Nafta ja naftasaadused (0)

Nafta ja naftasaadused
Nafta ja naftasaadused on erineva süsivesinikkoostisega vedelikud. Vedelikke iseloomustab voolavus, mida saab kirjeldada viskoossuse kaudu. Suure viskoossega saadus voolab raskelt ja aeglaselt (näit toornafta). Kui naftaprodukt voolab kiiresti, siis on tema viskoossus väike (näit bensiin , reaktiivpetrool).
Madalamolekulaarsetes vedelikes , mis asuvad süsivesinike ühes homoloogilises reas, kasvab viskoossus lineaarselt molekulmassi kasvuga. Ta kasvab aga ka molekulisse tsükli ja polaarsete gruppide lisandumisega.
Viskoossuseks ehk sisehõõrdumiseks nimetatakse vedelike omadust avaldada vastupanu tema osakeste vastastikusele liikumisele välise jõu toimel.
Vedelike kihtide takistamist liikumisele põhjustavad molekulaartõmbejõud.
Andmed viskoossuse kohta on vajalikud vedeliku hoiustamise sobiva temperatuuri valikul , ümberpumpamisel või vedeliku sissepritsel mootorisse.
Viskoossust määratakse vedelatel naftaproduktidel, nn njuutonilistele vedelikele , mille viskoossus ei sõltu libisemiskiirusest.
Mittenjuutoniliste (setetega) vedelike puhul see nii ei ole. See fenomen põhjustab erineva läbimõõduga viskosimeetrite mõju määratud viskossuse tulemustele.
Viskoosssuse väljendamine
Viskoossuse suurust võib väljendada absoluutsena dünaamilise ja kinemaatilise viskoossuse ühikutes või suhtelistes ühikutes.
Dünaamiline viskoossus on õli sisemine takistus voolamisele.
Dünaamilise viskoossuse ühikuks SI süstemis on võetud sellise vedeliku viskoossus, mis osutab vastupanu 1 N kahe vastatstikuse nihkuvate kihtide pinnaga 1 m2, mis asuvad üksteisest 1 m kaugusel ja liiguvad kiirusega 1 m/s. Vastastikku liikuvate kihtide skeem on esitatud joonisel 1.2.
 
 
a) S=1m2, h=1m
b) F=1N, v=1 m/s
Joonis 1.2. Vedeliku kihtide nihkumise skeem: a) paigalseisus; b) liikumise alguses.
SGS- süsteemis dünaamilise viskoossuse ühikuna võetakse see takistav jõud (düünides), mis avaldub kahe 1 cm2 suuruse ja teineteisest 1 cm kaugusel asuvate vedelike pindade suhtelisel liikumisel kiirusega 1 cm/s. Kui seejuures on takistava jõu suurus 1 düün, siis vedeliku viskoossus on 1 puaas (dünaamilise viskoossuse ühik). Vedeliku laminaarse voolamise puhul takistava jõu suurus düünides ( eelpool märgitud tingimustel) on arvuliselt võrdne selle vedeliku viskoossusega puaasides (1 puaas on 100 sentipuaasi).
Dünaamilise viskoossuse mõõtühik SI-süsteemis on paskal -sekund (Pa∙s), tihti kasutatakse millipaskalsekundit (mPa∙s). CGS- süsteemis on ühikuks puaas (P), tavaliselt tema sajandikosa sentipuaas (cP).
Viskoossuse mõõtühikud erinevates mõõtühikute süsteemides
Viskoossus
Mõõdusüsteem
Mõõtühikud
Ühiku dimensioon
Dünaamiline
CGS
puaas ja sentipuaas või
dyn .s /cm2 ehk g/cm .s
 
 
njuuton -sekund
ruutmeetri kohta
N .s/m2
 
SI
paskal-sekund
Pa.s
 
 
sentipaskal-sekund
cPa.s
 
 
millipaskal-sekund
mPa.s
Kinemaatiline
CGS
stooks ja sentistooks
cm2 /s; mm2/s
 
SI
ruutmeeter / sekund
m2 /s
Viskoossusühikute vahekord on järgmine:
1 puaas = 0,0102 kG . s/m2 = 0,1 N . s/m2
1 kG . s/m2 = 9,806 N . s/m2
1 stooks = 10-4 m2/s
1 centistooks = 10-6 m2/s
 
