Определение теплофизических свойств пиролизного дистиллята

АННОТАЦИЯ

Приведены основные результаты расчетно-экспериментального изучения тепло-емкости и коэффициента теплопроводности пиролизного дистиллята при температурах 20-250 ^оС. Установлено, что в указанном диапазоне температуры численное значение удельной теплоемкости пиролизного дистиллята линейно повышается от 1,822 до 2,855 кДж/(кг·К), а значения его коэффициента теплопроводности падает от 0,1778 до 0,1555 Вт/(м·К) по наклонной прямой. По результатам исследования предложена номограмма для определения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности пиролизного дистиллята в указанном температурном диапазоне.

ABSTRACT

The main results of the computational and experimental study of the heat capacity and thermal conductivity coefficient of the pyrolysis distillate product at temperatures of 20-250 ^оС are presented. It is established that in the specified temperature range, the numerical value of the specific heat capacity of the pyrolysis distillate product increases linearly from 1,822 to 2,855 kJ/(kg * K), and the values of its thermal conductivity coefficient falls from 0.1778 to 0.155 W/(m·K) along an inclined straight line. Based on the research results, a nomogram is proposed for determining the specific heat capacity and thermal conductivity coefficient of the pyrolysis distillate product in the specified temperature range.

Ключевые слова: пиролизный дистиллят, нагревание, охлаждение, температура, плотность, теплофизические свойства, теплоемкость, теплопроводность, номограмма, гидроочистка, гидрирование, проектирование.

Keywords: pyrolysis distillate product; heating; cooling; temperature; density; thermal-physical properties; heat capacity; thermal conductivity; nomogram; hydraulic cleaning; hydrogenation; projecting.

Процессы тепловой подготовки углеводородного сырья, в частности пиролизного дистиллята, связаны с нагреванием или охлаждением материаль-ных потоков в различных технологических стадиях. Организация и ведение этих процессов, выполнение технологических расчетов и проектирование оборудования требуют всестороннего изучения тепловых свойств данного сырья [1]. Поэтому нами, расчетно-экспериментальным путём, определены предельные значения теплоемкости и коэффициента теплопроводности пиро-лизного дистиллята в температурном диапазоне 20÷250 ^оC [2,3], в соответствии с технологическим режимом его тепловой подготовки.

Расчет теплоемкости жидких углеводородов С (кДж/кг·К), в том числе и пиролизного дистиллята, можно определить по формуле [4-7]:

,                                    (1)

с учетом его температуры Т, относительной плотности  и химического состава.

Результаты расчетов теплоемкости пиролизного дистиллята по (1) при температурах 20÷250 ^оС представлены на рисунке 1.

Из рисунка 1 видно, что повышение температуры процесса от 20 до 250 ^оC приводит к линейному росту значения теплоемкости пиролизного дистиллята от 1,822 до 2,855 кДж/(кг·К).

Рисунок 1. Зависимость теплоемкости пиролизного дистиллята С от температуры t

Коэффициент теплопроводности пиролизного дистиллята λ (Вт/м^.К)  зависит от его химического состава, фазового состояния, температуры и давле-ния в технологическом аппарате. С повышением температуры значения коэф-фициента теплопроводности большинства жидких нефтепродуктов, в том числе и пиролизного дистиллята, падает.

Для расчета значения коэффициента λ пиролизного дистиллята исполь-зована формула Крэга-Смита [8,9]:

λ_ср = (156,6/ρ₂₀)[1 - 0,00047(t + Т_о)].                                       (2)

где ρ₂₀ - плотность пиролизного дистиллята при температуре 20 °С; t - температура процесса, °С; Т_о = 273,15 - абсолютная температура, К.

Результаты расчетов значений коэффициента λ пиролизного дистиллята по (2) при температурах 20÷250 ^оС отражены на рисунке 2.

Рисунок 2. Зависимость коэффициента теплопроводности пиролизного дистиллята λ от температуры t

Из рисунка 2 следует, что с повышением температуры процесса величина теплопроводности пиролизного дистиллята падает по наклонной прямой в пределах от 0,1778 до 0,1555 Вт/(м·К).

