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1、第三章第三章 石油及油品的物理性質(zhì)石油及油品的物理性質(zhì) 注注 意意 事事 項(xiàng)項(xiàng)石油及油品的理化性質(zhì)與其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān);石油及油品的理化性質(zhì)與其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān); 石油及油品是復(fù)雜的混合物,因此它的性質(zhì)是宏觀的綜合表現(xiàn),石油及油品是復(fù)雜的混合物,因此它的性質(zhì)是宏觀的綜合表現(xiàn),也就是說(shuō)是多種化合物總體表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì),所以它與單獨(dú)一個(gè)也就是說(shuō)是多種化合物總體表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì),所以它與單獨(dú)一個(gè)純化合物的性質(zhì)不同;純化合物的性質(zhì)不同;多數(shù)性質(zhì)無(wú)可加性,如密度、粘度,并且測(cè)定性質(zhì)時(shí),都是條件多數(shù)性質(zhì)無(wú)可加性,如密度、粘度,并且測(cè)定性質(zhì)時(shí),都是條件性實(shí)驗(yàn);性實(shí)驗(yàn);為了便于油品之間相互比較

2、和對(duì)照,石油及油品的絕大部分性質(zhì)為了便于油品之間相互比較和對(duì)照,石油及油品的絕大部分性質(zhì)都是采用條件性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。(嚴(yán)格規(guī)定的儀器、方法和條都是采用條件性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。(嚴(yán)格規(guī)定的儀器、方法和條件),條件改變,結(jié)果也會(huì)改變;件),條件改變,結(jié)果也會(huì)改變; 石油及油品的各種試驗(yàn)方法有不同的級(jí)別,如石油及油品的各種試驗(yàn)方法有不同的級(jí)別,如ISOISO、GBGB、SHSH。 第一節(jié)第一節(jié) 蒸汽壓、沸程和平均沸點(diǎn)蒸汽壓、沸程和平均沸點(diǎn) 石油和石油產(chǎn)品的蒸發(fā)性能是反映其汽化、蒸發(fā)難石油和石油產(chǎn)品的蒸發(fā)性能是反映其汽化、蒸發(fā)難易的重要性質(zhì),用蒸汽壓、沸程來(lái)描述。易的重要性質(zhì),用蒸汽壓、沸程來(lái)描述。 一、

3、一、 蒸汽壓蒸汽壓雷德蒸汽壓:雷德蒸汽壓:T=38T=38,氣體體積,氣體體積液體體積液體體積=4=4真實(shí)蒸氣壓真實(shí)蒸氣壓( (泡點(diǎn)蒸汽壓泡點(diǎn)蒸汽壓) ):即:即e=0e=0時(shí)的蒸汽壓時(shí)的蒸汽壓 蒸氣壓的計(jì)算蒸氣壓的計(jì)算 二、餾程二、餾程( (沸程沸程) ) 定義:定義: 石油餾分的沸點(diǎn)表現(xiàn)為一定寬度的溫度范圍,稱為沸程。石油餾分的沸點(diǎn)表現(xiàn)為一定寬度的溫度范圍,稱為沸程。同一油品的餾程因測(cè)定儀器和測(cè)試方法不同。其餾程數(shù)據(jù)同一油品的餾程因測(cè)定儀器和測(cè)試方法不同。其餾程數(shù)據(jù)也有差別。在油品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中,大都采用條件性的餾程也有差別。在油品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中,大都采用條件性的餾程測(cè)定法測(cè)定法恩氏蒸餾。恩氏

