Контрольная работа по "Химии нефти и газа"

Задание 3.

Найти среднюю молекулярную массу  нефтяных фракций по их физическим характеристикам: начало кипения н.к. °С, конец кипения к.к. °С, характеристический фактор К, абсолютная плотность при 20°С ρ кг/м³. Фракция А н.к. = 130, к.к. = 170, К = 10,8; фракция В н.к. = 490, к.к. = 440. К = 12,2; фракция С r = 755; фракция D r = 905. Определить среднюю молекулярную массу смеси этих фракций, если они смешиваются:

в мольном соотношении A/B/C/D как 4/9/7/1;

в массовом соотношении A/B/C/D как 8/2/3/6;

в объемном соотношении A/B/C/D как 5/3/4/8.

Решение:

Средняя температура кипения фракции  А:

t_ср = (t_нк + t_кк)/2 = (130+170)/2=150 ⁰С;

Фракции В:

t_ср = (490+440)/2 = 465 ⁰С.

Средняя молекулярную масса фракции  А по формуле Войнова:

М=(7*К-21,5)+(0,76-0,04*К)*t_{ср А}+(0,003K-0,00245)*t_{ср А} ² =

= (7*10,8-21,5)+(0,76-0,04*10,8)*150+(0,0003*10,8-0,00245)*150² = 121,1 г/моль

Средняя молекулярная масса фракции  B по формуле Войнова:

М = (7*12,2-21,5)+(0,76-0,04*12,2)*465+(0,0003*12,2-0,00245)*465² = 452,0 г/моль

Относительные плотности фракций  С и D

r¹⁵₁₅=r²⁰₄ + (0,0035/r²⁰₄ ) = 0,755+(0,0035/0,755) = 0,759

r¹⁵₁₅= 0,905+(0,0035/0,905) = 0,909

Средняя молекулярная масса фракции  С по формуле Крэга:

М = (44,29*r¹⁵₁₅)/(1,03-r¹⁵₁₅)= (44,29*0,759)/(1,03-0,759) = 124,04 г/моль

Средняя молекулярная масса фракции  D по формуле Крэга:

М = (44,29*r¹⁵₁₅)/(1,03-r¹⁵₁₅) = (44,29*0,909)/(1,03-0,909) = 332,72 г/моль

Средняя молекулярная масса 1 смеси:

М=(4/21)*121,1+(9/21)*452,0+(7/21)*124,04+(1/21)*332,72 = 273,97 г/моль

Средняя молекулярная масса 2 смеси:

М=1/(8/19/121,1+2/19/452,0+3/19/124,04+6/19/332,72) = 168,58 г/моль

Плотность фракции А через формулу  Крэга:

М = 44,29*r¹⁵₁₅/(1,03-r¹⁵₁₅) отсюда

r¹⁵₁₅ = 1,03*М/(44,29+М) = 1,03*121,1/(44,29+121,1) = 0,750;

Плотность фракции В:

r¹⁵₁₅ = 1,03*452,0/(44,29+452,0) = 0,935

Средняя молекулярная масса 3 смеси:

М=((5/20)*0,750*121,1)+((3/20)*0,935*452,0)+((4/20)*0,759*124,04)+((8/20)*0,909*332,72)= 239,707 г/моль

 

Задание 4.

По физическим характеристикам  нефтяных фракций: фракция А °АРI = 61,5; фракция В °АРI = 22; фракция С ρ = 745 кг/м³; фракция D ρ = 900 кг/м³. Найти среднюю молекулярную массу смеси этих фракций, плотность смеси при температуре 20°С и плотность смеси при температуре t = 76°С, если они смешиваются:

в объемном соотношении A/B/C/D как 4/2/5/7;

в массовом соотношении A/B/C/D как 5/3/4/2;

в мольном соотношении A/B/C/D как 4/2/7/5.

