Виконання роботи

Перед початком досліду колбу 7 та абсорбери 8 і 9 з соляровою оливою зважують на технічних вагах. Нафтопродукт (гас) у заданій викладачем кількості наливають при закритому крані 2 у краплинну лійку, збирають усю схему у відповідності до рис. 4.1 і перевіряють її на герметичність. Для цього при закритому крані краплинної лійки 2 і закритому крані 6 відкривають випускний кран 11. Якщо установка цілком герметизована, вода з крану 11 не виливається. В протилежному випадку слід ущільнити окремі з’єднання і знову перевірити герметичність установки вищезазначеним способом. До досліду приступають лише після того, як буде досягнута повна герметичність установки і з дозволу викладача. Дослід ведуть при закритому крані 6 і відкритому зливному крані 11.

Під час досліду необхідно підтримувати в реакторі сталу швидкість подачі гасу (50–60 крапель в хвилину), оскільки зміна цього показника під час процесу призводить до зміни складу і властивостей продуктів крекінгу, а також може спричинити перелив солярової оливи з абсорберів 8 і 9 до буферної склянки 12. Рівень солярової оливи в абсорберах 8 і 9 повинний бути мінімально необхідним (3–4 см) для зменшення гідродинамічного опору системи.

Під час проведення досліду проводять визначення густини сировини (гасу) та проводять холосте титрування у визначенні йодного числа за методиками, викладеними нижче, а також зважують на аналітичних вагах пікнометр (сухий та після висушування з водою) і скляний бюкс. Всі отримані дані заносять до відповідних таблиць (дивись розділ “Методики аналізів і визначень”).

Дослід припиняють, коли увесь гас пройшов через реакційну трубку та після припинення барботування газу через солярову оливу в абсорберах 8 і 9. По закінченні досліду закривають зливний кран 11 газометра, розбирають установку, вимикають піч і зливають конденсат з приймача 5 у колбу 7. Зважують колбу з конденсатом і абсорбери 8 і 9 на технічних вагах.

Отримані під час досліду дані заносять до табл. 6.1.

Таблиця 6.1

Первинні експериментальні дані

Номер абсорбера	Маса абсорберів, г	Маса газового бензину, г	Маса колби для конденсату, г	Маса стаканчика для бензину, г
до досліду	після досліду	сухої	з конденсатом	сухого	з бензином
				Маса конденсату, г	Маса бензину, г
Всього:

Конденсат з колби 7 переносять у колбу Енглера і, при обережному підігріві до температури 180⁰С, відганяють бензин, що утворився, збираючи його в прийомний стаканчик, попередньо зважений на технічних вагах (установка для відгону бензину на схемі не показана). Дані зводять до табл. 6.1.

Для проведення подальших розрахунків необхідно також зафіксувати об’єм отриманих газів (визначають за показниками газометра 10), температуру крекінгу (за показниками мілівольтметра 14), температуру та тиск у лабораторії (за показниками термометра та барометра). Отримані дані зводять до табл. 6.2.

Таблиця 6.2

Експериментальні дані для визначення маси отриманих газів крекінгу

Температура крекінгу, 0С	Температура в лабораторії, 0С	Тиск в лабораторії, гПа	Об’єм газів крекінгу, л

Після закінчення досліду за поданими нижче методиками визначають густину одержаного бензину і проводять титрування з наважкою бензину у визначенні йодного числа.

7. МЕТОДИКИ АНАЛІЗІВ І ВИЗНАЧЕНЬ

7.1. Визначення густини гасу та одержаного крекінг-бензину

Вимірювання густини вихідної сировини (гасу) проводять за допомогою ареометра у мірному циліндрі, в який для цього наливають необхідну кількість гасу. Після вимірювання густини гасу його повертають назад до склянки, а отриманий результат заносять до табл. 7.1.

Вимірювання густини одержаного продукту (крекінг-бензину) проводять за допомогою пікнометра в такий спосіб: спочатку зважують на аналітичних вагах порожній сухий пікнометр (якщо на стінках пікнометра наявні сліди вологи, його необхідно попередньо просушити в сушильній шафі), потім – з наповненим по мітку відігнаним у колбі Енглера до 180⁰С бензином і з дистильованою водою, також налитою по мітку. Перед наповненням пікнометра бензином та водою його також необхідно просушити в сушильній шафі до зникнення слідів вологи. Наповнення пікнометра бензином проводять за допомогою наявної на робочому місці піпетки, а воду заливають за допомогою крапельної лійки з голкою. Отримані дані заносять до табл. 7.1.

