Как определить плотность нефтепродуктов

Что такое плотность нефтепродуктов

Нефть и нефтепродукты (Н и НП) — это жидкости, которые можно измерить единицах объема — литрах и кубических метрах. Но у Н и НП есть свойство расширяться и сжиматься под воздействием температуры, что снижает точность расчетов, основанных на единицах объема. Поэтому для данной категории веществ чаще применяют другие показатели.

Абсолютная плотность нефтепродуктов и их смесей — это отношение массы к объему.

Она определяет, сколько единиц массы помещается в данном объеме. Как и с другими физическими телами, веществами, массой выступают граммы, килограммы, тонны, а объемом — кубические миллиметры, сантиметры и метры. Наиболее точное и удобное для повседневных операций выражение абсолютной плотности нефти и нефтепродуктов — в килограммах на метр кубический, кг/м3.

Относительная плотность — отношение ρ вещества (Н и НП при температуре +20 °С) к ρ дистиллированной воды при температуре +4 градуса Цельсия. Это отношение принято обозначать как ρ4/20.

Как измерить плотность нефти и нефтепродуктов

Самый простой способ определить плотность любой жидкости или смеси — погрузить в нее запаянную стеклянную колбу с грузом на дне и шкалой, градуированной в г/см3 или кг/м3. Чтобы показатели были точными, элементы — колба, груз, шкала — должны быть откалиброваны в соответствии с Государственным стандартом.

С помощью ареометра

Ареометр — прибор, который измеряет плотность и температуру жидкости.

Чтобы определить ρ для нефтепродуктов с помощью ареометра, нужно выполнить действия в следующем порядке:

1. Налить испытуемую жидкость в устойчивую колбу, высота которой будет на 20% больше полной длины прибора.
2. Поместить ареометр в колбу грузом вниз.
3. Дождаться, пока прибор перестанет колебаться, и зафиксировать результат по шкале и температуру.
4. Найти в таблице Приложения 1 указанного ГОСТа температуру — по вертикальной шкале, показания ареометра — по горизонтальной. На их пересечении будет плотность данного вещества в г/см3 при 20 °С.

Ареометры существуют буквально для каждого жидкого вещества — от морской воды до молока, включая соль, сахар, спирт и кислоты.

С помощью денсиметра

Денсиметр — прибор, который измеряет плотность нефтепродуктов. Имеет аналогичное строение, но без термометра. Порядок действий по определению плотности такой же, как у ареометра, но температуру нужно измерять отдельно.

Оба прибора есть в электронном исполнении — стационарном, переносном и «карманном». Они стоят кратно дороже по сравнению со стеклянными, при этом намного удобнее, скорость получения результата и точность в разы выше.

С помощью пикнометра

Пикнометр — сосуд из стекла, устойчивого к температуре. Обычно имеет шкалу объема. Порядок действий:

1. Поместить заданный объем жидкости или смеси в сосуд.
2. Довести температуру до 20 °С.
3. Взвесить сосуд на точных весах (до 0,0002 г) и вычесть массу пустого сосуда.
4. Массу вещества разделить на объем вещества.

Полученный результат будет относительной ρ4/20.

В роли пикнометра может выступить любой сосуд, необязательно лабораторный. Главное, чтобы он выдержал нагрев до заданной температуры. Важными факторами в данном методе будут точность определения объема и погрешность весов.

Измерение плотности высоковязких нефтепродуктов

В НП добавляют аналогичный объем керосина, ρ которого известна. Затем измеряют приборами ρ смеси, которая получилась. Искомый показатель получают по формуле:

ρ_н = 2 × ρ_смеси − ρ_к, где

• ρ_н — искомый показатель НП;
• ρ_смеси — плотность смеси;
• ρ_к — плотность керосина.

Высоковязкие НП также измеряют с помощью электронных средств.

Расчет плотности нефтепродуктов

Расчетный метод широко применяется для приемки и отпуска Н и НП там, где нет возможности обеспечить постоянную температуру 20 °С, — например, зимой или в жарких регионах. Также расчеты применяют для точной дозировки вещества в технологических цепочках.

Пикнометрический метод

Расчет на основе данных, полученных с помощью пикнометра.

Порядок действий:

1. Подготовить пикнометр: промыть водой, спиртом, просушить и взвесить на лабораторных весах.
2. Определить метку объема, подготовить дистиллированную воду и вещество. Заполнить сосуд дистиллированной водой до метки, взвесить.
3. Вычислить объем дистиллированной воды по формуле:

   V = (m1 − m2) / 0,99823, где

   • m1 — масса пустого сосуда;
   • m2 — масса сосуда с дистиллированной водой;
   • 0,99823 — табличное значение массы эталонной жидкости — 1 мл дистиллированной воды при t = 20 °С.
4. Опустошить пикнометр и добавить в него точный объем вещества до метки.
5. Установить сосуд в нагревательную камеру на 20–30 минут.
6. Взвесить подогретый сосуд с веществом.
7. Рассчитать через формулу:

   ρ4/20 = (m1 − m2) / V, где

   • m1 — масса сосуда с веществом;
   • m2 — масса пустого сосуда;
   • V — объем сосуда.

Параметры, исходящие из показателя ρ4/20, дают представление и о других свойствах и качествах нефтепродуктов — происхождении, вязкости, температуре кипения.

Расчет через среднюю температурную поправку

Метод применяют, когда нет возможности корректировать температуру вещества.

Показатель определяют по формуле Менделеева:

ρ4/20 = ρ4t +α (t − 20), где

• ρ4t — плотность образца при реальной температуре;
• t — реальная температура во время опыта;
• α — поправка температуры по Таблице 1 Методических указаний Минобрнауки РФ.

Чем выше температура, тем ниже ρ Н и НП.

Метод определения плотности по капле

Когда в распоряжении для опытов есть критически малое количество испытуемого вещества, в лабораторных условиях достаточно всего одной его капли или кусочка.

Порядок действий:

• Заполнить стеклянный цилиндр или колбу слабым раствором спирта (для ρ < 1) или соли (для ρ > 1).
• Поместить каплю вещества в колбу.
• Добавлять в сосуд воду или соль до тех пор, пока капля не взвесится в растворе.
• Измерить плотность раствора в колбе ареометром или денсиметром.

В этом методе ρ окружающего раствора доводится до ρ капли.

Есть более сложные способы, как определить характеристики нефти и нефтепродуктов. Например, с помощью осциллирующей (колеблющейся) U-образной трубки. Для этого потребуются лабораторные условия, сама трубка, электронный измеритель частоты колебаний и глубокие знания физики и химии. Метод широко применяется в современных электронных измерительных приборах.