Dünaamilist viskoossust kasutatakse suure viskoossusega naftaproduktide iseloomustamiseks. Teda määratakse otseselt rotatsioonviskosimeetriga. Dünaamilise viskoossuse määramist kasutatakse mootoriõlide puhul, millel on suur viskoossus ja õlide viskoossuse määramisel madalatel temperatuuridel . Praktikas kasutusel - minirotatsioon viskosimeeter (MVR, joonis 1.3), mille abil mõõdetakse mootoriõlide pumbatavuse piirtemperatuure (ASTM D3829 ja D4684). Pumbatavuse all mõeldakse madalaimat temperatuuri, mille puhul uuritavat mootoriõli saab panna piisaval hulgal voolama õlipumba abil. Sõltuvalt mootoriõli liigist on neil väga erinev pumbatavuse piirtemperatuur.
Joonis 1.3. Minirotatsioon - viskosimeeter
Dünaamilist viskoosssust võib praktiliselt määrata spetsiaalses viskosimeetris, kuid küllaldase täpsusega saab teda ka arvutada, kui on teada vedeliku kinemaatiline viskoossus ja tema tihedus samal temperatuuril,
 
kus on dünaamiline viskoossus, Pa.s, - tihedus, kg/m3, - kinemaatiline viskoossus, m2/s.
Kinemaatiline viskoossus on vedeliku sisemine takistus voolamisele raskusjõu toimel. Kindla koguse läbipaistva vedeliku (õli) voolamisaega määratakse kapillaarviskosimeetriga ( Canon -Fenske, Ubbelohde, Sil, Saybolt, Pinkevitch jt).
Viskosimeeter on seadis vedelike viskoosssuse mõõtmiseks. Kinematilist viskoossust ei mõõdeta otseselt, vaid määratakse aeg, mis kulub kindla vedelikukoguse voolamiseks läbi kapillaarviskosimeetri.
 
Joonis 1.4. Pinkevich tüüpi kapillaarviskosimeeter.
Mõõtmiste tulemuste põhjal arvutatakse kinemaatiline viskoossus [mm2/s], [cSt] ühikuteks:
kus t - vedeliku voolamise aeg sekundites läbi viskosimeetri kapillaari ja C - viskosimeetri konstant (passist).
Kuna viskoossus sõltub temperatuurist, siis tema väärtust ei anta ilma temperatuurita, vaid alati tuuakse ära temperatuur, mille juures ta on määratud.
Standardite ja tehniliste tingimustega on erinevate naftaproduktide kinemaatiline viskoossus normeeritud erinevatel temperatuuridel: 20oC, 40oC, 50oC, 80oC, 100oC juures.
Kinemaatilise viskoossuse mõõtühik SI-süsteemis on ruutmeeter sekundi kohta (m2/s). Praktikas kasutatakse sellest miljon korda väiksemat ühikut - mm2 /s). Kasutusel on ka CGS- süsteemi ühik stooks (St) ja sellest sada korda väiksem ühik sentistooks (cSt)- inglise teadlase Stokesi järgi.
1 mm2/s=1cSt, 1cSt=10-6m2/s.
Kaasajal kasutatakse võimaluse korral arvutite abi kütuste ja õlide parameetrite määramisel. Olgu siin toodud üks näide - arvutiga kontrollitav Ubbelohdi viskosimeeter (Schott KPG Ubbelohde Viscometer), mis on kasutatav vedelike viskoossuse määramiseks temperatuuridel kuni 363 K (90 oC) ( praeguseks limiteeritud termostaadi poolt) vahemikus 0,3 kuni 100 mm2/s (cSt). Seadme skeem on toodud joonisel 1.5.
 
