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 xi(yi) компонента представляет собой отношение его массы mi к массе смеси m: xi=mi/m.
Очевидно, Smi=m и Sxi=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 Ni этого компонента к общему числу молей N смеси: 
.
Аналогично массовой доле 
.
Пересчет массового состава в молярный и обратный пересчет осуществляются по формулам:
; 
,
где Mi – 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 Vi к объему всей смеси V: 
.
Аналогично массовой и молярной долям 
.
Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность ri 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 tср.м, которая рассчитывается по формуле
где ti – 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 Тср.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:
| Массовое содержание, % | Молярная масса, кг/кмоль | |
| Газ | 11,2 | |
| Бензин | 32,7 | |
| Легкий газойль | 36,9 | |
| Тяжелый газойль | 19,2 |
Определить молярные доли компонентов.
1.8 Дана смесь двух бензиновых фракций самотлорской нефти, имеющих следующие характеристики:
| Молярная масса, кг/кмоль | Массовое содержание, % | |
| Фракция 105-120°С | ||
| Фракция 120-140°С |
Найти среднюю молярную температуру кипения смеси.
1.9 Определить молярную температуру кипения масляного погона, если известен его состав:
| Молярная доля | |
| Фракция 420-436°С | 0,45 |
| Фракция 436-454°С | 0,30 |
| Фракция 454-470°С | 0,25 |
1.10 Имеется смесь двух нефтяных фракций:
| Молярная масса, кг/кмоль | Плотность r, кг/м3 | Молярная доля | |
| Фракция 180-210°С | 0,34 | ||
| Фракция 210-230°С | 0,66 |
Найти объемный состав и среднюю молярную температуру кипения смеси.
