- •Ресурсосберегающие технологии в нефтегазохимическом комплексе
- •Санкт-Петербург
- •Содержание
- •I. Общие положения
- •II. Методические указания к практическим занятиям
- •1.1. Элементы расчетов химико-технологических процессов (хтп)
- •1.1.1. Рекомендуемые обозначения и единицы измерения
- •1.1.2. Массовый, объемный и мольный состав
- •1.1.3. Характеристики газовых смесей
- •1.1.4. Термодинамические расчеты в энергосбережении
- •1.1.5. Энерготехнологические установки (на примере синтеза аммиака)
- •1.1.6. Элементы расчета химических реакторов в нефтепереработке
- •1.1.7. Элементы расчетов процессов переработки нефти
- •II. Определение основных технико-экономических показателей (тэп) процессов нефтегазопереработки
- •Расходный коэффициент и степень превращения сырья
- •Выход продукта и селективность
- •Производительность, мощность и интенсивность аппарата
- •III. Расчет материальных балансов процессов и аппаратов
- •IV. Расчет энергетического (теплового) баланса процессов и аппаратов
- •V. Примеры расчетов
- •5.1.Определение основных тэп
- •5.2. Расчёт материальных балансов
- •5.3.Расчёт тепловых балансов
- •5.4. Энерго- и ресурсосбережение в переработке топлив
- •5.5. Элементы расчетов реакторов
- •5.6. Переработка нефти
- •III. Примерные задачи для самостоятельной работы
- •IV. Требования к оформлению домашних работ
- •V. Список литературы Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Лист регистрации изменений
1.1.2. Массовый, объемный и мольный состав
Количество вещества — одна из основных величин, характеризуемая численностью содержащихся в системе структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.). Единицей количества вещества является моль.
Мольная масса — масса 1 моль вещества:
M= m/N
Мольный объем —объем 1 моль вещества:
Vm=V/m
Массовая доля компонента в смеси — соотношение массы компонента А, содержащегося в смеси, и общей массы смеси:
wA = mА /m
Мольная доля компонента в смеси — соотношение количества компонента и общего количества смеси:
xA = NA /N
Объемная доля компонента в смеси — соотношение приведенного (к обычным давлению и температуре смеси) объема компонента и общего объема смеси:
φA = VA /V
Показатель «объемная доля» используется преимущественно для характеристики газовых смесей и совпадает (для газов) с показателем «мольная доля», если не учитывать отклонения реальных газов от идеального состояния.
Массовое соотношение компонента в смеси — отношение массы данного компонента к массе остальной части смеси.
Мольное соотношение компонента в смеси — отношение количества данного компонента к количеству остальной смеси.
Объемное соотношение компонента в смеси — отношение приведенного объема данного компонента к объему остальной смеси.
Массовая концентрация компонента — отношение массы компонента смеси к объему смеси:
Cx = mA /V
При расчетах химико-технологических процессов часто возникает необходимость перевода массового состава смеси в мольный и наоборот. Для перевода массовых долей в мольные находят массу каждого компонента в 1 кг или в 100 кг (если массовые доли выражены в процентах) смеси; делят массу компонента на его относительную мольную массу, определяя количество компонента (кмоль); деля число моль каждого компонента на сумму общего числа моль, получают мольные доли компонентов. Для пересчета мольных долей в массовые определяют количество каждого компонента в 100 моль смеси; определяют массу каждого компонента, умножая количество компонента на его относительную мольную массу; находят массовые доли, деля массу каждого компонента на общую массу смеси.
Пример 1. Определить массовые доли компонентов в смеси, состоящей из 400 кг бензола и 100 кг толуола.
Решение. Общая масса вещества в смеси:
400 + 100 = 500 кг
Массовые доли компонентов в смеси:
бензол 400 : 500 = 0,8
толуол 100 : 500 = 0,2
Массовую долю второго компонента в данном случае можно определить также, учитывая, что сумма массовых долей компонентов равна единице. Тогда массовая доля толуола равна:
1—0,8 = 0,2
Пример 2. Определить мольные доли компонентов в смеси, состоящей из 100 кг метана, 120 кг этана и 180 кг этилена.
Решение. Мольная масса метана 16 кг/кмоль, этана 30 кг/кмоль, этилена 28 кг/кмоль. Количество каждого компонента:
метан 100 : 16 = 6,25 кмоль
этан 120 : 30 = 4,0 кмоль
этилен 180 : 28=6,43 кмоль
Общее количество вещества:
6,25+ 4,0+ 6,43 = 16,68 кмоль
Мольные доли компонентов:
метан 6,25 : 16,68 =0,37
этан 4,0 : 16,68 = 0,24
этилен 6,43 : 16,68 = 0,39
1.1.3. Характеристики газовых смесей
Технологические расчеты многих производств органического синтеза требуют применения газовых законов, характеризующих любое состоящие газа и устанавливающих взаимосвязь объема, давления и температуры. Приводимые в расчетах и задачах объёмы газов отнесены к нормальным условиям (273 К, 0,1013 МПа), если не сообщаются параметры состояния газа. При нормальных условиях мольный объем любого газа равен 22,4 м3/кмоль (закон Авогадро).
Для вычислений, связанных с массой, давлением, температурой и объемом газов, широко применяется уравнение Менделеева— Клапейрона для идеального газа:
для 1 моль PV = RT
для N моль PV = NRT = RT
где R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 кДж/(моль∙К).
Для двух разных состояний таза (если его количество остается неизменным) применима пропорция:
Давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений компонентов (р1, р2, …, рn) компонентов — закон Дальтона:
р = р1+ р2+ …+ рn
Объем газовой смеси равен сумме парциальных объемов компонентов
V= ν1+ ν 2+ …+ ν n
Из закона Дальтона вытекает очень важное следствие, к которому довольно часто прибегают в расчетной практике: если известен объемный (или мольный) состав газовой смеси, то все ее физические константы (мольная масса, плотность, теплоемкость и т. д.) подчиняются правилу аддитивности, т. е. их можно вычислить по правилу смешения. Так, средняя мольная масса газовой смеси равна (в кг/моль):
Мср = x1M1+ x2M2 +… + xnMn
Средняя плотность газовой смеси (аналогично определяют и плотность индивидуальных газов) равна (в кг/м3):
рср = Мср/22,4
Относительную плотность газа, по воздуху определяют, деля его плотность на плотность воздуха (при обычных условиях плотность воздуха равна 1,293 кг/м3):
Δ=р/1,293