Министерство образования и науки Украины Украинский государственный химико-технологический университет Методические указания

к лабораторным работам по курсу "Физика и химия горючих ископаемых" для студентов III и IV курсов дневного и заочного обучения по специальности 7.091604 "Химическая технология топлива и углеродных материалов". ЧАСТЬ 1.

Днепропетровск УГХТУ 2008г.

Методические указания к лабораторным работам по курсу "Физика и химия горючих ископаемых" для студентов III и IV курсов дневного и заочного обучения по специальности 7.091604 "Химическая технология топлива и углеродных материалов.". Часть 1. Составили: А.А. Ковбык,. В.Н.Орлова - Днепропетровск, УГХТУ, 2008г. - _______ с.

Составили: А.А. Ковбык, доцент, канд. хим. наук

В.Н.Орлова, ассистент, канд. техн. наук

Рецензент: Л.С. Раскина, доцент, канд. техн. наук

Ответственный за выпуск: Е.Б.Шевченко, доцент, канд. техн. наук

Учебное издание

Методические указания

к лабораторным работам

по курсу "Физика и химия горючих ископаемых"

для студентов III и IV курсов дневного и заочного

обучения по специальности 6.051304 "Химическая технология топлива и углеродных материалов". Часть 1.

Составили: Ковбык Анатолий Анатольевич

Орлова Виктория Николаевна

Редактор Л.М. Тонкошкур

Корректор л.Я.Гоцуцова

Подписано к печати.................. Формат 60 х 80 1/16. Бумага печ. № 3. Печать офисная. Условно-печ. стр. ................. Уч.-изд. стр. ...................Тираж....................єкз. Зак. № ______

_______________________________________________________________________________ДВНЗ «УГХТУ», 49005, Днепропетровск, 5 пр.Гагарина,8

Издательско-полиграфический комплекс Ин.Ком. центра

Введение

Нефть, природный газ и уголь - основные горючие ископаемые в мировом энергетическом балансе, которые играют решающую роль в развитии экономики любого государства. Значение нефти, газа и твердых горючих ископаемых для энергетики, транспорта, химической и других отраслях промышленности тяжело переоценить.

Горючие ископаемые и продукты их переработки представляют собой сложнейшие смеси углеводородов. В состав этих систем могут входить неуглеводородные компоненты и их соединения: сера, азот, кислород, тяжелые металлы. Кроме того, сырая нефть и уголь содержат минеральные включения - воду, соли, механические примеси.

В соответствии с современными взглядами, основанными на коллоидно-химических представлениях, нефть, нефтепродукты и продукты переработки ТГИ являются сложными углеводородными смесями, которые различаются составом и соотношением концентраций содержащихся в них высокомолекулярных соединений (ВМС) (асфальтены, смолы, высокомолекулярные алканы и полициклические арены) и низкомолекулярных соединений (НМС) (низкомолекулярные алканы, циклоалканы и арены). При смешении ВМС и НМС образуются различные растворы нефтяных систем.

Если ВМС находятся в системе в виде индивидуальных макромолекул, полностью растворенных в НМС, нефть и нефтепродукты представляют собой истинные молекулярные растворы, подчиняющиеся законам для ньютоновских жидкостей (Ньютона, Рауля, Дальтона, Пуазейля).

В определенных условиях межмолекулярные взаимодействия склонных к структурированию ВМС приводят к образованию в нефтяной системе надмолекулярных структур различной степени сложности, стоящих из некоторого числа макромолекул. Такие надмолекулярные структуры, имеющие коллоидные размеры, отличаются от молекул ВМС большей молекулярной массой, высокой плотностью, меньшей летучестью, наличием межфазной поверхности.

Компоненты нефтяных фракций, являющиеся растворителями различной природы (полярные, неполярные), сложным образом взаимодействуют с надмолекулярными структурами, вследствие чего последние образуют в системе ядра, вокруг которых формируются межфазные (сольватные) слои различной толщины. Ядро и окружающий его сольватный слой, способны к самостоятельному существованию, называют сложной структурной единицей (ССЕ). Наличие сложных структурных единиц придает системе свойства дисперсных коллоидных систем, в связи с чем нефть и нефтепродукты в таких состояниях рассматривают как нефтяные дисперсные системы (НДС).

