Определение критических параметров нефтяных фракций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кубанский государственный аграрный университет

Статья

на тему: Определение критических параметров нефтяных фракций

Выполнил:

Харченко Павел Михайлович

В статье производится определение критических параметров нефтяных фракций - температуры, давления и плотности. Производится сравнение экспериментальных результатов с расчётными, выбирается метод расчёта, наиболее близкий по результатам к экспериментальному. Приводятся основные результаты и выводы

Ключевые слова: критические параметры, нефтяные фракции, температура, давление, плотность, выводы, формула нокэя

In the article we have performed a definition of the critical parameters of petroleum fractions - temperature, pressure and density. We have also performed a comparison of the experimental results with the calculations to select the method of calculation, the most similar to the experimental results. We have shown the main results and conclusions

Keywords: critical parameters, petroleum fraction, temperature, pressure, density, conclusions, nokey formula

Использование в методике расчёта плотности и ДНП теории термодинамического подобия, потребовало в первую очередь знание параметров состояния в критической точке. Точность расчёта критических параметров сказывается на достоверности получаемых результатов.

1. Температура

В настоящее время для расчёта критических температур нефтепродуктов используются следующие формулы:

1. Формула Филиппова [4]

где г - значение температурной поправки плотности;

T₀=293,15 K - для нефтепродуктов с t_З<20?C;

T₀=343,15 K - для нефтепродуктов с t_З>20?C.

Значение г определяется по формуле

где R_E - удельная рефракция по Эйкману, определяется по уравнению

где - показатель преломления;

- относительная плотность;

2. Формула Нокэя [4]

где - относительная плотность продукта при 20?C;

T_КЦП - СОТК.

3. Формула ГНИ [4]

где T₁ - T₀>20;

с₁ - с₀- плотности при соответствующих температурах.

Кроме этого для расчёта критических температур используется номограммный метод американского нефтяного института API [4]. В качестве исходных данных для номограммы используется плотность продукта при t=20?C и СОТК.

Нами были рассчитаны критические температуры исследованных продуктов по различным методикам, и выяснено, что наиболее точный расчёт даёт формула Нокэя. Для описания экспериментальных данных мы использовали формулу Нокэя [4], применяемую для расчёта критических температур чистых углеводородов в виде

В качестве величины S•х была использована относительная плотность продукта при 20?C и атмосферном давлении, в качестве T_b - среднеобъёмная температура кипения нефтепродукта (K) [6].

Коэффициенты A, B, C, полученные в ходе обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов имеют следующий вид: A=1,1004405; B=0,2498864; C=0,652894.

Полученные значения коэффициентов близки к коэффициентам, использующимся в уравнении Нокэя для расчёта критических температур олефиновых углеводородов.

Таблица 1. Критические температуры нефтяных фракций

Из таблицы видно, что наиболее близкими к экспериментальным являются значения критических температур, рассчитанные по формуле (6). Среднеквадратическая ошибка расчёта по формуле (1) и номограммному методу на порядок выше, чем по формуле (6).

2. Давление.

Для расчёта критических давлений исследованных нефтяных фракций нами были использованы:

Формула для расчёта критических давлений продуктов крекинга [4]:

где T_b- средняя температура кипения;

- плотность при 20?C.

Формула для расчёта критических давлений чистых углеводородов [4]:

где T_КР - критическая температура, K;

T_S - температура кипения;

- выбирается для определенной группы углеводородов.

Формула [4], используемая для расчёта критических давлений реактивных топлив: нефтепродукт критический показатель плотность

где T_КР - критическая температура, K;

с_КР - критическая плотность, кг/м³;

C и D - постоянные.

Выражения, вида уравнения Нокэя:

Таблица 2. Критические давления нефтяных фракций

В таблице представлены расчётные значения PКР по приведённым выше формулам и сравнение их с экспериментальными. Даётся среднеквадратическая ошибка расчёта. Максимальная ошибка получается при расчёте по уравнению (9), наилучший результат даёт использование выражение вида Нокэя, где A=2,11216; B=0,796456; C=0,235387.

3. Плотность (удельный объём).

Для расчёта критических значений плотности нефтепродуктов используются:

Формула Филиппова [4] для расчёта критических значений плотности нефтяных фракций:

где с и с₀, P и P₀ - относятся к двум точкам изотермы;

R - универсальная газовая постоянная;

M - мольная масса.

Формула [4] для расчёта критических значений плотности реактивных топлив и чистых углеводородов:

Авторами указывается, что погрешность расчёта плотности по (11) составляет ±1%, по (12) ±2%.

Для расчёта критических значений плотности исследованных нами нефтяных фракций было использовано выражение типа уравнения Нокэя

Результаты расчёта приведены в таблице.

Таблица 3. Результаты расчёта

Среднеквадратическая ошибка расчёта составила 0,04%. Коэффициенты уравнения (13) A=0,04838144; B=0,92861442; C=-0,21308121.

Таким образом, используя выражения типа уравнения Нокэя можно рассчитывать T_КР, P_КР и с_КР бензиновых нефтяных фракций.

Обобщённая зависимость плотности на линиях насыщения в критической области представлена на рис. 1.

В таблице 4 приводятся значения критических параметров исследованных фракций.

Таблица 4. Критические параметры фракций

4. Основные результаты и выводы.

1. Установлено, что экспериментальные P - х - t данные нефтепродуктов вблизи пограничной кривой, в двухфазной и критической областях малочисленны. Расчётные методы опираются, главным образом, на экспериментальные P - х - t данные индивидуальных углеводородов и недостаточно надёжны.

