Свойств и состава нефтей и нефтепродуктов

Плотность

 

При расчете физико-химических свойств нефтепродуктов принято пользоваться относительной плотностью, представляющей собой соотношение плотностей жидкого нефтепродукта и дистиллированной воды при определенных температурах. Обозначают относительную плотность d , где t₁ - температура воды, ˚ С; t₂ - температура нефтепродукта, ˚ С. В СНГ стандартными температурами при определении плотности являются для воды 4 ˚ С и для нефтепродуктов 20 ˚ С (d ). В ряде зарубежных стран стандартной температурой для воды и нефтепродукта является 15, 6˚ С (d ).

Часто для технологических расчетов необходимо пересчитывать плотность нефтепродукта от одной температуры к другой. Высокую точность дает формула Д. И. Менделеева в интервале температур от 0 до 50 ˚ С:

d = d - α (t - 20) (1)

где d - относительная плотность нефтепродукта при 20 ˚ С;

d - относительная плотность нефтепродукта при заданной температуре t;

Рис 1 График для определения относительной плотности при известной их плотности d

 

 

 

Рис. 2. График для определения относительной плотности жидких нефтепродуктов d при высоких температурах известной их плотности d

 

Значения температурной поправки представлены в таблице 1. Для определения плотности жидких нефтепродуктов при высоких температурах можно пользоваться графиками, приведенными на рис. 1 и 2. На рис. 1 на оси абсцисс откладывают известное значение плотности, из этой точки (А) восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линией, соответствующей температуре, при которой определена эта плотность (точка В).

Затем проводят линию, параллельную близлежащей наклонной кривой, до пересечения (в точке С) с линией температуры, при которой нужно определить плотность. Из точки С: опускают перпендикуляр до пересечения с осью абсцисс и таким образом (в точке D) находят искомую плотность.

При пользовании рис. 2 на оси абсцисс откладывают температуру, при которой требуется определить плотность. Затем восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой заданной плотности d и на оси ординат, находят искомое значение плотности (d ).

Часто приходится пересчитывать d на d , а также d на d и наоборот. С этой целью пользуются уравнениями:

(2)

где а - средняя температурная поправка. (Из табл. 1)

 

Таблица 1

Средняя температурная поправка а для подсчета плотности

жидких нефтепродуктов к формуле 1

d	а	d	а
0, 7000-0, 7099	0, 000897	0, 8500-0, 8599	0, 000699
0, 7100-0, 7199	0, 000884	0, 8600-0, 8699	0, 000686
0, 7200-0, 7299	0, 000870	0, 8700-0, 8799	0, 000673
0, 7300-0, 7399	0, 000857	0, 8800-0, 8899	0, 000660
0, 7400-0, 7499	0, 000844	0, 8900-0, 8999	0, 000647
0, 7500-0, 7599	0, 000831	0, 9000-0, 9099	0, 000633
0, 7600-0, 7699	0, 000818	0, 9100-0, 9199	0, 000620
0, 7700-0, 7799	0, 000805	0, 9200-0, 9299	0, 000607
0, 7800-0, 7899	0, 000792	0, 9300-0, 9399	0, 000594
0, 7900-0, 7999	0, 000778	0, 9400-0, 9499	0, 000581
0, 8000-0, 8099	0, 000765	0, 9500-0, 9599	0, 000567
0, 8100-0, 8199	0, 000752	0, 9600-0, 9699	0, 000554
0, 8200-0, 8299	0, 000738	0, 9700-0, 9799	0, 000541
0, 8300-0, 8399	0, 000725	0, 9800-0, 9899	0, 000522
0, 8400-0, 8499	0, 000712	0, 9900-1, 000	0, 000515

 

d = d · 0, 9982 (3)

Среднюю относительную плотность (d_см) смеси жидких фракций находят по правилу аддитивности:

d_см = (4)

или d_см= (5)

где d₁, d₂, …, d_n - относительные плотности компонентов смеси;

V₁, V₂, ..., V_n - объемы компонентов, м³;

G₁, G_, …, G_n - массы компонентов, кг.

