Развитие нефтеперерабатывающей промышленности в СССР. 7 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 30Следующая ⇒

На величину вязкости большое влияние оказывает температура. При низких температурах, особенно близких к температуре застывания, вязкость большинства нефтепродуктов резко повышается. При повышенных температурах нефтепродукты разжижаются (рис. 1). Так как многие масла и другие нефтепродукты эксплуатируются в широком диапазоне температур, характер температурной кривой вязкости служит для них важной качественной

характеристикой. Чем более полога эта кривая, тем качество масла выше.

Для выражения математической зависимости вязкости от температуры предложено много различных формул. Наибольшее распространение имеет формула Вальтера:

lg Ig (v, + 0,6) = А - в lg Г

где А и В — постоянные величины.

В таком виде эта формула позволяет изобразить зависимость вязкости от температуры на логарифмической сетке в виде пря-

> 0 50 100 150 200 2S0

Температура нефтепродуктов, ^а С

Рис. I. Зависимость кинематической вязкости от температуры нефтепродуктов, полученных из парафинистой сернистой нефти:

/ — мазут, р = 0,939; г —вакуумный дистиллят, р = 0,906; 3 — обессоленная нефть, р = 0,867 (Р = 4МПа); 3'— то же (Р=0,5МПа); 4—дизельное топливо, () = 0,838; 5-авпакеросин, Р = 0,789 (Р«2,5МПа); «-бензин, р = 0,698 (Я = 4МПа).

мых линий. Таким образом, зная вязкость при двух любых темпе- . ратурах, можно определить по диаграмме вязкость испытуемого продукта при любой температуре.

Для оценки вязкостно-температурных свойств нефтяных масел применяются следующие показатели:

1) отношение вязкости при 50 °С к вязкости при 100 °С{

2) температурный коэффициент вязкости (ТКВ):

или

7'А'Я V20 — Уюо ЩП — 1 ₉е ^V2Q Vino

' ^ЛЙ2о-юо - ₍₁₀₀_20)v₅o ¹⁰° "■ '^,25 ^

3) индекс вязкости — условный показатель, представляющий собой сравнительную характеристику испытуемого масла и эталонных масел.

В настоящее время индекс вязкости подсчитывается по таблицам на основании значений кинематической вязкости при 50 и 100°С. Следует помнить, что этот показатель имеет ограниченное применение, так как он не отражает поведения масел при температурах ниже 40 °С.

Температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения.Пары всех горючих веществ в смеси с определенным количеством воздуха образуют взрывчатые смеси, вспыхивающие (взрывающиеся) при наличии постороннего источника огня. Различают нижний и верхний пределы взрываемости по концентрации паров горючей жидкости или газа.

Нижний предел взрываемости отвечает той минимальной концентрации паров горючего в смеси с воздухом, при которой происходит вспышка при поднесении пламени. Верхний предел взрываемости отвечает той максимальной концентрации паров горючего в смеси с воздухом, выше которой вспышки уже не происходит из-за недостатка кислорода воздуха. Чем уже пределы взрываемости, тем безопаснее данное горючее и, наоборот, чем шире — тем взрывоопаснее. У большинства углеводородов пределы взрываемости невелики. Самыми широкими пределами взрываемости обладают некоторые газы: водород (4,0—75%), ацетилен (2,0—81%) и окись углерода (12,5—75%).

Пожароопасность керосинов, масел, мазутов и других тяжелых нефтепродуктов оценивается температурами вспышки и воспламенения.

Температурой вспышки называется та температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в определенных стандартных условиях, образуют с окружающим воздухом взрывчатую смесь и вспыхивают при поднесении к ней пламени. Отметим, что при определении температуры вспышки бензинов и легких нефтей определяют верхний предел взрываемости_т а для остальных" нефтепродуктов — нижний.

Температура вспышки зависит от фракционного состава нефтепродуктов. Чем ниже пределы перегонки нефтепродукта, тем ниже и температура вспышки. В среднем температура вспышки бензинов находится в пределах от —30 до — 40°С, керосинов 30—60°С, дизельных топлив 30—90 °С и нефтяных масел 130—320 °С. По температуре вспышки судят и о наличии примесей нижекипящих

фракций в тех или иных товарных или промежуточных нефтепродуктах.

