Переработка нефти - Суханов В.П.
Скачать (прямая ссылка):
[JTa тарелках колонны встречаются две фазы: паровая; (с более высокой температурой)(и жидкая](с более низкой температурой). При этом пары охлаждаются и часть высококипящего компонента конденсируется и переходит в жидкость. Жидкость же нагревается и часть низкокипящего компонента из нее испаряется, переходя в паровую фазу. Такой процесс происходит многократно на каждой тарелке. В процессе перегонки и ректификации нефти и нефтепродуктов давление насыщенных паров и равновесие между парами и жидкостью играют решающую роль. Поэтому необходимо знать законы, на основании которых можно определять ряд параметров. Это законы Дальтона, Рауля и А м а га (во всех рассматриваемых случаях имеется в виду, что фазы химически не взаимодействуют друг с другом).
Законом Дальтона установлено, что давление смеси газов равно сумме давлений компонентов этой смеси, которые они имели бы, если бы каждый газ занимал при данной температуре объем всей смеси, т. е. сумме парциальных давлений. Математически закон Дальтона выражается уравнением: Я=Рі+р2 + +Рз+.. .+рп, где П — общее давление смеси газов; pi, рг, рз,...,рп ¦— парциальные давления компонентов этой смеси.
Следствием закона Дальтона является уравнение (1), показывающее, что парциальное давление компонента, входящего в состав газообразной (паровой) смеси, равно произведению мольной (или объемной) концентрации у этого компонента в газообразной фазе на общее давление смеси, т. е.
Закон Дальтона применим к смесям веществ, взаимно растворяемых в любых соотношениях.
Законом Рауля установлено, что парциальное давление р одного из компонентов смеси равно произведению давления насыщенного пара P чистого компонента при данной температуре на его мольную концентрацию х в жидкой фазе:
Закону Рауля не подчиняются растворы электролитов и азеотропные (кипящие при постоянной температуре) смеси.
Согласно закону Амага, объем V смеси газов равен сумме объемов отдельных газов, которые занимал бы каждый из них, взятый при той же температуре и под тем же давлением, что и газовая смесь: V=vi + V2+v3 + .. .+Vn-
Из уравнений (1) и (2) видно, что концентрации каждого компонента в паровой и жидкой фазах связаны между собой:
Pi=IJy1; р2 = Пу2; P3 = Пуь
(1)
и т. д.
Pi = Pix/; р2 = P2X2'; ps = PsX3' ¦
(2)
PiX1 = IJy1,
(3)
80
откуда
(4)-(5)
0,8
?
OA et о
r I
'Vo —
•7,00. 095'
I I ml —,
0,4 0,8 1,2 1,5 2,0 2,4 2?
P,
Уравнение (3) известно под названием объединенного закона Дальтона — Рауля. Формулируется он так: в состоянии равновесия парциальное давление любого компонента смеси в паровой (газовой) фазе равно парциальному давлению паров того же компонента над жидкостью. Это значит, что, задавшись определенными температурой и давлением, можно определить равновесный состав паровой и жидкой фаз. Все три закона выведены для идеальных газов. На практике же при нефтепереработке поведение реальных газов ¦} значительно отличается от поведения идеальных (более высокое давление). В этих случаях в формулы вместо значений давлений компонентов нужно подставлять значения их фугнтивности.
Фугитивность / находят при помощи графиков, один из которых показан на рис. 41. Предположим, что давление вещества, определенное по вышеуказанным формулам, равно 1,25 МПа (12,5 кгс/см2); Гпр = 1,1 и РПр = 1,5. Восставив перпендикуляр из точки Рпр = 1,5 до пересечения с кривой, характеризующей ГПр = = 1,1, и проведя из точки пересечения прямую влево, получим значение /=0,65. Тогда фугитивность исследуемого вещества /=1,25-0,65 = 0,8125 МПа (8,125 кгс/см2).
Состав паровой и жидкой фаз можно определить, используя рассмотренные выше зависимости. Обозначим через х состав жидкости, т. е. мольную долю HKK в жидкой смеси*, через Рнкк и Рвкк — парциальные давления паров HKK и BKK над смесью и через Р'нкк и Р'вкк — давление паров чистых HKK и BKK при данной температуре. Тогда мольная доля BKK в жидкой смеси равна (1-х). Следовательно, Рнкк=Р'нкк х, Рвкк = Р'вкк (1—*)- Так как полное давление пара над жидкостью П равно сумме парциальных давлений компонентов, то
п=Рнхк + рвкк = Р'нкк* + р'вккО - *) • (6)
Из уравнения (6) можно определить концентрацию компонентов в жидкой фазе:
пр
Рис. 41. Кривые для определения фугитив-ности (f) углеводородов:
Тпр — приведенная температура (отношение температуры вещества к ее критической температуре, К); Pnр — приведенное давление (отношение давления вещества к его критическому давлению, кгс/см2)
BKK
)/(р
HKK '
BKK
).
(7)
Концентрацию компонентов в газовой фазе определяют из уравнения (5), подставляя в него вместо х его значение из уравнения (7):
гнкк
У = — Х-
HKK
П— P1
bkk
п
HKK "
bkk
(8)
* Здесь H далее состав жидкости и паров выражен через содержание HKK и BKK в смеси.
6-2739
81
Зная зависимость давления паров компонентов от температуры, можно рассчитать состав газовой и жидкой фаз. Обычно для расчета этого состава задаются постоянным давлением и несколькими температурами (от температуры кипения низкокипящего компонента до температуры кипения выеококипящего компонента). По полученным данным строят график — кривые изобар. Затем соединяют одноименные точки и получают две кривые, одна из которых обращена выпуклостью вниз (для жидкой фазы), другая — выпуклостью вверх (для паровой фазы). Обе кривые сходятся в точках, отвечающих температурам кипения компонентов бинарной смеси (см. рис. 45).
