1.3.4 Фракційний склад нафти

Нафта складається з великої кількості вуглеводів, які мають різну температуру кипіння. Виділяти з нафти окремі вуглеводні непотрібно і тому їх розділяють на фракції, що мають певні температурні межі.

При перегонці нафту розділяють на такі фракції:

• газ (С₂ – С₄);

• бензин (початок кипіння - 180 °С);

• гас (140 – 280 °С);

• дизельне паливо (180 – 350 °С).

Фракції, які википають до 350 °С називаються світлими нафтопродуктами і їх одержують в атмосферних колонах. Залишок атмосферної перегонки називається мазут (фракції більше 350 °С).

Для подальшого одержання фракцій олив, які википають в межах 350500 °С або вакуумного газойлю, мазут переганяють у вакуумних колонах. Залишком вакуумних колон є гудрон (температура кипіння більше 500 °С). Нафтопродукти, які википають при температурі 350 °С і більше, називаються темними.

2 Основні поняття масообмінних процесів

2.1 Загальні ознаки масообмінних процесів

Масообмінні процеси володіють загальними ознаками, які коротко можна сформулювати наступним чином:

• вони використовуються для розділення сумішей;

• в любому процесі приймають участь по крайній мірі дві фази: рідка і парова (перегонка, ректифікація), рідка і газова (абсорбція), тверда і парогазова (адсорбція, екстракція), дві рідких (екстракція);

• перехід речовини з однієї в іншу фазу проходить за рахунок дифузії;

• рушійною силою масообмінних процесів є різниця концентрацій компонентів у фазах. При цьому перенесення маси речовини здійснюється за рахунок різниці концентрацій фактично в одній фазі G і рівноважної з фактичною в іншій фазі L. Процес протікає в напрямі тої фази, в якій концентрація компоненту менша (рис. 1.1);

а б

а – з фази G в фазу L; б – з фази L в фазу G

Рисунок 1.1 Схема перенесення речовини між двома фазами

• перенесення речовини з однієї фази в іншу проходить через границю фаз;

• дифузійні процеси зворотні, тобто напрям процесу визначається законами фазової рівноваги, фактичними концентраціями компонентів в обох фазах і зовнішніми умовами (температура, тиск);

• перехід речовини з однієї фази в іншу закінчується при досягненні динамічної рівноваги.

2.2 Способи визначення складу фаз

Однорідна фізично виділена густина системи називається фазою. До загальноприйнятих ознак за якими розрізняють фази в системі відносяться: колір, оптична густина, текстура і загальний вигляд. Системи, які містять одну фазу називаються гомогенними, а які містять дві і більше – гетерогенними.

Склад багатокомпонентних сумішей в газовому і рідкому стані може задаватися масовими, мольними, об’ємними частками, масово-об’ємними, відносними масовими або молярними концентраціями.

Якщо маса всієї фази буде G, а маси компонентів, що знаходяться в ній , то масові частки компо-нентів визначаються:

(в газовій фазі); (в рідкій фазі); (2.1)

Так як , то

(2.2)

Якщо суміш складається з кмолей, а кількість кмолей компонентів - , то мольні частки компонентів визначаються:

(в газовій фазі); (в рідкій фазі) (2.3)

При цьому кількість кмоль суміші і окремих компонентів визначається:

(2.4)

де - молярні маси суміші і окремих компонентів, кг/кмоль.

Так як , то (2.5)

Відношення об’єму компонента, який входить в суміш, до загального об’єму суміші називається об’ємною часткою компонента в суміші.

(2.6)

Так як , то (2.7)

Для газових сумішей об’ємний склад співпадає з мольним оскільки об’єми 1 кмоля любого газу при однакових умовах рівні.

Для сумішей рідин об’ємна частка визначається:

; (2.8)

Запишемо взаємозв’язок між масовими, об’ємними і мольними частками.

- для одного компонента

- для суміші

,

так як , то

, (2.9)

де - густина компонента і суміші, кг/м;

Молярна маса суміші визначається за формулами

, (2.10)

або через масові частки

, (2.11)

Склад сумішей можна визначити через маси компонентів, що містяться в 1 м суміші. В цьому випадку визначений склад суміші називається масово-об’ємною концентрацією:

, (2.12)

Якщо підсумувати масово-об’ємні концентрації усіх компонентів, то одержимо масу суміші в одиниці її об’єму, тобто густину суміші:

(2.13)

Рівняння (2.13) можна видозмінити якщо чисельник і знаменник поділити на масу суміші

(2.14)

Склад бінарної суміші зручно визначити у відносних концентраціях, тобто у вигляді відношення маси або кількості кмолей одного компонента до маси або кількості молей іншого.

Якщо вміст одного компонента складає x, а другого 1-x, то відносний масовий склад дорівнює:

(2.15)

Для визначення відносних мольних концентрацій необхідно знайти кількість кмолей двох компонентів в суміші і взяти їх відношення:

(2.16)