Ciepło właściwe spalania nafty

Główne właściwości termofizyczne nafty

Nafta jest środkowym destylatem procesu rafinacji ropy naftowej, definiowanym jako część ropy naftowej wrząca w temperaturze od 145 do 300°C. Naftę można otrzymać z destylacji ropy naftowej (nafta destylacyjna) lub z krakingu cięższych strumieni ropy (nafta krakowa).

Nafta surowa posiada właściwości, dzięki którym nadaje się do mieszania z różnymi dodatkami uszlachetniającymi, które decydują o jej zastosowaniu w różnorodnych zastosowaniach komercyjnych, w tym jako paliwa transportowe. Nafta jest złożoną mieszaniną związków o rozgałęzionych i prostych łańcuchach, które ogólnie można podzielić na trzy klasy: parafiny (55,2% wagowych), nafteny (40,9%) i związki aromatyczne (3,9%).

Aby były skuteczne, wszystkie marki nafty muszą mieć jak najwyższe ciepło właściwe spalania i ciepło właściwe, a także charakteryzować się dość szerokim zakresem temperatur zapłonu. Dla różnych grup nafty wskaźnikami tymi są:

• Ciepło właściwe spalania, kJ/kg — 43000±1000.
• Temperatura samozapłonu, ⁰C, nie mniej niż - 215.
• Ciepło właściwe nafty w temperaturze pokojowej, J / kg K - 2000 ... 2020.

Niemożliwe jest dokładne określenie większości parametrów termofizycznych nafty, ponieważ sam produkt nie ma stałego składu chemicznego i jest zdeterminowany właściwościami oryginalnego oleju. Ponadto gęstość i lepkość nafty zależy od temperatur zewnętrznych. Wiadomo tylko, że gdy temperatura zbliża się do strefy stabilnego spalania produktu naftowego, ciepło właściwe nafty znacznie wzrasta: przy 200⁰Przy nim jest już 2900 J/kg K, a przy 270⁰C - 3260 J/kg K. W związku z tym lepkość kinematyczna zmniejsza się. Połączenie tych parametrów decyduje o dobrym i stabilnym zapaleniu nafty.

Kolejność wyznaczania ciepła właściwego spalania

Specyficzna wartość opałowa nafty wyznacza warunki jej zapłonu w różnych urządzeniach – od silników po maszyny do cięcia nafty. W pierwszym przypadku należy dokładniej określić optymalną kombinację parametrów termofizycznych. Dla każdej kombinacji paliwowej zwykle ustala się kilka harmonogramów. Te wykresy można wykorzystać do oceny:

1. Optymalny stosunek mieszanki produktów spalania.
2. Temperatura adiabatyczna płomienia reakcji spalania.
3. Średnia masa cząsteczkowa produktów spalania.
4. Ciepło właściwe produktów spalania.

Dane te są potrzebne do określenia prędkości spalin emitowanych z silnika, co z kolei determinuje ciąg silnika.

Optymalny skład mieszanki paliwowej daje najwyższy impuls energetyczny i jest funkcją ciśnienia przy jakim silnik będzie pracował. Silnik o wysokim ciśnieniu w komorze spalania i niskim ciśnieniu spalin będzie miał najwyższy optymalny stosunek mieszanki. Z kolei ciśnienie w komorze spalania i energochłonność paliwa naftowego zależą od optymalnego stosunku mieszanki.

W większości konstrukcji silników wykorzystujących naftę jako paliwo wiele uwagi poświęca się warunkom sprężania adiabatycznego, gdy ciśnienie i objętość zajmowana przez palną mieszankę pozostają w stałym stosunku – wpływa to na trwałość elementów silnika. W tym przypadku, jak wiadomo, nie ma zewnętrznej wymiany ciepła, co decyduje o maksymalnej wydajności.

Ciepło właściwe nafty to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury jednego grama substancji o jeden stopień Celsjusza. Współczynnik ciepła właściwego to stosunek ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego przy stałej objętości. Optymalne przełożenie ustala się przy zadanym ciśnieniu paliwa w komorze spalania.

Dokładne wskaźniki ciepła podczas spalania nafty zwykle nie są ustalane, ponieważ ten produkt naftowy jest mieszaniną czterech węglowodorów: dodekanu (C.₁₂H₂₆), tridekan (C₁₃H₂₈), tetradekan (C₁₄H₃₀) i pentadekan (C₁₅H₃₂). Nawet w ramach tej samej partii oryginalnego oleju stosunek procentowy wymienionych składników nie jest stały. Dlatego właściwości termofizyczne nafty są zawsze obliczane ze znanymi uproszczeniami i założeniami.