Контрольная работа по "Химии нефти и газа"

Значение параметров	Номера варианта
	10
G1, кг	8900
G2, кг	6250
G3, кг	13850
G4, кг	8500
M1, кг/кмоль	585
M2, кг/кмоль	618
M3, кг/кмоль	645
M4, кг/кмоль	432
ρ1, кг/м3	995
ρ2, кг/м3	1010
ρ3, кг/м3	1029
ρ4, кг/м3	955

 

Решение

Масса смеси:

 

Массовый процент каждого компонента:

Число кмоль можно посчитать по формуле: ;

Общее число молей N смеси:

 

Молярная доля компонента выражается отношением числа молей этого компонента к общему числу молей смеси:

Объем каждого компонента смеси: ,

Общий объем смеси:

 

Объемный процент компонентов  смеси можно определить по формулам:

 или

№ п/п	Компонент	Массовый процент, % масс.	Число кмоль, кмоль	Мольный процент, % мол.	Объем, м3	Объемный процент, % об.
	Гудрон	23,7	15,21	22,89	8,94	23,84
	Крекинг-остаток	16,8	10,11	15,21	6,188	16,5
	Крекинг-остаток утяжеленный	36,9	21,47	32,3	13,46	35,9
	Экстракт селективной очистки  масел	22,6	19,67	29,6	8,90	23,74
	Сумма	100%	66,46	100%	37,488	100%

Задача 2. Газовая смесь состоит азота, углекислого газа, сероводорода, метана, этана, пропана, изо-бутана и н-бутана. Смесь находится при следующих условиях давление Р=10,5 атм., температура Т=125 °С. Найти: общую массу смеси, массовый и мольный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента, зная объем компонентов при этих условиях. Ответ представить в виде таблицы.

Объем компонентов, м3	Номера вариантов
	10
Азот	85
Углекислый газ	450
Сероводород	610
Метан	4190
Этан	1300
Пропан	810
Изо-бутан	340
Н-бутан	360

 

Решение

Объем газовой  смеси:

 

Пересчет  объема газа к нормальным условиям проводится с помощью уравнения  Менделеева-Клапейрона:

 

Где давление, объем и температура, соответственно, при н.у.

, .

 давление, объем и температура,  соответственно, при заданных условиях. ,

.

Число кмоль компонентов:

Где .

Масса компонента:

Молярный процент:

Массовый процент:

Компонент	Объем V, м3	Нормальный объем Vн   нм3 (1 атм., 0 °С)	Число кмолей,  кмоль	Молярная масса,  кг/кмоль	Масса компонента,  кг	Молярный процент,  % мол.	Массовый процент,  % масс.
Азот	85	612,2	3.79	28	106.12	0.928	1
Углекислый газ	450	3241,0	20.08	44	883.52	4.91	8.20
Сероводород	610	4393,3	27.23	34	925.82	6.67	8.7
Метан	5190	37379,7	231.69	16	3707.04	56.8	34.43
Этан	1300	9362,9	58.03	30	1740.9	14.21	16.17
Пропан	810	5833,8	36.16	44	1591.04	8.85	14.77
Изо-бутан	340	2448,7	15.17	58	879.86	3.71	8.17
Н-бутан	360	2592,8	16.07	58	932.06	3.93	8.65
Сумма	9145	65864,4	408.22		10766.36	100,0%	100,0%

 

 

Задача 3. Найти среднюю молярную массу нефтяных фракций A, B, C и D по их физическим характеристикам: начало кипения н.к., °С, конец кипения к.к., °С, характеризующий фактор К, абсолютная плотность при 20°С, ρ кг/м³. Определить среднюю молярную массу смеси этих фракций, если они смешиваются:

в молярном соотношении A/B/C/D;

в массовом соотношении A/B/C/D;

в объемном соотношении A/B/C/D.

Значение параметров	Номера вариантов	Ответ
	10	M,
Фракция А н.к., °С к.к., °С Характериз. фактор, К	140 180 11.3
Фракция B н.к., °С к.к., °С Характериз. фактор, К	140 180 12.5
Фракция C Плотность при 20°С ρ, кг/м3	775
Фракция D Плотность при 20°С ρ, кг/м3	770
Молярное соотношение A/B/C/D	2/5/4/6
Массовое соотношение A/B/C/D	5/2/8/4
Объемное соотношение A/B/C/D	4/3/4/8

 

Решение

Среднюю молярную массу для фракции A и B можно найти по формуле Войнова:

 

где К – характеризующий фактор;

t – средняя молярная температура кипения,. . (Среднее арифметическое н.к. и к.к., ).

