5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Давление насыщенных паров определение

ХИМИЯ НЕФТИ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Определение давления насыщенных паров

Нефть и нефтепродукты 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 паровых пробок в системе питания двигателя.

Для жидкостей неоднородного состава, таких, как бензины, 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 практические определения необходимо проводить при стандартной температуре и постоянном соотношении паровой и жидкой фаз. С учетом изложенного выше давлением насыщенных паров топлив называют давление паровой фазы топлива, находящейся в динамическом равновесии с жидкой фазой, измеренное при стандартной температуре и определенном соотношении объемов 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. При одной и той же температуре большим давлением насыщенных паров характеризуются более легкие нефтепродукты.

В настоящее время существует несколько способов определения ДНП веществ, которые можно разделить на следующие группы:

  1. Статический метод.
  2. Динамический метод.
  3. Метод насыщения движущегося газа.
  4. Метод изучения изотерм.
  5. Метод эффузии Кнудсена.
  6. Хроматографический метод.

Статический метод

На основе прямого статического метода создан ряд эксперименальных установок для исследования ДНП нефтепродуктов.

В нефтепереработке вследствие своей простоты широкое применение получил стандартный метод с использованием бомбы Рейда (ГОСТ 1756-2000). Бомба состоит из двух камер: топливной 1 и воздушной 2 с соотношением объемов соответственно 1:4, соединенных с помощью резьбы. Давление, создаваемое парами испытуемого топлива, фиксируется манометром 3, прикрепленным к верхней части воздушной камеры. Испытание проводят при температуре 38,8°С и давлении 0,1 МПа, обеспечиваемой специальной термостатированной баней.

Давление насыщенных паров испытуемой жидкости определяют по формуле:

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

К достоинствам прибора относится простота конструкции и экспериментирования, к недостаткам — постоянное соотношение жидкой и паровой фаз и грубость метода (погрешность определения ДНП бензинов достигает 15-20%).

Расхождения между дайными, полученными с помощью бомбы Рейда и методом НАТИ, составляют 10-20 %.

Динамический метод

Метод насыщения движущегося газа

Метод изучения изотерм

Метод изучения изотерм даёт наиболее точные, по сравнению с другими способами, результаты, особенно при высоких температурах. Этот способ заключается в исследовании зависимости между давлением и объёмом насыщенного пара при постоянной температуре. В точке насыщения изотерма должна иметь излом, превращаясь в прямую. Считается, что этот метод пригоден для измерения ДНП чистых веществ и непригоден для многокомпонентных, у которых температура кипения — величина неопределённая. Поэтому он не получил распространения при измерении ДНП нефтепродуктов.

Метод эффузии Кнудсена

Метод эффузии Кнудсена применим в основном для измерения очень низких давлений (до 100 Па). Этот метод даёт возможность находить скорость эффузии пара по количеству конденсата при условии полной конденсации эффундирующего вещества. Установки, основанные на этом методе, имеют следующие недостатки: они являются установками однократного измерения и требуют разгерметизации после каждого измерения, что при наличии легкоокисляющихся и нестойких веществ нередко приводит к химическому превращению исследуемого вещества и искажению результатов измерений. Создана экспериментальная установка, лишенная указанных недостатков, но сложность конструкции позволяет применить её только в специально оснащенных лабораториях. Этот метод применяется в основном для измерения ДНП твёрдых веществ.

Метод эффузии Кнудсена

Однако, при анализе таких сложных смесей углеводородов, как нефтепродукты, возникают трудности не только при разделении углеводородов, относящихся к различным классам, но и при идентификации отдельных компонентов этих смесей.

Пересчет давления насыщенных паров

В технологических расчетах часто приходится производить пересчет температур с одного давления на другое или давления при изменении температуры. Для этого имеется множество формул. Наибольшее применение получила формула Ашворта:

Уточненная В. П. Антонченковым формула Ашворта имеет вид:

Для пересчета температуры и давления удобно также пользоваться графическими методами.

