一种测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法与流程

本发明涉及燃油物质物理性质测定技术领域，尤其涉及一种测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法。

背景技术：

新型燃油，例如纳米燃油，生物加氢燃油等，是目前广泛研究的柴油替代品，因此有必要了解其基础物性参数。而蒸气压是其重要参数，液体中能量较高的分子有脱离液面进入气相的倾向，蒸气压正是用来衡量这一中间过程变化倾向的物理量。因此，蒸气压是评价物质稳定性的重要指标。

测量蒸气压的方法有很多，如静态法、动态法以及雷德法等。静态法和动态法的原理为，一定温度下，于真空的密闭容器中放入液体，动能较大的分子从液相逸出至气相，动能较小的分子会由气相撞击进入液相。当两者速度相等，达气液平衡时的气相压力即为蒸气压。静态法在特定温度下采用等压管直接测量液体的饱和蒸汽压，此方法很难确定气液的平衡状态，达到平衡的时间无法量化；测量则需要液氮脱气，试样用量大；高温下测量精度差，测量装置较复杂且易破碎。动态法在特定压力下测量液体的沸点，此方法无法测定给定温度下的蒸气压，适用于常温下蒸气压较低的物质。雷德法测量蒸气压是按照空气室的容积约为500ml，燃料室约为125ml，即气、液相体积比为4:1，温度为37.8℃条件下用专门的雷特蒸气压测定器测得的蒸气压，该方法适用于测定易挥发性石油产品的蒸气压，且此方法用量大，不适用于较贵重燃油的测量；测试时间较长，振荡过程中的温度变化以及用肉眼观察压力表读数等测定影响因素较多，误差大。

专利申请号：201220721637.6，设计了一种基于静态法的饱和蒸气压测定仪，本装置采用静态法测量液体物质的蒸气压，自动化程度高，安全性好。但该装置仅适用于10-1-102pa的低蒸气压范围内测试，不适用于蒸气压较高的燃油的测量。

专利申请号：201410569158.0，设计了一种测试液体物质在高温条件下蒸气压装置，该装置采用计算机中的温度和压力测试系统记录液体物质在不同温度条件下的压力数据，从而测得液体物质在高温条件下的蒸气压，该方法在一定程度上减少了测试劳动强度，但仅适用于高温环境下的测量；另外，该发明尚未交代此装置的适用压力范围。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种恒温热重测量计算燃油蒸发焓、蒸气压的方法，适用于各种蒸气压燃油的测量，且可获得特定温度下的蒸气压，设置程序即可完成实验；使用公知方程进行计算，减少人工测量时产生的误差。与已有的相关技术比较，具有实现全自动、高精度、用料少等特点，结合了燃油实际的试验环境，对燃油的实际使用具有重要的现实意义。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法，包括如下步骤：

s01：打开热重仪，坩埚内不放入任何燃油样品，对坩埚加热，用惰性气体去除挥发性杂质；然后在惰性气体保护下降至室温；

s02：将质量为m的燃油样品放置于热重仪中的坩埚内，用惰性气体作为工作气，启动热重仪，热重仪工作温度为t，其中t∈[t0,tmax]；

s03：初始状态热重仪工作温度t＝t0，恒温t时间后，通过热重仪记录燃油质量损失百分比随时间的变化关系；

s04：取出坩埚，添加燃油样品至重量为m，调整热重仪温度t，t＝t0+iδt，且i＝1；恒温t时间后，通过热重仪记录燃油质量损失百分比随时间的变化关系；

s05：i＝i+1；当t≥tmax时，则停止热重仪；当t≤tmax时，则跳转s04；

s06：通过绘制燃油的蒸发量随时间的变化直线，直线斜率为燃油蒸发的质量变化率-dm/dt；

s07：根据得出的燃油蒸发的质量变化率-dm/dt，通过langmuir方程，计算出燃油样品的蒸气压p；利用clausius-clapeyron方程，计算出燃油的蒸发焓δhvap。

进一步，所述惰性气体为氮气，所述惰性气体流量为40-80ml/min。

进一步，所述工作时间t为5-10min。

进一步，所述热重仪工作温度t的区间为(100-140)℃。

进一步，所述s04步骤中的δt＝3-8℃。

进一步，所述燃油样品质量m为10-20mg。

进一步，所述t0和tmax的温度大于所述燃油样品沸点温度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法，在蒸气压的测试的方法中，热重法具有明显的优势。热重仪器能在动态条件下快速研究燃油的某些物理特性，操作简单，试样用量少，试验结果对新型燃油的研发与实际应用具有重要的指导意义。

2.本发明所述的测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法，适用于各种蒸气压燃油的测量，且可获得特定温度下的蒸气压，设置程序即可完成实验；使用公知方程进行计算，减少人工测量时产生的误差。

3.本发明所述的测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法，与已有的相关技术比较，具有实现全自动、高精度、用料少等特点，结合了燃油实际的试验环境，对燃油的实际使用具有重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明所述正十四烷燃油质量m与时间t的关系曲线图。

