Одно из самых полезных ископаемых современности, «черное золото», «земляное масло» или просто нефть - играет на мировой финансовой арене одну из ключевых ролей. Цена на нефть определяет благосостояние не только отдельных людей, но целых государств.

Нефть была известна человечеству за несколько тысяч лет до рождества Христова. Ее использовали при строительстве легендарного города Вавилон. Древние египтяне мумифицировали с ее помощью своих умерших, а древние греки использовали нефть для создания зажигательных смесей в своих многочисленных войнах. В средние века человечество стало использовать продукты перегонки нефти в медицине и быту.

Слово «петролеум» (petroleum, англ.) образовано от словосочетания, которое дословно переводится как «каменное масло» (petrа - камень, oleum - масло). В немецком и многих других языках мира понятие, означающее «нефть» также дословно переводится как «горное (или каменное) масло», в том числе и в китайском языке. Кстати, именно жители Поднебесной в 347 году н.э. пробурили первую нефтяную скважину.

Ученые утверждают, что русское «нефть» произошло от ассирийского слова с глубокими арабскими корнями, означающего «то, что исторгнуто землей». Другие версии говорят о древнеиранском слове nаft - «влажное, жидкость».

Свойства нефти

Жидкая, маслянистая субстанция чисто черного цвета, а в некоторых случаях с коричневым или даже зеленым оттенком, нефть, имеет плотность от 0,65 до 1,05 г/см3. Показатель удельного веса относит вещество к той или иной категории, от легкой до тяжелой. Так, вещество, образованное из органических осадочных пород, с плотностью менее 0,83 г/см3 - легкая, а более 0,86 г/см3 - тяжелая.

Таблица удельного веса нефти в 1 литре и 1 м3

Плотность нефти (г/см3)	Удельный вес нефти (кг/м3)	Сколько кг нефти в 1 литре	Сколько литров в 1 барреле
0,65 - 1,05	650 - 1050	0,650 - 1,050	158,99

Плотность нефти зависит не только от температуры и давления. Различный состав и количество органических соединений определяет разные пределы температур кипения и кристаллизации. Также рассматриваются такие характеристики как:

• содержание парафинов,
• вязкость нефти,
• содержание смолисто-асфальтеновых веществ,
• электрическая проводимость,
• температура вспышки и т. д.

1. Многие думают, что органические вещества, из которых образовалась нефть - это останки доисторических динозавров. Это не так. На самом деле 90% из них - фитопланктон и еще 10% останки других морских прибрежных микроорганизмов древних времен.
2. Нефть не залегает в подземных озерах или реках, а насыщает особые пористые горные породы-коллекторы. Именно они и образуют нефтяные месторождения.
3. Нефть спасла китов от абсолютного истребления. До того, как продукт первой нефтеперегонки, керосин, стали применять для освещения, из китового жира изготавливали косметические средства, свечи и даже использовали как первое защитное покрытие для фотографий. Впоследствии спрос на жир кашалотов резко упал, а после и вовсе исчез из-за отсутствия экономической выгоды. Сегодня жир этих животных используют в крайне узкой сфере космических исследований, как смазочный материал, так как он не замерзает даже в условиях космического холода.
4. Когда-то давно, на заре становления нефтеперерабатывающей отрасли, бензин был бесплатным. Главным ее производным был керосин, а бензин интересовал потребителей только как средство для выведения вшей и пятен с одежды. За ненадобностью его даже сливался в реки.
5. Нефть одна из составляющих таких продуктов как жевательные резинки, губные помады, спортивное оборудование (мячи, ракетки, лыжи, покрытие газонов и пр.), приманки для рыбы и прочее оборудование для рыбалки.
6. Используется при создании зубных протезов и зубной пасты, гитарных струн (нейлон), духов, антиперспирантов и даже контактных линз.

Цель работы: изучение методов определения плотности нефти, определение плотности нефти при температуре опыта и пересчете результатов на плотность при температуре 20ºС и 15ºС. ГОСТ 3900-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности», ГОСТ Р 8599-2003 «Плотность и объем нефти. Таблицы коэффициентов пересчета плотности и массы».

I. Теоретическая часть

Плотность – не основной параметр для оценки качества нефтепродуктов и лишь в известной степени характеризует их состав, однако она имеет большое практическое значение при определении качества нефтей и нефтепродуктов по объему при учетно-расчетных операциях. Учет количества в объемных единицах не совсем удобен, так как объем жидкости зависит от температуры, которая может изменяться в широких пределах. Зная объем и плотность, можно при отпуске, приме и учете нефти и нефтепродуктов выражать их количество в массовых единицах.

Плотность входит составной частью в различные константы, характеризующие химический состав и свойства нефтепродуктов. Для некоторых продуктов – топлив для реактивных двигателей, мазутов, газотурбинных топлив, осветительных керосинов, бензинов-растворителей, авиационных и дизельных масел – плотность является нормируемым показателем.

Плотностью называется количество покоящейся массы, заключенной в единице объема.

Единицей плотности в системе СИ является кг/м 3 .

Удельный вес нефти - отношение веса нефти к его объему. Единицей удельного веса в системе СИ является Н/м 3 .

Плотность вещества и его удельный вес часто численно совпадают, однако нельзя забывать, что физический смысл этих величин различен.

