Температурные переходы и агрегатные превращения

Поскольку нефть не является индивидуальным химическим соединением, переход ее из одного агрегатного состояния в другое происходит постепенно. Так, переходу из жидкого состояния в твер­дое (застывание) предшествует загустевание, а переходу из твердого в жидкое (плавление) — размягчение. Отсюда следует, что характер­ные температуры застывания и плавления не являются точными величинами, а охватывают некоторый интервал температур.

Температура застывания нефти зависит от ее состава — чем более парафинистая нефть, тем выше ее температура застывания. Смо­листые вещества оказывают противоположное влияние — с повышением их содержания температура застывания понижается. Таким образом, по температуре застывания нефти можно судить о ее хими­ческом составе.

Например, грозненская парафиновая нефть (ρ₄²⁰ = 0,838) застывает при температуре +11°С, а грозненская беспара­финовая (ρ₄²⁰ = 0,863) — при температуре ниже минус 20°С; охинская смолистая (о. Сахалин) нефть (ρ₄²⁰ = 0,925) остается текучей даже при очень сильных морозах.

При испарении нефти, как и любых иных сложных смесей, в пер­вую очередь испаряются наиболее легкие компоненты, при этом в зависимости от условий испарения вместе с легкими компонентами увлекается и некоторая часть более тяжелых. На скорость испарения жидкостей влияет множество факторов: температура, величина по­верхности испарения, высота слоя жидкости, скорость тока воздуха, уносящего пары. Поэтому для хранения нефти не­обходимы резервуары специальной конструкции.

При нагревании жидкости давление пара над ней постепенно возрастает и достигает, наконец, внешнего давления. При этом парообразование происходит уже во всей массе жидкости, и жидкость закипает.

При кипении индивидуальной жидкости температура остается постоянной, вплоть до полного выкипания. Если же мы имеем дело с такой сложной смесью, как нефть, то при повышении температуры сначала закипают и перегоняются наиболее легкие части смеси, при этом (как и при испарении) увлекается часть и более тяжелых компонентов. По мере выкипания наиболее легких частей их место занимают более тяжелые компоненты, температура кипения которых выше. Таким образом, температура кипения нефти не может предста­влять постоянной величины; по мере хода перегонки она постепенно повышается, и поэтому применительно к нефти говорят о температур­ных интервалах кипения.

Тепловые свойства

Одним из основных направлений использования нефти является производство из нее различных видов топлива. Поэтому важной характеристикой нефти и нефтяных фракций служит количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 г топлива (теплота сгорания).

Теплота сгорания определяется с большой точностью путем сожжения топлива в атмосфере кислорода при повышенном давлении в специальных аппаратах — калориметрических бомбах. Нефть обла­дает исключительно высокой теплотой сгорания: 43250–45500 Дж/кг:

1 кал = 4,19 Дж.

Теплота сгорания нефти зависит от ее плотности: чем меньше плотность, тем выше теплота сгорания.

Можно приблизительно оценивать теплоту сгорания нефти, ис­ходя из ее элементарного состава. Для этого пользуются формулой Менделеева:

Q=81 C + 300 H – 26 (O – S),

где Q — теплота сгорания; С, Н, О, S — процентное содержание соответственно углерода, во­дорода, кислорода и серы.

Другой важной тепловой характеристикой является тепло­емкость. Удельной массовой теплоемкостью называется коли­чество тепла, которое необходимо затратить для нагревания нефти массой 1 г на один градус при постоянном давлении. Теплоемкость различных нефтей при температурах от 0 до 50°С колеблется в узких пределах, причем с повышением плотности нефти теплоемкость уменьшается. Удельная массовая теплоемкость измеряется в Дж/кг × °С.

Важной характеристикой нефти и нефтепродуктов, связанной с представлением об огнестойкости, является температура вспышки. Это та температура, при которой пары нефти или нефте­продукта в смеси с воздухом дают при приближении пламени кратко­временную вспышку. При более высокой температуре в аналогичных условиях происходит возгорание не только паров, но и самой жидко­сти. Эта последняя температура называется температурой воспламенения. По температуре вспышки можно составить пред­ставление об их огнестойкости, содержании в них легких фракций и некоторых других свойствах.

Для определения температуры вспышки на практике распро­странены два основных типа приборов — открытые и закрытые. Открытые состоят или из металлической чашки на металлической подставке (прибор Кливленда), или из фарфорового тигля, помещенного в песчаную баню (прибор Бренкена). В закрытых приборах нефть или нефтепродукт заливают в медный или латунный цилиндр, кото­рый окружен воздушной баней, подогреваемой горелкой, и закры­вают крышкой с заслонкой, прикрывающей маленькое окошко. В момент открывания заслонки к окошку автоматически прибли­жается пламя маленькой горелки. Прибор снабжен термометром. Основное влияние на температуру вспышки оказывают температура кипения вещества, доля легких примесей и давление.