Критические и приведенные параметры

При определенных значениях температуры и давления двухфазная система (жидкость-пар) может переходить в однофазную (пар), которая характеризует критическое состояние вещества (критическую точку). В критической точке плотность жидкости и её насыщенного пара становятся равны, а поверхностное натяжение жидкости падает до нуля, потому исчезает граница раздела фаз жидкость-пар. Для смеси веществ критическая температура не является постоянной величиной и зависит от состава смеси.

Критическая температура вещества Ткр — температура, выше которой вещество может находиться только в газообразном состоянии.

Критическое давление вещества Ркр — давление насыщенных паров вещества в критической точке.

Критический объем — удельный объем, занимаемый веществом, в критической точке.

Как для чистых веществ, так и для смесей критические параметры являются важными величинами, лежащими в основе методов расчета многих теплофизических свойств.

Приближенно критические параметры нефтяных фракций определяют с помощью графика (см. Прил. 12) по известным молекулярным массам, средним температурам кипения и относительной плотности.

Для расчета критических параметров (Ткр, Ркр) можно использовать эмпирические формулы.

(К);

(Па),.

где ;

.

t10, t70 — температуры отгона 10 и 70% нефтепродукта по ГОСТ 2177–82, °С.

Критическую температуру можно рассчитывать по упрощенной формуле.

.

Критические температура и давление нефтепродукта являются параметрами усредненными. Их называют также псевдокритическими (Тпкр и Рпкр), и можно найти по графику (см. Прил. 12) в зависимости от молекулярной массы фракции и характеристического фактора К.

При расчетах тепловых и других свойств нефтепродуктов применяют так называемые приведённые температуру и давление.

Приведённой температурой Тпр называют отношение температуры вещества Т к его критической температуре Tкр.

;

Приведённым давлением (Рпр) называют отношение давления P в системе, в которой находится нефтепродукт, к его критическому давлению Ркр:

.

Пример. Керосиновый дистиллят самотлорской нефти имеет фракционный состав: 10% - 132 °C, 50% - 180 °C, 70% - 203 °C. Его плотность, молекулярная масса М=156. Рассчитать критические температуру и давление дистиллята.

Решение. Критическую температуру находим по формуле (1.38), предварительно подсчитав и константу а:

.

Примем вместо Тср.мол. температуру 50% отгона (в Кельвинах). Тогда а=(1,8180+132)0,7984=364,4.

Ткр=355+0,97 364,4−0,49 364,42=643,4 К.

Критическое давление найдем по формуле (1.39), определив предварительно константу Кр:

;

.

Пример. Определить Рпр и Тпр для углеводорода, tср.мол.=200 °С, при 210 °C (483 К), давление — 0,6 МПа.

Решение: По известным величинам (средней температуре кипения и плотности) находим (см. Прил. 12) значения Ткр и Ркр. Получим Ткр=673К; Ркр=2,7МПа. Находим значение приведённых констант.

.