Относительная плотность газа равна отношению массы m газа, занимающего объем V при некоторых температуре и давлении к массе m₁ воздуха, занимающего тот же объем V при тех же температуре и давлении:

Если считать газ идеальным то при Т=273, 16 ˚ К, Р = 1 атм и V = 22, 414 мл масса и равна молекулярному весу М газа. В тех же условиях масса 22, 414 мл воздуха составляет 28, 9 г, откуда относительная плотность газа или пара относительно воздуха:

(6)

Абсолютную плотность газов и паров (ρ, г/см³) при 0 ˚ С и 760 мм рт. ст. можно найти, зная массу М и объем 1 моль газа (22, 414):

(7)

При абсолютной температуре Т (˚ К) и давлении П (атм) плотность газа (в кг/м³) может быть найдена по формуле:

(8)

Используя формулу (7), можно написать:

(9)

Молекулярные веса и плотности некоторых газов и жидкостей приведены в табл. 2.

Таблица 2

Свойства углеводородных газов и жидкостей

 

Наименование	Молекулярный вес	Плотность при 760 мм.рт.ст. и 0˚ С, кг/м3
Метан СН4		0, 717
Этан С2Н6		1, 56
Пропан С3Н8		2, 17
Изобутан С4Н10		2, 598
н-Бутан С4Н10		2, 590
Изооктан С8Н16		0, 703
Этилен С2Н4		1, 250
Пропилен С3Н6		1, 880
Н - бутилен и изобутилен С4Н4		2, 500
Ацетилен С2Н2		1, 177
Бензол С6Н6		0, 879
Толуол С6Н5СН3		0, 866

Задачи

1. Определить относительную плотность нефтепродукта d , если его d =0, 7586.

2. Определить относительную плотность нефтепродукта d , если его d = 0, 872.

3. Относительная плотность бензиновой фракции d = 0, 7560. Какова относительная плотность этой фракции при 50˚ С?

4. Плотность нефтяной фракции d , = 0, 870; определить для этой фракции значение d .

5. Определить относительную плотность d нефтепродукта, если для него d = 0, 824.

6. Определить относительную плотность нефтепродукта при 250˚ С (d ) если его d = 0, 820.

7. Плотность мазута бинагадинской нефти d = 0, 953. Определить его плотность при 300˚ С (d ).

8. Плотность нефтяной фракции d = 0, 910; определить для этой фракции значение d .

9. Определить относительную плотность смеси, состоящей из 250 кг бензина плотностью d = 0, 756 и 375 кг керосина плотностью d =0, 826.

10. Определить плотность смеси следующего состава (в объемн. %): 25 бензина (d = 0, 756), 15 лигроина (d = 0, 785) и 60 керосина (d = 0, 837).

11. Смесь состоит из 60 кг н-пентана, 50 кг н-гексана и 25 кг н-гептана. Определить среднюю плотность смеси, если для н-пентана d = 0, 6262, н-гексана d = 0, 6594, н-гептана d = 0, 6838.

12. Смесь состоит из трех компонентов: G = 459 кг, G = 711 кг и G = 234 кг; плотность их d соответственно равна 0, 765; 0, 790; 0, 780. Определить плотность этой смеси d

13. Определить абсолютную плотность пропана и н-бутана при 760 мм рт. ст. и 0˚ С.

14. Определить плотность крекинг-газа при 400 ˚ С и 1200 мм рт. ст., если его молекулярный вес равен 30.

15. Определить плотность газа при 200˚ С и 1900 мм рт. ст., если его молекулярный вес равен 58. [ОЛ1, 9]

 

Молекулярный вес

 

Молекулярный вес является одной из основных физико-химических характеристик нефтей и нефтепродуктов. Им пользуются для вычисления других физико-химических свойств, при технологических расчетах аппаратуры.

Между молекулярным весом и температурой кипения нефтяных фракций существует определенная зависимость: чем больше молекулярный вес нефтяной фракции, тем выше ее температура кипения.

Учитывая эту зависимость, Б. М. Воинов предложил следующую общую формулу для определения молекулярного веса М нефтяной фракции:

М = а + bt + ct² (10)

где t - средняя молекулярная температура кипения фракции, ˚ С;

а, b и с - коэффициенты.

