3.1.1.2 Коэффициенты теплового расширения

Расширение материала при нагревании определяется внутренними, главным образом межмолекулярными силами. Длины связей между атомами не зависят от температуры, поэтому изменения объема зависят главным образом от изменения свободного объема.

Одной из наиболее значимых, хотя и упрощенных моделей, позволяющих представить явление теплового расширения, является модель, основанная на представлениях Симхи и Бойера.

Для описания теплового расширения используют различные показатели:

- удельный коэффициент теплового расширения, (dv/dT)_p = е[см³/гК];

- температурный коэффициент плотности, (d/dT)_p = q[г/(см³К)];

- коэффициент теплового расширения – 1/v(dv/dT)_p =  (K^-1);

- линейный коэффициент теплового расширения, 1/L (dl/dT)_p =  (K^-1);

-мольный коэффициент теплового расширения, (dV/dT)_p = [см³/мольК].

Все эти величины связаны между собою.

Коэффициенты объемного расширения для некоторых веществ приведены ниже:

Пропана – 0,0024 /^оС

Керосина – 0,0010

Воды – 0,0002

Битума – 0,0006

3.1.1.3 Изменения объемов при фазовых переходах

Эта характеристика очень важна как в теоретическом, так и практическом отношении:

V = V_i (T_m) – V_c (T_m)

V можно рассчитать, пользуясь данными для  в различных фазовых состояниях или рассчитать по инкрементам.

Увеличение объема при плавлении составляет от нескольких процентов до нескольких десятков. При кипении объем увеличивается на 2-3 порядка.

3.1.2 Калориметрические (тепловые) характеристики нефти и нефтепродуктов

Тепловые свойства имеют важное значение в процессах переработки, поскольку все технологические процессы связаны с нагреванием и охлаждением, а их расчет базируется на знании тепловых свойств. К категории калориметрических можно отнести удельную и мольную теплоемкости, теплоты фазовых переходов, а также температурные характеристики.

3.1.2.1 Теплоемкость

Удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое следует сообщить одному грамму вещества для повышения температуры на один градус. Мольная теплоемкость есть удельная теплоемкость, умноженная на молекулярную массу вещества.

С повышением температуры теплоемкость увеличивается, а с увеличением плотности и утяжелением фракционного состава продукта – понижается. Теплоемкость у алканов выше, чем у аренов. С разветвлением углеводородной цепи теплоемкость уменьшается.

Удельные и мольные теплоемкости можно определять при постоянном объеме или при постоянном давлении.

Удельная теплоемкость для жидких нефтепродуктов определяется как количество тепловой энергии в Дж, затрачиваемое на нагрев 1 кг нефтепродукта на 1 К:

С_t = dq/dT

Поскольку С_t зависит от температуры, то в действительности ее определяют как среднюю величину в интервале температур Т₁ и Т₂ [в Дж/(кгК)]

С_ср= q/(T₂ – T₁)

где q – количество тепла, затраченное на нагрев 1 кг вещества от Т₁ до Т₂ Дж.

Удельная теплоемкость углеводородов и нефтяных фракций существенно зависит от химического строения и состава, и ее точное значение может быть получено только постановкой специального эксперимента.

Для жидких нефтяных фракций разность изобарной (при постоянном давлении) и изохорной (при постоянном объеме) теплоемкости незначительна, а для паров эта разность равна газовой постоянной ( в случае идеальных газов).

С_р – С_v =R,

где R – газовая постоянная в кДж/(кгК)

Теплоемкость веществ в паровой фазе зависит не только от химического строения (или состава) и температуры, но и от давления.

Изобарную теплоемкость чистых углеводородов в паровой фазе рассчитывают по формуле:

С_p=C – C_p

Значения ее лежат в пределах от 2 до 20 кДж/(кгК).

Теплоемкость – аддитивная физическая величина, т.е. для смесей нефтепродуктов или их паров она может быть вычислена по правилу аддитивности по массовым долям компонентов смеси и их теплоемкостям.

Для расчета нефтяных фракций и их паров предложены аналитические выражения и номограммы с различной степенью точности.