第三章__石油及油品的理化性质

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2011-9-18 石油加工工程 8
恩氏蒸馏测定器
油品放入标准的蒸馏瓶中, 将 100mL油品放入标准的蒸馏瓶中 , 按规定条件加热 , 流出 油品放入标准的蒸馏瓶中 按规定条件加热, 第 一 滴 冷 凝 液 时 的 气 相 温 度 称 为 初 馏 点 , 馏 出 物 为 10% 、 20%……90% 时 所 对 应 的 气 相 温 度 分 别 被 称 为 10% 、 20%……90%点的 馏出温度 , 蒸馏到最后所能达到的 最高气相温 点的馏出温度 蒸馏到最后所能达到的最高气相温 点的 馏出温度, 称为终馏点或干点 终馏点或干点。 初馏点到干点(终馏点)的温度范围称 度 称为 终馏点或干点 。 从 初馏点到干点 ( 终馏点 ) 的温度范围 称 为馏程。 馏程。 2011-9-18
真实蒸气压(泡点蒸汽压 : 时的蒸汽压 真实蒸气压 泡点蒸汽压):即e=0时的蒸汽压 泡点蒸汽压 雷德蒸汽压: 雷德蒸汽压:T=38℃,气体体积∶液体体积 ℃ 气体体积∶液体体积=4
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二、沸程(馏程) 沸程(馏程)
定义: 定义: 对于液态纯物质,其饱和蒸气压等于外压时的温度, 对于液态纯物质,其饱和蒸气压等于外压时的温度,称 为该液体在该外压下的沸点。因此,在一定的外压下, 为该液体在该外压下的沸点。因此,在一定的外压下,液态 纯物质的沸点为一定值。 纯物质的沸点为一定值。 沸点为一定值 石油和石油产品是各种烃类和非烃类的复杂混合物,其 石油和石油产品是各种烃类和非烃类的复杂混合物, 蒸汽压是与温度、汽化潜热和气化率有关 在一定压力下, 有关。 蒸汽压是与温度、汽化潜热和气化率有关。在一定压力下, 温度 沸点随 的增大而不断升高。 油品的沸点 气化率的增大而不断升高 油品的沸点随气化率的增大而不断升高。石油馏分的沸点表 现为一定宽度的温度范围,称为沸程。 现为一定宽度的温度范围,称为沸程。 同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同 同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同,其馏程数 测定仪器和测试方法不同, 馏程数 据也有差别。 据也有差别。
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根据馏程测定的数据, 气相馏出温度为纵坐标 馏出体积为横 为纵坐标, 根据馏程测定的数据 , 以 气相馏出温度 为纵坐标 , 馏出体积 为横 坐标,可以绘得该油品的恩氏蒸馏曲线。 坐标,可以绘得该油品的恩氏蒸馏曲线。
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馏出温度 度,℃
馏 出 体 积 , v%
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第三章
石油及油品的物理性质
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石油及油品是各种烃类和非烃类化合物组成的复杂混合物,其理化性 石油及油品是各种烃类和非烃类化合物组成的复杂混合物 其理化性 质与其化学组成和分子结构密切相关; 化学组成和分子结构密切相关 质与其化学组成和分子结构密切相关; 石油及油品的性质是各种烃类和非烃类化合物宏观的综合表现, 石油及油品的性质是各种烃类和非烃类化合物宏观的综合表现,它 宏观的综合表现 与单独一个纯化合物的性质不同; 与单独一个纯化合物的性质不同; 石油及油品的组成不易测定,多数性质无可加性,如密度、 石油及油品的组成不易测定,多数性质无可加性,如密度、粘度和 闪点等,为了便于油品之间相互比较和对照,石油及油品的绝大部 闪点等,为了便于油品之间相互比较和对照, 分性质都是采用条件性实验进行测定。 严格规定的仪器、 分性质都是采用条件性实验进行测定。(严格规定的仪器、方法和 条件性实验进行测定 条件) 条件改变,结果也会改变; 条件),条件改变,结果也会改变;石油及油品的各种试验方法有 不同的级别, 不同的级别,如ISO、GB、SH。 、 、 。 在实际工作中,往往根据若干基本物性数据, 在实际工作中,往往根据若干基本物性数据,采用图表查找或公式 计算的方法获得其它物性数据,以节约时间、提高效率。 计算的方法获得其它物性数据,以节约时间、提高效率。
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三、平均沸点
1.体积平均沸点
t10 + t30 + t50 + t70 + t90 tV = 5
用途:由tv可求得其他平均沸点 用途: 2.质量平均沸点(tw) .质量平均沸点