Температурой воспламенения называется та температура, при которой нагреваемый в определенных условиях нефтепродукт загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 с. Понятно, что температура воспламенения всегда выше температуры вспышки. Чем тяжелее нефтепродукт, тем разница эта больше и может в пределе достигать 50 °С. При наличии в маслах летучих примесей, наоборот, эти температуры сближаются.

Температурой самовоспламенения называется та температура, при которой нагретый нефтепродукт в контакте с воздухом воспламеняется самопроизвольно без внешнего источника пламени. Температура самовоспламенения нефтепродуктов зависит и от фракционного состава и от преобладания углеводородов того или иного класса. Чем ниже пределы кипения нефтяной фракции, т. е. чем она легче, тем она менее опасна с точки зрения самовоспламенения, так как температуры самовоспламенения уменьшаются с увеличением средней молекулярной массы нефтепродукта. Тяжелые нефтяные остатки самовоспламеняются при 300—350 °С, а бензины только при температуре выше 500 °С.

При появлении огня или искры, например в результате накопления статического электричества, положение резко меняется. Легкие нефтепродукты становятся пожаро- и взрывоопасными.

Углеводороды различного строения, но равной молекулярной массы сильно отличаются друг от друга по температурам самовоспламенения. Самые высокие температуры самовоспламенения характерны для ароматических углеводородов.

Температура застывания. Нефть и нефтепродукты не имеют определенной температуры перехода из одного агрегатного состояния в другое. При понижении температуры часть компонентов этой сложной смеси становится постепенно более вязкой и малоподвижной, а растворенные твердые углеводороды могут выделиться в виде осадков или кристаллов. Это явление весьма осложняет товарно-транспортные операции и эксплуатацию нефтепродуктов при низких температурах.

Для характеристики низкотемпературных свойств нефтепродуктов введены следующие чисто условные показатели: для нефти, дизельных и котельных топлив и нефтяных масел — температура застывания] для карбюраторных, реактивных и дизельных топлив— температура помутнения; для карбюраторных и реактивных топлив, содержащих ароматические углеводороды, — температура начала кристаллизации. Все эти определения проводятся в строго стандартных условиях и служат для оценки кондиционности товарных продуктов.

Температура застывания не является физической константой, но характеризует возможную потерю текучести нефтепродукта в зоне определенных низких температур. Основной фактор, повышающий температуру застывания нефтепродукта,— наличие в нем парафинов и церезинов. Чем больше содержание

парафинов, тем выше температура застывания. Остаточные высо-ковязкие продукты и в отсутствие твердых углеводородов при пониженных температурах теряют подвижность, как бы застывают из-за резкого увеличения вязкости. Например, кинематическая вязкость образца остаточного авиамасла, при 50 °С равная 200 мм²/с, повышается при 0°С до 1,3-10⁴, а при —25°С до 3,5-10⁵ мм²/с Ясно, что при такой высокой степени вязкости масло теряет подвижность и его невозможно прокачивать.

Температура помутнения указывает на склонность топлив поглощать при низких температурах влагу из воздуха. В дальнейшем при еще более низких температурах эта влага образует кристаллики льда, которые засоряют топливоподающую аппаратуру, что недопустимо при эксплуатации особенно авиационных двигателей.

Температура начала кристаллизации бензинов и реактивных топлив не должна превышать —60 °С. При повышенном содержании бензола и некоторых других ароматических углеводородов эти высокоплавкие соединения могут выпадать из топлива в виде кристаллов, что также приводит к засорению топливных фильтров.

Электрические свойстванефти. Безводные нефть и нефтепродукты являются диэлектриками. Значение относительной диэлектрической постоянной е нефтепродуктов около 2, что в 3—4 раза меньше, чем у таких изоляторов, как стекло (е = 7), фарфор (в = 5 -г- 7), мрамор (е = 8-f- 9). У безводных, чистых нефтепродуктов электропроводность совершенно ничтожна. Это свойство широко используется на практике. Так, твердые парафины применяются в электротехнической промышленности в качестве изолятора, а специальные нефтяные масла (трансформаторное, конденсаторное) — для заливки трансформаторов, конденсаторов и другой аппаратуры в электро- и радиопромышленности. Высоковольтное изоляционное масло С-220 используется для наполнения кабелей высокого давления. Во всех перечисленных случаях нефтяные масла применяются для изоляции токонесущих частей и отчасти для отвода тепла.

