Материал: Эксплуатационные материалы и экономия топливно-энергетических ресурсов. метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190603. Устинов Ю.Ф., Волков Н.М

21

спирт. Уровень спирта должен быть на 30...40 мм выше уровня топлива в пробирке. Затем в спирт начинают постепенно добавлять твердую угольную кислоту. Температура спирта должна быть ниже предполагаемой температуры помутнения на 10 °С.

Температуру пробирки с испытуемым топливом снижают до 30...40 °С и устанавливают пробирку в сосуд с охлаждающей смесью.

При охлаждении топливо перемешивают мешалкой со скоростью от 60 до 200 движений в минуту. За 5 °С до предполагаемой температуры помутнения топлива пробирку вынимают из охлаждающей смеси, протирают еѐ снаружи спиртом, помещают в прибор с зеркальным отражением света и включают лампы. Через смотровые окна следят за состоянием топлива и сравнивают его с прозрачным эталоном. Эта операция должна занимать не более 12 с. После каждого наблюдения необходимо выключать лампы.

При хорошем освещении лаборатории пробирку с испытуемым топливом помещают в штатив рядом с прозрачным эталоном, а прибор с зеркальным отражением не используют.

Если прозрачность испытуемого дизельного топлива по сравнению с эталоном не изменилась, то пробирку опять помещают в баню и далее наблюдения проводят через каждый 1 °С до тех пор, пока топливо не станет отличаться от эталона. Температуру помутнения испытуемого дизельного топлива фиксируют в тот момент, когда топливо становится мутным.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТА

Общие сведения. Свойство жидкости оказывать сопротивление течению (перемещению одного слоя жидкости относительно другого) под действием внешней силы называется вязкостью (внутренним трением). Препятствие перемещению слоев жидкости создают силы молекулярного сцепления.

Вязкость определяют для жидких нефтепродуктов, напряжение сдвига которых пропорционально скорости деформации, то есть для ньютоновских жидкостей. Вязкость их не зависит от касательного напряжения и градиента скорости. Различают динамическую и кинематическую вязкости.

Динамическая вязкость, или коэффициент динамической вязкости, — это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости. Динамическая вязкость служит мерой сопротивления жидкости течению.

За единицу динамической вязкости в системе СИ принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление в 1 Н взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 м2, находящихся один от другого на расстоянии 1 м и перемещающихся с относительной скоростью 1 м/с.

Единицей динамической вязкости в системе СИ является Паскаль-

22

секунда (Па-с). На практике применяют мПа-с=10-3 Па-с, а также сантипуаз (сП

вязкости жидкости и ее плотности при той же температуре:

Кинематическая вязкость служит мерой сопротивления жидкости течению под влиянием гравитационный сил.

Метод определения кинематической вязкости заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести.

Кинематическую вязкость находят как произведение измеренного времени истечения и постоянной прибора для определения вязкости.

В системе СИ единицей кинематической вязкости является м2/с. На прак-

тике применяется меньшая единица — мм2/с = 10-6 м2/с, а также сантистокс (сСт = мм2/с).

Аппаратура. Для определения кинематической вязкости нефтепродуктов применяются капиллярные вискозиметры из стекла с малым коэффициентом температурного расширения (табл. 3).

Таблица 3 Вискозиметры, применяемые для различных диапазонов вязкости

Для вискозиметров типа Оствальда и с висячим уровнем время истечения должно быть не менее 200 с, а для вискозиметров с обратным протоком — более 200 с.

В качестве термостата или бани вискозиметра используют прозрачный сосуд (рис. 5). Нефтепродукт, находящийся в вискозиметре, погружают не менее чем на 20 мм ниже уровня жидкости в бане и на 20 мм над дном сосуда. Баню вискозиметра снабжают устройством для регулирования температуры жидкости.