Наиболее распространенным графиком является график Кокса, который построен следующим образом. Ось абсцисс представляет собой логарифмическую шкалу, на которой отложены величины логарифма давления (lgP), однако для удобства пользования на шкалу нанесены соответствующие им значения Р. На оси ординат отложены значения температуры. Под углом 30° к оси абсцисс проведена прямая, обозначенная индексом «Н20», которая характеризует зависимость давления насыщенных паров воды от температуры. При построении графика из ряда точек на оси абсцисс восстанавливают перпендикуляры до пересечения с прямой Н20 и полученные точки переносят на ось ординат. На оси ординат получается шкала, построенная по температурам кипения воды, соответствующим различным давлениям ее насыщенных паров. Затем для нескольких хорошо изученных углеводородов берут ряд точек с заранее известными температурами кипения и соответствующими им значениями давления насыщенных паров.

Оказалось, что для алканов нормального строения графики, построенные по этим координатам, представляют собой прямые линии, которые все сходятся в одной точке (полюсе). В дальнейшем достаточно взять любую точку с координатами температура — давление насыщенных паров углеводорода и соединить с полюсом, чтобы получить зависимость давления насыщенных паров от температуры для этого углеводорода.

Несмотря на то что график построен для индивидуальных алканов нормального строения, им широко пользуются в технологических расчетах применительно к узким нефтяным фракциям, откладывая на оси ординат среднюю температуру кипения этой фракции.

Кроме графика Кокса для пересчета давления насыщенных паров углеводородов и их смесей в зависимости от температуры используется также график Максвелла.

Для пересчета температур кипения нефтепродуктов с глубокого вакуума на атмосферное давление используется номограмма UOP, по которой, соединив две известные величины на соответствующих шкалах графика прямой линией, получают на пересечении с третьей шкалой искомую величину Р или t. Номограммой UOP в основном пользуются в лабораторной практике.

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, общее давление насыщенных паров смеси может быть вычислено по формулам:

В области высоких давлений, как известно, реальные газы не подчиняются законам Рауля и Дальтона. В таких случаях найденное расчетными или графическими методами давление насыщенных паров уточняется с помощью критических параметров, фактора сжимаемости и фугитивности.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ОЦЕНИВАЮЩИХ ИСПАРЯЕМОСТЬ ГОРЮЧЕГО

Испаряемость горючего обусловливает эффективность процессов смесеобразования и сгорания в двигателях, величину потерь при хранении и транспортировке, возможность образования паровых пробок в системе питания двигателя, пожаро- и взрывоопасность нефтепродуктов. Скорость испарения топлива зависит от его свойств и условий протекания процесса. Испаряемость горючего характеризует давление насыщенных паров, коэффициент диффузии, теплота испарения, теплоемкость и теплопроводность.

Определение давления насыщенных паров

Основным показателем испаряемости углеводородного горючего является давление насыщенных паров (ДНИ) или упругость паров — это давление, которое оказывают пары на стенки сосуда при испарении топлива в замкнутом пространстве. Оно характеризует испаряемость бензиновых фракций и пусковые качества топлива. ДНП зависит от химического и фракционного составов топлива. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. ДНП возрастает также при повышении температуры. Использование топлива с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в системе питания, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах бензинов ДНП не должно быть больше 80 кПа.

Зимние сорта бензинов для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление 80—100 кПа. Кроме того, ДНП характеризует физическую стабильность бензина.

Давление насыщенных паров горючего определяют разными способами: в металлическом сосуде, с помощью барометрической трубки, путем сравнения с давлением эталонной жидкости и рядом других методов.

