Метод расчета процесса однократного испарения неидеальных смесей на примере разделения светлых продуктов коксования остатков нефти иранского происхождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Шафиеи Фесгандис Арман Ибрагим

• Шафиеи Фесгандис Арман Ибрагим
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шафиеи Фесгандис Арман Ибрагим

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор. Стр.

1.1. Теория разделительных процессов нефтяных смесей.

Общие положения (4), ♦ Фугитивность и коэффициент активности (5), ♦ Процессы перегонки и однократного испарения нефтепродуктов (8).

1.2. Особенности обобщённой термодинамики. (13)

Общие положения (13), ♦Понятие о макроячейке (14), ♦ Обобщенная версия термодинамики в процессах и аппаратах (15).

1.3. Энтропийные методы моделирования технологических процессов. (19)

Общие положения (19), ♦ Энтропия и информация в теории разделительных процессов (21), ♦Принцип максимальной энтропии (21), ♦Массообмен в двухфазной многокомпонентной системе (22).

1.4. Характеристики сырья и получаемых светлых продуктов коксования нефтяных остатков. (27)

1.5. Постановка задачи исследования. (28)

ГЛАВА 2. Метод расчета однократного испарения неидеальных нефтяных смесей. Стр.

2.1. Общие соображения. (40)

2.2. Термодинамически значимый объем как основной элемент теории неидеальных смесей. (42)

2.3. Энтропийно-информационное моделирование процесса однократного испарения. (46)

2.4. Особенности расчета однократного испарения. (51)

2.5. Проверка метода расчета однократного испарения. Модельные смеси. (53)

ГЛАВА 3. Экспериментальная проверка метода расчета однократного испарения. стр.

3.1. Актуальность выбора светлых продуктов коксования нефти иранского происхождения для проверки метода расчета однократного испарения. (64)

3.2. Исследование процесса коксования нефтяных остатков НПЗ г. Тебриза. (67) ♦ Характеристики нефти и сырья для коксования (67), ♦ Описание лабораторной установки коксования (68), ♦ Обработка экспериментальных данных коксования (70).

3.3. Исследование процесса однократного испарения светлых продуктов коксования нефтяных остатков НПЗ г. Тебриза. (74) ♦Аннотация (74), ♦ Описание комбинированной лабораторной установки процесса однократной перегонки (74), ♦ Анализ и обработка экспериментальных данных процесса однократной перегонки (76).

3.4. Предлагаемые схемы переработки нефти для НПЗ г. Тебриза. (80)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод расчета процесса однократного испарения неидеальных смесей на примере разделения светлых продуктов коксования остатков нефти иранского происхождения»

Процесс разделения сложных смесей в химической и нефтеперерабатывающей промышленности является одним из наиболее распространенных процессов химической технологии. Это относится и к Иранской республике, а так же к другим странам, где процессы разделения и переработки нефти занимают основополагающее место в экономике.

Существующая практика расчёта разделительных процессов однократного испарения ректификации многокомпонентных (непрерывных) нефтяных смесей, как известно, основана на полуэмпирических понятиях, с последующим введением поправочного коэффициента - так называемого коэффициента активности. Активность - это «исправленная» мольная концентрация, введенная в практику расчета растворов специально для того, чтобы неидеальную систему представить через свойство простых идеальных систем, т.е. через введение некоторых поправок эмпирического характера. Однако значение коэффициентов активности только на основе термодинамики рассчитать нельзя. Для этого предложено множество математических моделей, не относящихся к термодинамическому происхождению. Коэффициент активности необходимо находить экспериментально. Все они, как правило, справедливы для узких классов веществ, т. е. не являются обобщенными.

В настоящей диссертации предпринята попытка решения этой задачи на более широкой теоретической основе. В связи с этим представляется актуальным разработка метода расчета однократного испарения нефтяных смесей с учетом их неидеальности. Метод, позволяет последовательно рассчитывать условия термодинамического равновесия.

Метод расчета предлагается проверить на основе экспериментальной части настоящей диссертации, посвященной фракционированию светлых продуктов коксования нефтяных остатков иранского происхождения.

Одновременно с экспериментальной проверкой метода расчета процесса однократного испарения, рассматриваются способность коксования нефтяных остатков иранского происхождения, и определены физико-химические свойства светлых продуктов коксования, в том числе их однократное испарение.

