Показатели преломления

          Задачей  анализа светлых дистиллятов является последовательное количественное определение углеводородов различных классов и групп.  В продуктах прямой перегонки или получаемых в процессах, идущих подавлением водорода, присутствуют углеводороды трех классов: алканы, циклоалканы и арены. В продуктах крекинга и пиролиза наряду с этими углеводородами могут содержаться и ненасыщенные соединения: алкены, алкадиены, циклоалкаены и арены с ненасыщенными боковыми цепями (типа стирола). При детализированном исследовании состава светлых нефтяных фракций задачей анализа уже является количественное определение или качественная идентификация ( доказательство наличия) отдельных индивидуальных углеводородов или гетероатомных веществ (соединений , содержащих серу азот и кислород), находящихся в исследуемом образце .

        Основными характеристиками нефтей  и нефтепродуктов являются такие  показатели как: плотность, молекулярная  масса,  вязкость, температура вспышки,  воспламенения, самовоспламенения,  температура застывания, температура помутнения, температура начала кристаллизации, электрические и оптические свойства. 
 

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ 

      Показатель преломления (коэффициент  рефракции) определяют для нефтепродуктов. Он характеризует способность нефтепродукта преломлять падающий на него световой луч. При этом отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления луча для каждого нефтепродукта постоянно и называется показателем преломления. Определение показателя преломления основано на явлении предельного угла, при котором наступает полное внутреннее отражение. Показатель преломления определяют прибором, который называется рефрактометр.

    Показатель  преломления зависит от температуры  и длины световой волны (таблице 3). Чем больше длина волны светового луча, тем меньше показатель преломления.

    Показатель  преломления нефтепродукта обычно определяют для желтой   линии   натрия   при 20 °С и соответственно  обозначают n ²⁰_D Зависимость показателя преломления от температуры выражается следующей формулой 
n ²⁰_D= n ^t_D-α(20-t)

    где n ²⁰_D – показатель преломления при температуре анализа, α – поправочный коэффициент, равный 0,0004 на 1 ^оС; t – температура анализа.

    Таблица 3 - Основные источники света, применяемые в рефрактометрии

    Показатель  преломления нефтепродукта с  повышением температуры уменьшается. Поправочный коэффициент α следует применять в пределах температур от 15 до 35 °С.

    По  показателю преломления можно оценить  чистоту индивидуального углеводорода, углеводородный состав нефтяной фракции. Из углеводородов наименьшее значение показателя преломления имеют н-алканы. С утяжелением фракционного состава нефтяной фракции повышается ее показатель преломления. Показатель преломления — необходимая величина для определения структурно-группового состава фракций, выкипающих в пределах 200—540 °С, по так называемому методу n— ρ —М (известен как метод n— ρ —М (по старому обозначению плотности)).

    Контроль  при адсорбционном определении  группового углеодородного состава  керосино-газойлевых и масляных фракций  осуществляется по показателю преломления. При этом к парафино-нафтеновым углеводородам относят фракции n ²⁰_D не более 1,4900.

    По  изменению показателя преломления  можно судить о фазовых превращениях твердых углеводородов. При этом изотропная жидкая фаза характеризуется  одним значением показателя преломления, а анизотропная твердая фаза — двумя значениями показателя преломления. Область появления твердой фазы в некотором интервале температур характеризуется двумя показателями преломления: жидкой и фаз.

    Показатель  преломления используется в различных  расчетных формулах  (например, для определения плотности).

    Для качественной и количественной характеристики углеводородов и их фракций получены зависимости для удельной рефракции R, молекулярной рефракции R_M, интерцепта рефракции Ri, характеристического фактора Лилларда F, относительной дисперсии W_FC или W_fcd, дисперсиометри-ческого коэффициента D_FC  или D_FCD:

    R=   R_M=

    Ri= n ²⁰_D- (ρ²⁰₄/2);  F=M(n ²⁰_D-1.4750);

    W_FC=   W_fcd=

    D_FC =   D_FCD=

    где ρ — плотность нефтепродукта, определенная при той же температуре, что и показатель преломления; М — молекулярная масса нефтепродукта; коэффициент 1,4750 в формуле для F — предельное значение показателя преломления для парафино-нафтеновой фракции; n_F — показатель преломления для голубой линии водорода; п_с — показатель преломления для красной линии водорода; п_D — показатель преломления для желтой линии натрия.

    Ароматические углеводороды характеризуются наибольшими значениями удельной рефракции.

    Углеводороды, выкипающие до 200 °С, имеют следующие  значения интерцепта рефракции Ri ароматические 1,063; нафтеновые 1,040; алканы  1,046.

    Характеристический  фактор F для алканов равен —8,79; алкилциклопентанов —5,41; алкилциклогексанов —4,43; дицик-логексанов —1,0; моноциклических ароматических углеводородов 2,64; тетралинов  10,0; нафталинов  16,5.

