石油化学06 第3章 石油及油品的物理性质
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第06次课
第3章 石油及油品的物理性质
本章的主要内容： 1 恩氏蒸馏和实沸点蒸馏
2 平均分子量及分子量测定
3 密度和相对密度 4 光学性质 5 粘度 6 热性质
7 其它性质
1 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度
3 密度和相对密度
原油及油品的密度和相对密度在生产和运输有着重要的
的原油如胜利原油次之，而环烷基的原油如辽河欢喜岭原油最小。
15 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
3.6 特性因数和相关指数
特性因数K：
1.216 3 T K 15.6 d15.6
相关指数BMCI：
48640 15.6 BMCI 473.7 d15.6 456.8 t v 273
对于任何一种链烷烃或烷基取代的环状烃而言，当碳 数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有多干个芳 香环或环烷环，这对它的密度的影响已微不足道了。 烃类分子的碳数与其相对密度之间的线性关系可用下
式表示 ：
k d 0.8513 CZ
20 4
对于不同的烃类分子，其中的 k与Z值均不同。
11 /78
式中：—油品的体积膨胀系数 液体受压后，体积变化不是太大，因而通常压力对
液体石油产品的密度的影响可以忽略不计。但在很高的 压力下油品的密度要受到压力的影响
6 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.3 混合油品的密度
3.3 混合油品的密度 当属性相近的两种或多种油品混合时，其体积具有可加 性，因此混合油品的的密度混可按下式计算：
不要混淆：密度与分子量 石油及其馏分的数均分子量
1200
平均分子量的分布
1000 800 600 400 200 0
大庆原油 胜利原油 欢喜岭原油
200~250 250~300 300~350 350~400 400~450 450~500
>500
沸点范围
当沸程相同时，石蜡基的原油如大庆原油的数均分子量最大，中间基
0.90 0.85
比较各种烃类的相对密度：
正烷基苯
■碳数相同而结构不同的烃类：
芳香烃＞环烷烃＞烷烃。
relative density
0.80 0.75 0.70 0.65 6
正烷基环己烷
■同族烃类，随着碳数的增 加：正构烷烃的相对密度增
正构烷烃
加；正烷基环己烷的相对密 度增加 ；正烷基苯的相对
10 密度减小
有如下式的线性关系：
表3-3-4 各原油窄馏分的K值和BMCI值
原油 大庆 中原 胜利 辽河 孤岛 羊三木 K 12.0～12.6 11.7～12.6 11.2～12.2 11.4～11.9 11.1～11.7 11.1～11.7
BMCI
17～24 17～29 14～39 28～47 36～57 49～62
原油基属 石蜡基 石蜡基 中间基 中间基 环烷-中间基 环烷基
进一步研究表明，烃类的 系。以碳数的倒数的校正值
20 d 4 与其碳数之间有一定的关
坐标作图，可以得到线性关系很好的直线。
1 为横坐标 ，以 CZ
d
20 4
为纵
20 d4
0.8513 当碳数C ∞
d
1 CZ
20 4
0.8513
10 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
19 /78
第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.1 折射率的测定
4.1 折射率的测定 折射率的定义：
光在真空中的速度与在介质中的速度之比值。或者
光线入射角的正弦与折射角的正弦之比 Sinθ1 /Sinθ2 。
折射率随密度的增大而增大， 水的
nD＝1.33，金刚石的nD＝2.41 真空 的基准数值为1.0，如果光线垂直于 界面入射则不发生折射。
10 密度减小
7 8 9 The number of carbon atoms
图3-3-1 各族烃类的相对密度
23 /78
第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.2 折射率与化学组成的关系
烃类分子的折射率与其分子结构的关系和相对密度与 分子结构的关系是相似的。 烃类的
n
20 D
其碳数的倒数校正值
7 8 9 The number of carbon atoms
图3-3-1 各族烃类的相对密度
8 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
烃类的相对密度与其分子结构有关。芳香烃的C-C的键 长最短，其结构最为紧凑，环烷烃的结构与芳烃相比，其
分子结构要松弛一些，烷烃分子的C-C键的键长最长，其
refractive index
1.47 1.44 1.41
正构烷烃
正烷基环己烷
■同族烃类，随着碳数的增 加：正构烷烃的折射率增加； 正烷基环己烷的折射率增
10
1.38 6 7 8 9 The number of carbon atoms