Идея выбора исследования коксования нефтяных остатков иранского происхождения связана с тем, что в настоящее время глубокая переработка нефтяных остатков в Иране становится самостоятельной актуальной проблемой.

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав и выводов. Содержание диссертационной работы изложено на 93 страницах машинописного текста, включая 7 рисунка, 17 таблиц и списка использованной литературы из 95 наименований.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Шафиеи Фесгандис Арман Ибрагим

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчета однократного испарения для неидеальных многокомпонентных смесей на основании энтропийно-информационного подхода с учетом новых коэффициентов активности.

2. Теоретически выведены уравнения для расчета коэффициентов активности компонентов неидеальных смесей в паровой и жидкой фазах.

3. Выведены уравнения для расчета состава паровой и жидкой фаз в процессе однократного испарение без использование эмпирических поправочных коэффициентов.

4. Подтверждена применимость принципа максимального правдоподобия для расчета процесса однократного испарения неидеальных смесей.

5. Показано, что для оценки неопределенности состава элементарного объёма можно непосредственно использовать в качестве критерия максимального правдоподобия, шенноновскую энтропию.

6. Предложена комбинированная лабораторная установка коксования, позволяющая одновременно с проведением исследования процесса коксования, определять долю отгона светлых продуктов данного процесса.

7. Предложен процесс коксования нефтяных остатков для НПЗ гор. Тебриза, ранее в республике Иран не применявшийся, что позволит повысить глубину переработки нефти, существенно уменьшить выработку топочных мазутов и увеличить производство моторных топлив и производство нефтяного кокса.

Основные обозначения: я,-, bj— Коэффициенты, характеризующие свойство компонентов в жидкой и паровой фазах; о с- Фундаментальная скорость; с = 2,988.10 м/с; Я - Информационная энтропия; е - доля отгона; h - Постоянная Планка; h = 1,055.10"34 Дж.с; А: - Постоянная Больцмана; £=1,381.10 Дж/К; К(- Константа равновесия; М{ - Молекулярная масса /-того компонента;

Mi - Массы минимальных макроскопических объёмов (термодинамически значимых объемов);

Р - Давления в системе, МПа;

Pi - Давление насыщенных паров, МПа; г - Радиус макроячейки (минимальных макроскопических объёмов); Т- Температура, К;

At - Минимальный макроскопический интервал времени;

Xj, у,-— Мольная доля /-того компонента в жидкой и паровом фазах; у0 их0-Концентрация максимальных микрообъемов пара и жидкости; z,- - Коэффициент сжимаемости;

Z, - Исходный состав, мольная доля; i, - Коэффициент активности жидкой и паровой фаз; л р - Плотность, кг/м ; ф( - Число термодинамически значимых объемов в смеси;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шафиеи Фесгандис Арман Ибрагим, 2007 год

1. Багатуров С.А. Перегонка и ректификация неидеальных растворов. Баку, Гостоптехиздат, 1951. 167 с.

2. Багатуров С.А. Основы теории и расчёта перегонки и ректификации. Москва, химия, 1974. 440 с.

3. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М., Химия, 1980, —256 с.

4. Плановский А. Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов. — 3-е изд., пе-рераб. и доп. —М.: Химия, 1987. —496 с.

5. Gity Abolhamd, Petroleum Refining Bases, Tehran University Publications No.2296,1996.

6. Умергалин Т.Г. Процесс совмещенной многоступенчатой конденсации и испарения смеси. Уфа: Башк. кн. Изд., 1991. - 150 с.

7. Александров И.А., Перегонка и ректификация в нефтепереработке. -М.: Химия, 1981 -352 с.

8. Александров И.А. и ректификационные и абсорбционные аппараты, изд. Химия, МЛ. 1965.

9. Александров И.А. и ректификационные и абсорбционные аппараты. -3-е изд; перераб. М.: Химия, 1978. 280 с.

10. Ю.Александров И.А. Массопередача при ректификации и обсорбции многокомпонентных смесей. JL, Химия, 1975. 320 стр.

11. Багатуров С.А. Теория и расчёт перегонки и ректификации. М., Гостоптехиздат, 1961, 427 с.

12. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. М., Химия, 1972. Ч. 1,347 с.

13. Милосердов П.К. и др., ректификация смесей жирных кислот, их эфи-ров и жирных спиртов, ЦНИИТЭнефтхим Москва - 1972.