Этот показатель определяют путем непосредственного измерения давления над жидкостью при определенной температуре или по температуре кипения при данном давлении. В первом случае в сосуде устанавливается равновесие между паром и жидкостью, которое фиксируют по величине равновесного давления соответствующим прибором для измерения давления. Во втором случае перегоняют установленный объем горючего при атмосферном давлении и фиксируют зависимость между количеством перегоняемого продукта и температурой, т.е. определяют фракционный состав. Давление насыщенных паров также можно устанавливать, в частности, и методом барометрической трубки, и сравнительным методом. Часто определяют давление паров (ГОСТ 1756-83), выдерживая испытуемый бензин в течение 20 мин в герметичном резервуаре при 38 °С. По истечении заданного времени измеряют давление паров топлива.

При определении ДНП в металлическом приборе в показания прибора определения давления необходимо вносить поправку, так как эти показания соответствуют суммарному давлению насыщенных паров горючего, воздуха и водяных паров при температуре испытания. Измерения в барометрической трубке дают значения истинного ДНП горючего, так как в этом приборе устанавливается равновесие между жидкой и паровой фазой, содержащей только пары горючею. Преимущества сравнительного метода — его малая чувствительность к колебаниям температуры в процессе измерения.

Определение давления насыщенных паров в металлической бомбе. Прибор (рис. 27.1) состоит из металлической бомбы 1, водяной бани 2 и ртутного манометра 8. Цилиндрическая бомба имеет две камеры: для горючего 10 и воздушную большего объема. Между камерами помещают резиновую прокладку, и они соединяются с помощью резьбового соединения. Воздушная камера имеет штуцер, который резиновой трубкой 6 через газовый кран 5 подсоединен к ртутному манометру. Водяная баня служит для создания и поддержания стандартной температуры; она имеет электронагреватель 1, мешалку 7 и термометр 4.

Для получения точных результатов при определении давления насыщенных паров очень важно правильно отобрать и сохранить пробу испытуемого горючего с тем, чтобы потери легких фракций были минимальными. Для отбора проб применяют специальный пробоотборник 9, который после заполнения хранится в ванне со льдом или в холодильнике.

Рис. 27.1. Прибор для определения давления насыщенных паров в металлической бомбе:

  • 1 металлическая бомба; 2 — водяная баня; 3 — электроподогреватель;
  • 4 — термометр; 5 — газовый кран; 6 — резиновая трубка; 7 — мешалка;
  • 8 ртутный манометр; 9 — пробоотборник;10 —камера для горючего

Определение давления насыщенных паров методом барометрической трубки. Прибор состоит из U-образной трубки 1, термостатиру- юшего сосуда 2, мешалки 3, термометра 4, ртутного манометра 8, буферной емкости 5 и вакуум-насоса (рис. 27.2). На горловине буферной емкости установлен тройник с трехходовым краном 7. Переключая трехходовой кран, можно соединить вакуум-насос с буферной емкостью, U-образной трубкой и ртутным манометром или соединить с атмосферой. Все части прибора соединены между собой резиновыми трубками 6.

Рис. 27.2. Прибор для определения давления насыщенных паров методом барометрической трубки:

  • 1 — U-образная трубка; 2 — термостатирующий сосуд; 3 — мешалка;4— термометр; 5 — буферная емкость; 6 — резиновые трубки;
  • 7 — трехходовой кран;8 —ртутный манометр

Заполняют U-образную трубку испытуемым горючим таким образом, чтобы оно полностью заполнило колено с капилляром до середины изгиба трубки. Заполненную трубку погружают в термоста- тирующий сосуд, резиновой трубкой соединяют с буферной емкостью и выдерживают при температуре испытания. На короткое время буферную емкость сообщают с атмосферой, включают вакуум- насос. Под действием вакуума и давления паров горючего жидкость опускается в капилляре и поднимается в колене с расширением. В момент выравнивания уровней в обоих коленах трубки записывают показания ртутного манометра.

Давление насыщенных паров горючего ps в Па вычисляют по формуле:

где рь — барометрическое давление, мм рт. ст.; ри — показания ртутного манометра, мм рт. ст.

Рекомендуется производить определение: для бензинов — при 20, 40 и 60 °С, для реактивных топлив — при 60, 80, 100 °С, для дизельных топлив — при 100, 120, 140 °С.

