плотность газообразного продукта (ρг, кг/м3) при стандартных условиях (0.101 Мпа, 20°С) определяется по формуле
ρг = М/24.04, (6)
где М - молекулярная масса продукта, 24.04 - объем одного киломоля газа при вышеуказанных стандартных условиях.
Динамическая вязкость продукта (μж, мПа×с) при стандартных условиях (20 °С; 0.101 Мпа) определяется по формуле
μж = [∑(Zi×μi1/3)]3, (7)
где μi - динамическая вязкость i-го компонента продукта. Так же, как и плотность, вязкость газообразных компонентов является не истинной, а «кажущейся» (условной вязкостью компонента в псевдосжиженном состоянии при стандартных условиях).
Динамическая вязкость жидкого продукта (μжtp, мПа×с) при рабочих условиях определяют по уравнению
μжtp = μж×exp[σ×(P-0.101)]/exp[τ×(t-20)]. (8)
В этом уравнении: σ - барический коэффициент вязкости; τ - термический коэффициент вязкости; P, t - рабочие условия - давление в МПа и температура в °С.
Коэффициенты вязкости вычисляют в зависимости от молекулярной массы продукта (М) по формулам
σ=4.24/100000×M+6.82/1000; (9)
τ=1.02/1000000×M1.87+ 5.48/1000. (10)
Динамическая вязкость газообразного продукта (μгt, мПа×с) при температуре t определяется по формуле
μгt = К×exp[Х×(ρг/103)Y]. (11)
Коэффициенты уравнения вычисляются в зависимости от молекулярной массы продукта следующим образом:
К = {(9.41+0.02×М) ×[1.8×(t+273/15)]1.5}×10-4/[209+19×M+
1.8×(t+273/15)]; (12)
X = 3.5+986/[1.8×(t+273/15)]+0.01×M; (13)
Y = 2.4-0.2×X. (14)
Кинематическая вязкость продукта (ν, мм2/сек) определяется по формуле
ν = μ/ρ, (15)
где μ - динамическая вязкость в мПа×с, ρ - плотность в кг/м3.
Поверхностное натяжение жидкости (σж, мН×м) определяется в зависимости от ее плотности (ρж, кг/м3) по формуле
σ=(0.0532×ρж-15.5)×(1.056-0.0028t)×(0.0000199×(P×9.81)2-
0.0081×(P×9.81)+0.9668), (16)
где t и P - температура (°С) и давление (МПа) потока.
Температура застывания (tз,°С) и помутнения (tп,°С) жидких продуктов определяются по формулам
(tз +273.15)nз = ∑[vi× (tзi +273.15)nз]; (17)
(tп +273.15)nп = ∑[vi× (tзi +273.15)nп], (18)
где nз и nп - показатели степени, которые в общем случае подбираются эмпирически. Для углеводородных продуктов газоконденсатных и нефтяных залежей северных месторождений Тюменской области получено nз = 8, nп = 14. Аналогичным образом можно рассчитывать и температуру начала кристаллизации, которая близка температуре помутнения.
Октановое число автобензинов без высокооктановых присадок (например автобензинов риформинга), прямогонных бензиновых фракций и сжиженных газов можно рассчитать по уравнению
О = [∑(Оi×Zi)]/100, (19)
где Оi - октановое число i-го компонента, которое является справочной величиной для индивидуальных углеводородов, а для узких фракций оно определяется экспериментально. Это уравнение позволяет вычислять октановое число как по моторному, так и по исследовательскому методу, в зависимости от того, какое октановое число будет задано в Оi. По уравнению можно рассчитать и октановое число автобензина, компаундированного высокооктановыми добавками, если определить для них так называемое октановое число смешения.
При выполнении технологических расчетов процессов и схем переработки УВС базовым разделом является определение составов продуктов в процессе фазовых переходов (при сепарации, ректификации, нагревании, охлаждении и т. п.) Для термодинамических условий стабилизации и первичной переработки (в области относительно невысоких давлений и повышенных температур) фазовые равновесия с приемлемой точностью можно рассчитывать по константам фазового равновесия. Ниже приведены рекомендуемые формулы.
Константы фазового равновесия компонентов у/в продукта (ki) определяются в зависимости от давления (Р, МПа) и температуры (t, °С) по уравнению
ki = (1/P)×10(A×Fi+B). (20)
Коэффициенты A, F и В вычисляются следующим образом:
A = 6.1×10-5×P3+1.86×10-3× P2-4.89×10-2×P+1.0049; (21)
B = 1.79×10-4×P3-5.16×10-3× P2+12.59×10-2×P+1.0127; (22)
Fi = bi×[1/Tbi-1/(273.15+t)]. (23)
Константы bi и Tbi являются справочными данными и приведены в приложениях. Тем не менее их можно рассчитывать как функции от молекулярной массы по нижеприведенным уравнениям.
Для нормальных парафинов:
lg(bi) = 1.9399+0.6446×lg(Mi); (24)
lg(Tbi) = 1.8298+2.4583×lg[lg(Mi)]. (25)
Для изопарафинов:
lg(bi) = 1.8434+0.6869×lg(Mi); (26)
lg(Tbi) = 1.7562+2.6813×lg[lg(Mi)]. (27)
После расчета констант фазового равновесия можно определить состав равновесного пара (Yi, % мольных), выделяющегося из продукта состава Zi в сепараторе при заданных давлении Р, температуре t:
Yi = 100×{(Zi/100)×ki/[1+(ki-1)×e]}, (28)
где е - мольная доля отгона пара.
Расчет состава пара выполняют методом последовательных приближений - задаются долей отгона (в пределах от 0 до 1), после чего вычисляют Yi и проверяют выполнение условия равновесия паровой и жидкой фаз ∑Yi=100. В случае невыполнения меняют значение е, повторяют расчет. После завершения подбора е рассчитывают состав равновесной жидкости (Xi, % мольных):
Xi = Yi/ki. (29)
После этого можно определять свойства потоков по вышеприведенным уравнениям, задавая для пара Zi=Yi, для жикости - Zi=Xi. После расчета молекулярных масс пара и жидкости можно определить массовую долю отгона пара (g), которую необходимо знать для расчета материального баланса процесса:
g = e×Mп/[e×Mп+(1-e)×Mж], (30)
где Mп - молекулярная масса газообразного, Mж - жидкого равновесных продуктов.
Приведенный метод расчета применяется для определения выходов и составов равновесных продуктов в процессе однократного испарения, который имеет место в сепараторах, теплообменниках, холодильниках, трубопроводах и т. п. Для ректификационных колонн используются более сложные методики («от тарелки к тарелке» или матричный), для применения которых требуется составление достаточно сложных компьютерных программ. Нами установлено и подтверждено, что расчет составов верхнего (парового) и нижнего (жидкого) продуктов ректификационной колонны (а также секции ректификации) можно с приемлемой для практических целей точностью выполнять по упрощенной экспресс - методике. Суть методики заключается в том, что распределение компонентов при ректификации рассчитывается по тем же вышеприведенным уравнениям, что и при однократном испарении. При этом константы фазового равновесия заменяются константами псевдоравновесия Кi. Константы псевдоравновесия вычисляются на основе констант равновесия по формуле
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
