S – O – N – V – P – K – Ni – J – Si – Ca – Fe – Mg – Na – Al – Mn – Pb – Ag – Cu – Ti – U – Sn – As. В золі деяких нафтах не виявлено Ni, але є велика кількість V. Вміст V в золі різних нафтах від 0,5 до 4%, фосфору – до 5%, нікелю – від 0 до 2%. Загальна кількість золи коливається в різних нафтах до 0,8%.
Властивості і основні константи нафти і нафтопродуктів
Густина і питома вага різі речовини можуть мати при однакових об’ємах різні маси. На нафтопереробних заводах для порівняння речовин за їх масами застосовують умовну величину – відносносну густину . Це безрозмірна величини, що показує відношення густини нафтопродуктів при температурі t2 до густини дистильованої води при температурі t1. прийнято визначати густину нафтопродукту при 20 єС, а води при 4 єС. Таким чином, густина визначається . Так як густина води при 4єС рівна одиниці, кількісні значення відносної і абсолютної густини співпадають.
Для визначення густини речовини треба масу тіла m розділити на його об’єм V:
Якщо за одиницю маси прийняти 1г, а за одиницю об’єму 1см3, то одиниця густини виражається в .
На відміну від густини відносна питома вага – це відношення маси нафтопродукту при температурі визначення до маси дистильованої води при 4єС в тому ж об’ємі. При одній і тій самій температурі визначення густини і питома вага г чисельно рівні, так як вага речовини пропорційна його масі.
Густина нафти коливається від 0,730 до 1,08. густина нафти залежить від вмісту в них низькокиплячих – легких (з низькою питомою вагою) і висококиплячих – тяжких складових частин (фракцій), а також від їх хімічного вмісту. Якщо порівняти однаково висококиплячі вуглеводні різних рядів то виявиться, що парафінові вуглеводні мають найменшу густину, ароматичні найбільшу, нафтенові середню. Тому густина є одною із основних характеристик нафти.
Зі збільшенням температури густина нафти і нафтопродуктів зменшується, а об’єм зростає. Зміну густини при зміні температури можна визначити, користуючись формулою, запропоновану Д.І. Менделєєвим:
,
де - відносна густина нафтопродукті при температурі t, єС;
а – температурна поправка до густини.
Значення величини а наведені нижче.
Межі густини | Температурна поправка
0,700-0,710 | 0,000897
0,750-0,760 | 0,000831
0,800-0,810 | 0,000765
0,850-0,860 | 0,000699
0,900-0,910 | 0,000633
0,920-0,930 | 0,000607
0,950-0,960 | 0,000567
Користуючись цими поправками, можна любу густину, визначену при деякій температурі, привести до відносної густини при 20єС.
Густину нафтопродуктів визначають за допомогою ареометра, гідростатичних ваг або пікнометра.
Ареометр – це складний циліндричний сосуд з кулькою внизу, заповненою ртуттю. Нижня частина ареометра являє собою термометр, а верхня градуйована – служить для вимірювання густини. При зануренні ареометра в рідину він, знаходячись у вертикальному положенні, одночасно показує густину і температуру рідини, що аналізується. Відрахування густини роблять за верхнім меніском. Для більшої точності ареометри виготовляють з більш вузькими межами густини.
Більш точно густину визначають за допомогою гідростатичних ваг. Вони являють собою коромисло, довша частина коромисла розділена на десять рівних частин, в кінці її на гачку підвішений скляний циліндричний поплавок з термометром, що міститься в циліндрі. На другій частині коромисла знаходиться вантаж, який врівноважує поплавки.
Для того, щоб ваги знаходились в горизонтальному положенні користуються гвинтом. Дія ваг основана на законі Архімеда після засування поплавка в рідину терези виходять із рівноваги і плече з вантажем опускається. Для того, щоб привести терези в рівновагу на плече з поплавком навішують дужки – різноваги, яких звичайно буває чотири. Маса самої більшої різноваги рівна масі витісненої поплавком дистильованої води при 4єС, що приймається за одиницю.
Молекулярна маса
Молекулярна маса – одна з основних фізико-хімічних характеристик нафти і отриманих з неї продуктів. Він залежить від хімічного і фракційного вмісту продукту, і його величина є середньо ваговою молекулярною масою речовин, що містяться в продукті. Для наближеного визначення молекулярної маси парафінових вуглеводів користуються формулою:
,
де t – середня температура кипіння нафтової фракції, єС.
Зв’язок, між молекулярною вагою і відносною густиною нафтових фракцій визначається наступною формулою
.
Користуючись цією формулою, можна теж з невеликою похибкою визначити молекулярну вагу всіх класів вуглеводнів.
Для того, щоб точно визначити молекулярну масу використовують спеціальні аналітичні методи, основним з них є кріоскопічний. Він заснований на зниженні температури замерзання розчинника при додаванні до нього досліджуваного нафтопродукту.
В якості розчинника застосовують бензол, нафталін.
Середня молекулярна маса рівна:
Для нафти – 210-250
Бензинів 95-130
Керосинів 185-220
Дизельного палива 210-240
Мазути 350-400
Масел 300-500
Як бачимо з цих даних, з підвищенням температури кипіння фракцій підвищується їх молекулярна маса. Крім того, на молекулярну вагу нафти і нафтопродуктів впливає їх хімічний вміст. Молекулярна маса суміші нафтових, фракцій можна знайти за формулою:
,
де m1,m2,m3...mn – маси нафтових фракцій;
М1, М2, М3...Мn – відповідно їх молекулярні маси.
Молекулярна маса широко використовується для обчислення парціального тиску, хімічної природи, вузьких нафтових фракцій, об’єму рідних потоків і нафтових парів, а також других показників. Наприклад, мольний об’єм рідин можна знайти за формулою:
Об’єм парів визначають за формулою Клапейрона:
,
де m – маса нафтопродуктів, кг;
М – середня молекулярна вага;
С – відносна вага нафтопродукту, кг/м3;
П – тиск в системі, кгс/см2;
t – температура, єС.
За системою Сі тиск П заміняється у формулі часткою від ділення тиску, що виражений у Па на 98066,5. При миску вище 4 кгс/см2 (405300 Па) вводиться поправка на зжимання нафтових парів.
Випаровування і кипіння. Фракційний вміст.
Для простих рідин температурою кипіння є