В исследовательской практике определяется относительная плотность нефтепродуктов.

Относительной плотностью называется отношение плотности нефти или нефтепродукта при 20°С к плотности дистиллированной воды (эталонного вещества) при 4°С, то есть отношение массы нефти или нефтепродукта при 20°С к массе такого же объема дистиллированной воды при 4°С. Относительную плотность обозначают .

Плотность нефти и нефтепродукта зависит от температуры. С повышением температуры их плотность снижается. Зависимость плотности от температуры основана на линейном законе, выраженном формулой Менделеева:

,

где - относительная плотность при температуре анализа;

Относительная плотность при 20°С;

γ - средняя температурная поправка плотности на 1°С;

t - температура, при которой проводится анализ, °С.

Температурную поправку рассчитывают по формуле:

Значения поправки γ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Средние температурные поправки γ плотности на 1°С для нефтей и

нефтепродуктов

Плотность	Поправка γ	Плотность	Поправка γ
0,6900-0,6999	0,000910	0,8500-0,8599	0,000699
0,7000-0,7099	0,000897	0,8600-08699,	0,000686
0,7100-0,7199	0,000884	0,8700-0,8799	0,000673
0,7200-0,7299	0,000870	0,8800-0,8899	0,000660
0,7300-0,7399	0,000857	0,8900-0,8999	0,000647
0,7400-0,7499	0,000844	0,9000-0,9099	0,000633
0,7500-0,7599	0,000831	0,9100-0,9199	0,000620
0,7600-0,7699	0,000818	0,9200-0,9299	0,000607
0,7700-0,7779	0,000805	0,9300-0,9399	0,000594
0,7800-0,7899	0,000792	0,9400-0,9499	0,000581
0,7900-0,7999	0,000778	0,9500-0,9599	0,000567
0,8000-0,8099	0,000765	0,9600-0,9699	0,000554
0,8100-0,8199	0,000752	0,9700-0,9799	0,000541
0,8200-0,8299	0,000738	0,9800-0,9899	0,000528
0,8300-0,8399	0,000725	0,9900-1,0000	0,000515
0,8400-0,8499	0,000712

Плотность ρ t нефтепродуктов в пределах температуры t = 20-250 °С можно определить по формуле Мановяна:

В США и Англии относительную плотность определяют при одинаковой температуре анализируемого вещества и воды, равной 15,5556 °С (60 °F). Относительную плотность при 20 °С в этом случае рассчитывают по формуле:

.

Экспериментально плотность нефти (нефтепродукта) определяют одним из трех стандартных методов: ареометром (нефтеденсиметром), гидростатическими весами Вестфаля-Мора (рис. 1), и пикнометром (рис. 2). Из них наиболее быстрым является ареометрический метод, а наиболее точным – пикнометрический. Преимуществом пикнометрического метода также является использование сравнительно малых количеств анализируемой пробы. Определение относительной плотности нефти и нефтепродуктов производится пикнометрическим методом с использованием пикнометров типа ПЖ-1, ПЖ-2, ПЖ-3 (ГОСТ 22521) по ГОСТ 3900-85. Метод основан на определении отношения массы испытуемого продукта к массе воды, взятой в том же объеме и при той же температуре. Так как за единицу массы принимается масса 1 см 3 воды при температуре 4ºС, то плотность, выраженная в г/см 3 , будет численно равна плотности по отношению к воде при температуре 4ºС ().

Плотность большинства нефтей в среднем колеблется от 0,8 до 0,9 г/см 3 . Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность близкую к единице. На величину плотности нефти оказывает существенное влияние наличие растворенных газов, фракционный состав нефти и количество растворенных веществ в ней. Плотности последовательных фракций нефти плавно увеличиваются. Плотность узких фракций нефти зависит также от химического состава. Для углеводородов средних фракций нефти с одинаковым числом углеродных атомов плотность возрастает для представителей разных классов в следующем порядке: нормальные алканы → нормальные алкены → изоалканы → изоалкены → алкилциклопентаны → алкилциклогексаны → алкилбензолы → алкилнафталины.

Для бензиновых фракций плотность заметно увеличивается с увеличением количества бензола и его гомологов. Для некоторых нефтепродуктов плотность является нормируемым показателем качества, она входит также составной частью в различные комбинированные константы и расчетные формулы.

Рис. 1. Весы Вестфаля-Мора:

2. термометр;

Основные физические свойства и характеристики нефти и нефтепродуктов

Нефть (от персидского нефт – вспыхивать, воспламеняться) – горючая, маслянистая жидкость со специфическим запахом от светло-коричневого (почти бесцветного) до темно-бурого (почти черного) цвета.

В настоящее время в России действует государственный стандарт Р , в котором прописаны основные характеристики нефтей, добываемых на территории Российской Федерации.

В соответствии с этим стандартом приняты 2 определения нефти:

Сырая нефть – жидкая природная ископаемая смесь углеводородов широкого физико-химического состава, которая содержит растворенный газ, воду, минеральные соли, механические примеси и служит основным сырьем для производства жидких энергоносителей (бензина, керосина, дизельного топлива, мазута), смазочных масел, битума и кокса.

Товарная нефть – нефть, подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями действующих нормативных и технических документов, принятых в установленном порядке.

