Материальный баланс стадии разложения карбамидного комплекса

Приход	Расход
Продукты	Масса, г	%, (масс)	Продукты	Масса, г	%, (масс)
Комплекс			н-парафин
Вода			Водный раствор
			Потери
Итого:			Итого:

По данным материальных балансов найти выход комплекса по исходному керосину и содержание нормальных парафинов в исходном продукте.

Лабораторная работа №3. Депарафинизация нефтяных фракций методом низкотемпературной кристаллизации из раствора.

Теоретическая часть

Парафин – нежелательный компонент не только товарных топлив и масел, но и дорожных и строительных битумов. Одним из способов достижения требуемых низкотемпературных свойств смазочных масел является процесс низкотемпературной депарафинизации с растворителями. Парафин отрицательно влияет на такие эксплутационные свойства битумов, как прочность и прилипаемость к минеральным покрытиям. Депарафинизацию остаточного сырья (мазут, гудрон) производства битумов осуществлять технически и экономически нецелесообразно. Поэтому производство высококачественных битумов должно базироваться на подборе соответствующего вида сырья, а именно на малопарафинистых нефтях и природных битумах.

Парафин, так же как асфальтены и смолы, - структурирующийся компонент нефти. Надмолекулярные структуры парафина (ассоциаты) существуют при сравнительно низких температурах и тем в большем количестве, чем ниже температура системы. Появление надмолекулярных структур переводит нефтяную систему из стабильного в метастабильное состояние, способное к расслаиванию.

Одним из эффективных методов депарафинизации является кристаллизация твёрдых углеводородов из раствора в смеси полярных и неполярных растворителей. В нашей стране наибольшее применение получила смесь низкомолекулярного кетона (ацетон, метилэтилкетон) и ароматического углеводорода (толуол). Из исходного сырья предварительно удаляют смолисто-асфальтеновые вещества, отрицательно влияющие на формирование надмолекулярных структур н-алканов.

Определение парафина в нефти проводят по ГОСТ 11851-85 двумя методами: А и Б. Метод А заключается в предварительном удалении из анализируемой нефти смолисто-асфальтеновых веществ, их экстракции и адсорбции и последующем выделении парафина из обессмоленной нефти смесью ацетона и толуола при t=-20⁰С. При этом одновременно с парафином определяют содержание в нефти смол и асфальтенов. Метод Б заключается в предварительном удалении смолисто-асфальтеновых веществ из нефти вакуумной перегонкой с отбором фракции t=250 - 550⁰С и выделении парафина из этой фракции смесью спирта и эфира при t=-20⁰С.

Практическая часть

Цель работы – изучить методы депарафинизации нефтяных фракций.

Задачи работы– выделить парафин из раствора обессмоленной нефти в смеси полярных и неполярных растворителей методом низкотемпературной кристаллизации.

Реактивы: бензин-растворитель, сухой лёд, нефть обессмоленная, толуол, ацетон.

Посуда, приборы: низкотемпературная и масляная бани, весы, шкаф сушильный, насос водоструйный, фильтры Шотта (2шт.), колба Бунзена 250мл (2шт.), колба коническая 250мл (2шт.).

Выполнение работы

Депарафинизацию проводят на установке, представленной на рис.1.

В охладительной бане 2 укрепляют стеклянные воронки 1 с фильтрами. Баню заполняют спиртом или бензином-растворителем так, чтобы уровень жидкости был на 20-25мм выше плоскостей фильтров воронок 1, и добавляют маленькими порциями при перемешивании кусочки сухого льда или жидкий азот. Температуру бани доводят до t=-20 ± 1⁰С и поддерживают в течение времени, необходимого для выделения парафина. Под воронку 1, находящуюся в бане 2, подставляют для фильтрования под вакуумом колбу 7, тубус которой соединяют с водоструйным насосом.

Определяют массу конической колбы и помещают в неё обессмоленную нефть массой 1-3г. К взятой пробе нефти приливают смесь полярного растворителя и толуола. Соотношение растворителей и количество смеси по отношению к массе обессмоленной нефти задаётся преподавателем.

Колбу со смесью обессмоленной нефти и растворителя нагревают на водяной бане до полного растворения нефти, закрывают корковой пробкой и оставляют для медленного охлаждения до комнатной температуры. В баню с охлаждающей смесью, имеющую температуру t=-20 ± 1⁰С, помещают колбу рядом с воронками, стеклянную лопаточку, помещённую в пробирку, и растворитель (30мл), используемый для промывки парафина на фильтре.

Рис. 1. Прибор для определения парафина:

/ - фильтрующая воронка; 2 - металлическая баня, 3 - изолирующий материал (стекловата, пенопласт); 4 - резиновая пробка; 1 - зажим винтовой; б - резиновая трубка; 7 - колба с тубусом; 8 - фильтр; 9 - термометр

Застывшую в колбе массу перемешивают лопаточкой, быстро количественно переносят в воронку для фильтрования и включают насос для ускорения процесса. Подачу воды в насос регулируют так, чтобы растворитель стекал тонкой струйкой, не образуя трещин в кристаллической массе парафина. Оставшийся на стенках колбы парафин смывают 30мл растворителя, охлаждённого до t=-20 ± 1⁰С и быстро переносят в воронку для фильтрования и фильтруют.

Парафин на фильтре промывают охлаждённым растворителем два раза по 10-15мл. Вторую порцию растворителя наливают на парафин на фильтре только после того, как профильтруется полностью предыдущая порция и тщательно удаляют под вакуумом водоструйного насоса до появления трещин в слое парафина.

После окончания фильтрования из бани удаляют охлаждающую смесь, колбу для фильтрования с фильтратом снимают с воронки, под трубку воронки подставляют колбу, в которой охлаждалась обессмоленная нефть, и в баню наливают холодную воду, температуру которой постепенно доводят до 50 - 60⁰С, подливая горячую воду. Парафин на фильтре плавится и стекает в колбу. Остатки парафина на воронке смывают небольшими порциями толуола, подогретого до 60⁰С. Его количество обычно не должно превышать 30мл.

Колбу с раствором парафина в толуоле ставят в масляную баню и выпаривают в вытяжном шкафу, периодически продувая поверхность колбы резиновой грушей. Затем колбу с парафином помещают в сушильный шкаф и выдерживают при t=10 - 120⁰С в течение 30 минут.

Колбу с просушенным парафином переносят из сушильного шкафа в эксикатор и выдерживают в течение 50 минут, после чего определяют массу колбы с парафином. Массу парафина определяют как разность масс колбы с парафином и пустой. Для оценки качества полученного парафина определяют температуру его плавления по ГОСТ 23683-79. При получении температуры плавления ниже 50⁰С проводят повторное выделение парафина в той же колбе. Для разбавления парафина берут 5-10мл растворителя и далее повторяют все описанные выше операции.

Массовую долю парафина П,%, вычисляют по формуле

где m₁ – масса парафина, выделенного из обессмоленной нефти, г;

m – масса обессмоленной нефти, г.

Аналогично проводят несколько измерений (по заданию руководителя), меняя природу растворителя, соотношение растворителей (полярный растворитель к неполярному), соотношение растворитель: нефть. Полученные результаты представляются в виде таблиц (табл.8) и графически (например, зависимость массовой доли парафина П от количества растворителя, добавляемого к нефти).

Таблица 8