Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1318

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
15.72 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

В.Г. Рябов, А.В. Кудинов, К.В. Федотов

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТОПЛИВА И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

СБОРНИК ЗАДАЧ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ГРАФИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского государственного технического университета

2008

Стр. 1

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

УДК 665.63 Р98

Рецензенты:

канд. техн. наук В.А. Крылов (ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»); канд. хим. наук Н.П. Углев (ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»);

канд. техн. наук Д.В. Саулин (Пермский государственный технический университет)

Рябов, В.Г.

Р98 Химическая технология топлива и углеродных материалов. Cборник задач для проведения расчетов тепловых свойств нефти и нефтепродуктов графическими методами: учеб.-метод. пособие / В.Г. Рябов, А.В. Кудинов, К.В. Федотов. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 198 с.

ISBN 978-5-398-00074-0

Систематизированы и обобщены способы расчета тепловых свойств нефти и нефтепродуктов графическими методами. Приведены способы и примеры расчета теплоемкости, теплоты испарения, энтальпии, теплопроводности и теплоты сгорания нефтепродуктов графическими методами с использованием номограмм и графиков.

Предназначено для студентов специальности 25.04 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

УДК 665.63

Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета»

ISBN 978-5-398-00074-0

© ГОУ ВПО

 

«Пермский государственный

 

технический университет», 2008

Стр. 2

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................

7

1. ТЕПЛОЕМКОСТЬ..............................................................................................

8

1.1. Теплоемкость некоторых газов...............................................................

8

1.2.Истинные теплоемкости водорода при различных температурах

 

и давлениях................................................................................................

8

1.3. Средняя мольная теплоемкость газов при постоянном объеме ...........

13

1.4.

Зависимость теплоемкости от температуры и давления.......................

13

1.5.

График изменения теплоемкости некоторых газов от температуры...

13

1.6.Зависимость удельной теплоемкости паров органических

соединений от температуры ....................................................................

21

1.7.Номограмма для определения удельной теплоемкости газов

 

и паров при атмосферном давлении........................................................

21

1.8.

Зависимость теплоемкости азота от давления и температуры.............

21

1.9.

Зависимость теплоемкости аммиака от давления и температуры .......

21

1.10. Зависимость теплоемкости водяного пара от давления

 

 

и температуры...........................................................................................

21

1.11. Удельная теплоемкость углеводородных газов при атмосферном

 

 

давлении ....................................................................................................

21

1.12. Удельная теплоемкость углеводородных газов при повышенном

 

 

давлении ....................................................................................................

31

1.13. Теплоемкость паровнефтяныхфракцийпридавленияхдо1,5 МПа.......

31

1.14. Определение изобарной мольной теплоемкости углеводородных

 

 

реальных газов при повышенных давлениях.........................................

31

1.15. Определение изохорной теплоемкости углеводородных реальных

 

 

газов при повышенных давлениях..........................................................

36

1.16.График для определения теплоемкости некоторых углеводородов в зависимостиототносительнойплотностиуглеводорода и

температуры...............................................................................................

36

1.17. График для определения теплоемкости паров нефтяных фракций

 

в зависимости от их относительной плотности.....................................

36

1.18. График зависимости теплоемкости паров углеводородов

 

от температуры и их относительной плотности....................................

36

1.19. Номограмма для определения теплоемкости нефтепродуктов

 

(паров и жидкостей) .................................................................................

36

1.20. Теплоемкость некоторых жидкостей......................................................

44

1.21. Номограмма для определения удельной теплоемкости жидкостей .......

44

1.22. График зависимости удельной теплоемкости жидких

 

органических соединений от температуры............................................

44

1.23. График зависимости удельной теплоемкости углеводородных

 

жидкостей от температуры......................................................................

44

Стр. 3

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

4

1.24.Номограмма зависимости теплоемкости жидких нефтяных фракций от температуры, относительной плотности

и характеристического фактора ..............................................................

44

1.25. Номограмма для определения теплоемкости жидких

 

углеводородов...........................................................................................

44

1.26. Зависимость теплоемкости жидких нефтепродуктов от

 

температуры и относительной плотности по Крегу..............................

