ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Плотность Молекулярная масса ДНП Критические параметры Вязкость Поверхностное натяжение
Фактор сжимаемости Летучесть (фугитивность) Оптические свойства Электрические свойства

К оптическим свойствам нефти и нефтепродуктов относятся цвет, коэффициент лучепреломления, удельная рефракция, оптическая плотность и активность. Все эти показатели существенно зависят от химической природы вещества, поэтому оптические свойства нефтепродуктов косвенно характеризуют их химический состав.

Цвет нефти и нефтепродуктов

Цвет нефти меняется от светло-желтого до темно-коричневого и черного. Легкие нефти плотностью 780,0-790,0 кг/м3 имеют желтую окраску, нефти средней плотности (790,0-820,0 кг/м3) - янтарного цвета и тяжелые - темно-коричневые и черные. Цвет нефтям и нефтепродуктам придают асфальтосмолистые вещества, продукты окисления углеводородов и некоторые непредельные и ароматические углеводороды. По цвету сырых нефтей судят об относительном содержании в них асфальтосмолистых соединений. Обычно чем тяжелее нефтепродукт, тем он темнее. Цвет нефтепродукта - надежный показатель степени его очистки от смолистых примесей, который и является одним из показателей качества масел.

Для определения цвета пользуются различными приборами, называемыми колориметрами. Цвет определяется в соответствии с двумя отечественными стандартами: ГОСТ 2667-82 (для светлых нефтепродуктов на колориметрах ЦНТ и КНС-1) и ГОСТ 25337-82 (для нефтяных парафинов на колориметре КНС-2).

Fig52

Метод определения цвета на КНС-1 сводится к следующему. В специальную прозрачную кювету заливают испытуемый нефтепродукт (например, дизельное топливо), включают источник света и через систему призм наблюдают в окуляр цвет прошедшего через слой нефтепродукта луча (слева в окуляре). Вращением диска 3, в котором имеется по кругу 21 светофильтр, устанавливают на пути луча тот из них, который по цвету близок или совпадает с цветом нефтепродукта (справа в окуляре).

Измеренный цвет указывают номером светофильтра КНС-1.

Fig53


По своему принципу КНС-2 аналогичен КНС-1, но сложнее него из-за того, что цвет парафина измеряют в расплавленном состоянии при 75°С. Используемая при этом кювета представляет собой двухканальный сосуд с оптической призмой внизу для поворота луча света на 180°, обогреваемый жидкостью из термостата. Цвет подбирают также поворотом диска со светофильтрами до совмешения цветности полей в окуляре (парафина и светофильтра).

Коэффициент преломления (рефракции)

Лучепреломление или рефракция - явление изменения направления и скорости световых лучей при переходе из одной среды в другую.

Если луч попадает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то он приближается к перпендикуляру, восстановленному в точке перехода. Если же, наоборот, луч попадает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то он удаляется от этого перпендикуляра. С изменением угла падения меняется угол преломления, но отношение величин этих углов для одной и той же среды остается постоянным:

F66

Это отношение называется коэффициентом, или показателем, преломления (nD20).

Для нефтепродуктов показатель преломления определяют при прохождении светового луча из воздуха в нефтепродукт, поэтому он всегда выше единицы.

Между коэффициентом преломления и плотностью для различных гомологов одного и того же ряда существует линейная зависимость. Показатель преломления (так же, как и плотность) углеводородных молекул тем меньше, чем больше в них относительное содержание водорода. При одинаковом содержании углеродных и водородных атомов в молекуле показатель преломления и плотность циклических углеводородов будут выше, чем алифатических. Например, nD20 бензола больше, чем nD20 гексена, а nD20 последнего больше, чем гексана.

В общем случае наибольшими плотностью и коэффициентом преломления обладают ароматические углеводороды, а наименьшим - метановые. Нафтены занимают промежуточное положение.

Закономерности, характерные для индивидуальных углеводородов, наблюдаются также и для нефтяных фракций, т. е. чем выше температура кипения фракции, тем выше ее плотность и коэффициент преломления.

