ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ. КРИТИЧЕСКИЕ И ПРИВЕДЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ФУГИТИВНОСТЬ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ. Нефть давление насыщенных паров


Давление насыщенных паров — Мегаобучалка

Лекция 3

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ И ГАЗА

Физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов

В основе разработки и переработки нефти и товарных нефтепродуктов лежат физико-химические процессы и управление этими процессами требует знания физических и физико-химических свойств нефти, ее фракций. В большинстве случае из-за сложности состава используются средние значения физико-хими-ческих характеристик нефтяного сырья.

 

Плотности (нефть, конденсат, н/п).

Плотность является важнейшей характеристикой, позволяющей в совокупности с другими константами оценивать химический и фракционный состав нефти и нефтепродуктов (н/п). Плотность принято выражать абсолютной и относительной величиной.

Абсолютной плотностью считается масса вещества, заключенная в единице объема, плотность имеет размерность кг/м3 или г/см3.

В практике нефтепереработки принято использовать безразмерную величину относительной плотности нефти или н/п, которая равна отношению плотности н/п при 20 0С к плотности воды при 4 0С и относительная плотность обозначается ρ420, поскольку плотность выоды при 4 0С равна единице, числовые значения относительной и абсолютной плотности совпадают.

В некоторых зарубежных странах за стандартную принята одинаковая температура н/п и воды, равная 60 0F, что соответствует 15,5 0 и относительная плотность обозначается ρ1515.

Взаимный пересчет ρ420 и ρ1515 производится по формулам:

 

ρ1515 = ρ420 + 0,0035/ ρ420 (1)

или ρ1515 = ρ420 + 5a, (2)

 

где a - поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус и значения средней температурной поправки a для н/п приводятся в специальных таблицах.

В США и других странах широко используется величина плотности, измеряемая в градусах API, связанную с ρ1515 соотношением:

0API = 141,5/ ρ1515 - 131,5 (3)

 

Для углеводородных и других газов за стандартные условия принимают давление 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуру 0 0С, обычно определяют относительную плотность, т. е. отношение плотности газа к плотности воздуха (1,293 кг/м3). Плотность любого газа при стандартных условиях может быть найдена как частное от деления его молекулярной массы на объем 1 кмоля, т. е. 22,4 м3. Плотность газа (ρг, кг/м3) при условиях (давление Р, МПа, температуре Т, К), отличных от стандартных, можно определить по формуле:

ρг = 1,18 МР/Т, (4)

где М – молекулярная масса газа.

или ρг = М/22,4; (4’)

где М –молекулярная масса газа , кг/кмоль, 22,4 – объем 1 кмоля газа при стандартных условиях (0,101 МПа (760 мм рт. ст.) и 273 К (0 0С).

Плотность нефтей и н/п уменьшается с повышением температуры и эта зависимость имеет линейный характер и хорошо описывается формулой Д.И. Менделеева:

ρ4t = ρ420 - a(t-20), (5)

где ρ4 t- относительная плотность н/п при заданной температуре t,

ρ420 - относительная плотность н/п при стандартной температуре (20 0С).

Необходимо отметить, что уравнение Д.И. Менделеева справедливо для интервала температур от 0 0С до 150 0С и погрешность составляет 5-8 %.

В более широком интервале температур, т.е. до 300 0С и с меньшей погрешностью (до 3 %) зависимость плотности (кг/м3) от температуры рассчитывается по уравнению А.К. Мановяна:

ρ4 t = 1000 ρ420 – 0,58/ ρ420 ∙ (t-20) –[t-1200(ρ420 -0,68]/1000 ∙ (t-20). (6)

 

Существует несколько методов определения плотности н/п, выбор того или иного метода зависит от имеющегося количества н/п, его вязкости, требуемой точности определения и времени анализа.

Простейшим прибором для определения плотности жидких н/п является ареометр, градуировка ареометра отнесена к плотности воды при 4 0С и его показания соответствуют ρ420. Точность определения плотности с помощью ареометра составляет 0,001 для маловязких и 0,005 – для вязких н/п.

Для определения плотности высоковязкого (более 200 мм2/с при 50 0С) н/п (ρн) ареометром поступают следующим образом. Н/п разбавляют равным объемом керосина известной плотности (ρк) и измеряют плотность смеси (ρсм) и рассчитывают плотность н/п по формуле:

ρн = 2 ρсм - ρк . (7)

Более точно (с точностью до 0,0005) плотность н/п определяют с помощью гидростатических весов, которые градуируются по плотности воды при 20 0С и дают показания ρt20.

Наиболее точный результат достигается при определении плотности пикнометром (до 0,00005), в зависимости от агрегатного состояния н/п (газ, жидкость, твердое вещество) и его количества применяются пикнометры разной формы и емкости.

Пикнометрический метод основан на сравнении массы нефтепродукта, взятого в определенном объеме, с массой дистиллированной воды, взятой в том же объеме и при той же температуре. Единственным недостатком пикнометрического способа является продолжительность определения.

Плотность большинства нефтей и н/п меньше единицы и в среднем колеблется от 0,80 до 0,90 г/см3, высоковязкие смолистые нефти имеют плотность, близкую к единице, наоборот, нефти из газоконденсатных месторождений и конденсаты очень легкие (ρ420 = 0,75 – 0,77 г/см3).

