книги / Переработка нефтяных и природных газов
..pdfводородов С3—С10 указана в табл. 11.12. Температурные пределы применения метода для легких углеводородов следующие: метан:
— I80+-—160; этан: — 130-;— 90; пропан: — ПО-г-—50; «-бутан: —80 ч— 20; идо-бутан (2-метилпропан): —90-н—10.
Для определения плотности по номограмме в низкотемператур ной области (см. рис. 11.16) проводят прямую через компонентную
Рис. 11.15.
Коэффициенты сжимаемости для углеводородных систем (природный и нефтяной газ) при средних и высоких приведенных давлениях.
Приведенное давление Рпр
0 |
1 |
г |
J |
4 |
s |
В |
7 |
8 |
81
F *0
= - 20
ЪО
=--20
=--40
I—fffl
S® -ц>'
=--00
в—100
г-120
§~И0
=~160
*--180
Рис. 11.16.
£00
850
© Метилцикло800 гексан
_ , - |
н-Нонан |
750 |
3-0тилпентин°_0шан |
2,2Д-Триметилпентан5й
Генсен-1—© ®~Н~Гвптан ®^2,2 Диметилпентан
Пентен-/'-® ^н-Гексан
2-Метилбутан^^„-Пентан 700 бутен-1-^
2,2-Диметилпропан ‘ * - ®-н-бутан
®-2-Метил.пропан ^
Пропилен о
®Пропан
600
Этилен ®@Этан
550
500
т
Метан о
т
iiiliiiiliiHliiiiliiiilintfiiiiliiiiliniliiiiiniiliiiiliuiLiiiliiiLUiiitibiliiiiliinliiiiliniliJiiliuiliiiiliiiiliinliiiilidlfiiriliinI |
Плотность}кг/м3 |
liiiiliiiiIiiMliiiiliiiiliiiiliiiiliiiiliiiiliiHliitiliiiiliiiiliiiiliiiilniiliiiiliiiiliiiitiiiili |
|
iniи °вР Ш!зкотемпературной”Области!СТ**ЖИДКИХ уГЛеводороДов при атмосферном давле-
Рис. П Л 7 .
Номограмма для определения плотности жидких углеводородов при атмосферном давле нии в высокотемпературной области.
точку и точку на температурной шкале. Пересечение этой прямой со шкалой плотности дает искомую плотность. В табл. II.12 для углеводородов приведены соответствующие им значения коор динат У и X . Д ля нахождения плотности на сетке по значениям координат Y — X определяют точку для соответствующего угле водорода. Через эту точку и точку на температурной шкале прово дят прямую до пересечения со шкалой плотности.
83
Таблица 11.12. Значения координат и температурные пределы для расчета плотности чистых жидких углеводородов при атмосферном давлении
Вещество |
Координаты |
Температурные |
|||
(рнс. 11.17) |
|
пределы, °С |
|||
|
X |
У |
Рис. 11.16 |
Рис. 11.17 |
|
н-Пентан |
2,19 |
0,61 |
-90-5-0 |
—10-5-30 |
|
2-Метилбутан (изопентан) |
2,07 |
0,43 |
-50-5-10 |
—10-5-20 |
|
я-Гексан |
2,33 |
1,53 |
-90-5 |
-0 |
—10-5-60 |
н-Гептан |
2,45 |
2,27 |
-90-5 |
-0 |
—10-5-90 |
н-Октан |
2,65 |
2,89 |
—50-г0 |
— 10-М 20 |
|
н-Нонан |
2,74 |
3,36 |
-50-5-0 |
-10-5-120 |
|
н-Декаи |
2,80 |
3,73 |
— |
|
-10-5-140 |
Для определения плотности углеводородов по рис. 11.17 на ходят точку с координатами X — Y данного углеводорода (см. табл. 11.12). Затем через указанную точку и точку, соответствую щую температуре системы, проводят прямую до пересечения с правой ординатой, на которой получают значение плотности.
