Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Химическая технология углеводородного сырья. Часть 1»
| СОГЛАСОВАНО Специалист по охране труда ___________Г.В. Мангуткина ______________ | РАЗРАБОТАЛ Доцент кафедры ХТП ___________ Н. Г. Евдакимова ______________ |
|
СОДЕРЖАНИЕ
| 1 Основные правила техники безопасности при работе в лаборатории | 3 |
| 2 Определение влияния депрессорных присадок на свойства нефтепродуктов | 4 |
| 3 Определение водорастворимых кислот и щелочей топливных фракциях нефти | 7 |
| 4 Исследование влияния количества деэмульгатора на степень обезвоживания и обессоливания нефти | 9 |
| 5 Физико-химические свойства нефти и нефтяных фракций | 13 |
| Используемая литература | 20 |
| Приложение | 21 |
|
| |
Работа с легковоспламеняющимися жидкостями
Лабораторные работы предусматривают работу с ЛВЖ (бензин, керосин, ацетон, изобутанол, гептан, циклогептан, бензол, петролейный эфир, изооктан, толуол), которые могут вызвать не только пожар, но в определенных концентрациях с воздухом - взрывоопасны, поэтому необходимо соблюдать ряд предосторожностей:
- нельзя оставлять открытыми сосуды с ЛВЖ;
- не допускается работа с ЛВЖ на расстоянии ближе 2-3 м от открытого огня (горящих горелок, электрических плиток с открытой спиралью и т.д.);
- не разрешается наливать ЛВЖ в тонкостенные стеклянные сосуды;
- запрещается перегонка ЛВЖ на открытом огне или на плитке с открытой спиралью и без противней;
- запрещается вести работы с ЛВЖ без работающей вентиляции;
- нельзя производить ремонтные работы инструментами, вызывающими искрение (зубило, молоток);
- нельзя выливать ЛВЖ и прочие продукты в раковину;
- нельзя оставлять тряпки , пропитанные ЛВЖ и прочими продуктами на рабочем столе;
- в случае возгорания ЛВЖ нельзя гасить пламя водой.
Оказание первой медицинской помощи при несчастных случаях
Отравление
- вынести пострадавшего на свежий воздух;
- расстегнуть стесняющую дыхание одежду; если дыхание ослаблено или прекратилось, нужно немедленно применить искусственное дыхание;
- при потере сознания лицо и грудь пострадавшего опрыскивают холодной водой и дают нюхать нашатырный спирт;
- при восстановлении дыхания пострадавшего тепло укрывают и предоставляют полный покой;
- во всех случаях отравления, кроме отравления кислотами и щелочами, следует у пострадавшего вызвать рвоту, давая ему обильное количество воды.
Ожоги
- при ожогах 1-й степени (покраснение кожи и небольшое припухание) следует прикладывать примочки с содой или смазать место ожога жирным веществом;
- при ожогах 2-й степени (образование пузырей на коже) нужно наложить повязку из стерильного материала;
- при ожогах 3-й степени (обугливание и омертвление кожи) повязка не накладывается, а необходимо немедленно обратиться к врачу;
- при ожогах фенолом необходимо промыть обожженное место спиртом, а затем смазать жирным веществом.
Теоретические основы
Большое значение при транспортировке и применении нефтей, газовых конденсатов и нефтепродуктов (топлив, масел) в зимних условиях имеет подвижность при низких температурах. Оценить их подвижность, а также косвенно наличие в них некоторых групп углеводородов, позволяют низкотемпературные свойства. К данным свойствам относят температуры помутнения, начала кристаллизации, фильтруемости, застывания, плавления. Температура, при которой нефтепродукт в стандартных условиях испытания теряет подвижность, называется температурой застывания [1, 2].
Потеря подвижности может быть вызвана либо повышением вязкости нефтепродукта, либо образованием множества кристаллов парафина или церезина и загустеванием всей системы.
Одним из способов улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов, в частности дизельного топлива, является добавление присадок-депрессаторов.
Назначение депрессорных присадок — снижение температуры застывания и предельной температуры фильтруемости дизельных топлив.
