
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;
xFi, xWi и yPi – 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 ki – константа равновесия при заданной температуре.
Тогда уравнение (1) примет вид:
(3)
Сокращая на F, выражая xWi 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 |