Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 33 из 60

Pnc.K_P = i y'iPcp (XIII,11а)

i=i

где у\, Т. _кр, Р. _кр — соответственно мольные доли и критические параметры компонентов смеси.

Псевдокритические параметры для нефтяных фракций можно определить по ее молекулярной массе М и характеризующему фактору К (рис. X111-3).

Давление насыщенных паров. Пары жидкости могут быть насыщенными и ненасыщенными. Насыщенным называется пар, находящийся в равновесии с жидкостью. Чем выше температура, тем выше давление, при котором находится данная равновесная система. Для насыщенных паров существует однозначная зави-

г . 3 4 5 6 8

30 40
Приведенное давление Рпр Р/Р«Р

Рнс. X1II-2. Зависимость коэффициента активности от приведенных давления и температуры

симость между давлением паров и температурой Р = / (Т). Общий вид такой зависимости дан на рис. XIII-4.

Ненасыщенными (перегретыми) парами называются пары, которые при данных температуре и давлении образуют однофазную систему. Жидкая фаза отсутствует.

Ненасыщенные пары (рис. ХШ-4) могут существовать при данном давлении Р при более высокой температуре (точка В), чем насыщенные пары (точка AJ, т. е. их давление при данной температуре Тв меньше, чем давление насыщенных паров (точки В и Л₂).

Известно, что жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров Р становится равным внешнему давлению л. Давление насыщенных паров определяют по табличным данным или эмпирическим уравнениям. Уравнение Антуана

IgP =А—В/(С + 0 (XIII, 12)

Молекулярная масса

Рис. XIII-3. Графики для определения псевдокрлтических параметров нефтяных фракций.

Константы А, В и С определяют экспериментально.

Из уравнения (XIII,12) можно определить температуру насыщения паров при данном давлении Р.

Уравнение Киреева:

Р=ЛР* (XIII,13)

где Р и Р_э — соответственно давление насыщенных паров данного вещества н эталонного; А и К — константы, характеризующие данное вещество.

Для определения давления насыщенных паров нефтепродуктов, представляющих собой сложные смеси углеводородов различных классов, предложены графики и формулы (Кокса, Ашворта, Вильсона, BWR и др.).

lg (МО)


2,68 |/,(Г₀) —/(Г)]

/ (То) — 8-10^-4


(XIII,14)

В качестве примера приведено уравнение Ашворта

где Р — давление насыщенных паров; Т и Т_а — соответственно температуры

кипения смеси при давлении Р и атмосферном давлении; { (Т) — функция температуры, определяемая из следующего выражения:

/ (Т) = (1/Т² + 108000 — 307,6)-' (XIII,15)

Рис . XII1-4 . Общий вид зависимости давления насыщенных паров от температуры:

АК — кривая зависимости давления насыщенных паров от температуры; К — критическая точка; / — область жидкой фазы; II — область ненасыщенных (перегретых) паров.

При известном давлении Р из уравнения (XIII,14) можно найти температуру кипения углеводородной смеси Т.

2. 
   РАВНОВЕСНЫЕ СИСТЕМЫ
   

2698. 
      Для понимания расчета процессов перегонки и ректификации необходимо ознакомиться с закономерностями равновесия систем пар—жидкость.
      
2699. 
      Двухкомпонентные (бинарные) смеси жидкостей можно разделить на три группы: взаимно растворимые в любых отношениях, частично растворимые и взаимно нерастворимые.
      
2700. 
      Взаимная растворимость жидкостей изменяется с температурой, увеличиваясь, как правило, с повышением температуры. Полностью взаимно нерастворимых жидкостей нет. Однако при малой растворимости можно считать, что жидкости взаимно нерастворимы. Взаимно растворимые жидкости можно разделить на следующие подгруппы: идеальные растворы (подчиняются закону Рауля); нормальные растворы — смеси, частично отклоняющиеся от закона Рауля, но не образующие смесей с постоянной температурой кипения (азеотропов); неидеальные растворы — смеси, значительно отклоняющиеся от закона Рауля, в том числе образующие смеси с постоянной температурой кипения (азеотропы).
      
2701. 
      Закон Генри. Этот закон выполняется для разбавленных растворов и формулируется следующим образом: парциальное давление компонента прямо пропорционально его молярной концентрации
      
2702. 
      