В частности, для парафиновых углеводородов формула Б. М. Воинова имеет вид:

М = 60 + 0, 3t + 0, 001t² (11)

Пример 1. Средняя температура кипения фракции 120 ˚ С. Ее молекулярный вес равен:

М = 60 + 0, 3 · 120 + 0, 001 (120)² = 110, 4

Формулу Б. М. Воинова уточнил А. С. Эйгенсон, введя характеризующий фактор К. Эта величина определяет химическую природу нефтепродукта. Для парафинистых нефтепродуктов К = 12, 5 - 13, для ароматизированных около 10 и менее, для нафтено-ароматических К = 10 - 11. Характеризующий фактор К определяют по формуле:

(12)

 

где T_cp.мол. - средняя молекулярная температура кипения (для узких фракций можно брать среднюю температуру кипения при разгонке по ГОСТ 2177 - 66), ˚ К;

d - относительная плотность данной фракции.

Среднюю молекулярную температуру кипения нефтепродукта (t_cp.мол,, ˚ С) можно определить по формуле:

(13)

где - средние (арифметические) температур кипения узких фракций, составляющих данный нефтепродукт, ˚ С;

- содержание узких фракций, мол. доли.

 

С введением характеризующего фактора формула Б. М. Воинова принимает вид:

М = (7K - 21, 5) + (0, 76 - 0, 04К)t + (0, 003 К - 0, 00245)t² (14)

 

Пример 2. Определить среднюю молекулярную температуру кипения и характеризующий фактор К для нефтепродукта с пределами выкипания 85 - 110˚ С плотностыо d = 0, 765. Содержание узких фракций в этом продукте следующее (мол. доли): (85- 90˚ С) - 0, 21; (90 - 95˚ С) - 0, 10; (95 - 100˚ С) - 0, 35; (100-105˚ С) - 0, 23; (105 - 110˚ С) - 0, 11.

Решение. Определяем среднюю температуру кипения каждой узкой фракции:

˚ С ˚ С

˚ С; ˚ С; ˚ С

Подставляя полученные данные в формулу (13), получаем:

t_срмол = 0, 21·87, 5+ 0, 10·92, 5 + 0, 35·97, 5+ 0, 23·102, 5 + 0, 11·107, 5 = 97, 2 ˚ С

Определяем характеризующий фактор К по формуле (12):

Средний молекулярный вес смеси можно определить, зная мольную долю и молекулярный вес каждого компонента смеси:

 

(15) т.е.

 

где - содержание компонентов в смеси, мол. доли.

— молекулярный вес этих компонентов.

 

Молекулярный вес смеси нескольких нефтяных фракций можно определить по формуле:

(16)

 

Молекулярный, вес нефтепродукта можно определить также по формуле Крэга:

(17)

 

Пример 3. Определить средний молекулярный вес смеси бензола с изооктаном, если мольная доля бензола составляет 0, 51, изооктана - 0, 49.

Решение. Молекулярный вес компонентов найдем по таблице 2: для бензола 78, для изооктана 114.

Решение. Молекулярный вес компонентов найдем по таблице 2: для бензола 78, для изооктана 114. Подставляя эти значения в формулу 15, получаем:

Пример 4. Смесь состоит из 150 кг бензола и 2500 кг н-октана. Определить средний молекулярный вес смеси.

Решение. Используем формулу 16:

 

Задачи:

16. Смесь состоит из двух компонентов. Масса каждого компонента 1500 кг; молекулярный вес М₁ = 100, М₂ = 156. Определить средний молекулярный вес смеси.

17. Смесь состоит из 60 кг н-пентана, 40 кг н-гексана и 20 кг н-гептана. Определить средний молекулярный вес смеси.

18. Определить средний молекулярный вес широкой фракции, состоящей из 20% бензина с М = 110, 40% лигроина с М = 150, 20% керосина с М = 200 и 20% газойля с М = 250.

19. Определить средний молекулярный вес узкой фракции прямой перегонки плотностью d = 0, 758.

