Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

Рнс. 2.7. Диаграммы юмененни состоянии жидкость - пч» для бяиариых смесей:

а - классическая диаграмма; б - длл азеотропного раствора; в - для раствора с зоной иесмесимости; г - длл полностью несмесимых компоиеитов; 1 - паровая фаза; 2 - две жидкие фазы

более СЛОЖНЫЙ, чем диаграммы, соответствующие простейщему случаю (см. рис. 2.5и2.6).

Если нагревать при постоянном давлении бинцжую смесь заданного состава при температурах, лежащих выше температур кипения, смесь распадается на две фазы различного состава, причем газообразная фаза обогащена относительно исходной смеси легколетучим компшентом, т.е. циклическое повторение процесса испарения - конденсации позволяет разделить смесь на акции (рис. 2.7).

Гомогенная смесь многих компонентов. Нагревание гомогенной смеси нескольких компонентов до температуры кипения приводит к обогащению газовой фазы пц>ами легколетучих факций; жидкая же фаза при повышении температ]фы обогащается тяжелыми фракциями. Испаряя, а затем конденсируя последовательно выделяемые фракции, можно получить кривую дистилляции смеси.

Кривые дистилляции различных смесей сравниваются на специальном оборудовании, например, на дистилляторе Хемпеля для перегонки сырой нефти [2.2].

Дистилляция при пониженномдавлении. Перегонка смеси углеводородов при атмосферном давлении может сопровождаться крекингом остаточной жидкой фракции при температурах, превышающих 350 °С. Позтому при атмосферном давлении ее никогда не поднимают до таких значений (см. 2.2.3). Чтобы дополнить кривую дистилляции, как правило, проводят перегонку остаточной акции при пшиженном давлении, а затем с помощью номограмм соотносят (используя зкстраполя-цию) зти результаты с к1ятой при атмосферном давлении.

2.1.3. Дистилляция в присутствии водяного пара или стриппинг

Рассмотрим несмешиваемую систему, одна фаза которой представляет смесь жидких углеводородов, а другая - воду. Из законов термодинамики для системы иесмешиваемых жидкостей можно сделать следующий вывод: при температуре Г, давлении кипения (или давлении насыщения) смеси углеводородов, давлении насыщения водяного ц углеводороды и вода находятся в жидком состоянии, если давление в системе удовлетворяет нфавенству

>11.Ы1,. (2.2)

Upup < Пе + сосуществуют три фазы:

две жидкости - вода и нефть, обогащенная тяжелыми акциями относительно своего начального состава;

газовая фаза - смесь летучих углеводородов и водяного пара.

Присутствие воды облегчает пфегонку углеводородов, что используется 1фи смешении углеводородов с водяным паром (стриппинге), когда тар пропускают через смесь жидких утеводородов для того, чтобы понизить содержание легкопетучих компонентов.

2Л. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

Утеводороды имеют различные термодинамические и кинетические пц)аметры реакционной способности. Однако скорость разложения большинства из них 1фи обычной температуре в отсутствии катализатора близка к нулю. Превращения протекают заметно 1фи повышении темпе-рат]фы или под воздействием 01федепенных веществ, например кислорода. Некоторые химические реакции 1февращения идут при использовании термических методов.

2.2.1. Термюдинамика химических реакций

Химические реакции могут быть описаны с помощью модифицированных функций состояния реакционной смеси. Для анализа химической реакции наиболее важны две термодинамические величины: изменение знтальпии смеси и изменение знергии Гиббса (свободной знергии).

Энтальпия реакции. Пусть химическая реакция соответствует сте-хиометрическому уравнению

аАН-рВ -> Y + SD.

Изменение знтальпии системы или знталы1ия химической реакции записывается 1фи температ}фе Г в виде

AH = yHo--SH„ -аН-рнз1 (2.3)

где Н - молысая знталышя соответствующего компонента.

При экзотермической реакции АЯ отрицателыи, так как в зтом случае теплота вьщеляется во внешнюю среду. При эндотермической реакции АЯ положителы1а, так как система забирает теплоту из окружающей среды. Обычно знталышю реакции определяют, исходя из стандтных значений энтальпий Ац образования соответствукицего компонента из простых веществ.

В стандартных условиях

ДН = уДН8 + 8ДН2 -аДН2-рДНо .

Пример. Эмпльпия полного сжигания метана СН. + 20, -> С0, + 2н,0! ДН = ДНго. + 2дн8,о-ДН&,;

Стандартная энтальпии образования веществ, вступавхцих в химическое взаимодействие при 25 С, равна:

(AHJ**°c=-17,9 ккал на 1 моль газообразного сн4;

(Д Hgo,)"° с = -94,05 ккал на 1 моль газообразного OOj;

(ДН2)»° с 57,8 ккал ва 1 моль гвзообриной HjO =

= -68,3 ккал на 1 моль жидкой HjO.

Следовательно, при сжигании одного моля сн4

ДН( =-191.75 ккал (газообразная Нз О); ДН, =-212,75 ккал (жидкая HjO).

Как правило, окисление и горение - экзотермические реакции (выделяемая теплота Q = -АЯ > 0). Для таких реакций введено понятие теплоты сгорания, т.е. количества теплоты, вьвделяомой при полном сгорании единицы массы горючего вещества.

Наименьшая теплота сгорания предельных углеводородов с линейными молекулярными цепями, определошая для получения HjO в газовой фазе, составляет примерно 10 500 ккал/кг; наибольшая (для полу-ч№ия Нз О в жидкой фазе) - около 11 ООО ккал на 1 кг топлива.

Энтальпию реакции можно рассчитать из зиергетического баланса химических связей, образующихся и разрушающихся в ходе реакции: жтальпия равна сумме энергий образования связей минус сумма энергий разрыва связей (табл. 2.2).