23

Рис. 5. Прибор для определения кинематической вязкости нефтепродукта: 1 — термометр; 2 — мешалка; 3 — вискозиметр; 4 — электроподогреватель; 5—капилляр вискозиметра; 6 — термостат (баня)

Для заполнения термостата используют следующие жидкости: технический этиловый спирт — для температуры от — 60 до +15 °С; дистиллированную воду — для температуры от 15 до 60°С; глицерин или раствор глицерина с водой 1:1 или светлое нефтяное масло — для температуры свыше 60 °С.

Проведение испытаний. Перед проведением испытания подбирают вискозиметр с пределами измерения, соответствующими ожидаемой вязкости испытуемого нефтепродукта. Вискозиметр должен быть сухим и чистым. Между определениями вискозиметр промывают растворителем и сушат воздухом. В качестве растворителей применяют бензин-растворитель для резиновой промышленности, нейтральный эфир, ацетон, толуол и т. п. Периодически вискозиметр промывают хромовой смесью, затем прополаскивают дистиллированной водой, ацетоном и сушат воздухом.

Пробу нефтепродукта фильтруют через сито, стеклянный или бумажный фильтр. При необходимости нефтепродукт сушат безводным сульфонатом натрия или прокаленной крупнокристаллической поваренной солью и затем фильтруют через бумажный фильтр. Если вязкость нефтепродукта определяют при температуре ниже 95°С, то его предварительно подогревают. Вискозиметр заполняют испытуемым нефтепродуктом и помещают в баню, где устанавливают нужную температуру.

Работа с вискозиметрами различных типов (см. рис. 6) производится следующим образом.

Вискозиметр Канон-Фенске. Для заполнения его испытуемым нефтепродуктом на трубку 2 (рис 6, а) надевают резиновую трубку, трубку 1 погружают в нефтепродукт и засасывают его с помощью резиновой груши или водоструйного насоса до метки М2. Вынимают вискозиметр из сосуда с нефтепродуктом

24

Рис. 6. Визкозиметры:

а — вискозиметр Канон-Фенске: 1 и 2 — трубки; 3 и 4 — расширение; M1 и М2 — метки; б —вискозиметр Пинкевича (ВПЖТ-4): 1 и 2 — колена; 3 — трубка: М1 и М2 — метки; в — вискозиметр ВПЖГ-2: 1 и 2 — колена; 3 —трубка; 4 — расширение; М1 и М2 — метки; г — вискозиметр ВПЖТ-1 (БС/ИП/СЛ): 1, 2 и 3 — трубки; 4 и 5 — расширения; М1…M4

— метки; д — вискозиметр Уббелоде: 1, 2 и 3 — трубки; 4 — расширение; 5, 6 и 7 — сосуды; М1…M4 — метки; е — вискозиметр ВНЖТ (Канон-Фенске-Опакв): 1, 2 к 3 — трубки; 4, 5 и 6 — резервуары; М1…M4 — метки; ж — вискозиметр БС/ИП/РФ: 1 и 2 —трубки; 3 — пипетка с упором; М1…M4 —метки

и возвращают в нормальное положение. На конец трубки 1 надевают резиновую трубку. Затем вискозиметр помещают в баню и выдерживают в ней 30 мин, при этом расширение 3 должно находиться ниже уровня жидкости в бане. Далее нефтепродукт засасывают в расширение 4, примерно на 5 мм выше метки M1 и измеряют время перемещения мениска от метки М1 до М2.

Вискозиметр Пинкевича (ВПЖТ-4) и ВПЖТ-2. На отводную трубку 3 (рис. 6,б,в) иадевают резиновую трубку. Затем, зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, погружают колено 1 в нефтепродукт и засасывают его до метки М2 при помощи резиновой груши. Когда уровень нефтепродукта достигнет метки M2, вискозиметр вынимают и переворачивают. Снимают с конца колена 1 избыток нефтепродукта. Затем на этот конец надевают резиновую трубку и устанавливают вискозиметр в термостат так, чтобы расширение находилось ниже уровня термостатирующей жидкости. Вискозиметр выдерживают при заданной температуре не менее 15 мин, затем засасывают нефтепродукт в колено 1 примерно на 1/3 высоты расширения 4. Сообщив колено 1 с атмосферой, измеряют время перемещения мениска нефтепродукта от метки M1 до М2.

