Determinarea densitatii produselor petroliere

Determinarea densitatii produselor petroliere

Densitatea absoluta reprezinta masa unitatii de volum; se mai numeste si masa volumica si se masoara in kg/m si se noteaza cu r

Volumul specific este volumul unitatii de masa

(1)

Volumul molar este volumul ocupat de 1 mol de substanta.

Densitatea relativa este raportul dintre masa unui volum de produs masurat si masa aceluiasi volum de substanta de referinta masurat la temperatura de referinta: 4⁰C sau 20⁰C sau in cazul produselor petroliere la 15,56⁰C(=60F).Vom avea deci: . Densitatea relativa este adimensionala.

Uzual, substanta de referinta la masurarea densitatii lichidelor este apa iar la cea a gazelor este aerul.

Principalele metode de determinare a densitatii sunt:

1.metoda cu picnometrul - aplicabila atat la gaze cat si la lichide si solide; este cea mai exacta dintre toate metodele; cu picnometrul se masoara densitatea relativa.

2. metoda cu areometrul pentru toate produsele petroliere lichide cu exceptia eterului de petrol si a gazolinei care sunt foarte volatile, cu acesta se masoara densitatea absoluta a lichidelor, specificandu-se in rezultatul analizei temperatura la care s-a facut determinarea.

3. metoda cu balanta Mohr-Westphal - idem.

4. metoda cu aparatul Bunsen-Schilling pentru masurarea densitatii relative a gazelor.

1.Determinarea densitatii produselor petroliere lichide

1.1.Determinarea densitatii cu areometrul (densimetrul)

Principiul metodei

Proba se toarna intr-un cilindru gradat (sau nu) cu capacitatea de 1l. In functie de densitatea estimata a probei se alege un areometru cu scara gradata convenabila, care se introduce in cilindrul cu proba si se lasa sa pluteasca. Cand se atinge echilibrul de temperatura, se citeste valoarea densitatii pe scara gradata a tijei cat si temperatura probei.

Aparatura

- areometre care indeplinesc conditiile prevazute in STAS 7985-67, cu precizia de citire 0,0005 g/cm³;

Se admite si utilizarea areometrelor prevazute cu termometru in interior (termoareomtre) cu conditia ca sa nu se foloseasca indicatia de temperatura a termometrului respectiv.

- termometru cu valoarea diviziunii de 0,5⁰C.Termometrul trebuie sa aiba scara gradata astfel aleasa incat sa se permita citirea temperaturilor la care se lucreaza in domeniul de masurare de la -20⁰C+102⁰C;

- cilindru de sticla transparenta sau de metal pentru produsele opace. Cand cilindrul folosit este metalic se va avea in vedere faptul ca citirea exacta la areometru se poate face numai in cazul in care nivelul probei se gaseste la cel mult 5mm de marginea superioara a cilindrului. Diametrul interior al cilindrului trebuie sa fie astfel ales incat sa asigure introducerea termometrului fara ca areometrul sa atinga peretii cilindrului. Cilindrul trebuie sa aiba o astfel de inaltime incat reometrul sa pluteasca liber in proba si intre partea sa inferioara si fundul cilindrului sa fie o distanta de min. 25mm.

- baie cu temperatura constanta cu precizie de 0,2⁰C care se utilizeaza atunci cand natura probei necesita determinarea densitatii la o temperatura mult superioara sau inferioara mediului ambiant.

Pregatirea probei

Produsul se omogenizeaza prin amestecare. Proba se toarna in cilindrul curat si uscat mentinut in pozitie verticala. Produsul se toarna avand grija de a nu se forma spuma, de a nu forma bule de aer si de a nu sari stropi. Spuma eventual formata de bulele de aer de la suprafata lichidului se sparge apropiind o vergea incalzita din sticla sau din metal, fara a atinge suprafata acestuia.

