Методы определения вязкости нефти

Вязкостью или внутренним трением называют свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, вызванному приложенной к жидкости силы. Для жидкостей вязкость при данной температуре и давлении является постоянной физической величиной. Вязкость измеряют с помощью вискозиметров. Совокупность методов измерения вязкости жидкости и газов называется вискозиметрией.

Вязкость нефтепродуктов имеет большое практическое значение. От вязкости масла зависит ряд эксплуатационных свойств механизмов: износ трущихся деталей, отвод тепла от них и расход масла. С повышением температуры вязкость уменьшается и сильно возрастает при ее понижении. Эти изменения характеризуются индексом вязкости, представляющим собой температурный коэффициент вязкости. По индексу вязкости оценивают пригодность масел для данных условий работы механизмов. Для определения индекса вязкости сопоставляют вязкость масла при различных температурах, обычно при 50 и 100⁰С. Чем меньше вязкость зависит от температуры, тем выше индекс. Различают следующие виды вязкости:

Ø динамическую (абсолютную);

Ø кинематическую;

Ø относительную (условную).

В расчетах, технических нормах, при арбитражных и контрольных испытаниях используют только кинематическую и динамическую вязкость.

Динамическая вязкость ( ), или абсолютная определяется как сила, необходимая для перемещения со скоростью 1см/с двух слоев жидкости с поверхностью 1см² и находящихся на расстоянии 1см друг от друга. Динамическая вязкость измеряется в пуазах; в международной системе (СИ) величина динамической вязкости выражается в паскаль - секундах (Па·с).

Кинематической вязкостью () называют отношение динамической вязкости при данной температуре к плотности при той же температуре.

= (1)

Единицу кинематической вязкости называют стоксом (Ст); размерность вязкости выражается в м²/с.

Для определения кинематической вязкости (хорошо текучих жидкостей) применяют капиллярный вискозиметр Оствальда (рис.1.)

Относительная (условная) вязкость (УВ) зависит от способа определения, конструкции прибора и других условий. Удобна как сравнительная величина. Данный вид вязкости применяют в анализе нефтепродуктов и при определении молекулярной массы полимерных материалов. В техническом анализе нефтей относительной вязкостью называют отношение вязкости данного нефтепродукта к вязкости воды при 0 ⁰С:

УВ = = , (2)

где -динамическая вязкость; 1,789 - вязкость воды при 0 ⁰С.

Практически условную вязкость определяют как отношение времени истечения определенного объема исследуемого продукта ко времени истечения такого же объема стандартной жидкости при определенной температуре. В качестве стандартной жидкости используют дистиллированную воду при +20⁰С. Условную вязкость выражают условными единицами, градусами или секундами. Для определения условной вязкости используют вискозиметр Энглера, поэтому условные единицы условной вязкости называются градусами Энглера.

Числом градусов Энглера называют отношение времени истечения из вискозиметра Энглера 200мл испытуемого продукта при данной температуре ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20⁰С.

Вязкость нефтепродуктов обычно определяют при температуре 50 или 100⁰С.

 

 

Лабораторная работа №3

Метод определения кинематической вязкости

Цель работы:

Освоить метод определения кинематической вязкости нефтепродуктов (на примере раствора глицерина), используя вискозиметр Оствальда.

 

Требования безопасности при работе с нефтью и нефтепродуктами

 

1. Следует помнить, что нефтепродукты относятся к легко воспламеняющимся жидкостям.

2. Нефтепродукты следует хранить вдали от источников тепла, искр и открытого пламени.

3. При проведении работ вентиляция должна быть достаточной.

4. Следует избегать длительного вдыхания паров нефтепродуктов и длительного или повторного контакта с кожей.

5. Рабочее место необходимо содержать в чистоте и порядке

6. При выполнении аналитических работ необходимо рационально использовать свое рабочее время.

 

Определение кинематической вязкости определяется капиллярным вискозиметром Оствальда. Характеристикой вязкости служит время истечения определенного объема анализируемой жидкости через калиброванный капилляр вискозиметра под действием силы тяжести.

