Review and validation of calculation methods for determining the saturated vapor pressure of pure petroleum hydrocarbons and biocomponents

In this paper, a review of the methods for calculating the saturated vapor pressure (SVP) is given. The approaches considered in the paper can be divided into three groups: the first are methods based on correlation dependencies obtained by data regression; the second - requiring the use of critical properties and the acentric factor; the third - is based on the structural group contribution factors. As a result of the review, several of the presented methods were selected for validation. The following methods for calculating SVP were selected: Antoine, Lee-Kesler, Ambrose and Walton, Riedel, Esfahani, Miller, Tu. To check the reliability of the values calculated using these methods, the saturated vapor pressure was calculated for some pure substances, such as hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones and ethers. The Antoine method has the smallest average deviation - 7.32%. However, for some promising substances, there are no coefficients for calculation. Satisfactory results are also obtained by the methods of Ambrose and Walton, Riedel, Esfahani. The Tu method, based on group contributions, has the largest deviation - 25%. The next step in this work is to compare the temperature dependences of the SVP obtained by calculation with experimental data. Hydrocarbons (n-hexane and cyclohexane) and alcohol (ethanol) were selected for comparison. The best methods were those based on empirical equations, as well as those using critical parameters of substances in the calculation.

Ключевые слова: biofuels, hydrocarbons, saturated vapor pressure, calculation method.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1162

Авторы: Константин Дмитриевич Цапенков, Юлия Геннадьевна Кураева, Екатерина Игоревна Сидорова, Александр Евгеньевич Штырлов, Всеволод Владимирович Ястребов, Иван Александрович Зубрилин

Показать организации

Выпуск: Том 25, выпуск 7, 2024 год

Рекомендуемое библиографическое описание статьи:
Цапенков К. Д., Кураева Ю. Г., Сидорова Е. И., Штырлов А. Е., Ястребов В. В., Зубрилин И. А. Обзор и валидация расчетных методик определения давления насыщенных паров чистых нефтяных углеводородов и биокомпонентов//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т.25, вып. 7. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-7/articles/1162/

В данной работе проведен обзор методик расчета давления насыщенных паров (ДНП). Рассмотренные в работе подходы можно поделить на три группы: первая - это методы, основанные на корреляционных зависимостях, полученные путем регрессии данных; вторая - требующие использование критических свойств и ацентрического фактора; третья – основана на учете вклада различных структурных групп в молекуле. В результате обзора, из числа представленных методик, были выбраны несколько для проверки прогностических свойств. Выбраны следующие методы расчета ДНП: Антуана, Ли–Кеслера, Эмброуза и Уолтона, Риделя, Esfahani, Миллера, Ту. Для проверки достоверности рассчитываемых с помощью данных методик значений, произведен расчет давления насыщенных паров для не-которых чистых веществ, таких как углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и эфиры. Наименьшее среднее отклонение имеет методика Антуана - 7,32 %. Однако для некоторых перспективных веществ отсутствуют коэффициенты для расчета. Удовлетворительные результаты имеют так же методы Эмброуза и Уолтона, Риде-ля, Tarkesh. Методика Ту, основанная на групповых вкладах, имеет набольшее отклонение – 25%. Дальнейшим шагом в данной работе является сравнение температурных зависимостей ДНП, полученных расчетным путем, с экспериментальными данными. Для сравнения были выбраны углеводороды (н-гексан и циклогексан) и спирт (этанол). Лучшими прогностическими свойствами обладают методики, основанные на эмпирических уравнениях, а также использующие в расчете критические параметры веществ.

Ключевые слова: биотопливо, углеводороды, давление насыщенных паров, расчетная методика.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1162