Modul de lucru

Areometrul curat si uscat se introduce incet in proba din cilindrul asezat in pozitie verticala intr-o incapere intr-un loc ferit de curenti de aer si surse de caldura. Areometrul se tine de partea superioara si se introduce in proba observand sa nu atinga peretele cilindrului. Concomitent se determina si temperatura probei prin introducerea termometrului si agitarea acestuia in proba, pana ce temperatura indicata de termometru se mentine constanta. Se va controla ca temperatura probei sa nu varieze cu mai mult de 0,5⁰C in timpul determinarii; in acelasi timp temperatura mediului ambiant nu trebuie sa varieze cu mai mult de 2⁰C.

Se cufunda areometrul in proba cu circa doua diviziuni peste nivelul de cufundare si apoi este lasat sa urce.

In cazul probelor cu vascozitate mica se poate imprima areometrului o usoara miscare de rotatie in momentul eliberarii sale, evitandu-se astfel o prea mare apropiere a acestuia de peretele cilindrului.

Dupa ce oscilatiile areometrului au incetat si toate bulele de aer au ajuns la suprafata, se citeste diviziunea care corespunde meniscului inferior al lichidului, tinand ochiul la acelasi nivel cu lichidul.

Valoarea citita este corecta daca corespunde punctului de pe scara areometrului unde suprafata lichidului o taie pe aceasta. Aceasta valoare se determina prin plasarea ochiului putin sub nivelul lichidului, ridicand apoi incet ochiul pana la suprafata lichidului, care se vede la inceput sub forma unei elipse deformate care apoi apare ca o linie dreapta ce taie scara areometrului.

In cazul lichidelor opace citirea se face tinand ochiul putin mai sus de suprafata plana a lichidului si citind astfel diviziunea areometrului in punctul pana la care ajunge proba lichida. Aceasta citire efectuata la partea superioara a meniscului necesita o corectie in cazul in care areometrul nu este etalonat pentru o astfel de citire.

In cazul lichidelor cu vascozitate mare areometrul se lasa in proba suficient timp pentru a se stabili in pozitia de echilibru, deoarece in acest caz oscilatiile pe verticala au o frecventa mai mica si echilibrarea dureaza mai mult timp.

Imediat dupa ce s-a efectuat determinarea la areometru se agita din proba cu ajutorul termometrului, rezervorul cu mercur al acestuia fiind insa cufundat in proba. Se noteaza temperatura probei cu o variatie de max.0,5⁰C. Daca aceasta temperatura difera cu mai mult de 0,5⁰C de cea citita anterior se repeta citirile la termometru si la areometru pana cand diferenta dintre cele doua citiri nu depaseste 0,5⁰C.

Calcul

Se noteaza valoarea citita a densitatii specificandu-se temperatura la care a fost efectuata.

Se vor efectua corectiile densitatii citite in conformitate cu etalonarile areometrului, in caz ca acestea exista. Se face apoi corectia de menisc a valorii citite in cazul produselor opace. Se noteaza valoarea finala cu o precizie de 0,0005 g/cm³.

Se va face media temperaturilor citite la inceputul si la sfarsitul determinarii si se exprima cu o precizie de 0,5⁰C.

Determinarea densitatii produselor petroliere depozitate in rezervoare

In scopul determinarii stocurilor de produse petroliere, densitatea se calculeaza la temperatura din rezervor, daca aceasta difera fata de temperatura determinata de fata. se folosesc formula 1 si tabelul 3.

Densitatea la t₁⁰ C in g/cm³ se calculeaza cu formula:

[g/cm³] (2)

in care ρ^t = densitatea la t⁰C, la care s-a efectuat determinarea;

c= coeficient de corectie pentru dilatarea produsului la o variatie de temperatura de 1 ⁰C, conform tabelului 3, in g/cm³;

t= temperatura la care s-a efectuat determinarea, ⁰C;

t₁= temperatura la care a fost stabilit volumul din rezervor, ⁰C;

Expresia c(t-t₁) are valoare pozitiva daca temperatura t, la care s-a efectuat determinarea, este mai mare decat t₁, si valoare negativa daca temperatura t este mai mica decat t₁.