Высокие диэлектрические свойства нефтепродуктов способствуют накоплению на их поверхности зарядов статического электричества. Их разряд может вызвать искру, а следовательно, загорание нефтепродуктов, что приводит к пожарам и взрывам. Образование статического электричества может произойти от ряда самых разнообразных причин. Например, при перекачке нефтепродуктов в результате трения о трубы или ударов жидкой струи возникают заряды, иногда очень высокого напряжения. Надежным методом борьбы с накоплением статического электричества является заземление всех металлических частей аппаратуры, насосов, трубопроводов и т. п.

Оптические свойства нефти. Коптическим свойствам нефти относят цвет, флуоресценцию и оптическую активность. Углеводороды нефти бесцветны. Тот или иной цвет нефтям придают

содержащиеся в них смолисто-асфальтеновые и, вероятно, сернистые соединения. Поэтому, чем тяжелее нефть, чем больше она содержит смолисто-асфальтеновых веществ, тем цвет ее темнее. В результате глубокой очистки нефтяных дистиллятов можно получить бесцветные нефтепродукты, даже такие высокомолекулярные, как масла и парафин.

Флуоресценцией называется свечение в отраженном свете. Это явление характерно для сырых нефтей и нефтепродуктов. Всем известно, как переливаются цветами спектра нефтяные загрязнения, плавающие в водоемах, или какой специфический синеватый оттенок на свету имеет керосин. Причины флуоресценции нефти точно неизвестны. Однако известны индивидуальные вещества, способные к флуоресценции и вызывающие свечение при добавлении их к нефти. Это различные полициклические ароматические углеводороды. Глубокая очистка' ликвидирует флуоресценцию. практического значения флуоресценция не имеет, однако ее следует гасить, если фракция нефти применяется как рабочая жидкость в каких-либо приборах.

Под оптической деятельностью органических веществ понимают их способность вращать плоскость поляризации прямолинейно поляризованного светового луча. Большинство нефтей вращает плоскость поляризации вправо. Практического значения это явление не имеет.

При исследовании химического состава нефти часто используют физические константы, связанные с оптическими явлениями. К ним относятся показатель преломления «д (индекс D означает, что показатель преломления определен на солнечном свету, что соответствует длине волны желтой линии спектра паров натрия, X = 589 нм) и комплексные константы: удельная рефракция, рефрактометрическая разность, удельная дисперсия.

Удельная рефракция г определяется формулой Л. Лоренца и Г. Лорентца

п%~\ » п% + 2 р

или формулой Гладстона и Дейля

_г_ ^пр ~ ' р

В обеих формулах n_D и р — для одной и той же температуры.

Рефрактометрическая разность (интерцепт рефракции) Ri также объединяет плотность и показатель преломления:

Эта константа имеет постоянное или близкое к нему значение для отдельных классов углеводородов: алканы — 1,0461; моноцик-

лические нафтены — 1,0400; полициклические нафтены — 1,0285 и моноциклические ароматические— 1,0627.

Удельной дисперсией б называется отношение разности показателей преломления для двух различных частей спектра к плотности:

й = —£ £-■ ю<

где Пр — показатель преломления для голубой линии водорода (Я. = 4861 нм); п_с — показатель преломления для красной линии водорода (К = 6563 нм).

Следует отметить, что между плотностью и показателем преломления для технических нефтепродуктов существует определенная зависимость. По данным ВНИИ НП, зная показатель преломления, можно рассчитать плотность в широком температурном интервале по следующей формуле:

VИд + °.4 )

Растворяющая способность и растворимость нефти и углеводородов.Нефть и жидкие углеводороды хорошо растворяют иод, серу, сернистые соединения, различные смолы, растительные и животные жиры. Это свойство широко используется в технике. Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает специальные бензиновые фракции в качестве растворителей для резиновой, маслобойной, лакокрасочной и других отраслей промышленности.

В нефти растворяются также различные газы: воздух, окись и двуокись углерода, сероводород, газообразные алканы и др.

В воде ни нефть, ни углеводороды практически не растворяются. Их взаимная растворимость ничтожна и не превышает сотых долей процента. В тех случа'ях когда при эксплуатации нефтепродуктов присутствие воды недопустимо даже в самых малых количествах, содержание ее контролируется специальными методами анализа. Из углеводородов худшая растворимость в воде у алканов, в несколько большей степени растворяются ароматические.

Для технологии разделения углеводородных смесей, а также очистки нефтяных масел большое практическое значение получили так называемые селективные (избирательные) растворители. С их помощью можно выделять из смеси определенные компоненты, например смолы или ароматические углеводороды.

