Компонентный состав. Средняя температура кипения. Характеризующий фактор

Глава 1

Расчет физико-химических свойств и состава нефти и нефтепродуктов

Компонентный состав. Средняя температура кипения. Характеризующий фактор

Компонентный состав. Нефть и нефтепродукты можно рассматривать как смесь, состоящую из n компонентов. Их число и свойства определяют физико-химическую характеристику смеси в целом. В практических расчетах состав многокомпонентной смеси выражается в долях или процентах. Соотношение между долями и процентами 1:100. В нефтепереработке принято обозначать доли, характеризующие состав жидкой смеси, буквой x, а состав газовой или паровой смеси – буквой y. Физический смысл величин при этом сохраняется.

Массовая доля x_i(y_i) компонента представляет собой отношение его массы m_i к массе смеси m: x_i=m_i/m.

Очевидно, Sm_i=m и Sx_i=1.

Пример 1.1 Смешали три масляных фракции в следующих количествах: m₁=81 кг; m₂=135 кг; m₃=54 кг.

Определить массовую долю каждой фракции в смеси.

Решение. Найдем общую массу смеси: m=m₁+m₂+m₃=81+135+54=270 кг.

Определим массовую долю каждой фракции:

Молярная доля компонента выражается отношением числа молей N_i этого компонента к общему числу молей N смеси: .

Аналогично массовой доле .

Пересчет массового состава в молярный и обратный пересчет осуществляются по формулам:

; ,

где M_i – молярная масса компонента, кг/моль.

Пример 1.2 Пересчитать массовые доли фракций, найденные в примере 1.1, в молярные, если молярные массы (в килограммах на киломоль) компонентов равны: М₁=320; М₂=360; М₃=390.

Решение. Определим вначале сумму отношений массовых долей фракций к их молярным массам:

.

Находим молярные доли каждой фракции:

Для проверки правильности полученных результатов суммируем молярные доли: 0,33+0,49+0,18=1.

Сумма равна единице, следовательно, пересчет выполнен верно.

Объемная доля компонента есть отношение его объема V_i к объему всей смеси V: .

Аналогично массовой и молярной долям .

Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность r_i каждого компонента:

Для жидкой смеси прямой пересчет объемных долей в молярные довольно сложен, поэтому лучше его проводить с помощью массовых долей. Для газовой смеси состав, выраженный объемными и молярными долями, одинаков.

Пример 1.3 Газовая смесь получена из 95 м³ пропана и 23 м³ этана. Плотности пропана и этана равны 2,0037 кг/м³ и 1, 3560 кг/м³ соответственно. Выразить состав смеси в объемных и массовых долях.

Решение. Найдем общий объем смеси: V = 95 + 23 = 118 м³.

Объемная доля пропана , этана .

Массовые доли компонентов будут равны:

Средняя температура кипения нефтяной фракции. Любая нефтяная фракция (равно как и нефть) представляет собой сложную смесь углеводородов, выкипающих в некотором температурном интервале. Однако во многие расчетные формулы входит определенная температура, характеризующая кипение нефтепродукта. Поэтому в практике используется понятие средней температуры кипения нефтяной фракции. Существует несколько ее модификаций, но наиболее употребительной является средняя молярная t_ср.м, которая рассчитывается по формуле

где t_i – среднеарифметическая температура кипения узких фракций, °С.

Приближено среднюю температуру можно также определить как температуру 50 %-го отгона фракции по кривой истинных температур кипения (ИТК) или как среднее арифметическое начальной и конечной температур кипения.

Характеризующий фактор. Характеризующий фактор К является условной величиной, отражающей химическую природу и степень парафинистости нефтепродукта. Это условный параметр представляющий собой функцию плотности и средней молярной температуры кипения нефтепродукта.

Характеризующий фактор определяется по формуле

(1.1)

где Т_ср.м – средняя молярная температура кипения, К; – относительная плотность нефтепродукта (см. § 1.2).

Уравнение (1.1) достаточно точно для прямогонных нефтяных фракций; использование его для вторичных продуктов нефтепереработки, содержащих значительные количества ароматических и непредельных углеводородов, ограничено из-за значительной погрешности [1]. Средние значения характеризующего фактора следующие:

парафинистые нефтепродукты 12,5-13,0

нафтеноароматические 10-11

ароматизированные 10

продукты крекинга 10-11

Характеризующий фактор применяется в некоторых расчетах для повышения их точности.

ЗАДАЧИ

1.1 Ароматический концентрат представляет собой смесь, состоящую из 120 кг бензола, 75 кг толуола и 25 кг этилбензола.

Найти массовый и молярный состав смеси.

1.2 Для приготовления пробы товарного бензина смешали в соотношении 1:1 по массам прямогонную бензиновую фракцию (М =113 кг/кмоль, r =732 кг/м³) и бензин каталитического риформинга (М =106 кг/кмоль, r =791 кг/м³).

Определить молярный и объемный состав полученной смеси.

1.3 Дана смесь двух нефтяных фракций. Объем первой фракции V₁ =36 м³, ее плотность r₁ =802 кг/м³, соответственно для второй фракции V₂ =76,5 м³, r₂ =863 кг/м³.

Найти массовую долю каждой фракции.

1.4 Массовое содержание изо-октана в эталонной смеси – 70%, н-гептана – 30%. Определить молярные доли компонентов.

1.5 Углеводородный газ, служащий бытовым топливом, имеет следующее массовое содержание углеводородов: этан – 2%, пропан – 76%, бутаны – 21%, пентаны – 1%.

Рассчитать молярное содержание компонентов в газовой смеси.

1.6 Природный газ Северного месторождения состоит из следующих компонентов (в объемных процентах): СН₄ – 96,8; С₂Н₆ – 0,9; С₃Н₈ – 0,4; С₄Н₁₀ – 0,3; N₂ – 1,0; О₂ – 0,6.

Найти массовый состав смеси.

1.7 При каталитическом крекинге масляной фракции получены продукты:

Определить молярные доли компонентов.

1.8 Дана смесь двух бензиновых фракций самотлорской нефти, имеющих следующие характеристики:

Найти среднюю молярную температуру кипения смеси.

1.9 Определить молярную температуру кипения масляного погона, если известен его состав:

1.10 Имеется смесь двух нефтяных фракций:

Найти объемный состав и среднюю молярную температуру кипения смеси.

Поиск по сайту: