Контрольная работа по «Физические и химические процессы в отрасли»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

     Федеральное  государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Институт экономики отраслей, бизнеса и администрирования

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Физические и  химические процессы в отрасли»

 

                                                             

 

 

 

Выполнил студент группы

22 – ЭС – 201

Цымфер Сергей Вольдемарович

Проверил(а) преподаватель

Пыханова Н.В.

 

 

 

Челябинск

2013

Содержание

Задание 1. Теории происхождения нефти.

1. Современный взгляд на происхождение  нефти

2. Теории образования нефти     

  а) гипотеза  Ломоносова 
       б) опыты немецких ученых Г. Гефера и К. Энглера 
      в) опыт Н.Д. Зеленского 
    г) гипотеза русского геолога Н. А. Соколова 
        д) теории академика И.М. Губкина 

Задание 2. Единицы измерения  физических величин и соотношение  меду ними.

Задание 3. Задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 Задание 1. Теории происхождения нефти

Современный взгляд на происхождение  нефти

 

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах  нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ. 
      Наиболее благоприятные условия для формирования нефти – морские, с так называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва, перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки, углеводы и т.д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из-за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль (в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения. 
Весь процесс занимает сотни миллионов лет.

Другие теории образования  нефти

Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о  происхождении нефти, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём тракте «О слоях земных» великий русский  учёный писал, что нефть произошла  из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный  сначала в уголь, а потом в  нефть. М.В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными  ископаемыми – углём и нефтью и выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков. 
 В XIX среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета. Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0%; газы (метан, оксид углерода, водород, сероводород) – 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла. 
 В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н.А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений. 
 Академик В.И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире. 
 Предшественники академика И.М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И.М. Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих.ископаемых. 
 Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад. Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем. 
По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ. 
 И.М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно-растительного происхождения нефти. 
 Последняя теория, детально разработанная И.М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов. 
 Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефти. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть. 
В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т.Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефти, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд. 
 
Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты в битуминозные. 
 Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть.

 

Задание 2. Единицы измерения  физических величин и соотношение  меду ними.

Физическая величина - характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или  процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Индивидуальность понимается в том смысле, что значение величины или размер величины может быть для  одного объекта в определенное число  раз больше или меньше, чем для  другого.

Различают истинное и действительное значения физической величины. Истинное значение - значение, идеально отражающее свойство объекта. Действительное значение - значение физической величины, найденное  экспериментально, достаточно близкое  к истинному значению, которое  можно использовать вместо него.

Измерение физической величины – это совокупность операций по применению технического средства, хранящего  единицу, или воспроизводящую шкалу  физической величины, заключающееся  в сравнении (в явном или неявном  виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения  значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

Различают три вида физических величин, измерение которых осуществляется по принципиально различным правилам.

К первому виду физических величин относятся величины, на множестве  размеров которых определены лишь отношения  порядка и эквивалентности. Это  отношения типа "мягче", "тверже", "теплее", "холоднее" и т.д.

К величинам такого рода относятся, например, твердость, определяемая как способность тела оказывать  сопротивление проникновению в  него другого тела; температура, как  степень нагретости тела и т.п.

Существование таких соотношений  устанавливается теоретически или  экспериментально с помощью специальных  средств сравнения, а также на основе наблюдений за результатами воздействия  физической величины на какие-либо объекты.

Для второго вида физических величин отношение порядка и  эквивалентности имеет место  как между размерами, так и  между разностями в парах их размеров.

Характерный пример – шкала  интервалов времени. Так, разности интервалов времени считаются равными, если расстояния между соответствующими отметками равны.

Третий вид составляют аддитивные физические величины. Аддитивными физическими величинами называются величины, на множестве размеров которых определены не только отношения порядка и эквивалентности, но операции сложения и вычитания. К таким величинам относятся, например, длина, масса, сила тока и т.п. Их можно измерять по частям, а также воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании отдельных мер.

Сумма масс двух тел - это  масса такого тела, которое уравновешивается на равноплечных весах первые два.

Вес объекты окружающего  мира характеризуются своими свойствами. Свойство — философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обуславливает  его различие или общность с другими  объектами (явлениями, процессами) и  обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство — категория качественная. Для количественного описания различных  свойств процессов и физических тел вводится понятие величины. Величина — это свойство чего-либо, которое  может быть выделено среди других свойств и оценено тем или  иным способом, в том числе и  количественно. Величина не существует сама по себе, имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.

Анализ величин позволяет  разделить (рис. 1) их на два вида: величины материального вида (реальные) и  величины идеальных моделей реальности (идеальные), которые относятся главным  образом к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий.

 Реальные величины, в свою очередь, делятся на физические и нефизические. Физическая величина в самом общем  случае может быть определена как  величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым  в естественных (физика, химия) и  технических науках. К нефизическим величинам следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике  и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Классификация  величин.

Физические величины целесообразно  разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного  числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования  таких единиц является важным отличительным  признаком измеряемых ФВ. Физические величины, для которых по тем или  иным причинам не может быть введена  единица измерения, могут быть только оценены. Под оцениванием понимается операция приписывания данной величине определенного числа, проводимая по установленным правилам. Оценивание величины осуществляется при помощи шкал. Шкала величины — упорядоченная  совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерения  данной величины.

Нефизические величины, для  которых единица измерения в  принципе не может быть введена, могут  быть только оценены. Следует отметить, что оценивание нефизических величин  не входит в задачи теоретической  метрологии.

Для более детального изучения ФВ необходимо классифицировать, выявить  общие метрологические особенности  их отдельных групп. Возможные классификации  ФВ приведены на рис. 2.

По видам явлений ФВ делятся на:

• вещественные, т.е. величины, описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий  из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др. Иногда эти ФВ называют пассивными. Для  их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется  сигнал измерительной информации. При  этом пассивные ФВ преобразуются  в активные, которые и измеряются;

• энергетические, т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. К ним  относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными.

Они могут быть преобразованы  в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных  источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени, К этой группе относятся различного вида спектральные характеристики, корреляционные функции  и другие параметры.

По принадлежности к различным  группам физических процессов ФВ делятся на пространственно-временные, механические, электрические и магнитные, тепловые, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и  ядерной физики.

Рис. 2. Классификации физических величин

По степени условной независимости  от других величин данной группы все  ФВ делятся на основные (условно  независимые), производные (условно  зависимые) и дополнительные. В настоящее  время в системе СИ используются семь физических величин, выбранных  в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества. К дополнительным ФВ относятся плоский  и телесный углы. По наличию размерности  ФВ делятся на размерные, т.е. имеющие  размерность, и безразмерные.

 

Задание 3. Задачи.

1. Плотность нефти при температуре 20°С равна 845 кг/м³. Вычислить плотность той же нефти при температуре 5°С (x = 0,000831).

Дано:

r = 20 = 845 кг/м³

х = 0,000831

Найти:

r5 - ?