Главное меню

Главная Топливо для двигателей Реактивные и дизельные топлива Температура кипения и давление паров топлив
Температура кипения и давление паров топлив

Температура кипения и давление паров топлив

Жидкость начинает кипеть тогда, когда давление паров нагре­ваемого вещества становится равным давлению окружающей ат­мосферы. Для углеводородных, в том числе топливных смесей, ис­пользуется парамер, характеризующий пределы выкипания.

Па основе температуры кипения и изменения давления насы­щенных паров топлив в зависимости от температуры устанавли­вают технологический режим их получения, рассчитывают объем и производительность заводской аппаратуры, разрабатывают ус­ловия хранения, перекачки и транспортирования топлив и, нако­нец, осуществляют рациональный, наиболее эффективный, с точ­ки зрения максимального использования энергетических возмож­ностей, процесс их сжигания в системе двигателя. Поэтому знать температурные пределы выкипания, характер испарения нефтяных топлив и составляющих их углеводородов весьма важно.

С увеличением давления окружающей среды температура ки­пения жидкости возрастает. На рис. 31 показано повышение температуры кипения топлив ТС-1 и Т-1 при различной степени испарения с увеличением давления до 21 кГ/см2.

Влияние давления на температуру выкипания топлив

Как видно из рисунка, с увеличением давления температура выкипания 95% топлива ТС-1 возрастает с 240 до 510 °С, а для Т-1 —с 275 до 550 °С, т. е. более чем вдвое. Из этих данных сле­дует, что с повышением давления тяжелые фракции топлив испа­ряются менее интенсивно, чем при низких давлениях. С пониже­нием давления окружающей среды температура кипения жидкости понижается. В связи с этим желательно, чтобы авиационные топ­лива обладали возможно меньшим давлением насыщенных паров, поскольку оно будет возрастать по мере увеличения высоты поле­та вследствие увеличения разреженности атмосферы, с которой сообщается топливо в баке. Повышенное испарение авиационного топлива из баков самолета приведет к увеличенной его потере, а следовательно, к сокращению продолжительности полета. Чрез­мерно интенсивное парообразование в баке с топливом затруднит подачу насосами топлива в зо­ну сгорания. Кроме того, в этих условиях из-за опасности воспламенения образующихся паров топливо-воздушной смеси требуются дополнитель­ные противопожарные меры.

Для авиационных бензинов давление насыщенных паров при 37,8 °С и атмосферном дав­лении составляет 220—340 мм рт. ст., для автомобильных 200—500 мм рт. ст., а для ке­росинов менее 10 мм рт. ст.

Избежать потерь реактивно­го топлива широкого фракци­онного состава (Т-2, IР-4) можно предварительным его охлаждением до температуры, при которой даже в условиях пониженного давления испаре­ние его будет минимальным. Предварительное охлаждение такого топлива до —21°С поз­волило избежать потерь на сравнительно больших высотах.

Представление о потерях топлива из баков самолета на высоте можно получить из данных, приведенных в табл. 32.

Из табл. 32 видно, что поте­ри топлива на высоте сильно возрастают с увеличением темпера­туры топлива на поверхности земли.

На больших высотах потерь топлива, имеющего большое дав­ление насыщенных паров, можно избежать не только предвари­тельным охлаждением его на земле, но и созданием над ним из­быточного давления. Для топлив, приведенных в табл. 32, это давление на высоте 18 300 м должно быть не менее давления его паров, составляющего 0,35 ат. Однако создание такого давления связано с конструктивными и эксплуатационными трудностями, например с утяжелением топливных баков. Если же из топлива удалить легкие фракции, то в результате изменения его фракционного состава ухудшатся некоторые его эксплуатационные, в том числе и огневые свойства. Из изложенного выше следует, что дав­ление насыщенных паров перспективных авиационных реактивных топлив должно быть насколько возможно ниже.

Потери авиационного топлива на высоте 18300м

То обстоятельство, что с понижением давления понижается температура кипения вещества, широко используется в технике, в частности для разделения высококипящих соединений. При этом весьма важно знать, как изменяется температура кипения жид­кости с понижением давления. Это изменение зависит от хими­ческой природы вещества и степени ассоциации его молекул при нагреве.

Рекхард на основе математической обработки полученных данных предложил воспользоваться константой b, являющейся мерилом степени ассоциации молекул перегоняющего вещества:

где b — константа при нормальном давлении; bp — константа при заданном пониженном давлении Р; ts— температура кипения ве­щества при нормальном давлении; tp — то же при заданном дав­лении Р.

