Әдебиеттер

1. Суханов В.П. переработка нефти. М., 1974. с.5-11

2. Уильям Л. Леффер. Переработка нефти. М., 2003. с.48-52.

3. Эрих В.Н. и др. Химия и технология нефти и газа. Л., 1972. с.20-41

Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Мұнайдың элементтік құрамын атаңдар.

2. Мұнайдың көмірсутектері қандай топтарға бөлінеді. Осы топтардың жалпы формуласын атаңдар.

3. Қандай көмірсутектер газдарға,сұйықтарға және қатты заттарға жатады.

4. Нейтральды смола, асфальтендер қандай еріткіштерде ериді.

5. Меркаптандардың, сульфидтердің және дисульфидтердің жалпы формуласын жазыңдар.

№3 Лекция

Тақырыбы: Мұнай мен мұнай өнімдерінің негізгі тұрақты

шамалары мен қасиеттері.

Тығыздық және үлестік салмақ. Молекулалық салмақ. Фракциялық құрам. Жылу қасиеттері. Ішкі үйкеліс (тұтқырлық). Лайлану, кристалдану, қату, оталу, тұтану және өзінен өзі тұтану температуралары.

Мұнайлар мен мұнай фракцияларының тауарлы сапасы фракция және химиялық құрамдары мен бірге олардың физика-химиялық қасиеттерімен сипатталады. Олардың бірқатары мемлекеттік стандартқа кіреді жанама және тікелей олардың пайдалану қасиетін анықтайды. Мұнайлар мен олардың фракцияларының физика-химиялық қасиеті мұнай зауыт аспаптарын жобалау үшін өте қажет.

р=m/V, кг/м³ (3.1)

Тығыздық белгілі бір температурада (кг/м³ , г/см³) сұйықтық көлемінің бірлік мөлшері ретінде анықталады. Іс жүзінде шартты тығыздық жиі қолданылады. Ол дегеніміз – мұнай өнімдерінің тығыздығы және тазартылған судың белгілі бір температурада алынған сандық тепе-тең қатынасы. Су мен мұнай өнімдері температурасының стандарттық деңгейі АҚШ пен Англияда – 15,6⁰С, басқа елдерде, оның ішінде бізде 4⁰С және 20⁰С ( ) етіп алынған. Мұнай шикізаты тығыздығын кез келген температурада ( ) анықтауға мына формуламен анықтауға болады:

= - 2(t-20) (3.2)

мында шартты тығыздық = -5

2-орташа температуралық коэффициенттің бір градусқа кеңеюі.

Б ұл формуланы тар температура аралығы 2-ден 50⁰С-ға дейін қолдануға болады. Көптеген мұнайдың тығыздығы орташа алғанда 0,81 ден 0,90-ға дейін өзгеріп отырады, әйтседе аталған мөлшерден жеңіл немесе ауыр мұнайлар кездеседі. Мұнайдың реттік фракциялары тығыздығы олардың химиялық құрамына байланысты: алкандар циклондар арендар бойынша орналасады. Мұнай өнімдерінің тығыздығын ареометрмен, шинометрмен, гидростатикалық таразымен анықтауға лады.

Молекулалық салмақ-мұнай мен олардан алынатын өнімдердің негізгі физико-химиялық қасиеттерінің бірі. Ол алынатын өнімнің химиялық және физикалық құрамына байланысты, және оның өлшемі құрамына кіретін заттың орташа есептелген молекулалық салмағын көрсетеді.

Молярлы масса экспериментті түрде парафинді көмірсутектер формуласы бойынша анықтауға болады.

М=60+0,3t_орт.м.+0,001t_орт.м.² (3.3)

Орташа молекулалық салмақ шамамен мынаған тең: мұнайлар үшін210-250, бензиндерге 95-130, керосиндерге 185-220, дизель отындарына 210-240, мазуттарға 350-400, майларға 300-500. Осы берілген шамаларға қарап фракцияның қайнау температурасы өскен сайын молекулалық салмағы да өседі. Сонымен қатар, мұнай мен мұнайөнімдерінің молекулалық салмағына оның химиялық құрамы да әсер етеді.

Егер пайда болған бу қыздыру кезінде кетпесе, онда сұйық пен бу фазасының арасында тепе-теңдік жағдай пайда болады. Сұйықтықпен тепе-теңдік жағдай болатын буды қаныққан деп атайды. Қаныққан будың қысым ішкі қысымға тең келетін температураны қайнау температурасы деп атайды.

Әрбір көмірсутектер өзінің қайнау температурасына ие және көміртегі атомының қосылыстары көп болса сонша қайнау температурасы жоғары.

Мұнай мен мұнайөнімдерін айдау жолдары арқылы жеке бөліктерге бөлуге болмайды (лабораторияда-айдау). Мұндай бөліктер фракциялар деп аталады. Бұлардың тұрақты қайнау температурасы болмайды оларды бастапқы (н.к.) және соңғы қайнау (к.к.) температураларымен ажыратады.

Мұнай мен мұнайөнімдерінің мәні практикада үлкен мағынаға ие, себебі барлық процестердің жылу балансын есептеген кезде берілген өнімнің жылу қасиеттерін білу керек.

