Сборник задач по химии и технологии нефти и газа Новополоцк 2001 Глава 1
жүктеу/скачать 0.52 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ЗАДАЧИ
ЗАДАЧИ1.32 Сырье каталитического риформинга имеет температурные пределы выкипания 120-140°С. Найти давление его насыщенных паров при 240°С. 1.33 Бензин-растворитель БР-1 имеет среднюю температуру кипения 98°С. Каково давление его насыщенных паров при 25°С? 1.34 В соответствии с нормами давление насыщенных паров товарного бензина АИ-93 при 38°С равно 66 660 Па. Каким будет это давление при 25°С? 1.35 Давление насыщенных паров нефтяной фракции при 20°С составляет 4950 Па. Каким оно станет, если фракцию нагреть до 62°С? 1.36 Температура отбора бокового масляного погона вакуумной колонны составляет 275°С при остаточном давлении 5333 Па. Какая температура будет соответствовать атмосферному давлению? 1.37 Определить критические температуру и давление бензиновой фракции лугинецкой нефти, если известны ее плотность 1.38 Найти приведенные температуру и давление масляной фракции при 400°С и 15 МПа. Характеристика фракции: tср.м=410°С, 1.39 Определить фугитивность паров узкой бензиновой фракции при 240°С и 2,1 МПа, если ее критические параметры tкр=269°С и pкр=2,75 МПа. 1.40 Узкая бензиновая фракция характеризуется следующими показателями: tср.м=130°С, 1.41 Критическая температура н-бутана равна 152°С, критическое давление – 3,5 МПа. Найти фугитивность его паров при 200°С и 4 МПа. 1.42 Используя графики (см. рис.2.2, 2.3), определить константу фазового равновесия н-гептана при 190°С и 1,1 МПа. 1.43 Сверху отбензинивающей колонны (t=120°С, р=0,5 МПа) отбирается головная бензиновая фракция, средняя молярная температура кипения которой равна 92°С. Найти константу фазового равновесия бензина, если его критические температура и давление составляют 252°С и 2,9 МПа.
Динамическая вязкость характеризует внутреннее трение жидкости и входит в известное уравнение Ньютона [8]. Единица измерения динамической вязкости в СИ – паскаль на секунду (Пас). В технологических расчетах чаще используется кинематическая вязкость , представляющая собой отношение динамической вязкости к плотности при одной и той же температуре: =/. Единицей кинематической вязкости в СИ является квадратный метр на секунду (м2/с). Дольная единица квадратный миллиметр на секунду (мм2/с) соответствует одному сантистоксу. Для характеристики вязких нефтепродуктов иногда применяют условную вязкость (ВУ). Она выражается отношением времени истечения 200 мл нефтепродукта из стандартного вискозиметра при температуре испытания к времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20°С. Условная вязкость измеряется в градусах ВУ – °ВУ. Пересчет условной вязкости к кинематическую осуществляют по прил.7. Вязкость нефти и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры. При необходимости вязкость несложно пересчитать с одной температуры на другую с помощью номограммы (прил.10). Номограмма дает возможность по двум известным величинам вязкости при любых температурах методом интер- или экстраполяции найти вязкость того же нефтепродукта для заданной температуры.
