1.10. ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Тепловые свойства нефтепродуктов

Эксплуатация большинства установок в нефтепереработке связана с нагреванием и охлаждением материальных потоков, поэтому знание тепловых свойств нефтей и нефтепродуктов особенно необходимо на стадии проектирования при технологических расчетах.

Удельная теплоемкость – количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы вещества, чтобы поднять температуру на 1 К (10С). Это массовая теплоемкость: кДж/(кг×К) или  кДж/(кг ×оС).

Мольная теплоемкость – количество теплоты, необходимое для нагрева 1 кмоль вещества на 10С: кДж/(кмоль×К) или кДж/(кмоль ×0С).

Объемная теплоемкость – количество теплоты, необходимое для  нагрева 1мна 10С: кДж/(м3 × К) или кДж/(м3 ×.0С).

С повышением температуры теплоемкость жидких углеводородов повышается, а с увеличением плотности и молярной массы вещества – уменьшается. Теплоемкость жидких нефтепродуктов и их паров определяют либо по эмпирическим формулам, либо с помощью графиков.

Для расчета теплоемкости жидких нефтепродуктов может быть использовано уравнение Крэга:

уравнение Крэга

или

уравнение Крэга

где Сжt – удельная теплоемкость жидкого нефтепродукта при температуре t, кДж/(кг×0С);

t – температура жидкости, 0С.

Для расчета теплоемкостей жидких нефтепродуктов также предлагаются формулы, в которые входит характеризующий фактор, например

расчета теплоемкостей жидких нефтепродуктов

или

Для расчета теплоемкостей жидких нефтепродуктов

где  К – характеризующий фактор (см. разд. 1.2).

Чаще теплоемкость нефтяных фракций определяют по номограммам, для чего необходимо знать плотность или плотность и характеризующий фактор [3, с.64-65].

Теплоемкости газов и нефтепродуктов в паровой фазе зависят от химического состава, температуры и давления, если оно выше 0,5 МПа, и могут быть определены по диаграммам в зависимости от их приведенных температур и давления [5, с. 119-120]. Теплоемкость углеводородных газов может быть определена по соответствующим формулам [3, с. 67] и таблицам [4, с. 318; 10, с. 126; 11, с. 504].

В газах таких процессов, как изомеризация, гидроочистка, каталитический риформинг, гидрокрекинг и других, содержится в значительных количествах водород. Теплоемкость водорода в зависимости от температуры и давления находится в пределах 13,5-15,0 кДж/(кг×0С) против 2,5-3,0 кДж/(кг×0С) для углеводородных газов. Значения теплоемкостей водорода и углеводородных газов имеются в справочной литературе [4, 11].

Энтальпия жидких нефтепродуктов – количество теплоты, которое необходимо затратить на нагрев 1 кг (или 1 кмоль) жидкости от 0 до температуры t. Энтальпия может быть найдена по формуле

h = Cp t, (1.51)

где  h –  энтальпия жидкого нефтепродукта, кДж/кг (кДж/кмоль);

  C– теплоемкость жидкого нефтепродукта при температуре t, кДж/(кг×0С) или кДж/(кмоль×0С);

  t – температура нагрева нефтепродукта, 0С.

Энтальпия жидких нефтепродуктов может  быть рассчитана по формуле

Энтальпия жидких нефтепродуктов

Видно, что энтальпия и теплоемкость нефтепродуктов увеличиваются с уменьшением их плотности и с повышением температуры.

В табл. 1.9 приведены величины Видно, что энтальпия и теплоемкость нефтепродуктов увеличи-ваются с уменьшением их плотности и с повышением температуры. В табл. 1.9 приведены величины   для температур в интервале от 0 до 5000С. Найденную по таблице в зависимости от температуры величину a умножают на энтальпию жидкого нефтепродукта  

и получают энтальпию жидкого нефтепродукта в кДж/кг.

Зная плотность нефтепродукта, энтальпии нефтяных жидкостей в интервале температур 0-5500С можно определить по таблицам [3, с. 524; 12, с. 214; 13, с. 18].

Энтальпию жидких нефтепродуктов определяют также по графику [2, с. 158], для чего необходимо знать температуру, плотность и характеризующий фактор.