Жылуды өлшеу үшін келісілген өлшем бірлік –калория (кал), ол атмосфералық қысымда 1 г суды 1⁰С температураға дейін қыздыруға жлғалатын жылудың мөлшеріне тең (19,5-тен 20,5-ге дейін). Көп мөлшерді есептеу үшін 1000 калға тең килокалорияны пайдаланады. СИ 1 кал=4,1868 Дж жүйесі бойынша.

Жылу сыйымдылығы дегеніміз берілген 1 кг затты 1⁰С-ға дейін қыздыруға кететін жылу мөлшері.

Мұнай (немесе мұнайөнімінің) жылу сыйымдылығын біле отырып, оны қыздыруға кететін жылу мөлшерін білуге болады. Бұл үшін жылу сыйымдылығын мұнай кг массасына және температура айырмасына көбейту қажет (мұнай немесе мұнай өнімдерінің бастапқы және соңғы температуралары).

Мұнай өнімінің жылу сыйымдылығы температура өскен сайын және тығыздық төмендеген сайын жоғарылайды.

Буланудың жасырын үлестік жылуы дегеніміз қайнау температурасында 1 кг сұйықтықты буға айналдыруға кететін жылу мөлшері (жасырын дегені оның жылу денеге берілгенде температурасы өспейді де жылу сұйықтықтың буға айналуына жұмсалады).

Осылай мұнай өнімінің тығыздығы өскен сайын буланудың жасырын үлестік жылу азая береді. Сонымен қатар, қысым мен температура өскен сайын және заттың молекулалық салмағы өскен сайында азаяды.

Буланудың жасырын жылуын берілген шамамен есептеуге болады.

L=Т22/М (3.4)

Мұндағы L- буланудың жасырын жылуы, ккал/кг (Дж/кг); М-молекулалық салмақ; Т-абсолюттік қайнау температурасы, К (273+t, ⁰С).

L=qⁿ _t – q^ж_t , кал/кг (Дж/кг), (3.5)

Мұндағы qⁿ _t – t температурадағы булардың жылу мөлшері; q^ж_t - t температурадағы сұйықтың жылу мөлшері.

Энтальпия(жылу мөлшері). Энтальпияны сұйық мұнай өнімдері үшін және олардың булары үшін ажыратады.

Лабораториялық тәжірибеде және ғылыми – зерттеу кезінде мұнай өнімдерінің химиялық құрамын анықтау үшін химиялық талдау әдісіне сыну коэффициенті, молекулалы дифракция және дисперсия сияқты оптикалық қасиеттер пайдаланылады. Көмісрутектер – түссіз мұнайлар. Мұнай мен мұнай өнімдері ауыр болған сайын оларда шайырлы – асфальтенді заттар кон. әрі олар сондықтан да күңгірттеу болады.

qⁿ _{t =} q_нагр+ q_исп+ q_{перегр,} ккал/кг (Дж/кг), (3.6)

мұндағы qⁿ _t- t температурадағы бу фазадағы мұнай өнімінің энтальпиясы (ккал/кг) Дж/кг; q_нагр –О⁰С-ден t_қайн-ға дейінгі сұйық мұнайөнімді қыздыруға кететін жылу мөлшері; q_исп - сұйық мұнайөнімді буландыруға кететін жылу мөлшері; q_перегр - сұйық мұнайөнімді қайта қыздыруға кететін жылу мөлшері.

Тұтқырлық және тұтқырлық температуралық қасиет

Тұтқырлық мұнай мен мұнай өнімдерінің маңызды сипаттарының бірі болып саналады. Тұтқырлық динамикалық ( ), кинематикалық ( ) және шартты (ВУ) болып үшке бөлінеді. Мұнай өңдеуде кинематикалық тұтқырлық кең қолданылады. Ол динамикалық тұтқырлық пен оның тығыздығының қатынасына тең: -ның өлшем бірлігі – см²/с (стокс) немесе мм²/с (сантискос)

= / , (3.7)

Мұнай мен мұнай фракцияларының тұтқырлығы оның химиялық құрамына байланысты және ол молекулааралық өзара әрекеттесу күшімен анықталады. Мұнай фракциясының қайнау температурасы жоғары болған сайын, оның тұтқырлығы да жоғары көмірсутектері класстар ішінде тұтқырлығы азы парафинді, ал көбі нафтенді заттар, ал ароматты көмірсутектері осылардың ортасында. Динамикалық тұтқырлық өлшем бірлігі – паскаль (П) және паскаль-секунд (Па*с) 1П= 0,1 Па*с

