Задание для установки ОХТ. Задачи и упражнения

• Название: Задачи и упражнения
• Дата: 14.04.2022
• Размер: 69.72 Kb.
• Имя файла: Задание для установки ОХТ.docx
• Тип: Документы; #474094

Задачи и упражнения

1. 
   Дайте определение:
   

Нефть – это горючая маслянистая жидкость, являющая смесью низко- и высокомолекулярных углеводородных и не углеводородных компонентов. Количественный и качественный состав указанных компонентов существенным образом влияет на свойства нефти, на качество полученных нефтепродуктов, а также определяет направление переработки нефти.

2. 
   Назовите общепринятые фракции нефти, приведите интервалы температуры (°С), при которых они выкипают, опишите области их применения
   

Фракции	Температура кипения (°С)	Применение
Петролейная фракция	40-100	Петролейная фракция используется в качестве растворителя в жидкостной хроматографии, а также в качестве растворителя при экстракции различных углеводородов, нефти, битумоидов из горных пород. Также часто используется в качестве топлива для зажигалок и каталитических грелок.
Бензиновая фракция	н.к 180	Бензиновая фракция служит материалом для изготовления различного топлива, применяемого в двигателях внутреннего сгорания.
Лигроиновая фракция	140-180	Является компонентом для производства товарных бензинов, осветительных керосинов, реактивного топлива, а также органическим растворителем.
Керосиновая фракция	140-220	В первую очередь керосиновая фракция-это топливо для реактивных двигателей. Используется в производстве лакокрасочной продукции и добавляется как растворитель в краску для стен и полов.
Дизельная фракция	180-350	Дизельная фракция применяется в изготовлении дизельного топлива для быстроходных видов транспорта, а также используется как вторичное сырьё. Изготовление химии для автотранспорта.
Мазут	Выше 350	Мазут применяется в качестве топлива для паровых котлов, котельных установок и промышленных печей.
Вакуумный газойль (вакуумный дистелят)	350-500	Вакуумный газойль применяется для отопления зданий, эксплуатации генераторов, в сфере сельского хозяйства и дорожно-строительной спецтехники, в качестве дешёвого резервного топливо.
Гудрон	Более 500	Гудрон широко применяется для изготовления дорожного, строительного и кровельного битума, а также кокса, мазута, смазочных масел, некоторых видов моторного топливо.

3. 
   Перечислите основные элементы, входящие в состав нефти, определите их примерное процентное содержание, перечислите соединения, в составе которых они находятся в нефти.
   

Элементный состав нефти	Содержание, масс %	Соединения элементов в составе нефти
Органическая масса	98%
Углерод	83%
Водород	13%
Кислород и азот	0,2-0,3%
Сера	0,1-0,7%
Никель,железо, серебро и др.	0,01-0,03%

4. 
   Заполните пустые клетки в схеме классификации углеводородов. (Обратите внимание на подсказки в виде общих формул классов органических соединений).
   

5. 
   Какие свойства нефти определяют:
   

Алканы – предельные (алифатические) углеводороды, состав которых выражается формулой C_nH_2n+2. Физические свойства: в нормальных условиях – С₁-С₄ – газы, С₅-С₁₇ – жидкости, а углеводороды с количеством атомов углерода больше 18 – твердые вещества. С ростом цепи повышается температура кипения и плавления. Разветвленные алканы имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные. Алканынерастворимы в воде, но хорошо растворяются в неполярных органических растворителях. Легко смешиваются друг с другом. Химические свойства: В нормальных условиях алканы – химически инертные соединения, они не реагируют с концентрированной серной и азотной кислотой, с концентрированной щелочью, с перманганатом калия. Устойчивость объясняется прочностью связей и их не полярностью. Соединения не склонны к реакциях разрыва связи (реакция присоединения), для них свойственно замещение.

