Как найти молярную массу нефти

Определение молекулярной массы нефтяных фракций и нефтепродуктов

Молекулярная
масса (М.М.) является важнейшей
физико-химической характеристикой
всякого вещества. М.М. нефтепродуктов
как смеси дает понятие об относительной
молекулярной массе ‘средней’ молекулы
из числа молекул, входящих в состав
нефтепродукта. М.М. как и плотность
является опорной характеристикой,
используемой для расчета других
показателей, таких например, как
молекулярная рефракция. Знание М.М.
необходимо при определении
структурно-группового состава нефтяных
фракций и н/продуктов. В случае смесей
химических соединений, каковыми
являются фракции нефти и нефтепродукты,
М.М.. складывается из М.М. отдельных
компонентов. М.М. широко используется
для расчетов аппаратуры НП-рабатывающих
заводов. М.М. сырых нефтей колеблется
в довольно широких пределах, но чаще
всего значение ее соответствует
интервалу 220-300 а.е.м. М.М. нефтяных фракций
увеличивается с повышением температуры
кипения фракции. М.М.нефтяных остатков
и их составных частей определить с
большей вероятностью трудно, т.к. они
склонны к структурообразованию и
образованию устойчивых надмолекулярных
структур.

Существует
ряд методов определения М.М., однако в
нефтяной практике наиболее широкое
распространение получил криоскопический
метод,
основанный на измерении понижения
температуры замерзания растворителя
при добавлении к нему исследуемого
вещества. Для разбавленных растворов
справедливо правило Рауля – Вант —
Гоффа, согласно которому осмотическое
давление прямо пропорционально молярной
концентрации, а между концентрацией
молекул растворенного вещества С
(г-моль вещества на 1000 г чистого
растворителя) и понижением температуры
начала кристаллизации t
бесконечно разбавленного раствора
существует зависимость: t=K*C

где:
t
– разность
между температурами замерзания чистого
растворителя и раствора нефтепродукта
в растворителе,
^оС;

K
– криоскопическая
константа,
или молекулярная депрессия, определяемая
свойствами только одного растворителя
и зависящая от его абсолютной температуры
затвердевания и скрытой теплоты
плавления.

Если
в 1000 г чистого растворителя растворено
Р
г вещества,
то Р=
С*М,

тогда
t
= K*
Р/ М,
а
молекулярная масса М=
K*
Р/t

Величину
t
определяют
экспериментально, как разность между
температурой замерзания раствора
исследуемой фракции нефти в растворителе
и температурой замерзания чистого
растворителя. В нефтяной практике
наиболее часто используют бензол и
нафталин, к чистоте которых предъявляются
очень жесткие требования. В криоскопическом
методе используется дифференциальный
термометр Бекмана, позволяющий определять
не саму температуру, а ее изменение (до
0,01 ^оС).
Криоскопический метод определения
М.М.
не свободен от погрешностей, т.к. в
основе лежит закон Рауля, применимый
к сильно разбавленным растворам. Поэтому
истинную М.М.
можно определять в сильно разбавленных
растворах, что не освобождает от
погрешностей.

Более
перспективным является электрометрический
метод измерения температурной депрессии,
где исключены погрешности, связанные
с использованием термометра Бекмана.
Применение полупроводникового
сопротивления (термистора) позволяет
регистрировать изменение температуры
в зависимости от изменения сопротивления
(1
^оС
= 100
Ом), т.е. изменение сопротивления на 0,1
Ом позволяет регистрировать изменение
температуры на 0,001 ^оС.

Рис.
Прибор Бекмана для определения
молекулярной массы

Рис.
Кривые зависимости молекулярной
массы нефтепродуктов (М)
от концентрации (С)

последних
в растворителе (бензоле)

Относительную
молекулярную массу при нулевой
концентрации в растворителе (бензоле)
можно получить, если найденные
экспериментальные значения ее нанести
на ось ординат, а концентрации
нефтепродуктов в растворителе – на
ось абсцисс, и продолжить полученную
линию до пересечения с осью ординат
(рис. ).

