Содержание
Что такое испарение топлива, его характеристика
Испарением топлива является процесс перехода основного вещества из жидкого состояния в газообразное.
Процесс протекает при различных температурах, в условиях открытых и закрытых цистерн.
Процесс испарения топлива можно описать как высвобождение молекул с поверхности основного вещества. Молекулы высвобождаются за счет кинетической энергии, полученной при хаотичном движении, соударении с другими молекулами и при повышении температуры основной жидкости.
При получении энергии, достаточной для выхода за пределы поверхности жидкости, молекулы высвобождаются в атмосферу. В условиях закрытой емкости молекулы образуют насыщенный пар и при достижении термодинамического равновесия с топливом, конденсируются, преобразовываясь обратно в жидкость.
В условиях открытых емкостей пар просто покидает среду под действием движения воздуха. Чем больше скорость движения воздушной среды, тем быстрее происходит процесс испарения.
Какое это явление — физическое или химическое?
Парообразование топлива можно отнести к физико-химическому процессу. Обосновать это явление можно следующим образом:
-
Топливо испаряется под действием температуры, давления, при кипении. Эти факторы увеличивают процесс перехода из жидкого состояния в газообразное, что можно отнести к физическому процессу.
При повышении температуры молекулы получают больше энергии и покидают поверхность жидкости. При увеличении плотности испарение достигает степени насыщения, и происходит конденсация или возврат молекул в топливо.
-
Но само по себе топливо является химической смесью из различных элементов, с разной степенью летучести, фракционными показателями и реакцией на взаимодействие с кислородом (внешней средой).
Например, при взаимодействии с кислородом, некоторые виды топлива окисляются, что возможно только при испарении молекул с поверхности основной жидкости. Для увеличения теплоемкости, точки испарения и воспламенения, в составе топлива часто находятся химические элементы с легкой летучестью. Они усиливают парообразование.
Температура парообразования
Порог испаряемости топлива напрямую зависит от температуры замерзания.
До перехода в твердое состояние молекулы еще имеют кинетическую энергию для выхода с поверхности:
- Бензин. Температура испарения от –36 до +170℃ при кипении.
- Дизельное топливо. От -50 до +350℃ при кипении.
- Керосин. – 10 + 200 ℃.
- Лигроин. -25 +150℃.
При обосновании начальной точки испарения важно учитывать состав топлива, его фракции, плотность и вязкость. Все эти параметры влияют на начальный порог температуры испаряемости.
От чего зависит t° вспышки паров нефтепродуктов?
Температурой вспышки является показатель, при котором воспламеняются пары топлива от открытых источников огня, наведенной искры или при высоком давлении. Данная величина зависит от:
- Температуры среды. Чем она выше, тем интенсивнее испаряемость, а значит плотность испарения. По этой причине емкости для хранения топлива заглубляют в грунт, что обеспечивает стабильность температуры.
- От химического состава. Большая доля легко летучих веществ и их свойство к само воспламенению усиливают порог вспышки.
- Уровень влажности. Чем выше, тем порог воспламенения паров больше. Доля воды в атмосфере также увеличивает осадку паров топлива. При этом, уровень влажности воздуха является вредным для топлива параметром.
- Тип топлива. Топливо имеет различную плотность и вязкость. Чем выше густота жидкости, тем выше температура воспламенения. Так бензин воспламеняется быстрее солярки, но в условиях нормального атмосферного давления.
- Давление. При высоком давлении испарения увеличивается температурный порог вспышки.
У различных видов топлива этот порог отличается:
- сырая нефть — от -37 + 28 ℃, в зависимости от количества парафина в составе;
- бензин, в зависимости от состава и колеблется от -37 до -7 ℃;
- для дизельного топлива, температура вспышки начинается с + 15 ℃ и до + 60℃;
- моторные масла воспламеняются при +130℃;
- мазут от +60℃.
Удельная теплота
Удельной теплотой парообразования называется величина тепловой энергии, которая требуется для изменения агрегатного состояния жидкости в газ. Для расчета этого параметра используется формула:
Выражение состоят из:
- «L» — значение удельной теплоты парообразования Дж/кг;
- «Q» — количество тепловой энергии, затраченной на парообразование Дж/кг;
- «m» — масса исходной жидкости (кг).
Для расчета теплоты испарения нефтепродуктов также применяется формула Трутона:
Выражение состоит из:
- «L» — теплота парообразования;
- «K» — значение коэффициента пропорциональности;
- «T» — температура кипения топлива;
- «m» — масса топлива.
Также стоит учитывать, что удельная теплота парообразования указывается на основе точки кипения жидкостей. Она может сильно отличаться при воспламенении в закрытых сосудах или на открытом воздухе.
Нефти
Сырая нефть начинает кипеть при +65 ℃, при давлении 101 кПа. При этом теплота парообразования составляет 2,1 кДж/кг. Данное значение может отличаться, в зависимости от состава сырой нефти, ее плотности и процентного содержания парафина. Также на данную характеристику влияет количество воды в составе.
Бензина
Нижней границей кипения бензина является температура 40 ℃, при воспламенении от открытого источника.
При таком горении удельная теплота парообразования составляет 210-300 кДж/кг. Для бензинов зимних типов температура воспламенения составляет -36 ℃, при этом удельная теплота парообразования составляет 290-350 кДж.
Дизельного топлива
Для дизельного топлива, при температуре кипения от 90 ℃, удельная теплота парообразования составляет 160-230 кДж/кг, в условиях нормального атмосферного давления. В условиях сжатия (например, в двигателях внутреннего сгорания), значение снижается от 70 до 130 кДж.
Каковы потери от испарения?
Потери очень высокие, при хранении в закрытых емкостях. Так для бензина, на летний период, коэффициент составляет 2,5 тонны, при испарении из резервуара емкостью 5000 м3, в зимнее время, это значение составляет 1,8 тонны.
Чем глубже находится цистерна под уровнем грунта, тем испарения меньше, по причине стабильности температуры. Также испаряемость зависит от количества дыхательных клапанов и их диаметров.
Что характеризует испаряемость головных фракций бензинов?
Основной характеристикой является значение давления насыщенного пара. Чем оно выше, тем испаряемость интенсивнее. На параметры насыщенности влияет наличие легких фракций в составе бензинов.
Легкие фракции обладают высокой летучестью, более мелкими и легкими молекулами. Это способствует увеличению насыщения и давления испарения.
Но и у этой характеристики есть предел. Предел насыщения летних типов бензина составляет 500 мм.рт.ст. Для зимних видов топлива колеблется от 500 до 700 мм.рт.ст.
Если данный порог возрастает, такое топливо становится непригодным к использованию по причине разрыва магистралей, создании паровых пробок и быстрой детонации при невысоких температурах.
Заключение
Испаряемость жидкого топлива сильно зависит от температуры среды и самой жидкости, а также от состава. Сильная испаряемость и отсутствие контроля за ней часто приводит к воспламенению топлива легких фракций.