Химия природных энергоносителей и углеродных материалов

2. Находим среднюю молекулярную температуру кипения сырья

3. Пересчитаем на по формуле (1.10)

4. Определим характеристический фактор по формуле (1.2)

5. Рассчитаем среднюю молекулярную массу по формуле (1.23)

Молекулярную массу смеси рассчитывают по правилу аддитивности, исходя из известного состава и молекулярных масс компонентов:

для фракции II:

2. По формуле (1.25) определим молекулярную массу каждой фракции:

3. Определяем массовые доли фракций:

4. Находим молекулярную массу смеси (1.26)

За рубежом для оценки молекулярной массы нефтепродукта используют две группы методов, отличающихся исходными данными: формула Риази и формула Ли-Кесслера используют в качестве аргументов среднюю температуру кипения и относительную плотность; кроме того существует метод расчета, в котором используются значения вязкостей жидкости при двух разных температурах [6].

Экспериментально молекулярную массу нефти и нефтепродукта определяют методом криоскопии с бензолом или нафталином.

Задачи

20. Определить молекулярную массу нефтяных фракций, средняя температура кипения которых 110, 130 и 150 ºС.

21. Компонент дизельного топлива имеет среднюю молекулярную температуру кипения 274 ºС, его характеристический фактор 10,8. Рассчитать молекулярную массу компонента.

22. Определить среднюю молекулярную массу узкой фракции прямой перегонки плотностью

23. Бензин – растворитель БР-1 «Галоша» характеризуется t_ср.мол.=97 ºС и К=12,5. Какова его молекулярная масса?

24. Определить среднюю молекулярную массу широкой фракции, состоящей из 20 % бензина с М=110, 40 % лигроина с М=150, 20 % керосина с М=20 и 20 % газойля с М=250.

25. Определить среднюю молекулярную массу нефтепродукта, имеющего плотность .

1.6. Вязкость

Вязкость является важной характеристикой, используется при подсчете запасов нефти, выбора способа транспорта и схемы переработки нефти, в химмотологии. Подавляющее большинство технологических расчетов, в которых используется значение вязкости, – это расчеты трубопроводов и другого оборудования, в которых движутся нефть и нефтепродукты.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью.

Динамическая вязкость  – это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре (в системе СИ – Пас, на практике миллипаскаль секунда, мПас). Рассчитывается динамическая вязкость по формуле Пуазейля.

В технологических расчётах чаще используется кинематическая вязкость . Это отношение динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре:

, [ ] (1.27)

Широкое распространение на практике имеют внесистемные единицы вязкости: динамической – пуаз (П, 1 П = 0,1 Па с), кинематической – стокс (Ст, 1 Ст = 10^–4 м²/с).

Для характеристики вязких нефтепродуктов, например нефтяных масел, используют условную вязкость (ВУ). Она выражается отношением времени истечения нефтепродукта при заданной температуре ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 ºС. Единица измерения – условные градусы ºВУ.

Необходимость определения кинематической и условной вязкости связана с техническими трудностями определения динамической вязкости  (требуется источник постоянного давления на жидкость, сложность воспроизведения и т. д.).

В методе определения кинематической вязкости вместо постоянного давления (внешней силы) используется давление столба жидкости, которое равно произведению высоты столба жидкости, её плотности и ускорения силы тяжести. Для этой цели используются стеклянные капиллярные вискозиметры. Кинематическую вязкость определяют для нефтей, дизельных топлив и смазочных масел (ньютоновские жидкости).

Динамическую вязкость природных битумов, тяжелых нефтей и нефтепродуктов (неньютоновские жидкости) определяют в ротационных вискозиметрах.

Согласно унифицированной программе исследования для нефтей определяют кинематическую (или динамическую) вязкость при температурах от 0 до 50 ºС (через 10 ºС). Для маловязких нефтей определение начинают с минус 20 ºС. Для керосиновых дистиллятов определяют кинематическую вязкость при 20 и минус 40 ºС. Для дизельных – при 20 ºС, для масляных – при 40, 50 и 100 °С. Для остатков, выкипающих выше 350 °С, определяют условную вязкость при 50, 80 и 100 °С.

За рубежом для характеризации нефтяных фракций измеряют динамические вязкости при температурах 37,8 °С (100 °F) и 98,9 °С (210 °F). Для расчета кинематической вязкости при данных температурах используется формула Эбботта [6].

С понижением температуры высоковязкие нефти, природные битумы и остаточные нефтепродукты (мазут, гудрон) могут проявлять аномалию вязкости (так называемая структурная вязкость). Причина структурной вязкости объясняется наличием смолисто-асфальтеновых веществ и парафинов, при этом их течение перестаёт быть пропорциональным приложенному напряжению, т. е. нефти становятся неньютоновскими.

Усилие, необходимое для разрушения надмолекулярной структуры неньютоновских жидкостей, называется пределом упругости.

Для определения кинематической вязкости используют номограммы зависимости вязкости от температуры (см. Прил. 5–7) и эмпирические формулы, так для узких нефтяных фракций её можно рассчитывать по зависимости Вальтера:

, (1.28)

где  – вязкость при заданной температуре, мм²/с;

Для прямогонных фракций (керосиновая, дизельная, газойлевая) с плотностью , сернистых и высокосернистых нефтей кинематическую вязкость можно вычислить по формулам

Условную вязкость при 80 и 100 °С прямогонных остатков с плотностью рассчитывают по формулам

Используя приближенные зависимости, можно перевести кинематическую вязкость нефтепродуктов в градусы условной вязкости:

для  =1–120 мм²/с: ; (1.33)

для 120 мм²/с: . (1.34)

Или для этой цели используют таблицы перевода кинематической вязкости (мм²/с) в условную (°ВУ) (см. Прил. 8).