 – 10,5 = 840,8 (кг/м3). Такий самий результат можна отримати, користуючись формулою (1.1): ρ 304 = 865,0 – 0,686 [30 – (- 5)] = 840,99. У досить в’язкі нафтопродукти (більше 200 мм2/с при 50оС) ареометр не занурюється. Попереднє нагрівання цих нафтопродуктів понад 40оС не дає належного ефекту, оскільки похибка при обчисленні дійсної густини за формулою (1.1) перевищує ту, що допускається (± 5кг/м3). Тому перед визначенням густини дуже в’язких нафтопродуктів їх заздалегідь розбавляють таким самим об’ємом тракторного або освітленого гасу. Густину розчинника (гасу) ρ2 заздалегідь визначають тим же ареометром. Згідно з правилом адитивності приймаємо, що густина суміші 3 (мазут + гас) складається із напівсуми: 3 = (1 + ρ2) / 2, (1.2) де ρ1 – густина мазуту.Звідси густина продукту (мазуту), що досліджується:1 = 2 3 – 2. (1.3) Приклад 3. Густина оливи МС-20 при температурі 25°С дорівнює 898,0кг/м3. Необхідно визначити густину цієї оливи при 20°С. За табл. 1.1 знаходять поправку на 1°С. Для густини 898,0кг/м3: γ = 0,647. Підставляємо у формулу (1.1) та отримуємо: = 898,0 + 0,647 · (25 – 20) = 901,235.Приклад 4. Необхідно визначити густину флотського мазуту. Густина суміші його з гасом ρ3 при температурі 23°С дорівнює 885,0кг/м3. Густина гасу ρ2 при тій самій температурі дорівнює 840,0кг/м3. Тоді густина мазуту ρ1 при температурі випробування: ρ 1 = 2 3 – 2 = 2 · 885,0 – 840,0 = 930,0 (кг/м3). Для приведення густини мазуту до нормованого її значення при температурі 20°С використовують формулу (1.1) і таблицю температурних поправок густини нафтопродуктів. ρ 4 20 = 930,0 + 0,594 · (23 – 20) = 931,782. Наступна табл. 1.2 дозволяє розраховувати об’єми палива при будь-якій необхідній температурі по об’ємах при певній температурі. Вона використовується аналогічно таблиці коефіцієнтів густини (табл. 1.1), і до неї застосовні ті ж самі зауваження відносно діапазону температур, при яких таблиця забезпечує найбільшу точність. Наведений нижче приклад показує, як слід поступати у разі внесення поправок при великій різниці температур. Таблиця 1.2 – Поправкові коефіцієнти об’єму
Приклад 5. Об’єм партії газойля складає 5,255м3 при температурі 38ºС. Його густина дорівнює 837,0кг/м3 при температурі 24ºС. Яким буде його об’єм при 15ºС? Густину при температурі 15ºС розраховують за допомогою поправкового коефіцієнта густини, вибраного з табл. 1.1. Густина при температурі 15ºС: ρ 4 15 = 837,0 + 0,725 · (24 – 15) = 843,5. З табл. 1.2 вибирають відповідний коефіцієнт поправки об’єму, а саме 0,00084. Різниця температур: Δt = 38 – 15 = 23ºС. Зміна об’єму складе: ΔV = 5,255 · (0,00084 · 23) = 0,1015м3. Враховуючи, що зі зниженням температури об’єм нафтопродуктів зменшується, об’єм газойля при температурі 15ºС складе: V = 5,255 – 0,1015 = 5,1535м3. 1.2.3 О б р о б к а р е з у л ь т а т і в в и м і р ю в а н ь Шкала ареометра може бути відградуйована на  або  . Це вказує-ться у паспорті ареометра. У роботі потрібно визначити нормоване значення густини . Припустимо, що ареометр відградуйований на , тоді густина при температурі визначення t, віднесена до густини води при 15оС, по аналогії з рівнянням (1.1) визначиться так: ρ t 15 = ρ 15 15 – · (t –15), (1.4) де ρ 15 15 – показання ареометра, кг/м3. Враховуючи, що відносна густина є відношення абсолютної густини нафтопродукту до густини води, можна записати:  ρ t = ρ t 15 · ρ 15 (1.5)Тоді густина нафтопродукту, віднесена до густини води при температурі 4оС,  (1.6)або  (1.7)Звідси нормоване значення густини з урахуванням (1.1)  (1.8)Прийнявши лінійну інтерполяцію густини води в діапазоні температури від 4 до 20оС та значення густини води 4 = 1000кг/м3 і 20 = = 998,23кг/м3, остаточно отримаємо розрахункову формулу: = 998,78 – 998,78(t – 15) + (t – 20). (1.9) Використовуючи запропоновану методику, отримаємо розрахункову формулу і для випадку, коли ареометр відградуйований на  : = 998,78 + 1,77(t – 20). (1.10)1.2.4 О ц і н к а п о х и б к и в и м і р ю в а н н я г у с т и н и н а ф т о п р о д у к т у і п о д а н н я р е з у л ь т а т у Точність результату визначення густини за допомогою ареометра залежить від cлідуючих похибок: т – виміру температури нафтопродукту, а – відліку