Определение давления насыщенных паров горючего сравнительным методом. Прибор для измерения давления насыщенных паров и определения зависимости его от температуры методом сравнения с эталонами (рис. 27.3) состоит из двух колб 3, термостатирующего устройства 1 и ртутного U-образного манометра 8.

Рис. 27.3. Прибор для определения давления насыщенных паров сравнительным методом:

  • 1 — термостатирующее устройство;2— мешалка;3— коническая колба;
  • 4 — проходной кран; 5 — нагреватель; 6 — термометр;
  • 7 — резиновые трубки;8 —U-образный манометр

Стеклянные колбы закрываются притертыми пробками с кранами 4, которые с помощью резиновых трубок 7 соединены с манометром.

Термостатирующее устройство представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, заполненный водой, в котором размещаются колбы, мешалка 2, нагреватель 5 и термометр 6.

Для отбора и сохранения пробы горючего используют пробоотборник. Испытуемое горючее заливают в одну из колб, в другую колбу помещают такое же количество эталонной жидкости — для бензинов бензол или изооктан. Колбы плотно закрывают пробками с кранами, помещают в термостат с заданной температурой и выдерживают в течение 5 мин.

В дальнейшем нагревают воду в термостате и фиксируют перепад давления на манометре через заданные интервалы температуры. Значение давления насыщенного пара горючего высчитывают как алгебраическую сумму давления насыщенного пара эталонной жидкости при данной температуре и показания манометра. Значение давления насыщенных паров эталонных жидкостей приводятся в справочной литературе. Для бензола эта зависимость показана на рис. 27.4.

Рис. 27.4. Зависимость давления насыщенных паров бензола от температуры

По полученной зависимости ps = f(T) строят график в координатах Ig ps и /T и определяют значения коэффициентов в эмпирической формуле:

где Л — отрезок, отсекаемый на оси ординат (при условии T= 0); В — тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.

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

Идёт приём заявок

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

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.

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 (ω P ) из «нескорректированного» давления насыщенных паров (Рнс), если температура окружающего воздуха ниже 37,8 ᵒС, или прибавив, если эта температура выше 37,8 ᵒС.

Определение давления насыщенных паров

Определение давления насыщенных паров

Значение давления насыщенных паров для характеристики пусковых свойств бензина и возможности образования паровых

пробок в системе подачи топлива.

Максимальная концентрация паров топлива в воздухе, при которой устанавливается состояние динамического равновесия, характеризует собой давление насыщенных паров данного топлива. Чем выше давление насыщенных паров топлива, тем большее количество его испаряется, прежде чем концентрация молекул в паровой фазе достигнет состояния динамического равновесия.

Давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения паровой и жидкой фаз и уменьшается с уменьшением температуры и увеличением отношения паровой фазы к жидкой.

Давление насыщенных паров при отрицательных температурах имеет важное значение для определения пусковых свойств бензинов. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше легких фракций требуется для запуска двигателя. Однако чрезмерное содержание низкокипящих фракций в составе бензинов может вызвать неполадки в работе прогретого двигателя, связанные с образованием паровых пробок в системе топливоподачи. Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является интенсивное испарение топлива вследствие его перегрева. В условиях жаркого климата это явление может иметь массовый характер. Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температуры начала кипения и перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей при температуре до 70 °С, тем больше его склонность к образованию паровых пробок.

Определение давления насыщенных паров методом Рейда

(ГОСТ 1756— 52)

Этот метод заключается в регистрации по манометру давления насыщенных паров бензина, помещенного в специальную бомбу и нагретого в водяной бане до 38°С. Соотношение объемов жидкой и паровой фаз в бомбе Рейда равно 1:4.

Методика проведения анализа:

1. Жидкостную камеру Бомбы наполнили бензином и подсоединили к воздушной камере.