Результаты расчета показателей теплофизических свойств пиролизного дистиллята показали, что в диапазоне температур 20÷250 ^оС численное значе-ние его удельной теплоемкости находится в пределе 1,822÷2,855 кДж/(кг·К), а коэффициента его теплопроводности - от 0,1778 до 0,1555 Вт/(м·К). Выявлено, что рост температуры процесса в указанном диапазоне приводит к повышению теплоемкости пиролизного дистиллята в 1,56 раза и снижению его теплопроводности в 1,14 раза.

Как известно, номограммы широко применяются при решении многих прикладных задач химической технологии. Точность определения численных значений параметров по номограммам вполне достаточна для выполнения многих инженерных расчетов. Ценными свойствами номограмм являются их доступность, простота, наглядность и быстрота получения результатов [10]. С помощью номограмм также можно выявлять степень влияния одних пара-метров на другие, а также исследовать экстремальные свойства веществ, например, теплоносителей.

С этой целью нами построена номограмма для определения удельной теплоемкости С и коэффициента теплопроводности l пиролизного дистиллята в диапазоне температуры от 20 до 250 ^оС (рис. 3).

Рисунок 3. Номограмма для определения удельной теплоемкости С и коэффициента теплопроводности l пиролизного дистиллята при температурах 20¸250 ^оС

Методика пользования номограммой заключается в следующем. Из произвольной точки в левой шкале, соответствующей заданной температуре процесса t, проводят прямую линию через базовую точку z до пересечения ее с соответствующими шкалами теплопроводности и теплоемкости. Образован-ные точки на этих шкалах указывают на величину искомых значений коэффи-циента теплопроводности l и удельной теплоемкости С пиролизного дистил-лята при заданной температуре t. Например, при температуре пиролизного дистиллята t = 120 ^оС искомые значения показателей равняются: С = 2,33 кДж/(кг^.К) и l = 0,153 Вт/(кг^.К).

Таким образом, приведенные выше графические материалы по опреде-лению удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности пиролиз-ного дистиллята в диапазоне температуры 20¸250 ^оС могут быть использо-ваны при расчетах процессов гидроочистки пиролизного дистиллята и гидрирования промежуточных продуктов, проектировании технологического оборудования для получения из него стабильного моторного топлива, оперативном управлении технологическими процессами и в учебном процессе.

Список литературы:

1. Худайбердиев Аб.А., Хурмаматов А.М. К расчету теплоёмкости угле-водородного сырья // Международный журнал: Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2011. - № 4. - С. 32-35.
2. Исмаилов О.Ю., Худайбердиев А.А., Худайбердиев Аб.А. Определе-ние теплофизических свойств пиролизного дистиллята при температурах 20-250 оС. - Журнал Нефти и газа Узбекистана. - Ташкент, 2019. - № 1. - С. 43-45.
3. Худайбердиев А.А., Исмаилов О.Ю., Шарипов К.К., Раджибаев Д.П. Расчет теплоемкости пиролизного дистиллята // Актуальные проблемы очистки нефти и газа от примесей различными физико-химическими методами: Сборник трудов республиканской НПК. - Карши: Карши ДУ, 27 апреля 2019 г. - С.221-222.
4. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. Учебное пособие для вузов. 2-е изд. - М.: Химия, 2001. - 568 с.
5. Глаголева О.Ф., Капустин В.М., Гюльмисарян Т.Г. и др. Технология  переработки нефти. В 2-х частях. Часть I. Первичная переработка нефти / Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2006. - 400 с.
6. Рабинович Г.Г., Рябых П.М., Хохряков П.А. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник / Под ред. Судакова Е.Н. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 568 с.
7. Худайбердиев А.А. Интенсификация подогрева нефтяного сырья. Монография. - Ташкент: Navroz, 2019. - 213 с.
8. Григорьев Б.А., Богатов Г.Ф., Герасимов А.А. Теплофизические свойства нефти, нефтепродуктов, газовых конденсатов и их фракций / Под общ. ред. проф. Б.А. Григорьева. - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 372 с.
9. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. - М.: Химия, 1980. - С. 254-263.
10. Романков П.Г., Курочкина М. И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности». - Л.: Химия, 1985. - С. 4-7.