В расчетной практике для приближенной оценки значений плотности жидких смесей углеводородов применяют формулу Крега [39]
|
|
djjj = 1,03М/(44,29 + М) |
(11.160) |
|||
где |
й\\ — плотность |
жидкости |
при |
t = 15 °С. |
|
|
|
Плотность при заданной температуре определяют по уравнению |
|||||
|
|
d = |
d‘f [ ! + « ( ( , - ( , ) ] |
(П.161) |
||
где |
tx — температура, |
равная |
15°С; |
— заданная температура; а — коэффи |
||
циент, зависящий от величины d{%. |
|
|
|
|||
|
Значения коэффициентов а приводятся ниже: |
|||||
|
ЛБ |
а |
|
|
dill |
а |
|
“ 15 |
|
|
|||
|
0,69-0,6999 |
0,00091 |
|
0,71—0,7199 |
0,000884 |
|
|
0,7—0,7099 |
0,000897 |
|
0,72—0,7299 |
0,00087 |
|
|
Для расчета плотности сжиженных газов предложено урав |
|||||
нение [401 |
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
I Г N |
-I |
(11.162) |
|
|
|
i=i |
I |
Lt=i |
J |
|
|
|
|
||||
где |
V( — мольный объем t-го |
компонента, |
м3/(кг-моль); |
vm — отрицательный |
объем смеси, м3/(кг-моль), т. е. величина, на которую суммарный объем отдель ных компонентов больше объема смеси этих компонентов.
84
Таблица IL1S. Мольные объемы индивидуальных компонентов
|
|
|
|
При температуре» °С |
|
|
|
||
Компонент |
Молекулярная |
|
|
|
|
|
|
|
|
масса |
|
|
|
|
— 155 |
— 150 |
— 145 |
— 140 |
|
|
— 180 |
— 175 |
— 170 |
— 165 |
— 160 |
сн 4 |
16,042 |
0,03579 |
0,03636 |
0,03696 |
0,03757 |
0,03822 |
0,03890 |
0,03964 |
0,04042 |
0,04126 |
С2Н, |
30,068 |
0,04645 |
0,04682 |
0,04721 |
0,04760 |
0,04800 |
0,04841 |
0,04882 |
0,04925 |
0,04969 |
С3н 8 |
44,094 |
0,06080 |
0,06122 |
0,06164 |
0,06208 |
0,06252 |
0,06298 |
0,06344 |
0,06392 |
0,06440 |
К-С4Н 10 |
58,120 |
0,07498 |
0,75430 |
0,07589 |
0,07635 |
0,07682 |
0,07729 |
0,07778 |
0,07826 |
0,07876 |
u3o-C4H i0 |
58,120 |
0,75080 |
0,07557 |
0,07608 |
0,07659 |
0,07711 |
0,07764 |
0,07818 |
0,07873 |
0,07928 |
К-С5Н 10, |
72,146 |
0,08844 |
0,08894 |
0,08944 |
0,08995 |
0,09047 |
0,09099 |
0,09152 |
0,09206 |
0,09260 |
изо-С5Н 12 |
72,146 |
0,08906 |
0,08957 |
0,09008 |
0,09060 |
0,09113 |
0,09167 |
0,09221 |
0,09275 |
0,09330 |
с,н 14 |
86,172 |
0,10273 |
0,10326 |
0,10380 |
0,10434 |
0,10489 |
0,10545 |
0,10602 |
0,10659 |
0,10716 |
N2 |
28,016 |
0,03842 |
0,03996 |
0,04181 |
0,04407 |
0,04683 |
0,06021 |
0,05428 |
0,05915 |
0,06496 |
0 2 |
32,00 |
|
— |
0,02980 |
0,03061 |
0,03151 |
0,03252 |
0,03367 |
— |
— |
Мольный объем компонентов для пропана и бутана |
при t = |
|||||
= 30-*-60°С рассчитывают по уравнению |
|
|
|
|||
Vi |
= M i/[ A - B t — С/(Е — /)] |
|
(11.163) |
|||
где t — температура, °С; А, В, С, Е — константы, значения которых |
приведены |
|||||
ниже: |
Молекуляр |
А |
в |
|
|
|
Компонент |
С |
Е |
||||
ная масса |
||||||
Э тан ................... |
30,068 |
499,0 |
0,99 |
600 |
66 |
|
Пропан . . . . |
44,094 |
574,9 |
0,97 |
600 |
129 |
|
н-Бутан . . |
58,120 |
637,7 |
0,86 |
700 |
186 |
|
Изобутан |
58,120 |
616,6 |
0,97 |
600 |
169 |
|
н-Пентан ....................... . . |
72,146 |
673,3 |
0,86 |
700 |
231 |
|
Этилен ........................... |
28,052 |
502,7 |
1,10 |
700 |
44 |
|
Пропилен ....................... |
42,078 |
601,1 |
1,03 |
700 |
126 |
|
н-Бутилен |
56,104 |
657,3 |
0,97 |
700 |
180 |
Для сжиженных природных газов при t = — 140 — 180 °С значения vt для индивидуальных компонентов приведены в табл. 11.13.
