МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Направление 21.03.01 Нефтегазовое дело

Отделение нефтегазового дела

Специализация – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

ОТЧЕТ

по практической работе № 1

Давление насыщенных паров нефти

Вариант - 5

по дисциплине: Химия нефти и газа

Студент,

группы О-2Б11 В.Д. Бочкарев

(подпись, дата)

Преподаватель

к.т.н., доцент ОНД ИШПР С.Н. Джалилова

_______________

оценка

Томск – 2023

Цель работы: определение состояния системы жидкость-пар. Изучение различных методов определения давления насыщенных паров. Зависимость состояния системы жидкость-пар от температуры и давления.

Теоретическая часть.

Давлением насыщенного пара (ДНП) называют давление, создаваемое парами данного вещества, находящимися в равновесном с жидкой фазой состоянии при определенной постоянной температуре. Давление насыщенных паров создается тепловым движением молекул вещества в паровой фазе при определенной температуре. Давление насыщенных паров вещества – функция температуры. При повышении температуры жидкости давление увеличивается за счет перехода части жидкости в парообразное состояние. С переходом всей жидкости в парообразное состояние давление повышается.

Если давление насыщенного пара равно давлению системы, то соответствующая температура, при которой это равенство имеет место, называется температурой кипения вещества. В частности, если ДНП равно нормальному атмосферному давлению, то температуру, при которой это давление достигается, называют нормальной температурой кипения. Кипение в жидкости наступает, когда температура становится выше, чем температура кипения при данном давлении, или вследствие понижения давления до значений, меньших давления насыщенного пара при данной температуре. Кипение, возникающее в движущейся жидкости вследствие местных понижений давления до давления насыщенного пара, называется кавитацией.

Для того чтобы перевести ненасыщенный пар в насыщенный пар, его надо охладить до точки росы. Благодаря тепловому движению молекул газ (или жидкость) оказывает давление на стенки заключающего его сосуда. Молекулы газа, сталкиваясь со стенками сосуда, передают им некоторый импульс, изменение же импульса тела (за 1 с) определяет действующую на него силу. Если отнести силу, действующую со стороны газа (или жидкости), к единице поверхности стенки, то получим давление Р, оказываемое на стенки сосуда. Давление – это скалярная величина, имеющая размерность напряжения. В системе СИ имеет обозначение Паскаль. (Па).

В общем случае ДНП чистого химического вещества (например, углеводорода) зависит от двух параметров: нормальной температуры кипения этого вещества (физическая константа вещества) и температуры, при которой определяется ДНП (рабочая температура).

Для жидкостей сложного состава, таких как нефть, нефтяные фракции, нефтепродукты, ДНП при определенной температуре является сложной функцией состава и зависит от объема пространства, в котором находится паровая фаза. Поэтому для получения сопоставимых результатов экспериментальные определения необходимо проводить при стандартной температуре и постоянном соотношении объемов паровой и жидкой фаз.

Существует множество экспериментальных способов определения ДНП, однако общие принципы, использованные в них, сводятся к следующим:

• Абсолютный метод с тензиметром

• Измерение абсолютного давления насыщенных паров в бомбе

• Стандартный метод с бомбой Рейда

Основной принцип исследования – измерение давления образца в замкнутой системе при определенных внешних тепловых условиях.

Все расчетные методы определения ДНП в виде номограмм или уравнений в своей основе имеют закономерности, справедливые только для индивидуальных углеводородов, имеющих строго постоянную температуру кипения, и поэтому не учитывают параметра βν (соотношения объемов паровой и жидкой фаз), проявляющего свое влияние для многокомпонентных смесей, каковыми являются нефть и ее фракции. Применение этих методов для нефтепродуктов возможно только, если принять за температуру их кипения среднее значение, а это вносит определенный элемент условности в такой расчет и в точность искомого значения ДНП. К основным расчетным методам относят:

• Уравнение Антуана

• Метод Кокса

Расчетная часть

Задача 1. Вода поступает в насос по всасывающей трубе, работающей под вакуумом. Минимальное абсолютное давление перед входом в насос P= 4кПа. Температура перекачиваемой воды поднялась до 30 °С. Будет ли наблюдаться в этом случае явление кипения?

Решение.

Таблица 1 – Исходные данные.

Tг,0С	Pв, кПа
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	0,61 0,66 0,71 0,76 0,81 0,87 0,93 1,00 1,07 1,15 1,23 1,31 1,40 1,50 1,60 1,70 1,81 1,93 2,06 2,20 2,33 2,48 2,64 2,81 2,99 3,17 3,36 3,56 3,77 4,00 4,21

Так как температура поднялась до 30⁰С, а 4<4,21, то будет наблюдаться кипение.

Ответ: будет наблюдаться кипение.

Аналитическая часть

Для определения кипения или не кипения жидкости при заданных температурах и давлении следует сравнить эти значения, приведенными в таблице. Из теории известно, что кипение будет наблюдаться тогда, когда температура выше температуры кипения или давление насыщенного пара (ДНП) меньше давления «кипения». Система как бы пытается уравнять соотношение ДНП и температуры, прийти в равновесие. В нашем случае рабочее давление ниже ДНП, поэтому в моменте будет наблюдаться кипение, чтобы восстановить ДНП до значений 4,21 и уравнять давление пара и всей системы.

Вывод

Изучены различные методы определения давления насыщенного пара (ДНП). Отмечено, что стандартные методы применимы к чистым индивидуальным веществам. Для многокомпонентных веществ (нефть) вводится параметр _, который учитывает соотношение объемов паровой и жидкой фаз. Определены параметры, при которых жидкость начинает кипеть – при повышении температуры выше температуры кипения или понижении давления ниже ДНП. Проанализировано состояние экспериментальной системы при заданных температурах и давлении. Система будет находиться в кипении.