Массовый, объемный и мольный состав

Количество вещества — одна из основных величин, характеризуемая численностью содержащихся в системе структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.). Единицей количества вещества является моль.

Мольная масса — масса 1 моль вещества:

M= m/N

Мольный объем —объем 1 моль вещества:

V_m=V/m

Массовая доля компонента в смеси — соотношение массы компонента А, содержащегося в смеси, и общей массы смеси:

w_A = m_А /m

Мольная доля компонента в смеси — соотношение количества компонента и общего количества смеси:

x_A = N_A /N

Объемная доля компонента в смеси — соотношение приведенного (к обычным давлению и температуре сме­си) объема компонента и общего объема смеси:

φ _A = V_A /V

Показатель «объемная доля» используется преимущест­венно для характеристики газовых смесей и совпадает (для газов) с показателем «мольная доля», если не учи­тывать отклонения реальных газов от идеального сос­тояния.

Массовое соотношение компонента в смеси — отно­шение массы данного компонента к массе остальной ча­сти смеси.

Мольное соотношение компонента в смеси — отношение количества данного компонента к количеству остальной смеси.

Объемное соотношение компонента в смеси — отно­шение приведенного объема данного компонента к объ­ему остальной смеси.

Массовая концентрация компонента — отношение массы компонента смеси к объему смеси:

C_x = m_A /V

При расчетах химико-технологических процессов ча­сто возникает необходимость перевода массового соста­ва смеси в мольный и наоборот. Для перевода массовых долей в мольные находят массу каждого компонента в 1 кг или в 100 кг (если массовые доли выражены в про­центах) смеси; делят массу компонента на его относи­тельную мольную массу, определяя количество компо­нента (кмоль); деля число моль каждого компонента на сумму общего числа моль, получают мольные доли ком­понентов. Для пересчета мольных долей в массовые оп­ределяют количество каждого компонента в 100 моль смеси; определяют массу каждого компонента, умножая количество компонента на его относительную мольную массу; находят массовые доли, деля массу каждого ком­понента на общую массу смеси.

Пример 1. Определить массовые доли компонентов в смеси, со­стоящей из 400 кг бензола и 100 кг толуола.

Решение. Общая масса вещества в смеси:

400 + 100 = 500 кг

Массовые доли компонентов в смеси:

бензол 400: 500 = 0, 8

толуол 100: 500 = 0, 2

Массовую долю второго компонента в данном случае можно опре­делить также, учитывая, что сумма массовых долей компонентов равна единице. Тогда массовая доля толуола равна:

1—0, 8 = 0, 2

 

Пример 2. Определить мольные доли компонентов в смеси, со­стоящей из 100 кг метана, 120 кг этана и 180 кг этилена.

Решение. Мольная масса метана 16 кг/кмоль, этана 30 кг/кмоль, этилена 28 кг/кмоль. Количество каждого компонента:

метан 100: 16 = 6, 25 кмоль

этан 120: 30 = 4, 0 кмоль

этилен 180: 28=6, 43 кмоль

Общее количество вещества:

6, 25+ 4, 0+ 6, 43 = 16, 68 кмоль

Мольные доли компонентов:

метан 6, 25: 16, 68 =0, 37

этан 4, 0: 16, 68 = 0, 24

этилен 6, 43: 16, 68 = 0, 39

Для этилена мольная доля может быть определена также ис­ходя из равенства суммы мольных долей компонентов единице. Тогда мольная доля этилена равна:

1 - 0, 37 - 0, 24 = 0, 39

 

Процессы переработки нефти

Различают первичные и вторичные процессы переработки нефти.

Первичная переработка (прямая гонка) нефти осу­ществляется на установках, работающих при атмосфер­ном давлении. При этом получают светлые продукты: бензиновый дистиллят (смесь углеводородов C₅— C₁₂, выкипающая при температуре от 180 до 200°С), лигроиновый дистиллят (смесь углеводородов C₇— C₁₄, выки­пающая при 120—240°С), керосиновый дистиллят (смесь углеводородов C₉— C₁₆, выкипающая при 180—300°С) и соляровый дистиллят (смесь углеводородов C₆— C₁₈, выкипающая при 250—350°С). Остаток после отгонки нефтяных дистиллятов — мазут — разгоняют в вакууме, получая различные смазочные масла. Выход бензинового дистиллята при прямой гонке достигает 5-20% от количества исходной нефти.