Для каждого класса соединений константа b оказалась харак­терной величиной. Для сильно ассоциированных веществ с гид- роксильной группой (кислоты, фенолы, спирты) константа нахо­дится в пределах от 0,17 до 0,16 (с точностью до ±5%). Для слабо ассоциированных веществ (алифатические, ароматические углеводороды, галогениды, азот- и сероорганические соединения, эфиры, альдегиды, кетоны) константа b находится в пределах от 0,19 до 0,20. В равных условиях большее значение b отвечает бо­лее высокой температуре. Например, для воды при температуре от 0 до 100 °С значение b равно 0,167, а при критической темпе­ратуре достигает 0,18.

Ниже приводятся средние значения b для различных классов соединений при любой температуре:

Для определения температуры кипения при пониженных дав­лениях топлив, углеводородов и других химических соединений составлена номограмма (рис. 32). На левой стороне номограм­мы обозначена температура кипения (4 в СС) жидкости при нор­мальном давлении, на правой шкале — заданное пониженное дав­ление (в мм рт. ст.). В середине номограммы сетка универсально­го назначения, на которой определяется температура кипения ве­щества при пониженном давлении с учетом характерной констан­ты Ъ. Для практических целей предлагается упрощенная номо­грамма (рис. 33) при константе 6 = 0,18. Эта номограмма не дает большой точности и 'пригодна для соединений неизвестного состава.

Универсальная нмограмма для определения температуры кипения вещества при пониженом давлении

Номограмма для определения температуры кипения веществ при пониженом давлении

При помощи номограмм, изображенных на рис. 32 и 33, можно определить: 1) температуру кипения соединения при нормальном давлении зная температуру его кипения при пониженном дав­лении; 2) температуру кипения соединения при пониженном дав­лении 1Р, зная температуру кипения при нормальном давлении; 3) давление паров соединения с известной температурой кипения при нормальных условиях; 4) константу b.

Зависимость между температурой кипения и давлением паров лучше всего описывается уравнением Антуана:

P — абсолютное давление, мм рт. ст.; Т — абсолютная темпе- «ратура, °К; А, В, С —постоянные константы, характеризующие углеводороды (соединение).

Для определения давления паров нормальных алканов С4—С29 (в пределах от —20 до +240СС) построена номограмма со шка­лой от 1 до 90 мм рт. ст..

Для определения давления насыщенных паров индивидуаль­ных углеводородов и их смесей пользуются различными методами и приборами, в том числе такими, для которых достаточно иметь 5 г образца.

Для авиационных бензинов Бударов предложил эмпириче­скую формулу и на ее основе составил номограмму зависимости температуры кипения смеси углеводородов (температуры образо­вания паровых пробок tп.пр. в топливной системе двигателя) от атмосферного давления и от давления насыщенных паров топлив при 38 °С (рис. 34).

Номограмма зависимости температуры кипения углеводородов от атмосферного давления и от давления насыщенных паров при 38 С

Зная давление насыщенных паров топлива при одной темпе­ратуре, можно определить температуру топлива при другом (за­данном) давлении насыщенных паров по номограмме (рис. 35).

Номограмма для определения давления насыщенных паров топлив при изменяющихся температуре и давлении

Для сложных и многокомпонентных топливных смесей часто нужно знать среднюю температуру кипения. В наиболее простом случае эту величину принимают равной температуре выкипания 50% объема топлива при стандартной разгонке. Если необходима большая точность, среднюю температуру кипения подсчитывают как средневзвешенную величину, получаемую от деления суммы произведений теплоемкостей и температурных пределов выкипа­ния узких фракций (10—20 °С), составляющих топливо, на сред­нюю теплоемкость топлива:

где tср — средняя температура кипения топлива, °С; t0— темпера­тура начала кипения топлива, °С; t1, t2, t3tк-1 —температуры кипения отдельных фракций, °С; tк— температура кипения послед­ней фракции, °С; с1 с2, с3, ... ск— теплоемкость топлива в интер­вале температур t0t1, t1t2, t2t3tk-1 - tk, ккал/(кг • град); сср. — средняя теплоемкость топлива, кипящего в интервале тем­ператур t0tk, ккал/(кг•град).

Теплоемкость топливных фракций подсчитывается по формуле:

где ? плотность фракции топлива при 15 °С, г/см3; t — темпера­тура, при которой определяется теплоемкость, °С.

Зная среднюю абсолютную температуру кипения для топлива при нормальном давлении, можно ее пересчитать с точностью до 14% для повышенного давления по формуле:

где Тср. — средняя температура кипения топлива (керосина) при давлении Р, °К; Tcp.0— средняя температура кипения топлива при давлении 760 мм рт. ст., °К; Т0 — температура кипения гексана 68,74 °С при 760 мм рт. ст.; Р — давление, при котором опреде­ляется средняя температура кипения топлива, мм рт. ст.