Определение высоты колонны по кинетической кривой

Данный метод точнее, чем предыдущий. Он состоит в определении эффективности тарелок по Мэрфи с учетом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости. Для определения значений эффективности тарелок используются критериальные уравнения, которые здесь не приводятся, вследствие их громоздкости и узкой специализации.

Зная эффективность по Мэрфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки y_к по соотношению:

(18)

Исходя из этой формулы на диаграмме y - x строится кинетическая кривая, представляющая собой зависимость y_к от x, а затем аналогично предыдущему методу графически выстраиваются ступени. Графическую иллюстрацию этого метода можно увидеть на диаграмме 4.

Диаграмма 4

Построение кинетической кривой и определение действительного числа тарелок

В итоге мы получили 9 тарелок в нижней части колонны и 9 в верхней. Приняв расстояние между тарелками 0,5м, расстояние между нижней тарелкой и дном 2м, расстояние между верхом колонны и верхней тарелкой 1м, получим полную высоту колонны 11,5м.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы кратко описали процесс расчета ректификационной колонны для разделения бинарных смесей. Процесс расчета или проектирования на этом не заканчивается. В дальнейшем рассчитывается гидравлическое сопротивление колонны и подбирается вспомогательная аппаратура.

Однако стоит отметить, что для массообменного процесса, коим является процесс ректификации, в первую очередь необходимо описать обмен между фазами. Делается это при помощи диаграммы состояния “жидкость-пар”, которой мы пытались уделить повышенное внимание, быть может, в ущерб другим, не менее важным сторонам процесса.

Контрольные вопросы:

1. Назовите физико-химические основы проведения метода ректификации

2. Перечислите виды перегонки нефти

3. Укажите особенности нефти как сырья для ректификации

4. Как регулируют температурный режим ректификационных колонн

5. Укажите особенности перегонки нефтяного сырья с водяным паром.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия, 1981

2. Кувшинский М.Н.,Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету “Процессы и аппараты химической промышленности”. М.: Высшая школа, 1980

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, М.: Химия, 1991

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. Л.:Химия, 1987

5. Эрих В.Н. и др. Химия нефти и газа. Л.:Химия, 1972.

Тема № 6

1. Гомологический ряд предельных углеводородов

2. Изомерия

3. Способы получения

4. Газообразные алканы

5. Жидкие алканы

6. Физические свойства алканов (циклоалканов)

А) Циклоалканы низкокипящих фракций и газоконденсатов

Б) Циклоалканы средних фракций

В) Циклоалканы тяжёлых фракций

7. Химические свойства алканов (циклоалканов)

А) Хлорирование и фторирование

Б) Термическая деструкция и гидрогенолиз

В) Окисление

8. Окислительная конверсия метана в синтез-газ

9. Основные химические продукты, получаемые из предельных

углеводородов

10. Литература Гомологический ряд. Для алканов гомологический ряд начинается с метана как простейшего представителя предельный гомологический ряд:

СН₄ – метан С₅Н₁₂ – пентан

С₂Н₆ – этан С₆Н₁₄ - гексан

С₃Н₈ – пропан С₇Н₁₆ – гептан

С₄Н₁₀ – бутан С₈Н₁₈ – октан и т. д.

Как видно, каждый последующий член ряда отличается от предыдущего по составу на группу СН₂ называют гомологической разностью, члены ряда называют гомологами. Отсюда можно вывести в общую формулу ряда предельных углеводородов: С_пН_2п+2.

Гомология – явление, общее для органической химии. Она наглядно иллюстрирует проявление одного из основных законов диалектики – перехода количество в качество.

Изомерия. Четвёртый член гомологического ряда предельных углеводородов бутан С₄Н₁₀ отличается от трёх предыдущих гомологов тем, что имеет два изомера: нормальный бутан с неразветвлённой углеродной цепью и изобутан с разветвлённой углеродной цепью

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃ СН₃ – СН – СН₃

СН₃

нормальный бутан изобутан

Оба эти углеводорода – газы, но с различной температурой кипения: - 0,5⁰С для бутана и - 11,7⁰С для изобутана.

