Молекулалық массасы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Дәріс 3, 4 - Мұнайдың негізгі технологиялық сипаттамалары

Дәріс жоспары:

Тығыздық. Сипаттаушы фактор
Молекулалық масса
Температуралық қасиеттері
Тұтқырлық және тұтқыр-температуралық қасиеттері
Мұнайдың оптикалық қасиеттері
Мұнайдың электрлік қасиеттері
Кризистік (шектелген) қасиеттері және жуықталған параметрлері

1. Мұнайдың және мұнай өнімдерінің тауар ретіндегі сапасы әртүрлі технологиялық параметрлермен сипатталады және бұл көрсеткіштер өте алуан. Фракциялық және химиялық құрамынан басқа негізгі көрсеткіштері:

Тығыздығы;
Молекулалық массасы
Тұтқырлығы
Температуралық сипаттамалары (тұтану, лаулау, өздігінен лаулау, қату температурасы және басқалары)

Көптеген сипаттамалары зертханалық бақылау және технологиялық процестерді реттеу үшін қолданылады, сонымен бірге мұнай көрсеткіштерінің мәндері мұнай зауыттарындағы аппараттарды есептеу үшін қажет.

Тығыздығы. Мұнай өнімдерін тиеу, тасымалдау, сақтау және тұтыну процестеріне әсер ететін негізгі сипаттамаларының бірі. Тығыздық мәні бойынша оның сапасын және бағасын айтуға болады. Әдетте мұнайдың экологиялық жасы үлкен болса, оның орналасу терендігі үлкен, тығыздығы аз болады. Құрамында арендер көп болатын мұнай фракциясына қарағанда парафинді мұнайдан алынған фракцияның тығыздығы аз болады. Мұнайдың қайнау температурасы жоғарлаған сайын және онда ароматты көмірсутектер қатарының болуымен тығыздығы жоғарлайды. Мұнайдың тығыздығы оның химиялық құрамына тәуелді. Берілген температурада тығыздықты анықтау - мұнай құрамын анықтау процесіндегі кең таралған әдістердің бірі. Көптеген мұнай үшін тығыздық 0, 80-нен 0, 90-ға дейін болады. Тұтқырлығы жоғары шайырлы мұнайдың тығыздығы бірге жуық. Мұнай өңдеуге мұнай өнімдерінің физика химиялық қасиеттерін анықтауда салыстырмалы немесе меншікті тығыздық қолданылады. Меншікті тығыздық $\rho_{t_{2}}^{t_{1}}$ t ₁ температурада дене массасының t ₂ температурада судың сол көлемінің массасына қатынасы тең. Салыстырмалы тығыздық 20 ⁰ С-да алынған мұнай өнімдерінің тығыздығының 4 ⁰ С-тағы судың тығыздығына қатынасымен анықталады. Себебі 1 см ³ су 4 ⁰ С-та 1, 0г тең, сонда $\rho_{4}^{20}$ .

Алайда тығыздықты керек температурада өлшеуге болады. Онда салыстырмалы тығыздықты мына формуламен есептейді: $\rho_{4}^{t} = \rho_{4}^{20} - \alpha(t - 20)$ (1), мұндағы $\rho_{4}^{20}$ - 20 ⁰ С-тағы мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы, $\rho_{4}^{t}$ - берілген t температурадағы мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы; $\alpha$ -температура 1С ⁰ -қа өзгергендегі тығыздықтың өзгеруін түзету шамасы.

Кейбір есептеулерде тығыздықтың $\rho_{15}^{15}$ мәнін қолданады. $\rho_{4}^{20} -$ ны $\rho_{15}^{15}$ -ке қайта есептеу үшін мына формуланы қолдануға болады: $\rho_{15}^{15} = 0, 994\rho_{4}^{20} + 0, 0093$ .

Мұнай өнімдерінің тығыздығын анықтаудың бірнеше әдістері бар. Тығыздықты ареометрмен, Мор Вестораль гидростатикалық таразысымен немесе дәлірек пикнометрлік әдіспен анықтайды.

