石油讲义3讲述

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1、* -1- 第三章 石油及油品的物理性质 1蒸气压压、沸程和均沸点 2密度、相对密度、特性因数 3油品的粘度 4临界性质、压缩因子及偏心因子 5热性质 6其他物理性质 * -2- 1蒸气压、沸程和均沸点 蒸气压压 沸程 均沸点 * -3- 一、蒸气压 蒸气压压是在某一温度下一种物质质的液相与其上方的气 相呈衡状态时态时 的压压力，也称饱饱和蒸气压压。 1纯烃纯烃 的蒸气压压 2烃类烃类 混合物及石油馏馏分的蒸气压压 * -4- 纯烃的蒸气压 当体系的压压力不太高，液相的摩尔体积积与气相的摩尔体积积相比可 以忽略，且温度远远高于其临临界温度，气相可看作理想气体时时，纯纯 化合物的蒸气压压与温度间

2、间的关系可用下列Clapeyron-Clausius方 程表示： （3-1） 式中 HV 摩尔蒸发热，J/mol； R摩尔气体常数，8.314 3J/(molK)； T温度，K； p化合物在T时的蒸气压，Pa。 * -5- 当温度变化不大时， HV可视为常数，则可将上式积分得到： （3-2） 或 （3-3） 即lnp与1/T之间呈线性关系。 在实际应用中，常用经验的或半经验的方法来求定纯烃的 蒸气压，其中比较简便的如下列Antoine方程： （3-4） 式中的A，B，C常数随烃类而异，可从有关数据手册查得 ，此式的使用范围为1.3200kPa。 * -6- 当已知烃类的临界性质和偏心因子时，建

3、议用下式计算其蒸气压。 （3-5） 关联项的计算式如下： （3-6） （3-7） 式中 对比蒸气压， 蒸气压，kPa； 临界压力，kPa； 关联项； ， / * -7- 偏心因子； 对比温度 ； T 温度，K； Tc 临界温度，K。 此式仅适用于非极性化合物，限制对比温度要大于0.3，且不 能用于冰点以下温度。当对比温度大于0.5时本法最为可靠。 * -8- 烃类混合物及石油馏分的蒸气压 当体系压力不高，气相近似于理想气体，与其相衡的液相近似于 理想溶液时，对于组分比较简单的烃类混合物，其总的蒸气压可用 DaltonRaoult定律求得： 式中 p，pi分别为混合物和组分i的蒸气压， Pa；

4、衡液相中组分i的摩尔分率。 * -9- 对于沸点范围较窄的石油馏分（指实沸点蒸馏温度差小于30 的馏分），可根据其特性因数K和均沸点由图3-1及图3-2用试差 法求定，也可用下列各式用迭代法计算其蒸气压： 当蒸气压 （X0.0022）时， （3-8） 当0.27kPa 101.3kPa（0.0013X0.0022）时， （3-9） 当 101.3kPa (X5000.92210.96981.00200.9820 原油0.85540.80050.94950.9492 原油基属石蜡基中间间基环烷环烷 中间间 基 环烷环烷 基 * -35- 表3.2为为原油及其馏馏分相对对密度的一般范围围，显显然沸

5、程愈高的 馏馏分其相对对密度愈大。 表3.2中大庆庆、胜胜利、孤岛岛、羊三木4种原油各馏馏分的相对对密 度数据表明，不同原油的相同沸程的馏馏分的相对对密度是有相当差 别别的，而且是与原油的基属有关，其大小顺顺序为为：环烷环烷 基的中 间间基的石蜡基的。显显然，这这是由其族组组成所决定的。环烷环烷 基原 油的馏馏分中环烷烃环烷烃 及芳香烃烃含量较较高，所以其相对对密度也较较大 ，而石蜡基原油的相应馏应馏 分中则烷烃则烷烃 含量较较高，因而其相对对密 度较较小。 表3.2和表3.3还还表明，石油中各馏馏分的相对对密度是随其沸程的 升高而增大的 * -36- 二、特性因数(K) 特性因数K 值又称W