Для увеличения выхода бензина и других светлых продуктов дистилляты прямой гонки и мазуту подверга­ют вторичной переработке с частичным разложением (деструкцией) углеводородов. Различают термические и каталитические процессы деструктивной переработки.

1. Термические процессы:

а) крекинг под давлением (при 460-560°С и 2-7 МПа);

б) газофазный крекинг (при 550-600 °С и 3-5 МПа);

в) коксование нефтяных остатков (при 480-560°С и атмосферном давлении);

г) пиролиз (при 700-800 °С и давлении, близкому атмосферному).

2. Каталитические процессы:

а) каталитический крекинг на алюмосиликатных ка­тализаторах (при 440-500°С и 1-3 МПа);

б) каталитический риформинг на платиновом или на оксидном молибденовом катализаторе (при 500-550^оС и 7-10МПа);

в) деструктивная гидрогенизация и гидрокрекинг (при 400-500°С и3—70 МПа).

Пример 1. Определить компонентный состав бензиновой фрак­ции (пределы выкипания 93—123 °С), полученной в процессе пря­мой гонки нефти, если количество получаемой фракции составляет 34 800 кг/ч. Состав бензиновой фракции в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 27, 2%, непредельные углеводороды 0, 7%, ароматические углеводороды 0, 9%, нафтеновые углеводороды 71, 2%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 20% от общей массы нефти, затраченной на прямую гонку.

Решение. Массовый расход нефти для «получения бензиновой фракции с учетом 20%-ного выхода:

кг/ ч

Компонентный состав бензиновой фракции:

парафины:

кг/ ч

непредельные:

кг/ ч

ароматические:

кг/ ч

нафтены:

кг/ ч

Пример 2. Определить компонентный состав бензиновой фракции (52 800 кг/ч, пределы выкипания 58—93 °С), полученной пиролизом нефтяного сырья, если ее состав в массовых долях следующий:

- парафиновые углеводороды 4, 9%,

- непредельные углеводороды97, 9%,

- ароматические углеводороды 56, 2%,

- нафтеновые углеводороды 1%.

Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 60% от общей массы нефти, затраченной на пиролиз. Условно принять молекулярную массу для нефти 282, для бензиновой фракции 142.

 

Решение. Массовый расход нефти для получения бензиновой фракции:

кг/ ч

Массовый расход нефти с учетом 60% -ного выхода:

 

кг/ ч

Компонентный состав бензиновой фракции:

парафины:

кг/ ч

непредельные:

кг/ ч

ароматические:

кг/ ч

нафтены:

кг/ ч

Пример 3. Производительность установки платформинга по
жидкому сырью составляет 1760 т/сут. Объемный расход смеси па-
ров и циркуляционного водорода равен 2, 57 м³/с в условиях процесса. Объемная скорость жидкого сырья, имеющего плотность
748 кг/м³, составляет 1, 53 ч^-1; лилейная скорость паро-газовой
смеси в сечении реактора равна 0, 39 м/с. Определить общий объем
катализатора в реакторах и диаметр реактора:

Решение. Объемный расход жидкого сырья на установке платформинга:

м3/ч

Объем катализатора в реакторах:

м3

Диаметр реактора:

м

 

Решение задач сопроводить необходимыми пояснениями.

В методических указаниях приведен минимальный список литературы, рекомендованной для выполнения работы. Однако, этот список может быть расширен студентами за счет использования других учебников, монографий, справочников и т.д.

Контрольная работа выполняется на листах формата А4 в сброшюрованном виде. Допускается выполнение в рукописном варианте, однако предпочтение отдается компьютерному набору. В вариантах с задачами по составлению материальных и энергетических балансов желательна проверка расчетов по специальным компьютерным программам. Образец титульного листа контрольной работы представлен в приложении 1. Страницы контрольной работы должны быть пронумерованы. Завершается работа списком использованной литературы, программ, нормативно-технических документов.

 

Контрольные задачи

Выбор задач и вопросов контрольного задания осуществляется в соответствии с двумя последними цифрами студенческого билета (см. таблицу).

