Производство этанола

Сонымен, тұтқырлық мағынасы мұнай өнімдерінің шашыратылуы мен

айдауын көрсетеді.

Мұнай өңдеуде: динамикалық, кинематикалық, салыстырмалы және

эффективті тұтқырлықтар қолданылады. Динамикалық (абсолютті) тұтқырлық (μ) немесе ішкі үйкеліс, деп нақты сүйықтықтардың қозғалыстағы күштерге кедергі көрсетуін айтады. Демек, бұл қасиет сұйықтықтар үйкелісі кезінде білінеді.

CИ системасында динамикалық  тұтқырлық өлшемі болып 1м2-дегі Ньютон–секунд кедергі есептеледі (H·c/м2). Динамикалық тұтқырлық – салыстырмалы ығысуына сұйықтық тарапына жасалатын кедергіні сипаттайтын көрсеткіш. Бір бірінен 1м. ара қашықтықта орналасқан 1м2 бетті екі сұйықтық қабатының 1м/с жылдамдықпен 1Н. сыртқы күш әсерінен ығысатын сұйықтық кедергісі. Н/м2=Па·с екенін есепке ала отырып, динамикалық тұтқырлықты жие Пакаль·секундпен (Па·сек) немесе миллиПаскаль·секундпен (мПа·с) өрнектейді.

СГС системасында динамикалық тұтқырлық өлшем бірлігі Дин·с/см2.

Бұл өлшем бірлігі «Пуаз» деп аталады (1nуаз=0,1 Па·с).

Кинематикалық тұтқырлық (ν) деп сұйықтықтың динамикалық тұтқырлығының оның тығыздығына сол температурадағы қатынасын атайды.

Кинематикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі м2/с – бұл динамикалық тұтқырлығы 1Н·с/м2 пен тығыздығы 1кг/м3 сұйықтықтың кинематикалық

тұтқырлығы.

Мұнайлар мен мұнай өнімдері шартты тұтқырлықпен көрсетіледі.  Шартты тұтқырлық деп стандартты вискозиметр арқылы 200мл мұнай өнімінің бөлігі бір температурада (Т) ағу уақытының 200С-де 200мл. дистилденген судың ағу уақытына қатынасын есептейді. Шартты тұтқырлық Т температурасында ВУТ шартты белгісімен белгілененіп, градустармен анықталады.

Мұнайлық лабораторияларда тұтқырлықты анықтау үшін арнайы жабдықтар – вискозиметрлер қолданылады. Олардың айырмашылықтары

жұмыс істеу принциптерінде:

а) капиллярлы, капиллярлар арқылы сұйықтықтың аққыштығын анықтауға

    арналған (ВПЖ- типтес  вискозиметрлер);

б) сұйықтықтың белгілі бір көлемінің аққыштығының салыстырмалы

    уақытын анықтаумен  сұйықтық тұтқырлығын анықтайтын  вискозиметрлер

    (ВУ – типті, Энглер және т. б. вискозиметрлер);

в) тұтқырлықты дененің құлау жылдамдығымен немесе қатты дененің

    зерттелетін сұйықтық  тербелісінің тоқтауымен анықтайтын

    вискозиметрлер (Гурвич, Гэпплер және т. б. вискозиметрлер)

Мұнай өнімдерінің тұтанғыштығы тұтану, лап ету және өздігінен тұтану температураларымен бағаланады. Бұл көрсеткіштер мұнай өнімдерініңөртке қауіптілігін сипаттайды және олардың жарылуының төменгі жәнежоғарғы шектерімен тікелей байланысты. Демек, тұтану мұнай өнімібуларының белгілі бір концентрацияларында ауамен жанғыш қоспа түзгендепайда болады.

Лап ету температурасы деп белгілі жағдайларда қыздырылған мұнай

өнімі қоршаған ауамен жалын жақындатқан кезде лап ететін қоспа булары

жеткілікті мөлшерде түзілетін температура айтылады.

Лап ету температурасы бойынша мұнайларда немесе мұнай өнімдерінде жеңіл буланатын көмірсутектердің бар екендігін айтуға болады. Қазіргі уақытта лап ету температурасы майлайтын майлардың, дизельдік отындардың, тракторлық керосиндердің және еріткіш бензиндердің нормаланатын көрсеткіші болып табылады. Жоғары температураларда жұмыс істейтін майлар үшін нормаланатын лап ету температурасы 300-3100С, кейбір трансмиссиялық және индустриалдық майлар үшін бұл көрсеткіш 95-1350С.