6、atson K值或UOP ( Universal Oil Products Co.)K 值，它是油品的均沸点和相对密度的函数，其具体关系如下式： （3-32） 式中T为油品均沸点的绝对温度 (K)，此处的T现一般使用中均沸点。 除特性因数 K 外，相关指数 BMCI (即美国矿务局相关指数，U.S. Bureau of Mines Correlation Index 的略写) ，也是一个与相对密度及沸点相关联的指 标，其定义如下式： （3-33） 对于烃类混合物，式中的 tV 为体积均沸点 ()；对于纯烃，tV 即为其 沸点 ()。 * -37- 表3-4的数据表明，正构烷烃的相关指数最小，基

7、本为0，芳香烃的相关指数 最高 (苯的约为100)，环烷烃的相关指数居中(环己烷的约为52)。换言之，油 品的相关指数越大表明其芳香性越强，相关指数越小则表示其石蜡性越强，其 关系正好与特性因数K值的相反。相关指数这个指标广泛用于表征裂解制乙烯原 料的化学组成。 表3-5所列为各种原油窄馏分的特性因数和相关指数。表3-5中还列有各 种原油窄馏分的粘重常数 ( Viscosity-gravity constant，简称VGC)，其定义 为： 式中的 为37.8时油品的赛氏通用粘度(SUS)。粘重常数也是一种表征 油品化学组成的参数，烷烃的粘重常数较小，而芳香烃的粘重常数较大。 （3-34） *

8、-38- 表3-4 烃类的特性因数（K）和相关指数（BMCI) * -39- 表3-5 各原油实沸点蒸馏窄馏分的物性参数范围 原油 特性因数 （K） 相关指数 （BMCI） 粘重指数 (VGO) 原油基属 大庆庆12.012.617240.780.81石蜡基 华华北11.912.514330.760.83石蜡基 中原11.712.617290.760.81石蜡基 新疆11.812.419320.710.83石蜡-中间间基 胜胜利11.212.214390.810.85中间间基 辽辽河11.411.928470.840.88中间间基 孤岛岛11.111.736570.820.88环烷环烷 -中间

9、间基 羊三木11.111.749620.820.90环烷环烷 基 * -40- 图3-6 石油馏分特性因数和相对分子质量图 * -41- 三、均相对分子质量 1均相对对分子质质量的定义义 数均相对对分子质质量 是依据溶液的依数性(冰点下降、沸点上升等)来进进行 测测定的。它的定义义是：体系中具有各种相对对分子质质量的分子的摩尔分率与其 相应应的相对对分子质质量的乘积积的总总和，也就是体系的质质量除以其中所含各类类分 子的物质质的量 (摩尔) 总总和的商，具体可由下式表达： （3-35） 式中 nii组分的摩尔分率； Mii组分的相对分子质量； Nii组分的物质的量，mol； Wii组分的质量，

10、g。 * -42- 重均相对对分子质质量 是用光散射等方法测测定的。其定义义是体系中 具有各种相对对分子质质量的分子的质质量分率与其相应应的相对对分子质质量Mi 的乘积积的总总和，具体可表示如下： （3-36） * -43- 2石油馏馏分均相对对分子质质量的近似计计算方法 (1) 改进的Riazi关联式 （3-37） (2) 寿德清一向正为关系式 （3-38） 式中的T为中均沸点(K)，K为特性因数，为20密度(g/cm3)。 式中T为石油馏分的中均沸点(K)，S为 。 * -44- 当两种或两种以上油品混合时，混合油品的均相对分子 质量可用加和法计算： （3-39） 式中 混合油和组分油i的