Для фракции A средняя молярная масса:

 

Из формулы Крэга:

 

 

 

Для фракции B средняя молярная масса:

 

Из формулы Крэга:

 

 

Для фракций C и D необходимо вначале выполнит пересчет значений и по формуле: .

Для фракции C ,

 

 

Для фракции D ,

 

Связь между молекулярной массой и  относительной плотностью нефтяных фракций устанавливается формулой Крэга:

 

Для фракции C средняя молярная масса:

 

Для фракции D средняя молярная масса:

 

Доля каждой фракции при молярном соотношении 2/5/4/6 следующие

; ; ; .

Молярную массу смеси рассчитывают по правилу аддитивности исходя из известного состава и молярных масс компонентов:

 

Доля каждой фракции при массовом соотношении 5/2/8/4следующие:

; ; ; .

 

Доля каждой фракции при объемном соотношении 4/3/4/8следующие:

; ; ; .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4. В качестве сырья каталитического риформинга для получения ксилолов используется узкая бензиновая фракция 120-140 °С плотностью . Известно содержание (в молярных долях) в сырье 5-градусных фракций: 120-125 °С, 125-130 °С, 130-135 °С, 135-140 °С. Найти среднюю молярную массу сырья, а также плотность при температуре 250 °С и давлении 5 МПа.

Значение параметров	Номера вариантов
	10
	0,754
Содержание фр. 120-125 °С	0,22
Содержание фр. 125-130 °С	0,25
Содержание фр. 130-135 °С	0,27
Содержание фр. 135-140 °С	0,26

 

Решение

Среднюю молярную температуру кипения сырья  можно найти по формуле:

 

 

- молярная доля компонентов

 – средние арифметические температуры кипения узких фракций

 

 .

 

Характеризующий фактор К определяется по формуле:

 

Среднюю молярную массу можно найти по формуле Войнова:

 

 

Для определения  плотности при 20 °С и повышенном давлении можно воспользоваться  номограммой для определения  поправки к плотности с учетом давления (Приложение 1). Из номограммы следует (красная линия) что при  температуре 20 °С и давлении 5 МПа  плотность сырья будет равна:

 

Для нахождения плотности при повышенной температуре, зная плотность при 20 °С и величину характеристического фактора находят  плотность по номограмме (Приложение 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 5. Найти абсолютную и относительную плотность газа при нормальных условиях (.), а также плотность этого газа при температуре t = 100°С и давлении Р = 0,8 МПа, зная массовый состав газа (% масс.).

Состав газа, % масс.	Номера вариантов
	10
Азот	1
Углекислый газ	2
Сероводород	4
Метан	55
Этан	15
Пропан	9
Изо-бутан	5
Н-бутан	7

 

Решение

Р = 1 Если считать  газ идеальным, то при Т=273 К и  давлении атм. и V=22,4 м³ масса m равна молекулярной массе M газа ( ).

Молярная масса - величина аддитивная, и для смеси ее можно определять по формуле:

 

 

Относительная плотность  газа равна отношению массы  газа, занимающего объем V при некоторой температуре и давлении, к массе воздуха, занимающего тот же объем V при тех же температуре и давлении. Если считать газ идеальным, то при Т=273 К и давлении Р = 1 атм. и V=22,4 м³ масса m равна молекулярной массе M газа ( ).

 

Абсолютную плотность газов  при нормальных условиях можно найти, зная массу M и объем 1 кмоль газа (22,4 м³), по формуле:

 

Плотность газа при заданных условиях можно определить по формуле Менделеева-Клапейрона.

 

 

Абсолютную плотность газов  при этих условиях можно найти, зная массу :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 6. Узкая нефтяная фракция при атмосферном давлении имеет среднюю температуру кипения t₁, °С. Определить давление насыщенных паров этой фракции при t₂, °С, молярную массу и относительную плотность .

Значение параметров	Номера вариантов
	10
t1, °С	145
t2, °С	200

 

 

Решение

Для подсчета давления насыщенных паров  узких нефтяных фракций при низких давлениях используют формулу Ашворта:

 

 

где P – давление насыщенных паров, МПа; T – температура кипения при давлении P, К; T₀ – температура кипения при атмосферном давлении (для нефтяной фракции – средняя температура кипения), К.

 

 

 

 

По формуле Войнова находят среднюю молярную массу:

 

Из  формулы Крэга выражается :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 7. Средняя температура кипения узкой бензиновой фракции при атмосферном давлении (≈1∙10⁵ Па) составляет t₁, °C. Найти ее температуру кипения t₂, °C при давлении p₂.

Значение параметров	Номера вариантов
	10
t1, °С	104
p2, Па	2,5∙105