Тұтану температурасы деп белгілі жағдайларда қоршаған ауамен ашық

жалын жақындатқан кезде тұтанып, 5 сек. кем емес уақыт бойы жанатын булар мөлшері бөлінетін минималды температура айтылады.

Мұнай өнімдерінің тұтануына атмосфералық қысым мен ауа ылғалдылығы әсер етеді. Неғұрлым атмосфералық қысым жоғары болса,соғұрлым тұтану температурасы төмен болады. Қысымның әрбір 133,3Па өзгеруі тұтану температурасының 0,33-0,0360С-ге өзгеруін туғызатыны анықталды.

Молекулалық масса мұнай және мұнай өнімдерінің негізгі физика-химиялық сипаттамаларының бірі болып табылады. Молекулалық массаның

өлшемі (мөлшері) берілген заттың молекулалары көміртегі 12С изотопының

атомының массасының 1/12 бөлігінен неше есе үлкен екендігін көрсетеді.

Мұнай фракциясының молекулалық массасы мен қайнау температурасы арасында белгілі бір қарым-қатынас бар: неғұрлым молекулалық масса (мұнай фракциясының) үлкен болса, соғұрлым қайнау температурасы жоғары болады. Осы қатынасты ескере отырып Б.М.Воинов мұнай фракцияларының молекулалық массасын (М) анықтауға келесі формуланы ұсынды:

                                               (1.2)

Мұндағы: t–фракцияның орта молекулалық қайнау температурасы, 0С; a,b және с–коэффициенттер.

Соның ішінде парафинді көмірсутектер үшін Б.М.Воинов формуласы келесідей:

М=60+0,3t+0,001t2

Мұнай өңдеу зауыттарының аппараттарын технологиялық есептеу

кезінде мұнай және мұнай өнімдерінің жылу сыйымдылық, булану және конденсация жылуы, энтальпия, жану жылуы және т.б. ескеру қажет болады.

Заттың меншікті жылу сыйымдылығы дегеніміз 1кг затты 1ºС температураға қыздыруға қажетті жылу мөлшері. Өзіндік жылу сыйымдылығы анықталатын температураға байланысты. Өзіндік жылу сыйымдылығының СИ жүйесіндегі өлшем бірлігі - Дж/(кг·К), сәйкесінше - кДж/(кг·К), МДж/(кг·К).

Булану жылуы сандық жағынан конденсация жылуына тең. Булану жылуының өлшем бірлігі СИ жүйесі бойынша – Дж/кг, неғұрлым жие қолданылатын еселік бірліктер – кДж/кг, МДж/кг. Мұнайлық фракция көмірсутектер қоспасы болғандықтан, қандай да бір белгілі температурада

қайнамайды, оның қайнауы температуралар интервалында өтеді. Сондықтан

жылу тек қана буландыруға жұмсалмайды, жылу қоспа температурасын өсіруге де жұмсалады.

Мұнай өнімдерінің булану жылуы судың булану жылуынан төмен, бұл

мұнай және газ өңдеу технологиясында өте маңызды. Жеңіл мұнай өнімдерінің орташа булану жылуы 250-340кДж/кг, ауыр мұнай өнімдері үшін – 160-220кДж/кг құрайды. Кейбір мұнай өнімдерінің булану жылуы (L) көрсеткіштері

келесідей:

                                                                         L, кДж/кг

                                 Бензин                               293-314

                                 Керосин                            230-251

  Май                                167-219

Сұйық мұнай өнімдерінің энтальпиясы 1кг өнімді 0ºС температурадан

берілген температураға дейін қыздыруға қажетті жылу мөлшері. Берілген температурадағы булар энтальпиясы деп затты 1ºС температурадан берілген

температураға дейін сол температурадағы булану мен буларды қыздыруға жұмсалатын жылуды ескергендегі мөлшерін айтады. Энтальпия кДж/кг-мен

өлшенеді.

Сұйық мұнай өнімдерінің энтальпиясын анықтауға келесі теңдеу қолданылады (кДж/кг):

Қосымша 20-да [9] сұйық мұнай өнімдерінің температураға байланысты энтальпиялары (а) мәндері келтірілген.