2. Аппарат (Бомбу) погрузили в водяную баню с температурой 38°С на 5 минут и периодически встряхивали до достижения постоянного давления, которое показывает манометр, соединенный с аппаратом.

3. Показание манометра записали как «неисправленное давление насыщенных паров».

Аппаратура

Бомба для определения давления пара

1 — присоединительный внутренний диаметр 13 мм;

2 — вентиляционное отверстие;

3 — присоединительный внутренний диаметр 5 мм;

4 — присоединительный внешний диаметр 13 мм;

Охлаждающая водяная баня

1 — выпускной клапан;

3 — вентиль продувки;

4 — медная трубка длиной 7,6 м, наружным диаметром 9,5 мм;

5 — выпускной клапан;

6 — вентиль продувки

Испытание на медной пластине (по ГОСТ 6321- 69)

Испытание на медной пластине является весьма чувствительной качественной пробой на присутствие активных сернистых соединений.

Методика проведения анализа:

1. Отшлифованную пластину меди промывают спиртом и высушивают на фильтровальной бумаге.

2. Бензин наливают в пробирку примерно до половины её высоты и туда же щипцами опускают медную пластинку.

3. Пробирку закрывают корковой пробкой и помещают в водяную баню, нагретую до 50°С.

4. Через три часа пластинку вынули.

Определение плотности ареометром

(по ГОСТ 3900-85)

Идея измерения плотности ареометром заключается в том, чтобы зафиксировать уровень нефтепродукта на его шкале ареометра при различной глубине погружения ареометра в жидкость. Величина погружаемости ареометра обратно пропорциональна плотности измеряемой жидкости, т.е. чем ниже плотность жидкости, тем больше погрузится в нее ареометр.

Методика проведения анализа:

1. В стеклянный цилиндр осторожно наливают испытуемый нефтепродукт в таком количестве, чтобы при погружении в него ареометра уровень жидкости не поднялся выше края цилиндра.

2. Ареометр берут за верхний конец и опускают в нефть.

3. После того как ареометр установится, производят отсчёт показания плотности по верхнему краю мениска.

Результаты

Определение давления насыщенных паров

Значение давления насыщенных паров для характеристики пусковых свойств бензина и возможности образования паровых

пробок в системе подачи топлива.

Максимальная концентрация паров топлива в воздухе, при которой устанавливается состояние динамического равновесия, характеризует собой давление насыщенных паров данного топлива. Чем выше давление насыщенных паров топлива, тем большее количество его испаряется, прежде чем концентрация молекул в паровой фазе достигнет состояния динамического равновесия.

Давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения паровой и жидкой фаз и уменьшается с уменьшением температуры и увеличением отношения паровой фазы к жидкой.

Давление насыщенных паров при отрицательных температурах имеет важное значение для определения пусковых свойств бензинов. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше легких фракций требуется для запуска двигателя. Однако чрезмерное содержание низкокипящих фракций в составе бензинов может вызвать неполадки в работе прогретого двигателя, связанные с образованием паровых пробок в системе топливоподачи. Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является интенсивное испарение топлива вследствие его перегрева. В условиях жаркого климата это явление может иметь массовый характер. Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температуры начала кипения и перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей при температуре до 70 °С, тем больше его склонность к образованию паровых пробок.

Определение давления насыщенных паров методом Рейда

(ГОСТ 1756— 52)

Этот метод заключается в регистрации по манометру давления насыщенных паров бензина, помещенного в специальную бомбу и нагретого в водяной бане до 38°С. Соотношение объемов жидкой и паровой фаз в бомбе Рейда равно 1:4.

Методика проведения анализа:

1. Жидкостную камеру Бомбы наполнили бензином и подсоединили к воздушной камере.

2. Аппарат (Бомбу) погрузили в водяную баню с температурой 38°С на 5 минут и периодически встряхивали до достижения постоянного давления, которое показывает манометр, соединенный с аппаратом.

3. Показание манометра записали как «неисправленное давление насыщенных паров».

