Вязкость и вязкостно-температурные свойства

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризу­ющей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, не­фтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости су­дят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепро­дуктов.

Вязкость определяет подвижность нефтепродуктов в услови­ях эксплуатации двигателей, машин и механизмов, существенно влияет на расход энергии при транспортировании, фильтрации, перемешивании. Различают динамическую кинематическую и условную (ВУ) вязкости.

Условной вязкостью называется отношение времени истече­ния из вискозиметра 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистилли­рованной воды при 20 °С. Условная вязкость — величина отно­сительная, безразмерная и выражается в условных градусах.

Динамической (абсолютной) вязкостью, или внутренним трением, называют свойства реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Очевидно, это свойство проявляет­ся при движении жидкости. Динамическая вязкость в системе СИ из­меряется в Н • с/м². Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м², на­ходящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под дей­ствием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с. Единица измерения динамической вязкости — пуаз (П) или в СИ — Па*с, где с – время в секундах, Па – Паскаль (Па=н/м², где н — Ньютон, — сечение капилляра прибора). Соотношение между ними:

Динамическая вязкость зависит от физических свойств жид­кости. В нефтепереработке наиболее широко пользуются кине­матической вязкостью, численно равной отношению динамиче­ской вязкости нефтепродукта к его плотности Единица измерения кинематиче­

ской вязкости — стокс (Ст) или в СИ — Соотношение ме­жду ними: Между величинами условной (ВУ) и кинематической вязкости (v) выведена следующая эмпирическая зависимость:

где — температура испытания нефтепродукта, °С; — кинема­тическая вязкость при температуре испытания нефтепродукта,

Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры является очень важной характеристикой как в технологии переработки нефти (перекачка, теплообмен, отстой и т. д.), так и при применении товар­ных нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.). С понижением температуры вязкость их возрастает.

Для нефтей и нефтепродуктов, представляющих собой слож­ные смеси, вязкость является функцией их химического состава, молекулярной массы и определяется силами межмолекулярного взаимодействия. Чем выше температура кипения нефтяной фракции, тем больше ее вязкость. Для бензинов кинематическая вязкость при температуре 20 °С составляет 0, 6 сСт, для тяжелых масел 300—400 сСт. Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений колеблется от 2 до 300 сСт и для большинства нефтей обычно не превышает 40—60 сСт.

Обобщив данные различных исследований по определению вязкости высокомолекулярных углеводородов, можно сделать следующие выводы:

• при одинаковом строении молекулы наличие нафтеновых колец часто повышает вязкость (и иногда очень существен­но) по сравнению с ароматическими кольцами ( — динамическя вязкость при температуре испытания нефтепро­дукта 50 °С, сП [ ):

Это относится также и к углеводородам только с шести­членными циклами ( — кинематическая вязкость при температуре испытания нефтепродукта 37, 8 °С):

• чем больше циклов в молекуле, тем выше вязкость;

• чем больше в молекулах сложных углеводородов боковых парафиновых цепей при одинаковом числе колец, тем выше вязкость;

• разветвление боковых цепей, в свою очередь, увеличивает вязкость.

Вязкость сильно зависит от температуры, поэтому всегда указывается температура. В технических требованиях на нефте­продукты обычно нормируется вязкость в основном при темпе­ратуре 50 и 100 °С.

Для оценки вязкостно-температурных свойств нефтяных ма­сел предложен индекс вязкости: отношение вязкостей при темпе-

ратурах 50 и 100 °С

и др. Индекс вязкости (ИВ) — услов­ный показатель, представляющий собой сравнительную характе­ристику испытуемого масла и эталонных масел. Значение ИВ рассчитывается по специальным таблицам на основании значе­ний масел. Чем меньше меняется вязкость масла с из­менением температуры, тем выше его ИВ. Установлено, что ИВ зависит от химического состава масла и структуры углеводоро­дов. Наибольшим значением ИВ обладают парафиновые углево­дороды, наименьшим — полициклические ароматические с ко­роткими боковыми цепями.

Вязкость — не аддитивное свойство и для смеси нефтяных дистиллятов или масел определяется экспериментально или по специальным номограммам.

Лекция №5