Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Направление подготовки 18.03.01 «Химическая технология»

Образовательная программа «Технология подготовки и переработки нефти и газа»

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1

Название работы

Расчет однократного испарения и однократной конденсации

Вариант

Вариант 24

По дисциплине

Основы проектирования процессов переработки природных энергоносителей

Студент

Группа	ФИО	Подпись	Дата
2Д12	Чижова Анастасия Васильнвна

Руководитель

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата
Доцент	Самборская М.А.	к.т.н.

Томск – 2025 г.

Цель работы:

1. Научиться рассчитывать составы жидкой и паровой фаз, полученных при однократном испарении нефти.

2. Научиться рассчитывать составы жидкой и паровой фаз, полученных при однократной конденсации нефтяных паров.

Теоретическая часть

Основой расчета процесса однократного испарения или конденсации является определение доли пара (отгона) или доли конденсата многокомпонентной смеси при заданных температуре и давлении отгона (конденсации). Расчет основан на совместном итерационном решении уравнений материального баланса и уравнений равновесия пара и жидкости при заданных параметрах. Расчет используется для определения доли отгона сырья на входе в аппарат или для расчета температуры подачи сырья при фиксированной доле отгона. С использованием методики рассчитываются температуры верха и низа ректификационной колонны в процессе проектирования. Однократное испарение жидкости и конденсация пара происходят на каждой ступени разделения в процессе ректификации, поэтому методика может использоваться для расчета числа теоретических ступеней разделения.

Расчет однократного испарения

Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:

(1)

Где:

F – число молей исходного сырья;

W и P – число молей жидкости и пара в смеси;

 x_Fi, x_Wi и y_Pi – мольные доли компонента в смеси, жидкости и паре.

Так как число молей исходного сырья известно, то число молей жидкости и пара можно выразить через долю отгона , а мольную долю компонента в паре через уравнение равновесия:

(2)

где k_i – константа равновесия при заданной температуре.

Тогда уравнение (1) примет вид:

(3)

Сокращая на F, выражая x_Wi через остальные слагаемые и суммируя уравнения по всем компонентам, получим:

(4)

Для увеличения точности расчетов и при малой доле отгона целесообразно использовать аналогичное (4) уравнение, записанное относительно паровой фазы:

(5)

Вычисляя значения констант равновесия компонентов по какой-либо формуле, например, по уравнению Ашворта, и решая нелинейное уравнение (4 или 5) относительно доли отгона любым численным методом, можно определить долю отгона и рассчитать составы фаз по уравнениям:

(6)

(7)

Расчет однократной конденсации

Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:

(8)

Где:

P– число молей исходного пара;

B и G – число молей жидкости и пара после конденсации;

yPi, yGi, и xBi – мольные доли компонента в соответствующей фазе.

Обозначая долю конденсата θ и, рассуждая аналогично предыдущему, получим соответствующие уравнения для определения θ и составов сосуществующих фаз.

(9)

Откуда:

(10)

и

(11)

(12)

Расчет констант фазового равновесия

Константы фазового равновесия псевдокомпонентов можно определять по законам идеальных газов как отношение давления насыщенных паров Pi к общему давлению в системе P:

(13)

Давление насыщенных паров углеводородов и нефтяных фракций Pi, (МПа), обычно рассчитывают по уравнению Ашворта:

(14)

где Т – температура однократного испарения, К;

Т₀ - температура кипения при 0,1 МПа, К,

Р – давление насыщенного пара, Па.

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные (вариант 2)

№ фракции	Температура выкипания фракции, оС	Выход на нефть, % масс.		Плотность г/см3	Показатель преломлен., n	Молекул. масса
		отдельных фракций	суммарный
1	10-70	4,39	4,39	0,6605	1,3820	67
2	70-100	4,91	9,30	0,7246	1,4050	92
3	100-120	4,01	13,31	0,7355	1,4145	110
4	120-150	3,46	16,77	0,7646	1,4280	117
5	150-170	3,67	20,44	0,7752	1,4342	129
6	170-190	3,80	24,24	0,7888	1,4418	144
7	190-210	3,12	27,36	0,8098	1,4552	157
8	210-230	4,14	31,50	0,8201	1,4598	176
9	230-250	4,95	36,45	0,8338	1,4680	190
10	250-270	3,42	39,87	0,8433	1,4740	208
11	270-290	2,22	42,09	0,8490	1,4762	221
12	290-320	6,49	48,58	0,8548	1,4790	242
13	320-350	7,17	55,75	0,8753	1,4905	277
14	474	44,25	100	0,9514	-	421