Плотность. 
Химия природных энергоносителей и углеродных материалов

Плотностью [1−4] называется масса единицы объема вещества (нефтепродукта, нефти). Размерность в системе СИ — кг/м3.

На практике чаще всего используют относительную плотность, представляющую собой отношение плотностей жидкого нефтепродукта и дистиллированной воды (эталонное вещество) при определенных температурах.

В России (СССР) приняты следующие стандартные температуры: нефтепродукт — 20 °C, дистиллированная вода — 4 °C (), — в США и Англии стандартные температуры для нефтепродукта и воды одинаковы и составляют 15,56 єС () или 60 градусов Фаренгейта.

Часто в литературе наравне с буквой с можно встретить обозначение плотности буквой d (от англ. density — плотность).

Умножением значения относительной плотности на плотность воды при выбранной стандартной температуре можно получить плотность, выраженную в кг/м3.

Относительную плотность определяют по формуле.

.

Температурную поправку рассчитывают по формуле.

.

Зависимость плотности нефти и нефтепродукта от температуры основана на линейном законе (с повышением температуры их плотность снижается):

.

где — относительная плотность при температуре анализа;

— относительная плотность при 20 °C;

— средняя температурная поправка плотности на 1 °C;

— температура, при которой проводится анализ, °С.

Зависимость (1.12) строго справедлива в интервале температур от 0 до 50 °C для нефтей и нефтепродуктов, содержащих относительно небольшие количества твердого парафина и ароматических углеводородов.

Значения температурной поправки даны в Прил. 1.

Плотность нефтепродуктов в пределах t=20−250 °С можно рассчитывать по формуле [1].

Для нефтей и дистиллятных фракций допускается расчет плотности по следующим формулам:

(для нефти),.

(для нефтяных фракций),.

где — показатель преломления при 20 °C.

Зависимость (1.15) рекомендуется применять, если фракции парафино-нафтенового характера и имеют значения не больше 1,50, а — не больше 0,88.

Для фракций, обогащенных ароматическими соединениями, справедлива зависимость:

.

По зависимости (1.16) отклонение от экспериментальных значений составляет не более 4%.

БашНИИНП предложена формула для расчета плотности узких нефтяных фракций.

.

Из перечисленных формул для расчета плотности наибольшую точность даёт формула (1.17) БашНИИНП (отклонения от экспериментальных значений 0,5%). Эта формула включена в унифицированную программу исследования нефти.

Плотность жидких нефтепродуктов при высоких температурах можно определить и по номограммам (см. Прил. 2−4). Указанные номограммы дают хорошие результаты вплоть до давлений в 1,5 МПа.

Пример. Определить относительную плотность жидкой нефтяной фракции при 100 °C, если её.

Решение. Для этого воспользуемся графиком Прил. 2, который позволяет по известной плотности найти любую другую. На оси абсцисс отложим значение плотности 0,811. Из полученной точки, А восстановим перпендикуляр до пересечения с горизонталью, соответствующей температуре 20 °C, при которой определена заданная плотность (точка В). Из точки В параллельно ближайшей наклонной кривой проводим линию до пересечения с горизонталью, соответствующей искомой температуре (точка С). Опустив из точки С перпендикуляр на ось абсцисс (точка Д), находим требуемую плотность .

Плотность является аддитивным свойством, поэтому при смешении различных нефтепродуктов плотность смеси, в зависимости от способа выражения её состава, определяют по следующим уравнениям:

— по известным массам компонентов;

— по известным массовым долям;

— по известным объемным долям.

Если состав выражен в молярных долях, их следует вначале пересчитать в массовые и затем найти плотность смеси.

За рубежом плотность нефти также измеряется в градусах API (American Petroleum Institute — Американский институт нефти). Плотность A в градусах API и относительная плотность при температуре 15,56 °C связаны уравнением:

Если плотность в градусах API больше 10, то нефть легче и плавает на поверхности воды, а если меньше 10, то тонет.

Экспериментально плотность нефти определяют стандартными методами: ареометром (нефтеденсиметром), гидростатическими весами Вестфаля-Мора и пикнометром. Наиболее точным является пикнометрический метод. Для экспрессного определения плотности используется ареометр.

Задачи

1. Определить относительную плотность нефтепродукта при 250 °C, если его; К=11,5.

2. Нефть находится в резервуаре при температуре 12 єС. Определить её относительную плотность в данных условиях, если .

3. Определить относительную плотность смеси, состоящей из 250 кг бензина плотностью и 375 кг керосина плотностью .

4. При перекачке нефти по нефтепроводу её температура изменяется от 8 до 15 єС. Найти относительную плотность в начальной и конечной точках транспортировки, если её .

• 5. Определить плотность смеси следующего состава (в об. %): 25 бензина (), 15 лигроина () и 60 керосина ().
• 6. Нефть закачали в резервуар при температуре 15 єС; плотность (определена денсиметром) составила 0,845. Через сутки температура нефти поднялась до 25 єС. Определить её плотность при этой температуре.

7. Дизельная фракция 180−230 єС на выходе из холодильника атмосферно-вакуумной трубчатки имеет температуру 30 єС. Найти её относительную плотность при этой температуре, если .

8. Смесь состоит из 60 кг н-пентана, 50 кг н-гексана и 25 кг н-гептана. Определить среднюю плотность смеси, если для н-пентана, н-гексана, н-гептана .

9. Самотлорская нефть имеет плотность 852,5 кг/м3 при 20 єС. Определить её относительную плотность .

10. Плотность керосинового дистиллята (фракция 120−230 єС) при температуре 27 єС равна 805 кг/м3. Найти .

• 11. Бензиновая фракция () нагревается в теплообменнике от 30 до 52 єС. Определить изменение относительной плотности этой фракции.
• 12. Средняя молекулярная температура кипения легкой нефтяной фракции равна 97 єС, характеристический фактор — 12,3. Определить её относительную плотность

13. Температура 50%-го отгона нефтепродукта равна 145 єС. Найти его, если К=11,3.

14. Мазут выходит из колонн К-2 атмосферной трубчатки (АТ) с температурой 330 єС. Определить его плотность при этой температуре, если известны и К=10,1.

• 15. Для проведения испытаний приготовили пробу бензина, состоящую из 5 кг прямогонной бензиновой фракции () и 15 кг бензина каталитического крекинга (). Определить относительную плотность () полученной смеси.
• 16. Ароматический концентрат представляет собой смесь, состоящую из 120 кг бензола, 75 кг толуола и 25 кг этилбензола. Найти массовый и мольный состав смеси.

Температура выкипания фракции, єС.	Молекулярная масса.	Массовое содержание, %.
105−120.
120−140.

• 17. Природный газ Северного месторождения состоит из следующих компонентов (% об.): СН4 — 96,8; С2Н6 — 0,9; С3Н8 — 0,4; С4Н10 — 0,3; N2 — 1,0; СО2 — 0,6. Найти массовый состав смеси.
• 18. Дана смесь двух узких бензиновых фракций самотлорской нефти

Найти среднюю молекулярную температуру кипения смеси.

19. Имеется смесь двух нефтяных фракций:

Температура выкипания фракции, єС.	Молярная масса, кг/кмоль.	Плотность, кг/м3.	Мольная доля.
180−210.			0,34.
210−230.			0,68.

Найти объемный состав и среднюю молекулярную температуру кипения смеси.