Цели работы:

1) определить плотность образца топлива ареометром;

2) пересчитать плотность топлива, полученную экспериментально при температуре опыта, на плотность при 20 °С. Использовать три метода пересчёта: по уравнению, ГОСТ 3900-85, таблицам пересчета.

Приборы и реактивы: ареометр, цилиндр диаметром не менее 5 см, нефтепродукт.

Литература: ГОСТ 3900-85. Нефть и нефтепродукты. Методы опреде­ления плотности.

 

Краткие теоретические сведения

 

Плотностью называется масса единицы объема вещества (нефти, неф­тепродукта). Единицей плотности в системе СИ является килограмм на куби­ческий метр (кг/м³).

В исследовательской практике определяется относительная плотность . Относительной плотностью называется отношение плотности нефти или нефтепродукта при 20 °С к плотности дистиллированной воды (эталонно­го вещества) при 4 °С.

Зависимость плотности от температуры основана на линейном законе:

                                                                                            

где  — относительная плотность при температуре анализа;  — относитель­ная плотность при 20 °С;  — средняя температурная поправка плотности на 1 °С; t -температура, при которой проводится анализ, °С.

Эта зависимость строго справедлива в диапазоне температур от 0 до 50°С для нефтей (нефтепродуктов), не содержащих большого количества твердого парафина и ароматических углеводородов. Температурную поправ­ку рассчитывают по формуле:

 

Плотность веществ обычно уменьшается с ростом температуры (из-за теплового расширения тел) и увеличивается с повышением давления. При переходе из одного агрегатного состояния в другое плотность изменяется скачкообразно.

Физико-химические свойства топлива и его компонентов оцениваются константами физических, химических, электрофизических, спектральных и других свойств, т.е. величинами, принятыми и применяемыми в различных областях науки для измерения свойств в стандартных условиях испытаний.

Свойства топлива условно можно разделить на простые и сложные. Физико-химические свойства горючего (чистота, текучесть, поверхностная активность, фракционный состав, летучесть, пожароопасность, взрывоопасность, электризуемость, энергоемкость, детонационная стойкость, светимость пламени, термостойкость, термоокисляемость, нагарность, коррозионное свойство, вязкость, пластичность) являются простыми по отношению к эксплуатационным.

К эксплуатационным свойствам горючего относятся прокачиваемость, испаряемость, воспламеняемость, горючесть, склонность к отложениям, конструкционная совместимость, антифрикционные свойства.

Каждое свойство топлива может быть охарактеризовано показателем качества. Показатель качества продукции – количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, составляющих её качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям её создания, эксплуатации и потребления.

Для оценки энергоёмкости как физико-химического свойства горючего приняты такие стандартные показатели качества как теплота сгорания и плотность. Энергоёмкости, в свою очередь, соответствует такое эксплуатационное свойство горючего как горючесть. Горение – распространение пламени за счёт передачи теплоты и диффузии активных частиц из зоны реакции или под воздействием ударной волны (детонационное распространение пламени).

 

Порядок выполнения работы

 

Плотность нефти (нефтепродукта) вязкостью при 50 °С не более 200 мм²/с определяют ареометром следующим образом. В чистый сухой стек­лянный цилиндр диаметром не менее 5 см, установленный на прочной под­ставке, осторожно по стенке наливают нефть (нефтепродукт) с таким расче­том, чтобы при погружении ареометра анализируемая проба не переливалась через края цилиндра.

Затем чистый сухой ареометр медленно опускают в нефть (нефтепро­дукт). После того как ареометр установится и прекратятся его колебания, проводят отсчет значения плотности по верхнему краю мениска. При этом глаз исследователя должен находиться на уровне мениска. Одновременно оп­ределяют температуру нефти (нефтепродукта) по термометру ареометра или дополнительному термометру. Отсчет по шкале ареометра дает плотность нефти (нефтепродукта) при температуре анализа.

Для приведения найденной плотности к плотности  при нормальней температуре (стандартной температурой, при которой определяется плотность нефти и нефтепродукта, является 20 °С) пользуются формулами (1) и (2). В зависимости от типа ареометра расхождение между параллельными определениями плотности не должно превышать 0,001-0,002.

Для определения плотности высоковязких нефтей и нефтепродуктов,  имеющих вязкость при 50 °С более 200 мм²/с, их необходимо пpeдварительно разбавить керосином. Вязкие нефти (нефтепродукты) разбавляют точно равным объемом керосина с известной плотностью.

Плотность анализируемой вязкой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:

где    — плотность смеси;  — плотность керосина.