Сипаттаушы фактор . Бұл шартты параметр мұнай өнімінің табиғатын бейнелейтін орташа молярлық қайнау температурасы (Т _{орт. мол} ) мен тығыздығының функциясын білдіреді:

Мұндағы К - сипаттаушы фактор; Т _{орт. мол} - мұнай өнімінің орташа молярлық қайнау температурасы, К; - 15°С температурадағы мұнай өнімі мен судың салыстырмалы тығыздығы.

Мұнай өнімінің орташа молярлық қайнау температурасы (Т _{орт. мол} , К) деп фракцияның қайнауы басталған және аяқталу арасындағы орташа температураны айтады.

Кейбір мұнай өнімдерінің сипаттаушы факторларының орташа мәні:

Парафинді мұнай өнімдері . . . 12, 5-13, 0

Нафтенароматты . . . 10, 0-11, 0

Ароматталған . . . 10, 0

Крекинг өнімдері . . . 10, 0-11, 0

Сипаттаушы фактор мәні (кейде Ватсонның парафинділік факторы деп аталады) әдетте тар мұнай фракцияларының молекулалық массасын одан әрі есептеу үшін қолданылады.

2. Мұнай және мұнай өнімдері жеке көмірсутектер мен басқа да қосылыстардың қоспасын білдіреді, сондықтан да олар орташа молекулалық массамен сипатталады. Көптеген мұнайлардың орташа молекулалық массасы 250-300 кг/кмоль-ге тең. Сұйық көмірсутектердің бірінші өкілі - пентан С ₅ Н ₁₂ - молекулалық масасы 72 кг/кмоль. Молекулалық массасы жоғарылау мұнайдың гетероатомды қосылыстарының және оның жоғары тұтқырлы фракцияларының молекулалық массасы 1200-2000 кг/кмоль-ді құрайды. Неғұрлым фракциялардың орташа қайнау температурасы жоғары болған сайын, соғұрлым молекулалық массасы үлкен.

Қайнау аралықтары бірдей, бірақ әртүрлі мұнайлардан алынған фракциялардың молекулалық массалары өзара жақын. Сондықтан да көптеген жағдайларда 1 кестеде келтірілген эксперименттік мәндерді қолдануға немесе молекулалық массаны Б. П. Воинов формуласымен есептеп табуға болады:

М _орт = 60 + 0, 3Т _{орт. мол} +0, 001Т ² _{орт. мол}

мұндағы М _орт - фракциялардың молекулалық массасы; Т _{орт. мол} - эксперимент жүзінде және арнайы графикпен анықталатын ашық түсті мұнай дистилляттарының орташа молярлық қайнау температурасы, К.

Дәлірек нәтижелерді сипаттаушы фактор К ескеріп шығарылған Воинов-Эйгенсон формуласы береді:

М _орт =7К- 21, 5+(0, 76-0, 04К) Т _{орт. мол} +(0, 0003К-0, 00245) Т ² _{орт. мол}

мұндағы М _орт - фракциялардың молекулалық массасы; Т _{орт. мол} -мұнай дистилляттарының орташа молярлық қайнау температурасы, К; К - сипаттаушы фактор.

1 кесте - Мұнай фракцияларының молекулалық массалары (фракциялау адымы 50°С)

Фракция

М _орт

Фракция

М _орт

Фракция

М _орт

Фракция

М _орт

Фракция: 50-100

Морт: 90

Фракция: 200-250

Морт: 155

Фракция: 350-400

Морт: 260

Фракция: 500-550

Морт: 412

Фракция: 100-150

Морт: 110

Фракция: 250-300

Морт: 187

Фракция: 400-450

Морт: 305

Фракция: 550-600

Морт: 480

Фракция: 150-200

Морт: 130

Фракция: 300-350

Морт: 220

Фракция: 450-500

Морт: 350

Фракция:

Морт:

Тағы Крэг формуласымен өрнектелетін салыстырмалы тығыздыққа молекулалық массаның тәуелділігі шығарылды:

мұндағы - 15°С температурадағы мұнай өнімі мен судың салыстырмалы тығыздығы.