Joonis 1.5. Arvutiga kontrollitav Ubbelohde viskosimeeter.
Allikas http://www.ltp-oldenburg.de/ubbelohde_vi.ht m
Kinemaatilist viskoossust väljendatakse ka tingühikutes. Tingviskoossust - suhtelist viskoossust - mõõdetakse spetsiaalsetes viskosimeetrites, mis mõõdavad viskoossust tingviskoossuse ühikutes - Redwoodi sekundites, Engleri kraadides, Saybolt universaal-ja furoolsekundites.
Kasutusel on kolm eri tüüpi viskosimeetreid:
1) Redwoodi viskosimeeter, mida tuntakse standartse Briti viskosimeetrina. Mõõdab Redwoodi sekundeid. Redwoodi sekundid on aeg, mis kulub 50 ml testitava vedeliku (õli) läbivoolamiseks fikseeritud temperatuuril läbi seadme kalibreeritud ava. Seade on kasutuses kahes variandis: Redwoodi viskosimeeter tüüp-I ja Redwood tüüp- II. Kui läbivoolamise aeg ületab 2 000 s, siis kasutatakse tüüpi-II.
2) Engleri viskosimeeter, mis mõõdab Engleri kraade sarnaselt Redwoodi sekunditega, on kasutuses Euroopas. Engleri viskosimeetrist voolutatakse läbi fikseeritud temperatuuril 200 ml õli läbi kalibreeritud ava.
3) Saybolti viskosimeetrid, mis on Ameerikas kasutuses: I- tüüp Saybolt furoolviskosimeeter, mille abil ajamõõtja järgi määratakse Saybolti furoolsekundeid (SSF), mis kulub 60 ml proovi läbivoolutamiseks ; II- tüüp- Saybolt universaalviskosimeeter, mille abil määratakse ajamõõtja järgi Saybolti universaalsekundeid (SSU), mis kulub 60 ml proovi läbivoolutamiseks. Furoolviskosimeeter on loodud mootorikütuste ja õlide jaoks. Universaalviskosimeeter teiste (enamviskoossete) tööstuslike määrete ja õlide jaoks. Saybolt universaalsekundid (SUS)- vedeliku kinemaatiline viskoossus, mis on määratud 60 cm3 vedeliku läbivoolu ajaga sekundites läbi standartse ava. Antud õli jaoks Saybolt universaalsekundite väärtus võib olla 10 korda kõrgem kui Saybolt furoolsekundite väärtus samal temperatuuril.
 
Joonis 1.6. Shelli Engleri viskosimeeter naftaproduktide jaoks (valmistaja China Hangyu Industry Company Limited - http://oilpurification.en.ecplaza.net/13.asp ).
Engleri viskosimeeter on kalibreeritud avaga, produkti soojendamist võimaldava küttekehaga seadis 200 ml proovi voolutamiseks. Tingviskoossus on aegade suhe, mis kulub teatud temperatuuril viskosimeetrist 200 ml uuritava vedeliku ja samasuguse koguse vee läbivooluks. Vee läbivoolutamise aeg mõõdetakse temperatuuril 20oC.
Selle suhte arv kirjeldab antud vedeliku tingviskoossust Engleri kraadides temperatuuril t ja näitab mitu korda on uuritava vedeliku viskoossus suurem vee viskoossusest.
 
Dünaamilise ja kinemaaatilise viskoossuse ühikute teisendamine - Sentistooksi (cSt), SentiPuaasi (cP), Saybolt universaalsekundite (SSU) ja furoolsekundite(SSF), Engleri kraadide teisendamine. Nende seos absoluutse viskoossusega.
Kinemaatilise viskoossuse () ja tingviskoossuse Engleri kraadides vaheline seos:
, (cSt)
 
Eriti paksude õlide puhul, kus tingviskoossus on üle 10 Engleri kraadi, kasutatakse valemit:
, (cSt)
Kinemaatilise viskoossuse ühikute teisendamise kokkuvõtlik tabel:
CentiPuaasid (cP)
CentiStooks (cSt) x Tihedus
SSU1
Centistooks (cSt) x 4.55
Engleri kraadid1 x 7.45
Centistooksid (cSt)
Redwoodi sekundid1 - 4.05
Centistooksid (cSt)
1- kui sentistooksid (mm2/s) on suuremad kui 50
Et leida Saybolti universaalne viskoossus temperatuuril t määratud kinemaatilise viskoossuse jaoks, korrutatakse Saybolt universaalne viskoossus 100oF juures koefitsendiga
l =(t-100)0.000064.
Kui kinemaatiline viskoossus on kõrgem kui 1300 centiStoksi 122oF juures, siis Saybolti universaalne viskoossus tingühikutes väljendatuna on:
Saybolt universaalsekundid = centiStokes x 0,4717.
Kui õli kinemaatiline viskoossus on enam kui 1300 centiStoksi 210 oF juures, siis viskoossus Saybolti furoolsekundites väljendatuna on leitav seosest:
Log(Saybolt Furol Sec - 2.87) = 1.0276 (Log(Centistokes)) - 0.3975