Решение:

 Найдем плотности фракций  при 15°С

 Для A r¹⁵₁₅ =141,5/(°API+131,5)= 141,5/(61,5+131,5)=0,733

 Для В r¹⁵₁₅ =141,5/(°API+131,5)= 141,5/(22+131,5)=0,922

 Для С r¹⁵₁₅ =r²⁰₄+5*a=0,745+5*0,000844=0,749

 Для D r¹⁵₁₅ =r²⁰₄+5*a=0,900+5*0,000633=0,903

 Найдем средние молекулярные  массы фракций по формуле Крэга:

 Для A М=(44,29*0,733)/(1,03-0,733)=109,391

 Для В М=(44,29*0,922)/(1,03-0,922)=377,419

 Для С М=(44,29*0,749)/(1,03-0,749)=118,181

 Для D М=(44,29*0,903)/(1,03-0,903)=315,380

 Найдем абсолютную плотность  для фракций при Т=76°С 

 Для A ρ⁷⁶= ρ²⁰₄ -a*(76-20)=0,728-0,00087*(76-20)=0,680

 Для В ρ⁷⁶= ρ²⁰₄ -a*(76-20)=0,918-0,00062*(76-20)=0,870

 Для С ρ⁷⁶= ρ²⁰₄ -a*(76-20)=0,745-0,000844*(76-20)=0,696

 Для D ρ⁷⁶= ρ²⁰₄ -a*(76-20)=0,900-0,00087*(76-20)=0,851

 Найдем среднюю молекулярную  массу 1 смеси:

М=1/((4/18)*0,729*109,391+(2/18)*0,919*377,419+(5/18)*0,745*118,181+(7/18)*0,900*315,380)= 216,825

 Найдем среднюю молекулярную  массу 2 смеси:

 М=1/((5/14)*109,391+(3/14)*377,419+(4/14)*118,181+(2/14)*315,380)=

=149,184

 Найдем среднюю молекулярную  массу 3 смеси:

 М=(4/18)*109,391+(2/18)*377,419+(7/18)*118,181+(5/18)*315,380=199,809

 

Ответ:

 

Фракция.	Абсолютная плотность  при 20°С	кг/м3	Относительная плотность  при 15°С	кг/м3
А	728,876	0,733	109,391	680,156
В	918,789	0,922	377,419	870,069
С	745,000	0,749	118,181	696,280
D	900,000	0,903	315,380	851,280
Смесь
4/2/5/7 объемная	821,004		216,825	779,676
5/3/4/2 массовая	790,228		149,184	748,900
4/2/7/5 мольная	839,554		199,809	798,226

 

Задание 5.

Найти абсолютную и относительную  плотность газа при нормальных условиях (t = 0°С, Р = 1 атм), а также плотность этого газа при температуре t = 130°С и давлении Р = 0,78 МПа. Состав газа мас.% следующий: азот 2, углекислый газ 3, сероводород 1, метан 37, этан 18, пропан 15, изо-бутан 7, н-бутан 8, н-пентан 9.

Решение:

Молекулярные массы газов:

азот -28 г/моль;

углекислый газ -44 г/моль;

сероводород -34 г/моль;

метан -16 г/моль;

этан -30 г/моль;

пропан -44 г/моль;

изо-бутан -58 г/моль;

н-бутан -58 г/моль;

н-пентан -72 г/моль.

Средняя молекулярная масса смеси

М=(2+3+1+37+18+15+7+8+9)/(2/28+3/44+1/34+37/16+18/30+15/44+7/58+8/58+9/72)=

=26,274 г/моль

Относительная плотность газа

r_отн= М_газа/М_возд = 26,274/28,9= 0,909

Абсолютная плотность газа

r_абс= М_г /22,4 = 26,274/22,4= 1,173 кг/м³

Плотность газа при t = 130°С и давлении Р = 0,78 МПа

r= (М_г/22,4)*(273*P/Т) = (26,274/22,4)*(273*7,8/273+130)= 6,198 кг/м3

 

Задание 15.

Классифицируйте пластовую воду по классификациям Пальмера и Сулина изобразите ее солевой состав на колонке Роджерса. Если содержание ионов воде в мг/л составляет: хлор иона 9400; сульфат иона 5100; гидрокарбонат иона 13500; иона кальция 3200; иона магния 3000; иона калия 660 и иона натрия 3805.

 

Ионы	Концентрация ионов
	мг/л	а.е.м	мг-экв	%-экв
Cl-	9400	35,45	265,16	22,43
SO42-	5100	48,00	106,25	9,0
HCO3-	13500	61,00	221,31	18,72
Ca2+	3200	20,00	160	13,53
Mg2+	3000	12,00	250	21,15
К+	660	39,00	16,92	1,43
Na+	3805	23,00	162,43	13,74
Сумма			1182,07	100,00

 

Эквивалентный вес иона находят  отношением его ионного (М) веса к  валентности (V):

М^экв = М/V

для хлор-иона М^экв = 35,45/1 = 35,45 а.е.

мг-экв = m/M = 9400/35,45 = 265,16 мг-экв/л

для сульфат-иона М^экв = 96/2 = 48 а.е.