Главное действие депрессорной присадки — изменение формы и размера кристаллов парафина, формирующихся при понижении температуры дизельного топлива. Причиной этого изменения являются парафины — присадки, которые соединяются с парафинами дизельного топлива при понижении температуры и формировании кристаллов.
Механизм действия депрессорных присадок определяется их способностью адсорбироваться на возникающих из раствора кристаллах парафина и препятствовать образованию плотной кристаллической решетки. Вследствие этого, дальнейший рост кристаллов парафина затрудняется, уменьшается их способность к агрегации и образованию отложений.
Депрессорные присадки вступают в соединение с молекулами н-парафинов, тем самым останавливая рост кристаллической решетки в месте кристаллизации, что позволяет получить топливо гораздо более устойчивое к морозам (рисунки 2.1 и 2.2).
| 
|
| а | б |
Рисунок 2.1 – Кристаллы н-парафина в топливе без (а) и с (б) добавлением депрессорной присадки
а б
Рисунок 2.2 – Низкотемпературная электронная микроскопия после образования кристаллов без (а) и с (б) добавлением депрессорной присадки
Кроме того, применение депрессорных присадок к топливам позволяет во многих случаях избежать дорогостоящего процесса депарафинизации и увеличить ресурсы сырья для производства зимних сортов дизельных и более тяжелых топлив.
Цель работы
Ознакомиться с механизмом действия депрессорных присадок и исследовать их влияние на вязкость и низкотемпературные свойства нефтепродуктов.
Материалы и оборудование
- колбы емкостью 250 мл;
- мерный цилиндр;
- магнитная мешалка;
- дозатор;
- аналитические весы.
Из реагентов необходимы:
Нефтепродукт – фракция дизельного топлива.
Депрессорные присадки - Dodiflow 4134, Dodiflow 4271 и др.
Порядок выполнения работы
Готовят пять образцов исходного дизельного топлива массой 100 г в конические колбы емкостью 250 мл. В четыре из них с помощью дозатора вводят депрессорную присадку в количествах 0,05, 0,075, 0,1 % масс. Дозатор в начале взвешивается пустым, затем с навеской присадки до тех пор, пока не будет получена необходимая масса навески.
После внесения присадки, дизельное топливо перемешивают на магнитной мешалке в течении 10 мин. Далее для полученной смеси определяют вязкость (см п.п. 5.3) и температуру застывания (см п.п. 5.4). Также определяют данные свойства и для дизельного топлива не содержащего присадку. Исследование проводят для двух разных марок депрессорных присадок.
Записи результатов взвешиваний и определения свойств ведут в лабораторном журнале. Туда же записывают исходные данные.
Результаты опытов и расчетов сводят в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Результаты опытов с депрессорной присадки Dodiflow 4134
| Параметр | Исходный образец | Количество присадки, Wприс., % масс. | ||
| 0,05 | 0,075 | 0,10 | ||
| Масса исходного образца, г | ||||
| Масса навески присадки, г | ||||
| Температура застывания, Тзаст., °С | ||||
| Вязкость кинематическая, ν20, мм2/с | ||||
По полученным результатам для всех исследуемых депрессорных присадок строят графики зависимостей вязкости и температуры застывания от количества присадки в дизельном топливе и делают соответствующие выводы.
Оформление отчёта
Отчёт должен содержать: 1) теоретическую часть, где описывается назначение и механизм действия депрессаторов; 2) краткое описание работы; 3) методы определения вязкости и температуры застывания нефтепродуктов; 4) результаты исследований виде таблицы 2.1 и графиков зависимостей Тзаст (Wприс) и ν20(Wприс); 5) анализ полученных результатов и соответствующие выводы.
2.6 Контрольные вопросы
- Низкотемпературные свойства дизельных топлив.
- Температура фильтруемости и застывания.
- Способы улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива.
- Депрессаторы и их классификация.
- Механизм действия депрессорных присадок.
Теоретические основы
Коррозийный износ деталей двигателя во многом обусловлен сильнодействующими водорастворимыми кислотами и щелочами, находящимися в топливе. Они могут оказаться в топливе из-за нарушения технологии его очистки, а также случайно в процессе производства, хранения и транспортировки.