14. Креймер M.JI. Илембиьова Р.Н. Формулы для расчета констант фазового равновесия и давления насыщенных паров углеводородов и нефтяных фракции. Перегонка и ректификация сернистых нефтей и нефтепродуктов. Труды БашНИИ НП, вып XIV, Уфа 1975. с. 170

15. Креймер M.JL, Илембитова Р.Н. и др. Расчет молекулярных масс узких нефтяных фракций сернитой и высокосернистой нефтей. Перегонка и ректификация сернистых нефтей и нефтепродуктов. Труды БашНИИ НП, вып XIV, Уфа 1975. с. 160

16. Робинович Г.Г., и др. Расчёты основных процессв и аппаратов нефтепереработки. М., Химия, 1979. 556 с.

17. Багатуров С.А. Теория и расчет перегонки и ректификации, гостоптех-издат, Москва, 1961.

18. Варгафик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкстей. М.: наука, 1972, - 720 с.

19. Физико-химические своства индивидуальных углеводородов. Под ред. Проф. В.М. Татевского, гостоптехиздат, Москва, 1960.

20. Майков В. П. Расширенная версия классической термодинамики физика дискретного пространства-времени.- М: МГУИЭ; 1997г-160с.

21. Над чем думают физики. Вып.5. Квантовая макрофизика. М.: Наука. Под ред. В.Т.Хочянинова.1967г.с.140.

22. Питаевский М.П. Макроскопические квантовые эффекты.// Физическая эницклопедия. Т.З. -М.: БРэ. 1992г. с. 29-31.

23. Майков В.П., Куликова Т.А. Термодинамические минимальные оценки теплопроводности в чистых жидкостях.// Теоретические основы химической технологии. 1998г, № 6. т.32. с.592-596.

24. Алиева С.С., Бобков С.П., Таланова В.А. II Изв. Вузов. Химия и химическая технология. //1999г, т.42, вып.2, с. 129-131.

25. Дагестани Надер. Термодинамика и кинетика ректификации дискретных и непрерывных (нефтяных) смесей: Дис. .канд. техн. наук.-М.: МИХМ, 1991г.

26. Майков В.П., Дагестани Н. Валунов А.И. Описание динамических процессов массообмена на квантовотермо-динамической основе.// III Всесоюзная конференция "Динамика процессов и аппаратов химической технологии".-Воронеж. 1990г.

27. Филин А.А. Методы расчета межфазного потока вещества при кипении вблизи равновесия: Дис. к.т.н. -М., 1996г.

28. Майков В.П., Бобков С.П. Применение методов макроскопической квантовой термодинамики для расчета энергии, поглощенной телом при механической активации. // Изв. вузов. Химия и химическая технология.- 1992г. -т.35. -вып. 7. с. 71-74.

29. Майков В.П. Динамика как основа процессов переноса (макро-квантовый подход). IV Всероссийская научная конференция "Динамика процессов и аппаратов химической технологии". // Ярославь, 1994г. с. 11-13.

30. Куликова Т.А. Теплопроводящие свойства чистых органических жидкостей. Нелокальный подход. Дис. к.т.н. -М: МГУИЭ, 2000.

31. Алаева С.С. Моделирование процессов механической активации твердых тел на основе макроскопического квантового подхода. Дис. к.т.н. Иваново, 2002г.

32. Майков В.П., Куликова Т.А. Теплопроводность в чистых жидкостях как макроквантовый эффект.// Состояние и перспективы развития научных работ в химическом машиностроении. -М.: МГАХМ, 1997г. -вып. 1. с. 33.

33. Майков В.П., Куликова Т.А. Моделирование теплопроводящих свойств жидкостей на основе макроквантового подхода. // Математические методы в химии и химической технологии. 1997г. т.1. с. 102.

34. Майков В.П. От дифференциальное малых к физическим предельно малым величинам. Тринадцатая международная научная конференция " математические методы в технике и технологиях ". ММТТ- //2000. Санкт- Петербург, т. I.e. 58-60.

35. Майков В.П. Нелокальная термодинамика газовой равновесной плазмы. XXVII Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС. //2000, с. 207.

36. Соболев C.JI. Локально-неравновесные модели процессов переноса. // УФН, 1997г.т.167,№ 10. с. 1095.

37. Питаевский М.П. Макроскопические квантовые эффекты. // Физическая энциклопедия, т.З. -М.: Брэ, 1992г. с. 29-31.

38. Хайтун С.Д. Механика и необратимость.- М.: Янус, 1996, С. 194.

