4 Мұнай мен мұнайөнімдерінің жылулық қасиеттерін анықтау (энтальпия, жылусиымдылык, жану жылуы).

Жылулық қасиеттерге жылусыйымдылық, жылулық бутүзілуі (булану) энтальпия, Жану жылуы және т.б.

1. Жылусыйымдылық, С –1 градуста зат массасы бірлігін қыздыруға арналған жылу мөлшері. Суреттеу тәсілінен тәуелді зат құрамын массалық [кДж/(кг·К)], молярлық [кДж/(кмоль·К)], көлемдік [кДж/(м³·К)] деп бөледі.

Практикада көбнесе меншікті жылусыйымдылығын қолданады, оның өлшем бірлігі СИ жүйесінде Дж/(кг·К).

Қыздыру температурасы жоғарлаған сайын сұйық мұнайөнімдерінің жылусыйымдылығы өседі, сондықтан мұнайөңдеуде шынайы және орташа жылусыйымдылығы қабылданған.

Шынайы меншікті жылусыйымдылығын есептеу үшін [кДж/(кг·К)] Крэг формуласы кең қолданылады:

(1)

Т-температура, жылусыйымдылығы анықталған, К.

Мұнайөнімінің химиялық құрамын ескеретін біршама дәл формула Ватсон мен Нельсондікі:

(2)

К – сипаттамалық фактор,

Т-температура, жылусыйымдылығы анықталған, К.

Мұнайөнімінің буының жылусыйымдылығын Бальке мен Кэй (кДж/(кг·К)) теңдеуі бойынша есептеуге болады :

(3)

Тұрақты температурада анықталатын газдар үшін жылусыйымдылық дегеніміз (изобарлық жылусыйымдылық) С_р ментұрақты көлемде (изохорлы жылусыйымдылық) С_v.

Шынайы газдар үшін С_р көп болады С_v, яғни

С_р – С_v = R (4)

R- газды тұрақтылық, 8,315 кДж/(кг·К) тең.

Шынайы газдардың жылусыйымдылығы мына формуламен есептеледі:

С_р = С_рº - С_р (5)

Ср°- шынайы газға есептегендегі изобарлы жылусыйымдылық, кДж/(кг·К)

С_р – қысымға жылусыйымдылықтың түзетуі,

С_р – формула бойынша есептеледі:

С_рº мен С_р¹- келтірілген қысым мен температурадан тәуелді график бойынша анықталған түзетулер;

 - ацентриялық факторы, оны мына формуламен анықтауға болады:

 = 0,1745+0,0838 Т_пр;

Т_пр – келтірілген температура.

2. Химиялық таза заттар үшін бутүзілу жылуы дегеніміз (булану) жылу мөлшері, қаныққан мерзімге өткендегі сұйықпен сіңірілген, кДж/кг суреттеледі.

Мұнайөнімінің булану жылуын мына Трутон формуласымен есептеуге болады (кДж/кг):

(1)

К- пропорционалдық коэфициенті

Т- мұнайөнімінің қайнау температурасы, К

М- молекулалық масса

Көптеген көмірсутектер мен олардың қоспасы үшін атмосфералық қысымда К=83,7-91,2

К біршама дәл мәнін мына формуламен табуға болады:

К=36,63+19,13 ед Т (7)

Т- мұнайөнімінің қайнау температурасы, К.

Еще l теңдеуді сұйық және бу фазасының энтальпиясы айырмашылығы бойынша есептеуге болады, ол біркелкі температура мен қысымда алынған:

l =J_t^п - J_t^ж J,кДж/кг (2)

3. Сұйық мұнай фракцияларының меншікті энтальпиясы (J_t^ж) кДж/кг жылу мөлшерін көрсетеді, онда 1кг (1кмоль) сұйықты қыздыруға қажетті яғни Оº С (273К) берілген температураға дейін. J_t^ж мына формуламен табады:

(3)

Т- сұйық температурасы

а деп белгілейміз, оның емпературадан тәуелділік мәні анықтамалық кестеде келтірілген.

Бу энтальпиясы (J_t^п) жылу мөлшері шамасына сұйық энтальпиясы көп, сұйық булануы мен Буды қыздыруға жұмсалған. J_t^п мына формуламен анықтайды:

J^п_t = (129,58 + 0,136Т + 0,00059Т²)(4 - ¹⁵₁₅) – 309 (4)

Т- бу температурасы

Оны қысқартуға болады, в деп белгілеп, в мәнін қосымшадан табуға болады.

Мұнайөнімі буының энтальпиясы қысым жоғарлаған сайын төмендейді. Мұнай буының энтальпиясын анықтау үшін жоғары қысымда алдымен атмосфералық қысымда энтальпиясын табады және одан жоғары қысымдағы түзетуін есептейді (J):

J_р^п = J_t^п - J (5)

J – келтірілген қысым мен температурадағы функциясы болып табылады және график бойынша анықталады. J·М/Т_кр=f (Т_пр,Р_пр) (6)

4. Жану жылуы (Q – отынның Жану бөлу қабілеті) – қалыпты жағдайда 1 кг сұйық (қатты) немесе 1м³ газтәрізді отын толық жанғандағы бөлінетін жылу мөлшері.

СИ жүйесінде жану жылуын өлшейді кДж/кг; кДж/моль; кДж/ м³.

Мұнайөнімдерінің жоғарғы және төменгі жану жылуын бөліп қарайды. Алдыңғысы түтіндік газдарды суытқанда бөлінетін жылуды сонымен қатар жанғанда түзілетін жылу конденсациясын, су буын ескереді. Екіншісі ондай емес, яғни төменгі жану жылуы жоғарғы көрсетілген жылу шамасынан төмен болады.

Практикада жылу өнімі көбнесе су буының конденсациясы температурасына дейін суытылмайды, сондықтан есептерде отынның жұмысшы құрамына саналған төменгі жану жылуын Q_р^н қолданады.

Судың жылу конденсациясы ~ 2500 кДж/кг тең болғандықтан, ал Жану өніміндегі су мөлшері сутек жанғанда түзілгшен (2Н₂+О₂=2Н₂О, яғни 1кг сутек жанғандағы 9 кг су түзіледі) су мен отын (w) ылғалдығынан шығады, онда Q_р^н = Q^в- 2500 (9Н+W);

Q^в - жоғарғы т.с, кДж/кг

Н – отындағы сутек құрамы, масс. үлес

W – отындағы су құрамы, масс. үлес.

Отынның т.с. есептеу үшін Менделеев формуласы қолданылады:

Q^в = 33915С + 125600Н + 10880 (S-0) (7)

және Q_р^н = 33915С + 125600Н + 10880(S-0) - 2500(9Н+W) (8)

С, Н, S, О – отындағы сутектің, көміртектің, күкірттің және оттектің сәйкесті қосылыстары, массалық үлесі.

33915, 125600, 10880 – т.с сәйкесті С, Н және S кДж/кг

Жанғыш газдар қоспасының т.с. аддитивтілік ережесі бойынша анықталады:

(9)

Отынның қалыпты жануын ұстап тұру үшін ауа немесе оттек керек. Оттек немесе ауаның теориялық көлемі анықтамалық әдебиеттерден алуға болады V_T

Өнеркәсіптік жағдайда көбінше ауа қолданылады, оның шынайы мөлшері теориялықтан біршама көбірек алынады, яғни жану толықтығын қамтамасыз ету үшін. Ауаның шынайы көлемінің V_р теориялыққан қатынасын ауаның артық коэфициенті деп атайды α = V_р/V_Т.

Газтәрізді отын үшін α =1,05 – 1,20.

11-билет