加 ；正烷基苯的折射率减 小
图3-4-1 烃类的折射率
n
20 D 与碳数的关系
意义，在原油及产品的计量和炼油装置设计等方面都是必不
可少的。 油品的的相对密度还与其化学组成有密切关系， 可以以相对密度为基础关联出许多重要性质参数。如特性因 数K、˚API。在国际市场上，原油按质论价，相对密度是反 映其质量的一个重要指标。
1.216 3 T K d15.6 15.6
API 141.5 131.5 d15.6 15.6
■我国规定油品在20℃时的密度为其标准密度，表示为20。
■油品的相对密度是其密度与规定温度下水的密度之比值， 没有单位。常用
d
t 4
表示，在数值上等于t℃时油品的密度。
3 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.1 密度、相对密度及其测定方法
■我国常用的相对密度为
20 d 4 ，欧美各国则常用
15 d15..66 表示，二者之间可按下式进行换算：
d
15.6 15.6
d Δd
20 4
■在欧美各国还常用 ˚API 来表示油品尤其是原油的相对密
度。
4 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.1 密度、相对密度及其测定方法
■油品密度的测定方法：密度计法和比重瓶法 密度计法用于液体石油产品密度的测定。 比重瓶法可以测定非液体石油产品的密度。
密度计
比重瓶
5 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.2相对密度与温度压力的关系
3.2 液体油品相对密度与温度、压力的关系
温度升高，油品的体积膨胀，密度和相对密度减小。
在0～50℃的温度范围内，t℃时的相对密度与20 ℃时的相 对密度之间存在如下的关系 :
t 20 d 4 d 4 (t 20)
< 中间基原油 0.8039 0.8204
0.8167 0.8283 0.8270 0.8350
< 0.8652
0.8804 0.8994
环烷基原油 0.8630
0.8900 0.9100
350～400
400～450 450～500 >500 原油
0.8368
0.8574 0.8723 0.9221 0.8554
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.5 石油及其馏分的相对密度
3.5石油及其馏分的相对密度
20 表3-3-1 原油及其馏份的相对密度 d 4 的范围
油品 原油 汽油
相对密度 0.8～1.0 0.74～0.77
油品 轻柴油 减压馏份
相对密度 0.82～0.87 0.85～0.94
航空煤油
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.5 石油及其馏分的相对密度
原因在于：
环烷基的原油由于其芳烃含量较高，因而其相对密度较 大，而石蜡基原油因烷烃含量较高，因此其相对密度较 小。 相同原油的馏分随着其沸点的升高，芳烃含量增加，而
烷烃含量降低，因而其相对密度增加。
14 /78
10 10～20 20～32 32
2 /78
特重原油 重质原油 中质原油 轻质原油
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.1 密度、相对密度及其测定方法
3.1石油及其油品的密度、相对密度及其测定方法 定义：该油品在单位体积内的质量，单位为g/cm3或kg/m3 。 ■油品的体积随温度的升高而膨胀，其密度也随之变小， 提及密度时应标明温度。
0.78～0.83
减压渣油
0.92～1.0
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.5 石油及其馏分的相对密度
表3-3-2 不同原油各馏分的相对密度
馏份, ℃ 大庆 胜利 孤岛
20 d4
羊三木
IBP～200 0.7432 不同基属的原油的相同沸程的馏分: 0.7446
200～250 250～300 300～350
分子结构最松弛。 因而对于相同碳数的烃类而言，芳烃分子的体积最 小，也就是说它的每个碳原子所占的体积最小，因而其 相对密度最大，环烷烃的分子结构比烷烃也要紧凑些，
因此其相对密度也比烷烃要大，烷烃分子的相对密度最
小。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
相同原油不同的馏分: 0.8606 0.9149 随沸点的升高相对密 0.8874 0.9349 度随之增加 。
0.9067 0.9698 0.9005 0.9390 1.0020 0.9495
0.9320
0.9433 0.9483 0.9820 0.9492
原油属性
石蜡基
中间基
环烷-中间基
环烷基
13 /78
1 min vi i n 混 wi i 1
n
i 1
i
式中：vi和wi－组分i的体积分率和质量分率
属性相差较大的油品混合时，混合后的体积变化较大， 需要校正。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
3.4 相对密度与化学组成的关系
石蜡基原油的K值大，BMCI值小。 环烷基原油的K值小，而BMCI值大 。