С химической точки зрения нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, основу которой составляют углеводороды различного строения. Состав и строение нефти различных месторождений нередко сильно отличаются друг от друга. В этой связи практически невозможно охарактеризовать нефть четкими

К основным характеристикам нефти и нефтепродуктов относятся:

1) плотность;

2) молекулярная масса (вес);

3) вязкость;

4) температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения;

5) температуры застывания, помутнения и начала кристаллизации;

6) электрические или диэлектрические свойства;

7) оптические свойства;

8) растворимость и растворяющая способность.

Плотность нефти и нефтепродуктов.

Поскольку основу нефти составляют углеводороды, то ее плотность обычно меньше единицы. Плотности нефтепродуктов существенно зависят от фракционного состава и изменяются в следующих пределах:

(плотность 0.800-0.950 г/см3)	Бензин (плотность 0.710-0.750 г/см3)
Керосин (плотность 0.750-0.780 г/см3)
Дизельное топливо (пл. 0.800-0.850 г/см3)
Масляные погоны (пл. 0.910-0.980 г/см3)
Мазут (плотность ~ 0.950 г/см3)
Гудрон (плотность 0.990-1.0 г/см3)
Смолы (плотность > 1.0 г/см3)

Под плотностью обычно понимают массу вещества, заключенную в единице объема. Соответственно размерность этой величины – кг/м3 или г/см3.

Для характеристики нефти, как правило, используют величины относительной плотности.

Относительная плотность (r ) – это безразмерная величина, численно равная отношению массы нефтепродукта (m н t ) при температуре определения к массе дистиллированной воды при 40С (m в t ) , взятой в том же объеме:

r t 4 = m н t / (m в t )

Поскольку плотность воды при 40С равна единице, то численное значение абсолютной плотности и относительной совпадают.

Наряду с плотностью в нефтехимии существует понятие относительного удельного веса (g ). О тносительным удельным весом (g ) называется отношение веса нефтепродукта при температуре определения к весу дистиллированной воды при 4°С в том же объеме.

Совершенно очевидно, что при одной и той же температуре плотность и удельный вес численно равны друг другу.

В соответствии с ГОСТом в нашей стране принято определять плотность и удельный вес при температурах 15 и 200 С.

Зависимость плотности нефтепродуктов от температуры имеет линейный характер. Зная плотность нефти при температуре t градусов, можно найти ее плотность при 200 С:

r 20 4 = r t 4 + D t · (t - 20)

где D t – температурная поправка к плотности на 1 град, находится по таблицам или может быть вычислены по формуле:

D t = (18,310 – 13,233 · r 20 4 ) · 10-4

В ряде случаев эту формулу приводят в несколько измененном виде и называют формулой:

r t 4 = r 20 4 - D t · (t - 20)

Таким образом, плотность нефтей и нефтепродуктов уменьшается с ростом температуры.

Все нефтепродукты представляют собой смеси углеводородов. Среднюю плотность нефтепродукта определяют по правилу смешения и аддитивности:

r 1 V 1 + r 2 V 2 + … + r 3 V 3 m 1 + m 2 + … + m3

r ср. = --- или r ср. = ---

V 1 + V 2 + … + V 3 m 1 / r 1 + m 2 / r 2 + … + m 3 / r 3

Определение плотности проводят с помощью ареометров или нефтеденсиметров , а также гидростатических весов Мора-Вестфаля или пикнометрическим методом. Последний метод определения считается наиболее точным.

Плотность большинства нефтей меньше единицы и колеблется в диапазоне от 0.80 до 0.90. Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность близкую к единице. На величину плотности нефти оказывает существенное влияние наличие в ней растворенных газов, количество смолистых веществ и фракционный состав. Плотность фракций нефтей плавно увеличивается по фракциям.

Для углеводородов средних фракций нефти с одинаковым числом углеродных атомов плотность возрастает в следующем ряду:

н. алканы ® н. алкены ® изоалканы ® изоалкены ® алкилциклопентаны ® алкилциклогексаны ® алкилбензолы ®алкилнафталины

Для бензиновых фракций плотность заметно увеличивается с увеличением количества бензола и его гомологов.

Для нефти и нефтепродуктов плотность является нормируемым показателем качества.

Молекулярная масса (молекулярный вес).

Молекулярный вес нефти и нефтепродуктов имеет лишь усредненное значение и зависит от состава и количественного соотношения компонентов смеси(Мср.)-усред. зн. ММ

Нетрудно определить, что первый представитель жидких углеводородов, входящих в состав нефти, - пентан, имеет молекулярную массу 72. У смолистых веществ она может достигать величины 1.5 – 2.0 тыс. у. е. Для большинства нефтей средняя молекулярная масса находится в пределах 250-300 у. е. По мере увеличения диапазона кипения нефтяных фракций молекулярная масса (Мср.) плавно увеличивается от 90 (для фракции 50-1000С) до 480 (для С).

Для упрощенных технологических расчетов существует формула Войнова:

Мср. = а + bt + ct 2 c р. (t ср. – средняя температура кипения)

В частности, для алканов эта формула имеет вид:

Мср. = 60 + 0.3 t ср. + 0.001 t 2 c р.