Аппаратура

Бомба для определения давления пара

1 — присоединительный внутренний диаметр 13 мм;

2 — вентиляционное отверстие;

3 — присоединительный внутренний диаметр 5 мм;

4 — присоединительный внешний диаметр 13 мм;

Охлаждающая водяная баня

1 — выпускной клапан;

3 — вентиль продувки;

4 — медная трубка длиной 7,6 м, наружным диаметром 9,5 мм;

5 — выпускной клапан;

6 — вентиль продувки

Испытание на медной пластине (по ГОСТ 6321- 69)

Испытание на медной пластине является весьма чувствительной качественной пробой на присутствие активных сернистых соединений.

Методика проведения анализа:

1. Отшлифованную пластину меди промывают спиртом и высушивают на фильтровальной бумаге.

2. Бензин наливают в пробирку примерно до половины её высоты и туда же щипцами опускают медную пластинку.

3. Пробирку закрывают корковой пробкой и помещают в водяную баню, нагретую до 50°С.

4. Через три часа пластинку вынули.

Определение плотности ареометром

(по ГОСТ 3900-85)

Идея измерения плотности ареометром заключается в том, чтобы зафиксировать уровень нефтепродукта на его шкале ареометра при различной глубине погружения ареометра в жидкость. Величина погружаемости ареометра обратно пропорциональна плотности измеряемой жидкости, т.е. чем ниже плотность жидкости, тем больше погрузится в нее ареометр.

Методика проведения анализа:

1. В стеклянный цилиндр осторожно наливают испытуемый нефтепродукт в таком количестве, чтобы при погружении в него ареометра уровень жидкости не поднялся выше края цилиндра.

2. Ареометр берут за верхний конец и опускают в нефть.

3. После того как ареометр установится, производят отсчёт показания плотности по верхнему краю мениска.

Результаты

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Давление насыщенных паров определение

«Физика — 10 класс»

Как вы думаете, что будет происходить с насыщенным паром, если уменьшить занимаемый им объём: например, если сжимать пар, находящийся в равновесии с жидкостью в цилиндре под поршнем, поддерживая температуру содержимого цилиндра постоянной?

При сжатии пара равновесие начнёт нарушаться. Плотность пара в первый момент немного увеличится, и из газа в жидкость начнёт переходить большее число молекул, чем из жидкости в газ. Ведь число молекул, покидающих жидкость в единицу времени, зависит только от температуры, и сжатие пара это число не меняет. Процесс продолжается до тех пор, пока вновь не установится динамическое равновесие и плотность пара, а значит, и концентрация его молекул не примут прежних своих значений. Следовательно,

концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объёма.

Так как давление пропорционально концентрации молекул (р = nkT), то из этого определения следует, что давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объёма.

Давление рн. п пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

При сжатии насыщенного пара всё большая часть его переходит в жидкое состояние. Жидкость данной массы занимает меньший объём, чем пар той же массы. В результате объём пара при неизменной его плотности уменьшается.

Газовые законы для насыщенного пара несправедливы (при любом объёме при постоянной температуре давление насыщенного пара одинаково). В то же время состояние насыщенного пара достаточно точно описывается уравнением Менделеева-Клапейрона.

>Если пар постепенно сжимают при постоянной температуре, а превращение его в жидкость не происходит, то такой пар называют ненасыщенным.

При уменьшении объёма (рис. 11.1) давление ненасыщенного пара увеличивается (участок 1—2) подобно тому, как изменяется давление при уменьшении объёма идеального газа. При определённом объёме пар становится насыщенным, и при дальнейшем его сжатии происходит превращение его в жидкость (участок 2—3). В этом случае над жидкостью уже будет находиться насыщенный пар.

Как только весь пар превратится в жидкость, дальнейшее уменьшение объёма вызовет резкое увеличение давления (жидкость малосжимаема).

Однако пар превращается в жидкость не при любой температуре. Если температура выше некоторого значения, то, как бы мы ни сжимали газ, он никогда не превратится в жидкость.