Таблица 11.14. Поправка |
С для |
смесей сжиженных |
природных |
газов |
|
||||
в уравнении (11.162) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с. ю3 М 3/ ( к г . моль) |
|
|
|
||
Молекулярная |
(J |
и |
и |
о |
и |
и |
и |
а |
О |
0 |
о |
о |
о |
о |
о |
о |
о |
о |
|
масса смеси |
о |
ю |
О |
ю |
о |
«о |
О |
ю |
о |
|
|
7 |
ю |
ю |
УЭ |
о |
7 |
г- |
00 |
|
т |
7 |
7 |
7 |
7 |
7 |
7 |
||
16,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
16,5 |
0,16 |
0,15 |
0,14 |
0,13 |
0,12 |
0,11 |
0,10 |
0,09 |
0,09 |
17,0 |
0,33 |
0,31 |
0,29 |
0,27 |
0,25 |
0,23 |
0,21 |
0,19 |
0,18 |
17,5 |
0,50 |
0,47 |
0,43 |
0,40 |
0,37 |
0,34 |
0,31 |
0,29 |
0,27 |
18,0 |
0,66 |
0,61 |
0,57 |
0,53 |
0,49 |
0,45 |
0,42 |
0,38 |
0,35 |
18,5 |
0,81 |
0,75 |
0,70 |
0,65 |
0,65 |
0,56 |
0,52 |
0,48 |
0,44 |
19,0 |
0,95 |
0,88 |
0,82 |
0,76 |
0,71 |
0,66 |
0,61 |
0,57 |
0,53 |
19,5 |
1,09 |
1,01 |
0,94 |
0,88 |
0,82 |
0,76 |
0,70 |
0,65 |
0,61 |
20,0 |
1,21 |
1,13 |
1,05 |
0,98 |
0,91 |
0,85 |
0,79 |
0,74 |
0,68 |
20,5 |
1,33 |
1,24 |
1,16 |
1,08 |
1,01 |
0,94 |
0,88 |
0,82 |
0,76 |
21,0 |
1,44 |
1,34 |
1,25 |
1,17 |
1,10 |
1,03 |
0,96 |
0,89 |
0,83 |
21,5 |
1,55 |
1,43 |
1,35 |
1,26 |
1,18 |
1,11 |
1,03 |
0,96 |
0,90 |
22,0 |
1,61 |
1,53 |
1,43 |
1,35 |
1,26 |
1,18 |
1,10 |
1,03 |
0,96 |
22,5 |
1,68 |
1,59 |
1,50 |
1,41 |
1,33 |
1,25 |
U 7 |
1,10 |
1,02 |
23,0 |
1,75 |
1,66 |
1,56 |
1,48 |
1,39 |
1,31 |
1,23 |
1,15 |
1,08 |
23,5 |
1,80 |
1J1 |
1,62 |
1,53 |
1,44 |
1,36 |
1,28 |
1,21 |
1,13 |
24,0 |
1,85 |
1,76 |
1,67 |
1,58 |
1,49 |
1,41 |
1,33 |
1,26 |
1,18 |
24,5 |
1,89 |
1,80 |
1.71 |
1,63 |
1,54 |
1,46 |
1,38 |
1,30 |
1,23 |
25,0 |
1,92 |
1,83 |
1,74 |
1,66 |
1,58 |
1,50 |
1,42 |
1,34 |
1,27 |
26,0 |
1,96 |
1,88 |
1,80 |
1,72 |
1,64 |
1,56 |
1,48 |
1,41 |
1,24 |
27,0 |
2,00 |
1,92 |
1,84 |
1,76 |
1,69 |
1,61 |
1,54 |
1,46 |
1,39 |
28,0 |
2,03 |
1,95 |
1,87 |
1,80 |
1,72 |
1,65 |
1,58 |
1,51 |
1,43 |
29,0 |
2,05 |
1,98 |
1,90 |
1,83 |
1,75 |
1,68 |
1,60 |
1,53 |
1,46 |
30,0 |
2,07 |
2,00 |
1,92 |
1,85 |
1,77 |
1,70 |
1,62 |
1,55 |
1,48 |
31,0 |
2,08 |
2,01 |
1,93 |
1,86 |
1,78 |
1,71 |
1,64 |
1,57 |
1,50 |
32,0 |
2,09 |
2,02 |
1,94 |
1,87 |
1,79 |
1,72 |
1,65 |
1,58 |
1,51 |
86
Величина отрицательного объема пропан-бутановой смеси от незначительна, поэтому ею можно пренебречь. Для смесей сжи женных газов, имеющих молекулярную массу менее 33 и содержа щих не более 5% мол. азота, кислорода и изопарафинов,
Vn = хтС
где хт — мольная доля |
метана в |
сжиженном |
газе; С — поправка, зависящая |
от молекулярной массы и температуры смеси. |
14. |
||
Значения поправки |
приведены |
в табл. II. |
ЭНТАЛЬПИЯ
Энтальпия идеального газа зависит только от температуры, ре ального — от температуры и давления. Существуют графические и аналитические методы определения энтальпии. Графический метод определения энтальпий углеводородов С!—Q, основанный на принципе соответственных состояний, приводится в литера туре [25]. Энтальпии чистых компонентов при заданных усло виях можно находить по диаграммам состояния этих веществ [251.