 

В зависимости от типа ареометра расхождение между параллельными определениями плотности вязких нефтей и нефтепродуктов не должно пре­вышать 0,004—0,008.

 

Пересчет плотности при температуре испытания на плотность при температуре 20 °С (ГОСТ 3900-85)

 

В таблице ГОСТ 3900-85 пред­ставлены значения плотности (г/см³) при температуре 20 °С. Таблицу исполь­зуют при определении плотности ареометрами, калиброванными при темпе­ратуре 20 °С.

Пример. Плотность нефтепродукта при температуре 27,5 °С равна 0,648г/см³ .

Для пересчета плотности продукта, измеренной при 27,5 °С, на плотность при 20 °С необходимо:

округлить измеренную плотность до второй значащей цифры, например до 0,640 или до 0,650 г/см³;

по таблице ГОСТ 3900-85 в горизонтальной графе «Плотность по шкале ареометра, г/см³» найти округленную величину плотности, например 0,640;

в графе «Температура испытания, °С» найти значение температуры испытания 27,5 °С;

по таблице найти плотность продукта при 20 °С — 0,647 г/см³.

Так как при округлении измеренной плотности значение фактически уменьшили на 0,648 — 0,640 = 0,008 г/см³, необходимо прибавить это значение к найденному по таблице значению плотности при 20 °С, т. е. (0,647 + 0,008) = 0,655 г/см³. Таким обра­зом, плотность продукта при 20 °С равна 0,655 г/см³.

 

Правила пользования таблицей значений плотности нефтепродуктов в зависимости от измерения температуры

 

Таблица, указанная в методическом пособии, предназначена для определения плотности нефтепродуктов в зависимости от изменения температуры. Она составлена по принципу последовательного и пропорционального применения температурных поправок.

Порядок пользования таблицей: найти в таблице величину известной плотности нефтепродукта и вести отсчет вправо, если заданная (фактическая) температура ниже, или влево, если заданная (фактическая) температура нефтепродукта выше известной на столько значений, на сколько градусов заданная (фактическая) температура ниже или выше известной.

 

Пересчет плотности нефти и автомобильного бензина Аи-92 при температуре испытания на плотность при температуре 20°С

 

 

В данной лабораторной работе мы определили плотность нефти Юрубчено-Тохомского месторождения и автомобильного бензина Аи-92 и получили следующие результаты и занесли их в таблицу 1:

 

Таблица 1 – Результат определения плотности

Вид нефти/нефтепродукта	Температура нефти/нефтепродукта, °С	Плотность по показанию ареометра, г/см3
Нефть Юрубчено-Тохомского месторождения	22	0,836
Бензин автомобильный Аи-92	20,5	0,779

 

Произведём пересчет плотности нефти и автомобильного бензина Аи-92 при температуре испытания на плотность при температуре 20°С тремя способами:

1. по таблице перевода плотности при температуре испытания в плотность при 20°С (ГОСТ 3900-85);
2. по формуле (1);
3. по таблице значений плотности нефтепродуктов в зависимости от изменения температуры, указанной в методическом пособии.

Пересчет плотности нефти Юрубчено-Тохомского месторождения

Плотность нефти при температуре 22 °С равна 0,836 г/см³ .

Для пересчета плотности нефти, измеренной при 22 °С, на плотность при 20 °С необходимо:

• округлить измеренную плотность до второй значащей цифры, например до 0,830 г/см³;
• по таблице ГОСТ 3900-85 в горизонтальной графе «Плотность по шкале ареометра, г/см³» найти округленную величину плотности 0,830 г/см³ ;
• в графе «Температура испытания, °С» найти значение температуры испытания 22 °С;
• по таблице найти плотность нефти при 20 °С — 0,8313 г/см³.

Так как при округлении измеренной плотности значение фактически уменьшили на 0,836 — 0,830 = 0,006 г/см³, необходимо прибавить это значение к найденному по таблице значению плотности при 20 °С, т. е. (0,8313 + 0,006) = 0,8373 г/см³. Таким обра­зом, плотность нефти при 20 °С равна 0,8373 г/см³.

Произведём пересчет плотности по формуле (1):

По таблице, указанной в методическом пособии, плотность нефти при  20°С

Рассчитаем среднюю плотность нефтепродукта:

Пересчет плотности автомобильного бензина Аи-92

Плотность бензина при температуре 20,5 °С равна 0,779 г/см³ .

