Свойства МТ
Классификация свойств
Многообразие свойств светлых нефтепродуктов требует их классификации по наиболее важным признакам. В соответствии с общей классификацией, предложенной профессором А.А. Гуреевым, всю совокупность свойств топлив, определяющих их качество, можно разделить на три группы: физико-химические, эксплуатационные и технические.
К первой группе относят свойства, характеризующие состав топлива и его состояние (элементный, фракционный и групповой углеводородный составы, давление паров, плотность, вязкость, поверхностное натяжение, теплоёмкость, теплопроводность, диэлектрическая проницаемость и др.).
Вторую группу объединяют свойства топлива, обеспечивающие надёжность и экономичность работы двигателей внутреннего сгорания (прокачиваемость, испаряемость, воспламеняемость и горючесть, склонность к образованию отложений, коррозионная агрессивность и совместимость с неметаллическими материалами, противоизносные и охлаждающие свойст-
ва). Эти свойства характеризуют полезный эффект от использования топлива по назначению и определяют область его применения.
Третью группу составляют свойства топлив, которые не связаны с их применением, а проявляются в процессе хранения и транспортирования. Эта группа разделяется на две подгруппы: свойства, характеризующие сохранность качества топлива в процессе его транспортирования и хранения (химическая и физическая стабильность, биологическая стойкость) и свойства, обеспечивающие безопасность транспортирования, хранения и использования топлив (токсичность, пожароопасность и склонность к электризации).
Свойства бензинов
Технологическое проектирование массообменных процессов
Товарный баланс типового НПЗ
Рассмотрим товарный баланс НПЗ для варианта неглубокой (55-60%) и глубокой (85%) переработки нефти.
| Сырье и продукты | Неглубокая переработка, (% масс.) | Глубокая переработка, (% масс) |
| Поступило: нефть обессоленная вода (для пр-ва Н2) | 1.55 | |
| Получено: автом. бензин | 15.25 | 22.65 |
| керосин гидроочищенный | 9.72 | 9.72 |
| дизтопливо: | 22.52 | 32.21 |
| летнее | 15.46 | 25.15 |
| зимнее | 7.06 | 7.06 |
| бензол | 0.57 | 0.57 |
| толуол | 0.58 | 0.58 |
| сольвент | 0.14 | 0.14 |
| сжиженные газы (С3 – С5) | 1.58 | 2.56 |
| изопентан | 0.4 | 0.6 |
| парафины жидкие | 0.41 | 0.41 |
| кокс нефтяной | -- | 2.4 |
| битумы | 5.76 | 5.76 |
| котельное топливо | 40.08 | 10.59 |
| сера | 0.14 | 0.69 |
| топливный газ (С1 – С2) | 2.05 | 3.10 |
| потери | 0.8 | 1.88 |
Установки первичной переработки нефти – основа всех нефтеперерабатывающих заводов. При промышленной переработке нефть разделяют на фракции, которые различаются пределами температур выкипания. Разделение проводят на установках первичной перегонки нефти с применением процессов нагрева, дистилляции и ректификации, конденсации и охлаждения. Наиболее важным в установках АТ и АВТ является процесс ректификации, протекающий в одной или нескольких колоннах.
Основные сведения о ректификации
В нефтеперерабатывающей промышленности в основном применяют ректификационные колонны непрерывного действия. Различают простые и сложные колонны. Простые колонны обеспечивают разделение сырья на два продукта: ректификат (дистиллят) – продукт, обогащенный низкокипящими компонентами НКК и кубовый остаток – продукт обогащенный высококипящими компонентами ВКК. Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более, чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных продуктов непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн или стриппинг-секций.
На практике приходится разделять бинарные, многокомпонентные и непрерывные смеси (нефть, широкие бензиновые фракции и т.д.). Для разделения бинарной смеси обычно достаточно одной простой колонны. Для разделения многокомпонентных и непрерывных смесей требуется система колонн, каждая из которых разделяет поступающую смесь на соответствующие компоненты или фракции. Способ соединения колонн между собой (выбор технологической схемы) определяется технико-экономическими показателями, требованиями к конечным продуктам, их термической стабильностью, наличием соответствующих теплоносителей и хладагентов и т.д. Основными рабочими параметрами процесса ректификации являются давление и температура в системе, флегмовое число, число ступеней контакта.
Ректификация – процесс многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах, поэтому рассчитывать ОИ и ОК необходимо уметь. Кроме того, ОИ определяет долю паровой, а ОК долю жидкой фазы в потоке, используется в ТБ
Расчет однократного испарения. Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:
где F – число молей исходного сырья;
L и G – число молей жидкости и пара в смеси;
xFi, xGi, yGi – мольные доли компонента в смеси, жидкости и паре.
Так как число молей исходного сырья известно, то число молей жидкости и пара можно выразить через долю отгона 
, а мольную долю компонента в паре – уравнением равновесия
где ki – константа равновесия при заданной температуре.