54

1.27. Зависимость теплоемкостижидкихнефтепродуктовоттемпературы

 

и относительной плотности по Уотсону и Нельсону............................

54

1.28. Зависимость теплоемкости жидких нефтепродуктов

 

от температуры и относительной плотности.........................................

54

1.29. Теплоемкость жидких чистых углеводородов.......................................

54

1.30. Средняя удельная теплоемкость твердых тел при комнатной

 

температуре...............................................................................................

55

1.31. Примеры задач по определению теплоемкости.....................................

55

1.32. Задачи для самостоятельного решения...................................................

65

2. ТЕПЛОТА ИСПАРЕНИЯ ..................................................................................

70

2.1.Таблица для определени теплоты испарения некоторых алканов

при атмосферном давлении .....................................................................

70

2.2.График для определения теплоты испарения нефтяных фракций

в зависимости от средней молекулярной температуре кипения,

 

молекулярной массы, характеристического фактора............................

70

2.3. График для определения теплоты испарения углеводородов..............

70

2.4.График для определения поправочного коэффициента

φ при расчете теплоты испарения при другой температуре,

 

если известна теплота испарения при нормальном давлении..............

74

2.5. График для нахождения величины K в формуле Трутона....................

74

2.6.График для определения теплоты испарения по Мейсснеру

в зависимости от критических параметров............................................

75

2.7.Определение теплоты испарения по уравнению Клаузиуса–

Клапейрона................................................................................................

75

2.8.График для определения теплоты испарения по Джиакалоне

в зависимости от критических параметров............................................

78

2.9. Вычисление теплоты испарения в зависимости от температуры ........

78

2.10. График для определения теплоты испарения некоторых

 

соединений................................................................................................

81

2.11. График для определения теплоты испарения нефтяных фракций.......

81

2.12. График для определения теплоты испарения парафиновых

 

углеводородов...........................................................................................

81

2.13. Определение теплоты испарения по эталонному соединению............

81

2.14. Зависимость теплоты испарения воды от температуры........................

86

2.15. Примеры задач по определению теплоты испарения............................

86

2.16. Задачи для самостоятельного решения...................................................

87

3. ЭНТАЛЬПИЯ......................................................................................................

90

Стр. 4

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

 

5

 

3.1.

Энтальпия жидких нефтепродуктов .......................................................

90

3.2.

Энтальпия углеводородных жидкостей..................................................

90

3.3. Энтальпия жидких нефтяных фракций...................................................

90

3.4.

Энтальпия паров нефтепродуктов...........................................................

97

3.5. Энтальпия паров нефтяных фракций......................................................

97

3.6.

Энтальпия некоторых газов.....................................................................

97

3.7.

Энтальпия чистых газов...........................................................................

97

3.8.Номограмма для определения энтальпии нефтяных паров

и жидкостей.............................................................................................

104

3.9.График для определения энтальпии углеводородных паров при

атмосферном давлении...........................................................................

104

3.10. Номограммы для определения энтальпии парафиновых

 

углеводородов С1 – С8 ............................................................................

104

3.11. Графики для определения энтальпии паров нефтепродуктов от

 

температуры при разных давлениях.....................................................

104

3.12. График зависимости энтальпии нефтяных паров от приведенных

 

температуры и давления.........................................................................

104

3.13. Поправка дляэнтальпиинефтяныхпаровпривысокихдавлениях........

120

3.14. Определениеэнтальпиинефтяныхпаровпривысокихдавлениях.........

120

3.15. Определение энтальпии нефтяных жидкостей и плотного газа

 

при повышенных давлениях..................................................................

121

3.16. Определение энтальпии жидких нефтяных фракций при

 

повышенных давлениях.........................................................................

121

3.17. Энтальпия водяного пара.......................................................................

131

3.18. Примеры задач по определению энтальпии.........................................

131

3.19. Задачи для самостоятельного решения.................................................

135

4. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ..................................................................................

139

4.1. Теплопроводность газов при различных температурах......................

139

4.2.График для определения теплопроводности некоторых

соединений в зависимости от температуры.........................................