Изоалканы – по сравнению с нормальными изоме­рами имеют пониженную плотность и более низкую температуру кипения. В нефтях они концентрируются главным образом в низ­ких и средних фракциях. Физические свойства: основная масса их представлена с одной короткой боковой цепью и несколь­кими регулярно чередующимися метальными радикалами в цепи (изопреноидными углеводородами. Химические свойства: изоалканы окисляются легче соответствующих н-алканов, поэто­му при химическом окислении нефти количество изоалканов со­кращается. При биодеградации же нефтей, наоборот, изоалканы труднее н-алканов подвергаются воздействию микроорганизмов, поэтому геохимический показатель и-алканы/н-алканы в таких нефтях достаточно высок. Повышенные зна­чения этого показателя в нефтях являются показателем невысокого уровня зрелости этой нефти.
Непредельные ациклические углеводороды – Физические свойства: алкены мало отличаются от алканов. Низшие гомологи С₂ – С₄ – газы; С₅ – С₁₇ – жидкости; высшие гомологи – твёрдые вещества. В воде алкены нерастворимы, хорошо растворимы в органических растворителях. Химические свойства: определяются наличием двойной связи в этиленовых углеводородах – это реакции электрофильного присоединения, окисления и полимеризации, сопровождающиеся разрывом π-связи.
Ароматические углеводороды (арены) – это производные бензола, имеющие общую химическую формулу СnH2n-6 и содержащие устойчивую циклическую группировку (бензольное кольцо). Физические свойства: низшие члены гомологического ряда бензола – бесцветные жидкости, нерастворимые в воде, но хорошо – во многих органических растворителях. Горят ярким коптящим пламенем. С повышением молекулярной массы увеличивается температура кипения и снижается температура плавления.

Химические свойства: из химических свойств аренов следует особенно отметить реакции замещения, а также некоторые реакции присоединения, протекающие в особых условиях, и реакции окисления. Однако при химических реакциях бензольное кольцо не разрушается.
Серосодержащие соединения – Физические свойства: сера — твердое хрупкое вещество желтого цвета. В воде практически нерастворима, но хорошо растворяется в сероуглероде, анилине и некоторых других растворителях. Плохо проводит теплоту и электричество. Сера образует несколько аллотропных модификаций. Химические свойства: атом серы, имея незавершенный внешний энергетический уровень, может присоединять два электрона и проявлять степень окисления -2. При отдаче или оттягивании электронов к атому более электроотрицательного элемента степень окисления серы может быть +2, +4 и +6. Сера при сгорании на воздухе или в кислороде образуется оксид серы (IV) SO2 и частично оксид серы(VI) SO3. При нагревании непосредственно соединяется с водородом, галогенами (кроме иода), фосфором, углем, а также со всеми металлами, кроме золота, платины и иридия.

Азотсодержащие соединения______________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Хлористые соли_________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. 
   Определите шифр нефти в соответствии с технической классификацией с содержанием серы 1,15% (масс.), плотностью при 20 °С 860,0 кг/м³, концентрацией хлористых солей 120 мг/дм³, содержанием воды 0,40% (масс.), с содержанием сероводорода менее 20 ppm____________________________________
   

7. 
   Определите шифр нефти в соответствии с технической классификацией с содержанием серы 0,5%, плотностью при 20 °C – 860,0 кг/м³, концентрацией хлористых солей 90 мг/ дм³, массовой доли воды 0,40% , при отсутствии сероводорода___________________________________________________
   

8. 
   Смесь нефтяных остатков (гудрон. крекинг-остаток. крекинг-остаток утяжеленный. экстракт селективной очистки масел). являющая сырьем процесса замедленного коксования. имеет следующие характеристики: массу G кг/ч; среднюю молекулярную массу М кг/кмоль. плотность при 20 °С ρ кг/м³. Найти: массовый, мольный и объемный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента. Ответ представить в виде таблицы.
   

№ п/п	Компонент	Массовый процент, % масс.	Число кмоль, кмоль	Мольный процент, % мол.	Объем (м3)	Объемный процент, % об.
1.	Гудрон
2.	Крекинг-остаток
3.	Крекинг-остаток утяжеленный
4.	Экстракт селективной очистки масел
	Сумма	100%		100%		100%

Варианты к задаче 8 (варианты распределить в алфавитном порядке)