Для пересчета плотности бензина, измеренной при 20,5 °С, на плотность при 20 °С необходимо:

• округлить измеренную плотность до второй значащей цифры, например до 0,780 г/см³;
• по таблице ГОСТ 3900-85 в горизонтальной графе «Плотность по шкале ареометра, г/см³» найти округленную величину плотности 0,780 г/см³ ;
• в графе «Температура испытания, °С» найти значение температуры испытания 20,5 °С;
• по таблице найти плотность бензина при 20 °С — 0,7804 г/см³.

Так как при округлении измеренной плотности значение фактически увеличили на 0,780 — 0,779 = 0,001 г/см³, необходимо отнять это значение от найденного по таблице значению плотности при 20 °С, т. е. (0,7804-0,001) = 0,7794 г/см³. Таким обра­зом, плотность бензина при 20 °С равна 0,7794 г/см³.

Произведём пересчет плотности по формуле (1):

По таблице, указанной в методическом пособии, плотность автобензина Аи-92 при  20 °С

Рассчитаем среднюю плотность нефтепродукта:

 

Самостоятельное задание

 

Зная истинную плотность нефтепродуктов при 20 °С, пересчитаем плотность для температур 10 °С и 22 °С тремя способами, указанными выше.

Пересчет плотности нефти Юрубчено-Тохомского месторождения

По таблице ГОСТ в графе «Температура испытания, °С» находим значение температуры, т.е. 10 °С. В строке плотностей при данной температуре находим ближайшее значение относительно плотности при 20 °С, т.е. 0,8333, далее рассчитываем поправку, т.е. 0,8374 — 0,8333 = 0,0041. По колонке плотностей поднимаемся к значению заголовка, т.е. 0,840, и к нему прибавляем (сохраняя знак) поправку и получаем искомую плотность нефти при 10 °С, т.е. 0,840 + 0,0041 = 0,8441.

Аналогично рассчитываем поправку и плотность нефти для заданной температуры 22 °С:

Таким образом:

Произведём пересчет плотности по формуле (1) для температуры 10 °С и 22 °С соответственно:

Произведём пересчет плотности по таблице, указанной в методическом пособии, для температуры 10 °С и 22 °С соответственно:

Находим в таблице плотность 837,6 и, отсчитав вправо 10 значений, получаем плотность 844,8 – 0,2 = 844,6 при 10 °С, а отсчитав  от 837,6 влево 2 значения, получаем плотность 836,2-0,2=836 при 22 °С. Таким образом:

Пересчет плотности автомобильного бензина Аи-92

Произведём пересчет плотности бензина для температуры 10 °С и 22 °С соответственно:

Таким образом:

Произведём пересчет плотности по формуле (1) для температуры 10 °С и 22 °С соответственно:

Произведём пересчет плотности по таблице, указанной в методическом пособии, для температуры 10 °С и 22 °С соответственно:

Находим в таблице плотность 779,1 и, отсчитав вправо 10 значений, получаем плотность 787,0 +0,2 = 787,2 при 10 °С, а отсчитав от 779,1 влево 2 значения, получаем плотность 777,5 + 0,2 = 777,7 при 22 °С. Таким образом:

 

ВЫВОД

 

При проведении лабораторной работы по измерении плотности нефти и нефтепродуктов ареометром мы получили некоторые навыки работы оператором товарным.

По данным ГОСТ 51858-2002 «Нефть» по выходу фракций и массовой доле парафина нефть подразделяют на пять типов:

0 — особо легкая (не более 830,0 при 20 градусах);

1 – легкая (830,1-850,0 при 20 градусах);

2 – средняя (850,1-870,0 при 20 градусах);

3 – тяжелая (870,1-895,0 при 20 градусах);

4 – битуминозная (более 895,0 при 20 градусах).

Полученное нами среднее значение плотности нефти Юрубчено-Тохомского месторождения при 20 градусах, составляющее 837,4 кг/м³, лежит в интервале значений плотности, которое относится к нефти легкого типа.

По данным ГОСТ 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия» плотность бензина Регуляр-92 при температуре 15 градусов находится в пределах 720-780 кг/ м³. Определённая нами исследовательским путем средняя плотность бензина АИ-92 при температуре 20 градусов составляет 779,4 кг/ м³. Произведем пересчет плотности для температуры 15 градусов:

Таким образом, плотность исследуемого бензина не входит в вышеуказанный интервал. Это можно объяснить следующим явлением. С течением времени легкие фракции бензина испаряются, после чего в топливе остаются преимущественно более тяжелые фракции, следовательно, плотность бензина увеличивается. В связи с тем, что исследуемый бензин является образцом 2003 года, его плотность в момент замера была больше плотности, задуманной при перегонке.