139

4.3.Номограмма для определения теплопроводности газов и паров

при атмосферном давлении ...................................................................

139

4.4. График для определения теплопроводности паров алканов...............

149

4.5.Диаграмма для определения коэффициента теплопроводности

газов и паров при атмосферном давлении............................................

149

4.6. Теплопроводность продуктов сгорания и некоторых газов ...............

149

4.7.График для определения теплопроводности газов при высоких

давлениях.................................................................................................

149

4.8. Теплопроводность перегретого водяного пара....................................

149

4.9.Номограмма для определения теплопроводности газов и паров

по вязкости и теплоемкости...................................................................

149

4.10. Номограмма для определения теплопроводности

 

углеводородных газов............................................................................

156

4.11. Зависимость теплопроводности паров нефтяных фракций от

 

молекулярной массы и температуры....................................................

156

Стр. 5

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

6

 

4.12. Обобщенная зависимость приведенной теплопроводности газа

 

от приведенных температуры и давления............................................

156

4.13. Влияние давления на коэффициент теплопроводности газов............

156

4.14. График для определения теплопроводности некоторых

 

жидкостей в зависимости от температуры...........................................

156

4.15. Номограмма для определения коэффициента теплопроводности

 

жидкостей................................................................................................

163

4.16. Номограмма для определения коэффициента теплопроводности

 

жидких нефтепродуктов.........................................................................

163

4.17. Определение коэффициента теплопроводности чистых

 

жидкостей при высоких давлениях.......................................................

163

4.18. Определение коэффициента теплопроводности жидкости

 

и плотного газа при высоких температурах.........................................

163

4.19. Определение коэффициента температуропроводности......................

170

4.20. Определение коэффициента теплопроводности растворов солей.....

170

4.21. Определение коэффициента теплопроводности бинарных

 

растворов.................................................................................................

175

4.22. Определение коэффициента теплопроводности металлов.................

175

4.23. Примеры задач по определению теплопроводности...........................

177

4.24. Задачи для самостоятельного решения.................................................

182

5. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ...................................................................................

185

5.1. Теплота сгорания различных видов топлив.........................................

185

5.2. Теплота сгорания органических соединений.......................................

186

5.3. Теплота сгорания реактивных топлив..................................................

189

5.4. Теплота сгорания нефтепродуктов .......................................................

190

6. ТАБЛИЦА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

 

ИНДИВИДУАЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ.................................................

192

7. ПЕРЕВОД ВНЕСИСТЕМНЫХ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ

 

ТЕПЛОВЫХ ВЕЛИЧИН В ЕДИНИЦЫ СИСТЕМЫ СИ..............................

197

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................

197

Стр. 6

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

7

ВВЕДЕНИЕ

Тепловые свойства нефти имеют важное значение в технологии ее переработки, поскольку все технологические процессы связаны с процессами нагревания и охлаждения, а их расчет соответственно базируется на знании тепловых свойств. К ним относятся все известные тепловые физические величины (теплоемкость, теплопроводность, энтальпия и др.), но применительно к нефтяным фракциям, имеющим очень сложный химический состав, определение этих величин носит специфичный характер и требует специального рассмотрения.

В данном учебном пособии систематизированы и обобщены материалы по расчету тепловых свойств нефтепродуктов графическими методами. Приведены методы расчета таких свойств, как теплоемкость, теплота испарения, энтальпия, теплопроводность и теплота сгорания нефтепродуктов. По каждому из свойств приведены примеры их расчета и задачи для самостоятельного решения.

Данное учебное пособие предназначено для изучения практической части курса «Химическая технология топлива и углеродных материалов».

Для качественного освоения практической части курса «Химической технологии топлива и углеродных материалов» студентам необходимо иметь прочные знания по целому ряду естественно-научных и общеинженерных дисциплин, а именно: неорганической и органической, физической, аналитической и коллоидной химии, химии нефти, математике, физике, теплотехнике, процессам и аппаратам химической технологии, теоретическим основам технологии топлива и углеродных материалов и др.

Стр. 7

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

8

1. ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Теплоемкость системы — отношение количества тепла, сообщаемой системе в каком-либо процессе, к соответствующему изменению ее температуры. Различают истинную теплоемкость, соответствующую бесконечно малому изменению температуры, и среднюю, относящуюся к конечному изменению температуры.