Атмосфералық қысымда мұнай өнімдері буларының энтальпияларын анықтау үшін келесі теңдеу қолданылады (кДж/кг):

Қосымша 21-де [9] мұнай өнімдері буларының температураға байланысты энтальпиялары (а) мәндері келтірілген.

Газдар үшін жылу сыйымдылық тұрақты қысымда анықталатын (изобаралық жылу сыйымдылық) з сжәне тұрақты көлемде анықталатын (изохоралық жылу сыйымдылық) v с болып бөлінеді. Идеал газдардың жылу

сыйымдылықтары өзара келесідей қатынаспен байланысқан:

мұндағы о-индексі қалыпты қысымды көрсетеді.

Газдар жылу сыйымдылығы қысымға аз байланысты, сондықтан әдетте бұл көрсеткішті ескермейді. Температура өсуімен газдар жылу сыйымдылығы өседі, бірақ бұл көрсеткіш сұйық мұнай өнімдерімен салыстырғанда елеусіз

болады.

Энтальпия. Берілген температурадағы газдар немесе булар энтальпиясы сандық зат бірлігі мөлшерін Т1температурадан Т2 температураға дейін, булану жылуы мен газдар немесе буларды аса қыздыруға жұмсалатын жылуды ескере отырып, қыздыруға жұмсалатын жылу мөлшеріне тең.

Идеал газдың энтальпиясы температураТмен атмосфералық қысым жағдайында келесі формула бойынша есептеледі:

мұндағыА, В, С, Д-коэффициенттер, мәндері кесте 3.3-те берілген [8].

Жану жылуы. Жану жылуы деп отын жанған кезде бөлінетін жылу мөлшерін айтады. СИ жүйесінде өзіндік жану жылуын кДж/кг-мен өлшейді.

Технологиялық есептеулерде кейде молярлық (кДж/кмоль) және көлемдік (кДж/м3) жану жылуы қолданылады. Жану жылуы жоғарғы және төменгі жану жылуы болып бөлінеді. Жоғарғы жану жылуы түтін газдары суыған кезде бөлінетін, сонымен қатар жану кезінде түзілетін су булары конденсациясы жылуын ескереді, ал төменгі жану жылуы ескерілмейді. Тәжірибеде жану өнімдері әдетте су буы конденсациясы температурасына дейін суытылмайды, сондықтан есептеулер кезінде төменгі жану жылуы( )қолданылады. Ол отынның жұмысшы құрамына есептеледі. Қалыпты жағдайлардағы кейбір газдардың жану жылуы кесте 3.5-те берілген [8].

Жанғыш газдардың жану жылуы аддитивтілік ережесі бойынша анықталады:

Жазғы сорттарда қаныққан булар қысымы 0,066МПа (500мм рт.ст) жоғары болмау керек. Бензиндердің қысқы сорттарының қысымы 0,066-0,093МПа (500- 700мм сын.бағ.) болу керек.

Су, спирт сияқты біртекті заттардың белгілі бір қату температурасы

болады. Мұнай өнімдері – біртекті емес заттар, сондықтан олар бірден

қатпайды, олар біртіндеп қатады, әрі біртіндеп балқиды.

Қату температурасы мұнай өнімі құрамындағы парафин мөлшеріне

байланысты: неғұрлым парафин көп болса, соғұрлым жоғары температураларда мұнай өнімі қатады. Мысалы, Грозныйда өндірілетін парафинді мұнай +120С қата бастайды, ал одан алынған мазут +360С қатады, өйткені мазут құрамында парафин мөлшері мұнайға қарағанда жоғары болады.

Қату температурасы – отынның жылжығыштық қасиетін жоғалтатын

температура болып есептеледі.

Лайлану температурасы – отынның бір қалыптылық фазасы жоғалатын температура. Әрі қарай салқындату нәтижесінде қатты фаза мөлшері, парафин кристалдары өседі де отын жылжығыштық қасиетін жоғалтады.

Дизельдік отынның жазғы сорттары үшін лайлану температурасы -50С-

ден төмен болмауы керек, ал қысқылар үшін -25...-300С. Егер отын құрамында су болса, ол 0...10С–де лайланады. Қату температурасы лайлану

температурасынан 5-100С төмен болу керек.

