Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа природных ресурсов
Направление подготовки 18.04.01 «Химическая технология»
Образовательная программа «Химическая инженерия»
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Название работы
Определение компонентного состава нефтяной фракции методом жидкостноадсорбционной хроматографии
По дисциплине
Физико-химические методы анализа
Студент
Группа
ФИО
ХИМ44
Ревина М.Д.
Подпись
Дата
Подпись
Дата
Руководитель
Должность
ФИО
Ученая степень,
звание
Доцент
Назарова Г.Ю.
к.т.н.
Томск – 2024 г.
Цель
работы:
освоить
метод
жидкостно-адсорбционной
хроматографии для разделения нефтяных фракций на классы.
Объекты исследования

Гидроочищенный вакуумный газойль (ГО ВГ);

Масляный дистиллят 2 погон(МД).
Теоретическая часть
При
разделении
нефтяного
сырья
жидкостно-адсорбционная
хроматография применяется как для рутинного анализа, так и глубокого
исследования химического состава нефти и нефтепродуктов:

определение
группового
углеводородного
состава
нефтепродуктов с количественной оценкой содержания основных классов
веществ и групп полярных соединений, например для группового разделения
углеводородов на алкано-циклоалкановую и ареновую фракции, а также для
разделения аренов по степени цикличности и смол по полярности;

фракции
выделения одного или двух наиболее важных для данной
классов
разделения
веществ
с
целью
его
последующего
исследования;