      (XIII,16)
      
      Pi =v;
      
2703. 
      Объединяя уравнение (XIII, 16) с законом Дальтона
      
2704. 
      Pi =
      
2705. 
      получим
      
2706. 
      y'_i=k_lx’_i/n=H_lx’_l (XIII,17)
      
2707. 
      где Hi — константа Генри,
      
2708. 
      Закон Рауля. Парциальное давление компонента идеального жидкого раствора равно произведению давления насыщенных
      
2709. 
      паров при данной температуре на мольную концентрацию компонента в жидкой фазе
      
2710. 
      Pi=^pi^x'i (XIII ,18)
      
2711. 
      Совместно с законом Дальтона получим
      
2712. 
      yt=^pi^xi/^{n = /}xi (XIII, 19)
      
2713. 
      где Ki — константа фазового равновесия данного компонента смеси.
      
2714. 
      Для идеальных растворов
      
2715. 
      Кi Pi/тс (XIII,20)
      
2716. 
      В общем случае Ki зависит от давления, температуры и свойств компонента (нормальный, непредельный, циклический и т. п.). Уравнение (XIII, 19) представлеят собой математическое выражение закона Рауля—Дальтона. Оно определяет отношение между концентрациями паровой и жидкой фаз при равновесии. Уравнение (XIII,19) можно записать также в другом виде, использовав правило аддитивности парциальных давлений (уравне- нение (XIII,7)
      
2717. 
      
      У1
      /у;
      
2718. 
      h^pi^x'i
      
2719. 
      Если разделить числитель и знаменатель на давление насыщенных паров какого-либо компонента смеси, принимаемого за эталонный, например, k-ro, то отношение
      
2720. 
      
      (XIII,21)
      
      
      называется коэффициентом относительной летучести компонента I по отношению к компоненту k. Коэффициент относительной летучести характеризует способность компонента переходить в паровую фазу. Чем больше величина a_lk, тем легче компонент переходит в паровую фазу. Очевидно, что для эталонного компонента a_kk = 1.
      
      С учетом изложенного получим следующую запись закона Рауля—Дальтона:
      
      
      а, а
      
      
      У1 = '
      
      
      Ti^aik^x'i
      
      t
      
      
      (XI11,22)
      
      
      747. 
           ik*i
           
      
      ^pl!^pk =
      
2721. 
      Чтобы из уравнения (XIII, 22) найти концентрации жидкой фазы x'i, проделаем следующие преобразования. Из уравнения (XIII,19) имеем
      
2722. 
      х\ ^ny'ilPi
      
2723. 
      Если просуммировать левукГи 'правую части последнего уравнения по всем компонентам, то
      
2724. 
      Ус_
      
2725. 
      Pi
      
2726. 
      
      или
      
      
      (XIII,23)
      
      У±
      
2727. 
      Pi
      
2728. 
      Это уравнение изотермы паровой фазы. Тогда можно записать, что
      
2729. 
      , _л y’t y'i/^pi y'i/^aik
      
2730. 
      *' ^Пр‘ £ (y'i/Pi) £№rt)
      
2731. 
      i i
      
2732. 
      
      Итак
      
      
      (XI11,24)
      
      _x. У11^а1в
      
2733. 
      ^X‘ £ {y'tl^aik)
      
2734. 
      i
      
2735. 
      Это другая форма записи закона Рауля—Дальтона. Нетрудно увидеть, что по своей структуре уравнения (XIII,22) и (XIII,24) идентичны, если обозначить Ha_ik = р_гА.
      
2736. 
      Связь между давлениями и составами фаз бинарной смеси при данной температуре может быть представлена графически (рис. XIII-5), На оси абсцисс отложены концентрации низкоки- пящего компонента (НКК) г' и у', а на оси ординат —давления. Поскольку концентрации заключены в пределах 0 « х', у' <. 1, крайняя левая ордината соответствует давлению паров высококи- пящего компонента (ВКК), обозначенного индексом w, а крайняя правая — НКК, обозначенного индексом а.
      
2737. 
      Давление паров смеси будет равно
      
2738. 
      Paw = Ра

\ Pw = Ра^х> Ь Pw (1 ^х')

На рис. ХШ-5 это уравнение соответствует прямой НА. Парциальные давления компонентов равны

Ра=Ра^х' Pw=Pw(\ ^х')

И

Ра = Щ' Pw=n(l—y’)

Эти уравнения представлены прямыми ОА, НК, ОВ и GK- При равновесии