На величину плотности нефти влияет много факторов: содержание растворенных газов и смол, фракционный, а для дистиллятов также и химический состав.

 

Молекулярная масса

Молекулярная масса нефтей и н/п один из важных показателей, широко используемый при расчете теплоты парообразования, объема пара, парциального давления и других параметров.

Нефть и н/п представляют собой смеси индивидуальных углеводородов и некоторых других соединений, поэтому они характеризуются средней молекулярной массой.

Молекулярная масса н/п тем больше, чем выше их температура кипения.

Для определения молекулярной массы н/п широкое применение получил криоскопический метод, основанный на изменении температуры замерзания растворителя (бензола или нафталина) при добавлении к нему навески н/п.

В редких случаях для определения молекулярной массы применяется эбулиоскопический метод, основанный на изменении приращения температуры кипения растворителя после ввода в него навески испытуемого н/п.

В расчетной практике молекулярную массу часто определяют по эмпирическим формулам, наибольше применение нашла формула Б.П. Воинова:

М = а + bt + ct2, (7)

где a, b и c постоянные, значения которых различны для каждой группы углеводородов, t – средняя молекулярная температура кипения н/п, 0С.

Для парафиновых углеводородов:

М = 60 + 0,3t + 0,001t2. (8)

Для нефтяных фракций:

М = (7К-21,5) + (0,76 – 0,04К)t + (0,0003K – 0,00245)t2, (9)

где К- характеризующий фактор и изменяется от 10 для 12 в зависимости от значений a, b, с.

В приведенных выше формулах в качестве параметра, характеризующего химический состав, выступает характеризующий фактор, зависящий от плотности.

В формуле, предложенной Р. Хершем, в качестве такого параметра использован коэффициент лучепреломления:

Lg(M) = 1,939436 + 0,0019764t + lg(2,1500-nD20), (10)

где nD20 – коэффициент рефракции.

Связь между молекулярной массой и относительной плотностью н/п устанавливается формулой Крэга:

М = 44,29 ρ1515/(1,03- ρ1515). (11)

В практических расчетах при определении размеров реакторов, испарительных и ректификационных колонн необходимо знать мольный объем жидких н/п или их паров.

Мольный объем жидкости V’ (м3) вычисляют по формуле:

V’ = V/N = m/ρ / m/M = M/ ρ, (12)

где N – число молей, m – масса жидкости, кг, М – молекулярная масса, ρ – плотности жидкости, кг/м3.

Объем паров можно определить из уравнения Клайперона:

V = m/M ∙ 22,4Ратм/Р ∙ (t + 273)/273, (13)

где m – масса паров, кг, М – молекулярная масса н/п, Р – давление в системе, МПа, Ратм – атмосферное давление, МПа, t – температура, 0С.

 

Давление насыщенных паров

Нефть и н/п характеризуются определенным давлением насыщенных паров, или упругостью нефтяных паров. Давление насыщенных паров является нормируемым показателем для авиационных и автомобильных бензинов, косвенно характеризующим испаряемость топлива, его пусковые качества, склонность к образованию пробок в системе питания двигателя.

 

 

Аппарат для определе­ния давления насыщенных паров нефтепродуктов

 

1 - топливная камера; 2 -воздуш­ная камера; 3— манометр

 

Рис.

 

Для жидкостей неоднородного состава, таких, как бензины, давление насыщенных паров необходимо проводить при стандартной температуре и постоянном соотношении паровой и жидкой фаз.

Температура, при которой давление насыщенных паров становится равным давлению в системе, называется температурой кипения вещества. Давление насыщенных паров резко увеличивается с повышением температуры.

В нефтепереработке широкое применение получил стандартный метод с использованием бомбы Рейда (ГОСТ 1756-2000). Бомба состоит из двух камер: топливной и воздушной с соотношением объемов 1:4, соединенных с помощью резьбы. Давление, создаваемое парами испытуемого топлива, фиксируется манометром, прикрепленным в верхней части воздушной камеры. Испытание проводят при температуре 38,8 0С, обеспечиваемой термостатированной баней.

Давление насыщенных паров испытуемого н/п определяют формуле:

 

Рож = Рм - Ратм ∙ (t-to)/(to+273), (14)

 

где Рож - давление насыщенных паров испытуемой жидкости при температуре t, Рм – показания манометра, Ратм – атмосферное давление, to - температура окружающего воздуха, 0С.

Определение давления паров в бомбе Рейда дает приближенные результаты, служащие только для сравнительной оценки качества моторных топлив.

Более точные абсолютные значения давления насыщенных паров получаются при использовании аппарата НАТИ, с помощью которого давление насыщенных паров топлива можно определить в широком интервале температур и при различных соотношениях между объемами паровой и жидкой фаз.

Давление насыщенных паров смесей и растворов в отличие от индивидуальных углеводородов зависит не только от температуры, но и от состава жидкой и паровой фаз. Для растворов и смесей, подчиняющихся законам Рауля и Дальтона, обще давление насыщенных паров смеси (Росм) может быть вычислено по формулам:

Росм = Sрi, (15)

рi = Pio ∙ x’i, (16)

где рi – парциальное давление компонента смеси при заданной температуре, Pio – давление насыщенных паров компонентов смеси,

x’i - мольная дольная компонентов смеси.