Тогда уравнение (13) примет вид
Сокращая на F, выражая xLi через остальные слагаемые и суммируя уравнения по всем компонентам, получим
Для увеличения точности расчетов и при малой доле отгона целесообразно использовать аналогичное (16) уравнение, записанное относительно паровой фазы:
Значения констант равновесия компонентов рассчитываются по одной из формул, приведенных ниже.
Нефть и нефтяные фракции в зависимости от условий перегонки и ректификации характеризуются различной степенью «неидеальности». Так, при разделении нефти на широкие или узкие фракции, выкипающие в достаточно широких пределах температур (например, 10-20 С), непрерывная смесь ведет себя как идеальный раствор, так как входящие в ее состав азеотропообразующие компоненты не оказывают сильного влияния на летучесть получаемых фракций. В то же время при выделении более узких фракций, в пределах нескольких градусов или при получении индивидуальных углеводородов из нефтяных смесей, в полной мере проявляется вся сложность и «неидеальность» поведения нефтяных смесей. Поэтому при выполнении расчетов перегонки и ректификации нефтяных смесей на фракции широкого и сравнительно узкого фракционного состава без большой погрешности константы фазового равновесия псевдокомпонентов можно определять по законам идеальных газов как отношение давления насыщенных паров P i к общему давлению в системе P:
Для процессов однократного испарения нефтяных смесей значения Pi рекомендуется определять по уравнению Ашворта, а для процессов ректификации – по уравнению Максвелла
Давление насыщенных паров углеводородов и нефтяных фракций P, (МПа), обычно рассчитывают по уравнению Ашворта:
;
где Т – температура, соответствующая этому давлению, К;
Т0 - температура кипения при 0,1 МПа, К.
Для вычисления давления насыщенных паров углеводородов и узких нефтяных фракций (Рi, Па) при давлениях от 0,001 до 100 МПа и при температурах от 0 до 800°С используется уравнение Максвелла:
t1 – температура системы, °С;
t2 – среднемольная температура кипения фракции, °С.
Решая нелинейные уравнения относительно доли отгона любым численным методом, можно определить долю отгона и рассчитать составы фаз по уравнениям:
.
Массовая и мольная доли отгона связаны между собой соотношением:
, где 
- массовая доля отгона, средняя мольная масса сырья и средняя мольная масса пара, соответственно.
Расчет однократной конденсации. Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:
где P – число молей исходного пара;
L и G – число молей жидкости и пара после конденсации;
yPi, yGi, и xLi – мольные доли компонента в соответствующей фазе.
Обозначая долю конденсата q и, рассуждая аналогично предыдущему, получим соответствующие уравнения для определения q и составов сосуществующих фаз.
Откуда
и 
Принятые условия (температура и давление) однократного испарения и конденсации многокомпонентной смеси должны обеспечивать ее двухфазное состояние. В сомнительных случаях вначале рекомендуется определять фазовое состояние исходной смеси. Для этого находят величину
.
Здесь возможны три случая:
С0 <0 - некипящая жидкость при «отрицательной» доле отгона (см. уравнение 17);
C0 =1 - кипящая жидкость (т.е. при температуре начала ОИ при доле отгона равной нулю);
С0 >1 - двухфазное или парообразное состояние исходной смеси.
Если С0 >1, то следующим этапом расчета является определение величины 
.
Здесь также возможны три случая (см. уравнение 16):
С1 <1 - перегретый пар, доля отгона больше единицы;
С1 =1 - насыщенный пар (т.е. при температуре конца ОИ);
С1 >1 - двухфазное или жидкое состояние.
Таким образом, двухфазное состояние исходной смеси обеспечивается при условиях:
С0 >1, С1 >1.
Если доля отгона задана в пределах 0 – 1, то из уравнений 16, 17 можно определить температуру сырья, вводимого в колонну. Для расчета температуры в нижней части колонны используют уравнение:
, для расчета температуры верха: 
.
МТБ ректификации
При составлении материальных и тепловых балансов можно пользоваться массовыми и мольными единицами. Если уравнения балансов используют уравнения равновесия, удобнее использовать мольные величины, которые затем легко пересчитать в массовые.
Материальные балансы. Общий материальный баланс простой колонны: 
Общий материальный баланс для i-го компонента (фракции):
Тепловые балансы. Общий тепловой баланс колонны:
где 
- тепло, подводимое в кипятильнике, 
- тепло, отводимое из колонны с паром, 
- тепло, поступающее в колонну с орошением. Тепловой баланс используется в расчетах потоков жидкости и пара, которые необходимы для построения рабочей линии и гидравлических расчетов контактных устройств.
Кроме общего теплового баланса РК составляют ТБ отдельных частей колонны для определения тепловых нагрузок кипятильника и конденсатора, для этого необходимо знать способ подвода/отвода теплоты. Тепло подводится и отводится с потоками питания, продуктов, орошения и пара.