На современных углеперерабатывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях вырабатывается широкий ассортимент продуктов, которые используются либо непосредственно в качестве товарных компонентов, либо направляются на дальнейшую переработку. Для квалифицированной промышленной организации производства особую важность приобретает знание состава и свойств сырьевых композиций, физико-химических и эксплуатационных характеристик конечных продуктов. Определение физико-химических характеристик этих продуктов является неотъемлемой частью контроля за ходом технологического процесса или работы отдельного аппарата.

Показатели, характеризующие качество нефти и нефтепродуктов, условно подразделяют на общие и специальные.

К числу общих показателей относятся плотность, вязкость, низкотемпературные характеристики и др. Они определяются по единым методикам практически для всех типов нефти и нефтепродуктов.

Специальные показатели вводятся, наряду с общими, для более полной оценки свойств нефти и нефтепродуктов. Они определяются индивидуально, в зависимости от испытуемого продукта и являются контролируемыми показателями качества последнего. Условия определения специальных показателей в некоторой степени соответствуют условиям применения и эксплуатации испытуемого продукта. Специальными показателями являются, например, содержание воды в нефти, характеристики горения реактивных топлив, октановое и цетановое число, соответственно, бензинов и дизельных топлив и др.

Анализ и испытание нефти и нефтепродуктов осуществляется физическими, химическими и физико-химическими методами.

Физические методы позволяют анализировать нефть и нефтепродукты без изменения их молекулярной структуры в процессе испытания. Этими методами определяются такие физико-химические характеристики, как плотность, вязкость, температура плавления, температура застывания и др.

Химические методы основаны на способности компонентов испытуемого продукта вступать в специфическое химическое взаимодействие с определенными реагентами. К этой группе методов можно отнести, например, определение смолисто-асфальтеновых веществ в нефти и нефтепродуктах с помощью серной кислоты, анализ газа на содержание непредельных углеводородов и т.п.

Сущность физико-химических методов анализа заключается в установлении взаимосвязи между групповым химическим составом и физико-химическими характеристиками испытуемого продукта. Физико-химическими методами анализа являются колориметрия, рефрактометрия, поляриметрия, потенциометрия и др.

Определение физико-химических характеристик нефти и нефтепродуктов указанными методами проводится по общепринятым методикам, большинство из которых являются Государственным общесоюзным стандартом (ГОСТ).

Численные значения показателей качества нефти и товарных нефтепродуктов также лимитируются нормами стандарта. Качественные характеристики конечных и некоторых промежуточных продуктов на промышленных предприятиях определяются требованиями отраслевых стандартов (ОСТ), кроме того, качество продукции предприятия регламентируется техническими условиями (ТУ) на каждый выпускаемый продукт.

Анализ и испытание нефти и нефтепродуктов осуществляется на стандартных лабораторных приборах и установках, многие из которых автоматизированы и снабжены при необходимости специальными блоками самописцев с интеграторами и ЭВМ для графического изображения и количественной обработки результатов испытания.

При подготовке к лабораторной работе необходимо внимательно прочитать и проанализировать ее содержание и основные определения, ознакомится с методикой проведения испытаний, перенести в рабочую тетрадь необходимые рисунки, схемы аппаратов и формы записи текущих наблюдений.

Перед работой студенты должны получить допуск, путем сдачи коллоквиума по данной теме.

Лабораторный журнал является основным документом, по содержанию которого студент отчитывается о выполнении лабораторной работы или исследования. Журнал должен быть подписан, с указанием кафедры, предмета.

В процессе подготовки и выполнения лабораторной работы все записи и вычисления ведут непосредственно в лабораторном журнале, по возможности, подробно и четко. Запрещается ведение записей на отдельных листках бумаги.

По каждой работе в журнал вносятся следующие данные:

• Дата и название лабораторной работы.

• Краткие сведение о работе (химические реакции, исходные и конечные вещества, побочные продукты, катализатор, условие процесса и др.).

• Схема установки (прибора) с натуры, соблюдая пропорции между частями (узлами) установки. Все элементы установки нумеруют, и название их записывают на эскизе.

• Ход выполнения лабораторной работы, приводятся все предварительные расчеты, результаты взвешивания и измерения. Если в процессе опыта из реакционной массы отбирают пробы для анализа, то указывается количество и время отбора пробы.

• В случае необходимости составляется материальный баланс опыта.

• Графики, таблицы и выводы по данной работе.

Значения показателей качества нефти и нефтепродуктов, полученные в результате испытания, сравниваются с соответствующими литературными данными и техническими нормами на нефти и нефтепродукты.

При проведении работы в лаборатории необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.