Лабораторная работа №4. «Исследование кинематической вязкости товарных нефтепродуктов»

«Исследование кинематической вязкости товарных нефтепродуктов»

 

1. Цель работы:определить кинематическую вязкость дизельных топлив и нефтяных масел.

 

2. Теоретические основы:

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства нефтяных масел, котельных и дизельных топлив и ряда других нефтепродуктов.

Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила кинематическая вязкость.

Кинематической вязкостью называют отношение абсолютной или динамической вязкости жидкости к ее плотности при одной и той же температуре. Кинематическая вязкость в системе СИ выражается в мм²/с. Так как вязкость сильно зависит от температуры, то необходимо всегда указывать, при какой температуре она определена. В технических требованиях вязкость чаще всего нормируется при 50 и 100°С, реже при 20°С для маловязких масел. Для ряда нефтепродуктов значение вязкости нормируется в условных градусах, а не в абсолютных величинах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра типа «ВУ» 200мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени течения 200мл дистиллированной воды при температуре 20°С (вязкость воды при 20,2°С равна 1 мПа·с). Значение этого отношения выражается как число условных градусов (ВУ).

Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость, которая выражается следующими приближенными формулами:

для υ от 1 до 120 мм²/c υ_t = 7,31 ВУt – 6.31/BУt

для υ > 120 мм²/с υ_t =7,4ВУt или ВУ = 0,135 υ_t

Этими формулами можно пользоваться при переводе кинематической вязкости в градусы условной вязкости для практической оценки нефтепродукта. Обратный перевод градусов ВУ в мм²/с для расчетных целей делать не рекомендуется, так как определение, условной вязкости недостаточно точно, а главное, условная вязкость не отражает физических свойств жидкости.

Приборы для определения кинематической вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости используют стеклянные вискозиметры, в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. Отмечая время протекания жидкости через капилляр, можно вычислить ее вязкость:

Величина С называется постоянной вискозиметра. Она не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров виско­зиметра. Каждый вискозиметр снабжается паспортом, в котором указана его постоянная С.

В зависимости от прозрачности нефтепродукта и уровня его вяз­кости следует применять вискозиметры указанных ниже конструкций:

- для измерения вязкости прозрачных жидкостей при температурах выше нуля — вискозиметр ВПЖ - 1 (рис.4а);

- для измерения вязкости прозрачных жидкостей при любых темпе­ратурах — вискозиметры ВПЖ - 2 (рис.4б) и Пинкевича (рис.4в);

- для измерения вязкости непрозрачных жидкостей — вискозиметры ВНЖ (рис.4г);

- для измерения вязкости малых количеств (не более 1мл) прозрачных жидкостей при любых темпе­ратурах — микровискозиметр ВПЖМ (рис.4д):

 

 

а б в г д

 

 

Рис.4. Приборы для определения вязкости нефтепродуктов: а – вискозиметр ВПЖ - 1; б - вискозиметр ВПЖ - 2; в – вискозиметр Пинкевича; г – вискозиметр ВНЖ; д – вискозиметр ВПЖМ.

3. Правила по технике безопасности:

Определение кинематической вязкости нефтепродуктов необходимо проводить с соблюдением мер безопасности. Не разливать нефтепродукты на рабочие поверхности. Не проводить выполнение работы вблизи открытых источников огня. Использовать защитные перчатки для рук. По окончании работы все отработанные нефтепродукты слить в специальные ёмкости.

4. Задание на выполнение лабораторной работы:

- определить и рассчитать кинематическую вязкость различных марок нефтепродуктов;

- сопоставить полученные данные с показателями ГОСТ, сделать вывод. (Марки испытуемых нефтепродуктов по заданию преподавателя).

5. Перечень используемого оборудования:

- секундомер;

- резиновая груша;

- вискозиметр ВПЖ;

- термостат с автоматической регулировкой температуры.

 

6. Содержание и форма отчета:

Отчет о выполненной работе должен включать следующие разделы:

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Используемые нефтепродукты.

4. Схема установки и её описание.

5. Описание эксперимента и условия его проведения.

6. Экспериментальные данные и результаты их обработки.

7. Выводы по работе.

8. Перечень используемой литературы.

7. Порядок выполнения работы:

– выбранный вискозиметр тщательно промыть последовательно бензином, этиловым спиртом и высушить продуванием чистым нагретым воздухом или в сушильном шкафу;

– вискозиметр с пробой нефтепродукта с помощью шта­тива и держателей установить в строго вертикальном положении в подготовленный заранее термостат;

– виско­зиметр закрепить так, чтобы верхнее расширение 4 оказалось в жидкости термостата;

– в термостате установить необходимую тем­пературу с точностью ±0,1°С и выдержать вискозиметр до проведе­ния отсчетов при выбранной температуре 15мин;

– набрать грушей жидкость в колено 1 примерно до одной трети высоты расширения 4 (см. рис. 4б). Под давлением собственного веса жидкость нач­нет протекать из колена 1 через капилляр в колено 2;

– в тот мо­мент, когда уровень жидкости достигнет метки М1, включить секундо­мер и остановить его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М2. Время, отмеченное по секундомеру, записать;

– определить, время истечения жидкости через капилляр несколько раз.

Число параллельных замеров устанавливается в зависимости от времени истечения: пять измерений при времени истечения от 200 до 300с; четыре - при времени истече­ния от 300 до 600с; три - при времени истечения выше 600с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовывалось пу­зырьков воздуха.

Для расчета кинематической вязкости определяют среднее ариф­метическое время истечения из проведенных отсчетов. При этом надо иметь в виду, что учитывать можно только те отсчеты, которые отли­чаются не более чем на ±1,2-2,5% от среднего арифметического в зависимости от температуры определения.

Кинематическую вязкость ис­пытуемого нефтепродукта при температуре t (υ _t) (в мм²/c) вычисляют по формуле:

где С - постоянная вискозиметра, мм²/с²; τ_t - среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с; g - ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, см/с² (980,7 - нормальное ускорение силы тяжести, см/с²), К - коэф­фициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости в результате расширения ее при нагревании (для вискозиметров ВПЖ-2 и Пинкевича):

К = 1 + 0,000040• Δt

где Δt - разность между температурой нефтепродукта при заполнении вискозиметра и его температурой при определении вязкости.

Поправки, вносимые в расчетную формулу и зависящие от g и К, незначительны. Поэтому при измерении вязкости в учебных целях мож­но дробь gK/980,7 принимать за единицу.

 

Результаты работы представить в виде таблицы:

Нефтепродукт	Температура опыта, оС	Время истечения τ, с	Среднее время истечения τср, с	Кинемати-ческая вязкость υt, мм2/с	Значение по ГОСТ
…

8. Вопросы теоретического коллоквиума:

1. Определение кинематической вязкости. Единицы измерения.

2. Взаимосвязь кинематической, динамической и условной вязкостей.

3. Способы расчета и определения вязкости. Приборы для определения вязкости.

4. Классификация нефтяных масел. Свойства

5. Вязкостно-температурные характеристики нефтяных масел. Зависимость от фракционного и химического составов масел.

6. Индекс вязкости. Способы определения и расчета. Влияние углеводородного состава нефтепродуктов на изменение индекса вязкости.

7. Какие углеводороды оказывают влияние на вязкостные свойства нефтепродуктов. Их характеристики, свойства, распределение по нефтяным фракциям.