因而K值和BMCI值能够较好地反映原油的化学属性。
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质
4 光学性质
光在介质中的传播速度与介质的化学组成和结构有
关。 在石油的研究的和产品质量的检验时，常用油品的 光学性质，如折射率、分子折射和色散率等来关联其化 学组成和结构。
正构烷烃的K值最大，约为12.7，环烷烃次之，为11～12，芳香烃最小， 为10～11 。
正构烷烃的BMCI最小，基本为零，环烷烃次之，在50以下，芳香烃最
大，在100以下。换言之，油品的BMCI越大，其芳香性越强，而BMCI越 小，表明其石蜡性越强。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
16 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
表3-3-3 烃类的特性因数(K)与相关指数(BMCI)
化合物 正己烷 C6 正庚烷 C7 环己烷 C6 甲基环己烷 C7 苯 C6 甲基苯 C7 特性因数K 12.81 12.71 10.98 11.32 9.72 10.14 相关指数BMCI 0.01 0.10 51.57 39.87 99.84 82.91
22 /78
前面学习的：相对密度与化学组成的关系
0.90 0.85
比较各种烃类的相对密度：
正烷基苯
■碳数相同而结构不同的烃类：
芳香烃＞环烷烃＞烷烃。
relative density
0.80 0.75 0.70 0.65 6
正烷基环己烷
■同族烃类，随着碳数的增 加：正构烷烃的相对密度增
正构烷烃
加；正烷基环己烷的相对密 度增加 ；正烷基苯的相对
一般来说，温度与折射率的关系下式表示：
n n 0.0004(t t 0 )
t D t0 D
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.2 折射率与化学组成的关系
4.2 折射率与化学组成的关系
1.50
正烷基苯
比较各种烃类的折射率n 20：
D
■碳数相同而结构不同的烃类：
芳香烃＞环烷烃＞烷烃。
Ө1
Ө2
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.1 折射率的测定
油品的折射率取决于：
化学组成和结构。 测定温度和入射光的强度。 常用的折射率测定仪是阿贝折光仪，所测得的是钠黄 光的D线（波长为589.3nm）的折射率，用nD表示。 折射率还受温度的影响，温度升高，折射率变小。
第3章 石油及油品的物理性质
本章的主要内容： 1 恩氏蒸馏和实沸点蒸馏
2 平均分子量及分子量测定
3 密度和相对密度 4 光学性质 5 粘度 6 热性质
7 其它性质
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度
3 密度和相对密度
原油及油品的密度和相对密度在生产和运输有着重要的
的原油如胜利原油次之，而环烷基的原油如辽河欢喜岭原油最小。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
3.6 特性因数和相关指数
特性因数K：
1.216 3 T K 15.6 d15.6
相关指数BMCI：
48640 15.6 BMCI 473.7 d15.6 456.8 t v 273
对于任何一种链烷烃或烷基取代的环状烃而言，当碳 数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有多干个芳 香环或环烷环，这对它的密度的影响已微不足道了。 烃类分子的碳数与其相对密度之间的线性关系可用下
式表示 ：
k d 0.8513 CZ
20 4
对于不同的烃类分子，其中的 k与Z值均不同。
11 /78
式中：—油品的体积膨胀系数 液体受压后，体积变化不是太大，因而通常压力对
液体石油产品的密度的影响可以忽略不计。但在很高的 压力下油品的密度要受到压力的影响
6 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.3 混合油品的密度
3.3 混合油品的密度 当属性相近的两种或多种油品混合时，其体积具有可加 性，因此混合油品的的密度混可按下式计算：
不要混淆：密度与分子量 石油及其馏分的数均分子量
1200
平均分子量的分布
1000 800 600 400 200 0
大庆原油 胜利原油 欢喜岭原油
200~250 250~300 300~350 350~400 400~450 450~500
>500
沸点范围
当沸程相同时，石蜡基的原油如大庆原油的数均分子量最大，中间基
0.90 0.85
比较各种烃类的相对密度：
正烷基苯
■碳数相同而结构不同的烃类：
芳香烃＞环烷烃＞烷烃。
relative density
0.80 0.75 0.70 0.65 6
正烷基环己烷
■同族烃类，随着碳数的增 加：正构烷烃的相对密度增
正构烷烃
加；正烷基环己烷的相对密 度增加 ；正烷基苯的相对
10 密度减小
有如下式的线性关系：
表3-3-4 各原油窄馏分的K值和BMCI值