Решение. Для нахождения неизвестной вязкости воспользуемся номограммой (прил.10). На координатной сетке номограммы обозначим две точки с координатами 100°С, 2,6°ВУ и 20°С, 20°ВУ. Через найденные точки А и В проведем прямую. Отметим точку С, где прямая пересечет вертикаль, соответствующую 70°С. Проецируя точку С на ось ординат, получим значение условной вязкости при 70°С: ВУ70=7,1. Качество масел зависит от степени изменения вязкости с повышением температуры. Оценка вязкостно-температурных свойств производится по показателю, который называют индексом вязкости – ИВ. Индекс вязкости определяется по номограмме (прил.11) по известным значениям кинематической вязкости при двух температурах (обычно 50 и 100°С). С улучшением качества масла его индекс вязкости возрастает. Пример 1.15 Вязкость моторного масла при 100°С составляет 10,5 мм2/с, а при 50°С – 59 мм2/с. Определить индекс вязкости масла. Решение. На ординатных осях вязкости и температуры отметим точки, соответствующие величинам 50=10,5 мм2/с и t=100°С, и проведем через них прямую линию. Вторую линию проведем через две другие точки: 50=59 мм2/с и t=50°С. Точка пересечения двух прямых будет находиться на кривой, обозначенной 100. Следовательно, индекс вязкости масла равен 100 (ИВ=100). С повышением давления вязкость нефтепродуктов возрастает, хотя и не столь значительно, как с ростом температуры. Для расчетов можно принять, что до 4 МПа вязкость нефтепродуктов не зависит от давления. Вязкость смесей жидкостей не может быть определена по правилу аддитивности, поэтому при смешении двух или более нефтепродуктов вязкость полученной смеси целесообразно определять экспериментально. Однако для приближенной оценки иногда пользуются эмпирическими формулами или номограммами, разработанными на их основе [1, 2, 6]. Наиболее часто применяют номограмму (прил. 12), которая позволяет определить вязкость смеси двух нефтепродуктов, взятых в известных соотношениях, или, наоборот, найти соотношение компонентов для получения продукта заданной вязкости. На номограмме для удобства отложены значения вязкости в квадратных миллиметрах на секунду (мм2/с) и ВУ, причем правая ось ординат предназначена для менее вязкого компонента А, левая – для более вязкого компонента В. Следует иметь в виду, что надежность результатов возрастает при работе со смесями, приготовленными из близких по вязкостным свойствам компонентов. Пример 1.16 Смесь составлена из компонентов А (50=12,5 мм2/с) и В (50=60 мм2/с). Определить: а) вязкость смеси, состоящей из 40% компонента А и 60% компонента В ( по объему); б) соотношение в смеси компонентов А и В, при котором кинематическая вязкость 50= 39 мм2/с. Решение. На координатных осях номограммы (прил. 12), соответствующих 100% компонента А и 100% компонента В, отложим значения вязкости 12,5 и 60 мм2/с и соединим полученные точки m и n прямой линией. Прямая mn характеризует вязкость смеси в зависимости от соотношения компонентов. Для ответа на первый вопрос из точки на оси абсцисс, отвечающей составу смеси (40% А и 60% В), восставим перпендикуляр до пересечения с прямой mn. Ордината точки пересечения даст значение кинематической вязкости данной смеси 50=29,5 мм2/с (на номограмме – сплошная линия). Ответ на другой вопрос находится следующим образом. На оси ординат определяем точку с кинематической вязкостью 50=39 мм2/с и через прямую mn проецируем ее на ось абсцисс. Получаем соотношение компонентов А – 25% и В – 75% (пунктирная линия). ЗАДАЧИ1.44 Кинематическая вязкость нефти моисеевского месторождения 20=15,9 мм2/с. Определить ее условную и динамическую вязкости при той же температуре, если 1.45 Фракция 240-350°С соболиной нефти имеет кинематическую вязкость 20=8,4 мм2/с и 50=3,6 мм2/с. Найти кинематическую и условную вязкости этой фракции при 70°С. 1.46 Кинематическая вязкость компонента дизельного топлива при 20°С равна 5,6 мм2/с, а при 50°С – 2,6 мм2/с. Какой будет кинематическая вязкость при 0°С? 1.47 Легкий прямогонный масляный дистиллят характеризуется следующими вязкостными показателями: 50=14,5 мм2/с и 100=3,9 мм2/с. Определить индекс вязкости дистиллята. 