2. Обоснован выбор метода измерения, разработана и создана экспериментальная установка для исследования плотности и давления насыщенных паров нефтепродуктов. Погрешность результатов составляет 0,03 - 0,1 % для плотности и 0,05 - 0,5 % для давления насыщенных паров. Надёжность оценки погрешности подтверждена измерениями плотности и давление насыщенных паров воды.

3. Измерены при температуре от 20 до 320?C и давлении до 20 МПа плотность пяти прямогонных нефтяных фракций в жидкой фазе и давление насыщенных паров.

4. Получены формулы, позволяющие рассчитывать плотность и давление на линиях насыщения, а также давление насыщенных паров в двухфазной области.

5. В результате анализа экспериментальных данных в критической области сделан вывод о тождественности критических и псевдокритических параметров исследованных нефтяных фракций.

6. Установлено, что уравнение Тейта описывает экспериментальные P - х - t данные нефтяных фракций вблизи линии насыщения до ф=0,95 с ошибкой, близкой к погрешности эксперимента, а коэффициент B уравнения Тэйта нелинейно изменяется в функции от и при B=0, T=0,925T_КР. Рекомендовано уравнение, описывающее температурную зависимость коэффициента B.

7. Найдена зависимость для асчета критических параметров (T_КР, P_КР, с_КР) бензиновых фракций, использующая плотность при t=20?C и среднеобъёмную температуру кипения.

8. Доказана правомерность применения метода изучения изотерм в двухфазной области для исследования P - х - t зависимости многокомпонентных углеводородных систем (нефтяных фракций).

Список литературы

1. Харченко П.М. Обобщение экспериментальных исследований бензиновых нефтяных фракций/ П. М. Харченко, В. П. Тимофеев//Научный журнал КубГАУ. - Краснодар. - 2014. - №99(05).

2. Харченко П.М. Результаты экспериментальных исследований бензиновых нефтяных фракций/ П. М. Харченко, В. П. Тимофеев//Научный журнал КубГАУ. - Краснодар. - 2014. - №98(04).

3. Харченко П.М. Исследование плотности и давления насыщенных пород нефтяных фракций / П. М. Харченко, В. П. Тимофеев// Труды КубГАУ. - Краснодар. - 2012. - Т1. - №39. - С. 140 - 142.

4. Харченко П.М. Экспериментальное исследование плотности и давления насыщенных паров нефтепродуктов: дис. … к.т.н. / П.М. Харченко; НИ им.Азизбекова А.Н. - Баку, 1988. - 118 с.

5. Потапенко И.А. Способ термической обработки деталей машин/ И. А. Потапенко, П.М. Харченко; патент на изобретение RUS 2297459, 12.10.2005.

6. Андрейчук В.К. Термоадаптивный блок озонатора/ В. К. Андрейчук, П. М. Харченко; патент на изобретение RUS 2181103, 19.10.1999.

7. Оськин С.В. Ветроэнергетическая установка/ С. В. Оськин, Д. П. Харченко, П.М. Харченко; патент на изобретение RUS 2299356, 22.02.2006.

8. Харченко П.М. Вентиляция производственных и коммунально-бытовых зданий/ П. М. Харченко, В. В. Христиченко, А. А. Тимофеюк// Труды КубГАУ. - Краснодар. - 2012. - Т1. - №37. - С. 271 - 275.

9. Харченко П.М. Расчёт вентиляции и отопления производственного здания/ П. М. Харченко, В. П. Тимофеев// Труды КубГАУ. - Краснодар. - 2013. - Т1. - №42. - С. 152 - 155.

References

1. Harchenko P.M. Obobschenie eksperimentalnih issledovaniy benzinovih i neftyanih frakciy/ P.M. Harchenko, V. P. Timofeev//Nauchniy zhurnal KubGAU. - Krasnodar. - 2014. - №99(05).

2. Harchenko P.M. Rezultati eksperimentalnih issledovaniy benzinovih i neftyanih frakciy/ P.M. Harchenko, V. P. Timofeev//Nauchniy zhurnal KubGAU. - Krasnodar. - 2014. - №98(04).

3. Harchenko P.M. Issledovanie plotnosti i davleniya nasischennih porod neftyanih frakciy/ P.M. Harchenko, V. P. Timofeev// Trudi KubGAU. - Krasnodar. - 2012. - T1. - №39. - S. 140 - 142.

4. Harchenko P.M. Eksperimentalnoe issledovanie plotnosti i davleniya nasischennih parov nefteproduktov: dis. … k.t.n. / P.M.Harchenko; NI im.Azizbekova A.N. - Baku, 1988. - 188 s.

5. Potapenko I.A. Sposob termicheskoy obrabotki detaley mashin/ I. A. Potapenko, P. M. Harchenko; patent na izobretenie RUS 2297459, 12.10.2005.

6. Andreychuk V.K. Termoadaptivniy blok ozonatora/ V. K. Andreychuk, P. M. Harchenko; patent na izobretenie RUS 2181103, 19.10.1999.

7. Oskin S.V. Vetroenergeticheskaya ustanovka/ S. V. Oskin, D. P. Harchenko, P. M. Harchenko; patent na izobretenie RUS 2299356, 22.02.2006.

8. Harchenko P.M. Ventilyaciya proizvodstvennih i kommunalno-bitovih zdaniy/ P. M. Harchenko, V.V. Hristichenko, A. A. Timofeyuk// Trudi KubGAU. - Krasnodar. - 2012. - T1. - №37. - S. 271 - 275.

9. Harchenko P.M. Raschet ventilyacii i otopleniya proizvodstvennogo zdaniya/ P. M. Harchenko, V.P. Timofeev// Trudi KubGAU. - Krasnodar. - 2013. - T1. - №42. - S. 152 - 155.

Размещено на Allbest.ru