Первые члены гомологического ряда алканов – метан, этан, пропан – существуют только в одной форме. Они не имеют изомеров. У бутана существуют два изомера. У углеводорода состава С₅Н₁₂ – пентана известны три изомера:

СН₃

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ СН₃ – СН – СН₂ – СН₃ СН₃ – С – СН₃

СН₃ СН₃

пентан изопентан неопентан

С увеличением числа углеродных атомов в молекуле углеводорода возрастает и число возможных изомеров. Так, для гексана оно составляет 5, для гептана – 9, для октана – 18, для нонана – 35, для декана – 75, для пентадекана С₁₅Н₃₂ – 4347, для эйкозана С₂₀Н₄₂ – 366319. Это не значит, что все теоретически возможные изомеры получены. Для углеводо-

родов С₁ – С₉ они получены, для высших членов ряда получены лишь некоторые.

Способы получения. Главными источниками получения алканов является нефть, природные и попутные газы и каменные угли.

1. Предельные углеводороды с небольшим числом углеродных атомов от С₁ до С₁₁ можно выделить фракционной перегонкой нефти, газа или смесей углеводородов, получаемых гидрированием угля. Реакция гидрирования угля под давлением, а также оксида или диоксида углерода в присутствии катализаторов – железа, кобальта, никеля при 200 – 450⁰С имеет важное самостоятельное значение для получения синтетического бензина:

400⁰С; 100*10⁵Па

пС +(п + 1)Н₂ С_пН_2п+2

200⁰С

пСО + (2п +1)Н₂ С_пН_2п+2 + пН₂О

Ni

2. Одним из способов получения алканов является гидрирование непредельных углеводородов в присутствии катализаторов – платины, палладия, никеля или хромита меди:

Катализ

R – CH = CH – R* + H₂ R – CH₂ – CH₂ – R*

3. Алканы получают реакцией восстановления галогенопроизводных водородом в момент его выделения или водородом, возбуждённым катализатором, а также иодоводородом:

CH₃ – CH₂ – Cl + 2H à CH₃ – CH₃ + HCl

Катализ

CH₃ – CH₂ – Cl + H₂ CH₃ – CH₃ + HCl

CH₃ – CH₂ – Cl + HI à CH₃ – CH₃ + I₂

4. Синтез алканов можно осуществить по реакции Вюрца действием металлического натрия на моногалогенопроизводные. При этом могут быть получены углеводороды сим- метричного и несимметричного строения

2CH₃I + 2Na à CH₃ – CH₃ + 2NaI

CH₃ + CH₃ – CH₂I + 6Na à CH₃ – CH₃ + CH₃ – C₂H₅ + C₂H₅ – C₂H₅ + 6NaI

При использовании реакции Вюрца удовлетворительный выход алканов дают пер - вичные галогенопроизводные. В случае вторичных или третичных галогенопроизводных выход предельных углеводородов составляет всего несколько процентов.

Вместо натрия могут быть использованы другие металлы, например литий, магний, цинк.

5. Предельные углеводороды могут быть получены из галогенопроизводных действием металлического лития и солей меди:

R – X + 2Li à R – Li + LiX

2R – Li + CuI à R₂CuLi + LiI

R₂CuLi + 2R*I à 2R – R* + LiI + CuI

6. В лабораторной практике предельные углеводороды получают декарбоксилирова- нием карбоновых кислот сплавлением их со щёлочами:

O

R – C + NaOH à R – H + NaHCO₂

O – H

Газообразные алканы. В зависимости от месторождений углеводородные газы под- разделяют природные, попутные и газы газоконденсатных месторождений.

Природные газы добывают с чисто газовых месторождений. Они состоят в основном из метана с небольшой примесью этана, пропана, бутанов, пентанов, а также азота. Эти газы относятся к группе сухих. Содержание метана в них в основном 93 – 98%, этана и пропана – незначительно. Более высокомолекулярные углеводороды, как правило, присутствуют в виде слоёв, хотя некоторые газы характеризуются их повышенным содержанием. В газах имеется небольшая примесь диоксидов углерода и азота.

Попутные газы добывают совместно с нефтью. При выходе нефти на поверхность газ вследствии снижения давления выделяется из нефти. Попутные газы относятся к жирным

и служат источником для извлечения из них лёгкого бензина – так называемого газового бензина.

