CC BY
20
2. А.с. 1805101. Стеклокристаллическая эмаль жаростойкого покрытия / А.П. Зубехин, Е.А. Манышева, В.П. Ратькова (Россия). - Заявл. 29.11.90; опубл. 30.03.93. Бюл. № 12.
3. Патент №2209787. Жаростойкое ситалловое покрытие для нихромовых сталей и сплавов / Е.А. Лазарева,
В синтезе углеводородов из СО и Н2 по методу Фишера-Тропша на кобальтовых катализаторах продукты реакции представлены в основном предельными углеводородами нормального строения, находящимися при нормальных условиях в различных фазовых состояниях: газообразном (СО, Н2, С1 - С4), жидком (С5 - С17, Н2О) и твердом (С18+) [1]. При разработке, проектировании и оптимизации технологических систем и аппаратов процесса синтеза углеводородов из СО и Н2 возникает необходимость определять фазовое состояние продуктов при различных температурах и давлениях. В частности такой вопрос возникает при сепарации полученных углеводородов. Решение данной задачи возможно при использовании физических либо математических моделей процесса. Проведение испытаний на физических моделях требует значительных временных и материальных затрат. Необходимо иметь в виду, что в реально отводимое время можно изучить фазовое равновесие только в системах, содержащих не более четырех компонентов [2]. Более того, экспериментально можно получить только дискретные данные, тогда как для расчетов соответствующих процессов необходимо располагать аналитическим выражением, связывающим составы равновесных фаз. Математическое моделирование более эффективно, но в настоящее время существуют только такие модели, которые позволяют лишь косвенно определить состав фаз [3].
Целью данных исследований являлось определение методики расчета фазового состояния каждого из компонентов смеси углеводородов состава С1 - С25.
Для разделения зеотропных смесей (разделяемых перегонкой при любом соотношении компонентов), к которым относятся продукты синтеза Фишера-Троп-ша, используются различные аппараты и комплексы (абсорберы, ректификационные колонны, экстракторы, сепараторы и т.д.).
В качестве объекта моделирования выбран процесс сепарации углеводородов, происходящий в аппарате класса парафиноотделителей, наиболее часто применяемом при данном синтезе. Схема парафино-отделителя представлена на рис. 1.
Н.П. Капелюжная, Ю.С. Мамаева, А.С. Воробьёв. (Россия). - Завл. 17.01.2002, опубл. 10.08.2003. Бюл. № 22. 4. Манышева Е.А. Жаростойкие ситалловые покрытия для нихромовых сплавов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1996.
2005 г.
Принцип действия парафиноотделителя заключается в разделении жидкой и газовой фаз под действием сил гравитации. Смесь углеводородов с температурой Твх и давлением рвх попадает в аппарат через патрубок в крышке. В сепараторе жидкая часть смеси стекает вниз и выходит через отверстие в днище с температурой Тж и давлением рж. Газовая фракция после инерционного движения вниз поднимается и выходит из аппарата через штуцер в боковой части аппарата с температурой Тг и давлением рг.
Условно допуская, что аппарат работает в стационарном режиме, и пренебрегая температурными потерями парафиноотделителя, принимаем, что температура внутри аппарата одинакова во всех точках, следовательно,
Твх = Тж = Тг = Т.
Также будем считать, что давление входящей смеси не меняется внутри аппарата и его величина остаётся постоянной в точках входа и выхода углеводородов
Рвх = Рж = Рг= р.
Ещё одним допущением является условие взаимной нерастворимости компонентов, что, безусловно, в реальных процессах не имеет места. Но для того, чтобы понять, в какой фазе будет находиться большая часть того или иного компонента, это условие является вполне приемлемым.