Решающее значение при применении селективных растворителей имеет температура. Любая система — растворитель — растворяемое вещество характеризуется температурой, при которой и выше которой наступает полное растворение, т. е. так называемой критической температурой растворения (ЬСТР). Очевидно, если в смеси находятся вещества, растворяющиеся в данном растворителе

при разных температурах, то появляется возможность их количественного разделения. В этом и состоит принцип применения селективных растворителей для очистки масел.

§ 10. ОСНОВНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОРОДОВ И НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ

Теплопроводность, теплоемкость и другие теплофизические константы углеводородов зависят от их молекулярного состава,

0,12 г

ОМУ-------------- 1------------- 1------------- 1------------- 1------------- 1------------- .

О 50 100 150 200 250 Ш

Температура,⁰ С

Рис. 2. Зависимость теплопроводности продуктов прямой гонки парафиннстои сернистой нефти от температуры:

/—мазут, р = 0,939', 2— вакуумный дистиллят, р = 0,9096; 3—дизельное топливо, р=0,838; 4 — авиакеросин, р = 0,789 (Р = 2,5МПа); 4' — то же (Р = 0,15МПа); 5 —бензин, р~0,688 (Р = 4МПа);

5' — то же (Р=0,15МПа).

строения молекул и внешних условий (температуры и давления). Теплофизические константы смесей углеводородов нефти и ее фракций зависят от соответствующих свойств входящих компонентов и тесно увязаны с плотностью, молекулярной массой средней температурой кипения исследуемого продукта.

Влияние химического состава на физические и тепловые свойства нефтяных фракций учитывается величиной так называемого характеризующего фактора К:

1,216 ^Г_ср. мол pf + 0,0092

где Т_ср. мол — средняя мольная температура кипения, К.

Значение К меняется от 10 до 13, Так как плотность ароматических углеводородов наибольшая, то К для ароматизованных фракций имеет наименьшее значение.

Теплопроводность.Теплопроводность характеризует процесс распространения тепла в неподвижном веществе вследствие движения молекул, т. е. за счет теплопередачи. Теплопроводность Я зависит в большой степени от температуры. Для газов и паров X

4,5 _г

-73-50

га

100 150 200 250 Температура,°С

100 350 400

450

500

Рис.

3, Зависимость теплоемкости углеводородов и нефтяных фракций при атмосферном давлении от температуры.

увеличивается, а для жидкостей уменьшается с увеличением температуры (рис. 2). Наибольшая теплопроводность характерна для алканов, би- и трицикличееких структур с длинными боковыми цепями.

Теплоемкость.Теплоемкость нефтепродуктов зависит от плотности и темлературы. На рис. 3 показана эта зависимость для алканов от этана до гексана и нефтяных фракций с плотностью от 0,702 до 1,00. В некоторой степени на теплоемкость оказывает влияние также химический состав нефтяных фракций. Наибольшая теплоемкость у алканов, наименьшая у ароматических углеводородов.

Физический смысл теплоемкости таков, что если подводить теплоту с одинаковой скоростью к нефтепродуктам с разной теплоемкостью, то тот продукт, который обладает меньшей теплоемкостью, нагреется до более высокой температуры.

Энтальпия(теплосодержание). Различают энтальпию для жидкостей и для паров. Энтальпией жидкости i называется количество теплоты в килоджоулях, которое необходимо сообщить 1 кг данной жидкости, чтобы нагреть ее от О °С до данной температуры. На энтальпию нефтяных фракций влияет их плотность и химический состав.

Энтальпией паров I называется количество теплоты, которое необходимо для нагрева жидкого продукта до данной темпера-

1250

1000 Х~ 800 § 600

■о

<? 400

200

50 100 150 200 250 300 350 400 450

Температура, °С

Рис. 4. Зависимость энтальпии нефтяных фракций различной плотности от температуры.

туры, испарения его при этой температуре и наконец для перегрева паров. Очевидно, что эта величина связана с теплотой испарения, кроме того, она зависит от химического состава и от давления, которое в свою очередь влияет на теплоту испарения. Чем давление выше, тем теплота испарения ниже. График для определения энтальпии жидких продуктов и нефтяных паров приведен на рис. 4. Из определения энтальпии для паров и жидкости вытекает, что теплота испарения (или конденсации — они равны) может быть высчитана по разности значений энтальпий для паров и жидкости при данной температуре.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 326; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!