Файл: Контрольные вопросы для самопроверки. Методические указания предназначены для студентов магистратуры направления 21. 04. 01 Нефтегазовое дело.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 187
Скачиваний: 12
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
12
Плотность является аддитивным свойством, поэтому при смешении различных нефтей может быть определена как сумма произведений плотности компонента на его массовую или объемную долю в смеси.
Таблица 3.
Средняя температурная поправка (α) для подсчета плотности нефти d
20 4
α d
20 4
α
0,7000-0,7099 0,000897 0,8500-0,8599 0,000699 0,7100-0,7199 0,000884 0,8600-0,8699 0,000686 0,7200-0,7299 0,000870 0,8700-0,8799 0,000673 0,7300-0,7399 0,000857 0,8800-0,8899 0,000660 0,7400-0,7499 0,000844 0,8900-0,9099 0,000647 0,7500-0,7599 0,000831 0,9000-0,9199 0,000633 0,7600-0,7699 0,000818 0,9100-0,9199 0,000620 0,7700-0,7799 0,000805 0,9200-0,9299 0,000607 0,7800-0,7899 0,000792 0,9300-0,9399 0,000594 0,7900-0,7999 0,000778 0,9400-0,9499 0,000581 0,8000-0,8099 0,000765 0,9500-0,9599 0,000567 0,8100-0,8199 0,000752 0,9600-0,9699 0,000554 0,8200-0,8299 0,000738 0,9700-0,9799 0,000541 0,8300-0,8399 0,000725 0,9800-0,9899 0,000522 0,8400-0,8499 0,000712 0,9900-1,000 0,00515
Молярная
массанефти и нефтяных фракций подразумевается как ее среднее значение, которое нахотся экспериментально (криоскопическим или эбуллиоскопическим методами) или расчетом по эмпирическим зависимостям.
С повышением температуры кипения нефтяных систем молярная масса растет. Эта закономерность лежит в основе формулы Б.М. Воинова для определения молярной массы М парафиновых углеводородов и узких бензиновых фракций.
М
= 60 + 0,3
ср
.м
+ 0,01
ср
.м
(3)
t
ср.м
– средняя молярная температура кипения, К.
13
Вязкость – это свойство оказывать сопротивление движению. Виды вязкости: динамическая, кинематическая и условная.
Динамическая вязкость характеризует внутрение жидкости
(Па·с).
Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости к плотности при одной и той же температуре
(м
2
/с).
Условная вязкость (ВУ) выражается отношением времени истечения 200 мл нефти из стандартного вискозиметра при температуре испытания к времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 °С.
Вязкость нефти и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры. Вязкость смесей жидкостей не может быть определена по правилу аддитивности, поэтому при смешении двух или более нефтей или нефтепродуктов вязкость полученной смеси целесообразно определять экспериментально. Однако, может быть использована следующая формула для определения вязкости смеси, состоящая из n компонентов. ln(ln(ν
см
) = х i
ln(ln(ν
1
) + х
2
ln(ln(ν
2
) + … + х n
ln(ln(ν
n
) (4)
Характеризующий фактор является условной величиной, отражающей химическую природу и степень парафинистости нефти
(таблица 3).
=
,
ср.м
(5)
14
Таблица4.
Взаимосвязь типа углеводородов и К фактора
К фактор
Тип углеводородов
12,15 – 12,90
Парафиновый
11,50 – 12,10
Нафтено – парафиновый
11,00 – 11,45
Нафтеновый
10,50 – 10,90
Нафтено-ароматический
10,00 – 10,45
Ароматический
Средняя температура кипения. Любая нефтяная система представляет собой сложную смесь углеводородов, выкипающих в некотором температурном интервале. Однако во многие расчетные формулы входит определенная температура, характеризующая кипение нефти, поэтому в практике используется понятие средней температуры кипения. Наиболее употребительной является средняя молярная температурная, которая рассчитывается по формуле:
'
ср.м
i i
t
x t
(6)
х
′
- молярная масса компонента, кг/кмоль;
– температура кипения компонента.
Задачи:
1. Нефть находится в резервуаре при температуре 12 °С.
Определить ее плотность в данных условиях, если
= 0,8675.
2. При перекачке нефти по нефтепроводу ее температура изменяется от 8 до 15 °С. Найти относительную плотность нефти в начальной и конечной точках транспортировки, если ее
= 0,851.
3. Нефть закачали в резервуар при 15 °С, плотность составила
0,845. На следующий день температура нефти поднялась до 25 °С.
Определите плотность при этой температуре.
4. Средняя молярная температура кипения легкой нефти равна
97 °С, характеризующий фактор – 12,3. Определить ее относительную плотность
15 5. Для проведения испытаний приготовили пробу нефти, состоящей из 5 кг легкой нефти (
ρ =0,820) и 15 кг тяжелой нефти
(
ρ =0,945).
Определить относительную плотность
(
ρ ) полученной смеси.
6. Найти молярные массы фракций легких нефтей, если их средние температуры кипения равны 115 °С и 132 °С.
