Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Сарданашвили А.Г. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа учеб. пособие для студентов нефт. спец. вузов

.pdf

Скачиваний:

288

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

13.43 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 282 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

или

_	273	МП
p r ~	22,4 '	Т

Молекулярные веса и плотности некоторых газов и жидкостей

приведены в

Приложении

Задачи

Определить

относительную

плотность

нефтепродукта

df,

если

его

d\5

= 0,7586.

df,

Определить

относительную

плотность

нефтепродукта

если

его

di° = 0,872.

3. Относительная

плотность бензиновой

фракции

= 0,7560.

Какова

относительная плотность

этой

фракции

при 50 °С?

Плотность

нефтяной

фракции df

0,870;

определить

для

этой

фракции

значение

d\\.

плотность df

Определить

относительную

нефтепродукта,

если

для

него d\% =

0,824.

Определить

относительную

плотность

нефтепродукта

при

250 °С

(dff),

если

его d\l =

0,820.

Плотность мазута бинагадинской нефти df = 0,953. Опре

делить

его плотность

при 300 °С (df°).

Плотность нефтяной фракции df0 = 0,910; определить для

этой

фракции

значение

d\\.

Определить

относительную

плотность

смеси,

состоящей из

250 кг бензина плотностью df

— 0,756 и 375 кг керосина плотностью

0,826.

10.

Определить

плотность

смеси

следующего

состава

(в

объемн. % ) : 25

бензина

(df

= 0,756),

лигроина

= 0,785)

и60 керосина (df = 0,837).

11.Смесь состоит из 60 кг н-пентана, 50 кг «-гексана и 25 кг н- гептана. Определить среднюю плотность смеси, если для н-пентана

0,6262, rt-гексана df

= 0,6594, я-гептана

0,6838.

12.

Смесь

состоит

из

трех

компонентов:

Gi — 459

кг,

711 кг и

G3 =

234 кг;

плотность их (df)

соответственно

равна

0,765;

0,790; 0,780. Определить плотность этой

смеси

df.

13. Определить абсолютную плотность пропана и н-бутана при

760 мм pm. ст. и 0 °С.

14.

Определить

плотность

крекинг-газа

при

400 °С

1200 мм рт. ст.,

если

его молекулярный

вес равен

30.

15.

Определить

плотность газа при 200 °С

1900 мм рт.

ст.,

если его молекулярный вес равен 58.

16.Определить плотность d\l жидкого нефтепродукта, имеющего молекулярный вес 130.

17.Молекулярный вес бензиновой фракции 160. Определить относительную плотность df этой фракции.

Молекулярный вес

Молекулярный вес является одной из основных физико-хими ческих характеристик нефтей и нефтепродуктов. Им пользуются для вычисления других физико-химических свойств, при техноло гических расчетах аппаратуры.

Между молекулярным весом и температурой кипения нефтяных фракций существует определенная зависимость: чем больше моле кулярный вес нефтяной фракции, тем выше ее температура кипения. Учитывая эту зависимость, Б . М. Воинов [1,2] предложил следую щую общую формулу для определения молекулярного веса М неф тяной фракции:

				М = а + Ы + Ф		(10)
где	t	— средняя		молекулярная температура кипения	фракции, °С;
a,	b	и с —• коэффициенты.
В	частности, для парафиновых углеводородов формула					Б . М. Вои
нова		имеет	вид:
				Л1 = 6 0 + 0,3+ 0,001*		(11)
	Пример		1. Средняя температура кипения		фракции	120 °С. Ее
молекулярный				вес равен:
				М = 60 + 0,3-120 + 0,001 (120)а =	110,4

Формулу Б . М. Воинова уточнил А. С. Эйгенсон, введя характе ризующий фактор К- Эта величина определяет химическую природу нефтепродукта. Для парафинистых нефтепродуктов К = 12,5—13, для ароматизированных около 10 и менее, для нафтено-ароматиче- ских К = Ю—11. Характеризующий фактор К определяют по фор муле:

где Тс р,м о л

йЦ

„1,216 у^Урр.мол

"15

—средняя молекулярная температура кипения (для узких фракций можно брать среднюю температуру кипения при разгонке по

ГОСТ 2177—66), °К;

—относительная плотность данной фракции.


Среднюю молекулярную	температуру кипения		нефтепродукта
(*с р .м о л , °С) можно определить по		формуле:
' с р . М О Л =		211	( ' 3 )
где — средние (арифметические)	температур кипения узких		фракций, состав

ляющих данный нефтепродукт, °С; х'і — содержание узких фракций, мол. доли.

