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工业异辛烷、甲乙酮密度测定方法探讨-宁波分析测试

熙熙

2018/08/28
宁波分析测试

石油化工检测

工业异辛烷、甲乙酮密度测定方法探讨
吴超

（宁波海越新材料有限公司, 浙江宁波 318003）

摘要：本文介绍用三种不同原理测定工业异辛烷、甲乙酮密度的方法，分别是重量法、密度计法、U型振荡管法。通过对比三种方法，提出U型振荡管法不论是在分析精度上，分析时间上和对分析人员要求上都是优于传统的重量法和密度计法，是未来自动化、智能化发展的趋势，值得推广。
关键词：工业异辛烷密度测定重量法密度计法 U型振荡管法
一、密度三种测量方法简介：
在工业异辛烷、甲乙酮产品测定中，密度是重要的物理参数之一，主要用于计量、贸易、核算消耗和收益，密度是在规定温度下物质每单位体积内的质量数即ρ=m/V，常规的测定方法就重量法和密度计法，U型振荡管法是近十年来的新方法。其中重量法对应的国家标准是《GB/T13377-2010原油和液体或固体石油产品　密度或相对密度的测定　毛细管塞比重瓶和带刻度双毛细管比重瓶法》，密度计法对应的国家标准是《GB/T 1884-2000原油和液体石油产品密度实验室测定法（密度计法）》，U型振荡管法对应的国家标准是《GB/T 29617-2013数字密度计测定液体密度、相对密度和API比重的试验方法》
考虑到经济实惠方便的前提下大多数采用密度计法，但使用密度计法测量时量筒内样品温度的不好控制会发生变化，人眼睛度数有较大偏差，有时候还会度数错误，密度计精度一系列原因导致测量结果误差较大。
重量法是准确测定物质密度的唯一方法，一定体积量的毛细管比重瓶样品在规定的温度下用天平称重后进行计算得知密度，由于在空气中测定密度样品更加难以恒温控制温度，温度变化会带来误差，不能重复测定。
U型振荡管法是一种新的分析方法，自1965年Hans Stabinger博士受命研究测量溶液密度之间的细微差别，但是他发现以往的密度测量方法不能提供精确的测量。于是开始和Hans Leopold教授研究振荡管测量液体密度的方法，1967年安东帕在Achema国际化工展览会上展出了世界上第一台数字式密度测量仪DMA, 将样品放入装有记数器的U型管内，然后U型管受到电子激发开始振荡，像管弦乐队指挥的音叉一样，振荡也会产生音律。在一个时轴上记录振荡频率，在一段时间和某一振幅内可以得到信号波。每次的频率会随着样品变化而不同，这一切都取决于样品的密度。从频率的差异中，可以精确地测定密度值。一旦仪器用水、空气进行校正，样品密度就可以被测量，包括相关参数，比如：浓度值可由密度计算得出。具有恒温快速，样品量少，分析精确高等优点。
二、三种密度测量方法工作原理及优缺点：
重量法：根据密度是在规定温度下物质每单位体积内的质量数即ρ=m/V。毛细管比重瓶不适用于测定按照GB/T 1087 测得雷德蒸气压超过50KPa或初馏点低于40℃的高挥发液体的密度和相对密度。由于我们的工业异辛烷产品蒸气压控制指标常年在50左右波动，初馏点温度基本在35℃波动，因此只能用重量法中的带刻度双毛细管比重瓶法，该方法要求水浴控制精度为0.05℃。我们实验室现有仪器天平为梅特勒-托利多ME204分析天平精度0.1mg，恒温水浴为大庆日上MD-3Z型密度测定仪精度为0.1℃，故温度无法满足重量法分析要求，另分析步骤中样品恒温需要20℃±0.05℃，恒温时间20min，还需消除静电干扰，重复称量至少三次以上。

优点：是唯一最直接的测量密度方法。对于高标准时间充裕的实验室可以达到要求，可以消除温度变化，空气质量、密度瓶膨胀带来的误差。
缺点：操作繁琐，双毛细管比重瓶清洗困难，没有清洗干净时引入的误差较大。对于分析人员技术要求较高，方法分析重复性0.7Kg/m3，再现性1.0Kg/m3要求较低。
密度计法：根据阿基米德定律（Archimedes law）浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。其公式可记为F浮=G排=ρ液·g·V排液。每只密度计体积质量是一定的，其排液体的体积是相同的，因此可以从密度计上的刻度直接读出测定液体的密度。我们实验室现在使用的就是密度计法，该方法适用于按照GB/T 1087 测得雷德蒸气压小于100KPa的样品，要求简单，只需购买对应分度的经过计量院检定合格的密度计，温度控制要求为20℃±0.25℃，基本恒温20min即可达到，样品量500mL要求密度计底部浮起25mm，对人员度数要求较高。同一异辛烷样品不同人重复性度数误差可达0.2 Kg/m3，如果在算上温度变化导致样品挥发的误差可达到0.5Kg/m3，刚好卡边分析方法的重复性0.5Kg/m3。

优点：分析环境温度控制要求容易达到，使用的仪器设备经济实惠
缺点：对人员要求较高，样品用量大，样品数较多时分析时间较长，温度低于室温不好控制需要外加降温装置，温差变化较大时需要空调控制室温，密度计清洗时易摔碎。购买的密度计精度为0.5Kg/m3，方法分析重复性0.5Kg/m3，再现性1.2Kg/m3要求较低。
U型振荡管法：充满样品的样品管纵向轴向高速转动，轻质转子（内置磁铁）悬浮在样品中同轴转动，转子由样品的剪切力驱动，被涡流力抑制。涡流力由磁铁产生，霍尔效应传感器测量转子速度，当转子速度平衡后，U形密度测量管测量液体的密度。最具代表性的是奥地利安东帕（Anton Paar GmbH）公司DMA M系类仪器，仪器最低配置温度控制精度0.05℃，密度精度0.1Kg/m3，仪器重复性达到0.05 Kg/m3， U型管具有自动清洗功能，操作简单，分析快速30S即可完成，仪器精度完全满足GB/T 29617中最低重复性要求0.11 Kg/m3。仪器校准只需用空气和纯水即可，方便快捷。

优点：分析精度高，重复性较好，对人员技术要求低，分析时间快速，需要样品量少。
缺点：仪器成本高，仪器故障后无法自行修复后期使用成本高。
三、结果与讨论：
结合以上三种分析方法的优缺点及现代快速分析技术要求下，在不是仲裁分析中U型振荡管法不论是在分析精度上，分析时间上，对分析人员要求上都是优于传统的重量法和密度计法，适合石化企业在线分析，及时上传数据，虽然前期投入较高，但是可以节省人力，水电等其他消耗资源，是未来自动化、智能化发展的趋势。
参考文献：
GB/T 13377-2010原油和液体或固体石油产品　密度或相对密度的测定　毛细管塞比重瓶和带刻度双毛细管比重瓶法
GB/T 1884-2000原油和液体石油产品密度实验室测定法（密度计法）
GB/T 29617-2013数字密度计测定液体密度、相对密度和API比重的试验方法
2017 Anton Paar GmbH产品介绍说明书

附件：

工业异辛烷、甲乙酮密度测定方法探讨.docx

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m3327647

第1楼2018/09/21

好文，分析的很透彻！

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