Таблиця 7.1

Визначення густини вихідної сировини та отриманого крекінг-бензину

Маса пікнометра, г	Маса, г	Густина, rt	Густина, r20
сухого	з бензином	з водою	бензину	води	гасу	бензину	гасу	бензину

Густину бензину розраховують як відношення маси бензину до маси води. Отримані значення густини гасу і крекінг-бензину приводять до температури 20⁰С за формулою

r₂₀ = r_t - Dr (20 - t), (7.1)

де Dr – поправка на зміну густини вихідної сировини або бензину при зміні температури на 1⁰С. Значення Dr наведені в табл. 7.2.

Таблиця 7.2

Поправка на зміну густини вихідної сировини і бензину

при зміні температури на 1⁰С

Густина, г/см3	Dr
0,750 – 0,760	0,009831
0,760 – 0,770	0,000818
0,770 – 0,780	0,000805
0,780 – 0,790	0,000792
0,790 – 0,800	0,000778
0,810 – 0,820	0,000765
0,820 – 0,830	0,000738

7.2. Визначення вмісту ненасичених сполук
у рідких продуктах крекінгу

Ненасичений характер рідких вуглеводневих сумішей визначається за допомогою йодних чисел – методу, заснованого на спроможності йоду приєднуватися за місцем подвійного зв’язку [6, 7].

Йодним числом називається кількість грамів йоду, що приєднується до 100 г досліджуваного нафтопродукту. Йодне число вказує на порядок ненасиченості, наприклад: 0,2, 1,5, 10.

У попередньо зважений на аналітичних вагах скляний бюкс з притертою кришкою вноситься наважка відігнаного з колби Енглера до 180⁰С бензину об’ємом не більш 0,5–1 мл. Після цього бюкс зважується ще раз і отримане значення маси наважки використовується для визначення йодного числа за формулою (7.2).

У конічну колбу місткістю 250 мл виливають з бюксу наважку бензину, та щоб повністю її перенести, за декілька прийомів змивають в ту ж колбу залишки бензину 10-ма мл спирту (етилового або ізопропілового). Потім у колбу з бюретки доливають 25 мл 0,1 н. спиртового розчину йоду і 50 мл дистильованої води, перемішують протягом 1 хвилини і залишають стояти на 5 хвилин. Після закінчення цього часу суміш у склянці титрують 0,1 н. розчином тіосульфату натрію до прозоро-жовтого забарвлення, додають 1-2 мл (20-40 крапель) розчину крохмалю і продовжують титрувати до повного знебарвлення.

Холосте титрування потрібне для з’ясування кількості йоду в вихідному розчині і виконується аналогічним чином, але без наважки бензину.

Різниця між кількістю тіосульфату натрію, що пішов на холосте титрування і на титрування з наважкою бензину – це кількість йоду, що вступив у реакцію.

Всі експериментальні та розрахункові дані за цією методикою заносяться до табл. 7.3.

Таблиця 7.3

Експериментальні та розрахункові дані для визначення йодного числа

Маса бюкса з кришкою, г	Маса наважки, г	Об’єм Na2S2O3 на титрування, мл	Йодне число	Вміст ненасичених сполук, %
сухого	з наважкою	холосте	з наважкою

Йодне число (ЙЧ) розраховують за формулою

, (7.2)

де , – об’єми 0,1 н. розчину Na₂S₂O₃, що пішли на холосте титрування та титрування з наважкою бензину, відповідно, мл; – титр 0,1 н. розчину йоду; m_нав. – наважка бензину, г.

Титр розчину йоду розраховується за формулою

, (7.3)

де – нормальність розчину йоду; – еквівалентна маса йоду, г/екв.

Вміст ненасичених сполук у досліджуваному продукті розраховують за формулою, %:

, (7.4)

де М_НС – середня відносна молекулярна маса ненасичених сполук; – молекулярна маса йоду.

Середню відносну молекулярну масу ненасичених сполук на підставі експериментальних даних приймають рівною 140.

8. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

8.1. Визначення відносного виходу бензину

Кількість бензину, відігнаного з конденсату, визначають за даними табл. 6.1 як різницю мас прийомного стаканчика з бензином (після розгонки) і порожнього (до досліду).

Загальна кількість бензину складається з маси бензину, отриманого при розгонці конденсату, і газового бензину.

Відносний вихід бензину визначається за формулою, %

, (8.1)

де m_бенз., m_в.с. – маси відповідно отриманого бензину і вихідної сировини (гасу), г.

Масу вихідної сировини (гасу) гасу розраховують як добуток густини, визначеної за допомогою ареометра (табл. 7.1), на об’єм.