图2为本发明所述正十四烷燃油蒸气压p和v的关系曲线。

图3为本发明测定的蒸气压值与文献值的比较。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的测定燃油蒸气压和蒸发焓的方法，包括如下步骤：

s01：打开热重仪，坩埚内不放入任何燃油样品，对坩埚加热，用惰性气体去除挥发性杂质；然后在惰性气体保护下降至室温；

s02：将质量为m的燃油样品放置于热重仪中的坩埚内，用惰性气体作为工作气，启动热重仪，热重仪工作温度为t，其中t∈[t0,tmax]；

s03：初始状态热重仪工作温度t＝t0，恒温t时间后，通过热重仪记录燃油质量损失百分比随时间的变化关系；

s04：取出坩埚，添加燃油样品至重量为m，调整热重仪温度t，t＝t0+iδt，且i＝1；恒温t时间后，通过热重仪记录燃油质量损失百分比随时间的变化关系；

s05：i＝i+1；当t≥tmax时，则停止热重仪；当t≤tmax时，则跳转s04；

s06：通过绘制燃油的蒸发量随时间的变化直线，直线斜率为燃油蒸发的质量变化率-dm/dt；

s07：根据得出的燃油蒸发的质量变化率-dm/dt，通过langmuir方程，计算出燃油样品的蒸气压p；利用clausius-clapeyron方程，计算出燃油的蒸发焓δhvap。

下面选用燃油为正十四烷为实施例说明，

s01：打开热重仪，坩埚内不放入任何燃油样品，对坩埚加热，用氮气作为保护气，流量为50ml/min，在100℃恒温60min，以除去挥发性杂质；然后在惰性气体保护下降至室温；

s02：将质量为20mg的正十四烷燃油样品放置于热重仪中的坩埚内，用氮气作为保护气，流量为50ml/min，启动热重仪，热重仪工作温度为t，其中t∈[100,140]；

s03：初始状态热重仪工作温度t＝100，恒温10min时间后，通过热重仪记录燃油质量损失百分比随时间的变化关系；

s04：取出坩埚，添加正十四烷燃油样品至重量为20mg，调整热重仪温度t，t＝100+5i，且i＝1；恒温10min时间后，通过热重仪记录燃油质量损失百分比随时间的变化关系；

s05：i＝i+1；当t≥140时，则停止热重仪；当t≤140时，则跳转s04；

s06：通过绘制燃油的蒸发量随时间的变化直线，直线斜率为燃油蒸发的质量变化率-dm/dt，如图1所示，δm即为t时刻时燃油的蒸发质量，图1中绘制了不同温度下的正十四烷燃油蒸发质量损失随时间的变化直线。

s07：根据得出的燃油蒸发的质量变化率-dm/dt，通过langmuir方程，计算出燃油样品的蒸气压p；利用clausius-clapeyron方程，计算出燃油的蒸发焓δhvap。具体如下：

1.蒸气压：

汽化现象用langmuir方程来描述：

-avap^-1dm/dt＝pα(m/2πrt)^1/2(1)

其中：

avap为蒸发表面积，m²；

-dm/dt为燃油样品的质量变化率；

p是饱和蒸气压,kpa；

α是汽化常数，在保护气条件下，α是常数；

m是摩尔质量；

r是气体常数，8.314j·mol^-1·k^-1

t为热力学温度。k。

重新排列式(1)得

p＝α^-1(-avap^-1dm/dt)(2πrt/m)^1/2(2)

令式(2)中k＝(2πr)^1/2·α^-1，k是与温度无关的经验参数，v＝(-avap^-1dm/dt)(t/m)^1/2，则式(2)变为：

p＝kv(3)

根据已知-dm/dt、avap、t和m可计算得到v，根据antoine方程可得到其不同温度下的蒸气压值，将参考物质的蒸气压p对v作图，得到一条通过原点的直线，如图2，斜率即是此试验环境下的k值。

根据antoine方程

可计算出燃油的蒸气压。其中a、b、c为antoine常数。

根据已知k值，对其他燃油进行热重试验，得到其-dm/dt，计算出v，代入式(3)，可得出不同温度下的各种燃油的蒸气压值p。

2.蒸发焓

由clausius-clapeyron方程使蒸气压与汽化焓和温度相关联:

lnp＝c+δhvap/rt(5)

由于燃油蒸发量较小，可以认为在坩埚内的蒸发液体表面积不变，因此有

p∝(-dm/dt)t^1/2(6)

则得到拟合方程

ln[(-dm/dt)t^1/2]＝d+δhvap/rt(7)

将ln[(-dm/dt)t^1/2]对1/t作图，得到一条直线，其斜率为-δhvap/rt，根据斜率可计算出蒸发焓δhvap。

以正十六烷燃油作为试验样品进行验证，采用正十六烷燃油作为试验样品，根据所述环境得到的经验参数k，计算得到其蒸气压，作蒸气压p和温度t关系曲线和文献数据对比，如图3所示，两者符合较好，说明恒温热重法可以较好的用于测定液体物质的蒸气压。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。