За рубежом для характеристики молекулярной массы нефтей и нефтепродуктов нередко используют формулу Крега, в которой фигурирует значение плотности при 150С:

Мср. = 44.29 ·r 15 /(1.03 - r 15 )

Для более точного определения среднего молекулярного веса нефтепродуктов пользуются экспериментальными данными, полученными криоскопическим и эбулеоскопическим методами.

Для технологических расчетов молекулярной массы используют специальные графики зависимости средней молекулярной массы от средней температуры кипения или плотности нефти.

Молекулярные веса отдельных нефтяных фракций обладают свойством аддитивности, поэтому, зная молекулярную массу отдельных компонентов и их содержание в смеси, можно рассчитать средний молекулярный вес нефтепродуктов:

Мср.= M 1 n 1 + M 2 n 2 + M 3 n 3 + …

Связь между молекулярной массой и относительной плотностью нефтяных фракций определяется по формуле Крега:

44.29 r 15

1.03- r 15

Вязкость (или внутреннее трение) нефти и нефтепродуктов зависит от химического и фракционного состава. Различают динамическую (ή) и кинематическую ( n ) вязкость (из физики n = ή / r ).

Динамическая вязкость (ή) или внутреннее трение – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Это свойство проявляется при движении жидкостей. Единица измерения - н с / м2 .

Динамическую вязкость иногда характеризуют как сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух слоев.

Кинематическая вязкость ( n ) – величина, равная отношению динамической вязкости (ή) к ее плотности (r ) при той же температуре, т. е.n = ή / r

Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в широких пределах (от 2 до 300 сст – сантистокс при 200С). Однако средняя вязкость большинства нефтей составляет величину от 40 до 60 сст.

Кинематическая вязкость является важнейшей характеристикой нефтяных смазочных масел, поскольку именно от величины вязкости зависит способность смазочного масла обеспечивать необходимый гидродинамический режим смазки. Неслучайно для смазочных масел, предназначенных для определенного вида машин и механизмов, величина вязкости (g 50 и g 100 ) является главной нормирующей составляющей.

Определение кинематической вязкости проводят в стеклянных вискозиметрах, снабженных калиброванными капиллярами.

Для ряда нефтепродуктом нормированным параметром является так называемая условная вязкость , определяемая в металлических вискозиметрах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра 200 мл нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 200С. Условная вязкость – величина относительная, безразмерная и выражается в условных градусах (0ВУ).

Между величинами условной и кинематической вязкостью выведена эмпирическая зависимость:

для ή от 1 до 120 сст n t = (7.24 ВУ t – 6.25/ВУ t ) илиn t = (7.31 ВУ t – 6.31/ВУ t )

для ή > 120 сст n t = 7.4 ВУ t .

Для нефтяных фракций по мере увеличения их молекулярного веса и температуры кипения вязкость значительно возрастает. Так, например, вязкость бензинов при 200С приблизительно равна 0.6 сст , а вязкость остаточных масел 300-400 сст .

Следует помнить, что вязкость масел не обладает свойством аддитивности. Поэтому вязкость смеси масел нельзя определить расчетным путем как средневзвешенную величину. Для определения вязкости смесей пользуются специальными номограммами. По этим номограммам (кривым) можно установить в каких соотношениях следует смешать компоненты для получения масел с заданной вязкостью.

Значение вязкости сильно зависит от температуры. При низких температурах вязкость нефтепродуктов значительно повышается и наоборот. Поскольку многие масла и другие нефтепродукты эксплуатируются в широком диапазоне температур, то характер температурной кривой вязкости служит для них важной качественной характеристикой. Чем эта кривая (зависимость) более пологая, тем выше качество масла.

Зависимость вязкости от температуры описывается эмпирической формулой Вальтера:

lg [ lg (n t + 0.6)] = A – B lgT

где А и В - постоянные величины.

Для оценки вязкостно-температурных свойств нефтяных масел применяют следующие показатели:

1) отношение вязкости при 500С к вязкости при 1000С (g 50 / g 100 ) ;

2) температурный коэффициент вязкости (ТКВ). Его определяют в диапазоне от 0 до 1000 С и от 01.01.01 С по формулам:

ТКВ0-100=(n 0 - n 100 )/ n 50 и ТКВ20-100=1.25(n 20 - n 100 )/ n 50

3) индекс вязкости – условный показатель, представляющий собой сравнительную характеристику испытуемого и эталонного масла. Обычно рассчитывается по специальным таблицам на основании значения кинематической вязкости при 50 и 1000 С. В частности, его определяют как отношение значений кинематической вязкости нефтепродукта при 50 и 1000 С, соответственно:

I = n 50 / n 100

Температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения

Продукты нефтепереработки относятся к числу пожароопасных веществ. Пожароопасность керосинов, масел, мазутов и других тяжелых нефтепродуктов оценивается температурами вспышки и воспламенения.

Температурой вспышки называется температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в определенных стандартных условиях, образуют с окружающим воздухом взрывчатую смесь и вспыхивают при поднесении к ней пламени. Следует отметить, что при определении температуры вспышки бензинов и легких нефтей определяют верхний предел взрываемости, а для остальных нефтепродуктов – нижний.