 

Две последние цифры зачетной книжки	Вариант	Задачи	Вопросы
01, 26, 51, 76		1, 10	1, 10, 20, 30
02, 27, 52, 77		2, 9	2, 9, 19, 29
03, 28, 53, 78		3, 8	3, 12, 18, 28
04, 29, 54, 79		4, 7	4, 14, 17, 27
05, 30, 55, 80		5, 6	3, 5, 16, 26
06, 31, 56, 81		6, 10	1, 9, 18, 25
07, 32, 57, 82		7, 1	2, 4, 19, 24
08, 33, 58, 83		8, 2	5, 8, 13, 23
09, 34, 59, 84		9, 3	3, 6, 11, 22
10, 35, 60, 85		4, 7	1, 7, 15, 21
11, 36, 61, 86		1, 3	10, 15, 7, 20
12, 37, 62, 87		2, 4	9, 11, 6, 19
13, 38, 63, 88		3, 5	1, 10, 15, 21
14, 39, 64, 89		4, 9	2, 9, 11, 22
15, 40, 65, 90		2, 8	3, 10, 13, 23
16, 41, 66, 91		6, 4	4, 11, 19, 24
17, 42, 67, 92		7, 3	5, 8, 18, 28
18, 43, 68, 93		8, 5	6, 13, 17, 27
19, 44, 69, 94		9, 4	16, 3, 10, 26
20, 45, 70, 95		10, 2	17, 7, 21, 2
21, 46, 71, 96		1, 7	1, 30, 10, 21
22, 47, 72, 97		5, 10	29, 6, 22, 12
23, 48, 73, 98		3, 8	21, 5, 8, 30
24, 49, 74, 99		4, 9	20, 6, 7, 29
25, 50, 75, 00		3, 8	21, 19, 1, 30

Задача №1

Определить количество н-бутана, которое требуется для достижения необходимого давления насыщенных паров (ДПР) при наличии смеси пяти бензиновых компонентов.

Компонент	Объем, баррель	ДПР, psi (атм)	Объем х ДПР
1. Прямогонный бензин	V1	1, 0 (0, 07)
2. Риформат	V2	2, 8 (0, 20)
3. Бензиновая фракция гидрокрекинга	V3	4, 6 (0, 32)
4. Крекинг-бензин	V4	4, 4 (0, 31)
Всего
н-бутан	x

 

Варианты для расчета

 

Две последние цифры зачетной книжки	Вариант	V1	V2	V3	V4
01, 26, 51, 76
02, 27, 52, 77
03, 28, 53, 78
04, 29, 54, 79
05, 30, 55, 80
06, 31, 56, 81
07, 32, 57, 82
08, 33, 58, 83
09, 34, 59, 84
10, 35, 60, 85
11, 36, 61, 86
12, 37, 62, 87
13, 38, 63, 88
14, 39, 64, 89
15, 40, 65, 90
16, 41, 66, 91
17, 42, 67, 92
18, 43, 68, 93
19, 44, 69, 94
20, 45, 70, 95
21, 46, 71, 96
22, 47, 72, 97
23, 48, 73, 98
24, 49, 74, 99
25, 50, 75, 00

 

Для всех вариантов требуемое значение ДПР равно 10 psi (0, 7 атм).

 

Задача №2

Рассчитать, какое количество алкилата необходимо добавить, чтобы получить товарный автомобильный бензин с моторным октановым числом (МОЧ) равным 80, 0 и исследовательским октановым числом (ИОЧ) равным 89, 0. Октановые характеристики алкилата: МОЧ – 95, 0 и ИОЧ – 97, 0. Компоненты товарного бензина и их октановые характеристики:

 

Компоненты	Объем, баррель	МОЧ	ИОЧ
1. Прямогонный бензин	V1	61, 0	66, 0
2. Риформат	V2	84, 0	94, 0
3. Бензиновая фракция гидрокрекинга	V3	73, 5	75, 5
4. Крекинг-бензин	V4	77, 0	92, 5
5. н-бутан	V5*	92, 0	93, 0
Всего

^*- V₅ берется из предыдущей задачи (по результатам расчетов)

V₁, V₂, V₃, V₄ такие же, что и в предыдущей задаче (в соответствии с вариантом).

 

Контрольные задачи

1. В результате прямой перегонки нефти получено в час 33800 кг бензиновой фракции (93—123°С), массовые доли компонентов в которой равны: парафины 27, 4%, непредельные 0, 5%, ароматические 0, 7%, нафте­ны 71, 4%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составля­ет 48% от общего расхода нефти, поступающей на уста­новку прямой перегонки.

