Химия природных энергоносителей и углеродных материалов

Качество масел зависит от степени изменения его свойств с повышением температуры и давления. Оценка вязкостно-температурных свойств производится по показателю индекса вязкости – ИВ (условная константа), который определяют по номограммам (см. Прил. 6), по известным значениям кинематической вязкости при двух температурах (принято отношение кинематической вязкости при 50 °С к кинематической при 100 °С).

Чем меньше меняется вязкость масла с изменением температуры, тем более качественным оно считается.

С повышением давления вязкость жидкости возрастает: до 24,5 МПапочти прямо пропорционально, а затем более быстро. При давлении близком к атмосферному вязкость жидких продуктов можно вычислить по формуле [4]

, (1.35)

где – динамическая вязкость при атмосферном давлении, Па с;

Для расчетов условно принимают, что до 4МПа вязкость нефтепродуктов не зависит от давления.

Вязкость смесей жидкости не подчиняется правилу аддитивности. Наиболее точные результаты вязкости даёт экспериментальное её определение. Для приближенной оценки вязкости, как уже было сказано выше, используются эмпирические формулы и номограммы. В практике часто используется номограмма (см. Прил. 7), которая позволяет определить вязкость смеси двух нефтепродуктов различной вязкости в определенных отношениях при данной температуре, а также определить соотношение компонентов в смеси для получения продукта заданной вязкости при данной температуре.

Пример. Смесь составлена из компонента А (₅₀=12,5 мм²/с) и В (₅₀=60 мм²/с). Определить:

а) вязкость смеси, состоящей из 40 % компонента А и 60 % компонента В (по объему);

б) соотношение в смеси компонентов А и В, при котором кинематическая вязкость ₅₀=39 мм²/с.

Решение. На координатах оси номограммы (см. Прил. 7), соответствующих 100 % компонента А и 100 % компонента В, отложим значение вязкости 12,5 и 60 м²/с и соединим полученные точки m и n прямой линией. Прямая mn характеризует вязкость смеси в зависимости от соотношения компонентов. Для ответа на первый вопрос из точки на оси абсцисс, отвечающей составу смеси (40 % А и 60 % В), восстановим перпендикуляр до пересечения с прямой mn. Ордината точки пересечения даст значение кинематической вязкости данной смеси ₅₀=29,5 мм²/с (на номограмме – сплошная линия).

Для ответа на второй вопрос на оси ординат определяем точку с кинематической вязкостью ₅₀=39 мм²/с и через прямую mn проецируем её на ось абсцисс. Получаем соотношение компонентов А-25 % и В-75 % (пунктирная линия).

Задачи

26. Масляная фракция имеет условную вязкость при 40 и 60 °С соответственно 5,24 и 3,81. Рассчитать, пользуясь формулой (1.34), кинематическую вязкость этой фракции в м²/с при тех же температурах.

27. Фракция 240–350 °С соболиной нефти имеет кинематическую вязкость ₂₀=8,4 мм²/с и ₅₀=3,6 мм²/с. Найти кинематическую и условную вязкость этой фракции при 70 °С.

28. Кинематическая вязкость компонента дизельного топлива при 20 °С равна 5,6 мм²/с, а при 50 °С – 2,6 мм²/с. Определить кинематическую вязкость при 0 °С.

29. Лёгкий прямогонный масляный дистиллят характеризуется следующими вязкостными показателями: ₅₀=14,5 мм²/с и ₁₀₀=3,9 мм²/с. Определить индекс вязкости дистиллята.

30. Найти вязкость смеси, состоящей из 30 % (объемных) масла вязкостью ВУ₂₀=6,5 и 70 % масла вязкостью ВУ₂₀=3,5.

31. Для приготовления смеси взяты базовые масла М-8 (₁₀₀=8 мм²/с) и М-14 (₁₀₀=14 мм²/с). Найти вязкость смеси при той же температуре, если соотношение компонентов 11 по объёму.

32. Смесь состоит из 70 % масляной фракции I (₅₀=14,510^-6 мм²/с) и 30 % масляной фракции II (₅₀=5510^-6 мм²/с). Определить вязкость смеси при 50 °С.

33. В каком соотношении необходимо смешать масла условной вязкости ВУ₂₀=16 и ВУ₂₀=7,5, чтобы получить масло с вязкостью ВУ₂₀=11.

34. Приготовили смесь из 35 % масляного погона I и 65 % масляного погона II. Вязкость погона I ₅₀=12,5 мм²/с и ₁₀₀=3,5 мм²/с, вязкость погона II ₄₀=28,5 мм²/с. Определить кинематическую вязкость смеси при 40 °С.

35. Кинематическая вязкость смеси двух масляных дистиллятов ₅₀=35 мм²/с, вязкость каждого из них соответственно 20 и 45 мм²/с. Каково соотношение между дистиллятами в смеси?

36. Условная вязкость сураханской нефти при 50 °С равна 1,63. Определить кинематическую и динамическую вязкость нефти при той же температуре, если плотность её =879 кг/м³.

1.7. Давление насыщенных паров

Давление насыщенных паров (ДНП) – это давление, производимое паровой фазой, которая находится в равновесии с жидкостью при определенной температуре. ДНП – один из важнейших параметров перегонки, ректификации, на основе которого производится пересчет температур кипения с одного давления на другое; является базовой величиной для определения констант фазового равновесия. Значение давления насыщенных паров заложено в нормах на качество бензина и других нефтепродуктов.

Давление насыщенных паров нефти и нефтепродуктов зависит не только от температуры (как в случае с индивидуальным чистым веществом), но и от состава паровой и жидкой фаз и их соотношения.

При проведении практических расчетов исходят из допущения: для узкой нефтяной фракции состав паровой и жидкой фаз при испарении существенно не меняется, т. е. давление насыщенных паров зависит только от температуры.

При изучении фракционного состава нефти и технологических расчетах пересчет давления насыщенных паров нефтепродуктов при одной температуре на давление при другой производят по формулам, приведённым в [7-8], и номограммам (см. Прил. 9, 10).

Для расчета давления насыщенных паров узких нефтяных фракций при низких давлениях пользуются формулой Ашворта

где Р_i – давление насыщенных паров при температуре Т, Па;