Вискозиметр ВПЖТ-1 (БС/ИП/СЛ). Испытуемый нефтепродукт наливают в вискозиметр через трубку 1 (рис. 6,г). Уровень его должен располагаться между метками М3 и М4. На трубки 2 и 3 надевают резиновые трубки. Первая из них снабжена краном, вторая — краном и резиновой грушей. Вискозиметр устанавливают вертикально в термостат так, чтобы уровень жидкости был на несколько сантиметров выше расширения 4. При заданной температуре вискози-

25

метр выдерживают не менее 15 мин, затем засасывают грушей при закрытой трубке 2 нефтепродукт выше метки М1, примерно до середины расширения 4, и закрывают кран, который соединен с трубкой 3. Затем открывают этот кран, освобождают зажим на трубке 2 и измеряют время перемещения уровня нефтепродукта в трубке 3 от метки М1 до М2. Необходимо, чтобы к моменту подхода уровня жидкости к метке М1 в расширении 5 образовался «висячий уровень», а в капилляре не было пузырьков воздуха.

Вискозиметр Уббелоде. Вискозиметр поворачивают на 30° от вертикального положения, при этом сосуд 7 (рис. 6, д) должен оказаться над капилляром. Через трубку 1 вносят пробу, ее уровень должен достигать метки М4. Далее вискозиметр возвращают в нормальное положение, уровень жидкости не должен быть выше метки М3. Вискозиметр помещают в баню и выдерживают 20 мин. На трубку 3 надевают резиновую трубку, трубку 2 закрывают пальцем и засасывают нефтепродукт до половины расширения 4. Далее трубку 2 открывают, нефтепродукт протекает из этой трубки в сосуд 6, при этом должен образоваться «висячий уровень». Освобождают трубку 3 и измеряют время перемещения мениска жидкости от метки М1 до М2.

Вискозиметр ВНЖТ (Канон-Фенске-Опакв). На отводную трубку 3 (рис.

6,е) надевают резиновую трубку. Зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, засасывают нефтепродукт до метки М4. Затем вискозиметр переворачивают и надевают на конец колена 1 резиновую трубку длиной 8...15 см с зажимом. Открывают кран, заполняют нефтепродуктом приблизительно половину резервуара 6 и снова закрывают кран. Вискозиметр помещают в термостатирующую жидкость и выдерживают 20 мин. Затем открывают колено 1 и одновременно измеряют время течения жидкости от метки M1 до М2 и от метки М2 до М3. По времени заполнения резервуара 5 находят вязкость нефтепродукта, время заполнения резервуара 4 — контрольное.

Вискозиметр БС/ИП/РФ. Его устанавливают в баню так, чтобы метка М4 (рис. 6, ж) была на 3 см выше уровня жидкости в бане, а капилляр занимал вертикальное положение. Пипеткой в трубку 1 вносят пробу нефтепродукта. Закрывают трубку 2 и останавливают течение нефтепродукта тогда, когда его уровень на 5 мм ниже метки М3. Затем пробу доливают до метки М4 и вискозиметр выдерживают в бане 20...30 мин. Освобождают трубку 2, доводят уровень нефтепродукта до метки М3 и снова закрывают трубку 2. Пипеткой 3 с предохранительным упором устанавливают нефтепродукт точно по метке М4. Затем освобождают трубку 2 и измеряют время прохождения мениска от метки

М2 до M1.

При определении кинематической вязкости нефтепродуктов с помощью вискозиметров типа Оствальда и вискозиметров с висячим уровнем время истечения определяют не менее трех раз, а при использовании вискозиметров с обратным потоком — не менее двух.

Обработка результатов. Кинематическую вязкость (мм2/с) испытуемого нефтепродукта определяют по формуле