4、蒸餾。 恩氏蒸餾恩氏蒸餾(ASTM(ASTM蒸餾蒸餾) )(GB6536-86)GB6536-86) 將將100mL100mL油品放入標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾瓶中,按規(guī)定條件加熱,油品放入標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾瓶中,按規(guī)定條件加熱,流出第一滴冷凝液時(shí)的氣相溫度稱為初餾點(diǎn),餾出物為流出第一滴冷凝液時(shí)的氣相溫度稱為初餾點(diǎn),餾出物為10%10%、20%90%20%90%時(shí)的氣相溫度別別稱為時(shí)的氣相溫度別別稱為10%10%、20%90%20%90%點(diǎn),蒸點(diǎn),蒸餾到最后所能達(dá)到的最高氣相溫度稱為終餾點(diǎn)或干點(diǎn)。餾到最后所能達(dá)到的最高氣相溫度稱為終餾點(diǎn)或干點(diǎn)。從從初餾點(diǎn)到干點(diǎn)(終餾點(diǎn))的溫度范圍稱為餾程。初餾點(diǎn)到干點(diǎn)(終餾點(diǎn))的溫度

5、范圍稱為餾程。 1090%10%90餾出溫度餾出溫度恩氏蒸餾曲線斜率S 以氣相餾出溫度為縱坐標(biāo),餾出體積為橫坐標(biāo),可以繪得以氣相餾出溫度為縱坐標(biāo),餾出體積為橫坐標(biāo),可以繪得該油品的恩氏蒸餾曲線。對(duì)于輕質(zhì)油品:恩氏蒸餾曲線中該油品的恩氏蒸餾曲線。對(duì)于輕質(zhì)油品:恩氏蒸餾曲線中10%10%到到90%90%這一段很接近一條直線,因此可以用恩氏蒸餾曲這一段很接近一條直線,因此可以用恩氏蒸餾曲線的線的10%10%到到90%90%之間的斜率來(lái)表示該油品的餾程寬窄。即恩之間的斜率來(lái)表示該油品的餾程寬窄。即恩氏蒸餾曲線的斜率越大,該油品的餾程范圍越寬。氏蒸餾曲線的斜率越大,該油品的餾程范圍越寬。 斜率斜率S S

6、:表示從餾出:表示從餾出10%10%到到90%90%之間,每餾出之間,每餾出1%1%的沸點(diǎn)平均升高值的沸點(diǎn)平均升高值 由于餾程測(cè)定具有嚴(yán)格的條件性,因此餾程數(shù)據(jù)并不代表該由于餾程測(cè)定具有嚴(yán)格的條件性,因此餾程數(shù)據(jù)并不代表該油品的真實(shí)沸點(diǎn)范圍,但可以大致判斷油品中輕重組分的相油品的真實(shí)沸點(diǎn)范圍,但可以大致判斷油品中輕重組分的相對(duì)含量,或用與不同油品之間的比較。對(duì)含量,或用與不同油品之間的比較。 三、平均沸點(diǎn)三、平均沸點(diǎn) 1 1體積平均沸點(diǎn)體積平均沸點(diǎn)59070503010ttttttV用途:由用途:由t tv v可求得其他平均沸點(diǎn)可求得其他平均沸點(diǎn) 2 2質(zhì)量平均沸點(diǎn)質(zhì)量平均沸點(diǎn)(t(tw w)

7、 )niiiWtwt1用途:用途:t tw w主要用于求定油品的真臨界溫度主要用于求定油品的真臨界溫度Tc Tc 3 3立方平均沸點(diǎn)立方平均沸點(diǎn)T Teueu 33/11)(iniiTvTcu用途:用途:T Teueu主要用于求油品的特性因數(shù)和運(yùn)動(dòng)粘度主要用于求油品的特性因數(shù)和運(yùn)動(dòng)粘度4 4實(shí)分子平均沸點(diǎn)實(shí)分子平均沸點(diǎn)t tm m iniimtxt1用途:用途:t tm m主要用于求油品的假臨界溫度主要用于求油品的假臨界溫度(Tc)(Tc)和和 偏心因數(shù)偏心因數(shù)() () 5 5中平均沸點(diǎn)中平均沸點(diǎn)t tmeme2/ )(cummettt用途:用途:t tmeme用于求油品氫含量用于求油品氫含