Значение параметров	Номера вариантов
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
G1, кг	8900	12900	10600	8600	10200	12400	10600	9950	11350	8900
G2, кг	6250	8350	9250	9300	9100	6200	4300	6120	4800	6250
G3, кг	13850	11150	9700	10400	10950	13200	14900	11780	12400	13850
G4, кг	8500	5100	7950	9200	7250	5700	7700	9650	8950	8500
M1, кг/кмоль	570	595	589	582	585	570	595	589	582	585
M2, кг/кмоль	620	610	612	615	618	620	610	612	615	618
M3, кг/кмоль	640	650	643	642	645	640	650	643	642	645
M4, кг/кмоль	430	405	441	423	432	430	405	441	423	432
ρ1, кг/м3	990	998	997	992	995	990	998	997	992	995
ρ2, кг/м3	1012	1005	1007	1008	1010	1012	1005	1007	1008	1010
ρ3, кг/м3	1024	1030	1028	1027	1029	1024	1030	1028	1027	1029
ρ4, кг/м3	948	939	952	945	955	948	939	952	945	955

Решение

В практических расчетах состав многокомпонентной смеси выражается в долях или процентах. Соотношение между долями и процентами. 1:100.

Массовая доля компонента представляет собой отношение его массы m_i к массе смеси m:



Очевидно, что m_i  m  1

Молярная доля x_i’ компонента выражается отношением числа молей N_i этого компонента к общему числу молей N смеси:



Пересчет массового состава в молярный и обратный пересчет осуществляются по формулам:




где Mi - молярная масса компонента, кг/кмоль.

Объемная доля γ_i компонента есть отношение его объема V_i к объему всей смеси V:



Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность каждого компонента:



где ρi - молярная масса компонента, кг/м³

Для жидкой смеси прямой пересчет объемных долей в молярные довольно сложен, поэтому лучше его проводить с помощью массовых долей. Для газовой смеси состав, выраженный объемными и молярными долями, одинаков.
Пример решения задачи 8

Дано:

G1 .кг=m1=9950
G2 .кг=m2=6120
G3 .кг=m3=11780
G4 .кг=m4=9650
M1 .кг/кмоль =589
M2 .кг/кмоль = 612
M3 .кг/кмоль = 643
M4 .кг/кмоль = 441
ρ1 .кг/м3 = 997
ρ2 .кг/м3 = 1007
ρ3 .кг/м3 = 1028
ρ4 .кг/м3 = 952

Решение:
I шаг

Найдем сумму масс всех компонентов по формуле:

m_i  m

где m_i – масса компонента, кг; m – масса смеси, кг;

m_i 9950 + 6120 + 11780 + 9650 = 37500 кг
II шаг

Найдем массовую долю компонента в процентах массовых по формуле:

где – массовый процент, % масс,; m_i – масса компонента, кг; m – масса смеси, кг;

1. 
   
   

2. 
   
   

3. 
   
   

4. 
   
   

5. 
   Очевидно что:   (%масс.)
   

III шаг

Найдем число моль для каждого компонента по формуле:


где N_i – число моль компонента, кмоль; m_i – масса компонента, кг; M_i – молярная масса компонента, кг/кмоль;

1. 
   
   

2. 
   (кмоль)
   

3. 
   
   

4. 
   (кмоль)
   

5. 
   Найдем общее число моль смеси по формуле:
   

N = 16.893 + 10 + 18.3204 + 21.8821 = 67.0955 (кмоль)

IV шаг

Найдем мольный процент каждого компонента по формуле:

где x_i` – мольный процент компонента, %мол,; N_i – число моль компонента, кмоль; N – число моль смеси, кмоль;

1. 
   
   

2. 
   
   

3. 
   
   

4. 
   
   

5. 
   Очевидно что  
   

V шаг

Найдем объем каждого компонента по формуле:

где V_i – объем компонента, м³; m_i – масса компонента, кг; ρ_i – плотность компонента, кг/м³;

1. 
   
   

2. 
   
   

3. 
   
   

4. 
   
   

5. 
   Найдем объем всей смеси по формуле:
   

V = 9.9799 + 6.0774 + 11.6981 + 10.1366 = 37.892 (м³)
VI шаг

Найдем объемный процент каждого компонента по формуле:

где x_Vi – объемный процент каждого компонента, %об.; V_i – объем каждого каомпонента, м³; V – объем всей смеси, м³;

1. 
   
   

2. 
   (% об.)
   

3. 
   
   

4. 
   
   

5. 
   Очевидно что