石油粘度-温度数学模型与密度的关联研究.pdf

第 4 l 卷 第 7期 2 0 1 2年 7月 化工技术与开发 T e c h n o l o g y De v e l o p me n t o f Ch e mi c a l I nd u s t r y Vo 1 ．41 No ． 7 J u 1 ． 2 01 2 石油粘度 一 温度数学模型与密度的关联研究 杜军驻 ，仇汝 臣 青岛科技大学化工学院，山东 青岛 2 6 6 0 4 2 摘要 依据粘度的经验关联式，选取某石化公司催化原料及其馏分的性质数据 ，探讨研究了密度对于粘度 的影响，并利用非线形单纯形法进行回归计算，由此得到具体的粘度经验式。 关键词 粘度； 密度； 非线形单纯形法； 回归计算； 经验式 中图分类号 T E 6 2 2 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 - 9 9 0 5 2 0 1 2 0 7 - 0 0 0 6 - 0 2 在石油加工 中， 粘度是检验许多石油产 品的重 要质量指标。 油品的粘度与它的化学组成密切相关 ， 它反映了油品烃类组成的特性 n 】 。而在计算某种石 油馏分的粘度时， 并不仅仅考虑温度， 在一定的压力 范围内， 粘度还与密度、 平均分子量和特性因数等物 性参数有关 ， 一般可表示为 v_- f 。 、 K、 Mw ， 一般 常用 的是标准密度 ， 即 2 O ℃时 的密度， 用 P ∞表示。 本文依据粘度 一温度数学模型 Wa l t h e r 方程与密度 关联进行探索研究。 1 石油粘度数学模型的建立 为考察某石化公司催化装置原料油在反应过程 中粘度 的变化情况 ， 考察了 5 个周期粘度 的变化趋 势， 定期取样， 运用粘度分析方法对5 个周期的4 个 温度点 4 0 o C、 6 0 o C、 8 0 C、 1 0 0 C 进行粘度分析 ， 并 测定 了 2 0 q C 时的密度 ， 见表 1 。 表 1 粘度、密度分析结果 Ta bl e 1 Th e a n a l y s i s o f v i s c o s i t y a n d d e n s i t y r e s u l t 取样 密度 2 0 C 动力粘度 ／ mP a s S H ／ T 0 7 3 9 - 2 0 0 3 批次 ／ k g m 4 0 ℃ 6 0 C 8 0 ℃ I O 0 C 注 动力粘度扭矩百分比 读数应在1 0 ％一 1 0 0 ％范围内，8 0 C 、 I O 0 C 动力粘度扭矩百分比读数小于1 0 ％，故只作为参考 1 ． 1 石油粘度计算的通用式 目前 ， 国内外许多人通过实验运用经验法、 半理 论法等多种方法测定 回归 了粘度与温度的关系表达 式 ， 最常用 的是 Wa h h e r 方程 [ 2 1 ， 即式 1 l o g O o g v ] 1 易 2 l o g T 1 式中 v 一运动粘度 ，m m s ～； 卜 绝对温度 ， K； a 、 b 、 易 厂 与油品性质有关的常数 。 对于不同的油品性质经验方程有不同的经验常 数。其中， 经验常数 a 一般有固定的取值， 适用于我 国石油产品的a 值一般取0 ．6 ， 而国外有的则采用 0 ． 】 。 但这仅仅是一个经验方程， 不一定完全适用于不同馏 分粘度的计算。国内对这一方面的研究和探讨较少， 对于某种具体油品性质的精确数据回归也没有太多 涉及， 而国外研究者根据此公式针对不同的油品探讨 了粘度与压力 、 密度以及平均分子质量的关系， 并且 进行了多种计算和 回归， 积 累了大量可供参考的文 献。 1 ． 2 密度与粘度关联式的建立 密度与粘度有一定的关联式， 在此探索了它们 的关联式 ， 然后根据已知数据 回归出它的系数。它 们的关联式为 a u l P 2 0 M 2 p 2 0 3 2 b l 蹦 4 p 2 】 “ 5 2 0 6 3 b 2 u 7 P 2 0 “ 8 2 0 u 9 4 式中 U 1 、 M 2 、 U 3 、 M 4 、 U 5 、 l l 6 、 U 7 、 8 、 U 9 均为系数 。 将式 2 ～ 4 代人经验方程中， 结合实验测 量值， 通过非线性单纯形加速法 【4 】 进行数据回归， 得到各系数值 u 1 2 7 ． 6 5 4 8 9； u 2 - O ． 1 5 4 0 51 0 ～； U 3 --1 2 4 1 1 ． 3 2 ； 作者简介 杜军驻 1 9 8 6 ． ，男，青岛科技大学化学工艺专业在读研究生 ，研究方向 石油加工 通讯联系人 仇汝臣 1 9 6 3 - ，男，教授，高级工程师 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 ． 0 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 7期 杜军驻等 石油粘度一 温度数学模型与密度的关联研究 7 U 4 一 3． 2 3 0 43；U s 0 ． 1 7 6 4 3 1 0 ～；u 6 1 5 03 ． 0 2 4； U 7 0． 3 63 5 4；U S ----一0 ． 1 9 5 9 2 1 0一 U 9 一1 7 2 ． 52 2 9 需要指出的是 ， 经验公式中所用的粘度为运动 粘度 v mm S - 1 ， 而我们选取的催化原料及其馏分 的性质数据所给的为动力粘度 叩 m P a S o由于 1 d中原料油的密度基本不变 ， 而 v r l ／ p， 因此可以将 动力粘度带人经验公式进行计算。 2 石油粘度的计算 本文依据实验值， 在不考虑密度影响时回归计 算 了 Wa h h e r 方 程的经验系数 的前提下 ， 计算关联 密度后 的经验系数 ， 并进行了比较。 