С введением характеризующего фактора формула Б . М. Воинова принимает вид:

М= (7Я —21,5) + ( 0 , 7 6 - 0 , 0 4 / С ) * + (0,003*: — 0,00245) *2

(14)

Пример 2. Определить среднюю молекулярную температуру ки пения и характеризующий фактор К для нефтепродукта с преде

лами	выкипания		85—110 °С плотностью				df° =	0,765. Содержание
узких	фракций	в		этом	продукте	следующее		(мол. доли): (85—
90 °С) — 0,21;		(90—95 °С) — 0,10;				(95—100 °С) — 0,35;				(100—
105 °С) — 0,23; (105—ПО °С) — 0,11 .
Решение. Определяем					среднюю	температуру			кипения	каждой
узкой	фракции:
	85		+ 90			90 + 95
	*х =		§	= 8 7 - 5 ° С ;		t%=	у	=	92,5 °С;
	*3	=	97,5°С; * 4 = 1 0 2 , 5 ° С ;				/ 5 = 1 0 7 , 5 ° С

Подставляя полученные данные в формулу (13), получаем:

'ср.мол = 0,21 -87,5 + 0,10-92,5 +	0,35-97,5 +
+ 0,23-102,5 + 0,11-107,5 =	97,2 °С

Определяем характеризующий фактор К по формуле (12):

	1,216 V 97,2 + 273,0		1,216 уШ^2
К ~	0,765	=	0,765	= П , 3

Средний молекулярный вес смеси можно определить, зная моль ную долю и молекулярный вес каждого компонента смеси:

е.:		'ср = *JMi + х^М2 +	Ь х'пМп
		'ср = *JMi + х^М2 +	Ь х'пМп
где хи	х2,	. . ., хп — содержание компонентов	в смеси, мол. доли;
Мг,	М2	Мп —молекулярный вес этих	компонентов.

Молекулярный вес смеси нескольких нефтяных фракций можно определить по формуле:

где тх,	т2,	. . .,	тп — масса нефтяных	фракций, кг;
Mlt	М2,	. . .,	Мп— молекулярный	вес фракций.

Молекулярный вес нефтепродукта можно определить также по формуле Крэга:

44,29 dj |

М = 1 , 0 3 - 4

< 1 7 )

Пример 3.	Определить средний молекулярный вес смеси бензола
с изооктаном,	если мольная доля бензола составляет 0,51, изоокта-
на — 0,49.

Решение. Молекулярный вес компонентов найдем по Приложе нию 2: для бензола 78, для изооктана 114. Подставляя эти значе ния в формулу (15), получаем:

Л1Ср = 0,51-78 + 0,49-114 = 95,7

Пример 4. Смесь состоит из 1500 кг бензола и 2500 кг н-октана. Определить средний молекулярный вес ;смеси.

Решение. Используем формулу (16):

1500 +	2500
М с р — 1500	2500 — 9 7 > *
78 +	114

Задачи

18. Определить молекулярный вес нефтяных фракций, средняя температура кипения которых составляет ПО, 130 и 150 °С.

19. Смесь состоит из двух компонентов. Масса каждого компо нента 1500 кг; молекулярный вес Мх = 100, М2 — 156. Определить средний молекулярный вес смеси.

20.Смесь состоит из 60 кг й-пентана, 40 кг «-гексана и 20 кг н- гептана. Определить средний молекулярный вес смеси.

21.Определить средний молекулярный вес широкой фракции,

состоящей из 20% бензина с М =	ПО, 40% лигроина	с М = 150,
20% керосина с М = 200 и 20%	газойля с М = 250.

22.Определить средний молекулярный вес узкой фракции пря мой перегонки плотностью d\l = 0,758.

23.Определить средний молекулярный вес нефтепродукта, имею

щего среднюю температуру кипения 100 °С и характеризующий фактор К = 11,80.

24.Определить средний молекулярный вес фракции, имеющей плотность d'|?=0,785.

25.Определить средний молекулярный вес нефтепродукта, имею щего плотность df> = 0,856.

26.Определить молекулярный вес нефтяного газа следующего состава:

Компоненты	Доля	компо-	Молекулярный
газовой смеси	нента	(мол.)	вес компонента
Сх	0,950		16
С 2	0,025		30
С3	0,012		44
С 4	0,009		58
С 6	0,004		72

Давление насыщенных паров

При изучении фракционного состава нефтей и проведении тех нологических расчетов аппаратуры приходится пересчитывать дав ление насыщенных паров нефтепродуктов от одной температуры к

другой, а также температуру кипения нефтяных фракций от одного давления к другому. Для осуществления таких пересчетов предло жены формулы, приведенные в литературе [1—3], и номограммы (см. Приложения 3—6).

Пример 1. Узкая нефтяная фракция при атмосферном давлении имеет среднюю температуру кипения 149 °С. Какова температура кипения этой фракции при 2000.мм рт. ст.?

