Тепловые свойства ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

1.7. Теплоемкость. К величинам, отражающим тепловые свойства нефтепродуктов, относятся теплоемкость, теплота испарения, энтальпия и некоторые другие.

Теплоемкость представляет собой отношение количества теплоты, переданной веществу, к соответствующему изменению его температуры. В зависимости от способа выражения состава вещества различают удельную, молярную и объемную теплоемкости. Чаще применяют удельную теплоемкость, единица ее измерения в СИ - джоуль на килограмм-кельвин (Дж/(кг×К)), допускаются также кратные единицы.

С повышением нагрева теплоемкость жидких нефтепродуктов возрастает, поэтому в нефтепереработке приняты истинная и средняя теплоемкости.

Истинная теплоемкость (с, кДж/(кг×К)) соответствует некоторой фиксированной температуре Т и до 200°С определяется по формуле Крэга [1, 9]

(1.12)

Среднюю теплоемкость определяют не при фиксированной температуре, а в интервале температур нагревания или охлаждения, что в большей степени соответствует реальным условиям. Расчет средней теплоемкости производится по уравнению Фортча и Уитмена [1]

(1.13)

где t_ср - средняя арифметическая температура температурного интервала, °С.

Формулы (1.12) и (1.13) позволяют подсчитать теплоемкость жидких фракций. Теплоемкость паров нефтепродуктов определяется по другим формулам. Так, истинную теплоемкость паров парафинистых нефтепродуктов с_п можно рассчитать по уравнению Бальке [1, 2]

(1.14)

Уравнение (1.14) применимо при температурах до 350°С и небольших давлениях.

Теплоемкости нефтяной фракции и находящихся над ней паров связаны между собой соотношением

Приближенно теплоемкости жидких нефтепродуктов и их паров можно определить по номограмме (прил.13).

Теплоемкость смесей нефтепродуктов подсчитывается по правилу аддитивности: с_см=с₁х₁+с₂х₂+...+c_nx_n=Sc_ix_i.

Теплота испарения. Эта величина характеризует количество теплоты, поглощаемой жидкостью при переходе ее в насыщенный пар. Удельная теплота испарения выражается в СИ в джоулях на килограмм или чаще в килоджоулях на килограмм.

Теплоту испарения индивидуальных углеводородов можно найти в литературе [4, 5].

Для нефтяных фракций существуют различные и графические методы определения теплоты испарения [1, 2]. Для парафинистых низкокипящих нефтепродуктов применимо уравнение Крэга

(1.15)

где L - удельная теплота испарения, кДж/кг.

Возможен расчет теплоты испарения по разности энтальпий паровой и жидкой фаз, взятых при одинаковой температуре и давлении: .

Энтальпия. Удельная энтальпия жидких нефтяных фракций выражает количество теплоты (в джоулях или килоджоулях), которое необходимо сообщить 1 кг (1 кмоль) продукта при его нагреве от 0°С (273 К) до заданной температуры. Энтальпия паров больше энатльпии жидкости на величину количества теплоты, затраченного на испарение жидкости и перегрев паров. В нефтепереработке энтальпию обычно измеряют в килоджоулях на килограмм.

Энтальпию жидких нефтепродуктов при температуре Т находят по уравнению Крэга [2]

Обозначая выражение в скобках а=(0,0017Т²+0,762Т-334,25), можно упростить уравнение:

(1.16)

В прил.14 приведены значения величины а в зависимости от температуры.

Энтальпию паров нефтепродуктов определяют по уравнению Итона [1]

Это уравнение также можно упростить, обозначив

b=(129,58+0,134Т+0,00059Т²).

Тогда

(1.17)

Прил.15 дает значения величины b в зависимости от температуры.

Как и теплоемкость, энтальпию смеси можно рассчитать по правилу аддитивности: l_см=Sl_ix_i.

ПРИЛОЖЕНИЕ 13. Номограмма для определения теплоемкости жидких нефтепродуктов и их паров

Пользование номограммой. Через точки, соответствующие заданным значениям температуры и плотности жидкости или пара искомого нефтепродукта, провести прямые. Точки их пересечения со шкалой удельной теплоемкости дают искомые значения теплоемкости для жидкости и пара.

ПРИЛОЖЕНИЕ 14. Значение коэффициента а для расчета энтальпии жидких нефтепродуктов по формуле (1.16)

t, °C	а, кДж/кг	t, °C	а, кДж/кг	t, °C	а, кДж/кг
	0,00		336,07		770,28
	17,05		358,91		798,86
	34,44		382,08		827,81
	52,16		405,59		857,06
	70,26		429,43		886,68
	88,66		453,60		916,39
	107,38		478,12		946,94
	126,78		503,00		977,56
	145,93		528,19		1008,53
	165,71		553,75		1039,83
	185,82		579,60		1071,50
	206,27		605,83		1103,47
	227,05		632,39		1135,82
	248,17		659,29		1164,48
	269,66		686,53		1201,48
	291,45		714,10		1234,83
	313,62		742,00		1268,52

ПРИЛОЖЕНИЕ 15. Значение коэффициента b для расчета энтальпии паров нефтепродуктов по формуле (1.17)

t, °C	b, кДж/кг	t, °C	b, кДж/кг	t, °C	b, кДж/кг
	214,94		325,14		477,66
	219,72		332,09		486,87
	224,58		339,22		496,17
	229,52		346,38		505,60
	234,64		353,71		515,20
	239,83		361,17		524,83
	245,19		368,72		534,64
	250,64		376,42		542,43
	256,17		384,22		554,54
	261,87		392,10		564,68
	267,65		400,14		574,95
	273,60		408,27		585,34
	279,64		416,56		639,49
	285,75		425,15		696,22
	292,04		433,41		755,90
	298,41		442,04		818,53
	304,94		450,76		884,11
	311,56		459,60		953,65
	318,27		468,60		1024,13

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.