表 2 不同密度下的经验系数 Ta b l e 2 Empi ric a l c o e ffi c i e n t i n d i f f e r e n t de ns i t y 注 表中a ，b ，b 为不考虑密度影响时回归计算的经验常数，a ，b 。 ，b 2 为考虑密度影响时回归计算的经验常数 由表 2可以得出各取样批次相应的密度关联 的l o g [ 1 o g v 一 0 ． 7 6 6 1 7 ] 2 4 ． 4 2 5 3 7 3 ． 9 6 9 0 8 1 o g T 8 经验方程式如下所示 l o g [ 1 o g v 一 0 ．4 3 6 4 7 ] 2 4 ． 4 6 9 6 7 3 ． 9 8 0 2 5 1 o g T 9 l o g O o g v 一 0 ． 2 0 5 5 7 ] 2 5 ． 3 3 3 2 4 4 ． 1 4 3 9 7 1 o g T 5 根据得 出的经验方程 ， 计算 了不 同密度 、 温度下 l o g [1 o g v 一 0 ．8 7 8 0 8 ] 2 4 ．4 1 2 9 4 - 3 ．9 6 5 7 7 1 o g T 6 的粘度值， 并与实验值进行了误差比较 表 3 。 l o g O o g v 一 0 ． 5 0 7 9 4 1 2 4 ． 4 5 8 9 2 3 ． 9 7 7 6 1 1 o g T 7 表 3 不同密度、温度下粘度计算值与实验值误差 比较 Ta b l e 3 Er r o r c o mp a r i s o n o f c a l c u l a t i v e v i s c o s i t y v a l u e s wi t h e x p e rime n t o ne s i n di f f e r e n t de ns i t y a n d t e mp e r a t u r e 4 0 ℃ 6 0℃ 8 0 ℃ 1 0 0 o C ， k 一 ， 藤 丽 可 碾 鄹 碾 蓟 疆 ／ mPa S ／ mPa - S ／ mP a S ／ mP a S ／ mP a s ／ mPa S ／ mPa S ／ mPa S 由表 3 可知， 不同密度时粘度的计算值与实验 测定值的平均相对误差均在 1 0 ％左右 ， 经过 回归计 算得到的粘度值的相关系数是 0 ． 9 7 9 3 4 0 6 6 ， 可见回 归计算 的数据是 比较准确的。 当然， 考虑密度对于粘度的影响时 ， 回归计算得 到的粘度值有时会比经验方程计算的粘度值误差大。 主要是因为这里仅考虑了密度的影响， 而未参考粘度 相关 的物性还有平均分子量和特l 生因数等， 因此得到 的粘度值与实际有一定的误差， 但这种计算方法仍然 比不考虑密度时得到的粘度值更能符合实际工况。 3 结语 本文主要依据 Wa h h e r 方程 ， 针对某一 特定馏 分建立 粘度数学模型 ， 即粘度 与温度 、 密度 的关系 式。探索了密度对于粘度的影响， 回归计算出了相 应 的经验常数 ， 并 由此得到具体的粘度经验式。由 于目前国内并没有太多相关方面的回归计算， 希望 此次计算的方法和思路可以为以后计算其它相关石 油馏分的粘度式提供经验和参考。 参考文献 【 1 】S ． O“ z d o g 。 a n ， H． G u“ r b u“ Z Yu“ c e 1 ． C o r r e l a t i o n s t o w a r d s p r e d i c t i o n o f p e t r o l e u m f r a c t i o n v i s c o s i t i e s a s e mi t h e o r e t i c a l a p p r o a c h [ J ] ． F u e l ，2 0 0 0 ， 7 9 1 2 0 9 - 1 2 1 4 ． 【 2 】 华东石油学院炼制系 ． 石油炼制及化工计算方法图表集 【 M] ． 北京 石油工业 出版社 ，1 9 7 5 ． [ 3 】A d v a n c e s i n P e t r o l e u m c h e m i s t r y a n d R e fi n i n g ，1 9 6 5 ， 1 0 【 4 】 仇汝臣． 原油蒸馏产品质量预测模型化和过程优化研究 【 D】 ． 天津 天津 大学 ，2 0 0 7 ． 下转第3 9 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 7期 王静等 纳米氧化铁薄膜的制备及在水处理 中的应用研究 3 9 [ 1 6 】 [ 1 7 】 【 l 8 】 【 1 9 】 【 2 0 】 [ 2 l 】 【 2 2 】 【 2 3 】 力学性能研究 I J 1 ． 清华大学学报 ，1 9 9 8 ，3 8 1 0 1 6 ． 刘静波 ， 王智明 ， 谷林夫 ， 等 ． 络合物型溶胶 一 凝胶过 程研制纳米晶 ． F e 0 ， 磁粉 f J 1 ． 功能材料 ， 1 9 9 8 ， 2 9 2 1 44． 1 47 ． 魏雨 ， 赵建 录 ． 高浓度三价铁催化相转化制备超 细 ．F e 2 0 胶粒 【 J 】 ． 催化学报，1 9 9 8 ，1 9 1 7 - 8 ． 黄思玉，刘思宇，王统洋，等 ． 氧化铁膜的溶胶凝胶 制备及光学性能 f J 】 ． 太阳能学报，2 0 0 7 ， 7 2 8 ． 殷竞洲 ． 二氧化钛溶胶 ． 凝胶制备及光催化性能研究 【 D 】 ． 