Температура вспышки зависит от фракционного состава нефтепродуктов. Чем ниже пределы перегонки нефтепродукта, тем ниже и температура вспышки. В среднем температура вспышки бензинов находится в пределах от –30 до –400С, керосинов 30-600С, дизельных топлив 30-900С и нефтяных масел С. По температуре вспышке можно судить о наличии примесей более низкокипящих фракций в тех или иных товарных или промежуточных нефтепродуктах.

Температурой воспламенения называется температура, при которой нагреваемый в определенных условиях нефтепродукт загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения всегда выше температуры вспышки. Чем тяжелее нефтепродукт, тем больше эта разница. При наличии в маслах летучих примесей эти температуры сближаются.

Температурой самовоспламенения называется температура, при которой нагретый нефтепродукт в контакте с воздухом воспламеняется самопроизвольно без внешнего пламени. Температура самовоспламенения нефтепродуктов зависит и от фракционного состава и от преобладания углеводородов того или иного класса. Чем ниже пределы кипения нефтяной фракции, тем она менее опасна с точки зрения самовоспламенения. Температура самовоспламенения уменьшается с увеличением среднего молекулярного веса нефтепродукта. Тяжелые нефтяные остатки самовоспламеняются при С, а бензины только при температуре выше 5000С.

При появлении внешнего источника пламени (огня или икры) положение резко меняется, и легкие нефтепродукты становятся взрыво - и пожароопасными.

Из углеводородов самыми высокими температурами самовоспламенения характеризуются ароматические углеводороды.

Температуры застывания, помутнения и начала кристаллизации.

Нефть и нефтепродукты не являются индивидуальными веществами, а представляют собой сложную смесь органических соединений. Поэтому они не имеют определенной температуры перехода из одного агрегатного состояния в другое . Влияние температуры на агрегатное состояние нефти и нефтепродуктов имеет важное значение при их транспортировке и эксплуатации.

Низкотемпературные свойства нефти, дизельных и котельных топлив , а также нефтяных масел характеризуются температурой застывания. Карбюраторные, реактивные и дизельные топлива характеризуются температурой помутнения. Карбюраторные и реактивные топлива, содержащие ароматические углеводороды, характеризуются температурой начала кристаллизации. Указанные характеристики не являются физическими константами, однако достаточно четко определяют температурный диапазон практического применения соответствующих нефтепродуктов.

Температура застывания характеризует возможную потерю текучести нефтепродукта в зоне низких температур. Чем больше содержание парафинов (твердых углеводородов), тем выше температура застывания нефтепродукта. Следует отметить, что потеря текучести может быть связана и с увеличением вязкости продукта с понижением температуры. Например, кинематическая вязкость остаточного авиамасла при 500 С равна 2 ст , при 00 С – 130 ст , а при –250С она повышается до 3500 ст . При такой высокой степени вязкости масло теряет подвижность и его невозможно прокачивать.

Температура помутнения указывает на склонность топлива поглощать при низких температурах влагу из воздуха (это особенно опасно для авиационных топлив, поскольку образующиеся кристаллики льда могут засорять топливоподающую аппаратуру, что может привести к трагедии).

Температура начала кристаллизации карбюраторных и реактивных топлив не должна превышать –600С. По этой причине в зимних сортах бензина нежелательно наличие высокого содержания ароматических углеводородов. При повышенном содержании бензола и некоторых других ароматических углеводородов эти высокоплавкие соединения могут выпадать из топлива в виде кристаллов, что приводит к засорению топливных фильтров и остановке двигателя.

Электрические (диэлектрические) свойства нефти.

Безводная нефть и нефтепродукты являются диэлектриками (диэлектрическая проницаемость нефти ~2; для сравнения у стекла она ~7-8). У безводных чистых нефтепродуктов электропроводность совершенно ничтожна, что имеет важное практическое значение и применение. Так, твердые парафины применяются в электротехнической промышленности в качестве изоляторов, а специальные нефтяные масла (конденсаторное, трансформаторное) – для заливки трансформаторов, конденсаторов и другой аппаратуры, например, для наполнения кабелей высокого давления (изоляционное масло С-220).

Высокие диэлектрические свойства нефтепродуктов способствуют накоплению на их поверхности зарядов статического электричества. Их разряд может вызвать искру, а следовательно и загорание нефтепродукта. Надежным методом борьбы с накоплением статического электричества является заземление всех металлических частей аппаратуры, насосов, трубопроводов и т. п.

Оптические свойства нефти.

Оптическим характеристикам нефти относятся цвет, флуоресцентную и оптическую активность.

Углеводороды нефти бесцветны . Тот или иной цвет нефти придают содержащиеся в них смолы и асфальтены, а также некоторые сернистые соединения. Чем тяжелее нефть, тем больше содержится в ней смолисто-асфальтеновых веществ, и тем она темнее.

Флуоресценцией называется свечение в отраженном свете. Это явление характерно для сырой нефти и нефтепродуктов. Причины флуоресценции нефти точно не известны. Не исключено, что это связано с наличием в нефти полиядерных ароматических углеводородов или примесей. Не случайно, глубокая очистка нефти ликвидирует флуоресценцию.

Под оптической активностью нефтепродуктов, как и других органических соединений, понимают их способность вращать плоскость поляризации света. Большинство нефтей вращают плоскость поляризации вправо, т. е. содержат в своем составе правовращающие изомеры. Практического значения это свойство нефти не имеет.