Согласно требованиям государственного стандарта, содержание водорастворимых кислот и щелочей в автомобильных бензинах, дизельных топливах и моторных маслах не допускается. В случае наличия их бракуют и к применению не допускают.
3.2 Цель работы
Ознакомиться с методикой определения наличия водорастворимых кислот и щелочей в топливах. Провести исследование проб различных видов топлив, полученных на разных стадиях их производства.
Материалы и оборудование
- пробы испытуемого топлива (бензин, керосин, дизельное топливо и др.);
- вода дистиллированная, проверенная на нейтральность;
- фенолфталеин;
- 1%-ный спиртовой раствор;
- метилоранж – 0,02% водный раствор;
- делительная воронка вместимостью 50-100 мл;
- мерный цилиндр на 10 мл;
- пробирки;
- пипетка;
- химический штатив;
- колба (рис. 1).
Приборы для определения водорастворимых кислот и щелочей в топливе представлены на рисунке 3.1.
1- делительная воронка; 2 – штатив с пробирками; 3 – индикатор; 4 – топливо; 5 – дистиллированная вода.
Рисунок 3.1 – Приборы для определения водорастворимых кислот и щелочей в топливе
Порядок выполнения работы
В колбу налить 50 мл испытуемого топлива, добавить такое же количество дистиллированной воды, взболтать смесь в течение 5 мин, затем вылить в делительную воронку. Дают смеси отстояться, после чего водный слой, находящийся внизу делительной воронки, спустить через кран в две пробирки. В одну пробирку добавить 1-2 капли метилоранжа. При наличии в топливе минеральных кислот, водная вытяжка в пробирке окрашивается в розовый цвет или оранжево-красный цвет, при отсутствии кислот цвет водяной вытяжки будет желто-оранжевый.
В другую пробирку добавить 1-2 капли фенолфталеина. При наличии щелочей в топливе водная вытяжка окрасится в фиолетово-розовый цвет, при отсутствии щелочей водяная вытяжка останется бесцветной или слегка побелеет. При этом действие индикаторов на вытяжку из топлива сравнивают с действием на чистую дистиллированную воду, налитую в равных объемах в две пробирки.
Бензин может быть допущен к применению только при неизменяющейся окраске его водной вытяжки, что свидетельствует о полном отсутствии в нем водорастворимых кислот и щелочей.
Все полученные результаты свести в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Результаты испытаний
| Топливо | Окраска | |
| метилоранж | фенолфталеин | |
| 1 Бензин | ||
| 2 ..... | ||
| ..... | ||
Оформление отчёта
Результаты работы оформляются следующим образом: даются краткие теоретические основы и описание работы, приводятся результаты исследований в виде таблицы 3.1 и соответствующие выводы.
3.6 Контрольные вопросы
- Нефтяные топлива и требования к ним.
- Коррозия, виды коррозии.
- Коррозийные свойства топлив, коррозионная агрессивность.
- Защитные (от коррозии) свойства топлив.
- Противокоррозионные и защитные присадки.
- Водорастворимые кислоты и основания в топливах.
- Определение водорастворимых кислот и оснований в топливах
Теоретические основы
Вода является обычным спутником сырой нефти, которую добывают из недр. При движении нефти и воды в ходе её добычи по стволу скважины, нефтесборным и нефтенапорным трубопроводам до объектов подготовки нефти происходит взаимное перемешивание (диспергирование) нефти и воды с образованием водонефтяных эмульсий.
Под эмульсией понимают смесь двух взаимно нерастворимых (или очень мало растворимых) жидкостей, одна из которых диспергированна в другой в виде мелких капелек (глобул). Диспергированную жидкость называют внутренней, или дисперсной фазой, а жидкость, в которой она находится, - дисперсионной, или внешней средой.