Tabelul nr.2.1 Valorile coeficientului de corectie pentru dilatarea

produsului in functie de densitatea citita

Coeficientii se folosesc pentru amestecuri de hidrocarburi lichide cu un continut de hidrocarburi aromatice mai mare de 50%. Pentru hidrocarburile aromatice coeficientii de corectie sunt:

- benzen 0,00093

- toluen 0,00088

- xilen 0,0008.

1.2. Determinarea densitatii cu picnometrul

Metoda se bazeaza pe compararea maselor unor volume egale de proba si de apa, introduse succesiv in picnometrul mentinut intr-o baie termostat la o anumita temperatura pana la atingerea echilibrului termic. Se foloseste cand se cere o precizie mai mare a determinarii sau cand celelalte metode nu pot fi aplicate.

Aparatura

- picnometre calibrate, din sticla, prevazute cu dopuri slefuite si avand volumul marcat pe sticla. Dopurile au un canal capilar sau sunt prevazute la partea superioara cu un brat lateral capilar si un dop cu termometru. Unele picnometre sunt prevazute cu un reper pentru umplere la un nivel determinat. Etalonarea picnometrului se efectueaza la 20⁰C.

Fig. 1. Picnometre

- termometru cu domeniul de masurare de la 0.30⁰C, cu valoarea diviziunii de 0,1⁰C si cu eroarea de masurare de maximum o diviziune.

- termostat sau baie de apa, avand o adancime mai mare decat inaltimea picnometrului pana la dop, temperatura baii se regleaza cu o precizie de 0,1⁰C.

Etalonarea picnometrului

Inainte de determinare picnometrul si dopul sau se spala cu amestec sulfocromic, se spala cu apa distilata si apoi cu alcool etilic 96% vol., dupa care se usuca cu un curent de aer lipsit de praf.

Picnometrul uscat se tine timp de 30 min. in termostat sau in baie de apa, cu temperatura reglata la 200,1⁰C apoi se cantareste (dopul fiind montat) cu o precizie de 0,2 mg. In caz de necesitate, sarcinile electrostatice se anihileaza sufland asupra picnometrului.

Modul de lucru conform standardelor

Cifra de apa este masa apei distilate la temperatura de 20⁰C continuta in picnometrul astupat cu dop si umplut complet, inclusiv canalul capilar sau pana la reper la picnometrele neprevazute cu capilare.

Observatie - Echivalentul in apa exprima volumul util al picnometrului la temperatura de 20⁰C; masa apei impartita la densitatea apei la 20⁰C da volumul picnometrului la aceasta temperatura.

Picnometrul se umple cu apa distilata avand temperatura de 18.20⁰C, observand sa nu ramana bule de aer pe perete, ultima parte a operatiunii se face cu ajutorul unei pipete. Apoi picnometrul se sterge la exterior cu o carpa curata si uscata, care nu lasa scame, sau cu vata din fibre de celuloza, apoi se introduce astupat, in termostatul reglat la 200,1⁰C si se tine timp de 30 min.

Dupa curatare picnometrul se manipuleaza cu ajutorul unui inel din hartie de filtru.

La picnometrele fara reper, excesul de apa iesit din tubul capilar se indeparteaza cu o bucata de hartie de filtru fara a atinge orificiul capilar, iar la cele cu reper se scoate apa pana la reper folosind hartie de filtru rasucita, picnometrul fiind mentinut in termostat in tot acest timp. Dupa aceasta picnometrul sters se cantareste cu o precizie de 0,2 mg.

Echivalentul in apa m (cifra de apa) al picnometrului la temperatura de 20⁰C se obtine efectuand diferenta dintre masa picnometrului plin si cea a picnometrului gol si se exprima in g.

m=m₁-m₂ (3)

unde m - echivalentul in apa al picnometrului, g;

m₁- masa picnometrului plin, g;

m₂- masa picnometrului gol, g.

