Расчета плотности (пикнометрическим методом) и молярной массы углеводородных газов

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Исходные данные:

Масса пикнометра с воздухом…………………...g₁= 68,3870 г;

Масса пикнометра с углеводородным газом……g₂ = 68,4087 г;

Температура в лаборатории.…...…………………t = 24 °С;

Барометрическое давление в лаборатории……...Р₁= 750 мм рт.ст.;

Водное число газового пикнометра……………..В.Ч. = 0,11338.

7.1 Расчет плотности газа

1 Масса воздуха в пикнометре (g₃), г:

g₃ = γ∙В.Ч., (7.1)

где γ – плотность воздуха, г/л.

Плотность воздуха (γ), г/л:

γ = М / V₁, (7.2)

где М – молярная масса воздуха, равная 29 г/моль;

V₁ – объем 1-го грамм моля воздуха при температуре определения и барометрическом давлении в лаборатории, л.

Из уравнения Менделеева – Клайперона:

Р₁∙V₁ / Т₁ = Р₀∙V₀ / Т₀, (7.3)

находим

V₁ = Р₀∙V₀∙Т₁ / Р₁∙Т₀, (7.4)

где V₀ – объем воздуха при нормальных условиях, 22,4 л;

Т₁ – температура в лаборатории в момент отбора газа, К;

Т₀ – температура при нормальных условиях, 273 К;

Р₀ – нормальное давление, 760 мм рт.ст.;

Р₁ – барометрическое давление в момент отбора газа, мм рт.ст.

V₁ =760∙22,4∙ (273+24)/(750∙273)=24,69 л;

γ = 29 / 24,69 = 1,170 г/л;

g₃ = 1,17∙0,11338 = 0,1327 г.

2 Масса пустого (эвакуированного) пикнометра (g₀), г:

g₀ = g₁ – g₃, (7.5)

где g₁ – масса пикнометра с воздухом, г;

g₃ – масса воздуха в пикнометре, г.

g₀ = 68,3870 – 0,1327 = 68,2543 г.

3 Масса газа в пикнометре (g₄), г:

g₄ = g₂ – g₀, (7.6)

где g₂ – масса пикнометра с углеводородным газом, г;

g₀ – масса пустого (эвакуированного) пикнометра, г.

g₄ = 68,4087 – 68,2543 = 0,1544 г.

4 Плотность газа (γ₁), г/л:

γ₁ = g₄ / В.Ч.; (7.7)

γ₁ = 0,1544 / 0,11338 = 1,362 г/л.

5 Относительная плотность газа:

γ^’ = γ₁ / γ₀; (7.8)

γ' = 1,362/1,170 = 1,164.

7.2 Расчет молярной массы газа

1 Молярная масса газа (Мг), г/моль:

Мг = γ₀∙V₁,(7.9)

где γ₀ – плотность газа, приведенная к нормальным условиям, г/нл.

2 Расчет молярной массы деструктивного газа

М_г = ((γ₁∙P₁∙T)/ (P₁∙T₀)) ∙22,4;

(7.10)

М_г = (1,362∙760∙(24+273)/ (750∙273)) ∙22,4 = 33,63 г/моль.

Исходные данные определения молярной массы и плотности углеводородных газов по хроматограмме

С помощью хроматографа был проведен анализ углеводородного состава деструктивного газа процесса термического крекинга.

На рисунке 3 представлена хроматограмма полученного газа каталитического крекинга.

Рисунок 3 – Хроматограмма деструктивного газа каталитического крекинга

Для расчета молярной массы и плотности газа необходимо полученные по хроматограмме массовые доли перевести в мольные доли.

Q_i =Х_i/М_i/∑(Х_i/М_i), (8.1)

где Q_i – мольные доли компонента;

Х_i – массовая доля компонента;

М_i– молярная масса компонента, г/моль.

Молярная масса смеси рассчитывалась по следующей формуле:

М_см =∑ (М_i· Q_i ), (8.2)

где M_см – молярная масса смеси, г/моль;

Q_i – мольные доли компонента;

М_i– молярная масса компонента, г/моль.

Плотность смеси рассчитывалась по следующей формуле:

γ_см =∑ (γ_i· Q_i ), (8.3)

где γ_см – плотность смеси, г/мл;

Q_i – мольные доли компонента;

γ _i– плотность компонента, г/мл.

Расчет молекулярной массы и плотности сведен в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчет молекулярной массы и плотности газа процесса КК

Компонент	М_i, г/моль	Масс.доля, X_i	X_i/M_i	Мольн. доля, Q_i	М_i∙Q_i, г/моль	γ_i, г/мл	γ_i∙Q_i, г/мл
метан	16	0,102	0,00638	0,213	3,41	0,717	0,153
этан	30	0,120	0,00400	0,134	4,01	1,356	0,181
этилен	28	0,102	0,00364	0,122	3,41	1,25	0,152
пропан	44	0,174	0,00395	0,132	5,81	2,017	0,266
пропилен	42	0,256	0,00610	0,204	8,55	1,88	0,383
изобутан	58	0,163	0,00281	0,094	5,44	2,598	0,244
бутан	58	0,044	0,00076	0,025	1,47	2,598	0,066
бутен-1	56	0,0997	0,00178	0,059	3,33	2,5	0,149
транс-бутен-2	56	0,0096	0,00017	0,006	0,32	2,5	0,014
и-Бутен	56	0,00878	0,00016	0,005	0,29	2,5	0,013
цис-бутен-2	56	0,0107	0,00019	0,006	0,36	2,5	0,016
∑	-	1,08978	0,02994	1	36,40	-	1,637

Содержание метана и этана в деструктивном газе:

N_C₁₊_C₂= N_C₁+ N_C₂ + N_этилен, % масс., (8.4)

где N_C₁– содержание метана в газе, % масс.,

N_C₂– содержание этана в газе, % масс.,

N_этилен– содержание этилена в газе, % масс.