Теплоемкость, соответствующая бесконечно малому изменению температуры (иначе теплоемкость при данной температуре), называется истинной теплоемкостью:

Cист =

dQ

.

(1.1)

 

 

dT

 

Средней теплоемкостью называется отношение количества тепла, сообщаемого телу при нагревании (или отнимаемого при охлаждении), к изменению температуры:

 

 

=

 

Q

=

 

Q

.

(1.2)

 

C

 

 

 

T

T

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

Различают изобарную теплоемкость (при постоянном давлении Сp),

изохорную теплоемкость (при

постоянном объеме

Сv), теплоемкость

в состоянии насыщения (температура и давление переменны в соответствии с зависимостью давления насыщенных паров от температуры).

Теплоемкость при постоянном давлении Сp больше теплоемкости при постоянном объеме Сv. Для жидкостей разность Сp Сv невелика, а для идеальных газов Сp Сv = R = 8,315 кДж/(кмоль· К).

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

Однако обобщение большого экспериментального материала позволило к сегодняшнему дню иметь серию графиков и справочных таблиц, которые нашли широкое применение в нефтепереработке.

1.1.Теплоемкость некоторых газов

Втабл. 1.1 [1, табл. 2.4], табл. 1.2 [2, табл. X-6; 3, табл. 6.2] и табл. 1.3 [4,

табл. 10] приведены данные по удельной объемной, массовой и мольной теплоемкости некоторых газов при атмосферном давлении и различных температурах.

1.2.Истинные теплоемкости водорода при различных температурах

идавлениях

Истинные теплоемкости водорода при различных температурах

идавлениях, необходимые во многих технологических расчетах, приведены

втабл. 1.4 [5, табл. 5].

Стр. 8

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

9 .Стр

ru).pstu.(elib ПНИПУ ЭБ

 

 

Удельная объемная теплоемкость газов от 0 до t оС при давлении 1 кг/см2

 

Таблица 1.1

 

 

 

 

 

 

Температура,

 

 

Значения средней объемной теплоемкости, ккал/(м3·оС)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

O

N

Воздух

CO

CO

NH

H S

H O

 

SO

 

 

2

2

2

 

 

2

3

2

2

 

2

 

0

0,306

0,312

0,3104

0,301

0,3105

0,384

0,373

0,361

0,356

 

0,415

 

25

0,308

0,312

0,3106

0,310

0,310

0,397

0,380

0,364

0,357

 

0,425

 

100

0,311

0,319

0,3116

0,312

0,3125

0,432

0,400

0,375

0,361

 

0,454

 

200

0,312

0,329

0,3145

0,317

0,3165

0,467

0,433

0,392

0,371

 

0,488

 

300

0,3125

0,340

0,3195

0,323

0,323

0,501

0,467

0,409

0,382

 

0,514

 

400

0,3135

0,350

0,326

0,330

0,330

0,426

0,497

0,428

0,394

 

0,5365

 

500

0,315

0,358

0,333

0,337

0,338

0,546

0,532

0,446

0,407

 

0,553

 

600

0,318

0,365

0,340

0,344

0,3456

0,563

0,562

0,464

0,420

 

0,564

 

700

0,321

0,371

0,347

0,351

0,3524

0,577

0,591

0,480

0,434

 

0,574

 

800

0,325

0,3754

0,353

0,357

0,358

0,589

0,617

0,495

0,447

 

0,581

 

900

0,329

0,380

0,358

0,361

0,3634

0,598

0,642

0,508

0,459

 

0,587

 

1000

0,334

0,383

0,363

0,366

0,368

0,607

0,664

0,520

0,472

 

0,591

 

1100

0,339

0,3865

0,367

0,370

0,3716

0,613

0,683

0,530

0,484

 

0,595

 

1200

0,343

0,3894

0,371

0,373

0,375

0,619

0,701

0,539

0,494

 

0,598

 

1300

0,348

0,392

0,374

0,376

0,378

0,624

0,717

0,5465

0,505

 

