3. Физико-химические свойства сырья

Нефть и её фракции представляют собой сложную многокомпонентную смесь углеводородов различных классов, свойства которой в той или иной степени отклоняются от свойств идеальных растворов, подчиняющихся законам Рауля и Дальтона. Не смотря на это, процессы перегонки и ректификации смесей рассчитывают, используя законы идеальных растворов. Для инженерных расчетов точность такого способа допустима.

При расчете процессов перегонки и ректификации наличие большого числа компонентов в смеси приводит к громоздким вычислениям. Поэтому в технологических расчетах исходную нефть, используя кривую ИТК, разбивают на фракции, выкипающие в узком интервале температур. Каждую узкую фракцию рассматривают как условный компонент с температурой кипения, равной средней температуре кипения фракции. Чем на большее число узких фракций разбита нефть, тем точнее результаты вычислений, но расчет становится более громоздким и трудоёмким.

Для упрощения расчётов без значительной потери их точности разбиваем нефть на 12 фракций (компонентов): до 28 ^оС (газ); 28-80 ^оС; 80-95 ^оС; 95-110 ^оС; 110-125 ^оС; 125-140 ^оС ; 140-176 ^оС; 176-256 ^оС; 256-326 ^оС; 326-411 ^оС; 411-502 ^оС; 502-700 ^оС (остаток).

Принципиальная схема установки АТ перегонки нефти

Рисунок 1

Таблица 1 - Разгонка (ИТК) Катунской нефти

№ фракции	Температуры кипения фракций при 101 кПа, С	Выход на нефть, % масс.		Относительная плотность,	Молекуляр- ная масса (Мi) фракций, кг/кмоль
		отдельных фракций	суммарный
1	До 28	0,73	0,73	-	-
2	28-57	2,21	2,94	0,6675	-
3	57-76	2,32	5,26	0,6813	-
4	76-98	2,38	7,64	0,7087	96
5	98-117	2,43	10,07	0,7301	104
6	117-132	2,44	12,51	0,7429	112
7	132-147	2,46	14,97	0,7517	122
8	147-162	2,49	17,46	0,7682	128
9	162-176	2,51	19,97	0,7791	137
10	176-193	2,62	22,59	0,7923	146
11	193-207	2,63	25,22	0,8036	155
12	207-221	2,66	27,88	0,8142	167
13	221-239	2,67	30,55	0,8251	179
14	239-256	2,70	33,25	0,8359	188
15	256-268	2,74	35,99	0,8460	197
16	268-282	2,78	38,77	0,8527	207
17	282-296	2,83	41,60	0,8593	221
18	296-312	2,86	44,46	0,8658	235
19	312-326	2,91	47,37	0,8707	251
20	326-342	2,96	50,33	0,8821	264
21	342-354	2,98	53,31	0,8927	275
22	354-370	3,12	56,43	0,8975	288
23	370-392	3,18	59,61	0,9047	304
24	392-411	3,14	62,75	0,9071	320
25	411-433	3,23	65,98	0,9109	336
26	433-456	3,26	69,24	0,9188	358
27	456-479	3,31	72,55	0,9243	371
28	479-502	3,34	75,89	0,9294	380
29	502-526	3,37	79,26	0,9390	388
30	526-550	3,42	82,68	0,9485	396
31	остаток	17,32	100,0	-	-

Четыре первые фракции до 28 ^оС (газ); 28-80 ^оС; 80-95 ^оС; 95-110 ^оС отбираем в качестве дистиллята и остальные - в качестве остатка (отбензиненной нефти).

Среднюю температуру кипения компонента, t_ср, определяем как среднее арифметическое между начальной, t_н, и конечной, t_к, температурой кипения фракции.

t_ср = 0,5*( t_н + t_к), ^оС, (1)

Т_ср = t_ср + 273, К. (2)

Молекулярную массу М_i каждого компонента (фракции) можно определить по данным таблицы 1 или по формуле Воинова [ 3 ]:

, (3)

где Т_ср – средняя температура кипения фракции, К.

Относительную плотность компонента определяем через молекулярную массу по формуле Крэга [ 2 ]:

, (4)

или через относительную плотность [4]:

, (5)

где  – средняя температурная поправка относительной плотности на 1 К, определяем по эмпирической формуле Кусакова [3]:

. (6)

Относительную плотность компонента, , определяем по данным таблицы 1 или по уравнению [ 4 ]:

, (7)

где х_i и – массовая доля и плотность i-ой узкой фракции по данным таблицы 1.

Пересчет массовых долей в мольные ведём по формуле [ 4 ] :

, (8)

где Х_i – массовая доля фракции;

X^'_i - мольная доля фракции;

М_i – молекулярная масса фракции, кг/кмоль.

Среднюю молекулярную массу сырья, М_F, находим по уравнению [5]:

М_f = ∑X_Fi^’* М_i , (9)

где X_Fi^’ мольная доля фракции в сырье.

Результаты расчётов физико-химических свойств сырья отбензинивающей колонны приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические свойства сырья

№ компонента	Пределы выкипания фракции, оС	Массовая доля, %	Средняя температура кипения фракции		Молекулярная масса, Мi, кг/кмоль	Мольная доля, XF’	Относительная плотность,
			tср,оС	Тср, К
1	28 (газ)	0,70	-0,5	272,5	59,85	0,0255	0,5920
2	28-80	5,06	54	327	79,116	0,1393	0,6603
3	80-95	1,61	87,5	360,5	93,91	0,0373	0,7000
4	95-110	1,86	102,5	375,5	101,26	0,0400	0,7166
5	110-125	2,2	117,5	390,5	109,06	0,0439	0,7325
6	125-140	2,44	132,5	405,5	117,31	0,0453	0,7477
7	140-176	6,1	158	431	132,36	0,1003	0,7718
8	176-256	13,28	216	489	171,46	0,1687	0,8186
9	256-326	14,12	291	564	231,98	0,1325	0,8649
10	326-411	15,38	368,5	641,5	306,34	0,1093	0,8999
11	411-502	13,14	456,5	729,5	405,34	0,0706	0,9285
12	502-700	24,11	601	874	601,50	0,0873	0,9594
Итого	-	100	-		-	1,0000

Рассчитанная по формулам относительная плотность нефти, , равна 0,8559, средняя молекулярная масса нефти M_F = 217,75 .

Пересчитываем относительную плотность нефти в [ 6 ]:

=1,00664*0,8559-0,00925 = 0,8523 (10)

Абсолютная плотность нефти = 1000*0,8523 = 852,3 кг/м³.