По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды различают эмульсии двух типов: гидрофильные и гидрофобные (рисунок 4.1). Эмульсии прямого типа нефть в воде (первого рода или гидрофильные) возникают в том случае, когда нефть (неполярная жидкость) диспергированна в воде (полярной жидкости). Это эмульсии, в которых дисперсной средой служит вода, а дисперсной фазой является нефть. Эмульсии обратного типа (второго рода или гидрофобные) возникают, когда вода (полярная жидкость) диспергированна в нефти (неполярной жидкости). Это эмульсии, в которых дисперсной средой является нефть, а дисперсной фазой является вода.
а) б)
1 - частицы эмульгатора; 2 - адсорбционный слой; 3 - нефть; 4 вода
а - прямого типа; б - обратного типа
Рисунок 4.1 - Виды эмульсий
Важным показателем эмульсий является их агрегатная устойчивость, которая характеризуется способностью эмульсий существовать в течение длительного времени. В процессе деэмульгации (разрушения эмульсий) нефти, на границе раздела фаз нефть-вода образуется множественная эмульсия - это система, когда в крупных каплях воды могут находиться мелкие глобулы нефти, или в крупных каплях нефти находятся мелкие глобулы воды.
Деэмульгатор - реагент, используемый для разрушения эмульсий. По своей природе эмульсия - неустойчивая система, тяготеющая к образованию минимальной поверхности раздела фаз - к расслоению смеси. Благодаря наличию эмульгаторов (стабилизаторов эмульсии), создающих адсорбционные слои (бронирующие оболочки) на поверхности диспергированных частиц, образуются устойчивые эмульсии. Бронирующие оболочки обладают механической прочностью и препятствуют слиянию частиц и расслоению эмульсии. Для разрушения эмульсии необходимо сместить стабилизационный слой на поверхности раздела фаз. Механизм действия деэмульгатора в этом и заключается - за счёт более высокой поверхностной активности его активное вещество проникает в межфазное пространство и замещает присутствующий адсорбционный слой. При этом деэмульгатор уменьшает поверхностное натяжение, обеспечивает более высокую степень свободы поверхности глобул и не препятствует слиянию глобул дисперсной фазы. На свойства поверхности раздела фаз сильное влияние оказывают растворенные и диспергированные вещества, а также температура среды. Процесс разложения эмульсии включает:
1-й этап - соударение диспергированных частиц,
2-й этап - слияние их в крупные глобулы,
3-й этап - выпадение крупных частиц и формирование сплошных отдельных слоев.
Соударение частиц происходит под действием физических факторов: механического перемешивания, движения смеси и гравитационного осаждения. Темп соударений может быть увеличен под действием температуры, электрического и ультразвукового поля.
Скорость осаждения слившихся частиц и выделение сплошных фаз зависят от размеров глобул, вязкости дисперсионной среды и разности плотностей веществ: темп выпадения растет с ростом размеров глобул внутреннего вещества и разности плотностей и падает с ростом вязкости дисперсионной фазы. Наиболее эффективным средством ускорения процесса на третьем этапе является нагревание смеси, так как оно приводит к росту разности плотностей фаз эмульсии. Действие деэмульгаторов направлено на реализацию второго этапа. При этом проявляются свойства поверхностно-активных веществ.
По своему составу деэмульгаторы - это реагенты из нескольких химических веществ (поверхностно-активные вещества, модификаторы и растворители), разработанных на основании свойств и компонентов разделяемой эмульсии.
Реагенты-деэмульгаторы, используемые для разрушения эмульсий, подразделяют на две группы: ионогенные и неионогенные. Ионогенные деэмульгаторы в водных растворах диссоциируют на ионы. В зависимости от того, какие ионы (анионы или катионы) являются поверхностно-активными, ионогенные деэмульгаторы подразделяются на анионактивные и катионактивные. Неионогенные деэмульгаторы не диссоциируют на ионы в водных растворах и подразделяются на гидрофильные и гидрофобные (водорастворимые и маслорастворимые (нефтерастворимые).
Кроме воды вредными примесями в нефти являются соли, которые растворены в воде и находятся в виде кристаллов в самой нефти. Продукты гидролиза солей разъедают аппаратуру технологических установок, т.е. вызывают коррозию таких аппаратов, как трубчатые печи, испарители, ректификационные колонны, а также холодильники и конденсаторы.