大连 大连理工大学，2 0 0 8 ． Ge o r g e P ，F o t o u S o t i r i s e ， e t a 1 ． P h o t o C a t a l y t i c d e s t r u c t i o n Of P h e n o l An d S a l i e y l i e a c i d wi t h a e r o s o l ma d e a n d c o mm e r c i a l r i t a n i a p o w d e r s f J 1 ． C h e m E n g C o m m，1 9 9 6 ， 1 51251 - 2 5 5． 王能亮 ， 解立平 ． 光催化氧化法降解有机污染物影响 因素及其效率提高途径 [ J ] ． 应用化工，2 0 0 7 ，3 6 2 1 8 3． 1 8 6． 彭瑾 ． T i O ． F e O ， 复合薄膜的制备及光催化降解有机废 水的研究 [ D 】 ． 武汉 武汉理工大学 ，2 0 0 8 ． 孙振亚 ， 祝春水 ， 陈和生 ， 等 ． 几种不同类型的 F e O O H 吸附水溶液中铬离子研究 f J 】 ． 岩石矿物学杂志，2 0 0 3 ， 2 2 4 3 5 2 ． 3 5 3 ． [ 2 4 】V o h r a M． S ， T a n a k a K ， P h o t o c a t a l y t i c d e g r a d a ti o n o f a q u e o u s p o l l u t a n t s u s i n g s i l i c a - mo d i fi e d T i O 2 [ J ] ． Wa t e r R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ，3 7 1 6 3 9 9 2 ． 3 9 9 6 ． ． 【 2 5 】 【 2 6 】 Na k a s h i ma T o h k o Y，Ku b o t a Y， e t a 1 ．Ph o t o c a t a l y t i c d e c o mp o s i t i o n o f e s t r o g e n s i n a q u a t i c En v i r o n me n t By r e ci pr o c a t i n g i mm e r s i o n o f Ti 02 - mo di f i e d p o l y t e t r a f 1 u 0 r 0 e t h y 1 e n e me s h s h e e t s [ J ] ． J o u r n a l o f P h o t o c h e mi s t r y a n d P h o t o b i o l o g y A C h e mi s t ry ，2 0 0 3 ， 1 6 0 1 - 2 1 1 1 5 - 1 2 0 ． Mr o we t z M， P i r o l a C ， S e l l i E ． De g r a d a t i o n o f o r g a n i c wa t e r p o l l u t a n t s t h r o u g h s o n o p h o t o c a t a l y s i s i n t h e p r e s e n c e o f T i O 2 [ J ] ． U l t r a s o n i c s S o n o c h e mi s t r y ，2 0 0 3 ，1 0 4 一 S 2 4 7 ． 2 5 4 ． 【 2 7 】V u l l i e t E ， C h o v e l o n J ． M． ，G u iU a r d C ． ， e t a 1 ． F a c t o rs i n fl u e n c i n g t h e p h o t o c a ta l y t i c d e g r a d a t i o n o f s u l f o n y l u r e a h e r b i c i d e s b y T i O 2 a q u e o u s s u s p e n s i o n [ ．J o u r n a l o f P h o t o c h e mi s t ry a n d P h o t o b i o l o e v A C h e mi s t r y，2 0 0 3，1 5 91 7 1 - 7 9 ． [ 2 8 】徐莉英 ， 邢光熹 ． 铁氧化物和层状硅酸盐矿物在土壤 中吸附重金属离子中的作用 f [ J 】 ． 土壤学报，1 9 9 5 ． 3 2 s 1 2 0 1 ． 2 0 8 ． Pr e p a r a t i o n o f Na n o me t e r Fe r r i c Ox i de Th i n Fi l m a n d i t s App l i c a t i o n Re s e a r c h i n W a t e r Tr e a t m e nt WA NG J i n g ， Z HU Y a n ， MA K e , WA NG ai , L I S h a o - j u n I n s t i t u t e o f E n v i r o n me n t a l a n d C h e mi c a l E n g i n e e ri n g ， Xi an P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y , Xi a n 7 1 0 0 4 8 ，C h i n a Ab s t r a c t I n r e