1、第3章 石油及油品的物理性质,浙江海洋学院,2,本章主要内容,第一节 蒸气压、沸程和平均沸点第二节 密度、特性因数和平均分子量第三节 油品的粘度第四节 油品的热性质第五节 表面张力、折射率和溶解度第六节 油品的燃烧性质和低温性质,3,石油及油品的物理性质,石油及油品物理性质的意义评定石油加工性能及油品使用质量的重要指标加工过程的控制参数设计炼油设备和装置（工艺设计）的必要依据石油及油品物理性质的特点是组成中各种化合物性质的综合表现，与化学组成密切相关性质多通过条件性实验测定实际工作中广泛使用经验图表和关联式,4,第一节 蒸气压、沸程和平均沸点,蒸气压是在某一温度下一种物质的液相与其上方的气相呈
2、平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压蒸气压反映了油品蒸发和气化的能力，蒸气压愈高的液体愈易于气化蒸气压是石油加工设备设计的重要基础物性数据，也是某些轻质油品的质量指标,一、蒸气压,5,一、蒸气压,1、纯烃的蒸气压取决于烃的本性，同一族烃类，同一温度下，相对分子量较大的烃类蒸气压较小就某一种纯烃而言，其蒸气压随温度的升高而增大,6,2、烃类混合物及石油馏分的蒸气压与纯烃不同，烃类混合物的蒸气压不仅取决于温度，同时也取决于其组成在一定的温度下，只有其气相、液相或整体组成一定，其蒸气压才是定值石油尤其是其中较重馏分的组成极其复杂，尚难以测定其单体烃组成，因此无法用Dalton-Raoult定律求取其蒸气
3、压对于沸点范围较窄的石油馏分（指实沸点蒸馏温度差小于30的馏分），可根据其特性因数K和平均沸点查图求,7,二、馏程,1、纯物质的沸点对于液态纯物质，其饱和蒸气压等于外压时的温度，称为该液体在该外压下的沸点在一定的外压下，液态纯物质的沸点为一定值。如不加说明，物质的沸点一般都是指其在常压下的沸腾温度2、混合物的馏程当液体为混合物时，在一定外压下其沸腾温度并不是恒定的，随着气化过程中液相里较重组分的不断富集，其沸点会逐渐升高,8,馏程,对于石油馏分这类组成复杂的混合物，一般常用沸点范围来表征其蒸发和气化性能沸点范围又称沸程或馏程石油馏分沸程的数值，会因所用的蒸馏设备不同而不同对于同一种油样，当采用
4、分离精确度较高的蒸馏设备时，其沸程较宽，反之则较窄在列举石油馏分的拂程数据时，需说明所用的蒸馏设备和方法在石油加工生产和设备计算中，常常是以馏程来简便地表征石油馏分的蒸发和气化性能,9,馏程,3、石油馏分的馏程测定石油馏分的馏程是生产控制和工艺计算的重要数据条件性试验，蒸馏设备不同，测定结果不同常用ASTM蒸馏（美国材料试验学会）或恩氏（Engler）蒸馏，按照GB6536-86规定的方法进行的简单蒸馏样品用量100ml（20）,10,馏程,初馏点：馏出第一滴冷凝液时的气相温度10%馏出温度：馏出液达10ml时的气相温度20%90%馏出温度干点（终馏点）：当气相温度升高到一定数值后，它就不再上
5、升，反而回落，这个最高的气相温度称为干点（dry point）或终馏点（end point）有时也可根据产品规格要求，以98%或97.5%时的馏出温度来表示终馏温度在大多数液体燃料规格中，只要求测定其具有代表性的10%、50%和90%的馏出温度及干点,11,馏程,由于石油中部分相对分子质量较大的组分对热不稳定，所以蒸馏时的液相温度一般不能超过350，以免油品分解对于较重的石油馏分需要在减压下进行蒸馏，以降低其馏出温度，然后借助有关的图表或计算公式求得其相应的常压下的馏出温度,12,三、平均沸点,在求定石油馏分的各种物理参数时，为简化起见，常用平均沸点来表征其气化性能。石油馏分的平均沸点的定义有
6、下列五种,13,(1) 体积平均沸点，tV (2) 质量平均沸点，tW，(3) 实分子平均沸点，tm，(4) 立方平均沸点，tcu，K(5) 中平均沸点，tMe，,14,平均沸点,只有tv可由馏程直接测定，其它由tv与馏程的斜率S查图求定，或者根据经验关联式换算上述五种平均沸点使用时要注明沸程 , / 的比值（多分散系数），可以表征该体系的多分散程度，体系中分子量范围越宽，比值越大,28,平均分子量,3、数均分子量的测定方法冰点下降法，适用于轻馏分（环烷基这是由其化学组成所决定的在石蜡基原油中含有较多的粘度较小的、粘温性质较好的烷烃和少环长侧链的环状烃而在环烷基原油中，则含较多的粘度较大而粘温