Однако в области высоких давлений реальные газы не подчиняются законам Рауля и Дальтона. В таких случаях найденное давление насыщенных паров уточняется с помощью критических параметров, фактора сжимаемости и фугитивности.

Критические параметры

Температура, давление и объем при критическом состоянии очень важны для физики нефти, особенно для высокотемпературных процессов при высоких давлениях.

Критическим состоянием вещества называется такое, при котором исчезает различие (граница) между его жидкой и паровой фазами, т.е. они имеют одни и те же основные свойства. Для каждого вещества существует такая температура, выше которой оно никаким повышением давления не может быть переведено в жидкость. Эта температура называется критической температурой Ткр. Давление насыщенных паров, соответствующее критической температуре, называется критическим давлением Ркр. Объем паров при критической температуре и давлении называется критическим объемом.

megaobuchalka.ru

ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ. КРИТИЧЕСКИЕ И ПРИВЕДЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ФУГИТИВНОСТЬ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

 

1.4. Давление насыщенных паров. Под давление насыщенных паров понимают давление, развиваемое парами, находящимися над жидкостью в условиях равновесия между жидкостью и паром при определенной температуре. При проведении практических расчетов исходя из допущения, что при испарении узкой нефтяной фракции состав паровой и жидкой фаз существенно не меняется, т.е. давление насыщенных паров зависит только от температуры. На этом базируются различные формулы [1], из которых чаще других используется формула Ашворта

(1.5)

где - давление насыщенных паров при температуре Т, Па; Т0 – средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении, К.

Функция температур f(T) и f(T0) выражается уравнением

Значения функции при различных температурах даны в прил.4.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Значение температурной функции f(T) для расчета давления насыщенных паров по формуле (1.5)

Температура, °С f(T) Температура, °С f(T) Температура, °С f(T) Температура, °С f(T)
-40 12,122 5,595 3,144 1,952
-30 11,363 5,343 3,031 1,891
-20 10,699 5,107 2,924 1,832
-10 10,031 4,885 2,821 1,776
9,448 4,677 2,724 1,721
8,914 4,480 2,630 1,668
8,421 4,297 2,542 1,618
7,967 4,124 2,456 1,569
7,548 3,959 2,375 1,521
7,160 3,804 2,297 1,476
6,800 3,658 2,222 1,432
6,660 3,519 2,150 1,339
5,155 3,387 2,082 1,348
5,866 3,263 2,005 - -

 

Формула Ашворта дает достаточно хорошие результаты, однако применима только при атмосферном давлении.

Пример 1.7 Определить давление насыщенных паров узкой бензиновой фракции при 150°С, если средняя температура кипения этой фракции составляет 95°С.

Решение. Для подсчета давления насыщенных паров воспользуемся формулой Ашворта (1.5).

Определим вначале по прил.4 значение функции f(T) и f(T0) для температур 150°С и 95°С, причем для температуры 95°С с помощью интерполяции: f(T)=4,48 и f(T0)=5,73.

Найденные значения подставляем в формулу (1.5):

По таблицам антилогарифмов или с помощью микрокалькулятора определяем:

 

При необходимости пересчета давления насыщенных паров с одной температуры на другую или средней температуры кипения нефтепродукта при изменении давления используют номограммы (прил.5, 6). Номограмма прил.5 известна также как график Кокса, применимый для узких нефтяных фракций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Расчёты основных процессов и аппаратов нефтепереработки : Справочник/ Под ред. Е.Н.Судакова.-М.:Химия, 1979.-568с.

2. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.-М.:Химия, 1980.-256с.

3. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа-Л..-Химия, 1985.-424с.

4. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н.Расчёты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справ, пособие.-М.:Химия, 1983-.224с.

5. Варгафтик Н.Б.Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М.: Наука, 1972.-720с.

6. Технологические расчёты установок переработки нефти:Учеб. пособие для вузов/ Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др.-М.:Химия, 1987.-352с.

7. Рудин М.Г., Смирнов Г.Ф. Проектирование нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов .-Л.: Химия, 1984.-256с.

8. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика.-Л. Химия, 198О.-328с.

9. Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под ред. Г.А.Ластовкина, Е.Д.Радченко и М.Г. Рудина.-Л.: Химия, 198б.-648с

10. Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа : Учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений.-Минск :Высш.шк., 1989.-122с.

11. Рябцев Н.И. Природные и искусственные газы.-М.:Стройиздат, 1978.-325с.

