Измерение физико-химических свойств жидкостей и газов

Введение

Жидкость — вещество в состоянии, промежуточном между твердым и газообразным. Это аг­регатное состояние вещества, в котором молекулы (или атомы) связаны между собой настолько, что это позволяет ему сохранять свой объем, но недостаточно сильно, чтобы сохранять и форму.
Газ – это вещество, для которого характерно отсутствие или минимальное значение межмолекулярных связей, а также активная подвижность частиц.
Актуальность темы реферата заключается в том, что исследование природы нефти и газа играет важнейшую роль для нас - людей, живущих в век огромных потребностей, где углеводороды являются удивительными системами, которые имеют свои ярчайшие особенности, изучение их физических и химических свойств является важным направлением.
Цель работы – более полное изучение измерения физико-химических свойств жидкостей и газов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть физико-химические свойства жидкостей и газа, средства измерения их плотности, вязкости, насыщенных паров, теплоты сгорания, а также методы измерения поверхностного натяжения жидкости и газа и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.
1. Физико-химические свойства жидкостей и газа
Большая подвижность частиц и малая сжимаемость жидкости являются ее отличительными особенностями. В отличие от жидкостей газы обладают относительно хорошей сжимаемостью. Несмотря на то, что свойства жидкостей и газов во многом отличаются, в ряде механических явлений их поведение описывается одинаковыми параметрами и идентичными уравнениями. При равновесии и движении жидкостей и газов, их взаимодействии между собой и обтекаемыми ими твердыми телами – используется единый подход к изучению и жидкостей, и газов.
Жидкости и газы отличаются от твердых тел прежде всего тем, что обладают таким свойством, как текучесть. Текучесть проявляется в способности жидкости и газа принимать форму сосуда. Из-за чего появляется и чем объясняется текучесть, по наличию которой и устанавливают, что данное тело не является твердым?
Многочисленные факты подтверждают наличие в природе веществ (тел), у которых отсутствуют силы, препятствующие сдвигу с бесконечно малыми скоростями одних слоев этих веществ относительно других, то есть отсутствуют силы трения покоя, действующие вдоль поверхности соприкасающихся слоев. Если при этом такое вещество принимает форму сосуда и его объем практически не зависит от формы и вида сосуда, то мы имеем дело с жидкостью. Если же это вещество занимает весь предоставленный ему в любом сосуде объем, то это газ.1
У твердого тела сдвинуть один слой (часть) относительно другого без приложения значительных усилий невозможно. У жидкости и газа одни слои (части) могут скользить по другим слоям под действием ничтожно малых сил. Этим и объясняется текучесть. Например, если подуть на поверхность воды, то верхние слои воды придут в движение относительно нижних, причем силы трения между слоями будут тем меньше, чем меньше относительная скорость движения слоев. Другой пример текучести. Даже очень осторожное, медленное и малое наклонение сосуда с жидкостью приводит к перемещению верхних слоев жидкости относительно нижних, и в результате поверхность жидкости становится снова горизонтальной.
Сила трения покоя между стенкой сосуда и соприкасающейся с ней неподвижной жидкостью тоже равна нулю.
К числу физико-химических свойств жидкостей и газов относятся: плотность, вязкость, давление насыщенных паров, теплота сгорания, поверхностное натяжение, текучесть и др.
Измерение плотности жидкости и газов осуществляется для целей управления химико-технологическими процессами и выполнения операций учета количества сырья, топлива, реагентов.
Вязкость определяет качество продукции в химико-технологических процессах, связанных с производством нефтяных масел, консистентных смазок, полимеров, растворителей.
Давление насыщенных паров: для жидких однокомпонентных веществ используется в качестве характеристики их чистоты; для нефтепродуктов – характеризует склонность их к испарению и образованию паровых пробок в топливных системах двигателей.
Теплота сгорания – определяет теплоценность жидких и газообразных топлив, что важно в настоящее время в связи с проводимыми мероприятиями по экономии топливо-энергетическими ресурсов.
Жидкие и газообразные тела отличаются от твёрдых тел свойством текучести