0,601

 

1400

0,352

0,395

0,377

0,379

0,380

0,629

0,731

0,553

0,514

 

0,603

 

1500

0,356

0,397

0,379

0,381

0,382

0,631

0,744

0,559

0,522

 

0,605

 

1750

0,366

0,403

0,384

0,386

0,387

0,638

0,770

0,571

0,541

 

0,608

 

2000

0,374

0,410

0,388

0,391

0,390

0,643

0,790

0,580

0,555

 

0,610

 

2250

0,381

0,416

0,391

0,395

0,393

0,647

0,806

0,587

0,568

 

0,612

 

2500

0,387

0,421

0,394

0,398

0,396

0,650

0,818

0,592

0,578

 

0,614

 

2750

0,393

0,425

0,396

0,400

0,397

0,652

0,828

0,596

0,584

 

0,615

 

3000

0,398

0,429

0,397

0,402

0,398

0,654

0,835

0,599

0,590

 

0,615

9

10 .Стр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя массовая теплоемкость газов при постоянном давлении

 

 

Таблица 1.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура,

 

 

 

Значения средней массовой теплоемкости, кДж/(кг·K)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воз-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оС

H

N

O

CO

CO

SO

NH

Cl

2

HCl

H S

SO

CH

C H

H O

NO

 

 

 

2

2

2

дух

 

2

2

3

 

 

2

3

4

2 4

2

 

 

 

0

14,210

1,017

0,917

1,005

1,040

0,821

0,607

2,094

0,479

0,797

0,998

0,594

2,166

1,630

1,855

0,996

 

 

100

14,352

1,042

0,925

1,009

1,042

0,871

0,636

2,188

0,494

0,798

1,021

0,663

2,294

1,840

1,867

0,999

 

 

200

14,452

1,047

0,938

1,013

1,047

0,913

0,662

2,286

0,500

0,799

1,044

0,708

2,458

2,046

1,888

1,002

 

 

300

14,465

1,051

0,951

1,020

1,055

0,950

0,687

2,360

0,505

0,801

1,068

0,746

2,635

2,245

1,913

1,006

 

 

400

14,490

1,059

0,964

1,030

1,066

0,984

0,708

2,451

0,508

0,805

1,091

0,782

2,816

2,440

1,938

1,017

 

 

500

14,520

1,068

0,977

1,040

1,078

1,013

0,724

2,539

0,511

0,809

1,113

0,812

2,991

2,620

1,968

1,028

 

 

600

14,558

1,078

0,990

1,051

1,089

1,042

0,741

2,610

0,514

0,815

1,136

0,838

3,159

2,786

2,001

1,040

 

ЭБ

700

14,604

1,089

1,003

1,061

1,101

1,068

0,754

2,664

0,515

0,820

1,160

0,862

3,321

2,940

2,031

1,051

 

(elibПНИПУ

800

14,658

1,100

1,017

1,071

1,111

1,089

0,766

2,842

0,517

0,826

1,249

0,883

3,485

3,084

2,064

1,062

 

900

14,721

1,110

1,026

1,081

1,122

1,110

0,775

-

0,519

0,831

1,337

0,901

3,636

3,217

2,098

1,073

10

 

 

 

1000

14,792

1,120

1,034

1,091

1,132

1,126

0,783

-

0,520

0,837

-

0,918

3,771

3,341

2,131

1,084

 

.

1100

14,872

1,130

1,042

1,101

1,143

1,143

0,791

-

0,521

0,843

-

-

-

-

2,165

-

 

.pstu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1200

14,955

1,139

1,051

1,110

1,151

1,160

0,800

-

0,523

0,848

-

-

-

-

2,194

-

 

ru)

 

 

1300

15,039

1,147

1,059

1,118

1,160

1,172

0,808

-

0,525

0,854

-

-

-

-

2,228

-

 

 

1400

15,131

1,156

1,063

1,0126

1,168

1,185

0,816

-

0,527

0,860

-

-

-

-

2,257

-

 

 

1500

15,219

1,164

1,072

1,130

1,176

1,197

0,825

-

0,530

0,866

-

-

-

-

2,286

-

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]