Похожие статьи:

poznayka.org

ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

В.И. Юрьев (Академия ГПС МЧС России;

В.И. Юрьев (Академия ГПС МЧС России; В.И. Юрьев (Академия ГПС МЧС России; e-mail: [email protected]) ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ "ДЫХАНИЙ" РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ С БЕНЗИНОМ Проведена аналитическая оценка пожарной опасности "большого

Подробнее

ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (9)

ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (9) УДК 614.841.2 [email protected] АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ПОЖАРОВ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА STATISTICAL ANALYSIS OF FIRES IN ROAD TRANSPORT Маклецов А.К., директор по маркетингу группы компаний «Эпотос»

Подробнее

КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗА

КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗА УДК 536.44 КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗА Е. Р. Лихачев Воронежский государственный университет Поступила в редакцию 01.03.2013 г. Аннотация: показано, что кроме критических параметров системы «жидкость-газ»

Подробнее

УДК 681.2: А.А. Мамонов, В.Я. Черепанов, Г.В. Шувалов, О.А. Ясырова СГГА, ФГУП «СНИИМ», Новосибирск

УДК 681.2: А.А. Мамонов, В.Я. Черепанов, Г.В. Шувалов, О.А. Ясырова СГГА, ФГУП «СНИИМ», Новосибирск УДК 681.2:003.13.001.24 А.А. Мамонов, В.Я. Черепанов, Г.В. Шувалов, О.А. Ясырова СГГА, ФГУП «СНИИМ», Новосибирск ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ И СОЗДАНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОБЪЕМНОГО

Подробнее

Лабораторная работа 9

Лабораторная работа 9 КАЛМЫЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра общей физики Лабораторная работа 9 «Определение теплоты перехода воды в пар при температуре кипения» Лаборатория 211 Лабораторная работа 9 «Определение теплоты

Подробнее

Врасчетах систем сжижения с помощью

Врасчетах систем сжижения с помощью Проектирование и моделирование УДК 665.521.004.17 + 536.423.4 В.Ф. Греков, к.т.н., доцент, А. А. Пьянков, к.т.н., член-корреспондент ПАНИ, доцент (НПИК «Зирка», г. Харьков), А.А. Овсиевский, директор комбината

Подробнее

Д.А. Сибаров, Н.В. Лисицын

Д.А. Сибаров, Н.В. Лисицын Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)

Подробнее

ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ 6(10)

ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ 6(10) УДК 62-176.2 Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Зайнуллин Р.Р. к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Подробнее

( ) ( ) ( ) v = f p,t, T = f p,v, p = f v,t, ( )

( ) ( ) ( ) v = f p,t, T = f p,v, p = f v,t, ( ) План лекции: ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Лекция 2. Уравнение состояния идеального газа 2. Уравнение состояния реальных газов и жидкостей 3. Газовые смеси. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА Как известно,

Подробнее

ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ 6(10)

ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ 6(10) УДК 62-176.2 Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Зайнуллин Р.Р. к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Подробнее

Список использованной литературы

Список использованной литературы Список использованной литературы 1. Теория горения и взрыва [Текст]: Учеб. для вузов МЧС России по специальности 280104.65 - Пожарная безопасность / В.Р. Малинин, В.И. Климкин, С.В. Аникеев и др. - СПб.:

Подробнее

Задачи на составление теплового баланса

Задачи на составление теплового баланса Задачи на составление теплового баланса Решая задачи на данную тему, будем полагать, что изменение внутренней энергии тела равно количеству теплоты, полученной телом. Будем считать теплоту, потраченную

Подробнее

УДК : UDC :

УДК : UDC : 1 УДК 5376339:665733 UDC 5376339:665733 РИФОРМИНГ БЕНЗИНОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Харитонов ВА ст преподаватель Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия Александров АБ к т н ООО

Подробнее

ANALYSIS OF CORRELATION REGARD, THE MAIN AIR POLLUTANTS IN CHERNOGORSK FOR

ANALYSIS OF CORRELATION REGARD, THE MAIN AIR POLLUTANTS IN CHERNOGORSK FOR УДК 54.3.54:519.237.5 АНАЛИЗ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ ОСНОВНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Г. ЧЕРНОГОРСКА ЗА - ГГ. Голубничий А.А., Шимкив А.В, Сайфуллин В.Р. ФГБОУ ВПО «Хакасский государственный университет

Подробнее

JEL коды: А 220, С 800, H 200, R 110.

JEL коды: А 220, С 800, H 200, R 110. АНАЛИЗ НАЛОГА НА ДОБЫЧУ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (НДПИ) С 2002 ПО 2016 ГГ. Монина Анастасия Валерьевна В статье рассматривается теория и история вопроса, особенности изменения в налоговом законодательстве и

Подробнее

E.I. Khil, A.F. Sharovarnikov

E.I. Khil, A.F. Sharovarnikov УДК 614.84.664 Е.И. Хиль, А.Ф. Шароварников ТУШЕНИЕ ПЛАМЕНИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПЕНОЙ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ Анализируется проблема тушения пожаров нефти и нефтепродуктов пеной, полученной из пенообразователей

Подробнее

Компоненты и составляющие вещества

Компоненты и составляющие вещества Лекция 6 Растворы План лекции. Понятие компонента. Уравнение Гиббса-Дюгема 3. Парциальные мольные величины 4. Тепловой эффект растворения 5. Идеальные растворы. Закон Рауля. 6. Химические потенциалы компонентов

Подробнее

ИДЕАЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И ИХ СВОЙСТВА

ИДЕАЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И ИХ СВОЙСТВА Министерство образования и науки РФ Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет ИДЕАЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И ИХ СВОЙСТВА Методические указания к лабораторным работам