tW =

n
i =1
w iti
用途: 主要用于求定油品的真临界温度Tc 用途:tw主要用于求定油品的真临界温度
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对于同一种油样,当采用分离精确度较高的蒸馏设备时, 对于同一种油样,当采用分离精确度较高的蒸馏设备时,其沸 较宽,反之则较窄。因此,在列举石油馏分的沸程数据时, 程较宽,反之则较窄。因此,在列举石油馏分的沸程数据时, 需说明所用的蒸馏设备和方法。常见的标准方法包括实沸点蒸 需说明所用的蒸馏设备和方法。常见的标准方法包括实沸点蒸 蒸馏设备和方法 馏、恩氏蒸馏、减压蒸馏等。 恩氏蒸馏、减压蒸馏等 一般通过某种标准试验方法所得到的沸程数据, 一般通过某种标准试验方法所得到的沸程数据,习惯上称之为 馏程。在石油加工生产和设备计算中, 馏程。在石油加工生产和设备计算中,常常是以标准试验方法 得到的馏程数据来简便地表征石油馏分的蒸发和气化性能。 得到的馏程数据来简便地表征石油馏分的蒸发和气化性能。 在轻质油品的质量标准中,大都采用条件性的馏程测定法—— 在轻质油品的质量标准中,大都采用条件性的馏程测定法—— 恩氏蒸馏( 蒸馏) 最简便、 恩氏蒸馏(GB6536-1997)。恩氏蒸馏 。恩氏蒸馏(ASTM蒸馏 是最简便、 蒸馏 最常用的方法;设备简单、 最常用的方法;设备简单、收集数据多
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大多数液体燃料规格中, 大多数液体燃料规格中,只要求测定其具有代表性的 初馏点、 初馏点、10%、50%和90%的馏出温度及终馏点。 、 % %的馏出温度及终馏点。 汽油的馏程40~ 汽油的馏程 ~ 200℃ , 轻柴油的馏程 ℃ 轻柴油的馏程200~ 350℃ , ~ ℃ 润滑油的馏程350~520℃。 ~ 润滑油的馏程 ℃ 馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对含量, 馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对含量,或 组分轻重的相对含量 用与不同油品之间的比较,在原油评价中常用。 用与不同油品之间的比较,在原油评价中常用。 馏程是发动机燃料表示蒸发性能的重要质量指标。 馏程是发动机燃料表示蒸发性能的重要质量指标。 是发动机燃料表示蒸发性能的重要质量指标
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当体系的压力不太高, 当体系的压力不太高 , 液相的摩尔体积与气相的摩尔体 积相比可以忽略,气相可看作理想气体时 积相比可以忽略 , 气相可看作理想气体 时 , 纯化合物的 蒸气压与温度间的关系可用Clapeyron-Clausius方程表示, 方程表示, 蒸气压与温度间的关系可用 方程表示 见公式3-1至3-3; 公式 至 ; 当温度变化不大时,摩尔蒸发热可视为常数, 当温度变化不大时,摩尔蒸发热可视为常数,则 lnp 与 可视为常数 1/T 之间呈线性关系; 之间呈线性关系; 在实际应用中, 在实际应用中 , 常用经验或半经验的方法来求定纯烃的 蒸气压, 蒸气压,其中比较简便的如 Antoine 方程 ,见公式 见公式3-4; 当已知烃类的临界性质和 偏心因子时 , 建议用临界性质 当已知烃类的临界性质和 偏心因子时 临界性质 的关联公式 计算其蒸气压, 公式 。 的关联公式来计算其蒸气压,见公式3-5。
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蒸汽压、 第一节 蒸汽压、沸程和平均沸点
石油和石油产品的蒸发性能是反映其汽化、 石油和石油产品的蒸发性能是反映其汽化、蒸发难易 的重要性质, 蒸汽压、沸程来描述。 的重要性质,用蒸汽压、沸程来描述。 来描述
一、 蒸汽压
定义: 定义:是在某一温度下一种物质液相与其上方的气相 呈平衡状态时,该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸气压, 呈平衡状态时,该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸气压,简 称蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于汽化。 称蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于汽化。 1. 纯烃的蒸汽压 对同族烃类,在同一温度下,相对分子质量较大的烃类的 对同族烃类,在同一温度下,相对分子质量较大的烃类的 蒸气压较小。对某一纯烃而言, 蒸气压较小。对某一纯烃而言,其蒸气压是随温度的升高 而增大。 而增大。