    Значения  дисперсиометрического коэффициента (D_FCD) для различных углеводородов С₂₄ и С₃₂ приведены ниже:

    Нафтены  (би-   и трициклические)  192—195

    Алкилнафталины    320

    Динафтилалканы   442

    Алкилбензолы    240—246 

    Бензилнафтилалканы   368

    Дифенилалканы    292—313 

    Алкилтетралины    288

    Фенилалкены      269

    Дисперсиометрический  коэффициент парафино-нафтеновых фракций, выкипающих до 300 °С, равен в среднем 194,4. Для ароматических углеводородов дисперсиометрический коэффициент можно определить из зависимости:

    D = 194,4 + [(А + 1,5n)/М] • 10³,

    где 194,4—средний дисперсиометрический коэффициент  парафино-нафтеновых углеводородов; А—фактор, характеризующий тип ароматического ядра; п — число заместителей в ароматических кольцах (для нефтяных фракций п = 3); М — молекулярная масса.

    Средние значения фактора А:

    Бензол  и его производные 14,5

    α, ω-Дифенилалканы 29

    Дифенилметан  и его произвол- 31

    ные

    Алкилдифенилы 52

    Нафталин  и его производные 47

    α, ω-Динафтилалканы 94

    Для определения показателя преломления  применяют два типа рефрактометров: Аббе и Пульфриха. К первому типу относятся отечественные рефрактометры РЛУ, ИРФ-22, ИРФ-454. Рефрактометром типа Пульфриха является прибор ИРФ-23. В лабораторной практике наиболее часто применяют рефрактометры типа Аббе. Для более точных определений показателя преломления и дисперсии необходимо использовать рефрактометр типа Пульфриха.

    Определение показателя преломления рефрактометром ИРФ-454

    Приборы, реактивы, материалы

    Рефрактометр  типа ИРФ-454

    Стеклянная  палочка или пипетка

    Петролейный эфир или этиловый спирт

      Салфетка неворсистая (ткань)

    Рефрактометр  ИРФ-454 позволяет определять показатель преломления нефтепродукта в интервале от 1,2 до 2,0 для линии D с точностью ±2-10~⁴. Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.

    Определение показателя преломления проводят при дневном или электрическом свете. Рефрактометр и источник света устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы или на зеркало, которым направляют свет во входное окно измерительной призмы. Для термостатирования призм и исследуемого нефтепродукта рефрактометр соединяют с термостатом. Термостатирование осуществляют с точностью ±0,2 °С.

    Перед началом работы следует откинуть осветительную призму и очистить поверхность измерительной призмы. Поверхность призмы очищают путем протирки чистой мягкой неворсистой салфеткой (тканью), смоченной петролейным эфиром или спиртом. Затем по дистиллированной воде или по контрольной пластине проверяют юстировку рефрактометра при 20 °С.

    После юстировки на чистую полированную поверхность измерительной призмы стеклянной палочкой или пипеткой осторожно, не касаясь призмы, наносят две-три капли исследуемого нефтепродукта и опускают осветительную призму. Измерения прозрачных нефтепродуктов проводят в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто зеркалом. Окуляр устанавливают на отчетливую видимость перекрестия. Поворотом зеркала добиваются наилучшей освещенности шкалы. Вращением нижнего маховика границу светотени следует ввести в поле зрения окуляра. Верхний маховик необходимо вращать до исчезновения окраски граничной линии. Наблюдая в окуляр, нижним маховиком наводят границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления снимают отсчет. Цена деления шкалы 1-10^-3. Целые, десятые, сотые и тысячные доли отсчитывают по шкале, а десятитысячные доли оценивают на глаз.

    Для окрашенных и темных нефтепродуктов измерения проводят в отраженном свете.

    Результат работы:

    Все нефтепродукты месторождения Кумколь, республика Казахстан.

    В ходе лабораторных работ были вычислены  с помощью рефрактометра ИРФ-454 показатели преломления дизельного топлива с добавкой ионола 0,1%, петролейного эфира, первого масляного погона, циклогексана.

    1 Показатель барабана z=36.

    Значения  показателя преломления циклогексана - n ²⁰_D=0,4310;

    2 Показатель барабана z=33

    Значения  показателя преломления дизельного топлива с добавкой ионола 0,1% - n ²⁰_D=1,4640;

    3 Показатель барабана z=30

    Значения  показателя преломления петролейного эфира - n ²⁰_D=1,398;

    4 Показатель барабана z=33

    Значения  показателя преломления первого масляного погона –

    n ²⁰_D=1,4850. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУППОВОГО И ИНДИВИДУАЛЬНОГО  СОСТАВА БЕНЗИНОВ ПРЯМОЙ ГОНКИ