Подробнее

5.1. Фазовые переходы Рис. 5.1

5.1. Фазовые переходы Рис. 5.1 5.1. Фазовые переходы Во многих агрегатах теплоэнергетических и других промышленных установок применяемые в качестве теплоносителей и рабочих тел вещества находятся в таких состояниях, что свойства их

Подробнее

docplayer.ru

ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ. КРИТИЧЕСКИЕ И ПРИВЕДЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ФУГИТИВНОСТЬ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

 

1.4. Давление насыщенных паров. Под давление насыщенных паров понимают давление, развиваемое парами, находящимися над жидкостью в условиях равновесия между жидкостью и паром при определенной температуре. При проведении практических расчетов исходя из допущения, что при испарении узкой нефтяной фракции состав паровой и жидкой фаз существенно не меняется, т.е. давление насыщенных паров зависит только от температуры. На этом базируются различные формулы [1], из которых чаще других используется формула Ашворта

(1.5)

где - давление насыщенных паров при температуре Т, Па; Т0 – средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении, К.

Функция температур f(T) и f(T0) выражается уравнением

Значения функции при различных температурах даны в прил.4.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Значение температурной функции f(T) для расчета давления насыщенных паров по формуле (1.5)

Температура, °С f(T) Температура, °С f(T) Температура, °С f(T) Температура, °С f(T)
-40 12,122 5,595 3,144 1,952
-30 11,363 5,343 3,031 1,891
-20 10,699 5,107 2,924 1,832
-10 10,031 4,885 2,821 1,776
9,448 4,677 2,724 1,721
8,914 4,480 2,630 1,668
8,421 4,297 2,542 1,618
7,967 4,124 2,456 1,569
7,548 3,959 2,375 1,521
7,160 3,804 2,297 1,476
6,800 3,658 2,222 1,432
6,660 3,519 2,150 1,339
5,155 3,387 2,082 1,348
5,866 3,263 2,005 - -

 

Формула Ашворта дает достаточно хорошие результаты, однако применима только при атмосферном давлении.

Пример 1.7 Определить давление насыщенных паров узкой бензиновой фракции при 150°С, если средняя температура кипения этой фракции составляет 95°С.

Решение. Для подсчета давления насыщенных паров воспользуемся формулой Ашворта (1.5).

Определим вначале по прил.4 значение функции f(T) и f(T0) для температур 150°С и 95°С, причем для температуры 95°С с помощью интерполяции: f(T)=4,48 и f(T0)=5,73.

Найденные значения подставляем в формулу (1.5):

По таблицам антилогарифмов или с помощью микрокалькулятора определяем:

 

При необходимости пересчета давления насыщенных паров с одной температуры на другую или средней температуры кипения нефтепродукта при изменении давления используют номограммы (прил.5, 6). Номограмма прил.5 известна также как график Кокса, применимый для узких нефтяных фракций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Расчёты основных процессов и аппаратов нефтепереработки : Справочник/ Под ред. Е.Н.Судакова.-М.:Химия, 1979.-568с.

2. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.-М.:Химия, 1980.-256с.

3. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа-Л..-Химия, 1985.-424с.

4. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н.Расчёты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справ, пособие.-М.:Химия, 1983-.224с.

5. Варгафтик Н.Б.Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М.: Наука, 1972.-720с.

6. Технологические расчёты установок переработки нефти:Учеб. пособие для вузов/ Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др.-М.:Химия, 1987.-352с.

7. Рудин М.Г., Смирнов Г.Ф. Проектирование нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов .-Л.: Химия, 1984.-256с.

8. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика.-Л. Химия, 198О.-328с.

9. Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под ред. Г.А.Ластовкина, Е.Д.Радченко и М.Г. Рудина.-Л.: Химия, 198б.-648с

10. Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа : Учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений.-Минск :Высш.шк., 1989.-122с.

11. Рябцев Н.И. Природные и искусственные газы.-М.:Стройиздат, 1978.-325с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. График Кокса

Пользование номограммой. На графике находим точку с координатами заданным давлением или температурой. Из найденной точки проводим равноудаленную от двух соседних лучей прямую до пересечения с вертикалью или горизонталью заданного углеводорода, соответствующей давлению этому давлению или температуре. Из полученной точки проводим горизонталь или вертикаль, параллельную оси абсцисс или ординат, до пересечения с осью на которой получим точку, соответствующую температуре или давлению.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Номограмма для определения температуры кипения нефтепродуктов в зависимости от давления

 

Пользование номограммой. Через точку соответствующую заданному значению давления (правая шкала), провести прямую до пересечения с кривой (средняя шкала) температуры кипения заданного соединения при атмосферном давлении. Продолжение прямой укажет на температуру кипения соединения при заданном давлении (левая шкала)

Критические и приведенные параметры. При определенных значениях температуры и давления двухфазная система (жидкость – пар) может переходить в однофазную (пар), которая характеризует критическое состояние вещества. Температуру и давление, соответствующие этому состоянию, называют критическими. Для многих индивидуальных углеводородов они известны и приведены в различных литературных источниках [4, 5].

Приближенно критические параметры нефтяных фракций определяют с помощью графика (рис.1.2) по известным молярным массам, средним температурам кипения и относительной плотности.