N_C₁₊_C₂ = 10,2 + 12,0 + 10,2 = 32,2 % масс.

Количество олефинов в деструктивном газе:

N_{олефинов}= N_этилен+ N_{пропилен} + N_бутен-1+ N_{транс-бутен-2}+ N_{изобутен}+

+N_{цис-бутен-2}, % масс., (8.5)

где N_этилен– содержание этилена в газе, % масс.,

N_{пропилен}– содержание пропилена в газе, % масс.,

N_бутен-1– содержание бутена-1 в газе, % масс.,

N_{транс-бутен-2}– содержание транс-бутена-2 в газе, % масс.,

N_{изобутен}– содержание изобутена в газе, % масс.,

N_{цис-бутен-2}– содержание цис-бутена-2 в газе, % масс.

N_{олефинов}= 10,2 + 25,6 + 9,97 + 0,96 + 0,88 + 1,07 = 48,68 % масс.

На рисунке 4 представлена хроматограмма полученного газа термического крекинга.

Рисунок 4 – Хроматограмма деструктивного газа термического крекинга

Сводная таблица полученных результатов

В таблице 4 представлена сводная таблица полученных результатов.

Таблица 4 – Сводная таблица полученных результатов

Газ	Плотность, г/мл, рассчитанная:		Молярная масса, г/моль, рассчитанная:		Содержание, % масс.
	пикно-метри-чески	по хрома-то-грамме	пикно-метри-чески	по хрома-то-грамме	олефинов	Σ (С₁ + С₂)
1 Деструктивный газ каталитического крекинга	1,362	1,637	33,630	36,400	48,68	32,20
Расхождение, %	20,2		8,24
2 Деструктивный газ термического крекинга	1,117	1,195	27,61	27,46	10,94	67,80
Расхождение, %	6,98		0,55

Расхождение для относительной плотности:

∆ = (γ₁ ˗ γ_см)/ γ₁ · 100% (9.1)

∆_пл = (1,362 – 1,637) / 1,362· 100% = 20,2%

Расхождение для молярной массы:

∆ = (М_г– М_ср ) / М_г · 100% (9.2)

∆_мм = (33,630 г/моль – 36,400 г/моль ) / 33,630г/моль · 100% = 8,24%

Вывод

Расхождение плотностей и молярных масс деструктивного газа каталитического крекинга по пикнометрическому способу и по компонентному составу хроматографического анализа составил 20,2% и 8,24% соответственно. Это расхождение связано с тем что, не все углеводородные компоненты в составе деструктивного газа были определены, ввиду их малой концентрации, следовательно, их объемные доли не учитывались при расчете. Незначительное увеличение плотности и молекулярной массы газа по данным хроматографического анализа связано с остатками углеводородов с прошлого анализа.

Был произведен расчет содержания суммы этана, метана, этилена и олефинов. Содержание олефинов в процессе каталитического крекинга, составило 48,68% масс., а сумма метана, этана – 32,20% масс. Сумма сухих газов меньше, чем жирных вследствие того, что процесс КК протекает более селективно в сторону образования С₃-С₄ углеводородов.

При сравнении полученных данных с деструктивным газом термического крекинга можно сделать вывод о том, что содержание легких углеводородов (метана, этана и этилена), в процессе термического крекинга больше. Следовательно плотность газа термического крекинга 1,117 г/л ниже плотности газа каталитического крекинга 1,362 г/л, так же как и молярная масса 27,61 г/моль и 33,63 г/моль соответственно. Различия свойств (компонентный состав, плотность, молярная масса) двух деструктивных газов термического и каталитического крекингов объясняется различным механизмом протекания реакций: термический крекинг протекает по по радикально-цепному механизму, а каталитический крекинг по карбоний-ионному механизму.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Ахметов, С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа [Текст] = Thetechnologyofdeepprocessingofoilandgas : учебное пособие / С. А. Ахметов. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб. : Недра, 2013. – 544 с.

2 Переработка углеводородных газов [Электронный ресурс]: методические указания/ УГНТУ, каф. ТНГ, сост.: Р.Р. Фасхутдинов, Л.А. Насырова. – Уфа: УГНТУ, 2015. – 16 с.

3 Ишкильдин А.Ф., Баранов В.В. Лабораторный практикум по химической технологии топлива "Пиролиз бензиновой фракции". – Уфа.: УГНТУ, 2002. – 36 с.

Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 340; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!