7. Определить молярную массу нефтяных фракций, средняя температура кипения которых 110, 130 и 150 о
С.
8. Смесь состоит из 60 кг н-пентана, 40 кг н-гексана и 20 кг н- гептана. Определить среднюю молярную массу смеси.
9. Приготовили смесь из 35% легкой нефти и 65% тяжелой нефти. Вязкость легкой нефти при 30 °С 12,5 м
2
/с, вязкость тяжелой нефти – 28,5 м
2
/с. Определить кинематическую вязкость смеси.
10. На основании рис. 1 определить количество (% об.) бензиновой, лигроиновой, керосиновой, дизельной фракций и мазута.
Рис. 1. Кривая разгонки тяжелой нефти
0 50 100 150 200 250 300 350 0
10 20 30 40
Температу_р_а,_̊С_Выход_фракций,_%_об.'>Температу
р
а,
̊С
Выход фракций, % об.
16 11. На основании рисунка 2 определить количество (% об.) бензиновой, лигроиновой, керосиновой, дизельной фракций и мазута.
Рис. 2. Кривая разгонки легкой нефти
12. На основании рис.3 определить количество (% об.) бензиновой, лигроиновой, керосиновой, дизельной фракций и мазута.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0
20 40 60 80
Температу
р
а,
̊С
Выход фракций, % об.
17
Рис. 3. Кривая разгонки легкой нефти
13. На основании рис. 4 определить количество (% об.) бензиновой, лигроиновой, керосиновой, дизельной фракций и мазута.
Рис. 4. Кривая разгонки легкой нефти
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0
10 20 30 40 50
Температу
р
а,
̊С
Выход фракций, % об.
0 50 100 150 200 250 300 350 0
10 20 30 40 50
Температу
р
а,
⁰С
Выход фракций, % об.
18
Вопросы для текущего контроля и зачета (экзамена)
1. Охарактеризуйте различия между понятиями сырая и товарная нефть.
2. Охарактеризуйте сырую нефть с позиций коллоидно- химического подхода.
3. Охарактеризуйте фракционный состав нефти и поясните использование в нефтепереработке следующих нефтяных фракций: а) бензиновой фракции; б) керосиновой фракции; в) дизельной фракции; г) мазута; д) вакуумного газойля; е) масляных фракций; ж) гудрона.
4. Что такое средняя температура кипения?
5. Поясните трудности, возникающие при транспортировке и переработке сернистых нефтей.
6. Что такое смолы и асфальтены?
7. Пояните схему и причины перехода от смол к карбоидам.
8. Представьте схему выделения смол и асфальтенов из гудрона.
9. Предложите схему выделения карбенов и карбоидов из нефтяных остатков.
10. В чем сходство и отличие смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов?
11. Какие межмолекулярные взаимодействия существуют в
НДС?
12. Что представляют из себя фазовые переходы в НДС?
13. Что такое динамическая и кинематичсекая вязкости?
Единицы измерения. Методы определения.
19
II. Структурообразование в НДС
Формирование и строение сложных структурных единиц (ССЕ)
в НДС
Надмолекулярные структуры могут изменять степень своей дисперсности под действием внешних факторов. Наименьшее количество массы надмолекулярной структуры, способное к самостоятельному существованию, получило название простейшей
(первичной) структурной единицы, или зародыша. Поскольку они обладают избыточной поверхностной энергией, вокруг них образуются сольватные оболочки определенной толщины. Под действием внешних факторов зародыши могут разрушаться
(формируются молекулярные растворы) или расти (формируются вторичные сложные структурные единицы (ССЕ). Вторичные ССЕ отличаются от зародыша тем, что в них по мере регулирования межмолекулярных взаимодействий среды изменяется отношение объемной энергии к поверхностной, что приводит к изменению как диаметра надмолекулярной структуры, так и толщины сольватной оболочки, а также степени упорядочения молекул в ассоциате.
Модель строения и свойства ССЕ зависят от типа надмолекулярной структуры (асфальтеновый, парафиновый и др.) и для физических ассоциатов и химических комплексов не являются одинаковыми. В результате контакта ассоциата или комплекса с дисперсионной средой формируется
ССЕ с полностью компенсированной поверхностной энергией, обладающая определенными физико-химическими свойствами.
В нефтяных системах обратимые равновесные ССЕ могут образовываться при низких (100 °С и ниже) и средних (300-450 °С) температурах. В процессе перехода ССЕ под влиянием внешних факторов из одного состояния дисперсности в другое или из одного равновесного состояния в другое образуются неравновесные, неустойчивые состояния ССЕ, которые по аналогии с активными радикалами ССЕ предложено называть активными ССЕ. Они обладают некомпенсированной поверхностной энергией и стремятся
20 к ее компенсации, что способствует формированию новых сложных структурных единиц с компенсированной поверхностной энергией.