Пример 1.8 Средняя температура кипения узкой бензиновой фракции при атмосферном давлении (»1×105 Па) составляет 127°С. Найти ее температуру кипения при давлении 2×105 Па.

Решение. На графике Кокса (прил. 5) находим точку с координатами 105 Па и 127°С (400 К). Из найденной точки проводим равноудаленную от двух соседних лучей прямую до пересечения с вертикалью, соответствующей давлению 2×105 Па. Из полученной точки проводим горизонталь, параллельную оси абсцисс, до пересечения с осью ординат, на которой получим точку, соответствующую температуре 151°С (424 К). Эта температура и является температурой кипения фракции при давлении 2×105 Па.

Пример 1.9 При вакуумной разгонке нефтяного остатка в стандартном аппарате АРН-2 при давлении 133,3 Па была получена фракция 196-213°С. Каковы пределы выкипания этой фракции при атмосферном давлении?

Решение. Воспользуемся номограммой прил. 6. На правой шкале отметим остаточное давление 133,3 Па (1 мм рт.ст.), на левой – температуры начала и конца кипения фракции при данном давлении. Тогда на средней шкале получим точки, соответствующие температурам кипения при атмосферном давлении: 400°С и 420°С.

Таким образом, искомая фракция выкипает в пределах 400-420°С при атмосферном давлении.

 

 

Рисунок 1.2 – График для определения критических температур и

давлений нефтепродуктов разной плотности

 

 

Более точно критическую температуру Ткр (в кельвинах) и давление rкр (в паскалях) можно найти по уравнениям:

Ткр=355+0,97а+0,00049а2; (1.6)

(1.7)

Константы а и kp, входящие в уравнения (1.6) и 1.7), рассчитываются по формулам:

где t10, t70 – температуры отгона 10 и 70% нефтепродукта по ГОСТ 2177-82, °С.

Константа kp имеет численные значения для парафиновых углеводородов 5,0-5,3; нафтеновых 6,0; ароматических 6,5-7,0; нефтепродуктов прямой перегонки 6,3-6,4 [2].

При определении константы а вместо средней молярной температуры кипения нефтяной фракции приближенно можно взять температуру ее 5-%-го отгона. Последняя также входит в упрощенную формулу подсчета критической температуры [1]:

Ткр=1,05Тср+146.

При расчете тепловых и некоторых других свойств нефтепродуктов применяют так называемые приведенные температуру и давление.

Приведенная температура (Тпр) представляет отношение температуры нефтепродукта (Т, К) в заданных условиях его критической температуре (Ткр, К):

Тпр=Т/Ткр. (1.8)

Приведенное давление (rпр) – это отношение давления в системе (r, Па), в которой находится нефтепродукт, к его критическому давлению (rкр, Па):

rпр=r/rкр. (1.9)

 

 

Фугитивность. Нефтепродукты и их пары не всегда являются идеальными системами. При невысоких давлениях и повышенных температурах они подчиняются законам Рауля и Дальтона

или (1.10)

где – молярная доля i-го компонента в жидкой и паровой фазе; – давление насыщенных паров i-го компонента, Па; р – общее давление в системе, Па; – константа фазового равновесия.

Большие давления и низкие температуры вызывают более или менее значительное отклонение от идеального состояния, и в расчетные формулы необходимо вводить поправки. В этих случаях выражение для константы фазового равновесия (1.10) можно записать в виде

или

Здесь величины и представляют собой фугитивность жидкости и ее паров. Фугитивность измеряется в тех же единицах, что и давление, и заменяет его в уравнениях идеального состояния. Это позволяет использовать последние для реальных газов и жидкостей.

В общем случае фугитивность является функцией приведенных температуры и давления. Для практических целей фугитивность находят по графикам [1, 2, 6, 7], один из которых приведен на рис.1.3.

 

 

Рисунок 1.3 – График для определения коэффициента фугитивности

(сжимаемости) нефтепродуктов

Пользование номограммой. Через точку соответствующую заданному значению приведенного давления, провести прямую до пересечения с кривой заданного значения приведенной температуры. Из полученной точки пересечения провести горизонтальную прямую до шкалы коэффициентов сжимаемости. Точка пересечения дает искомое значение.

Ось ординат этого графика представляет собой отношение фугитивности к реальному давлению:

z=f/p. (1.11)

Безразмерная величина z носит название коэффициента фугитивности. Иногда его называют коэффициентом сжимаемости [7]. Хотя коэффициент сжимаемости имеет несколько иной физический смысл, при проведении приближенных расчетов можно допустить равенство названных коэффициентов.

Пример 1.12 Найти фугитивность фракции 62-85°С при 220°С и 2,5 МПа. Критические параметры tкр=247°С и ркр=3,56МПа.

Решение. Определим приведенные температуру и давление:

По графику (см. рис.1.3) находим коэффициент сжимаемости z=0,57. По формуле (1.11) фугитивность равна f=zp=1,43 МПа.

Пример 1.13 Определить константу фазового равновесия k для н-пентана при 115°С и 1,2 МПа. Его критические параметры: tкр=0,57×2,5=3,34 МПа.

Решение. Найдем фугитивность для паровой фазы н-пентана. Приведенные параметры

По графику (см. рис.1.3) определим z=0,76 и fп=0,76×1,2=0,91 МПа.