8、量,K,Pc,K,Pc,燃燒熱和平均分子量燃燒熱和平均分子量 第二節(jié)第二節(jié) 密度、相對(duì)密度、特性因數(shù)密度、相對(duì)密度、特性因數(shù)和平均相對(duì)分子質(zhì)量和平均相對(duì)分子質(zhì)量(組成特性組成特性) 一、密度和相對(duì)密度一、密度和相對(duì)密度1 1定義定義 密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量,密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量,g/cmg/cm3 3,kg/mkg/m3 3 我國(guó)規(guī)定我國(guó)規(guī)定2020時(shí)的密度為石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度,時(shí)的密度為石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度,2020 在一定條件下,以一種液體的密度與另一種參考物質(zhì)密度在一定條件下,以一種液體的密度與另一種參考物質(zhì)密度的比值來(lái)表示物質(zhì)的相對(duì)密度,又稱比重的比值來(lái)表示物質(zhì)的相

9、對(duì)密度,又稱比重 常用的有常用的有d d4 42020( (我國(guó)我國(guó)) ),d d15.615.615.615.6( (歐美歐美) ) 5 .1315 .141)(6 .156 .15dAPI比重指數(shù)隨著相對(duì)密度增大,比重指數(shù)的數(shù)值下降隨著相對(duì)密度增大,比重指數(shù)的數(shù)值下降 Relative densityRelative densitySpecific Specific gravitygravity2 2油品密度與化學(xué)組成的關(guān)系油品密度與化學(xué)組成的關(guān)系 分子量相近的不同烴類之間密度分子量相近的不同烴類之間密度有明顯差別有明顯差別 芳烴芳烴 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 烷烴烷烴 如在如在2020時(shí):苯時(shí):苯0

10、.87740.8774;環(huán)己烷;環(huán)己烷0.77800.7780;正己烷;正己烷 0.65720.6572,分子環(huán)數(shù)越多,密度越大;分子環(huán)數(shù)越多,密度越大; 同一種原油同一種原油 沸點(diǎn)增加,分子量增大,密度增大沸點(diǎn)增加,分子量增大,密度增大 對(duì)不同原油對(duì)不同原油 ,同樣沸程,相對(duì)密度差別很大,同樣沸程,相對(duì)密度差別很大 一般來(lái)說(shuō),環(huán)烷基的一般來(lái)說(shuō),環(huán)烷基的 中間基的中間基的 石蠟基的石蠟基的 3 3與溫度、壓力的關(guān)系與溫度、壓力的關(guān)系 同一油品,溫度上升,相對(duì)密度減小同一油品,溫度上升,相對(duì)密度減小 )20(2044tddt 在一定壓力范圍內(nèi),壓力升高,對(duì)油品相對(duì)密度在一定壓力范圍內(nèi),壓力升高,

11、對(duì)油品相對(duì)密度的影響可以忽略,只有當(dāng)壓力極大的影響可以忽略,只有當(dāng)壓力極大( (幾十兆帕幾十兆帕) )時(shí),時(shí),才考慮壓力對(duì)相對(duì)密度的影響才考慮壓力對(duì)相對(duì)密度的影響 4 4油品的混合密度油品的混合密度 屬性相近油品混合,混合密度可近似按可加性計(jì)算屬性相近油品混合,混合密度可近似按可加性計(jì)算niiiiniiwv111混 屬性相差很大的兩類組分屬性相差很大的兩類組分( (如烷烴和芳香烴如烷烴和芳香烴) )混合時(shí),混合時(shí), 體積可能增大體積可能增大 密度相差懸殊的兩個(gè)組分密度相差懸殊的兩個(gè)組分( (如重油和輕烴如重油和輕烴) )混合時(shí),體混合時(shí),體積可能收縮積可能收縮 二、特性因數(shù)二、特性因數(shù)( (K