原油 大庆 中原 胜利 辽河 孤岛 羊三木 K 12.0～12.6 11.7～12.6 11.2～12.2 11.4～11.9 11.1～11.7 11.1～11.7
BMCI
17～24 17～29 14～39 28～47 36～57 49～62
原油基属 石蜡基 石蜡基 中间基 中间基 环烷-中间基 环烷基
进一步研究表明，烃类的 系。以碳数的倒数的校正值
20 d 4 与其碳数之间有一定的关
坐标作图，可以得到线性关系很好的直线。
1 为横坐标 ，以 CZ
d
20 4
为纵
20 d4
0.8513 当碳数C ∞
d
1 CZ
20 4
0.8513
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.1 折射率的测定
4.1 折射率的测定 折射率的定义：
光在真空中的速度与在介质中的速度之比值。或者
光线入射角的正弦与折射角的正弦之比 Sinθ1 /Sinθ2 。
折射率随密度的增大而增大， 水的
nD＝1.33，金刚石的nD＝2.41 真空 的基准数值为1.0，如果光线垂直于 界面入射则不发生折射。
10 密度减小
7 8 9 The number of carbon atoms
图3-3-1 各族烃类的相对密度
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.2 折射率与化学组成的关系
烃类分子的折射率与其分子结构的关系和相对密度与 分子结构的关系是相似的。 烃类的
n
20 D
其碳数的倒数校正值
7 8 9 The number of carbon atoms
图3-3-1 各族烃类的相对密度
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
烃类的相对密度与其分子结构有关。芳香烃的C-C的键 长最短，其结构最为紧凑，环烷烃的结构与芳烃相比，其
分子结构要松弛一些，烷烃分子的C-C键的键长最长，其
refractive index
1.47 1.44 1.41
正构烷烃
正烷基环己烷
■同族烃类，随着碳数的增 加：正构烷烃的折射率增加； 正烷基环己烷的折射率增
10
1.38 6 7 8 9 The number of carbon atoms
加 ；正烷基苯的折射率减 小
图3-4-1 烃类的折射率
n
20 D 与碳数的关系
意义，在原油及产品的计量和炼油装置设计等方面都是必不
可少的。 油品的的相对密度还与其化学组成有密切关系， 可以以相对密度为基础关联出许多重要性质参数。如特性因 数K、˚API。在国际市场上，原油按质论价，相对密度是反 映其质量的一个重要指标。
1.216 3 T K d15.6 15.6
API 141.5 131.5 d15.6 15.6
■我国规定油品在20℃时的密度为其标准密度，表示为20。
■油品的相对密度是其密度与规定温度下水的密度之比值， 没有单位。常用
d
t 4
表示，在数值上等于t℃时油品的密度。
3 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.1 密度、相对密度及其测定方法
■我国常用的相对密度为
20 d 4 ，欧美各国则常用
15 d15..66 表示，二者之间可按下式进行换算：
d
15.6 15.6
d Δd
20 4
■在欧美各国还常用 ˚API 来表示油品尤其是原油的相对密
度。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.1 密度、相对密度及其测定方法
■油品密度的测定方法：密度计法和比重瓶法 密度计法用于液体石油产品密度的测定。 比重瓶法可以测定非液体石油产品的密度。
密度计
比重瓶
5 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.2相对密度与温度压力的关系
3.2 液体油品相对密度与温度、压力的关系
温度升高，油品的体积膨胀，密度和相对密度减小。
在0～50℃的温度范围内，t℃时的相对密度与20 ℃时的相 对密度之间存在如下的关系 :
t 20 d 4 d 4 (t 20)
< 中间基原油 0.8039 0.8204
0.8167 0.8283 0.8270 0.8350
< 0.8652
0.8804 0.8994
环烷基原油 0.8630
0.8900 0.9100
350～400
400～450 450～500 >500 原油
0.8368
0.8574 0.8723 0.9221 0.8554
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.5 石油及其馏分的相对密度
3.5石油及其馏分的相对密度
20 表3-3-1 原油及其馏份的相对密度 d 4 的范围
油品 原油 汽油
相对密度 0.8～1.0 0.74～0.77
油品 轻柴油 减压馏份
相对密度 0.82～0.87 0.85～0.94
航空煤油
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.5 石油及其馏分的相对密度
原因在于：
环烷基的原油由于其芳烃含量较高，因而其相对密度较 大，而石蜡基原油因烷烃含量较高，因此其相对密度较 小。 相同原油的馏分随着其沸点的升高，芳烃含量增加，而