20. Определить средний молекулярный вес нефтепродукта, имеющего среднюю температуру кипения 100˚ С и характеризующий фактор К = 11, 80.

21. Определить средний молекулярный вес фракции, имеющей плотность d =0, 785.

22. Определить средний молекулярный вес нефтепродукта, имеющего плотность d = 0, 856.

23. Определить молекулярный вес нефтяного газа следующего состава:

 

Компоненты газовой смеси	Доля компонента (мол)	Молекулярный вес компонента
С1	0, 950
С2	0, 025
С3	0, 012
С4	0, 009
С5	0, 004

 

 

Давление насыщенных паров

 

При изучении фракционного состава нефтей и проведении технологических расчетов аппаратуры приходится пересчитывать давление насыщенных паров нефтепродуктов от одной температуры к другой, а также температуру кипения нефтяных фракций от одного давления к другому. Для осуществления таких пересчетов предложены номограммы.

Пример 1. Узкая нефтяная фракция при атмосферном давлении имеет среднюю температуру кипения 149˚ С. Какова температура кипения этой фракции при 2000 мм. рт. cт.?

Решение. По графику на оси ординат находят точку, соответствующую температуре 149˚ С, и из этой точки проводят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с вертикальной линией, отвечающей давлению 760 мм рт. cт. Получают точку А, которая легла на искомый луч. Затем от точки, соответствующей давлению 2000 мм. рт. cт., проводят вертикаль до пересечения с найденным лучом в точке В. Из точки В проводят горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения со шкалой температур в точке С, Эта точка дает значение искомой температуры кипения — 190 ˚ С.

Пример 2. При разгонке мазута из колбы Кляйзена температура паров в момент замера была равна 150˚ С, а остаточное давление 2 мм рт. ст. Какова температура паров при атмосферном давлении?

Решение. Используют номограмму (см. Приложение 5). На левой шкале номограммы отмечают значение температуры 150 ˚ С, на правой шкале — значение давления 2 мм рт. ст. Эти точки соединяют прямой и в точке пересечения со шкалой температура кипения при нормальном давлении» (при разгонке из колбы Кляйзена) находят значение искомой температуры — 330 ˚ С.

Для подсчета давления насыщенных паров узких нефтяных фракций при низких давлениях пользуются формулой Ашворта [1 — 3):

(18)

где P — давление насыщенных паров, атм;.

Т' — соответствующая температура, К;

T₀ — температура кипения при атмосферном давлении, К;

f (T) — функция температуры Т, выражаемая уравнением:

(19)

Функцию f(T) определяют аналогично. Значения функции f(T) для различных температур приведены в Приложении 7.

 

Пример 3. Узкая нефтяная фракция при атмосферном давлении имеет среднюю температуру кипения 177˚ С. Определить температуру кипения этой фракции при 6, 4 атм.

Решение. Для решения задачи используем уравнение Ашворта (18) и решим его относительно температуры:

 

По Приложению 7 найдем значение f(T₀) для температуры 177˚ С. f(Tp) = 4, 009; lgP = lg6, 4 = 0, 8075. Подставляя эти значения, получаем:

0, 8075

По Приложению 7 путем интерполяции находим искомую температуру: Т = 274 ˚ С = 547 К.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. А. Общие транспортные характеристики и свойства наливных грузов.
2. А. ХАРАКТЕРНЫЕ СВОЙСТВА КАЖДОГО ОРГАНА
3. Автоматическое создание методов для свойств объектов
4. Акустические свойства звуков речи
5. Акустические свойства помещения, ревербератор
6. Безопасность и опасность: свойства и условия возникновения. Этапы защиты от опасностей.
7. Билет 5 Основные черты, функции и Юридические свойства Конституции
8. Вертикальные столбцы — группы элементов, сходных по свойствам
9. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛАХ БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИЕНИЙ. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ. КИСЛОТНЫЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИООРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
10. Виды внимания и его основные свойства
11. Виды кривых безразличия. Свойства кривых безразличия. Предельная норма замещения
12. Влияние дисперсного состава и формы частиц на оптические свойства пигментированных лакокрасочных материалов