Математика/ 5. Математическое моделирование

Малащук Ю. В.

Одеський національний морський університет

Розрахунок змішування нафтопродуктів

З різних альтернативних видів палива розглядається біодизель, який отримують з рослинних масел шляхом змішування з дизельним паливом [1].

Сумішеве паливо має такі переваги: проста технологія отримання, висока стабільність при збереженні. Використання біодизеля як моторного палива знижує емісію практично всіх шкідливих речовин. Найбільш простий і доступний спосіб використання ріпакової олії – розведення його дизельним пальним. Така суміш отримала назву біодизельної.

Для забезпечення робочих характеристик дизельного палива проводиться змішування звичайного дизельного палива (ДТ) з метиловими ефірами ріпакової олії (МЕРМ) і рапсовим маслом (РМ).

У нормативних документах [2] і [3] для розрахунків щільності суміші r_S рекомендується використовувати правило адитивності густин компонентів суміші r_i (1).

, (1)

де x_i r_i - відповідно частка і щільність компоненти змішування.

Кінематичну в'язкість сумішей n_S пропонується [2] розраховувати, використовуючи правило адитивності функцій Вальтера за стандартною формулою (2).

, (2)

де n_i і x_i - кінематична в'язкость і частки окремих компонентів.

На практиці [3] зручніше використовувати формулу (3).

, (3)

Саме по собі поняття цетанове число це кількість цетану в суміші, у якому період займистості ідентичний періоду займистості еталонного палива.

Існують розрахункові методи визначення ЦЧ. З певною часткою наближеності ЦЧ можна розрахувати за такою формулою (4).

, (4)

де v - кінематична в'язкість при 20 °С;

r – щільність при 20 °С.

На практиці для визначення цетанового числа найчастіше використовують формулу (5).

, (5)

де Сп, Сн, Са – відповідно частка парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводнів у складі палива.

Оскільки при змішуванні різних палив зміст Со, Сн, Са кожної компоненти не змінюється, можна згідно з принципом адитивності розраховувати значення цетанового числа суміші за формулою (6).

_{, (6)}

де - цетанове число суміші,

- цетанове число компоненти.

Основна складність розрахунку значень в'язкості n і щільності r суміші палив полягає в тому, що вони є функцією температури. Відомі різні способи опису цих залежностей [5], [6].

Для практичної роботи пропонується використовувати універсальний підхід - апроксимація цих залежностей поліномами невисоких ступенів (7).

т а . (7)

У цьому випадку спрощується розрахунок залежності в'язкості n_S і щільності r_S суміші від температури (8).

т а , (8)

де , .

Оцінка ефективності такого підходу перевірялася при розрахунку в'язкості і щільності для сумішей звичайного дизельного палива (ДТ) з метиловим ефіром ріпакової олії (МЕРМ). Порівняння проводилося з експериментальними даними.

На рис. 1 наведені експериментальні та розрахункові залежності в'язкості від температури для чистих палив і для їхніх сумішей.

Рис. 1 Експериментальні та розрахункові залежності в'язкості

від температури для ДТ, МЕРМ та для їхніх сумішей

На рис. 1 маркерами відзначені значення в'язкості компонентів сумішей ДТ і МЕРМ отримані експериментально. Товстими лініями відображені результати розрахунку для сумішей при варіації процентного вмісту компонентів. Жирними маркерами відображені експериментальні значення в'язкості сумішей. Помилка в розрахунку становила не більше 2,5%.

Аналогічна перевірка проводилася для розрахунку густини сумішей. Помилка в розрахунку становила не більше 1,5%.

Література:

1. Журенко Ю.І., Яропуд В.М., Бабин І.А. Біодизель – альтернативна заміна дизельного палива. Збірник наукових праць Вінницького національного аграрного університету Серія:Технічні науки. No 10т.1 (58) 2012 р- с 44 – 51.

2. РД 39-30-598-81. Методическое руководство по составлению регламента технологического режима эксплуатации нефтепровода.- Введ. 19.10.1981 / сост.: Ф.Г. Мансуров, Б.Н. Голубев, Р.С. Хабибуллин, Р.Н. Саитгареев.- Уфа, 1981. – 39 с.

3. Standard Practice for Calculating Viscosity of a Blend of Petroleum Products / СТО (П) ASTM D 7152-11

4. http://www.npblog.com.ua/index.php/himiya/dizelne-palivo.html.

5. Рид р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие/ Пер. с англ. Под ред. Б.И. Соколова. 3- изд., перераб. И доп. –Л: Химия, 1982. – 582 с.

6. Дубовкин Н.Ф Справочник по теплофизическим свойствам углеводородных топлив и их продуктов сгорания М. – Л., Госэнергоиздат, 1962. – 288с.