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对于轻质油品: 恩氏蒸馏曲线中10%到 90%这一段很接近 对于轻质油品 : 恩氏蒸馏曲线中 到 这一段很接近 一条直线, 因此可以用恩氏蒸馏曲线的10%到90%之间的 一条直线 , 因此可以用恩氏蒸馏曲线的 到 之间的 斜率来表示该油品的馏程宽窄 即恩氏蒸馏曲线的斜率越 馏程宽窄。 斜率来表示该油品的 馏程宽窄 。 即恩氏蒸馏曲线的 斜率越 该油品的馏程范围越宽。 大,该油品的馏程范围越宽。
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对于纯烃化合物或沸点范围较窄的石油馏分( 对于纯烃化合物或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 特性因数K和 蒸馏温度差小于 ℃的馏分),可根据其特性因数 和平 均沸点,利用公 通过迭代法计算其蒸气压; 均沸点,利用公式3-7至3-12通过迭代法计算其蒸气压; 至 通过迭代法计算其蒸气压 当蒸气压接近常压时,此方法较为可靠。 当蒸气压接近常压时,此方法较为可靠。 石油馏分蒸汽压的表示方法: 石油馏分蒸汽压的表示方法: 的表示方法
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3.立方平均沸点Tcu .立方平均沸点
Tcu = (

n
i−1
v iT
1 / 3 i
)
3
用途: 用途:Teu主要用于求油品的特性因数和运动粘度 4.实分子平均沸点tm .实分子平均沸点
n
tm =

i =1
x iti
用途: 主要用于求油品的假临界温度(Tc’)和 偏心因数 用途:tm主要用于求油品的假临界温度 和 偏心因数(ω) 5.中平均沸点tme .中平均沸点
t me = (t m + tcu ) / 2
用途: 用于求油品氢含量、 、 、 用途:tme用于求油品氢含量、K、Pc、燃烧热和平均分子量 2011-9-18 14 石油加工工程
这五种平均沸点中,仅有体积平均沸点 体积平均沸点可由石油馏分的 这五种平均沸点中,仅有体积平均沸点可由石油馏分的 馏程测定数据直接算得,其它几种平均沸点可借助体积 馏程测定数据直接算得, 其它几种平均沸点可借助体积 平均沸点与蒸馏曲线斜率由 中查得; 平均沸点与蒸馏曲线斜率由图3-2中查得; 中查得 周佩正根据石油馏分的体积平均沸点tv及其馏程的斜率 周佩正根据石油馏分的体积平均沸点 及其馏程的斜率 , 根据石油馏分的体积平均沸点 及其馏程的斜率S, 将这五种平均沸点进行了关联 ; 这几种平均沸点各有其相应的应用场合,不能混淆, 这几种平均沸点各有其相应的应用场合,不能混淆,当 有其相应的应用场合 涉及沸点时须注意所指的是何种平均沸点; 涉及沸点时须注意所指的是何种平均沸点; 对于沸程小于 ℃ 窄馏分, 对于沸程 小于30℃的 窄馏分, 可以认为其各种平均沸点 小于 近似相等, 中沸点代替不会有很大误差。 近似相等,用中沸点代替不会有很大误差。 相等 代替不会有很大误差
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2. 烃类混合物及石油馏分的蒸汽压
当体系压力不高,气相近似于理想气体,与其相平衡的液相 当体系压力不高 , 气相近似于理想气体 , 与其相平衡的 液相 近似于理想溶液时,对于组分比较简单的烃类混合物, 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Dalton-Raoult定律求得,公式 ; 定律求得,公式3-6 的蒸气压可用 定律求得 与纯烃不同,烃类混合物的蒸气压不仅取决于温度和汽化潜 与纯烃不同 , 烃类混合物的蒸气压不仅取决于 温度和汽化潜 热 , 同时也取决于其 组成 。 在一定的温度下 , 只有其气相 、 同时也取决于其组成 在一定的温度下,只有其气相、 组成。 液相或整体组成一定,其蒸气压才是定值; 液相或整体组成一定,其蒸气压才是定值; 石油尤其是其中较重馏分的组成极其复杂, 石油尤其是其中较重馏分的组成极其复杂 , 尚难以测定其单 定律求取其蒸气压; 体烃组成,因此无法用Dalton-Raoult定律求取其蒸气压; 烃组成,因此无法用 定律求取其蒸气压
90 %馏出温度 − 10 %馏出温度 恩氏蒸馏曲线斜率 S = 90 − 10
斜率S:表示从馏出 之间, 斜率 :表示从馏出10%到90%之间,每馏出 到 之间 每馏出1%的沸点平均 的沸点平均 升高值 由于馏程测定具有严格的条件性, 由于馏程测定具有严格的条件性 , 因此馏程数据并不代表 该油品的真实沸点范围, 该油品的真实沸点范围 , 但可以大致判断油品中轻重组分 的相对含量,或用与不同油品之间的比较。 的相对含量,或用与不同油品之间的比较。
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