Для количественной характеристики оптических свойств нефти и нефтепродуктов нередко используют показатель преломления (n 20 D ) , удельную рефракцию (r ), рефрактометрическую разность (Ri ) , удельную дисперсию (d ).

Удельная рефракция ( r ) определяется формулой Л. Лоренца и Г. Лоренца:

r = (n 2 D –1)/ (n 2 D +2) r

или формулой Гладсона-Дейля:

r = (nD –1)/ r

(в обоих формулах значения показателя преломления и плотности берутся для одной и той же температуре).

Рефрактометрическая разность (интерцепт рефракции) Ri также связан с плотностью и показателем преломления:

Ri = n 20 D - r 20 4 /2

Эта константа имеет постоянное значение для отдельных классов углеводородов, например, алканы – 1.0461; мноциклические углеводороды – 1.0400; полициклические – 1.0285; ароматические – 1.0627 и т. п.

Удельная дисперсия ( d ) характеризует отношение разности показателей преломления для двух различных частей спектра к плотности:

d = (nF - nc ) 104/ r

где nF и nc - показатели преломления для голубой и красной линий водорода соответственно (l = 4861 ммк и 6563 ммк ).

Растворимость и растворяющая способность нефти.

Нефть и жидкие углеводороды хорошо растворяют йод, серу, сернистые соединения, различные смолы, растительные и животные жиры. Это свойство нефтепродуктов широко используется в технике. Не случайно, на основе нефтепродуктов производят большое число высококачественных растворителей для лакокрасочной, резиновой и других отраслей промышленности.

Нефть также хорошо растворяет газы (воздух, оксид и диоксид углерода, сероводород, газообразные алканы и т. п.).

В воде ни нефть, ни углеводороды практически не растворимы. Из углеводородов худшая растворимость в воде у алканов, в несколько большей степени растворимы в воде ароматические углеводороды.

Следует помнить, что любая система растворитель - растворяемое вещество характеризуется критической температурой растворения (КТР) , при которой и выше которой наступает полное растворение. Причем, если в смеси находятся вещества, растворяющиеся в данном растворителе при разных температурах, то появляется возможность их количественного разделения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Химия нефти/ под редакцией. Л.: Химия, 1984.

2. Петров нефти. М: Химия, 1984.

3. , Рудин и технология нефти и газа. Л.: Наука, 1985.

4. Пэрэушану В., Коробя М., Муска Г. Производство и использование углеводородов. M.: Мир, 1987.

5. Лебедев и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988.

6. Химия нефти и газа/ под ред. В.А. Проскурякова и. Л.: Химия, 1989.

7. Новые процессы органического синтеза. М.: Химия, 1989.

8. Данилов и добавки. М., Химия, 1996.

9. Данилов присадок в топливах для автомобилей. Химия, 2000.

10. Данилов в химмотологию. М., Техника, 2003.

11. Поконова Ю. Нефть и нефтепродукты. СПб, Из-во Промис, 2003.

12. Рябов нефти и газа. М., Техника, 2004.

13. Крылов катализ. М., Академкнига, 2004.

14. , Хавкин. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М., Техника. 2004.

15. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1989. Т.34. №6; 2003. Т.48. №6.

16. Обзорные и оригинальные статьи в журналах “Успехи химии”, “Нефтехимия”, “Прикладная химия”, “Химическая технология” и др.

17. Электронные ресурсы: www. *****/books или elibrary. *****/index. phtml или chemtox. da. ru/ books

Плотностью называется масса единицы объема вещества (нефти, нефтепродукта). Единицей плотности в системе СИ является кг/м 3 .

В исследовательской практике определяется относительная плотность.

Относительной плотностью называется отношение плотности (массы) нефти или нефтепродукта при 20ºС к плотности (массе такого же объема) дистиллированной воды (эталонного вещества) при 4ºС. Относительную плотность обозначают ρ 20 4 . Умножив значение относительной плотности на 1000 получаем плотность в кг/м 3 .

Плотность нефти и нефтепродукта зависит от температуры. С повышением температуры их плотность снижается. Зависимость плотности от температуры основана на линейном законе:

ρ t 4 = ρ 20 4 – γ (t-20),

Эта зависимость справедлива для интервала температур 0…50ºС и для нефтей (нефтепродуктов), не содержащих большого количества твердого парафина и ароматических углеводородов.

Методы определения плотности нефтепродуктов:

1.определение плотности пикнометром (ГОСТ 3900-85);

2.определение плотности ареометром (нефтеденсиметром).

Определение плотности пикнометром (ГОСТ 3900-85):

Приборы, реактивы, материалы: пикнометр, термостат, хромовая смесь, вода дистиллированная, этиловый спирт, пипетка, бумага фильтровальная.

