1.2 Расчет значений средних температур кипения, молярных масс и плотности узких фракций

Таблица 1.3 – Содержание узких фракций в пономаревской нефти

Номер фракции	Пределы выкипания	Выход, % масс. на нефть
		суммарный	отдельной фракции
0	до 28 °С	1,9	-
1	нк-60*	5,0	5,0
2	60-100	10,4	5,4
3	100-150	18,0	7,6
4	150-200	26,8	8,8
5	200-250	36,6	9,8
6	250-300	46,2	9,6
7	300-350	55,5	9,3
8	350-400	63,8	8,3
9	400-450	70,0	6,2
10	450-500	76,2	6,2
11	500 +	100	23,8
* в том числе и газ

Таблица 1.4 – Содержание узких фракций в тархановской нефти

Номер фракции	Пределы выкипания	Выход, % масс. на нефть
		суммарный	отдельной фракции
1	2	3	4
0	до 28 °С	0	-
1	нк-60*	1,5	1,5
2	60-100	5,0	3,5
3	100-150	10,2	5,2
4	150-200	16,0	5,8
5	200-250	22,4	6,4
6	250-300	29,6	7,2
7	300-350	37,0	7,4

Продолжение таблицы 1.4

1	2	3	4
8	350-400	44,5	7,5
9	400-450	51,5	7,0
10	450-500	56,3	4,8
11	500+	100	43,7
* в том числе и газ

Содержание фракций в % масс. (а_см) в смеси нефтей рассчитывается по формуле:

а_см = а₁ ∙ в₁ + а₂ ∙ в₂ ,

где а₁, а₂ – содержание одноименных фракций в каждой нефти, % масс.;

в₁, в₂ – массовая доля нефтей в смеси.

Содержание газа в смеси:

1,9 ∙ 0,6 + 0,0 ∙ 0,4 = 1,14 % масс.

Содержание фракции нк-60 °С в смеси:

5,0 ∙ 0,6 + 1,5 ∙ 0,4 = 3,6 % масс.

Содержание фракции 60-100 °С в смеси:

5,4 ∙ 0,6 + 3,5 ∙ 0,4 = 4,64 % масс.

Содержание фракции 100-150 °С в смеси:

7,6 ∙ 0,6 + 5,2 ∙ 0,4 = 6,64 % масс.

Содержание фракции 150-200 °С в смеси:

8,8 ∙ 0,6 + 5,8 ∙ 0,4 = 7,6 % масс.

Содержание фракции 200-250 °С в смеси:

9,8 ∙ 0,6 + 6,4 ∙ 0,4 = 8,44 % масс.

Содержание фракции 250-300 °С в смеси:

9,6 ∙ 0,6 + 7,2 ∙ 0,4 = 8,64 % масс.

Содержание фракции 300-350 °С в смеси:

9,3 ∙ 0,6 + 7,4 ∙ 0,4 = 8,54 % масс.

Содержание фракции 350-400 °С в смеси:

8,3 ∙ 0,6 + 7,5 ∙ 0,4 = 7,98 % масс.

Содержание фракции 400-450 °С в смеси:

6,2 ∙ 0,6 + 7,0 ∙ 0,4 = 6,52 % масс.

Содержание фракции 450-500 °С в смеси:

6,2 ∙ 0,6 + 4,8 ∙ 0,4 = 5,64 % масс.

Содержание фракции 500 °С+ в смеси:

23,8 ∙ 0,6 + 43,7 ∙ 0,4 = 31,76 % масс.

Содержание узких фракций в смеси нефтей приведено в таблице 1.5. Кроме того, рассчитываются значения средних ординат для каждой фракции, которые понадобятся в дальнейшем для построения кривых плотностей и молярных масс.

Средние ординаты фракций рассчитываются по формуле:

^{Хср = (ао + а}_Ʃ^{) / 2,}

^{где ао,а}_Ʃ ^{– суммарные выходы, соответствующие началу кипения и концу} кипения каждой фракции.