Тұтқырлықтың температурадағы қатысы ерекше, сондықтан үнемі температура өзгеріп отырады. Техникалық талаптарда мұнай өнімдеріне әдетте 50 және 100, кейде 20⁰С тұтқырлық нормаланды. Әртүрлі температура кезінде тұтқырлықты есептеу үшін көптеген Эмперикалық формулалар ұсынылған. Кең тарағаны Вальшер формуласы:

lglg ( _t+0,6)=A-BlgT мұнда А м В тұрақты өлшем

Тұтқырлықтың температураға қатыстылығы әсіресе майляу майлары үшін маңызы зор. Мұнай майларының тұтқырлық-температуралық қасиетін бағалау үшін тұтқырлық индексі (ТU) тұтқырлық қатынасы ₅₀/ ₁₀₀ сияқты көрсеткіштер ұсынылған. Тұтқырлық индексі - шартты көрсеткіш маймен эталонды майлардың салыстырмалы сипатын көрсетеді. ТU мәні ₅₀ және ₁₀₀ мәні негізінде арнайы таблица бойынша есептеледі. Температураның өзгеруіне қарай майдың тұтқырлығы аз өзгерген сайын оның ТU жоғары болады. ТU майдың химиялық құрамы мен көмірсутектері құрылымына байланысты екені анықталған.

Жылулық қасиеті

Мұнай өндіру зауыттарының аппараттарын технологиялық есебін анықтау кезінде мұнай мен мұнай өнімдерін жылу сыйымдылығы, энтальния (жылуды сақтау), жану жылуы және т.б. жылу қасиеттерін ескеру қажет. Жылу сыйымдылығы – заттың массасы бірлігін бір градусқа жылыту үшін қажетті жылу мөлшері. Зат құрамына қарай массалық, мольдік және ауқымдық жылу сыйымдылығын ажыратады. Массалық жылу сыйымдылығы жиі пайдаланады. Оның өлшем бірлігі бір килограмм Кельвинге (Дж) кг*К- джоуль алынады. Сондай-ақ кДж/кгК, МДж/кгК пайдаланады. Сондай-ақ изобаралық жылу сыйымдылығы (тұрақты С_р қысымы) және изохоралы жылу сыйымдылығы (тұрақты С_v көлемде) ажыратылады.

Булану жылуы – сұйықтықтың қанықты буға ауысуы кезіндегі сіңірген жылу мөлшері. Мұнайдың булану жылуы судың булану жылуынан төмен. Энтальпия (жылудың сақталуы) t температурасы кезіндегі сұйық мұнай өнімдерінің үлестік энтальпиясы 0⁰ С-дан тиісті температураға дейінгі өнім бірлігіне қажетті жылудың (кДж) мөлшеріне тең.

Төмен температуралық қасиеттер. Мұнай өнімдерінің төмен температуралық қасиеттерін сипаттау үшін мынадай шартты көрсеткіштер алынады: мұнай, дизель және қазандық отындар үшін-майлану температурасы; құрамында ароматты көмірсутегі бар карбюратор және реактивті отындар үшін-кристалдана бастау температурасы. Оларды анықтаудың әдісі мұнай өнімін

стандартты жағдайда стандартты аспаптармен суыту болып табылады.

Лайлану кезіндегі температура лайлану температурасы ретінде алынады. Отының лайлану себебі – мұз кристалдарының және парафинді көмірсутектерінің пайда болуы болып табылады. Қозғалудың тоқтауы мұнай өнімдерінің тұтқырлығының көбеюінің немесе парафин церозин кристалдарынан кристалдық қатынастың пайда болуына қарай орын алады. Мұнай өнімінде парафин көп болған сайын оның қату температурасы жоғарлайды. Кристалдану температурасының басталуы деп, отынды жай көзбен қарағанда парафинді көмірсутектердің байқала бастаған кезді айтады. Көмірсутектердің тез тұтанғыш дәрежесі тұтану, өзінен өзі жану температурасымен сипатталынады. Неғұрлым бұл температуралар төмен болса, соғұрлым заттар тұтанғыш болып саналады. Жеңіл мұнай өнімдерінің тұтану температурасын жабық түрде, ал ауыр мұнай өнімдерін ашық түрде анықтайды.

Оталу температурасы дегеніміз қатаң белгілі жағдайда ауа мен мұнай өнімінің буларының қоспасын осы температурада отты жақындатқан кезде лап етіп жанып, бірақ мұнай өнімінің өзі әрі қарай жанбайды да жалын сөніп қалатын температураны айтады.

Жеңіл мұнай өнімдері үшін (оталу температурасы 50⁰С-дан аспаса) оталу температурасы жабық аппараттарда ал, ауырлар үшін (оталу температурасы 70⁰С-ден төмен болмағанда) ашық аппараттарда анықталады.

Егер қыздыруды жалғастырсақ отты жақындатқанда буғана емес мұнайөнімінің өзі де жанады. Бұндай жағдай болатын температураны жану температурасы деп атаймыз.

Өзінен өзі жану температурасы керісінше, төмен болған сайын, оның құрамына соншама ауыр көмірсутектер кіреді. Өзінен-өзі жану температурасының негізгі қасиеттері, бұл мұнай өнімінің жалынмен немесе от ұшқынымен әсерлеспестен ауамен әсерлескенде тұтануы болады.

Мұнай өнімі от қауіпсіздігі жағынан классификацияланады (⁰С), жеңіл жанғыш (1 класс – 28 төмен және II класс – 28-ден бастап 45⁰С) және жанғыш (III класс – 45-тен 120-ға дейін және IV класс – 120⁰С жоғары).