39. Майков В.П., Валунов A.M., Филин А.А. Предельно- разностная форма описания свойств изотропной равновесной материальной среды. -Всероссийская научно-техническая конференция "Математические методы в химии". Тезисы докладов, Тула, 1993г.с. 70.

40. Филин А.А., Майков В.П. Метод расчета равновесных и стационарных потоков при кипении одно и многокомпонентных систем. XIVI Научно- техническая конференция. Тезисы докладов Москва. МГАХМ, 1995г., с. 8.

41. Кобринский М.З. Термодинамическая кинетика процесса абсорбции: Дисс. к.т.н. -М.:МИХМ, 1996г.

42. Кобринский М.З., Майков В.П. Динамический подход к описанию статики многокомпонентной абсорбции. Всероссийская научная конференция "Динамика процессов и аппаратов химической технологии". Тез. докл., Ярославль, 1994г. с. 33.

43. Кобринский М.З., Майков В. П. Квантово-термодинамический метод описания процесса абсорбции. Тезисы докладов XLVI научно- технической конференции, МГАХМ: Москва, 1995г.с. 9.

44. Куликова Т.А. Майков В.П. Теплопроводность чистой жидкости как макроквантовый эффект. В кн. Майков В.П. Расширенная версия классической термодинамики физика дискретного пространства-времени. - М.: МГУИЭ, 1997г.с. 152-159.

45. Куликова Т.А. Майков А.В. О термодинамическом описании свойств массопроводности и вязкости в чистых жидкостях. Международная конференция "Математические методы в химии и химической технологии". Тез. докл. Т. 1. Новомосковск, 1997.С.103.

46. Майков В.П., Куликова Т.А. Расчет теплопроводности чистых органических жидкостей. III Международная конференция "Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования". Тез. докл. Иваново, 1997г. с. 287.

47. Бобков С.П., Майков В.П. Применение методов макроскопической квантовой термодинамики для расчета энергии, поглощенной телом при механическом воздействии. // Изв. вуз. Химия и хим. технология, 1992г. т.35, №7. с. 71-74.

48. Алаева С.С., Бобков С.П., Таланова В.А. Исследование распределения энергии, накопленной телом при механическом воздействии в рамках пространственной модели. Известия вузов "Химия и хим. Технология". 1999г.т.42, №2, с. 129-131.

49. Майков В.П., Валунов А.И. Флуктуационные потоки компонентов в равновесной системе пар жидкость и их использование при расчете процесса ректификации. VII Всесоюзная научная конференция по теории и практике ректификации. Северодонецк, 1991г. с. 58-60.

50. Неумоина Н.Г. Метод расчета неизотермической абсорбции. Кванто-термодинамический подход, дис. к.т.н. М.: МГАХМ. 1986г.

51. Майков В.П. Валунов А.И. Условная энтропия в описании свойств атермальности // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2004. Т.47. Вып.8.с.76-81.

52. Майков В.П., Валунов А.И. Ректификация атермальных смесей. Системно-информационный подход. М.: МИХМ. 1979.88 с.

53. Валунов А.И., Майков В.П. Расчёт составов дистиллята и кубового продукта при ректификации атермальных смесей. // Процессы и аппараты химической техники. Системно-информационный подход. Межвузовский сб. Под ред. Майкова В.П. М.: МИХМ. 1977. С. 93-102.

54. Митри Н.Р., Валунов А.И. Энтропийный метод описания процесса абсорбции (десорбции) многокомпонентных атермальных смесей. //Энтропийные методы моделирования в химической технике. Под ред. Майкова В.П. М.: МИХМ. 1981. с. 75-85.

55. Jaynes Е.Т. Physical Review. 1957. V. 106. № 4. P. 620-630.

56. Майков В.П. Физика дискретного пространства-времени в расширенной версии классической термодинамики. В кн. 10 Российская гравитационная конференция. Владимир. Тезисы докладов. Москва, 1999, с.120.

57. Майков В.П. Проблема времени в современной физике. Сб. науч. докладов конференции "Информационные технологии управления современного бизнеса". М.; ВНИИТ, 2004г. с. 4-7.

58. Майков В.П. Нелокальная термодинамика газовой равновесной плазмы. В кн. Тезисы докладов. XXVII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС. Звенигород, 2000г. с. 207.