Молекулалық массаны эксперимент жүзінде анықтағанда криоскопиялық және эбулиоскопиялық әдістерді пайдаланамыз. Еріген заттың молекулалық массаны анықтаудың крископиялық әдісі ерітіндінің қату температурасының төмендеуін таза еріткіштің қату температурасымен салыстыруға негізделген. Таза еріткіш ретінде бензолды қолданамыз. Еріген заттың молекулалық массаны анықтаудың эбулиоскопиялық әдісі таза еріткіштің қайнау нүктесі температурасымен салыстырғанда ерітіндінің қайнау нүктесі температурасының артуына негізделген.

3. қату, лайлану, кристалдану температуралары . Суыту кезінде құрылым түзілуі, тұнба түсуі жағымсыз процесс. Себебі, мұнай құбырлары бітеледі, автодвигатель бұзылады. Кристалдану көптеген кристалдық орталар түзілуінен басталады. Молекулалық масса және қайнау температуралары артқан сайын көмірсутектердің кристалдану температуралары да артады. Симметриялы көмірсутектердің кристалдану температуралары жоғары болады. Тармақталған көмірсутектер кристалданбай аморфты күйге көшеді. Кристалдану кезінде мұнай өнімдері лайланады. Ұсақ кристалдың «бұлттар» түзілуі лайлану мезгілі деп аталады. Ал температура лайлану температурасы деп аталады. Қату температура - пробиркада суытылатын мұнай өнімін 45 $℃$ -қа бұрғанда деңгейі өзгермейтін температура.

Ұшқындану, тұтану және өздігінен тұтану температуралары . Ұшқындану температурасы мұнай өнімі мен ауа қоспасын сырттан тұтану көзін енгізгенде (ұшқын, жалын) ұшқындану пайда болатын минимальді температура. Ұшқындану әлсіз қопарылыс. Тұтану температурасы мұнай өнімінің буына сырттан тұтану көзін енгізгенде тұрақты өшпейтін жалын түзілетін минимальді температура. Ол ұшқындану температурасынан бірнеше оңдыққа артық болады. Өздігінен тұтану температурасы мұнай өнімінің буы ауамен сыртқы тұтану көзінсіз өзінен өзі тұтанатын минимальді температура. Бұл ұшқындану температурасынан бірнеше 100 $℃$ жоғары болады. Ұшқындану температура қайнау температурасына тәуелді: $T_{ұшқ} = kT_{қайн}$ (9), k=0, 736. Бұл формула жеке көмірсутектерге арналған.

4 . Тұтқырлық қозғалтқыштар, машиналар мен механизмдерді пайдаланған жағдайда мұнай өнімдерінің қозғалғыштығын анықтайды, тасымалдағанда, сүзгілегенде, араластырғанда энергия шығынына елеулі әсер етеді. Динамикалық (μ), кинематикалық (ν) және шартты (ВУ) тұтқырлыққа бөлінеді.

Шартты тұтқырлық дегеніміз вискозиметрден сынақ температурасында 200 мл сыналатын мұнай өнімінің ағып өту уақытының 20°С-да 200 мл дистилденген судың ағып шығу уақытына қатынасын айтады. Шартты тұтқырлық - бұл салыстырмалы, өлшемсіз шама және шартты градуспен өрнектеледі.

Динамикалық тұтқырлық сұйықтықтың физикалық қасиеттеріне тәуелді. Мұнай өңдеуде сан түрінде мұнай өнімінің динамикалық тұтқырлығының оның тығыздығына қатынасына тең ν=μ/ρ кинематикалық тұтқырлық кеңінен қолданылады. Динамикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі - Пуаз (П) немесе СИ - Па⋅с, мұндағы с - секунд түріндегі уақыт, Па - Паскаль (Па = н/м ² , мұндағы н - Ньютон, м ² - прибор капиллярының қимасы) . Олардың арасындағы қатынас: 1 П = 10 ^-1 Па⋅с. Кинематикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі - стокс (Ст) немесе СИ жүйесінде - м ² /с. Олардың арасындағы қатынас: 1 Ст = 10 ^-4 м ² /с.