Жидкая фаза находится при той же температуре, но под давлением собственных насыщенных паров рн, которое определим по графику Кокса (прил.5): рн=0,8 МПа. Приведенное давление в этом случае

Коэффициент сжимаемости для жидкой фазы (см. рис.1.3) z=0,81, фугитивность жидкой фазы fж=0,81×0,8=0,65 МПа. Константа фазового равновесия определится как отношение фугитивностей

Кроме рассмотренного способа, константу фазового равновесия можно находить по номограммам (прил.7, 8).

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Таблица перевода значений кинематической вязкости (мм2/с) в условную (°ВУ)

мм2/с °ВУ мм2/с °ВУ мм2/с °ВУ мм2/с °ВУ мм2/с °ВУ
1,00 2,48 4,33 6,28 8,26
1,10 2,60 4,46 6,42 8,40
1,20 2,72 4,59 6,55 8,53
1,29 2,83 4,72 6,68 8,66
1,39 2,95 4,85 6,81 8,80
1,48 3,07 4,98 6,94 8,93
1,57 3,19 5,11 7,07 9,06
1,67 3,31 5,24 7,20 9,20
1,76 3,43 5,37 7,33 9,34
1,86 3,56 5,50 7,47 9,48
1,96 3,68 5,63 7,60 9,61
2,05 3,81 5,76 7,73 9,75
2,15 3,95 5,89 7,86 9,88
2,26 4,07 6,02 8,00 10,01
2,37 4,20 6,16 8,13 10,15

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Номограмма для определения константы фазового равновесия углеводородов при низких температурах

Пользование номограммой.Через точки, соответствующие заданным значениям давления и температуры провести прямую. Точка ее пересечения со шкалой констант фазового равновесия соответствующего углеводорода дает искомое значение.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Номограмма для определения констант

cyberpedia.su

Методическое указание к лабораторному практикуму " Определение давления насыщенных паров нефтепродуктов"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, является насыщенным. В состоянии насыщенные пары обладают наибольшим давлением при данной температуре. Для индивидуальных жидких веществ давление насыщенного пара является физической константой, зависящей только от свойств данной жидкости и температуры. Для жидкостей неоднородного состава, таки как, например бензин, давление насыщенных паров при данной температуре является сложной функцией состава бензина и зависит от объема пространства, в котором находится паровая фаза. Поэтому для получения сравнимых результатов практических определений необходимо поддерживать определенное соотношение паровой и жидкой фаз постоянным, т.е. проводить определение в стандартном аппарате

Давление насыщенных паров-важная характеристика нефтей и нефтепродуктов, характеризует испаряемость и зависит от их фракционного состава. Оно свидетельствует о наличии в них растворенных газов и низкокипящих фракций, склонности к испарению, безопасности транспортировки, хранение и применение. Чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше давление насыщенных паров. Давление насыщенных паров возрастает при повышении температуры нагрева нефтепродукта.

Давление насыщенных товарных авиационных и автомобильных бензинов является техническим показателем качества этих топлив-нижний предел характеризует наличие пусковых фракций, а верхний позволяет судить о физической стабильности данного топлива и возможности возникновения паровых пробок. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем большее количество паровой фазы содержится в топливно-воздушной с

Давление насыщенных паров измеряется в кПа (Па) и мм.рт.ст. (1мм.рт.ст=133,3 Па=0,133кПа)

У летних сортов автомобильных бензинов давление насыщенных паров недолжно быть выше 66,6 кПа. Зимние сорта для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление насыщенных паров 66,3-99,3 кПа. Для авиационных бензинов образование паровых пробок наиболее опасно, давление насыщенных паров для надежного пуска должно быть в пределах 29,3-47,9 кПа.

Показатели качества «давление насыщенных паров» и «фракционный состав» тесно связаны между собой: чем ниже температура начала кипения и температура выкипания 10 % бензина, чем выше давление насыщенных паров этого бензина и наоборот.

Определение давления насыщенных паров моторных топлив проводится в герметичной стандартной металлической бомбе Рейда путем замера давления по манометру при 38ᵒС

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРИБОРА

Прибор для определения давления насыщенных паров состоит из металлической бомбы, манометра и водяной бани (рис 1). Металлическая бомба имеет топливную и воздушную камеры, которые соединяются между собой. На верху воздушной камеры находится манометр.

hello_html_mcb27932.png

Рисунок 1 «Аппарат для определения давления насыщенных паров»

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Разберите металлическую бомбу, отделив воздушную камеру от топливной

2. Заполните топливную камеру испытуемым нефтепродуктом до верхнего края

3.Соедините топливную камеру с воздушной. Собранный аппарат опрокиньте, чтобы находящееся в топливной камере проба стекла в воздушную камеру, и сильно встряхните в направлении, параллельном продольной оси прибора, повторяя эту операцию несколько раз.

4. Погрузите бомбу в водяную баню так, чтобы воздушная камера находилась в воде ,а манометр-выше уровня воды . При погружении не должно быть утечки испытуемого топлива.