2. В результате прямой перегонки нефти получено в час 37 000 кг бензиновой фракции (58—93°С), массо­вые доли компонентов в которой равны: парафины 37, 4%, ароматические 0, 5%, нафтены 62, 1%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход неф­ти, если выход фракции составляет 7% от общего расхода нефти, поступающей на установку прямой пере­гонки.

3. В результате прямой перегонки нефти получено в час 34 000 кг бензиновой фракции (123—153 °С), мас­совые доли компонентов в которой: парафины 18, 8%, ароматические 4, 7, %, непредельные 0, 5%, нафтены 76%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составляет 18% от общего (расхода нефти, поступающей на установку прямой перегонки.

4. В результате прямой, перегонки нефти получено в час 52 000 кг бензиновой фракции (58—93°С), массо­вые доли компонентов в которой равны: парафины 4, 9%, непредельные 37, 9%, ароматические 56, 2%, нафтены 1, 0%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракций со­ставляет 62% от общего расхода нефти, поступающей на установку прямой перегонки.

5. В результате пиролиза нефти получено в час 71 000 кг бензиновой фракции (93—123^оС), массовые доли компонентов в которой равны: парафины 7, 1%, не­предельные 43%, ароматические 48, 2%, нафтены 1, 7%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составляет 68% от общего расхода нефти, поступающей на установку пи­ролиза.

6. В результате пиролиза нефти получено в час 68 000 кг бензиновой фракции (123—153 ^оС), массовые доли компонентов в которой равны: парафины 10, 2%, непредельные 47, 3%, ароматические 40, 3%, нафтены 2, 2%. Определить компонентный состав фракций и мас­совый расход нефти, если выход фракции составляет 70% от общего расхода нефти, поступающей на установ­ку пиролиза.

7. При коксовании нефтяных остатков образуются нефтепродукты следующего состава (в массовых долях): 28% нефтяного кокса, 60% жидких дистиллятов, 12% крекинг-газа. Рассчитать компонентный состав указан­ных продуктов, если на установку подают 38 800 кг неф­тяного остатка в час, а степень его конверсии состав­ляет 90%.

8. Определить состав крекинг-газа в массовых долях, если газ состоит (в объемных долях) из водорода (4 %), метана (41 %), этана (18 %), пропана (15%), бутана (6%), этилена (3%), пропилена (8%), и бутенов (5%).

9. Перевести объемные доли в массовые доли (%)
для крекинг-газа следующего состава: водород 3%, метан 48%, этан 17%; пропан 35%, бутан 5% этилен 2%, пропилен 6%, бутены 4%.

10. Перевести объемные доли в массовые доли (%) для крекинг-газа, полученного газофазным крекингом дистиллятов прямой гонки и имеющего следующий состав: водород 9%, метан 28%, этан 14%, пропан 4%, бутан 1, 5%, этилен 22%, пропилен 15%, бутены 6, 5%.

5. Контрольные вопросы

1. Цель и задачи товароведения

2. Этапы развития товароведения

3. Основные положения системы стандартизации в РФ

4. Задачи нефтяного товароведения

5. Общая характеристика основных нефтепродуктов

6. Элементный состав нефтей

7. Фракционный состав нефтей

8. Пределы выкипания промышленных фракций прямой перегонки нефти

9. Групповой состав нефти

10. Гетероатомные соединения нефти

11. Классификация нефтей по ГОСТ Р 51858-2002

12. Классификация нефтепродуктов по ГОСТ Р 28576-90 (ИСО 8681-86)

13. Виды топлив и их краткая характеристика

14. Классификация топлив по ГОСТ Р 28577.0-90 (ИСО 8216/0-86)

15. Характеристика основных показателей качества автомобильных бензинов

16. Сравнительная характеристика качества бензинов по российским и европейским стандартам

17. Охарактеризовать основные показатели качества дизельных топлив

18. Марки дизельных топлив, производимых по ГОСТ 305-82

19. Сравнительная характеристика качества дизельных топлив, производимых по российским и европейским стандартам

20. Марки и основные показатели качества реактивных топлив (авиационных керосинов)

21. Классификация и назначение смазочных масел

22. Международная классификация смазочных материалов по ГОСТ 28549.0-90 (ИСО 6743/0-81)

23. Классификация моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 по эксплуатационным свойствам и вязкости

