Нефть и нефтяные фракции

Нефть и нефтяные фракции  в зависимости от условий перегонки  и ректификации характеризуются  различной степенью «неидеальности». Так, при разделении нефти на широкие  или узкие фракции, выкипающие в  достаточно широких пределах температур (например, 10–20 ºС), непрерывная смесь ведет себя как идеальный раствор, так как входящие в ее состав азеотропообразующие компоненты не оказывают сильного влияния на летучесть получаемых фракций. В то же время при выделении более узких фракций, в пределах нескольких градусов или при получении индивидуальных углеводородов из нефтяных смесей, в полной мере проявляется вся сложность и «неидеальность» поведения нефтяных смесей. Поэтому при выполнении расчетов перегонки и ректификации нефтяных смесей на фракции широкого и сравнительно узкого фракционного состава без большой погрешности константы фазового равновесия псевдокомпонентов можно определять по законам идеальных газов как отношение давления насыщенных паров P_i к общему давлению в системе P:

(28)

Для процессов однократного испарения нефтяных смесей значения P_i рекомендуется определять по уравнению Ашворта, а для процессов ректификации – по уравнению Максвелла

Давление насыщенных паров  углеводородов и нефтяных фракций P, (МПа), обычно рассчитывают по уравнению Ашворта:

(29)

где Т – температура однократного испарения, К; 
      Т₀ – температура кипения при 0,1 МПа, К.

Для вычисления давления насыщенных паров углеводородов и узких  нефтяных фракций (Р_i, Па) при давлениях от 0,001 до 100 МПа и при температурах от 0 до 800 ºС используется уравнение Максвелла:

t₁ – температура системы, ºС; 
t₂ – среднемольная температура кипения фракции, ºС.

Решая нелинейные уравнения (26, 27) относительно доли отгона любым численным методом, можно определить долю отгона и рассчитать составы фаз по уравнениям:

(30)

Массовая и мольная  доли отгона связаны между собой  соотношением:

, где ε_m, M_F, M_G – массовая доля отгона, средняя мольная масса сырья и средняя мольная масса пара, соответственно.

Расчет однократной конденсации. Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:

(31)

где P – число молей исходного пара; 
      L и G – число молей жидкости и пара после конденсации; 
      y_Pi, y_Gi, и x_Li –  мольные доли компонента в соответствующей фазе.

Обозначая долю конденсата θ и, рассуждая аналогично предыдущему, получим соответствующие уравнения  для определения θ и составов сосуществующих фаз.

(32)

Откуда

(33)

(34)

(35)

Энтальпии фаз определяются по уравнениям:

(36)

(37)

(38)

I_ж, I_п – энтальпии жидкости и пара, кДж/кг; 
d – относительные плотности; 
C_p – теплоемкость жидкости, Дж/(кг К); 
T – температура, К; 
t – температура, ºС.

Принятые условия (температура  и давление) однократного испарения  и конденсации многокомпонентной  смеси должны обеспечивать ее двухфазное состояние. В сомнительных случаях  вначале рекомендуется определять фазовое состояние исходной смеси. Для этого находят величину

(39)

Здесь возможны три случая:

С₀ < 0 – некипящая жидкость при «отрицательной» доле отгона (см. уравнение  17);

C₀ = 1 – кипящая жидкость (т. е. при температуре начала ОИ при доле отгона равной нулю);

С₀ > 1 – двухфазное или парообразное состояние исходной смеси.

Если С₀ > 1, то следующим этапом расчета является определение величины:

(40)

Здесь также возможны три  случая (см. уравнение 26):

С₁ < 1 – перегретый пар, доля отгона больше единицы;

С₁ = 1 – насыщенный пар (т. е. при температуре конца ОИ);

С₁ > 1 – двухфазное или жидкое состояние.

Таким образом, двухфазное состояние  исходной смеси обеспечивается при  условиях:

С₀ > 1,      С₁ > 1.

Если доля отгона задана в пределах 0 –1, то из уравнений 26, 27 можно определить температуру сырья, вводимого в колонну. Для расчета температуры в нижней части колонны используют уравнение:

, для расчета температуры верха:  .

Способы создания орошения и парового потока в колонне

Способы создания орошения в колонне

Для создания орошения применяют  следующие основные способы:

• парциальная конденсация,
• парциальная конденсация с охлаждением флегмы,
• острое неиспаряющееся (циркуляционное) орошение,
• острое неиспаряющееся (циркуляционное) орошение с дополнительным отбором дистиллята,
• острое испаряющееся (холодное) орошение,
• острое испаряющееся (холодное) орошение с парциальной конденсацией паров.

Парциальная конденсация (рис. 13 а) имеет место, когда часть паров, поднимающихся с верхней тарелки, конденсируется и возвращается на верхнюю тарелку в виде потока флегмы. Несконденсированные пары (ректификат) отводят из колонны.