Энтальпия паров нефтепродуктов. В случае нефтепродуктов, находящихся в паровом состоянии, под энтальпией при температуре t понимается то количество теплоты, которое необходимо затратить на нагрев 1 кг (1 кмоль) жидкости от 0 до t – температуры кипения этой жидкости, испарение жидкости при температуре t и нагрев паров до температуры t1.

Использование любых матеpиалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Тепловые свойства нефтепродуктов

Энтальпия паров может быть рассчитана по формуле

Энтальпия паров

где  Н – энтальпия паров, кДж/кг (кДж/кмоль);

C– теплоемкость жидкости, кДж/(кг× 0С) или кДж/(кмоль×0С);

Сp 1 – теплоемкость паров, кДж/(кг× 0С) или кДж/(кмоль×0С);

скрытая теплота испарения – скрытая теплота испарения (изменение энтальпии при испарении), кДж/кг (кДж/кмоль).

При определении энтальпии углеводородных газов и нефтяных паров необходимо принимать во внимание давление. С повышением давления энтальпия паров уменьшается вследствие уменьшения скрытой теплоты испарения.

Значение величины альфа при различных температурах при расчете энтальпии жидких нефтепродуктов по формуле

Энтальпию нефтяных паров при атмосферном давлении часто определяют по формуле

Энтальпию нефтяных паров при атмосферном давлении

Для упрощения расчетов по формуле 1.56 в табл. 1.10 даны значения a для диапазона температур от 0 до 5000С.

при расчете энтальпии паров нефтепродуктов

Энтальпию нефтяных паров определяют также по графику [2, c. 158].

Энтальпии нефтяных паров при атмосферном давлении в интервале 0-5500С можно определить по табл. 12-14 [3].

При определении  энтальпии нефтяных паров при давлениях выше 0,5 МПа определяют поправку к энтальпии, которую вычитают из энтальпии паров при атмосферном давлении:

определяют поправку к энтальпии

где  НtP – энтальпия нефтяных паров при температуре t и давлении P, кДж/кг;

 Нt0,1 – энтальпия нефтяных паров при температуре t и атмосферном давлении, кДж/кг;

поправка к энтальпии нефтяных паров при температуре – поправка к энтальпии нефтяных паров при температуре t и давлении Р, кДж/кг.

Поправку поправка к энтальпии нефтяных паров при температуре  можно вычислить по уравнению

поправка  к  энтальпии нефтяных

где поправка к энтальпии нефтяных паров при температуре  

– поправка  к  энтальпии нефтяных паров при давлениях выше 0,5 МПа, Дж/кг;

М – молярная масса нефтепродукта, кг/кмоль;

Т – критическая температура, К;

Рпр  – приведенное давление;

Тпр  – приведенная температура.

Поправку к энтальпии нефтяных паров (поправка к энтальпии нефтяных паров при температуре ) можно определить с помощью графика, для чего рассчитывают приведенные давление и температуру – Рпр и Тпр –  и по графикам (рис. 1.24 и 1.25) находят отношение энтальпии. Зная отношение энтальпии молярную массу и критическую температуру, рассчитывают поправку поправка к энтальпии нефтяных паров при температуре  

и далее энтальпию нефтяных паров при повышенном давлении по уравнению 1.56.

Использование любыx материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Тепловые свойства нефтепродуктов

Поправки к энтальпиям паров при повышенных давлениях можно определить и по другим формулам и графикам [3, с. 89].

Энтальпию нефтяных газов при повышенном давлении можно определить по табл. 10-12 или графикам [5, с. 135].

Поправка к энтальпии газов и паров при низких давлениях

Скрытая теплота испарения

Скрытая теплота испарения (изменение энтальпии при испарении вещества). Под скрытой теплотой испарения понимается то количество теплоты, которое необходимо затратить на испарение 1 кг        (1 кмоль) продукта при температуре кипения.

Нефтяные фракции являются сложными смесями углеводородов и выкипают в интервале температур, поэтому при их испарении теп-лота затрачивается не только на испарение, но и на нагрев более высококипящих компонентов фракций до их температур кипения. Вот почему теплота испарения нефтяных фракций в отличие от индивидуальных углеводородов является понятием достаточно условным и не может быть точно определена.

