Лабораторная работа № 2. Первичная перегонка нефти

 

Нефть представляет собой сложную смесь органических веществ, главным образом углеводородов.

Перегонка нефти – процесс разделения ее на фракции по температурам кипения - лежит в основе переработки нефти в моторное топливо, смазочные масла и другие ценные химические продукты. С перегонки нефти начинают также изучение ее химического состава.

Основные фракции и продукты, которые получают при прямой перегонке нефти:

1. Бензиновая фракция (от начала кипения до 180°С) - смесь легких метановых (C₅-C₉), ароматических и нафтеновых углеводородов.

2. Керосиновая фракция (180-270°С) - содержит углеводороды C₁₀-C₁₅, используется в качестве компонента моторного топлива для реактивных и дизельных двигателей, для бытовых нужд (осветительный керосин).

3. Газойлевая фракция (270-350°С) содержит углеводороды C₁₆-C₂₀, может быть использована в качестве компонента дизельного топлива, а также в качестве сырья для крекинга.

4. Мазут - нефтяной остаток, кипящий выше 350°С. Разгонка мазута на фракции осуществляется в вакууме для предотвращения его термического разложения. При этом получают технические масла: соляровое, трансформаторное, веретенное, машинное и др.

Порядок работы. В колбу Вюрца (рис. 8) объемом 100 мл наливают 50 мл сырой нефти. Колбу закрывают пробкой с термометром и через отводную трубку соединяют с холодильником, к концу которого присоединяют аллонж. Массу взятой нефти вычисляют по формуле: m = V´ ρ, где V - объем нефти, мл; ρ - плотность нефти, г/мл.

Рис. 8. Стандартный прибор на шлифах для перегонки жидкостей. (Нагревательные приборы, подводы охлаждающей жидкости и штативы не показаны): 1- термометр; 2- шлиф или резиновая муфта; 3- насадка Вюрца; 4- колба Вюрца; 5- слив охлаждающей воды; 6- холодильник; 7- подача охлаждающей воды; 8- приемник

 

В качестве приемника используют три небольшие конические колбы, которые предварительно взвешивают.

Колбу Вюрца осторожно нагревают на песчаной или жидкостной бане (при необходимости использовать асбестовую сетку). Отмечают начало кипения (н.к.) первой фракции и отбирают продукт, выкипающий до 180°С. При достижении температуры отгоняющихся паров 135°С прекращают подачу воды в холодильник. При температуре отгоняющихся паров 180°С колбу-приемник меняют. Во второй приемник отбирают керосиновую фракцию с интервалом температуры кипения 180-270°С. Газойлевую фракцию (270-350°С) отбирают в третий приемник.

Приемники с отобранными дистиллятами взвешивают и по разности определяют массу каждой фракции. Затем при помощи мензурок определяют объем каждой фракции и вычисляют их плотность (вычисленная плотность). Убедитесь, что плотность фракций растет с увеличением температуры их кипения.

После этого аналогичные фракции от всех опытов сливают в одну мензурку, плотность всех фракций определяют с помощью ареометров (экспериментальная плотность). Полученные данные сравнивают с вычисленными. Результаты перегонки заносят в таблицу и составляют материальный баланс перегонки.

При необходимости проведения вакуумной разгонки используют прибор, представленный на рис. 9.

Рис. 9. Прибор для перегонки под вакуумом: 1 – насадка Кляйзена; 2 – алонж.

Обработка результатов

1. Определение температур кипения фракций. В ходе разгонки определяется температура начала кипения и окончания отбора фракции. Рассчитывается средняя температура кипения как среднее арифметическое. Результаты оформляются в виде таблицы:

Рис. 9. Прибор для перегонки под вакуумом: 1- насадка Кляйзена; 2- алонж

Результаты фракционирования

Фракция	Температура, °С	Количество фракции
начала отбора	окончания отбора	г	мл
Исходный объем
Остаток
Потери
Всего

2. По значениям средней температуры рассчитывается средний молекулярный вес фракции по формуле

.

3. Определение плотности фракций пикнометрическим методом.

Взвешивается пустая колба; затем в неё вносится с помощью пипетки или цилиндра измеренный объём фракции, закрывается пробкой и взвешивается. По разности находится вес жидкости. Плотность рассчитывается по формуле

.

Приведение значения плотности к температуре 20°С, если температура измерения существенно (на 5-8°С и более) отличается от 20°С, по формуле

.

4. Оценка состава фракции по плотности и молекулярной массе.

Для разных классов соединений известны следующие формулы:

Алканы: ;

Алкилциклопентаны: ;

Алкилциклогексаны: ;

Алкилбензолы: .

Используя полученные в п.2 значения средней молекулярной массы, рассчитывают плотность фракций и сравнивают с рассчитанной по приведенным для разных классов углеводородов формулам. Делают предварительный вывод о составе фракций (о преобладании углеводородов определенного строения).

5. Определение показателя преломления фракции.

Определение проводится на рефрактометре, записывается значение и температура измерения. Если температура измерения сильно отличается от 20°С, вводим поправку по формуле:

.

6. Оценка состава фракции по показателю преломления и молекулярной массе. Для разных классов соединений известны следующие формулы:

Алканы: ;

Алкилциклопентаны: ;

Алкилциклогексаны: ;

Алкилбензолы: .

7. Расчет удельной и молекулярной рефракции по формулам

, .

8. Расчет рефрактометрической разности (интерцепт рефракции) по формуле

.

9. Оценка состава фракции по интерцепту рефракции.

Проводится по значениям: алканы: Ri = 1, 0461; нафтены моноциклические 1, 0400; нафтены полициклические 1, 0285; моноциклические арены 1, 0627.

10. Результаты оформляются в виде таблицы: