V Российская научная конференция "Открытие"

Секция физики и астрономии

I место (Направление «Технические науки»)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПЛОТНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ ФРАКЦИЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ. НАХОЖДЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ

Авторы: Калимуллина Гузель Радиковна, Мусина Элина Рафаиловна, ученицы 11 класса средней школы №97 г. Уфа

Научные руководители: Зав. сектором химической физики, доктор химических наук, профессор, зав.кафедрой технологии полимеров Уфимского технологического института сервиса Доломатов Михаил Юрьевич

Вопрос о связи физико-химических свойств веществ и цветовых характеристик (коэффициент поглощения) актуален как с научной, так и с прикладной точки зрения. Профессором М.Ю.Доломатовым и сотрудниками разработаны методы, позволяющие определить физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов, но для дизельных топлив исследования не проводились. Известно, что количественные значения физико-химических свойств многокомпонентных веществ пропорциональны коэффициенту поглощения излучения в ультрафиолетовой и видимой области спектра. Зависимость между плотностью и коэффициентом поглощения была найдена заведующим кафедрой М.Ю. Доломатовым (патент на исследование полученной формулы существует уже десять лет). Уникальность этой формулы состоит в том, что еЈ можно применять не только для нахождения плотности, но и для определения молекулярной массы, вязкости, элементный состав, показатели термостойкости, коксуемость. Следует отметить, что закономерности типа (1) выполняются для разбавленных растворов углеводородных систем в органических растворителях. Для твердых и нерастворимых веществ эти зависимости не применимы. Общая формула для определения физико-химических свойств многокомпонентной смеси имеет вид:

Z=А+ВКl (1),

Где Z – физико-химическое свойство многокомпонентной смеси, А, В – эмпирические коэффициенты, слабозависящие от природы веществ.

Прогнозирование свойств по цветовым характеристикам окрашенных веществ, например нефтепродуктов, позволяет сократить время аналитического и технологического эксперимента. Время определения большинства физико-химических характеристик сокращается от нескольких часов до 20-25 минут.

Целью работы является установление количественной взаимосвязи между

плотностью топлив и их коэффициентом поглощения на определенной длине волны.

В лаборатории УТИС мы провели спектральный анализ фракций дизельных топлив (шесть видов). Нами были использованы приборы: кюветка, автоматический спектрофотометр СФ-46, с помощью которого регистрировались электронные спектры поглощения разбавленных толуольных растворов исследуемых веществ в диапазоне 285-714 нм. Берется навеска, исследуемое вещество разбавляется в растворе толуола (до относительной прозрачности), чтобы через него проходил световой луч. Кюветка с веществом помещается в спектрофотометр, через раствор проходит световой луч. Далее мы сняли показания аппарата. Исследовались растворы, оптическая плотность которых находилась в пределах 0,2-0,8.

Коэффициент поглощения определяли по формуле

К=D/CL,

где D – оптическая плотность исследуемого раствора, C – концентрация раствора (г/л), L – толщина слоя (см), К- коэффициент поглощения (л/г см).

Существует взаимозависимость между оптическими характеристиками поглощения и физико-химическими свойствами многокомпонентных углеводородных систем. С целью изучения зависимости относительной плотности от коэффициентов поглощения были исследованы спектры поглощения в ультрафиолетовой области стандартных эталонных образцов фракций дизельных топлив с известными молекулярными массами. В результате обработки экспериментальных данных была обнаружена линейная корреляция между относительной плотностью и удельным коэффициентом поглощения следующего вида: r = А + ВКl (2) .

Где r - плотность (г/см³), Кl - коэффициент поглощения на определенной

длине волны (л/г см), А, В – коэффициенты имеющие размерность (А – плотности (г/см³), В – произведение размерности плотности на размерность обратную размерности коэффициента поглощения(г²/см² л)).

Для нахождения коэффициентов уравнения, в системе Excel нами были построены графики зависимости плотности топлив от удельного коэффициента поглощения на определенных длинах волн. Также с помощью графиков были найдены коэффициенты корреляции. Нами были выбраны для сравнения шесть длин волн: 357,370, 400,435, 500, 625 нм.

В результате исследования было установлено, что на длине волны 357, 370 и 625 нм существует прямолинейная зависимость, и коэффициент корреляции составляет 0,77, 0,76, 0,68 соответственно. Коэффициент корреляции R показывает насколько точки графика могут относиться к прямой. Коэффициент корреляции принадлежит промежутку 0<R<1. Если R>0,5, то данную линейную зависимость можно применять для определения плотности, но если R<0,5, то для определения физико-химического свойства существует другая зависимость.

По найденным уравнениям мы нашли плотности исследуемых топлив. Далее провели сравнения между плотностями определенными стандартным методом(приведены в таблице 2) и расчетными (определенными нами). Для определения погрешности эксперимента рассчитали среднюю относительную ошибки.

e =|r _э - r _р| / r _э*100% (3).

Где e - относительная ошибка, r _э – экспериментальное значение плотности, r _р – расчетное значение плотности.

Таблица. Результаты статистической обработки экспериментальных данных(2,3).

Аналитическая длина волны l , нм	Коэффициенты уравнения		Коэффициент корреляции R	Средняя относительная ошибка e , %
	А	В
357	0,8391	0,2983	0,77	3,07
370	0,8393	0,606	0,76	3,13
625	0,8402	174,22	0,68	3,24

Таким образом, из проделанной работы можно сделать выводы, что существует связь между плотностью дизельных топлив и коэффициентом поглощения, полученные зависимости можно использовать для приближенной оценки плотности углеводородных фракций на предприятиях нефтехимии.

Таблица 1. Удельный коэффициент поглощения топлив процесса гидроочистки дизельных фракций.

Длина во Лны l , нм	№1	№2	№3	№4	№5	№6
357	0,0454	0,0065	0,3594	0,0119	0,0912	0,00244
370	0,0238	0,00355	0,1751	0,0079	0,0414	0,00122
400	0,036	0,00086	0,0433	0,0035	0,00917	0,0006
435	0,0008	0,00035	0,00365	0,00182	0,00206	0,00026
500	0,00016	0,00003	0,00115	0,000665	0,00057	0,0000826
625	0,00002	0,0000036	0,00055	0,000107	0,000148	0,0000186

Таблица 2.

Топливо	№1	№2	№3	№4	№5	№6
Экспериментальное значение плотности, кг/м^3	837	875	943	785	892	857

С п и с о кљ л и т е р а т у р ы

1. Мукаева Г.Р., Доломатов М.Ю. Спектроскопический контроль свойств органических веществ и материалов по корреляциям свойство – коэффициент поглощения. // Ж. Прикл. Спектроскопии, - 1998. – т. 65, №3. – с.438-440.

2. Доломатов М.Ю., Кыдыргычева О.Т., Доломатова Л.А., Карташева В.В. Цветовые характеристики углеводородных нефтехимических систем. // Ж. Прикл. Спектроскопии, - 2000. – т.67, №3. –

с.387-389.

Графики зависимости плотности от коэффициента поглощения