>Максимальная температура, при которой пар ещё может превратиться в жидкость, называется критической температурой.

Каждому веществу соответствует своя критическая температура, у гелия Tкр = 4 К, у азота Tкр = 126 К.

Состояние вещества при температуре выше критической называется газом; при температуре ниже критической, когда у пара есть возможность превратиться в жидкость, — паром.

Свойства насыщенного и ненасыщенного пара различны.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Состояние насыщенного пара, как показывает опыт, приближённо описывается уравнением состояния идеального газа (10.4), а его давление определяется формулой

С ростом температуры давление растёт.

Так как давление насыщенного пара не зависит от объёма, то, следова тельно, оно зависит только от температуры.

Однако зависимость давления рн. п от температуры Т, найденная экспериментально, не является прямо пропорциональной, как у идеального газа при постоянном объёме. С увеличением температуры давление реального насыщенного пара растёт быстрее, чем давление идеального газа (рис. 11.2, участок кривой АВ). Это становится очевидным, если провести изохоры идеального газа через точки А и В (штриховые прямые). Почему это происходит?

При нагревании жидкости в закрытом сосуде часть жидкости превращается в пар. В результате согласно формуле (11.1) давление насыщенного пара растёт не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.

В основном увеличение давления при повышении температуры определяется именно увеличением концентрации. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объёма при постоянной температуре) изменяется масса пара.

Почему составляются таблицы зависимости давления насыщенного пара от температуры и нет таблиц зависимости давления газа от температуры?

Жидкость частично превращается в пар, или, напротив, пар частично конденсируется. С идеальным газом ничего подобного не происходит.

Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании перестанет быть насыщенным и его давление при постоянном объёме будет возрастать прямо пропорционально абсолютной температуре (см. рис. 11.2, участок кривой ВС).

Кипение.

По мере увеличения температуры жидкости интенсивность испарения увеличивается. Наконец, жидкость начинает кипеть. При кипении по всему объёму жидкости образуются быстро растущие пузырьки пара, которые всплывают на поверхность.

Кипение — это процесс парообразования, происходящий по всему объёму жидкости при температуре кипения.

При каких условиях начинается кипение?

На что расходуется при кипении подводимое к жидкости тепло с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

Температура кипения жидкости остаётся постоянной. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия расходуется на превращение её в пар.

В жидкости всегда присутствуют растворённые газы, выделяющиеся на дне и стенках сосуда, а также на взвешенных в жидкости пылинках, которые являются центрами парообразования. Пары жидкости, находящиеся внутри пузырьков, являются насыщенными. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает и пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы они всплывают вверх. Если верхние слои жидкости имеют более низкую температуру, то в этих слоях происходит конденсация пара в пузырьках. Давление стремительно падает, и пузырьки захлопываются. Захлопывание происходит настолько быстро, что стенки пузырька, сталкиваясь, производят нечто вроде взрыва. Множество таких микровзрывов создаёт характерный шум. Когда жидкость достаточно прогреется, пузырьки перестанут захлопываться и всплывут на поверхность. Жидкость закипит.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему температура кипения жидкости зависит от давления на её поверхность. Пузырёк пара может расти, когда давление насыщенного пара внутри его немного превосходит давление в жидкости, которое складывается из давления воздуха на поверхность жидкости (внешнее давление) и гидростатического давления столба жидкости.

Обратим внимание на то, что испарение жидкости происходит и при температурах, меньших температуры кипения, но только с поверхности жидкости, при кипении же образование пара происходит по всему объёму жидкости.

Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается и становится чуть больше давления в жидкости.

Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.

Так, в паровом котле при давлении, достигающем 1,6 • 10 6 Па, вода не кипит и при температуре 200 °С. В медицинских учреждениях в герметически закрытых сосудах — автоклавах (рис. 11.3) кипение воды также происходит при повышенном давлении. Поэтому температура кипения жидкости значительно выше 100 °С. Автоклавы применяют, например, для стерилизации хирургических инструментов, ускорения приготовления пищи (скороварка), консервации пищи, проведения химических реакций.