Fig54

Для разных углеводородов наблюдается разная степень зависимости nD20 от молекулярной массы. В большей степени изменение nD20 от молекулярной массы проявляется для парафиновых углеводородов.

По показателю преломления приближенно можно судить о групповом углеводородном составе нефтепродуктов, а в сочетании с плотностью и молекулярной массой рассчитать структурно-групповой состав нефтяных фракций.

Показатель преломления с повышением температуры уменьшается, причем для масел, парафина и церезина это снижение составляет 0,0004 на каждый градус разности температур.

Пересчет показателя преломления с одной температуры на другую осуществляется по формуле:

F67

Показатель преломления смеси углеводородов nсм является аддитивной функцией ее состава, выраженного в объемных процентах:

F68

Аддитивность свойств широко используется при анализе нефтепродуктов. Примером может служить метод определения относительного содержания ароматических углеводородов в узких фракциях бензина. Для этого находят показатели преломления узкой нефтяной фракции n1 и после удаления из нее ароматических углеводородов - n2. По известному приращению коэффициента преломления нефтяной фракции b от прибавления к ней 1% ароматических углеводородов вычисляют содержание ароматических углеводородов А по формуле:

F69

Наибольшая величина показателя преломления характерна для лучей с наименьшей длиной волны, а наименьшая - для лучей с наибольшей длиной волны. На этом различии в преломлении лучей, имеющих неодинаковую длину волны, основано явление дисперсии (рассеяния) света. Дисперсия, характерная для данного вещества, определяется разностью показателей преломления двух лучей с определенной длиной волны nλ1 - nλ2.

Отношение дисперсии нефтепродукта к его плотности представляет собой удельную дисперсию:

F70

Удельная дисперсия нефтепродуктов отражает зависимость между их химическим составом и показателями преломления. Установлено, что удельная дисперсия насыщенных углеводородов (парафиновых и нафтеновых) колеблется в пределах 149-158, ароматических - в пределах 300-500. Этим различием широко пользуются в химии нефти для определения группового состава нефтяных фракций.

Удельная рефракция

Показателем, связывающим коэффициент преломления с плотностью ρ исследуемого нефтепродукта, является удельная рефракция R.

F71

Удельной рефракцией пользуются при определении структурно-группового углеводородного состава масел. Удельная рефракция положена в основу так называемого метода «кольцевого анализа» нефтяных фракций, разработанного Флюгтером и Ватерманом.

Fig55

При сравнении удельной рефракции углеводородов различных рядов видно, что для нафтеновых углеводородов она меньше, чем для парафиновых. Самой высокой удельной рефракцией обладают ароматические углеводороды. Удельная рефракция смесей представляет собой среднеарифметическую величину из удельных рефракций составляющих смесь компонентов. Умножая удельную рефракцию на молекулярную массу, получают мольную рефракцию:

F72

Мольная рефракция показывает хорошую аддитивность для смесей индивидуальных углеводородов, а в сочетании с такими характеристиками, как парахор, данные спектрального анализа, она дает возможность более глубоко подойти к изучению углеводородного состава нефтяных фракций и строения отдельных индивидуальных соединений нефти.

Оптическая активность

Оптическая активность - это свойство нефтепродуктов поворачивать вокруг оси (вращать) плоскость луча поляризованного света (главным образом вправо). Измерение угла вращения проводят с помощью поляриметров. Природа этого явления ясна не до конца, однако многие исследователи считают, что оно связано с присутствием в нефтях полициклических нафтенов и аренов. По убыванию оптической активности углеводороды располагаются в ряд: полициклические циклоалканы, циклоалканоарены, полициклические арены, моноциклические арены, алканы.



Плотность Молекулярная масса ДНП Критические параметры Вязкость Поверхностное натяжение
Фактор сжимаемости Летучесть (фугитивность) Оптические свойства Электрические свойства

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Курс валют предоставлен сайтом kursvalut.com