Вихідні дані й результат розрахунку відносного виходу бензину заносять до табл. 8.1.

Таблиця 8.1

Розрахунок абсолютного виходу бензину

Маса бензину з конденсату, г	Маса газового бензину, г	Загальна маса бензину, г	Маса вихідної сировини (гасу), г	Відносний вихід бензину, %

8.2. Визначення маси отриманих газів крекінгу

При виконанні цього розрахунку використовуються дані з табл. 6.2.

Всі результати розрахунків за цією методикою заносяться до табл. 8.2.

Таблиця 8.2

Розрахунок маси газів крекінгу

Мг, г/моль	, г/л	, г/л	mг, г

Масу газів крекінгу m_г, необхідну для складання матеріального балансу процесу, розраховують за формулою

, (8.2)

де V_г – об’єм газів крекінгу, що визначається за показниками газометра, л;
– фактична густина газу при тиску і температурі в лабораторії, г/л.

Фактичну густину газу знаходять з рівняння:

, (8.3)

де – густина газу при н.у., г/л; Р – тиск повітря в лабораторії, гПа; t – температура повітря в лабораторії, ⁰С.

Значення Р і t, необхідні для виконання розрахунків за формулою (8.3), визначають за показниками барометра і термометра, які знаходяться в лабораторії (табл. 6.2).

Значення знаходять із співвідношення

, (8.4)

де М_г - середня молекулярна маса газової суміші, 1 моль якої при н.у. займає об’єм 22,4 л.

Значення М_г визначають за правилом адитивності, що може бути записане для цього випадку в такому вигляді:

, (8.5)

де М_i – молекулярна маса i-го компонента газової суміші; u_i - його вміст, об. %.

Для знаходження використовують дані табл. 8.3.

Таблиця 8.3

Склад газів крекінгу для різних температур [7]

Температура крекінгу, 0С	Вміст компонентів у газах крекінгу, об. %
Н2	СН4	С2Н4	С2Н6	С3Н6	С3Н8	С4Н6	С4Н8	С4Н10
	8,0	12,5	28,5	16,5	17,0	3,5	1,5	11,5	1,0
	8,2	15,4	27,8	15,6	16,6	3,3	1,5	10,6	1,0
	8,4	18,3	27,1	14,7	16,2	3,1	1,5	9,7	1,0
	8,6	21,2	26,4	13,8	15,8	2,9	1,5	8,8	1,0
	8,8	24,1	25,7	12,9	15,4	2,7	1,5	7,9	1,0
	9,0	27,0	25,0	12,0	15,0	2,5	1,5	7,0	1,0
	9,2	29,9	24,3	11,1	14,6	2,3	1,5	6,1	1,0
	9,4	32,7	23,6	10,2	14,2	2,1	1,5	5,2	1,0
	9,6	35,7	22,9	9,3	13,8	1,9	1,5	4,3	1,0
	9,8	38,6	22,2	8,4	13,4	1,7	1,5	3,4	1,0
	10,0	41,5	21,5	7,5	13,0	1,5	1,5	2,5	1,0

8.3. Складання матеріального балансу процесу крекінгу

Матеріальний баланс (МБ) складається на основі матеріального розрахунку, як при проектуванні, так і при аналізі роботи підприємства або якоїсь його частини, цеху, установки. Завершенням розрахункової частини роботи є складання МБ лабораторної установки термічного крекінга гасу.

Рівняння матеріального балансу (РМБ) в загальному випадку має такий вигляд:

, (8.6)

де m_приб. і m_витр. – маси прибуткової і витратної частин МБ, відповідно.

Для лабораторної установки в цілому РМБ має вигляд:

m_в.с. = m_б.к. + m_г.б. + m_г + m_к.з. + m_к+втр., (8.7)

де m_в.с., m_б.к., m_г.б., m_г, m_к.з., m_к+втр. - маси вихідної сировини (гасу), бензину з конденсату, газового бензину, газів крекінгу, кубового залишку та коксу з втратами, відповідно.

Критерієм правильності складання матеріального балансу є однаковість мас його прибуткової і витратної частин.

При складанні матеріального балансу установки крекінга використовуються дані з табл. 6.1, 8.1 та 8.2.

Матеріальний баланс оформляється в табличній формі (табл. 8.4).

Таблиця 8.4

Матеріальний баланс процесу крекінгу

ПРИБУТОК	ВИТРАТИ
Статті прибутку	г	%	Статті витрат	г	%
Гас			Крекінг-бензин:
бензин з конденсату
газовий бензин
Разом:
Газ
Кубовий залишок
Кокс + втрати
Всього:			Всього:

Масу кубового залишку, що залишився після перегонки бензину в колбі Енглера, розраховують як різницю між масами конденсату та отриманого при перегонці бензину.