12、 K;Waston factor;Characterization factor;Waston factor;Characterization factor) )1 1定義定義 特性因數(shù)是烴類絕對(duì)溫度表示的沸點(diǎn)的立方根對(duì)相對(duì)密特性因數(shù)是烴類絕對(duì)溫度表示的沸點(diǎn)的立方根對(duì)相對(duì)密度作圖,所得曲線的斜率度作圖,所得曲線的斜率 6 .156 .1536 .156 .153/216. 1/dKTdRTK2 2不同烴類不同烴類K K值的大小值的大小 同族的烴同族的烴K K值相近,不同族的烴值相近,不同族的烴K K值不同值不同 富含烷烴的石油餾分富含烷烴的石油餾分K K值為值為12.512.513.013.0

13、,富含芳,富含芳烴的石油餾分烴的石油餾分K K值為值為10101111 對(duì)于烷烴來(lái)說(shuō),支鏈增加對(duì)于烷烴來(lái)說(shuō),支鏈增加K K值下降;值下降; 而對(duì)于環(huán)烷烴和芳烴來(lái)說(shuō),支鏈數(shù)增加而對(duì)于環(huán)烷烴和芳烴來(lái)說(shuō),支鏈數(shù)增加K K值增加;值增加; 對(duì)于芳烴來(lái)說(shuō),環(huán)數(shù)增加,對(duì)于芳烴來(lái)說(shuō),環(huán)數(shù)增加,K K值減小值減小 對(duì)于石油餾分,計(jì)算對(duì)于石油餾分,計(jì)算K K值時(shí)溫度值時(shí)溫度T T為中平均沸點(diǎn)為中平均沸點(diǎn) 3 3用途用途 特性因數(shù)對(duì)于了解原油的分類和確定原油的加特性因數(shù)對(duì)于了解原油的分類和確定原油的加工方案,油品的化學(xué)組成及油品的其它特性是十分有工方案,油品的化學(xué)組成及油品的其它特性是十分有用的。用的。石油餾分的

14、特性因數(shù),結(jié)合相對(duì)密度或平均沸石油餾分的特性因數(shù),結(jié)合相對(duì)密度或平均沸點(diǎn)可求得油品的其他物理性質(zhì),如前面講的蒸汽壓及點(diǎn)可求得油品的其他物理性質(zhì),如前面講的蒸汽壓及后面將要講的分子量等。后面將要講的分子量等。三、其他表征油品化學(xué)組成的參數(shù)三、其他表征油品化學(xué)組成的參數(shù) 相關(guān)指數(shù)相關(guān)指數(shù)BMCI(BMCI(美國(guó)礦務(wù)局相關(guān)指數(shù)美國(guó)礦務(wù)局相關(guān)指數(shù)) ) BMCI BMCI:Bureau of Mines Correlation Index 8 .4567 .473273486406 .156 .15dtBMCIv 正構(gòu)烷烴的相關(guān)指數(shù)最小,基本為正構(gòu)烷烴的相關(guān)指數(shù)最小,基本為0 0;芳香烴的相;芳香烴的

15、相關(guān)指數(shù)最高關(guān)指數(shù)最高( (苯約為苯約為100) 100) 相關(guān)指數(shù)相關(guān)指數(shù)BMCIBMCI這個(gè)指標(biāo)廣泛用于表征裂解乙烯原這個(gè)指標(biāo)廣泛用于表征裂解乙烯原料的化學(xué)組成,希望是越小越好。料的化學(xué)組成,希望是越小越好。 對(duì)于含有大量不飽和烴或膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的餾分對(duì)于含有大量不飽和烴或膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的餾分(VRVR),特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成),特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成特性。因此石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)原特性。因此石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)原有的特性因數(shù)有的特性因數(shù)K K進(jìn)行了修正,提出了一個(gè)表征渣油進(jìn)行了修正,提出了一個(gè)表征渣油特征的特征參數(shù)特征的特征參數(shù)K KH H。 2