烷烃含量降低，因而其相对密度增加。
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10 10～20 20～32 32
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特重原油 重质原油 中质原油 轻质原油
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.1 密度、相对密度及其测定方法
3.1石油及其油品的密度、相对密度及其测定方法 定义：该油品在单位体积内的质量，单位为g/cm3或kg/m3 。 ■油品的体积随温度的升高而膨胀，其密度也随之变小， 提及密度时应标明温度。
0.78～0.83
减压渣油
0.92～1.0
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.5 石油及其馏分的相对密度
表3-3-2 不同原油各馏分的相对密度
馏份, ℃ 大庆 胜利 孤岛
20 d4
羊三木
IBP～200 0.7432 不同基属的原油的相同沸程的馏分: 0.7446
200～250 250～300 300～350
分子结构最松弛。 因而对于相同碳数的烃类而言，芳烃分子的体积最 小，也就是说它的每个碳原子所占的体积最小，因而其 相对密度最大，环烷烃的分子结构比烷烃也要紧凑些，
因此其相对密度也比烷烃要大，烷烃分子的相对密度最
小。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
相同原油不同的馏分: 0.8606 0.9149 随沸点的升高相对密 0.8874 0.9349 度随之增加 。
0.9067 0.9698 0.9005 0.9390 1.0020 0.9495
0.9320
0.9433 0.9483 0.9820 0.9492
原油属性
石蜡基
中间基
环烷-中间基
环烷基
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1 min vi i n 混 wi i 1
n
i 1
i
式中：vi和wi－组分i的体积分率和质量分率
属性相差较大的油品混合时，混合后的体积变化较大， 需要校正。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.4 相对密度与化学组成的关系
3.4 相对密度与化学组成的关系
石蜡基原油的K值大，BMCI值小。 环烷基原油的K值小，而BMCI值大 。
因而K值和BMCI值能够较好地反映原油的化学属性。
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质
4 光学性质
光在介质中的传播速度与介质的化学组成和结构有
关。 在石油的研究的和产品质量的检验时，常用油品的 光学性质，如折射率、分子折射和色散率等来关联其化 学组成和结构。
正构烷烃的K值最大，约为12.7，环烷烃次之，为11～12，芳香烃最小， 为10～11 。
正构烷烃的BMCI最小，基本为零，环烷烃次之，在50以下，芳香烃最
大，在100以下。换言之，油品的BMCI越大，其芳香性越强，而BMCI越 小，表明其石蜡性越强。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
表3-3-3 烃类的特性因数(K)与相关指数(BMCI)
化合物 正己烷 C6 正庚烷 C7 环己烷 C6 甲基环己烷 C7 苯 C6 甲基苯 C7 特性因数K 12.81 12.71 10.98 11.32 9.72 10.14 相关指数BMCI 0.01 0.10 51.57 39.87 99.84 82.91
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前面学习的：相对密度与化学组成的关系
0.90 0.85
比较各种烃类的相对密度：
正烷基苯
■碳数相同而结构不同的烃类：
芳香烃＞环烷烃＞烷烃。
relative density
0.80 0.75 0.70 0.65 6
正烷基环己烷
■同族烃类，随着碳数的增 加：正构烷烃的相对密度增
正构烷烃
加；正烷基环己烷的相对密 度增加 ；正烷基苯的相对
一般来说，温度与折射率的关系下式表示：
n n 0.0004(t t 0 )
t D t0 D
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.2 折射率与化学组成的关系
4.2 折射率与化学组成的关系
1.50
正烷基苯
比较各种烃类的折射率n 20：
D
■碳数相同而结构不同的烃类：
芳香烃＞环烷烃＞烷烃。
Ө1
Ө2
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第3章 石油及油品的物理性质→4 光学性质→4.1 折射率的测定
油品的折射率取决于：
化学组成和结构。 测定温度和入射光的强度。 常用的折射率测定仪是阿贝折光仪，所测得的是钠黄 光的D线（波长为589.3nm）的折射率，用nD表示。 折射率还受温度的影响，温度升高，折射率变小。