Расчет и значения средних ординат приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Содержание узких фракций в смеси нефтей

Номер фракции	Пределы выкипания				Суммарный выход	Средняя ордината фракций Хср
1	2	3	4	5	6	7
0	до 28 °С	1,9	0	1,14	-	-
1	нк-60*	5,0	1,5	3,6	3,6	(0+3,6)/2=1,8
2	60-100	5,4	3,5	4,64	8,24	(3,6+8,24)/2=5,92
3	100-150	7,6	5,2	6,64	14,88	(8,24+14,88)/2=11,56
4	150-200	8,8	5,8	7,6	22,48	(14,88+22,48)/2=18,68
5	200-250	9,8	6,4	8,44	30,92	(22,48+30,92)/2=26,7
6	250-300	9,6	7,2	8,64	39,56	(30,92+39,56)/2=35,24
7	300-350	9,3	7,4	8,54	48,1	(39,56+48,1)/2=43,83
8	350-400	8,3	7,5	7,98	56,08	(48,1+56,08)/2=52,09
9	400-450	6,2	7,0	6,52	62,6	(56,08+62,6)/2=59,34

Продолжение таблицы 1.5

1	2	3	4	5	6	7
10	450-500	6,2	4,8	5,64	68,24	(62,6+68,24)/2=65,42
11	500+	23,8	43,7	31,76	100	(68,24+100)/2=84,12
*в том числе и газ

Рисунок 1.1 – К расчету средней температуры кипения остатка

Среднюю температуру кипения остатка (t_oст) можно рассчитать, используя подобные треугольники ABC и ADE.

Для данного случая AB = 68,24 – 62,6 = 5,64; AD = 84,12 – 62,6 = 21,52

отсюда 5,64 ⋅ х = (21,52 – 5,64) ⋅ 50, х = 141.

t_ост.= 500 + х = 500 + 141 = 641 °С

Рисунок 1.2 – К расчету начала кипения смеси нефтей

Начало кипения смеси нефтей определяется пересечением луча, проведенного через точки [1,14 %; 28 °С] и [3,6 %; 60 °С] с осью ординат.

Начало кипения нефти (t_нк) можно рассчитать, используя подобные треугольники ABC и ADE.

Для нашего случая AC = 1,14 (выход газа); AE = 3,6 (см. таблицу 1.5);

BC = x; DE = x + (60 – 28) = x + 32.

отсюда 1,14 ⋅ х + 1,14 ⋅ 32 = 3,6 ⋅ х;

х = = 15

t_нк = 28 – х = 28 – 15 = 13 °С

Среднюю температуру кипения фракции находим как среднее арифметическое:

t_ср = (t_нк + t_кк) / 2,

где t_нк и t_кк – температура начала и конца кипения фракции соответственно.

Средняя температура кипения фракции нк-60 °С:

t_ср1 = (13 + 60) / 2 = 37 °С

Средняя температура кипения фракции 60-100 °С:

t_ср2 = (60 + 100) / 2 = 80 °С

Средняя температура кипения фракции 100-150 °С:

t_ср3 = (100 + 150) / 2 = 125 °С

Средняя температура кипения фракции 150-200 °С:

t_ср4 = (150 + 200) / 2 = 175 °С

Средняя температура кипения фракции 200-250 °С:

t_ср5 = (200 + 250) / 2 = 225 °С

Средняя температура кипения фракции 250-300 °С:

t_ср6 = (250 + 300) / 2 = 275 °С

Средняя температура кипения фракции 300-350 °С:

t_ср7 = (300 + 350) / 2 = 325 °С

Средняя температура кипения фракции 350-400 °С:

t_ср8 = (350 + 400) / 2 = 375 °С

Средняя температура кипения фракции 400-450 °С:

t_ср9 = (400 + 450) / 2 = 425 °С

Средняя температура кипения фракции 450-500 °С:

t_ср10 = (450 + 500) / 2 = 475 °С

По формуле Воинова рассчитываются значения молярной массы фракций:

М_i = 60 + 0,3 ⋅ + 0,001⋅,

где – средняя температура кипения фракции.