59. Майков В.П. Квантована ли энтропия?. В сб. Информатизация в науке, обществе, экономике и производстве. М.: ВНИИТ. 2002г.с. 18-21.

60. Майков В.П. Квантована ли энтропия? // Химия и жизнь, 2002г. №9, с. 29-31.

61. Майков В.П. Четвертое начало термодинамики и энтропия Математические методы в технике и технологиях: Сб. трудов XV Международ, науч. конф. Т.1. Секция 1/ Под общ. ред. B.C. Балакирева. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002г. с. 95-97.

62. Бирюков. Д.А., Каталымов А.В., Майков В.П. Моделирование процесса разделения сыпучих материалов на основе принципа статистического вывода // Труды МГУИЭ, том. IV, -М., 1999г. с. 103-111.

63. Косаков А.Г. Кинетика массопередачи при ректификации ширококи-пящих смесей. Дискретно вероятностный подход, автореф. дис. к.т.н. - М.: МГАХМ, 1986г.

64. Виктор Майков. О термодинамике Вселенского цикла. http://www.mei-nbrana.rii/articles/readers/2004/09/24/215300.html.

65. Виктор Майков. О современной физике, как примере птолемеевой системы. http://www.membrana.ru/articles/readers/2004/03/26/174300.html.

66. Виктор Майков. О термодинамике, размывающей границы двух физик. http://www.membrana.ru/articles/readers/2003/05/30/180200.html.

67. Виктор Майков. О квантово релятивистской парадигме в физике. http://www.membrana.rU/articles/readers/2004/01 /21 /195 600 .html.

68. Майков Виктор. О термодинамике как основе "Теории всего". http://www.membrana.ru/articles/readers/2005/02/04/180900.html.

69. Энтропийные методы моделирования в химической технике. Под ред. Майкова В.П. М.: МИХМ. 1981. 160 с.

70. Майков В.П. Энтропийные методы моделирования технологических процессов. М.: МИХМ. 1982. 88 с.

71. Валунов А.И., Майков В.П. Энтропия и информация в теории ректификация. Изв. вузов. Химия и химическая технология, 2003, том 46, вып. 9. с. 54.

72. Майков В.П. Введение в системный анализ. Учеб. Пособие. МГУИЭ. Каф. ТППТ. М.: 2005. 100 с.

73. Трайбус М. Термостатика и термодинамика. М.:Энергия. 1970. 502 с.

74. Вильсон А.Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем. М.: Наука. 1978.248 с.

75. Фриден Б.Р. Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1985. Т.73. №12. с. 78-87.

76. Майков В.П., Валунов А.И. Ректификация атермальных смесей. Системно- информационный подход. М.: МИХМ. 1979. 88 с.

77. Процессы и аппараты химической техники. Системно-информационный подход. Межвузовский сб. Под ред. Майкова В.П. М.: МИХМ. 1977. 160 с.

78. Смидович Е. В. Глаголева О. Ф. Практикум по технологии переработки нефти. 1978.

79. Гимаев и др. Нефтяной кокс. Москва- 1992. 75 с.

80. Прокурякова В. А., Химия нефти и газа, Ленинград- 1989.

81. Конструкция типовых аппаратов и оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Алиев М. С. Баку. 1999.

82. Пауков А. Н., Трушкова JI. В., Магарил Р. 3., Возможность получения товарных нефтепродуктов из промышленных и бытовых отходов. Нефть и газ, 2003, № 6, с. 75.

83. Исследование процесса коксования растительных отходов. Li Ai-Min, Liu Lian-Fang, Li Randong. Nongye huanjing kexue xuebao = J. Agro-Environ. Sci. 2003. 22, № 2, c. 214-216, Китай.

84. Способ получения нефтяного кокса. Пат. 2224003 Россия, Валявин К. Г., и др., № 2002122926/04; заявл. 26.08.2002; опуб. 20.02.2004. рус.

85. Ющинов А. И., Кузора В. А. и др., химия и технология топлив и масел, 2000, №3, с. 41.

86. Способ замедленного коксования нефтяных остатков; Пат. 2206595 Россия, Хайрудинов И. Р., и др. заявл. 30.10.2001; опубл. 20.06.2003. рус.

87. Коксуемость нефтяных и углеродных продуктов. Ч. И. Влияние условий коксования. Li kai-xi, и др. xinxing tan cailiao = New carbon mater. 2003. 18, № 1, c. 37-42, рис. 7, табл. 1. кит.; рез. англ.