При переработке нефти из нефтезаводских газов на газофракционирущих установках (ГФУ) получают следующие углеводородные фракции (чистотой 90 – 96%):

этановая – сырьё для пиролиза, хладоагента на установках депарафинизации масел и выделение ксилола и др.;

пропановая – сырьё для пиролиза, получения ожиженного газа, хладоагента;

изобутановая – сырьё для алкилирования и производства синтетического каучука;

н-бутановая – сырьё для пиролиза, производства синтетического каучука, компонента бытового ожиженного газа и др.;

изопентановая – сырьё для производства изопренового каучука и компонента высокооктановых бензинов;

пентановая – сырьё для процессов изомеризации и пиролиза, получения амиловых спиртов.

В последние годы в связи с увеличением глубины разведочных скважин и освоением новых перспективных территорий открывается всё больше газоконденсатных и нефтегазоконденсатных залежей, конденсат становится самостоятельным полезным ископаемым.

Газоконденсатные залежи – это скопление в недрах газообразных углеводородов, из которых при снижении давления выделяется жидкая углеводородная фаза – конденсат (смесь углеводородов – пентана и более высоких гомологов метана).

Конденсат бывает сырой и стабильный. Сырой конденсат представляет собой жидкость, получаемую непосредственно в промысловых сепараторах при нормальных условиях углеводороды, в которых растворено то или иное количество газообразных углеводородов. Стабильный конденсат получают из сырого путём его дегазации.

Газы газоконденсатных месторождений содержат большое количество метана, а также высокомолекулярных углеводородов, входящих в состав бензиновых, керосиновых, а иногда и дизельных фракций нефти. Большая часть разведанных и введённых в эксплуатацию за последние годы газовых месторождений относится к газоконденсатному типу. В газах этих месторождений содержатся 2 – 5% и более жидких углеводородов.

Конденсаты, как и нефти, состоят из алканов, нафтенов и аренов. Однако распределение этих групп углеводородов в конденсатах имеет ряд особенностей:

абсолютное содержание (в среднем) аренов в бензиновых фракциях конденсатов выше, чем в нефтях;

встречаются бензиновые фракции, в которых содержится одновременно большое количество нафтенов и аренов;

между содержанием алканов и аренов в бензиновых фракциях существует обратная связь (чем больше алканов, тем больше аренов); содержание разветвленных алканов ниже, чем н-алканов. Конденсаты с высоким содержанием аренов широко распространены на территории Амударьинской и Днепровско-Донецкой впадины (соответственно до 60 и 28-31%).

Газоконденсаты Заподного Предкавказья в направлении регионального погружения от Староминско - Леннинградского до Усть-Лабинского характерезуются изменением типа конденсанта – от алканового через алкано-нафтеновый и алкано-ареновый до арено-алканового. Отношение алканов к аренам в этих конденсатах составляет соответственно 17 – 22; 5,4 – 7,2; 0,8 – 1,2 и 0,7 –0,8, а содержание ароматических углеводородов возрастает от 3 – 4 до 44 – 48%.

Основную часть конденсатов всех исследованных газоконденсатных месторождений Средней Азии (было изучено 50 различных конденсатов) составляют бензиновые (лигроиновые) фракции (100 – 200%) или углеводороды состава С₇ – С₁₃; содержание в конденсатах легкой части (до 100^оС) редко превышает 10%. Некоторые конденсаты отличаются высоким содержанием гомологов бензола (20 – 30% и выше) и гомологов циклогексана (до 25 – 25%); другие – низким содержанием этих углеводородов и повышенным - гомологов циклопентана.

Углеводородный состав конденсатов характеризуется следующими закономерностями. Среди алканов разветвленного строения преобладают монометилзамещенные: 2-, 3- и 4-метилзамещенные. В наибольшем количестве содержатся 2-метилпентан, 2-метил - гексан и 2-метилгептан. Среди диметилпроизводных присутствуют главным образом 2,3- и 2,4-диметилозамеры. Циклопентановые углеводороды помимо циклопентана представлены в основном его метили этилзамещенными, а также 1,2- и 1,3-диметилцикло- пентанами. В конденсатах обычно содержатся все три изомера диметилциклогексана, причем на долю 1,3-диметилциклогексана приходится от 50 до70%количества изомеров.

Представляет значительный интерес состав газа Оренбургского газового и газоконденсатного месторождений. Залежь газа массивная, высота залежи 514 м, она имеет нефтяную оторочку. Раздел газ – нефть находится на отметке 1750 м, а раздел вода – нефть – на отметке 1770 м. Из всех скважин кроме газа выносятся конденсат и сероводород.

Дата добавления: 2015-07-15