Стандартной температурой, при которой определяется плотность нефти и нефтепродукта, является 20ºС. Для определения плотности применяют стеклянные пикнометры (графины с крышкой) с меткой и капиллярной трубкой различной емкости. Каждый конкретный пикнометр характеризуется «водным числом », т.е. массой воды в объеме данного пикнометра при 20ºС. Перед определением водного числа пикнометр промывают последовательно хромовой смесью, дистиллированной водой, этиловым спиртом и сушат. Чистый и сухой пикнометр взвешивают с точностью до 0,0001г. С помощью пипетки наполняют пикнометр дистиллированной свежекипяченой и охлажденной до комнатной температуры водой (пикнометры с меткой – выше метки, а капиллярные – доверху). Затем пикнометр с водой термостатируют при (20±0,1)ºС в течение 30 мин, удерживая пикнометр в термостате на пробковом поплавке. Когда уровень воды в шейке пикнометра перестанет изменяться, отбирают избыток воды пипеткой или фильтровальной бумагой, вытирают шейку пикнометра внутри и закрывают пробкой. Уровень воды в пикнометре устанавливают по верхнему краю мениска. В капиллярных пикнометрах избыток воды из капилляра отбирают фильтровальной бумагой. Пикнометр с установленным уровнем воды при (20±0,1)ºС тщательно вытирают снаружи и взвешивают с точностью до 0,0001г.

«Водное число » m пикнометра вычисляют по формуле:

m = m 2 – m 1 ,

где m 2 , m 1 – массы пикнометров соответственно с водой и пустого, г.

«Водное число» пикнометра проверяют обязательно после 20 определений плотности нефти (нефтепродукта).

Плотность нефти (нефтепродукта ) с вязкостью при 50ºС не более 75 мм 2 /с определяют пикнометром следующим образом:

Сухой и чистый пикнометр наполняют с помощью пипетки анализируемой нефтью (нефтепродуктом) при 18…20ºС (пикнометр с меткой – немного выше метки, а капиллярный - доверху), стараясь не замазать стенки пикнометра. Затем пикнометр с нефтью (нефтепродуктом) закрывают пробкой и термостатируют при (20±0,1)ºС до тех пор, пока уровень нефти (нефтепродукта) не перестанет изменяться. Избыток нефти (нефтепродукта) отбирают пипеткой или фильтровальной бумагой. Уровень нефти (нефтепродукта) в пикнометре устанавливают по верхнему краю мениска. Пикнометр с установленным уровнем вынимают из термостата, тщательно вытирают и взвешивают с точностью до 0,0001г.

«Видимую » плотность ρ"

ρ" = (m 3 – m 1) / m,

где m 3 – масса пикнометра с нефтью (нефтепродуктом), г; m 1 – масса пустого пикнометра, г; m – «водное число» пикнометра, г.

«Видимую» плотность пересчитывают в при 20ºС по формуле:

ρ 20 4 = (0,99823-0,0012)ρ" + 0,0012 = 0,99703ρ" + 0,0012,

где 0,99823 – значение плотности воды при 20ºС; 0,0012 – значение плотности воздуха при 20ºС и давлении 0,1МПа (760 мм.рт.ст.).

Вычисленные по этой формуле поправки к «видимой» плотности сведены в таблицу «Поправки к «видимой» плотности». Для получения относительной плотности ρ 20 4 при 20ºС анализируемой нефти (нефтепродукта) поправку вычитают из значений «видимой» плотности. Расхождение 0,0004 .

Плотность нефти (нефтепродукта ) с вязкостью при 50ºСболее 75 мм 2 /с и твердых нефтепродуктов при комнатной температуре определяют пикнометром с меткой . Сухой и чистый пикнометр наполняют примерно наполовину нефтью (нефтепродуктом) так, чтобы не замазать его стенки. При наполнении пикнометра очень вязким нефтепродуктом последний предварительно нагревают до 50…60ºС. После заполнения пикнометра примерно наполовину его нагревают в термостате до 80…100ºС (в зависимости от вязкости нефтепродукта) в течение 20…30мин для удаления пузырьков воздуха и затем охлаждают до 20ºС.

Если нефтепродукт при комнатной температуре находится в твердом состоянии (например, остаточный или окисленный битум), пикнометр заполняют примерно до половины мелкими кусочками нефтепродукта и затем термостатируют при температуре на 10ºС выше его температуры плавления, но не ниже 100ºС, для удаления воздуха и полного расплавления. Затем пикнометр охлаждают до 20ºС, вытирают и взвешивают с точностью до 0,0001г.

После этого пикнометр с нефтепродуктом заполняют дистиллированной водой и термостатируют при (20±0,1)ºС до тех пор, пока уровень воды не перестанет изменяться. Избыток воды отбирают пипеткой или фильтровальной бумагой и вытирают шейку пикнометра внутри. Уровень воды в пикнометре устанавливают по верхнему краю мениска. Пикнометр вынимают из термостата, тщательно вытирают снаружи и взвешивают с точностью до 0,0001г.

«Видимую » плотность ρ" анализируемой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:

ρ" = (m 3 – m 1) / ,

где m 4 – масса пикнометра с нефтепродуктом и водой, г; m 3 – масса пикнометра с нефтепродуктом, г; m 1 – масса пустого пикнометра, г; m - «водное число» пикнометра, г.

Полученное значение «видимой» плотности пересчитывают в относительную плотность ρ 20 4 при 20ºС. Расхождение между параллельными определениями плотности не должно превышать 0,0008 .

Результаты определения плотности искажаются при наличии в исходной пробе нефти (нефтепродукта) воды и механических примесей.