Энтальпию можно определять графическим методом по графи кам Максвелла (рис. 11.18 и 11.19) [2 ]. На этих графиках пред ставлена энтальпия индивидуальных углеводородов Сг—С8 в за висимости от температуры и давления. При определении по этим графикам энтальпии жидких смесей используется правило адди тивности, для паров правило аддитивности можно использовать до давления 0,1 МПа. При более высоких давлениях энтальпию паровой смеси рассчитывают путем интерполяции по средней мо лекулярной массе паров. В этом случае определяют среднюю мо лекулярную массу смеси. Затем по графикам, изображенным на рис. II. 18 и II. 19, определяют значения энтальпий двух ближай ших индивидуальных компонентов, между которыми находится значение средней молекулярной массы смеси. Энтальпию смеси определяют путем интерполяции между значениями энтальпий индивидуальных углеводородов по молекулярным массам этих индивидуальных углеводородов и средней молекулярной массе смеси. Если компонент смеси находится при температуре, пре вышающей его критическую температуру, энтальпию определяют по линии «газ в растворе» (см. рис. II. 18, 11.19).
Графический метод Брауна и Холкомба [2] предназначен для определения энтальпий индивидуальных углеводородов С!—С8 в жидком состоянии в интервале температур от —20 до 160 °С, а также в парообразном состоянии в интервале температур от —20 до 220 °С. Энтальпию находят по одному графику для жидкого состояния, изображенному на рис. 11.20 (при этом влиянием давления на жидкость пренебрегают) и по двум — для парообраз ного состояния: вначале по рис. 11.21 находят энтальпию каждого компонента при температуре системы и атмосферном давлении, за тем по рис. 11.22 определяют поправку на значение энтальпии по давлению в зависимости от приведенных температуры и давления.
87
Энтальпия парафиновых углеводородов сх —
Энтальпия жидкости в состоянии насыщения при t = —129 °С принята равной нулю-
р “с. 11.19.
Энтальпия парафиновых углеводородов ызо-С» С«. — 129 *С принята равной иулк». нтальпии жидкости в состоянии насыщения при
Энтальпии жидкой и паровой смесей рассчитывают соответственно по уравнениям
/ = £ 1% + А/ |
(I I -164) |
i — J j i[X i |
(11.165) |
где / — энтальпия системы в газовом (паровом) состоянии при заданных уеловиях температуры и давления; 1°{ — энтальпия /-го компонента в газовом (паро
вом) состоянии при температуре системы и атмосферном давлении; Д / — по правка на значение энтальпии по давлению в зависимости от приведенных тем пературы и давления системы; / — энтальпия жидкой смеси при температуре системы; /t- — энтальпия t-го компонента в жидком состоянии при температуре системы; X; — мольная доля /-го компонента жидкой смеси.
Рис. 11.20.
Энтальпия углеводородных жидкостей при атмосферном давлении.
Энтальпия жидкостей в состоянии насыщения при t = О°С и Р = 0,1 МПа принята рав
ной нулю-
Температура, °С
17,5 -Ю О 10 20 30
%
5
§
С:
<1
S