густини за шкалою ареометра і м – методу виміру густини. Гранична абсолютна похибка виміру температури нафтопродукту т може бути прийнята рівною ціні поділки термометра Ст, що використовується, помноженій на значення температурної поправки , узятої в області відліку густини за шкалою ареометра. Гранична абсолютна похибка відліку густини по шкалі ареометра а може бути прийнята рівною значенню найменшої поділки шкали ареометра Са. Абсолютна похибка методу виміру густини м може бути оцінена шляхом порівняння з результатом визначення густини нафтопродукту іншим методом, наприклад, пікнометричним. У даній роботі визначити величину похибки м не є можливим і тому її не враховуємо. Інші похибки (т і а) для однократного виміру зображаються як припустимі. Тому максимальну похибку результату виміру можна обчислити за формулою:  =  (Кт т + Ка а), (1.11)де Кт, Ка – коефіцієнти вагомості прояву кожної похибки у процесі вимірювання, вони можуть бути підраховані за формулами:   (1.12)Відповідно до вимог стандарту ГОСТа 3900-85 на фізико-хімічні властивості нафтопродукту результат вимірювання подається як  , кг/м3.1.3 В и з н а ч е н н я г у с т и н и н а ф т о п р о д у к т і в п і к н о м е т р и ч н и м м е т о д о м Цей метод є найбільш точним і заснований на порівнянні маси випробовуваного нафтопродукту певного об’єму при певній температурі з масою води того ж об’єму і при тій же самій температурі. Метод придатний для визначення густини будь-яких нафтопродуктів, у тому числі і твердих бітумів. Випробування проводять у пікнометрах різного об’єму і форми. Найчастіше застосовують пікнометри ємністю від 1 до 50мл. 1.3.1 П р и л а д и т а м а т е р і а л и У роботі використовують: пікнометр; водяну баню або термостат, де підтримується температура 20оС з точністю 0,1оС; термометр ртутний скляний з ціною поділки 0,1оС; аналітичні терези АДВ-200; піпетку з відтягнутим капіляром; дистильовану воду; фільтрувальний папір. 1.3.2 М е т о д и к а п р о в е д е н н я а н а л і з у Спочатку для пікнометра визначають «водне число», що є масою дистильованої води в об’ємі пікнометра при температурі 20оС. Для цього промитий пікнометр висушують, зважують на аналітичних терезах, похибка яких ±0,0002г, і отримують масу пікнометра m1. Потім піпеткою наповнюють пікнометр свіжопрокип’яченою дистильованою водою декілька вище за риску і витримують у водяній бані або в термостаті 30 хвилин при 20оС. Коли рівень води перестане змінюватися, надлишок води відбирають фільтрувальним папером, встановлюючи рівень води у пікнометрі по верхньому краю меніска. Обтерши пікнометр зовні, його зважують і отримують масу пікнометра з водою m2. Визначають «водне число» за формулою: m = m2 – m1. (1.13) Потім воду виливають, сушать пікнометр, наповнюють його нафтопродуктом і зважують, тобто визначають масу пікнометра з нафтопродуктом m3, що випробовується при 20оС. Розрахунок густини нафтопродукту, що випробовується, проводять за формулою:  . (1.14)1.3.3 О ц і н к а п о х и б к и в и м і р ю в а н н я г у с т и н и н а ф т о п р о д у к т і в і п о д а н н я р е з у л ь т а т у На результат виміру впливає похибка, пов’язана з наповненням пікнометра, з операціями зважування, з підтримкою нормованої температури в термостаті. Присутня і систематична похибка, що з’являється в результаті витіснення повітря з пікнометра при його наповненні водою і нафтопродуктом. Систематична похибка може бути врахована введенням поправки, тоді формула (1.13) набере вигляду:  , (1.15)де – відношення маси повітря в пікнометрі до маси води при температурі 20оС і тиску 760мм рт.ст., =  .Нормоване значення густини підраховують за формулою: = 0,99823 . (1.16)Прийнявши граничну середню похибку зважування ±0,0002г, розраховують абсолютну граничну похибку: =  (1.17)Остаточний результат представляють у вигляді  , кг/м3. Причому значення округлюють по правилах округлення до цілого числа, а похибку вказують з одним знаком після коми. 1.4 К о н т р о л ь н і п и т а н н я 1. Що називається абсолютною і відносною густиною? 2. Якими методами визначають густину нафтопродуктів? 3. Які похибки впливають на результат при вимірі густини нафтопродукту ареометром і пікнометром? |