Шартты (ВУ) және кинематикалық тұтқырлық (ν) шамалары арасында келесі эмпирикалық тәуелділік бар:

Кинематикалық тұтқырлық 1 ден 120 сСт болатындар үшін:

ν ₁ =7, 24ВУ ₁ -

ал кинематикалық тұтқырлық 120 сСт дан жоғары болатындар үшін:

ν ₁ =7, 24ВУ немесе ВУ ₁ =0, 135ν ₁

мұндағы t - мұнай өнімдерін сынау температурасы, ⁰ С; ν ₁ - мұнай өнімдерін сынау температурасындағы кинематикалық тұтқырлық, сСт (1 сСт = 10 ^-2 Ст) .

Күрделі қоспалар болып келетін мұнай және мұнай өнімдері үшін тұтқырлық олардың химиялық құрамының, молекулалық массасының функциясы болып табылады, және молекулааралық әрекеттесу күшімен анықталады. Мұнай фракцияларының қайнау температуралары неғұрлым жоғары болатын болса, соғұрлым тұтқырлығы жоғары болады. Бензиндер үшін кинематикалық тұтқырлық 20 ⁰ С температурада 0, 6 сСт құрайды, ауыр майлар үшін 300-400 сСт арасында болады. Әртүрлі кен орындарынан алынған мұнайлар кинематикалық тұтқырлықтары 2 ден 300 сСт дейінгі аралықта болады, және көпшілік мұнайлар үшін 40-60 сСт аспайды.

Жоғары молекулалық көмірсутектердің тұтқырлықтарын анықтау бойынша әртүрлі зерттеулер мәліметтерін талқылай отырып келесі қорытындыларды жасауға болады:

молекуланың бірдей құрылымдарында нафтенді сақиналардың болуы көпшілік жағдайда (және кейде едәуір шамада) ароматты сақиналармен салыстырғанда (μ50- мұнай өнімдерін 500С, сП [І сП =10-2П сынау температурасындағы динамикалық тұтқырлық) тұтқырлықты жоғарылатады;
молекуладағы циклдар саны жоғары болған сайын, тұтқырлық жоғары болады;
күрделі көмірсутектердің молекулаларында бірдей сақина санында бүйірлік парафиндік тізбектер саны жоғары болған сайын тұтқырлық жоғары болады;
бүйірлік тізбектердің тармақталуы өз кезегінде тұтқырлықты арттырады.

Тұтқырлық температураға тәуелді болады, сондықтан әруақта температура көрсетіледі. Мұнай өнімдері үшін жасалған техникалық талаптарда тұтқырлық әдетте негізінен 50 және 100 ⁰ С температураларда нормаланады.

Мұнай майларының тұтқырлықты-температуралық қасиеттерін бағалау үшін тұтқырлық индексі ұсынылған: 500 және 100 ⁰ С температуралардағы тұтқырлық қатынасы ( ) және т. б. Тұтқырлық индексі (ТИ) - шартты көрсеткіш, ол сыналушы май және эталондық май салыстырмалы сипаттамасы болып табылады. Тұтқырлық индексі мәні майлар ν ₅₀ және ν ₁₀₀ мәндері негізінде құрастырылған арнайы кесте бойынша есептеледі. Температура өзгерген сайын тұтқырлық мәні аз өзгеретін болса, солғұрлым оның ТИ жоғары болады. Тұтқырлық индексі майдың химиялық құрамына және көмірсутектердің құрылымына байланысты екендігі анықталған. Тұтқырлық индексінің ең жоғарғы мәніне парафинді көмірсутектер ие, ал төменгі мәніне бүйірлік тізбектері қысқа полициклді ароматты көмірсутектер ие.