препоративное разделение нефтепродуктов на классы или узкие
фракции с последующим детальным изучением выделенных групп.
Главными факторами в жидкостно-адсорбционной хроматографии
являются взаимодействия с адсорбентом вещества и подвижной фазы.
Основой разделения смесей веществ в хроматографии является различная
скорость перемещения разделяемых компонентов по слою неподвижной
фазы в колонке, реализуемая потоком подвижной фазы.
Линейная скорость их перемещения зависит от их равномерного
распределения между несмешивающимися подвижной и неподвижной
фазами. В основе адсорбционного разделения лежит концентрирование
молекул вещества на границе раздела двух несмешивающихся фаз, молекулы
вещества и растворителя конкурируют за место на поверхности адсорбента,
следовательно, адсорбция одних сопровождается десорбцией других.
Компоненты, молекулы которых находятся преимущественно в подвижной
фазе, движутся по хроматографической колонке быстрее компонентов,
обладающих большим сродством к неподвижной фазе.
Таким образом, в адсорбционной хроматографии разделение веществ,
входящих в смесь и движущихся по колонке в потоке растворителя,
происходит за счет их различной способности адсорбироваться на
поверхности и десорбироваться с поверхности адсорбента.
Достигаемое при этом разделение зон компонентов обуславливается их
различным взаимодействием как с растворителем, так и с адсорбентом. В
частности, различная адсорбционная способность даже очень близких по
структуре соединений используется в адсорбционной хроматографии.
Ход работы
Материалы и оборудования:
Пробирки, колбы круглодонные (250мл); шприцы одноразовые (1012мл); стаканы стеклянные (50мл;250мл);цилиндр мерный (100мл); воронка с
резинкой на кончике; набивная палочка; колонка стеклянная (50мл);
пенициллинки; роторный испаритель; хлороформ; гексан; гексан-толуол
(6:1); спирт-толуол (1:1);оксид алюминия (А12О3); силикагель (>0,3 мм).
Подготовка к выполнению работы:
1. Активировать силикагель и Al2O3при 150-180°С в течение 3-4 часов.
2. Провести деасфальтизацию путем растворения пробы 40-кратным
объемом гексана, раствор оставить на 24 часа в темном месте для осаждения
асфальтенов. Далее их отфильтровать и промыть гексаном до отсутствия
масляного пятна. Осадок асфальтенов на фильтре смыть горячим бензолом,
отогнать растворитель и довести до постоянной массы.
3. Подготовить рабочую поверхность (протереть спиртом).
4. Промыть роторный испаритель отгоном хлороформа, затем отгоном
ПЭ, протереть места сцепки колб ваткой, смоченной спиртом.
5. Приготовить рабочие растворы (гексан-толуол; спирт-толуол)
6. Гомогенизировать пробу, добиваясь полного растворения в
подходящем растворителе, растворитель не должен превосходить после ПЭ.
7. Растворить мальтены гексаном (1-2мл)
8. Подписать и взвесить пенициллинки.
Подготовка колонки
9. Промыть колонку хлороформом, затем н-гексаном, просушить. В
кончик колонки плотно забить вату, на 2-3 см. Насыпать Al2O3 (0,5см),
засыпать силикагель объемом 45-48 см3(до метки на бюретке 6 мл),
простукивая
набивной
палочкой
для
равномерного
распределения
силикагеля. Надеть воронку с резинкой на кончике. Смочить силикагель нгексаном в объеме 45 мл.
Парафинонафтеновая фракция
10. После того как н-гексан впитался, ввести раствор пробы, омывая
пенициллинку шприцем (не допускать пересыхания силикагеля). Масса
пробы должна быть такой, чтобы при введении ее в колонку, она не
распределилась больше, чем на половину колонки. Когда вся проба впитается
в силикагель, добавить н-гексан по 1 мл, 3 раза, затем провести вымывание
парафинонафтеновых углеводородов в объеме 56 мл. Элюат собрать в
пробирки по 2-3 мл.
Ароматическая фракция
11. В цилиндр налить раствор гексан - толуол (6:1) в объеме 120 мл.
После того, как весь гексан впитается, после выделения парафинонафтеновой
фракции, добавить раствор гексан-толуол по 1 мл, 3 раза. Провести
десорбцию фракции ароматических углеводородов. Элюат собрать в
пробирки по2-3 мл.
Смолы
12. В цилиндр налить раствор спирт-толуол (1:1) в объеме 100 мл.
После того, как впитается раствор гексан-толуол, добавить раствор спирттолуол по 1 мл (если пенициллинка после отмывания раствором гексантолуол осталась грязной, промыть раствором спирт-толуол до того момента,
пока раствор над силикагелем не станет прозрачным). Когда смолы опустятся
(самое темное место) на 2/3 колонки (46 мл на бюретки), отбор элюата
собрать в круглодонную колбу.
13. После завершения процесса деления мальтенов на фракции,
четкость разделения и надежность получаемых результатов необходимо
проанализировать методом рефрактометрии.
Для элюатов из каждой пробирки измеряют показатель преломления на
рефрактометре при 20°С. Далее в соответствии с полученными результатами
элеат отнести
к группе углеводородов (насыщенные
углеводороды,
ароматические углеводороды и смолы).
14. Далее провести отгон растворителя на роторном испарителе.
Колбу
с
фракцией
закрепить
на
роторном
испарителе.
Для
парафинонафтеновой фракции температура бани составляет 42-44°С, для