16、041236. 010dCHKMH三、平均相對(duì)分子質(zhì)量三、平均相對(duì)分子質(zhì)量1 1定義定義 在煉油設(shè)備計(jì)算中,應(yīng)用最多的是數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量在煉油設(shè)備計(jì)算中,應(yīng)用最多的是數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量niiniiniiniiiiniinNWNMNMnM111112 2油品分子量的變化規(guī)律油品分子量的變化規(guī)律 汽油:汽油:100100120120 煤油:煤油:180180200200 柴油:柴油:210210240240 低粘度潤(rùn)滑油:低粘度潤(rùn)滑油:300300360360 高粘度潤(rùn)滑油:高粘度潤(rùn)滑油:370370500 500 3 3計(jì)算計(jì)算混合油品的平均相對(duì)分子質(zhì)量可以按加和法進(jìn)行計(jì)算混合油品的平均相對(duì)分子質(zhì)

17、量可以按加和法進(jìn)行計(jì)算niiiniimMWWM11經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 第三節(jié)第三節(jié) 油品的流動(dòng)性能油品的流動(dòng)性能 一、粘一、粘 度度1 1定義定義 流動(dòng)分子的內(nèi)摩擦使流體帶有一定的粘滯性,從而產(chǎn)生流流動(dòng)分子的內(nèi)摩擦使流體帶有一定的粘滯性,從而產(chǎn)生流體抵抗剪切作用的能力。衡量這種能力或粘滯性的性質(zhì)指標(biāo),體抵抗剪切作用的能力。衡量這種能力或粘滯性的性質(zhì)指標(biāo),就是粘度。就是粘度。粘度是評(píng)定油品流動(dòng)性的指標(biāo),是噴氣燃料、柴油、粘度是評(píng)定油品流動(dòng)性的指標(biāo),是噴氣燃料、柴油、重油和潤(rùn)滑油的重要質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)潤(rùn)滑油的分級(jí)、質(zhì)量鑒定具重油和潤(rùn)滑油的重要質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)潤(rùn)滑油的分級(jí)、質(zhì)量鑒定具有決定意義,也是工藝計(jì)

18、算和工藝設(shè)計(jì)中不可缺少的物理常數(shù)。有決定意義,也是工藝計(jì)算和工藝設(shè)計(jì)中不可缺少的物理常數(shù)。 石油和油品在處于牛頓流體狀態(tài)時(shí),其流動(dòng)性能用黏度來(lái)石油和油品在處于牛頓流體狀態(tài)時(shí),其流動(dòng)性能用黏度來(lái)描述;當(dāng)處于低溫狀態(tài)時(shí),則用各種條件性指標(biāo)來(lái)評(píng)定其低溫描述;當(dāng)處于低溫狀態(tài)時(shí),則用各種條件性指標(biāo)來(lái)評(píng)定其低溫流動(dòng)性:如凝點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、冰點(diǎn)等。流動(dòng)性:如凝點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、冰點(diǎn)等。 2 2粘度的分類粘度的分類原油的粘度原油的粘度動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度( (絕對(duì)粘度絕對(duì)粘度) )c.g.sc.g.s制制 泊泊(P,poise)(P,poise) 厘泊厘泊(cP)(cP) SISI制制 Pa.s Pa.s 1Pa.s=10

19、00cP1Pa.s=1000cP石油產(chǎn)品石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度=/=/ c.g.sc.g.s制制( (沱,沱,Stoke) Stoke) 厘斯厘斯( (厘沱厘沱) ) SISI制制mmmm2 2/s/s 1cSt=1mm1cSt=1mm2 2/s/s 專門用于表示油品粘度的指標(biāo)專門用于表示油品粘度的指標(biāo)賽氏粘度賽氏粘度(Saybolt Viscosity) (Saybolt Viscosity) SUS SUS 或或 SFSSFS 恩氏粘度恩氏粘度(Engler Viscosity)(Engler Viscosity)條件度,條件度,E E 雷氏粘度雷氏粘度(Redwood Viscosit