24. Международная классификация моторных масел по вязкости (SAE)

25. Принцип классификации моторных масел по области применения (API)

26. Соответствие отечественных и зарубежных (по API) марок моторных масел

27. Назначение и типы нефтяных битумов

28. Классификация дорожных битумов по ГОСТ 22245-90

29. В каких единицах и на каких приборах определяется температура размягчения битумов

30. Марки и назначение нефтяных коксов

31. Виды, назначение и содержание стандартов

32. Формы сертификации продукции

33. Основные физико-химические свойства моторных масел

34. Классификация трансмиссионных масел по ГОСТ 17749.2-85

35. Что такое пенетрация битумов

36. Классификация кровельных битумов по ГОСТ 9548-74

 

 

6. Требования к оформлению контрольной работы

Работа должна быть выполнена на компьютере. В виде исключения работа может быть выполнена в рукописном варианте. Образец выполнения титульного листа контрольной работы, представлен в приложении 2. Листы контрольной работы должны быть пронумерованы. Первой страницей считается титульный лист, на котором номер не ставится. На титульном листе должна быть надпись исполнителя и дата. В конце работы должна быть подпись исполнителя и дата. В конце работы должен быть представлен список использованной литературы по правилам, определяемым ГОСТом 7.1 – 84. Рекомендуется использовать алфавитный вариант группировки литературы. Если при выполнении работы были использованы законодательные и нормативные документы и акты, то они излагаются в начале списка литературы в порядке от более значимых к менее значимым.

При решении задач, связанных с составлением балансов (материальных, энергетических, экономических) на завершающей стадии необходимо все расчеты свести в таблицы. Форма таблиц представлена в рекомендуемых учебных пособиях.

Дополнительный справочный материал допускается помещать в приложениях. Приложения обозначаются арабскими цифрами. Каждое приложение следует начинать с новой страницы и оно должно иметь заголовок. Приложения должны иметь общую с остальной частью сквозную нумерацию страниц.

 

Список литературы

Основная литература:

1. Нефтяное товароведение: учеб. пособие / Е.Е. Никитин – СПб.: СПбГИЭУ, 2008. – 83 с.

 

Дополнительная литература:

1. Баннов П.Г. Основы анализа и стандартные методы контроля качества нефтепродуктов. – М.: ЦНИИТЭ – нефтехим, 2005. – 792с.

2. Рахманкулов Д.Л. и др. Товароведение нефтяных продуктов. В 8-ми томах. Том 1. Общие сведения о нефти и нефтепродуках. – М.: Химия, 2003.-160с.

3. Сомов В.Е., Садчиков И.А., Шершун В.Г., Кореляков Л.В. Стратегические приоритеты российских нефтеперерабатыва-ющих предприятий. – М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 2002.-292с.

4. Березина З.Н. химическая технология основных производств. Уч. пос. – Тюмень: Тюм.ГНГУ, 20003-120с.

5. Интеллектуализация предприятий нефтегазохимического комплекса: экономика, менеджмент, технология, инновации, образование / Под общ. ред. И.А. Садчикова, В.Е. Сомова. – СПб.: СПбГИЭУ, 2006.-762с.

6. Рудин М.Г., Сомов В.Е., Фомин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика / Под редакцией М.Г. Рудина. – М.: ЦНИИТЭ – нефтехим, 2004.-336с.

 

Интернет-ресурсы:

1. http: //www.elibrary.ru – электронная библиотека (г. Москва)

2. http: //n-t.ru/ri/ps/ - " Популярная библиотека химических элементов" (подборка сведений по 107 элементам)

Периодические издания:

1. Нефтепереработка и нефтехимия. Инф. Сб. ЦНИИТЭНефтехим.

2. ТЭК России. Нефтегазодобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность. Ежемесячный бюллетень.

3. Научно-технический журнал «Мир нефтепродуктов». Вестник нефтяных компаний.

Приложение 1

Содержание дисциплины (извлечение из рабочей программы дисциплины «Нефтяное товароведение»)

Введение. Цель и задачи дисциплины. Роль и значение товароведения нефти и нефтепродуктов в условиях рыночной экономики. Сертификация как наиболее предпочтительная и эффективная форма защиты потребителей от применения некачественных топлив, смазочных материалов и других нефтепродуктов.

 

Поделиться:

Популярное:

1. Сжимаемость нефти. Объемный коэфф.