. Если на твёрдое тело действуют малые неразрушающие силы, то они незначительно меняют его форму, т.е. относительное положение его частей. Если под действием сколь угодно малых внешних сил тело деформируется неограниченно, пока внутренние касательные напряжения в нём не станут равными нулю, то в этом случае реализуется свойство называемое текучестью.
2. Средства измерения
2.1 Средства измерений плотности жидкостей и газов
Измерение плотности осуществляется для целей управления химико-технологическими процессами и выполнения операций учета количества сырья, топлива, реагентов и готовой продукции.
Плотностью вещества называют физическую, определяемую отношением массы вещества к занимаемому величину им объ­ему.
Плотность жидкостей и газов уменьшается с увеличением температуры. Плотность газов увеличивается с увеличением давления, плотность жидкости практически от давления не зависит.
Средства измерений плотности называют плотномерами.
Весовые, или пикнометрические плотномеры
Принцип действия этих механических плотномеров состоит в непрерывном взвешивании постоянного объема анализируемого вещества в некоторой емкости или трубопроводе, т. е. плотность определяется через удельный вес. Схема весового плотномера изображена на Рисунке 2.1.2
Рисунок 2.1 - Схема весового плотномера
1 - сильфоны; 2 - неподвижные патрубки; 3 - V-образная трубка; 4 – тяга; 5 – рычаг; 6 – преобразователь; 7 – противовес
Поплавковые, или ареометрические плотномеры.
Принцип действия этих механических плотномеров основан на непрерывном измерении выталкивающей (подъемной) силы, действующей на поплавок, частично или полностью погруженный в анализируемое вещество.
Гидро - и аэростатические плотномеры.
Принцип действия основан на зависимости давления столба анализируемой жидкости или газа от плотности этих сред.
Схема гидростатического плотномера приведена на Рисунке 2.2.3
Рисунок 2.2 – Схема гидростатического плотномера
1 – опорная плата; 2,3,4 - сильфоны; 5 – камера; 6 – преобразователь; 7 – измерительный рычаг; 8 – рычаг
Гидро-газо(аэро)динамические плотномеры.
Принцип действия этих механических плотномеров основан на сообщении потоку анализируемого вещества дополнительной кинетической энергии и на измерении параметров, характеризующих эффекты, возникающие при этом воздействии. В основном указанные плотномеры применяются для измерения малой по значению плотности газов.
Вибрационные плотномеры.
Принцип действия этих механических плотномеров основан на зависимости параметров упругих колебаний (вибрация), сообщаемых камере с анализируемым веществом или телу, размещенному в нем, от плотности этого вещества. Обычно в качестве параметра упругих колебаний используется частота собственных колебаний резонатора, находящегося в режиме автоколебаний. Резонаторы вибрационных плотномеров выполняют в виде трубки, пластины, стержня, струны, камертона и т. д.
Конструктивно различают проточные и погружные вибрационные плотномеры. В первых анализируемое вещество протекает через внутреннюю полость резонатора, во вторых - резонатор размещается в потоке анализируемого вещества.
2.2 Средства измерений вязкости
Вискозиметры – это приборы для измерения вязкости. Вязкость является важным параметром в различных технологических процессах, связанных с транспортированием жидкостей, теплообменом, фильтрацией и другими операциями. Как основной показатель качества вязкость используется для характеристики качества горюче-смазочных материалов, лаков, красок, смол и т.д. При проведении научно-исследовательских работ весьма часто возникает необходимость в измерении вязкости.
Капиллярные вискозиметры основаны на закономерностях истечения жидкости из капиллярных трубок.
Показанный на Рисунке 2.3 автоматический капиллярный вискозиметр состоит из шестерёнчатого насоса 1, приводимого в движение от синхронного двигателя