Молекулярная
масса парафино — нафтеновых углеводородов
(ПНУ) с увеличением концентрации не
возрастает из-за отсутствия ассоциации
молекул. Поэтому для ПНУ можно пользоваться
экспериментально найденными значениями
молекулярной массы, не экстраполируя
их до нулевой концентрации.

Расчетные
методы определения молекулярной массы.
Для определения молекулярной массы
нефти и нефтепродуктов используют ряд
эмпирических формул.

Формула
Воинова для нефтяных фракций парафинового
основания (алканов):

М_ср
= 60 + 0,3 t_ср
+ 0,001 t_ср²

Где:
t_ср
— средняя температура кипения
нефтепродукта.

Формула
Воинова для циклоалканов, моторных
топлив (бензинов, керосинов и т.п.):

М_ср
= ( 7К — 21,5) + (0,76 — 0,04К) t_ср
+ (0,0003К — 0,00245) t_ср
²
К
– характеристический фактор, учитывает
влияние химической природы нефтей и
нефтепродуктов на их физико-химические
свойства.

Средняя величина
К:

А)
для парафиновых нефтепродуктов 12,5-13;

Б)
для нафтеновых и ароматических
нефтепродуктов 10-11;

В)
для крекинг-бензинов 11,5-11,8;

С)
для сильно ароматизированных фракций
10 и ниже.

В
тех случаях, когда не требуется очень
точных измерений М.М.. можно использовать
формулу Херша-Фенске, в которой
молекулярная масса связана с температурой
кипения и показателем преломления:

lg
M= 1,939436+0,0019764 * t_ср
+ lg (2,1500-n_D²⁰
)

Где:
t_ср
– средняя
температура кипения фракции

n_D²⁰
–показатель
преломления фракции

Формула
Крега для нефтяных фракций:

М
= 44,29
*ρ
²⁸⁸/(1,03
—
ρ
²⁸⁸)
Где:
ρ
²⁸⁸ —
плотность нефтепродукта при Т = 288К. (t_C
= t_K
− 273=
288-273=15)

Разработано
устройство для определения среднего
молекулярной массы нефтяных фракций
методом депрессии паров. Устройство
включает в себя систему вакуумирования,
термостатирования, ввода в измерительную
ячейку двух жидкостей, регистрирующее
устройство.

Семинар
3

Соседние файлы в папке СЕМИНАРЫ

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Расчет молекулярной массы

В расчетной практике молекулярную массу часто определяют по эмпирическим формулам. Наибольшее применение нашла формула Б. П. Воинова:

Для парафиновых углеводородов:

Для нефтяных фракций:

Результаты вычислений по формуле для нефтяных фракций отличаются от экспериментально полученных данных на 3-5 %. А. С. Эйгенсон уточнил формулу Б. П. Воинова для нефтяных фракций подбором постоянных
величин а, b, с в зависимости от характеризующего фактора К.

Для узких нефтяных фракций более точной, чем формула Воинова, является формула БашНИИНП:

В приведенных выше формулах в качестве параметра, характеризующего химический состав, выступает характеризующий фактор, зависящий от плотности. В формуле, предложенной Р. Хершем, в качестве такого
параметра использован коэффициент лучепреломления:

Связь между молекулярной массой и относительной плотностью нефтяных фракций устанавливается формулой Крэга:

Молекулярная масса — величина аддитивная, и для смеси нескольких нефтяных фракций ее можно определять по формуле:

По формуле аддитивного определения молекулярной массы можно рассчитать также молекулярную массу нефти, если известны массы и молекулярные массы составляющих ее узких фракций. Этой же формулой
пользуются для определения молекулярной массы остатка от перегонки нефти, если заранее известны молекулярные массы нефти и отогнанных от нее фракций.

Зависимость молекулярной массы нефтепродуктов от плотности и средней молекулярной
температуры кипения.

Зависимость молекулярной массы нефтепродукта от характеризующего фактора и средней молекулярной температуры кипения.