Экспериментальный и расчетный анализ свободного испарения индивидуальных углеводородов

Н. А. Самойлов

Экспериментальный и расчетный анализ свободного испарения индивидуальных углеводородов

Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов,1; тел. (347) 2431632

N. A. Samoilov, E. F. Ismagilova

The experimental and calculated analysis of free evaporation of individual hydrocarbons

Ufa State Petroleum Technological University

1, Kosmonavtov Str, 450062 Ufa, Russia; ph. (347) 2431632

Представлены результаты исследования по испарению в атмосферу ряда индивидуальных веществ различной природы и молекулярной массы, а также смесей углеводородов при различных скоростях ветра. Выполнено уточнение численных коэффициентов в расчетной формуле испарения нефтепродуктов.

Ключевые слова: загрязнение; разливы нефтепродуктов; расчет испаряемости; экология.

Важным элементом оценки экологической ситуации при аварийных разливах углеводородов является расчет их испаряемости, позволяющий оценить загрязнение атмосферы парами нефтепродуктов и потребность в средствах сбора оставшегося на почве или воде разлитого продукта*, что дает возможность принять соответствующие меры для сохранения благоприятной окружающей среды и обеспечения экологической безопасности. ОАО «НК «Роснефть» разработана методика2 по нормированию и определению выбросов вредных веществ с зеркала разлива в атмосферу G (г/м2-ч) в результате испарения нефтепродуктов, учитывающая состав, физико-химические свойства нефтепродукта и скорость ветра.

N

О = £

г=1

где п — число фракций;

и — скорость ветра на высоте 20 см над поверхностью, м/с;

Рг — давление насыщенных паров г-ой фракции углеводородов, Па;

Хг — мольная доля г-ой фракции в испаряющейся углеводородной смеси, определяется по результатам лабораторной разгонки;

М{ — молярная масса г-ой фракции углеводородов.

Дата поступления 29.03.11

The evaporation of some individual hydrocarbons of the various nature and molecular weight and also mixtures of hydrocarbons has been studyed in this scientific work. Specification of coefficient of the equation for evaporation of hydrocarbons has been executed.

Key words: spillage of oil-products; pollution; ecology; calculation of evaporation.

Целью работы является исследование применимости приведенной в методике формулы (1) как основы для расчета испарения нефтепродуктов. Недостатком предложенной методики является принятие постоянства испарения нефтепродукта во времени в целом, тогда как более летучие компоненты нефтепродукта должны испаряться быстрее, чем менее летучие, что должно приводить к нелинейности зависимости количества испарившегося нефтепродукта во времени.

В работе исследовано испарение в атмосферу ряда индивидуальных органических веществ, а также смесей углеводородов при различных скоростях ветра. Испарение парафиновых углеводородов (на примере н-гептана и изооктана) показало, что результаты опытов достаточно хорошо согласуются с расчетными данными. Попытка описать уравнением (1) испарение ароматических углеводородов (толуола и n-ксилола), показала, что погрешность опыта по сравнению с расчетом существенно возросла.

Опыты по испарению двухкомпонентной смеси н-гептан—толуол показали еще более значительное отклонение экспериментально полученных данных от расчетных значений по уравнению (1).

Башкирский химический журнал. 2011. Том 18. № 2

205

О, /

10-

Обработка опытных данных (рис. 2) методом наименьших квадратов позволила уточнить значения коэффициентов А и В в уравнении (1): А=51.16, В=28.71.

Скорректированное уравнение с уточненными коэффициентами имеет вид:

N

О1 = !

Рис. 2. График зависимости коэффициента Z от скорости

Расчетные значения количества испарившихся углеводородов (толуола и н-гептана), найденные по формуле (3), сопоставимы с экспериментальными данными, полученными ранее в результате опытов (рис. 3).

Рис. 1. Зависимость количества испарившейся смеси н-гептан — толуол (а), а также концентрации каждого из компонентов (б) от времени при скорости ветра 4,4 м/с: 1 — экспериментальная кривая №1; 2 — экспериментальная кривая №2; 3 — расчетная прямая по формуле (1).

Оценка достоверности результатов экспериментов выполнена по критерию Стьюдента, при этом разница между параллельными результатами статистически является незначимой. Поскольку расчетный критерий Фишера по описанию большинства экспериментальных данных для изученных веществ больше табличных значений, это означает, что предложенно в методике 2 уравнение, характеризующее, в частности, влияние скорости ветра на испаряемость углеводородов, является неадекватным.

В связи с тем, что опытные результаты недостаточно точно описываются формулой (1) блок экспериментальных данных был обработан по уравнению (2) с целью уточнения численных коэффициентов А и В уравнения (1), учитывающих влияние скорости ветра на испарение нефтепродуктов:

Р1лМ7 ] = А + Ви = I

Рис. 3. Зависимость количества испарившегося толуола от времени при скорости ветра 2.0 м/с

Выполненная коррекция уравнения методики 2 позволяет точнее рассчитать количество углеводородов, испарившихся в атмосферу.

Литература

1. Самойлов Н. А., Хлесткин Р. Н., Шеметов А. В., Шаммазов А. А. Сорбционный метод ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.— М.: Химия, 2001.— 190 с.

2. Методика по нормированию и определению выбросов вредных веществ в атмосферу: методика ОАО «НК «Роснефть» от 28.01.2004; разраб. ОАО СКБ «Транснефтеавтоматика»; одобр. НИИ Атмосфера 18.11.2003.— ОАО «НК «Роснефть», 2004.

г = 1

206

Башкирский химический журнал. 2011. Том 18. Жя 2