5 Через 5 минут отметьте давление по показанию манометра. Выньте аппарат из бани, встряхните сильно несколько раз и снова вставьте в баню. Повторяйте эти операции каждые 2 минуты до тех пор, пока показания манометра перестанут изменятся. Отметьте «нескорректированное давление насыщенных паров» испытуемого нефтепродукта (Рнм )

6. Определите поправку к «нескорректированному» давлению насыщенных паров на изменения воздуха и насыщенных паров воды в воздушной камере, вызванное различием между исходной температурой воздуха и водяной бани по таблице 1

Определите «исправленное» давление насыщенных паров нефтепродукта –Р, вычтя определённую поправку (ωP) из «нескорректированного» давления насыщенных паров (Рнс), если температура окружающего воздуха ниже 37,8 ᵒС, или прибавив, если эта температура выше 37,8 ᵒС.

Исходная температура воздуха

Барометрическое давление

мм.рт.ст

760

кПа

101,3

мм.рт.ст

750

кПа

100,0

мм.рт.ст

740

кПа

98,7

мм.рт.ст

730

кПа

97,3

мм.рт.ст

720

кПа

96,0

15

-97

-13,3

-96

-12,8

-95

-12,7

-94

-12,5

-93

-12,4

16

-93

-12,4

-92

-12,3

-91

-12,1

-91

-12,1

-90

-12,0

17

-89

-11,9

-88

-11,7

-88

-11,7

-87

-11,6

-86

-11,5

18

-85

-11,3

-85

-11,3

-84

-11,2

-83

-11,1

-83

-11,1

19

-82

-10,9

-81

-10,3

-80

-10,7

-80

-10,7

-79

-10,5

я20

-78

-10,4

-77

-10,3

-77

-10,3

-76

-10,1

-75

-10,0

21

-71

-9,8

-73

-9,7

-73

-9,6

-72

-9,6

-72

-9,5

22

-70

-9,3

-69

-9,2

-69

-9,1

-68

-9,1

-68

-9,0

23

-66

-8,7

-66

-8,7

-65

-8,6

-65

-8,5

-64

-8,5

24

-62

-8,2

-62

-8,1

-61

-8,1

-61

-8,0

-60

-8,0

25

-58

-7,7

-58

-7,6

-57

-7,6

-57

-7,5

-56

-7,4

26

-54

-7,1

-54

-7,1

-53

-7,0

-53

-7,0

-52

-6,0

27

-50

-6,6

-50

-6,5

-49

-6,5

-49

-6,4

-48

-6,4

28

-46

-6,0

-45

-6,0

-45

-5,9

-45

-5,9

-44

-5,8

29

-42

-5,5

-41

-5,4

-41

-5,4

-41

-5,3

-40

-5,3

30

-37

-4,9

-37

-4,9

-37

-4,8

-36

-4,8

--36

-4,7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. Что понимают под показателем качества «давления насыщенных паров»?

  2. Какое качество нефтепродукта характеризует показатель «давление насыщенных паров»

  3. В каких единицах измеряется давление?

  4. Как зависит давление насыщенных паров от температуры?

  5. Как зависит давления насыщенных паров от фракционного состав?

  6. Как зависит давление насыщенных паров от температуры?

infourok.ru

Физико-химические свойства нефти. Давление насыщенных паров.

Давление (в Па) насыщенных паров алканов нормального строения и узких нефтяных фракций находят по формуле Ашворта:

 

lg (PT – 3158) = 7,6715 – 2,68A/B

                              _________

Здесь    А =  1250/[ (√  Т2 + 108000      - 307,6) - 1]        

                                      ____________

В =  1250/[ (√  Т20 + 108000      - 307,6) - 1]

                Т – температура кипения при давлении PT, К; Т0 - нормальная температура кипения, К.

 

Данные о давлении насыщенных паров индивидуальных алканов приведены в табл. Для определения давления паров нефтяных фракций может быть использован график Кокса.

 

Таблица

Давление насыщенных паров индивидуальных алканов (в кПа)

Температура, °С

Этан

Пропан

Изобутан

Бутан

Изо-

пентан

Пентан

—50

553

70

 

 

 

 

—45

855

88

 

 

 

 

—40

771

109

 

 

 

 

—35

902

134

 

 

 

 

—30

1050

164

 

 

 

 

—25

1215

197

 

 

 

 

—20

1400

236

 

 

 

 

—15

1604

285

88

58

 

 

—10

1831

338

107

68

 

 

—5

2081

399

128

84

 

 

0

2355

465

153

102

34

24

5

2555

543

182

123

42

30

10

2982

629

215

146

52

37

15

3336

725

252

174

63

46

20

3721

833

294

205

76

58

25

4137

951

341

240

91

67

30

4585

1080

394

280

108

81

35

4889

1226

452

324

127

96

40

 

1382

518

374

149

114

45

 

1554

590

429

174

134

50

 

1740

669

490

202

157

55

 

1943

759

557

234

183

60

 

2162

853

631

268

212

65

 

2398

957

712

307

244

70

 

2653

1070

800

350

280

75

 

2925

1193

896

397

319

80

 

3218

1326

1000

448

363

85

 

3530

1469

1113

504

411

90

 

3862

1624

1234

565

463

95

 

4216

1789

1365

631

521

100

 

 

1988

1504

703

583

 

additive.spb.ru


Смотрите также