1.48 Фракция нафтенопарафиновых углеводородов, выделенная из масляного погона, имеет кинематическую вязкость 50=31 мм2/с и 100=7 мм2/с. Каков индекс вязкости фракции? 1.49 Моторное масло с 100=810-6 м2/с и ИВ=95 эксплуатируется в двигателе автомобиля. Какова будет вязкость масла в момент запуска двигателя при температуре 10°С? 1.50 Для приготовления смеси взяты базовые масла М-8 (100=8 м2/с) и М-14 (100=14 м2/с). Найти вязкость смеси при той же температуре, если соотношение компонентов 1:1 по объему. 1.51 Смесь состоит из 70% масляной фракции I (50=14,510-6 м2/с) и 30% масляной фракции II (50=5510-6 м2/с). Определить вязкость смеси при 50°С. 1.52 Приготовили смесь из 35% масляного погона I и 65% масляного погона II. Вязкость погона I 50=12,5 м2/с и 100=3,5 м2/с, вязкость погона II 40=28,5 м2/с. Определить кинематическую вязкость смеси при 40°С. 1.53 Кинематическая вязкость смеси двух масляных дистиллятов 50=35 м2/с, вязкость каждого из них соответственно 20 и 45 мм2/с. Каково соотношение между дистиллятами в смеси? 1.54 В каком соотношении нужно смешать масла условной вязкости ВУ20=16 и ВУ20=7,5, чтобы получить масло с вязкостью ВУ20=11? 1.5 Тепловые свойства Теплоемкость. К величинам, отражающим тепловые свойства нефтепродуктов, относятся теплоемкость, теплота испарения, энтальпия и некоторые другие. Теплоемкость представляет собой отношение количества теплоты, переданной веществу, к соответствующему изменению его температуры. в зависимости от способа выражения состава вещества различают удельную, молярную и объемную теплоемкости. Чаще применяют удельную теплоемкость, единица ее измерения в СИ джоуль на килограмм-кельвин (Дж/(кгК)), допускаются также кратные единицы. С повышением нагрева теплоемкость жидких нефтепродуктов возрастает, поэтому в нефтепереработке приняты истинная и средняя теплоемкости. Истинная теплоемкость (с, кДж/(кгК)) соответствует некоторой фиксированной температуре Т и до 200°С определяется по формуле Крэга [1, 9]  (1.12)
Среднюю теплоемкость определяют не при фиксированной температуре, а в интервале температур нагревания или охлаждения, что в большей степени соответствует реальным условиям. Расчет средней теплоемкости производится по уравнению Фортча и Уитмена [1]  (1.13)
где tср средняя арифметическая температура температурного интервала, °С. Формулы (1.12) и (1.13) позволяют подсчитать теплоемкость жидких фракций. Теплоемкость паров нефтепродуктов определяется по другим формулам. Так, истинную теплоемкость паров парафинистых нефтепродуктов сп можно рассчитать по уравнению Бальке [1, 2]
Уравнение (1.14) применимо при температурах до 350°С и небольших давлениях. Теплоемкости нефтяной фракции и находящихся над ней паров связаны между собой соотношением
Приближенно теплоемкости жидких нефтепродуктов и их паров можно определить по номограмме (прил.13). Пример 1.17 Определить среднюю теплоемкость нефтяной фракции, плотность которой  , в температурном интервале от 90°С до 130°С.
Решение. Пересчитаем плотность 
Среднюю теплоемкость определим по формуле (1.13): сср=1,444+0,00371105(2,1-0,8157)=1,97 кДж/(кгК). Пример 1.18 Найти теплоемкости жидкого бензина (  ) и его паров при температуре 100°С.