20、y) (Redwood Viscosity) RIS RIS 條件粘度條件粘度 各種粘度的近似關(guān)系:各種粘度的近似關(guān)系: 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度(mm(mm2 2/s):/s):恩氏粘度恩氏粘度( (條件度,條件度,E):E):賽氏通用賽氏通用 粘度粘度(SUS):(SUS):雷氏粘度雷氏粘度(RIS) =1:0.132:4.62:4.05 (RIS) =1:0.132:4.62:4.05 3 3粘度的測(cè)定粘度的測(cè)定 毛細(xì)管粘度計(jì):牛頓型流體毛細(xì)管粘度計(jì):牛頓型流體旋轉(zhuǎn)粘度計(jì):非牛頓型流體旋轉(zhuǎn)粘度計(jì):非牛頓型流體二、油品粘度和化學(xué)組成的關(guān)系二、油品粘度和化學(xué)組成的關(guān)系 黏度反映液體內(nèi)部分子間的摩擦力

21、,因此黏度必然與油品的黏度反映液體內(nèi)部分子間的摩擦力,因此黏度必然與油品的分子結(jié)構(gòu)和大小密切相關(guān),有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和大小密切相關(guān),有關(guān)與組成的關(guān)系,有幾點(diǎn)結(jié)論與組成的關(guān)系,有幾點(diǎn)結(jié)論 : 油品的粘度隨沸程的升高和密度增大而迅速增大油品的粘度隨沸程的升高和密度增大而迅速增大 對(duì)于相同沸點(diǎn)的不同石油餾分:對(duì)于相同沸點(diǎn)的不同石油餾分: 含環(huán)狀烴多則粘度高;環(huán)數(shù)越多,粘度越大含環(huán)狀烴多則粘度高;環(huán)數(shù)越多,粘度越大 當(dāng)烴類分子中的環(huán)數(shù)相同時(shí),其側(cè)鏈越長(zhǎng)則其粘度越大當(dāng)烴類分子中的環(huán)數(shù)相同時(shí),其側(cè)鏈越長(zhǎng)則其粘度越大 相同環(huán)數(shù)和碳數(shù)的芳香烴和環(huán)烷烴:環(huán)烷烴相同環(huán)數(shù)和碳數(shù)的芳香烴和環(huán)烷烴:環(huán)烷烴 芳香烴芳香烴 上述

22、結(jié)論說(shuō)明了液體的運(yùn)動(dòng)黏度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息,上述結(jié)論說(shuō)明了液體的運(yùn)動(dòng)黏度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息,而且環(huán)可以認(rèn)為是黏度的載體。而且環(huán)可以認(rèn)為是黏度的載體。 三、油品粘度與壓力、溫度的關(guān)系三、油品粘度與壓力、溫度的關(guān)系 1 1與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系 溫度升高,所有油品粘度下降;溫度升高,所有油品粘度下降; 溫度降低,所有油品粘度升高溫度降低,所有油品粘度升高 粘溫性質(zhì):油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì)粘溫性質(zhì):油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì) Tmbalg)lg(lg油品的粘度隨溫度的變化幅度小,則稱為油品的粘溫性質(zhì)好油品的粘度隨溫度的變化幅度小,則稱為油品的粘溫性質(zhì)好 Relation of viscosity and temperature粘溫性質(zhì)的表示法粘溫性質(zhì)的表示法 粘度比:粘度比:5050/100100;比值越小,則粘溫性質(zhì)越好;比值越小,則粘溫性質(zhì)越好 粘度指數(shù)粘度指數(shù)(VI) (VI) 當(dāng)粘度指數(shù)當(dāng)粘度指數(shù)(VI)(VI)為為0 0100100時(shí):時(shí): 100HLULVI當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于100100時(shí):時(shí): 10000715.0110NVIYUHNlglglg粘度指數(shù)越高,表示油品的粘溫性質(zhì)越好粘度指數(shù)越高

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