мг-экв = m/M = 5100/48 = 106,25 мг-экв/л

для гидрокарбонат-иона М^экв = 61/1 = 61 а.е.

мг-экв = m/M = 13500/61 = 221,31 мг-экв/л

для иона кальция М^экв = 40/2 = 20 а.е.

мг-экв = m/M = 3200/20 = 160 мг-экв/л

для иона магния М^экв = 24/2 = 12 а.е.

мг-экв = m/M = 3000/12 = 250 мг-экв/л

для иона калия М^экв = 39/1 = 39 а.е.

мг-экв = m/M = 660/39 = 16,92 мг-экв/л

для иона натрия М^экв = 23/1 = 23 а.е.

мг-экв = m/M = 3805/23 = 165,43 мг-экв/л

Σ_мг-экв = 1182,07 мг-экв/л

В процентном соотношении:

экв = мг-экв / Σ_мг-экв, полученные данные запишем в таблицу

Определим характеристики данной воды по классификации Пальмера:

По результатам расчета 

a = rNa⁺+rK⁺= 162,43+16,92 = 179,35

b = rMg²⁺+rCa²⁺= 250+160 = 410

d = rCl^-+rSO₄^2-= 265,16+106,25 = 371,41

Так как a<d<(a+b) – вода принадлежит к III классу,

В данной воде сумма процент-эквивалентов ионов щелочных металлов меньше, чем  сумма процент-эквивалентов сильных  кислот, следовательно, первичную соленость  составят все процент-эквиваленты  ионов щелочных металлов с равным им количеством процент-эквивалентов ионов сильных кислот.

Первичная соленость этой воды равна:

S₁= (Na⁺+ K⁺)*2=(13,74+1,43)*2= 30,35

Так как все процент-эквиваленты  ионов щелочных металлов истратились  на первичную соленость, то первичная  щелочность у данной воды отсутствует,

т.е. A₁ = 0.

Вторичная соленость этой воды равна  оставшемуся после соединения с  ионами щелочных металлов количеству процент-эквивалентов сильных кислот с равным им количеством процент-эквивалентов ионов щелочноземельных металлов:

 S₂=(Cl^-+ SO₄^2-- S₁/2)*2= (22,43+9-30,34/2)*2 = 32,53

Вторичную щелочность данной воды составят процент-эквиваленты ионов щелочных металлов, оставшиеся в избытке после  их соединения с процент-эквивалентами  ионов сильных кислот, с равным им количеством процент-эквивалентов ионов слабых кислот.

A₂=(Ca²⁺+ Mg²⁺-S₂/2)*2= (13,53+21,15-32,52/2)*2 = 36,85

Классифицируем данную воду по классификации  Сулина:

а) подсчитаем коэффициент r(Na⁺+K⁺)/rCl^-. Для рассматриваемой воды он равен

r(Na⁺+K⁺)/rCl^-= (162,43+16,92)/265,16 = 0,68

т.е меньше единицы. Значит рассматриваемая  вода относится к типу хлормагниевых  или хлоркальциевых.

б) определим величину соотношения  rCl^--r(Na⁺+K⁺)/rMg₂⁺

rCl^--r(Na⁺+K⁺)/ rMg₂⁺= (265,16-(162,43+16,92))/250 = 0,34

т.е меньше единицы, значит рассматриваемая  вода относится к хлормагниевым.

с) определим величины соотношений  rCl^-/ rHCO₃^- и rCl^-/ rSO₄^2-

rCl^-/ rHCO₃^- = 265,16/221,31 = 1,2

rCl^-/ rSO₄^2- = 265,16/106,25 = 2,49

т.е. они оба больше единицы. Значит вода относится к группе хлоридных  вод

д) Определим величину соотношения  rMg²⁺/ rCa²⁺

rMg²⁺/ rCa²⁺= 250/160 = 1,56

т.е. больше единицы, значит вода относится  к подгруппе магниевых вод.

Запишем формулу воды по Пальмеру A₂S₂S₁, доминирующей характеристикой Пальмера является первичная щелочность S₂,а следовательно вода относится к классу S₂.

Получившиеся результаты нанесем  на колонку Роджерса:

 

Характеристика воды по Пальмеру:

Вода III класса

А₂ = 36,85

S₂ = 32,53

S₁ = 30,35

 

 

Характеристика пластовой воды по Сулину

Тип – IV хлоркальциевый

Группа – хлоридных вод

Класс – S₁

Подгруппа – магниевых вод