Показать организации

Выпуск: Том 25, выпуск 7, 2024 год

1. Measuring and predicting the vapor pressure of gasoline containing oxygenates / D. J. Gaspar, S. D. Phillips, E. Polikarpov [et al.] // Fuel. 2019. V. 243. P. 630-644.
2. Renewable oxygenate blending eﬀects on gasoline properties / E. Christensen, J. Yanowitz, M. Ratcliﬀ [et al.] // Energy Fuels. 2011. Vol. 25. P. 4723-4733.
3. Godavarthy S. S., R. L. Jr. Robinson R. L. Jr., Khaled G. A. M. SVRC–QSPR model for pre-dicting saturated vapor pressures of pure fluids // Fluid Phase Equilibria. 2006. Vol. 246. P. 39-51.
4. Reid R. C., Prausnitz J. M., Sherwood T. K. The properties of gases and liquids. 3th ed. USA: McGraw-Hill Companies. 1982. 592 p.
5. Poling B. E., Prausnitz J. M., O’connell J. P. The properties of gases and liquids. 5th ed. USA: The McGraw-Hill Companies. 2001. 803 p.
6. Яковлев В.В., Числова Е.А. Анализ методик расчета давления насыщенных паров нефте-продуктов // Технико-технологические проблемы сервиса. 2019. №1(47). С. 20-22.
7. Yuan W., Hansen A.C., Zhang Q. Vapor pressure and normal boiling point predictions for pure methyl esters and biodiesel fuels // Fuel. 2005. Vol. 84. P. 943-950.
8. Хафизов Ф.Ш., Краснов А.В. Давление насыщенных паров для нефтепродуктов // Нефте-газовое дело. 2012. № 3. С. 243-253.
9. Saxena P., Patel J., Joshipura M.H. Comparison of various methods for the estimation of vapor pressure of fatty acid methyl and ethyl esters (FAAE’s) // Fuel. 2016. Vol. 182. P. 842–849.
10. Yaws C.L., Yang H.C. To estimate vapor pressure easily // Hydrocarbon Process. 1989. Vol. 68. P. 65.
11. Yuan W., Hansen A. C., Zhang Q. Predicting the physical properties of biodiesel for combus-tion modeling // American Society of Agricultural Engineers. 2003. Vol. 46(6). P. 1487-1493.
12. Krishnasamy A., Sharma R.P., Mehta P. S. A comprehensive approach for estimating thermo-physical properties of biodiesel fuels // Applied Thermal Engineering. 2011. Vol. 31. P. 235-242.
13. Honarmand M., Sanjari E., H. Badihi H. Prediction of Saturated Vapor Pressures Using Non-Linear Equations and Artificial Neural Network Approach // Journal of Mathematics and Com-puter Science. 2014. Vol. 8. P. 343-358.
14. Esfahani R. T., Sanjari E. An accurate general method to correlate saturated vapor pressure of pure substances // Physical Chemistry Research. 2015. Vol. 3. P. 35-45.
15. Bakhshi H., Dehghani A., Jafaripanah S. Using the Genetic Algorithm Based on the Riedel Equation to Predict the Vapor Pressure of Organic Compounds // International Journal of Engi-neering. 2018. Vol. 31. P. 863-869.
16. Detailed physical properties prediction of pure metyl esters for biodiesel combustion modeling / H. An, W. M. Yang, A. Maghbouli [et al.] // Applied Energy. 2013. Vol. 102. P. 647-656.
17. New Vapor-Pressure Prediction with Improved Thermodynamic Consistency using the Riedel Equation / J. Hogge, N. F. Giles, R. L. Rowley [et al.] // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2017. Vol. 56. P. 14678-14685.
18. Разносчиков В. В., Демская И. А. Математическая модель расчета теплофизических свойств синтетического жидкого топлива // Труды МАИ. 2012. № 50.
19. Tu C. H. Group-contribution method for the estimation of vapor pressures // Fluid Phase Equi-libria. 1994. Vol. 99. P. 105-120.
20. Naef R., Acree W. Calculation of the Vapour Pressure of Organic Molecules by Means of a Group-Additivity Method and their Resultant Gibbs Free Energy and Entropy of Vaporization at 298.15K // Molecules. 2015. Vol. 26. P. 1045.
21. Andersen V.F, Anderson JE, Wallington TJ, Mueller SA, Nielsen OJ. Vapor pressures of alco-hol-gasoline blends / V. F. Andersen, J. E. Anderson, T. J. Wallington [et al.] // Energy Fuels. 2010. Vol. 24. P. 3647-3654.
22. Renewable oxygenate blending eﬀects on gasoline properties / E. Christensen, J. Yanowitz, M. Ratcliﬀ [et al.] // Energy Fuels. 2011. Vol. 25(10). P. 4723-4733.
23. Pividal K. A., Sterner C., Stanley I. Sandler and Hasan Orbey. Vapor-liquid equilibrium from infinite dilution activity coefficients: measurement and prediction of oxygenated fuel additives with alkanes // Fluid Phase Equilibria. 1992. Vol. 72. P. 227-249.