Определение плотности ареометром (нефтеденсиметром ):

Приборы, реактивы: ареометр; цилиндр стеклянный или металлический диаметром не менее 5см; керосин.

Ареометром определяют плотность нефтей, светлых и темных нефтепродуктов и масел, имеющих вязкость при 50ºС не более 200 мм 2 /с , а также более вязких нефтепродуктов, не выделяющих осадка при разбавлении. Определение плотности летучих нефтепродуктов (например, петролейного эфира, газового конденсата) ареометром не рекомендуется.

Ареометры подбирают таким образом, чтобы при погружении в анализируемые нефти (нефтепродукты) они не тонули и не всплывали бы выше той части, где нанесена градуировочная шкала плотности. Определение плотности ареометром основано на законе Архимеда.

Перед определением плотности анализируемую пробу нефти (нефтепродукта) выдерживают при температуре окружающей среды, с тем чтобы проба приняла эту температуру.

Плотность нефти (нефтепродукта) с вязкостью при 50ºС не более 200 мм 2 /с определяют ареометром следующим образом:

В чистый сухой стеклянный (или металлический) цилиндр диаметром не менее 5см, установленный на прочной подставке, осторожно по стенке или по стеклянной палочке наливают нефть (нефтепродукт) с таким расчетом, чтобы при погружении ареометра анализируемая проба не переливалась через края цилиндра. Затем чистый и сухой ареометр медленно и осторожно опускают в нефть (нефтепродукт), держа его за верхний конец. 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 (ареометры бывают с термометром и без термометра).

Отсчет по шкале ареометра дает плотность нефти (нефтепродукта) при температуре анализа. Для приведения найденной плотности к относительной плотности ρ 20 4 при нормальной температуре (20ºС) пользуются формулой:

ρ t 4 = ρ 20 4 – γ (t-20),

где ρ t 4 – относительная плотность при температуре анализа; ρ 20 4 – относительная плотность при 20ºС; γ – средняя температурная поправка плотности на 1ºС (по таблице: «Средние температурные поправки плотности на 1ºС для нефтей и нефтепродуктов»); t – температура, при которой проводится анализ, ºС.

расхождение между параллельными определениями плотности не должно превышать 0,001…0,002 .

Для определения плотности высоковязких нефтей и нефтепродуктов, имеющих вязкость при при 50ºС более 200 мм 2 /с , их необходимо предварительно разбавить керосином. Вязкие нефти (нефтепродукты) разбавляют равным (точно) объемом керосина с известной плотностью. Если плотность керосина неизвестна, ее можно определить тем же ареометром.

Плотность анализируемой вязкой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:

ρ = 2ρ 1 – ρ 2 ,

где ρ 1 – плотность смеси; ρ 2 – плотность керосина.

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

Нефть представляет собой маслянистую жидкость, имеющую окраску от светло-бурого до почти черного цвета, обладающую характерным запахом (рис. 1). Она залегает в толще земной коры на разных глубинах. Нефть несколько легче воды: плотность нефти равна 0,73 - 0,96 г/см 3 . Не растворяется в воде.

Рис. 1. Нефть. Внешний вид.

Нефть - это сложная смесь различных, в основном жидких углеводородов, (алканов, циклоалканов и аренов), в которых растворены твердые и газообразные углеводороды. Поэтому она не имеет постоянной температуры кипения. Кроме углеводородов нефть содержит органические соединения, включающие кислород, серу, азот. Состав нефти различается в зависимости от месторождения. Например, бакинская нефть богата циклоалканами, грозненская - предельными углеводородами. От того, какие углеводороды входят в состав нефти зависит и её плотность, поэтому существует классификация сырой нефти от величины её плотности (табл.1). В России и странах СНГ плотность нефти измеряется в г/см 3 , а в США - в API (от англ. «AmericanPetroleumInstitute»). Чем выше величина плотности в в г/см 3 , тем ниже в API и наоборот.

Таблица 1. Плотность нефти.

Нефти с низкими значениями плотности характеризуются преобладанием в их составе алканов, низким содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов, а во фракционном соотношении - высоким содержанием бензиновых и керосиновых фракций.

В тяжелых нефтях (высокие значения плотности) концентрация содержание смолисто-асфальтеновых компонентов наоборот очень высоком.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Во сколько раз масса молекулы воды больше массы молекулы водорода и меньше массы атома неона?
Решение	Вычислим молекулярные массы воды, неона и водорода: M r (H 2) = 2 ×A r (H) = 2 × 1 = 2; M r (Ne) = A r (Ne) = 20; M r (H 2 O) = 2 ×A r (H) + A r (O) = 2 × 1 + 16 = 2 + 16 = 18. Для расчетов, определяющих на сколько или во сколько раз масса молекулы одного вещества больше или меньше массы молекулы другого вещества, проще пользоваться величинами относительных молекулярных масс, которые выполняют роль истинных масс молекул. Все сказанное также справедливо и в отношении относительных атомных масс. m(H 2 O) / m(H 2) = Mr(H 2 O) / Mr(H 2) = 18 / 2 = 9; m(H 2 O) / m(Ne) = Mr(H 2 O) / Mr(Ne) = 18 / 20 = 0,9.
Ответ	Масса молекулы воды в 9 раз превышает массу молекулы водорода и составляет 0,9 массы атома неона.