11、相对分子质量； 组分油i的质量。 * -45- 3石油及其馏馏分的均相对对分子质质量 由表3-6可见，其各馏分的均相对分子质量是随其沸程 的上升而增大的。当沸程相同时，各原油相应馏分的均相对分 子质量还是有差别的。 石油各馏分的均相对分子质量有个大致的范围，如表3- 7所示。汽油馏分的均碳数约为8，其均相对分子质量为100 120；轻柴油馏分的均碳数约为16，其均相对分子质量约为 220240；减压馏分的均碳数约为30，其均相对分子质量约 为370400；减压渣油的均碳数约为70，其均相对分子质量 约为1000。 * -46- 表3-6 几种原油馏分的相对分子质量分布 沸点范围围，大庆庆原油胜

12、胜利原油欢欢喜岭原油 200250193180185 250300240205190 300350270244234 350400323298273 400450392374337 450500461414362 500112010801030 原油基属石蜡基中间间基环烷环烷 基 * -47- 表3-7 石油各馏分的均相对分子质量 馏馏 分 沸点范围围，碳数范围围均碳数均相对对分子质质量 汽油馏馏分500C35约约709001100 * -48- 3 油品的粘度 粘度是评评定油品流动动性的指标标。粘度值值就是用以表示流 体运动时动时 分子间间摩擦阻力大小的指标标 * -49- 一、粘度的单位

13、1动力粘度() 原油的粘度常用动力粘度表示，动力粘度又称绝对粘度， 它是由下列牛顿方程式所定义的： （3-40） 式中 F作相对运动的两流层间的内摩擦力(剪切力)，N； A两流层间的接触面积，m2； 两流层间的相对运动速度，m/s； 两流层间的距离，m； 流体内摩擦系数，即该流体的绝对粘度， 。 * -50- 绝对粘度不随剪切速度梯度 的变化而变化的体系称为牛顿体系，其绝 对粘度在一定温度下为一定值；如其绝对粘度不是定值而是随 的变化 而变化时，此体系称为非牛顿体系。在过去所用的制中，绝对粘度()的单 位是泊(P，poise)，其百分之一是厘泊(cP，centipoise)，在现用的SI制中

14、它的单位是Pa.S ，这两者的关系是： 2运动粘度() 在石油产品的质量标准中常用的粘度是运动粘度，它是绝对粘度 与相同温度和压力下该液体密度之比，即 （3-41） 在制中运动粘度是斯(或称沲，Stoke)，其百分之一为厘斯(或厘沲 ，cSt，centistoke)，现按 SI 制改以 mm2/s 为单位，这两者的关系是： * -51- 3条件粘度 具体的条件粘度有下列几种： (1)恩氏粘度(Engler Viscosity) 它是以油品从恩氏粘度计中流出200mL的时间与同样体积的 水在20时流出的时间之比值(条件度，E)作为指标。 (2)赛氏粘度(Saybolt Viscosity) 它是

15、以60mL油品从赛氏粘度计中流出时间(s)作为指标。具 体尚有赛氏通用粘度(Saybolt Universal Viscosity，单位为SUS)。 (3)雷氏粘度(Redwood Viscosity) 英国采用的是雷氏粘度，它是以50mL油品从雷氏粘度计中流出 的时间(s)作为指标的。 这几种粘度之间的近似比值为： 运动粘度(mm2/S)：恩氏粘度(条件度，E)：赛氏通用粘度(SUS) ：雷氏粘度(RIS)=1：0.132：4.62：4.05。 * -52- 二、粘度的测定方法 最常用的运动粘度的测定方法是毛细管粘度计法(GB265)。当油品在层 流状态下流经毛细管时，其流动状态符合下列关系式： （3-42） 式中 Q/t单位时间内的体积流量； p两端压差； R毛细管的半径； l毛细管的长度； 流体的绝对粘度。 对于一定型式的粘度计，油品的运动粘度是与一定体积的该油品流 经毛细管的时间(t)成正比的，即， （343） 式中的c是粘度计常数(mm2/s2)，每支毛细管粘度计均有其特定的粘 度计常数，需用已知粘度的标准油样加以标定。 还需说明，毛细管粘度计只能用来测定属于牛顿型体系的油品粘度。对于非 牛顿型体系的流体，由于其粘度是剪切速率的函数，故不能用毛细管粘度计，而 需用旋转式粘度计来测定其