Решение. По графику (см. Приложение 6) на оси ординат находят точку, соответствующую температуре 149 °С, и из этой точки про водят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с верти кальной линией, отвечающей давлению 760 мм рт. ст. Получают

точку А, которая легла на искомый луч. Затем	от точки, соответст
вующей давлению 2000 мм рт. ст., проводят	вертикаль	до пере
сечения с найденным лучом в точке В. Из точки	В проводят	горизон
тальную линию, параллельную оси абсцисс, до	пересечения со шка

лой температур в точке С. Эта точка дает значение искомой темпера туры кипения — 190 °С.

Пример 2. При разгонке мазута из колбы Кляйзена температура паров в момент замера была равна 150 °С, а остаточное давление 2 мм рт. ст. Какова температура паров при атмосферном давлении?

Решение.

Используют

номограмму

(см. Приложение

5).

На ле

вой

шкале

номограммы

отмечают

значение

температуры

150 °С,

на

правой

шкале —"значение

давления

2 мм

рт. ст. Эти точки

соединяют прямой и в точке

пересечения со шкалой

«температура

кипения при нормальном давлении» (при разгонке из колбы

Кляй

зена)

находят

значение

искомой

температуры — 330 °С.

Для подсчета давления насыщенных паров узких нефтяных фрак

ций

при низких

давлениях пользуются

формулой Ашворта

[1—31:

l gP =

2,68

f(T)

(18)

f(T0)

где

Р — давление

насыщенных

паров,

атм;

Т — соответствующая температура, °К;

Т0

— температура кипения при атмосферном давлении, "К;

(Т) — функция

температуры

Т,

выражаемая уравнением:

f f r \ —

1250

(\Q)

' v

/Т2—

108 000 — 307,6

1 '

Функцию f(T0)

определяют

аналогично. Значения функции f{T)

для различных температур приведены в

Приложении

Пример

3. Узкая

нефтяная

фракция

при атмосферном

давлении

имеет

среднюю

температуру

кипения

177 °С. Определить

темпера

туру кипения этой фракции при 6,4 атм.

Решение.

Дл я

решения задачи

используем

уравнение

Ашворта

(18)

решим

его относительно температуры:

f(T) = f (7-0)	2,68

По Приложению		7 найдем значение f(T0) для температуры 177 °С;
f(T0)	= 4,009; lgP = lg6,4 =			0,8075. Подставляя		эти значения, по
лучаем:				/	0,8075\
		/ ( Г ) =	4,009
				( 1 - ^ 6 8 " ) = 2 , 7 8 7
По Приложению		7 (путем интерполяции) находим искомую тем
пературу. Т = 274 °С «			547 °К-
	Коэффициент	сжимаемости			и критические	параметры
При относительно высоких температурах и небольших давле
ниях	реальные газы ведут себя почти так же, как идеальные. С по

вышением давления и понижением температуры в уравнения, опи сывающие их поведение, приходится вводить различные поправоч

ные	коэффициенты, в частности коэффициент (фактор) сжимае
мости Z.		Так, уравнение состояния		идеального газа	с учетом	коэф
фициента		Z выглядит следующим		образом:
			IJV = ZnRT			(20)
где П — давление в системе, атм; §
V	— объем газа,		см*/моль;
п	— число молей		газа;
R	— универсальная		газовая постоянная, смя • атм/(моль < град);
Т — температура системы, °К .
Коэффициент сжимаемости зависит от природы					вещества,	тем

пературы, давления и может быть найден экспериментально или при помощи графиков [I—51. Зная приведенные значения давления

(Рпр)

и температуры (Тпр),

можно

найти

Z по графику на рис. 3.

Эти значения рассчитывают по следующим формулам:

РиР = - у -

(21)

ТпР = ^Г~

(22)

* к р

где

Ркр

— критическое давление,

атм;

Ткр

— критическая

температура, °К-

Пример.

Определить

удельный

объем

паров

этилового спирта

при 154,4 °С и

6,8

атм,

если для этилового

спирта / к р == 243,0 °С

Ркр

= 63,3

атм.

(22) находим:

Решение.

По формулам (21) и

Т"Р-

154,4 +

273

427

6,8

243 +

273

516 - ° > 8 2 ;

р п р -

6 3

3 —0,10

На

рис. 3

находим

значение коэффициента

сжимаемости: Z =

0,92. Отсюда:

„

ZRT

0,92-82,07-427

„ Л

см9/моль

V = -jj—

—

g-^

4740

При решении задач, связанных с определением объема V паров или газов, проходящих через поперечное сечение аппарата в еди ницу времени, широко пользуются формулой:

	t + 273	1		(23)
	273	77 3600	М,	(23)
	273	77 3600	М,
где t	— температура системы, °С;
Gi — расход компонента пара или газа, кг/ч;
М[	— молекулярный вес этих компонентов.

о, і	о,г о,з о,ч о,б о,8 і,о	г	з	ч 5 є 7 взю	20	25 30
	Приведенное давление			Рпр
Рис. 3. График для определения коэффициента сжимаемости нефтяных						фракций .