Pregatirea probei

Se aduce proba la temperatura de 18⁰C. In cazul produselor cu viscozitate mare, proba se incalzeste pentru a deveni suficient de fluida, dar numai pana la temperatura de max. 50⁰C.

Determinarea cu produs petrolier

Picnometrul cu canal capilar se umple complet cu proba de analizat, folosind o pipeta curata si uscata. Picnometrul cu reper se umple cu proba putin sub reper. Pentru a usura separarea bulelor de aer, picnometrul cu proba se poate incalzi putin.

In cazul produselor volatile, imediat dupa umplere, picnometrul astupat cu dopul se sterge la exterior cu o carpa curata si uscata, fara scame sau cu vata din fibre din celuloza, apoi se introduce in termostat unde se mentine la 200,1⁰C timp de 30 min., pentru stabilizarea temperaturii si pentru a permite bulelor de aer sa urce la suprafata.

Daca la sfarsitul acestei perioade, nivelul lichidului se modifica, picnometrul se va tine in continuare in baia de apa pana ce nivelul lichidului devine constant.

In cazul lichidelor vascoase, dupa umplerea picnometrului cu lichidul incalzit si omogenizat prin amestecare, acesta se introduce (fara a-l astupa cu dopul sau) intr-o etuva la temperatura de circa 50⁰C , in care se tine pana ce eventualele bule de aer s-au ridicat la suprafata lichidului. Ele se sparg prin apropierea unei vergele de sticla sau de metal, incalzite, fara a atinge suprafata produsului.

Picnometrul plin cu proba se introduce astupat intr-un termostat reglat la 200,1⁰C unde se mentine timp de 30 min. Dupa ce temperatura a devenit constanta, picnometrul se inchide cu dopul sau care are si al temperatura de 200,1⁰C, evitand prinderea de bule de aer dedesubtul lui sau in lungul peretelui. Excesul de lichid iesit prin capilara sau care depaseste reperul se indeparteaza cu hartie de filtru, pana cand lichidul ajunge la reper.

Dupa trecerea perioadelor de mentinere la o temperatura constanta, picnometrul se scoate din baie evitand incalzirea cu mana sau prin frecare, apoi se apuca cu un inel de hartie de filtru si se cantareste cu precizia de 0,2 mg.

In caz de necesitate, sarcinile electrostatice se anihileaza sufland asupra picnometrului.

Pentru a obtine rezultate exacte, cantarirea se va efectua la 20⁰C. Totusi in cazurile in care aceasta nu se poate realiza, picnometrul cu proba se poate cantari la o alta temperatura in intervalul 10.25⁰C, notandu-se cu precizie de 0,1⁰C aceasta temperatura. Cu cat temperatura la care se efectueaza cantarirea produsului este mai departata de 20⁰C, cu atat rezultatul va fi mai putin exact.

Calcul

Densitatea produsului in g/cm³ se calculeaza cu formula:

(4)

in care m₁= masa picnometrului gol cantarit, in aer, g;

m₂=masa picnometrului cu apa distilata, g

m₃= masa picnometrului cu proba cantarit in aer dupa umplerea corecta la temperatura t,g;

= densitatea apei la temperatura t, g/cm³;

c = corectia de vid (de cufundare in aer) conform tabelului nr.2, g/cm³.

Tabelul nr. 2 Corectia de vid

Calcularea densitatii relative

Densitatea relativa a unui produs lichid la t⁰C fata de apa la aceeasi temperatura, se calculeaza cu formula:

(5)

in care ρ^t = densitatea probei la t⁰C in g/cm³;

ρ₀^t = densitatea apei la t⁰C, in g/cm³, care se poate citi din tabelul urmator.

Tabelul nr.3 Densitatea apei in g/cm³ de la 0⁰C pana la 30⁰C