Решение. Теплоемкость жидкой фазы найдем по формуле (1.12): 
По формуле (1.14) определим теплоемкость паров: 
Теплоемкость смесей нефтепродуктов подсчитывается по правилу аддитивности: ссм=с1х1+с2х2+...+cnxn=cixi. Теплота испарения. Эта величина характеризует количество теплоты, поглощаемой жидкостью при переходе ее в насыщенный пар. Удельная теплота испарения выражается в СИ в джоулях на килограмм или чаще в килоджоулях на килограмм. Теплоту испарения индивидуальных углеводородов можно найти в литературе [4, 5]. Для нефтяных фракций существуют различные и графические методы определения теплоты испарения [1, 2]. Для парафинистых низкокипящих нефтепродуктов применимо уравнение Крэга
где L удельная теплота испарения, кДж/кг. Возможен расчет теплоты испарения по разности энтальпий паровой Решение. Расчет теплоты испарения ведем по формуле Крэга (1.15): 
Энтальпия. Удельная энтальпия жидких нефтяных фракций выражает количество теплоты (в джоулях или килоджоулях), которое необходимо сообщить 1 кг (1 кмоль) продукта при его нагреве от 0°С (273 К) до заданной температуры. Энтальпия паров больше энатльпии жидкости на величину количества теплоты, затраченного на испарение жидкости и перегрев паров. В нефтепереработке энтальпию обычно измеряют в килоджоулях на килограмм. Энтальпию жидких нефтепродуктов при температуре Т находят по уравнению Крэга [2] 
Обозначая выражение в скобках а=(0,0017Т2+0,762Т-334,25), можно упростить уравнение:  (1.16)
В прил.14 приведены значения величины а в зависимости от температуры. Энтальпию паров нефтепродуктов определяют по уравнению Итона [1]
Это уравнение также можно упростить, обозначив b=(129,58+0,134Т+0,00059Т2). Тогда
 (1.17)
Прил.15 дает значения величины b в зависимости от температуры. Пример 1.20 Нефтяная фракция плотностью  при 170°С представляет парожидкостную смесь. Определить энтальпию жидкости и паров фракции.
Решение. Энтальпию жидкости подсчитаем по формуле (1.16). По прил.14 найдем значение а при 170°С: а=33607; 
Для определения энтальпии паров используем уравнение (1.17). Коэффициент b найдем по прил.15 при температуре 170°С: b=304,94. 
Как и теплоемкость, энтальпию смеси можно рассчитать по правилу аддитивности: lсм=lixi. задачи1.55 Определить истинную теплоемкость бензиновой фракции плотностью 1.56 Какова истинная теплоемкость мазута ( 1.57 Найти среднюю теплоемкость масляного погона ( 1.58 Определить среднюю теплоемкость фракции реактивного топлива ( 1.59 Бензиновая фракция ( 1.60 Какова теплоемкость паров масляного погона ( 1.61 Пользуясь номограммой (прил.13), найти теплоемкость жидкой нефтяной фракции ( 1.62 При температуре 200°С компонент дизельного топлива ( 1.63 Найти теплоемкость смеси, которая состоит из 250 кг фракции I (с=2,43 кДж/(кгК)), 700 кг фракции II (с=2,11 кДж/(кгК)) и 350 кг фракции III (с=1,96 кДж/(кгК)). 1.64 Средняя молярная температура кипения легкой нефтяной фракции равна 86°С, ее плотность 1.65 Определить теплоту испарения н-гептана при 90°С, если его температура кипения 98,4°С и плотность 1.66 Определить энтальпию при 300°С масляного дистиллята, если его плотность 1.67 Фракция дизельного топлива выходит из атмосферной колонны с температурой 20°С. Определить энтальпию фракции, если ее 1.68 Пары легкой бензиновой фракции ( 1.69 Широкая масляная фракция ( 1.70 В теплообменник поступает 12 000 кг/ч дизельной фракции (  ). Рассчитать тепловой поток, который требуется для нагревания фракции от 90 до 150°С.жүктеу/скачать 0.52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
и фракционный состав: 10% - 55°С; 50% - 108°С и 70% - 129°С.
, М=315кг/кмоль, константа kp=6,4.
М=114 кг/моль, kp=6,3. Определить фугитивность ее жидкой и паровой фаз при t=220°С и p=1,6 МПа.
(1.14)
(1.15)
и жидкой 
фаз, взятых при одинаковой температуре и давлении: 
.
и средняя молярная температура кипения tср.м=74°С.
при температуре 70°С.
), нагретого до 200°С?
) в интервале температур нагрева 200-250°С.
) в процессе охлаждения с 75 до 35°С.
) нагрета до 140°С. Определить теплоемкость ее паров при этой температуре.
) при 350°С?
) и ее паров при температуре 190°С.
) находится в парожидкостном состоянии. Найти теплоемкости жидкой и паровой фаз.
. Определить теплоту испарения фракции.
.
.
.
) покидают отбензинивающую колонну с температурой 110°С. Определить энтальпию паров.
) поступает в качестве сырья в реактор каталитического крекинга при температуре 490°С. Рассчитать энтальпию ее паров.