Если пары и газы находятся	под давлением выше 4 атм, то в
формулу (23) необходимо ввести	величину	Z,	т. е.:
t + 273	1			(24)
	П ' 3600	z S	М,	(24)
	П ' 3600	z S	М,

Критические параметры некоторых веществ даны в Приложении 8. Зависимости критических температуры и давления газа от молеку лярного веса даны на рис. 4 и 5. Критические параметры узких нефтяных фракций и отдельных углеводородов можно подсчитать

также по эмпирическим	формулам [2, 51:
Г к р =	355,1 +	0 , 9 7 а — 0,00049а2			(25)
	Ркр-К		м
а = ( 1 , 8 * с р . 1 1 0 л +				132)4»
/( =	5,33 +	0,855	-	60
				60

где а, К — коэффициенты; для парафиновых углеводородов /С=5—5,3; для наф

теновых 6; для ароматических 6,22—7; для нефтепродуктов обычно

К= 5,5;

М— молекулярный вес фракции;

^ср. мол — средняя молекулярная температура кипения (см. формулу 13) или

приблизительно 50%-ная точка по кривой ИТК, °С; d\\ — относительная плотность;

^70. — температуры 70 и 10% отгона по кривой ИТК, °С.

300

0з Si

Молекулярный	вес	110
		Молекулярный вес
Рис. 4. График дл я	определения	Рис. 5. График для определения
критической температуры газов.		критического давления газов.

Критическую		температуру	кипения (/ к р , °С) нефтяной фракции
можно	определить по формуле:
		' к Р =	1,05/ с р + 160
где /,ср	средняя	температура кипения нефтяной фракции, °С.

Рис. 6. График дл я определе ния критической температуры нефтяных фракций.

100	200	300
Средняя молекулярной		тем
пература	кипения, "С

Для определения критической температуры нефтяной фракции можно воспользоваться графиками на рис. 6 и 7. Коэффициент сжи маемости Z для нефтяных фракций'и газовых смесей определяют по графику на рис. 3, но при этом в формулы (21) и (22) вместо кри тических параметров Р к р и Т к р подставляют так называемые псевдо критические параметры. Последние ппррдрляшт до, А грЛфику на

2—1511

^ ••• •'

'.. 17

I	1	1	1	1/7
0 .	WO	200	300	400
	Средняя	температура	кипения,	°С

Рис. 7. График для определения критических температур и давле ний нефтепродуктов разной плотности.

100	J50	200	250	300	350	Ш	Ш
		Молекулярный		бес франции

Рис. 8. График для определения псевдокритических параметров нефтяных фракций с различным характеризующим фактором К.

рис. 8, где К — характеризующий фактор, подсчитываемый по фор муле (12). Псевдокритические параметры для смеси газообразных индивидуальных углеводородов, если неизвестен состав этой смеси, можно с достаточной для практических расчетов точностью опреде-

	260				Ь6,0
					Ь6,0
Рис. 9. Зависимость псевдокрити	£220			-	45,0 ^
Рис. 9. Зависимость псевдокрити
ческих параметров смеси углево	200
ческих параметров смеси углево	200				44.5
дородных газов от ее относитель	то 0,6				44.5
ной плотности.	то 0,6	0,7	0,8	0,9 7,0
	Относительная			плот	-
	ноешь	газа	(по	отно	-
	шению к		воздуху)

лить по графику на рис. 9; на нем представлена зависимость этих параметров от относительной (по отношению к воздуху) плотности газовой смеси.

Фугитивность

Для равновесной системы, согласно законам Рауля и Дальтона:

		Рх' =	Пу'			(27)
откуда:
		х' -	п -	*
где Р	— давление насыщенных паров чистого компонента,				ашм;
х'	— мольная концентрация компонента в жидкой фазе, мол. % ;
П — давление в системе, ашм;
у'	— м о л ь н а я	концентрация компонента		в паровой фазе,		мол. % ;
k—константа		фазового равновесия	(см.	Приложения	9,	10).

Для идеальной системы значение k равно отношению давления насыщенных паров данного компонента к давлению в системе и характеризует распределение данного компонента между паровой и жидкой фазами. Для реальных систем константа фазового равно весия, вычисленная этим методом, не дает вполне удовлетворитель ных результатов.

Для реальных газов и растворов давление насыщенных						паров Р
и давление, в	системе	П в уравнении			(27) заменяют соответственно
фугитивностью жидкости /£р и			паров		/ " я . Уравнение (27)	приоб
ретает следующий вид:
		І?,Р*	=	ІІПҐ		(28)
а константа	фазового	равновесия		равна:
			(Ж			(29)
			it,p			(29)
			it,p
				f"
2*						19

<<< < Предыдущая 12 / 282 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