И наоборот, уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения.

Откачивая насосом воздух и пары воды из колбы, можно заставить воду кипеть при комнатной температуре. При подъёме в горы атмосферное давление уменьшается, поэтому уменьшается температура кипения. На высоте 7134 м (пик Ленина на Памире) давление приближённо равно 4 • 10 4 Па (300 мм рт. ст.). Вода кипит там примерно при 70 °С. Сварить мясо в этих условиях невозможно.

У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от свойств жидкости. При одной и той же температуре давление насыщенного пара разных жидкостей различно.

Например, при температуре 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а паров ртути — всего лишь 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Так как кипение происходит при той же температуре, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению, то вода при 100 °С закипает, а ртуть нет. Кипит ртуть при температуре 357 °С при нормальном давлении.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основы термодинамики. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Давление насыщенных паров

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/м 3 или г/см 3 .

В практике нефтепереработки принято использовать безразмерную величину относительной плотности нефти или н/п, которая равна отношению плотности н/п при 20 0 С к плотности воды при 4 0 С и относительная плотность обозначается ρ4 20 , поскольку плотность выоды при 4 0 С равна единице, числовые значения относительной и абсолютной плотности совпадают.

В некоторых зарубежных странах за стандартную принята одинаковая температура н/п и воды, равная 60 0 F, что соответствует 15,5 0 и относительная плотность обозначается ρ15 15 .

Взаимный пересчет ρ4 20 и ρ15 15 производится по формулам:

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 ρ15 15 соотношением:

0 API = 141,5/ ρ15 15 — 131,5 (3)

Для углеводородных и других газов за стандартные условия принимают давление 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуру 0 0 С, обычно определяют относительную плотность, т. е. отношение плотности газа к плотности воздуха (1,293 кг/м 3 ). Плотность любого газа при стандартных условиях может быть найдена как частное от деления его молекулярной массы на объем 1 кмоля, т. е. 22,4 м 3 . Плотность газа (ρг, кг/м 3 ) при условиях (давление Р, МПа, температуре Т, К), отличных от стандартных, можно определить по формуле:

где М – молекулярная масса газа.

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 0 С).

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

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

ρ4 20 — относительная плотность н/п при стандартной температуре (20 0 С).

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

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

ρ4 t = 1000 ρ4 20 – 0,58/ ρ4 20 ∙ (t-20) –[t-1200(ρ4 20 -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 0 С и его показания соответствуют ρ4 20 . Точность определения плотности с помощью ареометра составляет 0,001 для маловязких и 0,005 – для вязких н/п.

Для определения плотности высоковязкого (более 200 мм 2 /с при 50 0 С) 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:

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

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/см 3 , высоковязкие смолистые нефти имеют плотность, близкую к единице, наоборот, нефти из газоконденсатных месторождений и конденсаты очень легкие (ρ4 20 = 0,75 – 0,77 г/см 3 ).

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 + ct 2 , (7)

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

Для парафиновых углеводородов:

М = 60 + 0,3t + 0,001t 2 . (8)

Для нефтяных фракций:

М = (7К-21,5) + (0,76 – 0,04К)t + (0,0003K – 0,00245)t 2 , (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-nD 20 ), (10)

где nD 20 – коэффициент рефракции.

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

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 ’ (м 3 ) 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/м 3 .

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, 0 С.

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

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 0 С, обеспечиваемой термостатированной баней.

Давление насыщенных паров испытуемого н/п определяют формуле:

где Р о ж — давление насыщенных паров испытуемой жидкости при температуре t, Рм – показания манометра, Ратм – атмосферное давление, to — температура окружающего воздуха, 0 С.

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 (Р о см) может быть вычислено по формулам:

где рi – парциальное давление компонента смеси при заданной температуре, Pi o – 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector