Нефть как сырье для производства топлив и масел

Контрольная работа

Дисциплина: «Эксплуатационные материалы»

Наименование темы: «Контрольная работа №1»

Специальность: 190600.02 Эксплуатация ТГМ и комплексов

Шифр: 13023207122

Номер по списку: 1

Руководитель __________________________
Выполнил (а) студент Брыжик Игорь Александрович
Группа, курс УЗМАХ-21
Дата сдачи ___________________________
Оценка ___________________________

Подпись преподавателя _______________________________

Ускоренная форма обучения

Вологда 2014г.

Контрольная работа №1

Задача №1.

Нефть как сырье для производства топлив и масел.

Химический состав нефти.

нефть – сложнейшая смесь углеводородов

Главную часть нефтей составляют три группы углеводородов – алканы, нафтены и арены.

Алканы (в литературе Вы можете также столкнуться с названиями предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула СnH(2n+2).

Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы будут газообразными. При 5-16 атомах углерода это жидкости, а свыше – уже твердые вещества, парафины. К нафтенам относят алициклические углеводороды состава CnH2n, CnH(2n-2) и CnH(2n-4).

В нефтях содердится преимущественно циклопентан С5Н10, циклогексан С6Н10 и их гомологи.

Арены (ароматические углеводороды).

Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом. Содержание водорода в нефтях колеблется в широких пределах, но в среднем может быть принято на уровне 10-12% тогда как содержание водорода в бензоле 7,7%. А что говорить о сложных полициклических соединениях, в ароматических кольцах которых много ненасыщенных связей углерод-углерод! Они составляют основу смол, асфальтенов и других предшественников кокса.

Кроме углеродной части в нефти имеются асфальто-смолистая составляющая, порфирины, сера и зольная часть.

Асфальто-смолистая часть – темное плотное вещество, которое частично растворяется в бензине. Растворяющуюся часть называют асфальтеном, а нерастворяющуюся, понятно, смолой.

Порфирины – особые органические соединения, имеющие в своем составе азот. Многие ученые полагают, что когда-то они образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

Серы в нефти бывает довольно много – до 5%, и она приносит немало хлопот нефтяникам, вызывая коррозию металлов.

Зольная часть. Это то, что остается после сжигания нефти. В золе, обычно содержатся соединения железа, никеля, ванадия и некоторых других веществ. Об их использовании мы поговорим в дальнейшем.

Методы очистки топлив

  • Для снижения концентрации кислых продуктов (органиче­ских кислот, сероводорода) дистиллят обрабатывают раствором щелочи, а затем промывают чистой водой.
  • Для удаления смол дистиллят очищают серной кислотой, а затем последовательно промывают щелочными растворами и чистой водой.
  • Дистиллят с большим содержанием сернистых соединений подвергают гидрогенизации в присутствии катализатора (гидроочистке), в результате чего содержание серы в топливе снижается в 10…20 раз.

— При изготовлении зимних сортов дизельных топлив из них удаляют парафиновые углеводороды, имеющие высокие температуры плавления. Процесс депарафинизации заключается в смешивании топлива с карбамидом, образующим кристаллические комплексы с парафинами нормального строения, и последующей его фильтрации. Очищенное таким образом топливо сохраняет текучесть до —60 °С.

Методы очистки масел

  • С 70-х годов XIX века для очистки масел применяют концент­рированную серную кислоту, которая растворяет смолы и некоторые сернистые соединения, и щелочь.
  • Очень широко для очистки масел используют отбеливающие глины, на поверхности которых адсорбируются смолы, серная и органические кислоты и другие вещества. Зачастую контактная очистка с помощью глины заменяет обработку кислого масла щелочью.
  • Селективным методом очистки с помощью фенола и фурфу­рола получают масло с высокой химической стабильностью, т.е.

масло-рафинат, и экстракт-смолку, которую используют как присадку к трансмиссионным маслам.

Методы переработки нефти.

Переработку нефти, в зависимости от качества используемого сырья и характера производимых продуктов, осуществляют разными методами. Все методы нефтепереработки можно разделить на два вида: физические и химические. К первым относится перегонка, ко вторым — крекинг, пиролиз и др.

Перегонка представляет собой процесс разделения нефти как сложной жидкости на отдельные фракции (части).

В основе такого процесса лежит метод раздельной конденсации паров веществ, составляющих нефть. Обычно перегонка производится в две стадии. Вначале из нефти под атмосферным давлением выделяют моторное топливо, получая в остатке мазут, а затем под вакуумом мазут перерабатывают.

Перегонка нефти производится на атмосферных или атмосферно-вакуумных установках, состоящих их трубчатой печи , ректификационной колонны , теплообменников , насосов и других аппаратов.

Трубчатая печь — это устройство, внутри которого помещена система стальных труб, обогреваемых теплом сжигаемого горючего газа или мазута. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный стальной цилиндр высотой до 40 м разделенный внутри горизонтальными перегородками (барботажными тарелками) на отделения.

Пройдя ряд теплообменников, нефть попадает в змеевики трубчатой печи, где нагревается до 320 «С. При этом наиболее легкие углеводороды нефти закипают, переходя в газообразное состояние. Смесь жидкости и паров попадает в нижнюю часть ректификационной колонны и здесь разделяется. Пары устремляются вверх, проходя. Через отверстия в тарелках, а жидкая, неиспарившаяся часть нефти (мазут) стекает вниз.

Выделенные из нефти при перегонке вещества (дистилляты) являются полупродуктами. Чтобы получить товарные нефтепродукты, дистилляты очищают и, если необходимо, вторично ректифицируют. Например, бензиновый дистиллят при разгонке дает различные марки автомобильного и авиационного бензина, уайт-спирита (лаковый бензин) и другие продукты.

Задача №61

При сгорании 2 кг топлива получено 93766,4 кДж теплоты и 2,9 кг паров воды. Определить максимально возможное количество теплоты (кДж), полученное при сгорании и элементарный состав топлива (% масс.), считая его углеводородным.

Решение .

Q низ. =Qвыс. -2512,08×q

где – высшая теплота сгорания, т.е. количество теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива, включая теплоту, выделившуюся при конденсации воды, которая образуется за счет сгорания водорода, входящего в состав топлива, кДж; – количество теплоты, выделившейся при сгорании 1 кг топлива, не учитывает теплоту, выделившуюся при конденсации паров воды. По условиям задачи сгорает 2 кг топлива, поэтому количество теплоты и паров воды делим на 2 кг. Получаем 93766,4 кДж/2=46833,2 кДж; 2,9кг/2=1,45 кг.

Q выс. = Qниз. + 2512,08×q.

Q выс. = 46833,2 + 2512,08×1,45=50475,716

H 2 O

М(Н)=1 г/моль; М(Н2 О)=18 г/моль.

Составим соотношение:

H 2 O

1,45×10 3 х

x = m(H) =(1,45*10 3 *2)/18=161,11(г)=0,161 кг

Это масса водорода, содержащегося в топливе.

3. По условию задачи масса сгоревшего топлива 1 кг, в нем содержалось 0,161 кг водорода и, следовательно, 0,839 кг углерода, что составляет 16,1% водорода ( Н ) и 83,9% углерода (С ) соответственно.

Задача №91