Приборы, оборудование и вспомогательные материалы:

1. Вискозиметр Оствальда.

2. Пипетка.

3. Термостат.

4. Термометр.

5. Фильтровальная бумага.

рис.1. Вискозиметр Оствальда 1,2 – колена; 3,5 – контрольные метки; 4,7 - шарики трубок; 6 - капилляр

Выполнение анализа. Вискозиметр Отвальда, (рис.1.) представляет собой стеклянную U - образную трубку. В колено 1 впаян капилляр 6, который соединен с шарообразным резервуаром 4. Контрольные метки 5 и 3 служат для наблюдения за временем истечения определенного объема нефтепродукта. Колено 2 и резервуар 7 служат для заполнения вискозиметра испытуемой жидкостью. При определении вязкости вискозиметры следует выбирать с капиллярами такого диаметра, чтобы время истечения нефтепродукта при данной температуре было в пределах 180 - 300с. Для нефтепродуктов допускается время истечения 60секунд при 200С.

Для поддержания постоянной температуры используют термостат. Для измерения температуры воды в термостате применяют термометр с ценой деления 0,1⁰С. Для калибрования вискозиметра Отвальда, т.е. для определения его постоянной (константы капилляра), применяют эталонные жидкости, кинематическая вязкость которых при различных температурах известна.

Определение постоянной вискозиметра. В колено 2 вискозиметра, тщательно промытого эфиром, этиловым спиртом и дистиллированной водой и высушенного чистым воздухом, вводят пипеткой 4мл эталонной жидкости, с известной вязкостью при данной температуре. Затем с помощью резиновой трубки с грушей, надетой на колено 1, засасывают эталонную жидкость выше верхней метки 3. При этом следят за тем, чтобы в капилляре и шариках не образовывалось пузырьков воздуха, разрывов и пленок. После наполнения вискозиметра в бане устанавливают температуру, при которой известна вязкость эталонной жидкости, с точностью ±10С и выдерживают вискозиметр 30мин. Открывают кран, вставленный в конце резиновой трубки. Когда уровень жидкости в колене 1 пройдет мимо верхней метки 3 включают секундомер и засекают время истечения жидкости от верхней метки 3до нижней 5. Проводят пять измерений,(величину К - определяют, как среднее арифметическое значение из пяти измерений), после чего вычисляют постоянную вискозиметра (в сантистоксах, сСт; 1Ст = 100сСт) по формуле:

К= , (1)

 

где - время истечения эталонной жидкости при температуре опыта, с (секунды); - вязкость эталонной жидкости при температуре опыта, сСт.

Определение вязкости нефтепродукта. В чистый и высушенный вискозиметр вводят пипеткой определенное количество обезвоженного и профильтрованного нефтепродукта. При анализе вязкого нефтепродукта вискозиметр заполняют засасыванием этого продукта через колено 1. Для этого вискозиметр переворачивают, и колено 1 погружают в сосуд с анализируемым нефтепродуктом. При помощи резиновой трубки с краном, надетой на колено 2 и резиновой груши заполняют вискозиметр испытуемым нефтепродуктом. Если вискозиметр заполняется медленно, нефтепродукт подогревают. Определение проводят так же как, и при определении постоянной вискозиметра. Измерение проводят не менее 3 раз и при расчетах берут среднее арифметическое значение времени истечения нефтепродукта. При работе с вискозиметром необходимо следить за тем, чтобы в шариках и капиллярах прибора не образовывалось пленок, и пузырьков, нарушающих время истечения. Кинематическую вязкость вычисляют по формуле:

= К· , (2)

 

где К - постоянная вискозиметра; - среднее арифметическое значение времени истечения испытуемого нефтепродукта, с(секунда).

 

 

Примечание: Вязкость малотекучих нефтепродуктов определяют с помощью современного прибора – плотномера (рис.2), т.к. определять вязкость таких нефтепродуктов на вискозиметре Оствальда осложнено из-за того, что после определения может забиться капилляр и вискозиметр нельзя будет использовать для последующих определений.

Рис 2. Плотномер