7、性质不好的多环短侧链的环状烃,45,七、油品的混合粘度,实践证明，粘度没有可加性相混合的两油品的组成及性质相差越远、粘度相差越大，则混合后实测的粘度与用加和法计算出的粘度两者相差就越大如不便实测时，可根据需混合的两种油品的粘度值查图求取,46,第四节 油品的热性质,在石油加工过程中，石油馏分的温度、压力和相态都可能发生变化，并伴有热效应要计算热效应，必须知道焓值、质量热容、气化潜热等热性质另外，热性质还可用来关联石油馏分的其它物性参数,47,一、焓,1、焓的定义焓又称热函，是体系的热力学状态函数之一，用H表示： H=U+PV，U、P、V分别代表体系的内能、压力和体积焓的量纲与能量相同焓是体系的
8、单值函数，其增量仅决定于体系的始末状态，与变化的途径无关焓是体系的容量性质焓的绝对值无法测定，只能测定其变化值,48,焓的定义,人为规定某个状态下的焓值为零，称该状态为基准态，可将体系从基准状态变化到指定状态时所发生的焓变称为该体系在指定状态下的焓值基准态：1 atm，0 ,49,2、石油馏分的焓值,石油馏分的焓值是温度、压力及其它性质的函数同一温度下，密度小、K值大的油品焓值高烷烃的焓值高于芳香烃的轻馏分的焓值高于重馏分的压力对气相馏分的影响较大，压力高时需要校正低压下（Pr环烷烃芳香烃,53,三、气化热,1、定义单位质量的物质在一定温度下由液态转化为气态时所吸收的热量称为气化热，单位是kJ
9、/kg气化热随温度、压力而变化，温度、压力升高，气化热变小通常所说的气化热是常压下的气化热,54,2、烃类的气化热,烃类的气化热比水小许多烃类的气化热约为300 kJ/kg水的气化热为2250 kJ/kg烃类分子量增大，气化热降低烃类分子量相近时气化热的大小烷烃环烷烃环烷烃烷烃温度升高，表面张力降低；正构烷烃，分子量增加，表面张力变大环烷烃，分子量增加，表面张力变化不定芳香烃，分子量增加，表面张力变化不大,57,3、石油馏分的表面张力,常温下，油品的表面张力在(2439)10-3 N/m，其中汽油 2610-3 N/m煤油 3010-3 N/m润滑油 3410-3 N/m未经精制的石油馏分中还
10、含有一些非烃类物质，它们一般具有表面活性，会在表面富集从而降低体系的表面张力,58,二、折射率,1、定义折射率是光在真空中与在介质中的速度之比，其数值大于1.0油品的折射率一方面取决于其化学组成与结构，另一方面还取决于温度及入射光的波长常用的测定折射率的仪器是阿贝折光仪这种折光仪的光源虽然是阳光或电灯，但因其中装有消除色散的补偿器，所测得的是钠黄光的D线（波长589.3纳米）的折射率，用nD表示,59,折射率,折射率受温度的影响，温度升高，折射率降低为折射率的温度系数，其值大体在0.00040.0006之间可以从温度为t0时测得的折射率估算温度为t时的折射率对于一般油品，常在20下测定其折射率
11、而对于含蜡较多、熔点较高的油品，则须在70下测定其折射率,60,2、烃类的折光率,各族烃类中折射率的大小：烷烃环烷烃烷烃、环烷烃碳数相同，环烷烃烷烃纯烃中加入其它组分会显著影响其溶解度,65,第六节 油品的燃烧性质和低温性质,一、闪点、燃点和自燃点这些性质与油品的爆炸、燃烧有关，对油品储存和安全使用有重要意义1、爆炸范围闪点在加入油品时，随着油品温度的上升，油品上方空气中的油气浓度逐渐增大，当用外在火源去引燃油气混合气时，在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火现象，这一浓度范围称为爆炸范围，其上限浓度称爆炸上限，下限浓度称爆炸下限,66,闪点、燃点和自燃点,闪点是指在常压下油气混合气浓度达到
12、爆炸范围时油品的温度闪点可以更直观地描述油品的安全性重质油品中混入少量低沸点油品后，闪点会大大降低闪点的测定：开口杯和闭口杯法,67,闪点、燃点和自燃点,2、燃点自燃点燃点油品在规定条件下加热到能被外部火源引燃并连续燃烧不少于5秒钟时的温度自燃点如果油品被预先隔绝空气加热到很高温度，然后与空气接触，油品发生剧烈的氧化而产生火焰自行燃烧，这时的油温称为自燃点油品越轻，其闪点和燃点越低而自燃点越高,68,二、油品的低温性质,各种油品都有可能在低温下使用，其低温性质就是重要的指标1、油品凝固的本质粘温凝固：含蜡少的油品，当温度降低，粘度增大，油品逐渐丧失流动性，这种凝固方式称为粘温凝固构造凝固：含蜡多的油品，当温度降低，蜡会结晶析出并形成结构骨架，将油包裹在其中，使整个油品丧失流动性，这种凝固方式称为构造凝固,69,油品的低温性质,2、凝点、冷滤点、浊点和结晶点凝点油品是一种复杂的混合物，它没有固定的“凝点”，所谓的凝点是在规定的仪器中，按一定的试验条件测得油品失去流动性时的温度冷滤点按照SH/T0248规定的测定条件，当试油通过过渡器的流量每分钟下足20 mL时的最高温度,70,油品的低温性质,浊点油品在试验条件下，因为开始烃类的微晶粒或水雾而使油品呈现浑浊时的最高温度结晶点在测定浊点之后，继续冷却油样，直至油中出现肉眼看得见的晶体，此时的温度即结晶点,
