Вязкость жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов

1.5. Вязкость жидкости. Это свойство оказывать сопротивление движению. В нефтепереработке различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическая вязкость m характеризует внутреннее трение жидкости и входит в известное уравнение Ньютона [8]. Единица измерения динамической вязкости в СИ – паскаль на секунду (Па×с). В технологических расчетах чаще используется кинематическая вязкость n, представляющая собой отношение динамической вязкости к плотности при одной и той же температуре: n=m/r. Единицей кинематической вязкости в СИ является квадратный метр на секунду (м²/с). Дольная единица квадратный миллиметр на секунду (мм²/с) соответствует одному сантистоксу. Для характеристики вязких нефтепродуктов иногда применяют условную вязкость (ВУ). Она выражается отношением времени истечения 200 мл нефтепродукта из стандартного вискозиметра при температуре испытания к времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20°С. Условная вязкость измеряется в градусах ВУ – °ВУ. Пересчет условной вязкости к кинематическую осуществляют по прил.7.

Вязкость нефти и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры. При необходимости вязкость несложно пересчитать с одной температуры на другую с помощью номограммы (прил.10). Номограмма дает возможность по двум известным величинам вязкости при любых температурах методом интер- или экстраполяции найти вязкость того же нефтепродукта для заданной температуры.

Качество масел зависит от степени изменения вязкости с повышением температуры. Оценка вязкостно-температурных свойств производится по показателю, который называют индексом вязкости – ИВ. Индекс вязкости определяется по номограмме (прил.11) по известным значениям кинематической вязкости при двух температурах (обычно 50 и 100°С). С улучшением качества масла его индекс вязкости возрастает.

С повышением давления вязкость нефтепродуктов возрастает, хотя и не столь значительно, как с ростом температуры. Для расчетов можно принять, что до 4 МПа вязкость нефтепродуктов не зависит от давления.

Вязкость смесей жидкостей не может быть определена по правилу аддитивности, поэтому при смешении двух или более нефтепродуктов вязкость полученной смеси целесообразно определять экспериментально. Однако для приближенной оценки иногда пользуются эмпирическими формулами или номограммами, разработанными на их основе [1, 2, 6]. Наиболее часто применяют номограмму (прил. 12), которая позволяет определить вязкость смеси двух нефтепродуктов, взятых в известных соотношениях, или, наоборот, найти соотношение компонентов для получения продукта заданной вязкости. На номограмме для удобства отложены значения вязкости в квадратных миллиметрах на секунду (мм²/с) и °ВУ, причем правая ось ординат предназначена для менее вязкого компонента А, левая – для более вязкого компонента В. Следует иметь в виду, что надежность результатов возрастает при работе со смесями, приготовленными из близких по вязкостным свойствам компонентов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Номограмма для определения вязкости масел в зависимости от температуры

Пример 1.14 Условная вязкость масляной фракции при 100 и 50°С равна соответственно 2,6 и 20°ВУ. Найти ее условную вязкость при 70°С.

Решение. Для нахождения неизвестной вязкости воспользуемся номограммой (прил.10). На координатной сетке номограммы обозначим две точки с координатами 100°С, 2,6°ВУ и 20°С, 20°ВУ. Через найденные точки А и В проведем прямую. Отметим точку С, где прямая пересечет вертикаль, соответствующую 70°С. Проецируя точку С на ось ординат, получим значение условной вязкости при 70°С: ВУ₇₀=7,1.

ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Номограмма для определения индекса вязкости нефтяных масел

Пример 1.15 Вязкость моторного масла при 100°С составляет 10,5 мм²/с, а при 50°С – 59 мм²/с. Определить индекс вязкости масла.

Решение. На ординатных осях вязкости и температуры отметим точки, соответствующие величинам n₅₀ =10,5 мм²/с и t =100°С, и проведем через них прямую линию. Вторую линию проведем через две другие точки: n₅₀ =59 мм²/с и t =50°С. Точка пересечения двух прямых будет находиться на кривой, обозначенной 100. Следовательно, индекс вязкости масла равен 100 (ИВ=100).

ЛИТЕРАТУРА

1. Расчёты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник/ Под ред. Е.Н.Судакова.-М.:Химия, 1979.-568с.

2. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.-М.:Химия, 1980.-256с.

3. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа-Л..-Химия, 1985.-424с.

4. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н.Расчёты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справ, пособие.-М.:Химия, 1983-.224с.

5. Варгафтик Н.Б.Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М.: Наука, 1972.-720с.

6. Технологические расчёты установок переработки нефти:Учеб. пособие для вузов/ Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др.-М.:Химия, 1987.-352с.

7. Рудин М.Г., Смирнов Г.Ф. Проектирование нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.-Л.: Химия, 1984.-256с.

8. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика.-Л. Химия, 198О.-328с.

9. Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под ред. Г.А.Ластовкина, Е.Д.Радченко и М.Г. Рудина.-Л.: Химия, 198б.-648с

10. Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа: Учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений.-Минск:Высш.шк., 1989.-122с.

11. Рябцев Н.И. Природные и искусственные газы.-М.:Стройиздат, 1978.-325с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Номограмма для определения вязкости смесей нефтепродуктов

Пример 1.16 Смесь составлена из компонентов А (n₅₀ =12,5 мм²/с) и В (n₅₀ =60 мм²/с). Определить: а) вязкость смеси, состоящей из 40% компонента А и 60% компонента В (по объему); б) соотношение в смеси компонентов А и В, при котором кинематическая вязкость n₅₀ = 39 мм²/с.

Решение. На координатных осях номограммы (прил. 12), соответствующих 100% компонента А и 100% компонента В, отложим значения вязкости 12,5 и 60 мм²/с и соединим полученные точки m и n прямой линией. Прямая mn характеризует вязкость смеси в зависимости от соотношения компонентов. Для ответа на первый вопрос из точки на оси абсцисс, отвечающей составу смеси (40% А и 60% В), восставим перпендикуляр до пересечения с прямой mn. Ордината точки пересечения даст значение кинематической вязкости данной смеси n₅₀ =29,5 мм²/с (на номограмме – сплошная линия). Ответ на другой вопрос находится следующим образом. На оси ординат определяем точку с кинематической вязкостью n₅₀ =39 мм²/с и через прямую mn проецируем ее на ось абсцисс. Получаем соотношение компонентов А – 25% и В – 75% (пунктирная линия).