Молярная масса фракции нк-60 °С:

М₁ = 60 + 0,3 ⋅ 37 + 0,001 ⋅ 37² = 72 кг/кмоль

Молярная масса фракции 60-100 °С:

М₂ = 60 + 0,3 ⋅ 80 + 0,001 ⋅ 80² = 90 кг/кмоль

Молярная масса фракции 100-150 °С:

М₃ = 60 + 0,3 ⋅ 125 + 0,001 ⋅ 125² = 113 кг/кмоль

Молярная масса фракции 150-200 °С:

М₄ = 60 + 0,3 ⋅ 175 + 0,001 ⋅ 175² = 143 кг/кмоль

Молярная масса фракции 200-250 °С:

М₅ = 60 + 0,3 ⋅ 225 + 0,001 ⋅ 225² = 178 кг/кмоль

Молярная масса фракции 250-300 °С:

М₆ = 60 + 0,3 ⋅ 275 + 0,001 ⋅ 275² = 218 кг/кмоль

Молярная масса фракции 300-350 °С:

М₇ = 60 + 0,3 ⋅ 325 + 0,001 ⋅ 325² = 263 кг/кмоль

Молярная масса фракции 350-400 °С:

М₈ = 60 + 0,3 ⋅ 375 + 0,001 ⋅ 375² = 313 кг/кмоль

Молярная масса фракции 400-450 °С:

М₉ = 60 + 0,3 ⋅ 425 + 0,001 ⋅ 425² = 368 кг/кмоль

Молярная масса фракции 450-500 °С:

М₁₀ = 60 + 0,3 ⋅ 475 + 0,001 ⋅ 475² = 428 кг/кмоль

Молярная масса фракции 500 °С+:

М₁₁ = 60 + 0,3 ⋅ 641 + 0,001 ⋅ 641² = 663 кг/кмоль

Плотность дистиллятных фракций (при атмосферно-вакуумной перегонке нефти – это фракции, выкипающие до 500 °С) рассчитывается по формуле:

= ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (Х_ср)^1/3),

где – относительная плотность смеси нефтей;

= 0,6 ⋅ 0,8416 + 0,4 ⋅ 0,8795 = 0,8568

Х_ср – средняя ордината фракций (см. таблицу 1.5).

Относительная плотность фракции нк-60 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (1,8)^1/3) = 0,622

Относительная плотность фракции 60-100 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (5,92)^1/3) = 0,683

Относительная плотность фракции 100-150 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (11,56)^1/3) = 0,730

Относительная плотность фракции 150-200 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (18,68)^1/3) = 0,770

Относительная плотность фракции 200-250 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (26,7)^1/3) = 0,804

Относительная плотность фракции 250-300 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (35,24)^1/3) = 0,834

Относительная плотность фракции 300-350 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (43,83)^1/3) = 0,860

Относительная плотность фракции 350-400 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (52,09)^1/3) = 0,881

Относительная плотность фракции 400-450 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (59,34)^1/3) = 0,898

Относительная плотность фракции 450-500 °С:

= 0,8568 ⋅ (0,58 + 0,12 ⋅ (65,42)^1/3) = 0,911

Для остатка перегонки плотность рассчитывается по формуле:

ρ_ост = ⋅ [1 + 0,204 ⋅ (X_сум / 100)^0,8],

где X_сум – суммарный отгон дистиллятов до получения данного остатка (в нашем случае это суммарный выход до 500 °С = 68,24 %).

ρ_ост = 0,8568 ⋅ [1 + 0,204 ⋅ (68,24 / 100)^0,8] = 0,986.

Все данные по характеристикам узких фракций сводятся в таблицу 1.6.

Таблица 1.6 – Характеристика узких фракций смесей нефтей

Номер фракции	Пределы выкипания	Выход фракции аi,%	ti	i	Мi
1	2	3	4	5	6
0	до 28 °С	1,14	-	-	-
1	нк-60*	3,6	37	0,622	72
2	60-100	4,64	80	0,683	90