Тұтқырлық аддитивті емес қасиет және мұнай дистиляттары қоспасы немесе майлар үшін экспериментальды немесе арнайы номограммалар бойынша анықталады.

5. Мұнайдың физика-механикалық қасиеттерін анықтау үшін арналған талдаулардың химиялық әдістеріне қосымша түсі, сыну көрсеткіші, оптикалық активтілігі сияқты оптикалық қасиеттерді пайдаланады. Бұл көрсеткіштер кейбір мұнай өнімдері үшін жасалған ГОСТ-ға енгізілген. Одан басқа, оптикалық көрсеткіштері бойынша мұнай өнімдерінің тазалану тереңдігі, мұнайдың жасы және табиғаты туралы білуге болады.

Мұнайлардың түсі бір кен орны шегінде өзгереді. Жалпы таралған пікірлер бойынша мұнай үнемі қара түсті бола бермейді. Сонымен бірге «ақ» және «қызыл» түсті мұнайлар болады. «Ақ» мұнай - мөлдір, кіші тұтқырлықтағы түссіз сұйықтық және қағида бойынша газоконденсатты табиғатты болып келеді. «Қызыл» мұнай тығыздау, және ол бензин-керосинді фракцияларға бай келеді. Мұнайлардың барлық түсті гаммаларын Бакуде Сарухан кен орындарынан кездестіруге болады. Онда 200 м тереңдікте «ақ» мұнай, тығыздығы 0, 782 г/см ³ ; ал 420 м тереңдікте «қызыл» мұнай, тығыздығы 0, 810 г/см ³ ; және одан да тереңдікте мұнайдың түсі қоңырдан қараға дейін жетеді. Мұнай және мұнай өнімдеріне түсті олардың құрамындағы жоғары молекулалық заттар, яғни құрамында көміртегі, сутегі, оттегі, күкірт, азот және металдар бар заттар береді. Әдетте мұнай және мұнай өнімдері неғұрлым ауыр болған сайын олардың құрамында жоғарыда аталған заттар көп және түсі қара болады.

Оптикалық активтілік. Мұнай және оның фракциялары оптикалық активті заттар болып табылады. Оптикалық активтілік дегеніміз заттардың олар арқылы жарықты өткізген кезде поляризация жазықтығының бұрылуын тудыруы болып табылады.

Сыну көрсеткіші ортаның оптикалық тығыздығын сипаттайды және мұнай және мұнай өнімдерінің топтық көмірсутектік құрамы туралы білуге, сонымен қатар тығыздық және молекулалық массамен бірге алғанда - мұнай фракцияларының құрылымдық-топтық құрамын есептеуге мүмкіндік береді. Сыну көрсеткіші немесе рефракция коэффициенті, және тығыздық дербес заттардың маңызды физикалық константасы болып табылады. Олардың көмегімен мұнайдан синтезделген немесе бөлінген заттар тазалығы анықталады.

Сыну көрсеткішінің шамасы жарық екі ортасының шекарасына берілетін толқын ұзындығына және ортаның температурасына байланысты болады. Сондықтан сыну көрсеткішінің символында аталған екі көрсеткіш те көрсетілуі тиіс. Көпшілік жағдайда n ²⁰ _D : бұл 20 ⁰ С температурада натрийдің сары сызығы үшін арналған сыну көрсеткіші (толқын ұзындығы λ ₀ =589 ммк) . Анықтау күн жарығында немесе шаммен жарығымен натрий буын арнайы приборларда қыздыру арқылы жүргізіледі, приборлар ретінде дәлдігі 0, 0001 рефрактометрлер қолданылады. Анықтау дәлдігі үлкен маңызға ие, себебі әртүрлі көмірсутектердің сыну көрсеткіштері бір - біріне жақын шамада болып келеді (кесте 1. 3) .

1. 3 кесте - Әртүрлі кластың кейбір көмірсутектерінің сыну көрсеткіштері

Молеку-ладағы көміртек атомы саны

Алкандар

Алкендер

Цикландар

Ароматты

Көмір-сутек