Пространственные надмолекулярные структуры
кристаллизационно-конденсационного и коагуляционного
типов
По прочности связей между ССЕ НДС могут быть разделены на два типа: с коагуляционными и фазовыми контактами. Первый тип – обратимые НДС, в которых при переходе из одного состояния в другое происходит агрегирование ядер ССЕ, уменьшение поверхностного натяжения на поверхности ядра и толщин адсорбцонно-сольватного слоя, при этом коагуляционные контакты между ССЕ переходят в несколько более прочные точечные контакты.
В сплошной пространственной сетке, относящейся к кристаллизационным (конденсационным) структурам, формируются самые прочные фазовые контакты. Такие структуры относятся к наиболее прочным – второму типу.
Все типы структур имеют различную прочность и играют важную роль при реализации технологии нефти.
При низких и средних температурах в растворах высокомолекулярных соединений нефти формируются структуры с обратимыми прочностными контактами первого типа, а при высоких
– возникают структуры с необратимо разрушающимися истинными фазовыми контактами второго типа.
Вопросы для текущего контроля и зачета (экзамена)
1.
Что такое сложная структурная единица?
2.
Опишите модель ССЕ.
3.
Что такое сольватная оболочка и какими углеводородами она представлена.
4.
Причины формирования ССЕ.
5.
Типы ССЕ по прочности связей.
21 6.
Отличия кристаллизационной и коагуляционной структуры.
7.
Формирование типа структур при изменении температуры.
III. Поверхностные взаимодействия в НДС – системах с
развитой поверхностью
Поверхностное натяжение и адсорбция
Вещества, изменяющие поверхностное натяжение раствора при изменении его концентрации, называются поверхностно- активными веществами (ПАВ). Положительно поверхностно- активные вещества (ППАВ) уменьшают поверхностное натяжение, отрицательно поверхностно-активные вещества
(ОПАВ) увеличивают натяжение. Инактивное вещество (ИНАВ) не изменяет натяжение.
Основной характеристикой ПАВ является его поверхностная активность, т. е. крутизна начального участка графика изотермы натяжения — зависимости натяжения от концентрации раствора
(рис.5).
Рис.5. Изо вещества (
Адс правило, п раздела фаз
Важ
(повышени концентрац
Свя изменением уравнение вид: где компонент рассматрив компонент внутри жид отермы натяже
(ППАВ), отриц и
сорбцией н повышение) з. жно: адсор ие концент ции у поверх язь между в м поверхн адсорбции
Г
i и а
i
– с а.
В ур вается как п а в поверхн дкой фазы (в
2
ения растворов цательно повер инактивного в называют с концентрац рбция мож трации), та хности). величиной ностного н
Гиббса. Для
-dσ = RTΣГ
соответстве равнении поверхностн ностном сло в расчете на
22 в положительн рхностно-акти ещества (ИНА
самопроизво ции вещест жет быть ак и отри адсорбции, атяжения я компонент
Г
i
dlna
i
енное адсор
Гиббса ый избыток ое по сравне а единицу п но поверхностн ивного веществ
АВ) ольное изм тва вблизи как пол цательной концентрац дает фунд тной систем рбция и акт величина к, т.е. как из ению с равн оверхности)
но-активного ва (ОПАВ) и менение (ка поверхност ложительно
(понижени цией ПАВ даментально мы оно имее
(7
тивность i-г адсорбци быток массы ным объемом
). ак ти ой ие и ое ет
) го ии ы м
23
Влияние молекулярно-поверхностного взаимодействия на
коллоидные свойства НДС
Существование совокупности молекул в НДС с близкими потенциалами межмолекулярного взаимодействия как единого целого в виде структурных единиц находится в сильной зависимости от внешних условий (температуры, давления, изменения состава дисперсионной среды и т. д.). Внутреннее строение структурных единиц, состоящих из ядра и примыкающего к нему адсорбционно-сольватного слоя, также имеет свои особенности, заключающиеся в условности границ раздела между ядром, адсорбционно-сольватным слоем и дисперсионной средой.
Под влиянием внешних условий происходит экстремальное изменение размеров ядра и адсорбционно-сольватного слоя структурных единиц НДС, что проявляется через соответствующее экстремальное изменение макросвойств НДС и, несомненно, влияет на результаты их технологической переработки.
Механизм депрессорного эффекта
Представления о механизме депрессорного эффекта базируются на работах Т.П. Жузе, Н.И. Черножукова, Л.Г. Гурвича,
П.А. Ребиндера и др.
Адсорбционная теория
(Т.П.
Жузе): депрессор адсорбируется на гранях кристаллов нормального алкана, причем полярные фрагменты молекул депрессора обращены к поверхности кристаллов н-алканов, а неполярные - к углеводородной среде.
Такая адсорбция депрессора приводит к изменению формы и размера кристаллов н-алканов, что изменяет в целом структуру углеводородной среды, препятствующей образованию каркаса и застыванию нефтепродукта.
Теория сокристаллизации (Н.И. Черножуков, Л.Г. Гурвич,
П.И. Санин и др.): депрессоры влияют не только на поверхность пакетов, образующихся при кристаллизации парафинов, но и на их объем. По теории сокристаллизации, депрессоры являются не только