Өндірістік жағдайларда отынды тек қоршаған орта температурасы

лайлану температурасынан жоғары болған жағдайда пайдалануға болады. Егер қыста жазғы отынды пайдаланса, тұнатын парафин кристаллдары қоректену системасын жауып тастайды. Әсіресе «жұқалап» тазалау фильтрлерін, отын берілуі тоқтатылады немесе бұзылады.

Электрлік қасиеттері. Таза мұнай өте жақсы электроизолятор. Температураның өсуімен мұнайдың электр өткізгіштігі күрт өседі. Мұнайдың жылулық қасиеті жылу бөлгіштігі 10400-11000ккал/кг. Неғұрлым мұнайдың салыстырмалы тығыздығы төмен болса, соғұрлым оның жылу бөлгіштік қасиеті жоғары болады.

Іштен жану двигательдерінің отыны бензиннің фракциялық құрамы (булануы) отынның жануының толықтығын, двигательдің тұтануының

жеңілдігі мен сенімділігін, жылыту ұзақтығын, детальдардың тозу мүмкіншілігін толық анықтайды.

Бензиннің булануы оның фракциялық құрамымен анықталады.

Ең маңызды нүктелер отынның сұйық күйден газ тәріздес күйге ауысуын анықтайтын және бензиннің 10, 50 және 90%-нің қайнап кетуін көрсететін қайнаудың басталу және қайнаудың аяқталу нүктелері болып есептеледі.

Бензиннің 10%-ы қайнап кететін температура оның оталу қасиеттерін көрсетеді. Неғұрлым ол төмен болса, соғұрлым двигатель тез әрі жеңіл тұтанады. Дегенімен 10%-ның қайнап кету температурасы өте жоғары немесе

өте төмен болса, двигательдің от алуы қиындайды.

Автомобиль бензиндерінің әр түрлі маркалары үшін бұл нүкте 700С-900С аралығында ауысып тұрады.

50%-ы қайнап кететін  температура двигательдің қабылдағыштығын  қамтамасыз етеді, демек двигатель  жұмысының бір жұмыс режимінен  келесі

режимге ауысу кезіндегі бір қалыптылығы мен тұрақтылығына жағдай

жасайды.

Бензиннің жеңіл фракциялары (қайнай бастаудан буланғанға дейін 10%

отын жанады) оталдырғыш (пусковые) деп аталады, олардың кейбір мөлшері

двигательді оталдырып жылытуға қажет. Егер бензинді дұрыс жабылмайтын

резервуарларда, бактарда сақтаса, оның жеңіл фракциялары ауаға буланып

кетеді де, оталдыру қасиеті күрт төмендейді.

10-90% отынның жануына керекті  температуралар интервалы отынның

негізгі бөлімінің қайнай бастауы деп белгілейді де жұмыс фракциясы деп

аталады.

Стандарт бойынша жұмыс фракциясы 50% отынның қайнай бастау

температурасымен алынады. Неғұрлым сол температура төмен болса, соғұрлым двигатель жұмысы тұрақты болып келеді.

90% отынның қайнай бастау  мен қайнау аяғына дейін ауыр  өмірсутектер буланады, олар ақтық бөлік деп аталады.

Іштен жану двигательдеріне арналған отындардың негізгі қасиеттерінің

бірі болып антидетонациялық қасиет саналады.

Қысым (сжатие) кезеңінің соңында, «свеча» арқылы ұшқын берілгенде,

жалыналды (предпламенная) тұтану реакциясы жүреді де, қызба (запальная)

«свечасы» жанында жану камерасындағы жұмыс қоспасының жануы

басталады. Қалыпты жұмыс жағдайында жалын ұшу жылдамдығы 25-35м/с.

Жану жылдамдығы температура мен қысымның өсуімен өседі және жұмыс

қоспасын аздап байытқанда өседі (α≈0,95). Жұмыс қоспасының байытылуы мен кедейленуі жану жылдамдығын азайтады: бірінші жағдайда оттегі мөлшерінің жетіспеушілігінен, екіншіде – оттегінің көптігінен жылудың кейбір мөлшерін реакцияға түспеген азот пен оттегіні қыздыруға жұмсалады.

Қалыпты жағдайда жану жылдамдығы жану мезгілі бойында бірдей болады да, двигатель цилиндріндегі жану өнімдерінің өсуіне байланысты қысым да өседі.

Поршень төмен қозғалады да, жану өнімдерімен толған көлем өседі,