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт) 4 июля
УДК 541.123.012.5:665.652.72
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДОВ - ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША
© 2006 г. А.О. Котенко, Н.В. Высочин, А.П. Савостьянов
Таблица
Сравнение результатов расчета давлений насыщенных паров, выполненных на программных продуктах «Технолог» и «Separate»
Давление насыщенных паров, атм
Вещество При 180 °С При 200 °С При 240 °С При 300 °С
По По По По По По По По
Технолог Separate Технолог Separate Технолог Separate Технолог Separate
CO 34,54 34,50 34,54 34,50 34,54 34,50 34,54 34,50
C5H12 26,63 25,83 33,16 33,30 33,16 33,30 33,16 33,30
C6H14 13,19 12,б7 18,31 17,54 29,80 29,30 29,80 29,30
C7H16 6,92 б,7б 9,91 9,б7 18,78 18,27 27,04 27,00
C8H18 3,78 3,б7 5,60 5,44 11,18 10,84 24,57 25,94
C9H20 2,13 2,05 3,27 3,1б 6,89 б,70 17,32 1б,93
C10H22 1,20 1,15 1,91 1,85 4,28 4,1б 11,45 11,1б
C11H24 0,69 0,бб 1,14 1,10 2,72 2,б5 7,76 7,59
C12H26 0,40 0,38 0,69 0,бб 1,76 1,70 5,36 5,22
Корреляция* 0,999815 0,999819 0,9998бб 0,99884
- вычисление корреляции проводилось с использованием Microsoft Excel.
При данных упрощениях математическое описание процесса сепарации сводится к нахождению зависимости давления паров чистых веществ от температуры и сравнению расчётного значения с давлением в аппарате. Зависимость давления паров от температуры описывается уравнением Клаузиуса - Клапейрона [4]:
dPvr
AH и
AH и
dT TAV„
RT '
(i)
AZ,
vp
ln Pvp = A + — + C ln T + DTб. vp T
(2)
Q = 0,0838(3,758 - ac),
а с =
0,315ф b + ln Pc 0,0838фb - lnTb
(4)
(5)
О /Г
Ф b =-35 + — + 42ln Tbr - Tbr 6. Tb
(б)
где Рур - давление паров; ДЯВ - теплота парообразования; Я - универсальная газовая постоянная; Д?в -коэффициент сжимаемости; Т - температура; ДУВ -изменение мольного объема при парообразовании.
Для выполнения математического описания процесса использовалось уравнение (1) с корреляцией, предложенной Риделем (2) [4], поскольку было установлено, что в условиях описываемого процесса (температура 473-573 К, давление 1-3 МПа) данная зависимость является наиболее адекватной:
где A, B, C, D - коэффициенты уравнения Риделя для давления паров.
Все расчеты проводились с использованием ЭВМ. Алгоритм расчёта коэффициентов A, B, C, D (3) - (6) на основании справочных данных о критических температурах и давлениях, нормальных температурах кипения был реализован в виде отдельной программы «Separate».
В основе алгоритма расчета лежат следующие соотношения:
А = -35Q;B = -36Q;C = 42Q + ac;D = -Q, (3)
где а - коэффициент Риделя в критической точке, определяемый с помощью параметра фь; Ть - приведенная нормальная температура кипения (отношение нормальной температуры кипения к критической температуре); Рс - критическое давление, атм.
Адекватность полученной программы в пределах рабочих температур и давлений синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу была оценена путем сравнения значений давления паров при различных температурах со значениями, указанными в справочниках [4, 5] и значениями, полученными с помощью пакета прикладных программ «Технолог» [6]. Результаты проверки адекватности модели по программному обеспечению «Технолог» приведены в таблице. Минимальная корреляция вычислений составила
0.999815. что для решения поставленной задачи является вполне приемлемым.
Таким образом, получена математическая модель процесса разделения углеводородных смесей в аппарате типа парафиноотделитель в диапазоне температур 473 - 573 К и давлений 1 - 3 МПа, позволяющая с достаточной точностью определять фазовое состояние каждого компонента смеси.
Литература
1. Савостьянов А.П., Бакун В.Г., Будцов В.С., Высочин Н.В. Селективный синтез углеводородов из оксида углерода и водорода. Новочеркасск, 2005.
2. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М., 2003.
3. http://www.aspentech.ru/RU/products/eng/
4. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Перевод с англ., Л., 1982.
5. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К.П. Мищенко. Л., 1967.
6. Технолог, версия 3.01: Прикладная программа. М., 1990.
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
11 ноября 2005 г.
*
r