Таким образом, нефть необходимо обезвоживать и обессоливать, чтобы содержание солей в ней не превышало 3-5 мг/л, а воды – 0,1 % масс.
Цель работы
Ознакомиться с механизмом действия различных деэмульгаторов и исследовать влияние их количества на степень обезвоживания и обессоливание нефти.
Материалы и оборудование
Нефтяная эмульсия второго рода.
Деэмульгатор РС-Н ТУ 2458-124-05766575-2005 и др.
Колбы емкостью 250 мл.
Мерный цилиндр.
Дозатор.
Магнитная мешалка.
Порядок выполнения работы
Для заранее приготовленной нефтяной эмульсии определяют плотность (см. п.п. 5.6). Затем в четыре колбы емкостью 250 мл с помощью мерного цилиндра наливают по 150 мл нефтяной эмульсии и вычисляют массу полученных навесок.
К трем приготовленным навескам с помощью дозатора добавляют деэмульгатор в количестве 0,01, 0,05, 0,075 % масс. и перемешивают на магнитной мешалке в течении 15 минут.
Для исходной навески нефтяной эмульсии и навесок с различным количеством деэмульгатора определяют содержание воды и солей по соответствующим стандартным методикам (см п.п. 5.1 и 5.2).
Все записи в ходе выполнения работы ведут в лабораторном журнале. Полученные результаты должны быть представлены в виде графиков зависимостей содержания воды и солей в нефти от количества деэмульгатора. Результаты анализируют и делают соответствующие выводы.
Оформление отчета
Отчет должен содержать: краткие теоретические основы и описание работы, графики зависимостей содержания воды и солей в нефти от количества деэмульгатора, выводы.
4.6 Контрольные вопросы
- Эмульсии, типы эмульсий («нефть в воде», «вода в нефти»);
- Механические способы разрушения нефтяных эмульсий;
- Химические методы разрушения нефтяных эмульсий;
- Электрические способы разрушения нефтяных эмульсий;
- Деэмульгаторы, их классификация;
- Механизм действия деэмульгаторов;
- Обезвоживание и обессоливание нефти.
Проведение анализа.
Содержимое колбы нагреть с помощью колбонагревателя. Перегонку ведут так, чтобы из трубки холодильника в приемник-ловушку падали 2 - 4 капли в секунду. Нагрев прекратить после того, как объем воды в приемнике - ловушке перестанет увеличиваться и верхний слой растворителя станет совершенно прозрачным. Продолжительность перегонки должна быть не менее 30 и не более 60 минут. Если на стенках холодильника имеются капельки воды, столкнуть их в приемник-ловушку стеклянной палочкой. После охлаждения испытуемого продукта до комнатной температуры прибор разобрать. Если количество воды в приемнике-ловушке не более 0,3 см3 и растворитель мутный, то приемник необходимо поместить на 20 - 30 минут в горячую воду для осветления и снова охлаждают до комнатной температуры. После охлаждения определить объем воды в приемнике - ловушке с точностью до одного верхнего деления.
Массовую долю воды X, %, рассчитать по формуле:
, (5.1)
где V - объем воды, собравшейся в приемнике-ловушке, мл;
G - навеска нефти, г.
Количество воды в приемнике-ловушке 0,03 см3 и меньше считается следами.
Приложение А
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Химическая технология углеводородного сырья. Часть 1»
| СОГЛАСОВАНО Специалист по охране труда ___________Г.В. Мангуткина ______________ | РАЗРАБОТАЛ Доцент кафедры ХТП ___________ Н. Г. Евдакимова ______________ |
|
СОДЕРЖАНИЕ
| 1 Основные правила техники безопасности при работе в лаборатории | 3 |
| 2 Определение влияния депрессорных присадок на свойства нефтепродуктов | 4 |
| 3 Определение водорастворимых кислот и щелочей топливных фракциях нефти | 7 |
| 4 Исследование влияния количества деэмульгатора на степень обезвоживания и обессоливания нефти | 9 |
| 5 Физико-химические свойства нефти и нефтяных фракций | 13 |
| Используемая литература | 20 |
| Приложение | 21 |
|
| |
Дата: 2018-12-21, просмотров: 457.