В зависимости от единицы измерения количества испаренного вещества теплота испарения может быть массовой, молярной и объемной. Чаще всего в технологических расчетах применяют массовую и молярную теплоту испарения.

Теплота испарения углеводородов, нефтяных фракций и товарных нефтепродуктов уменьшается с увеличением температуры их кипения и молярной массы. Углеводороды различных классов с одинаковым числом атомов углерода в молекуле отличаются теплотой испарения. Наименьшую теплоту испарения имеют парафиновые углеводороды, наибольшую – ароматические, среднюю – нафтеновые углеводороды. Теплота испарения изопарафиновых углеводородов меньше теплоты испарения парафиновых углеводородов нормального строения.

Теплота испарения нефтепродукта представляет собой разность энтальпий паров и жидкости этого нефтепродукта при одной и той же температуре:

Теплота испарения нефтепродукта

где теплота испарения нефтепродукта 

– теплота испарения нефтепродукта, кДж/кг;

   Ht – энтальпия паров нефтепродукта при температуре t, кДж/кг;

   ht – энтальпия жидкости нефтепродукта при температуре t, кДж/кг.

Теплота испарения нефтяных фракций может быть рассчитана также по формулам и определена по графикам [3, с. 70-84].

Примерные величины скрытой теплоты испарения нефтепродуктов и воды следующие:

-      бензины – 290-315 кДж/кг (70-75 ккал/кг);

-      керосины – 210-270 кДж/кг (50-65 ккал/кг);

-      дизельные топлива – 210-230 кДж/кг (50-55 ккал/кг);

-      масла – 168-210 кДж/кг (40-50 ккал/кг);

-      вода – 2258 кДж/кг (539 ккал/кг).

Скрытая теплота испарения при повышенном давлении меньше, чем при атмосферном, а при вакууме – больше.

Теплота сгорания. Под теплотой сгорания понимается количество теплоты, которое выделяется при  сгорании 1 кг (1м3) нефтепродукта. Различают высшую и низшую теплоту сгорания нефтепродуктов. Низшая теплота сгорания отличается от высшей на величину теплоты полной конденсации водяных паров, образующихся при сгорании углеводородов, и может быть рассчитана по формуле

Низшая теплота сгорания

где низшая теплота сгорания – низшая теплота сгорания, кДж/кг;

высшая теплота сгорания - высшая теплота сгорания, кДж/кг;

H – содержание водорода в топливе, % мас.;

W  – содержание воды в топливе, % мас.

В технологических расчетах обычно пользуются низшей теплотой сгорания.

Определение теплоты сгорания топлив экспериментальным путем осуществляют с помощью калориметра. Этот способ сложен и требует значительного времени, поэтому применяют расчетные способы.

Высшую (высшая теплота сгорания) и низшую (низшая теплота сгорания) теплоту сгорания нефтяных топлив (кДж/кг) обычно подсчитывают по эмпирическим формулам, предложенным Д.И. Менделеевым:

эмпирическим формулам, предложенным Д.И. Менделеевым

где  С, Н, S, О, W – содержание в топливе углерода, водорода, серы, кислорода и влаги, % мас.

При расчете теплоты сгорания нефтепродуктов используют также следующую формулу:

расчете теплоты сгорания нефтепродуктов

Для газообразного топлива низшую теплоту сгорания можно рассчитать по формуле

Для газообразного топлива низшую теплоту сгорания можно рассчитать по формуле

СО, СН4, …, Н2S – объемная концентрация оксида углерода, метана и так далее в топливе.

Теплоту сгорания реактивных топлив определяют расчетным способом, который изложен в ГОСТ 11065 и предусматривает применение формулы

Теплоту сгорания реактивных топлив

где низшая теплота сгорания 

– низшая теплота сгорания, кДж/кг;

tА – анилиновая точка топлива, 0С;

4,187 – коэффициент пересчета ккал/кг в кДж/кг;

K – коэффициент, который определяют по табл. 1.11 или рассчитывают с точностью до 0,01 по формуле

коэффициент

где  p – плотность испытуемого топлива при 200С, г/см3;

y – средняя температурная поправка, определяется по табл. 1.12.

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Тепловые свойства нефтепродуктов