ароматических УВ и смол 52°С. Растворитель отгонять до остатка в 3-5 мл,
который следует перенести в пенициллиновый флакон (перед этим
пенициллиновый флакон нужно промыть хлороформом, просушить и
взвесить на весах). Стенки колб промыть тем же растворителем, которым
выделяли фракцию (для парафинонафтеновой фракции - гексан, для
ароматических УВ и смол-хлороформ). Его также выливают во флакон.
15. Пенициллинки с выделенной фракцией высушить на воздухе до
постоянной массы, затем взвесить на весах и рассчитать их содержание на
навеску пробы.
Обработка полученных результатов
Таблица 1 – Исходные данные
Массы пенициллинок, г
МД
ВГ
ХИМ42
ХИМ44
11,4077
10,9058
11,4591
11,0491
11,0255
11,2123
10,8426
11,4651
11,1949
№ пенициллинки
1
2
3
Таблица 2 – Масса навесок
Фракция
Парафины + пенициллинка 1
Ароматика + пенициллинка 2
Смолы + пенициллинка 3
В
ходе
анализа
контроль
Массы фракций с пенициллинками, г
МД
ВГ
ХИМ42
ХИМ44
11,4616
10,8368
11,5422
11,0743
11,0936
11,2785
11,4507
11,4507
11,1882
степени
разделения
осуществлялся
рефрактометрией и тонкослойной хроматографией с использованием УФсвета.
Рисунок 1 – Детектирование ВГ с использованием метода ТСХ
1-4 пробы –подвижная фаза (гексан);
5-8 пробы – насыщенные УВ;
9-16 пробы –подвижная фаза (гексан:толуол 6:1);
17-20 пробы – ароматические УВ;
21-32 пробы –подвижная фаза (спирт:толуол 1:1);
с 33-37 пробы – спирто-бензольные смолы.
Рисунок 2 – Детектирование МД (ХИМ42) с использованием метода
ТСХ
1-12 – подвижная фаза (гексан);
13-16 пробы – насыщенные УВ;
16 -36 - подвижная фаза (гексан:толуол 6:1).
Рисунок 3 – Детектирование МД (ХИМ44) с использованием метода
ТСХ
1-23 пробы – подвижная фаза (гексан:толуол 6:1);
24-26 пробы – ароматические УВ;
с 27 пробы – смена подвижной фазы (спитр:толуол 1:1);
42-43 пробы – спирто-бензольные смолы.
1,5000
Показатель преломления
1,4800
Гексан
Гексан:толуол 6:1
Спирт:толуол 1:1
1,4600
1,4400
1,4200
1,4000
1,3800
1,3600
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Номер пробы
Рисунок 4 – Хроматограмма масляного дистиллята
При детектировании МД
методом ТСХ и анализе хроматограммы
установлено, что:
1. Парафино-нафтеновые УВ представлены в пробах 13-16, что видно при
флуоресценции в ультрафиолетовом свете (УФ), а также увеличением
показателя преломления в этих пробах на хроматограмме. Показатель
преломления составил 1,3798 – 1,3802.
2. Ароматические УВ представлены в пробах 60-63, что видно при
флуоресценции в ультрафиолетовом свете (УФ), а также увеличением
показателя преломления в этих пробах. Показатель преломления
составил 1,3846 – 1,4099.
3. Спирто-бензольные смолы представлены в пробах 77-78, что видно
при флуоресценции в ультрафиолетовом свете (УФ), а также
увеличением показателя преломления в этих пробах. Показатель
преломления составил 1,4546 – 1,4782.
1,5
Гексан
Показатель преломления
1,48
Гексан:толуол 6:1
Спирт:толуол 1:1
1,46
1,44
1,42
1,4
1,38
1,36
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Номер пробы
Рисунок 5 – Хроматограмма вакуумного газойля
При
детектировании
ВГ
методом
ТСХ
и
анализе
хроматограммы
установлено, что:
1. Парафино-нафтеновые УВ представлены в пробах 5-8, что видно при
флуоресценции в ультрафиолетовом свете (УФ), а также увеличением
показателя преломления в этих пробах на хроматограмме. Показатель
преломления составил 1,3800 – 1,3806.
2. Ароматические УВ представлены в пробах 17-20, что видно при
флуоресценции в ультрафиолетовом свете (УФ), а также увеличением
показателя преломления в этих пробах. Показатель преломления
составил 1,3806– 1,3964.
3. Спирто-бензольные смолы представлены в пробах 33-36, что видно
при флуоресценции в ультрафиолетовом свете (УФ), а также
увеличением показателя преломления в этих пробах. Показатель
преломления составил 1,4101 – 1,4668.
Таблица 3- Массы фракций в МД и ВГ.
Фракция
Парафины
Ароматика
Смолы
Массы фракций, г
МД
ВГ
ХИМ42
ХИМ44
0,0539
-0,069 0,0831
0,0252
0,0681 0,0662
0,6081
-0,0144 -0,0067
Массы фракций МД и ВГ получились отрицательные в связи
калибровкой весов.
В таблице 4 представлено процентное содержание веществ в образце
МД ХИМ42
Таблица 4 – Процентное содержание веществ в образце МД ХИМ42
Фракция
Парафины
Ароматика
Смолы
Массы фракций, г
МД
ХИМ42
7,8434
3,6671
88,4895
В ходе анализа таблицы 4, установлено, что наибольшее содержание в
образце МД составляют смолы 88,5%, наименьшее – ароматика 3,7%. Такое
незначительное содержание ароматических веществ можно объяснить их
летучестью, нарушением хранения образцов.
Вывод: В ходе выполнения лабораторной работы освоена техника
проведения колоночной жидкостноадсорбционной хроматографии нефтяных
фракций, выкипающих при температуре более 300 С.
Разделены нефтяные фракции на смолы, парафино-нафтеновую и
ароматическую фракцию с контролем четкости разделения по показателю
преломления и методом ТСХ.
По
результатам
взвешивания
можно
увидеть,
что
в
образце
преобладают парафины и смолы, на ТСХ можно было наблюдать моно- и
диароматику, наибольшее содержание в образце составляют смолы 88,5%,
наименьшее – ароматика 3,7%.