c e n t y e a r s ，t h e a t t e n t i o n h a d b e e n t o r e c e i v e t o t h e n a n o me t e r f e r r i c o x i d e ． T h e n a n o f e r r i c o x i d e wh i c h h a d t h e wi d e s p r e a d a p p l i c a t i o n i n ma n y d o ma i n s h a d the v e r y g o o d ma g n e t i s m， d e g r e e o f h a r d n e s s， the g o o d we a t h e r i ng r e s i s t a n c e ， the l i g h t r e s i s t a n c e ， t h e c h e mi c a l s tab i l i ty a n d s e mi c o n d u c t o r c h ara c t e r i s t i c ． Or d ina r y n a n o me t e r o x i d e c o mp o u n d h a d s h o r t c o mi n g s s u c h a s e a s i l y t o d r a in， t o r e un i t e ， h a r d l y t o r e c y c l e ， wh e n i t wa s a p p l i e d in ma n y d o mi n s ． Th e p r e p ara t i o n r e s e a r c h o f the n ano me t e r f e r r i c o x i d e me mb r a n o u s ma t e ria l h a d t h e b e tt e r a p p l i c a t i o n v a l u e an d t h e d e v e l o p me n t p r o s p e c t ． Th e n a n o me t e r o x i d e c o mp o un d t h i n fi l m p r e p ara t i o n me t h o d h a d b e e n c a r r i e d o n the s u mma r y i n the wa t e r t r e a t me n t a p p l i c a t i o n p r e s e n t s i t u a t i o n ． Ke y wo r d s -n an o me t e r t h i n fi l m； f e r r i c o x i d e ； p r e p ara t i o n me t h o d ； a p p l i c a t i o n 上接 第7 页 S t u d y o n Vi s c o s i t y - - Te m p e r a t u r e M a t h e ma t i c a l M o d e l o f Pe t r o l e u m As s o c i a t e wi th De n s i t y DU J u n z h u ， Q I U R u - c h e n C o l l e g e o f C h e mi c a l E n g i n e e ri n g ，Qi n g d a o Un i v e r s i ty o f S c i e n c e and T e c hno l o g y ，Q i n g d a o 2 6 6 0 4 2 ，C h ina Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f v i s c o s i ty e mp i ric a l c o r r e l a t i o n s ， t h e c a t a l yti c ma t e ria l and t h e n a t u r e d a ta o f i t s f r a c ti o n s o f a p e t r o c h e mi c a l c o mp a n y wa s u s e d t o s t u d y t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l o f v i s c o s i ty t e mp e r a t u r e a n d d e n s i ty． T h e r e g r e s s i o n c a l c u l a t i o n o f n o n l i n e ar s i mp l e x me tho d wa s u s e d t o g e t the e mp i r i c a l f o r mu l a o fv i s c o s i ty． Ke y wo r d s v i s c o s i ty； d e n s i ty； n o n l i n e ar s i mp l e x me t h o d ； r e gre s s i o n c a l c u l a t i o n ； e mp i r i c a l f o r mu l a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m