Масу коксу, що утворився під час досліду і втрати розраховують за даними табл. 8.4 як різницю між масою вихідної сировини (гасу) і масою всіх інших продуктів крекінгу (m_б.к. + m_г.б. + m_г + m_к.з.).

9. ВИМОГИ ДО УПОРЯДКУВАННЯ ЗВІТУ

Звіт про роботу повинний бути написаний охайно і грамотно, містити дані усіх вимірів, розрахунки, схему лабораторної установки.

Рекомендований план звіту:

– мета роботи;

– стислий опис фізико-хімічних основ термічного крекінгу нафтопродуктів;

– стислий опис лабораторної експериментальної установки;

– порядок проведення роботи;

– методики, що використовуються в роботі;

– результати аналізів і визначень (густина вихідної сировини і крекінг-бензину, вміст ненасичених сполук у рідких продуктах крекінгу, маса газів крекінгу та ін.). Дані всіх зважувань і вимірів повинні бути оформлені у виді відповідних таблиць;

– матеріальний баланс процесу крекінгу;

– висновки про роботу.

10. ПЕРЕЛІК ПИТАНЬ ДО ЗАХИСТУ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

1. Дайте визначення поняттю “крекінг”. Що досягається при проведенні цього процесу?

2. Назвіть відомі Вам види крекінгу.

3. Які умови проведення термічного та каталітичного крекінгу?

4. Хімічні перетворення, що мають місце при крекінгу. Схильність до крекінгу різних класів органічних сполук.

5. Які хімічні перетворення відбуваються з циклоалканами за умов каталітичного крекінгу?

6. Дайте визначення поняттю “йодне число”.

7. Яку властивість палив характеризує йодне число?

8. Наведіть сутність методики визначення йодного числа.

9. Підрахуйте масу бензину, отриманого під час проведення лабораторної роботи, при умові, що в ньому вже відбулися всі реакції, які призводять до смолоутворення.

10. Як розрахувати масу газової суміші, якщо відомий її якісний і кількісний склад, температура і тиск?

11. Розкажіть, як функціонує промислова технологічна схема термічного крекін­га продуктів переробки нафти.

12. Одним з відходів розгляданого виробництва є крекінг-залишок. Які шляхи утилізації цього відходу Вам відомі?

13. Яке обладнання у виконуваній лабораторній роботі, за аналогією з промисловою технологічною схемою, виконує функції ректифікаційної колони?

14. Наведіть основні вимоги до якісного і кількісного складу бензинів і моторних палив.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Бесков В.С, Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. - М.: Химия, 1999. - 470 с.

2. Кутепов А.М и др. Общая химическая технология: Учеб. для техн.
ВУЗов. - М.: Высш. шк., 1990. - 520 с.

3. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Химия, 2001. - 560 с.

4. Левинтер М.Е., Ахметов С.А. Глубокая переработка нефти: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Химия, 1992. - 224 с.

5. Степанов А.В., Горюнов В.С. Ресурсосберегающая технология переработки нефти. - Киев: Наук. думка, 1993. - 269 с.

6. ГОСТ 2070-82. Нефтепродукты светлые. Методы определения йодных чисел и содержания непредельных углеводородов. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 6 с.

7. Справочник нефтепереработчика / Под ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с.

ЗМІСТ

Вступ................................................................................................................... 3

1. Теоретичні основи процесу термічного крекінгу........................................... 3

2. Стисла характеристика промислової технологічної схеми............................ 5

3. Мета роботи........................................................................................................ 7

4. Опис лабораторної установки........................................................................... 7

5. Питання техніки безпеки................................................................................... 8

6. Порядок виконання роботи............................................................................... 8

6.1. Попередні зауваження.......................................................................... 8

6.2. Виконання роботи................................................................................. 9

7. Методики аналізів і визначень.......................................................................... 10

7.1. Визначення густини гасу та одержаного крекінг-бензину.................. 10

7.2. Визначення вмісту ненасичених сполук в рідких продуктах
крекінгу.................................................................................................. 11

8. Обробка результатів експерименту................................................................... 13

8.1. Визначення відносного виходу бензину.............................................. 13

8.2. Визначення маси отриманих газів крекінгу....................................... 14

8.3. Складання матеріального балансу процесу крекінга........................ 15

9. Вимоги до упорядкування звіту........................................................................ 16

10. Перелік питань до захисту лабораторної роботи.......................................... 17

Рекомендована література................................................................................. 17