Кристаллизация с удалением части растворителя за счет выпаривания влаги (изогидрическая) . Введем обозначения: тпер, ткр, тм - массы исходного пересыщенного раствора, кристаллов и маточного (межкристального) раствора, кг (кг/с); впер, вм - массовая доля сухих веществ в пересыщенном и маточном...

Материальный и тепловой балансы процессов горения

Горение, как и любой химический процесс, подчиняется основным законам природы (например, закону сохранения вещества и энергии), что позволяет теоретически оценить количество окислителя, необходимого для горения веществ и материалов; состав и объем продуктов горения; количество выделившегося тепла; температуру...
(ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА)

Материальный баланс.

По закону сохранения массы количество поступающих веществ ^GH должно быть равно количеству веществ GK , получаемых после завершения процесса, т.е. без учета потерь: Однако в практических условиях неизбежны потери веществ (?Gn), поэтому Материальный баланс составляют как для отдельного процесса, так и...
(ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ)

Материальный баланс.

Общее количество выпаренной влаги определяется по уравнению (6.8). На основе уравнения (6.7) могут быть рассчитаны концентрации растворов между корпусами. Например, для двухкорпусного выпарного аппарата концентрация после первого корпуса определяется по уравнению где Wi - расход выпаренной влаги...
(ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ)

Теплообмен в замкнутой системе. Уравнение теплового баланса

Если систему из нескольких тел изолировать и создать условия для их теплообмена между собой, то установится тепловое равновесие. В результате теплообмена тела будут иметь одинаковую температуру. Этот факт является опытным и наблюдается во всех случаях теплообмена (иногда его рассматривают как нулевой...
(МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА)

Тепловой баланс при сварке

Основная доля тепловой энергии при точечной, рельефной и шовной сварке генерируется за счет действия объемно распределенного источника. Роль второстепенных источников в обшем тепловом балансе считается незначительной. Их доля не превышает порядка 10% от всей генерируемой энергии на участке между электродами,...
(ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ: ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ)

(ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ)

Материальный баланс является основой всех технологических расчетов. По данным материального баланса определяются размеры и число необходимых аппаратов, расход сырья и вспомогательных продуктов, вычисляются расходные коэффициенты по сырью, выявляются отходы производства.

Материальный баланс представляет вещественное выражение закона сохранения массы применительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход) равна массе веществ, полученных в этой операции (расход), что записывается в виде уравнения баланса Σm приход = Σm расход.

Статьями прихода и расхода в материальном балансе являются массы полезного компонента сырья (m 1), примесей в сырье (m 2), целевого продукта (m 3), побочных продуктов(m 4), отходов производства (m 5) и потерь (m 6), поступивших в производство или на данную операцию:

m 1 + m 2 = m 3 + m 4 + m 5 + m 6

Материальный баланс составляется на единицу времени (час), на единицу выпускной продукции, на один производственный поток или на мощность производства в целом.

Таблица материального баланса для непрерывных процессов размещается на принципиальной технологической схеме внизу или на отдельных листах в следующем виде:

Таблица 3.1 - Материальный баланс непрерывного процесса

т.е. для каждого потока указывается его состав, расход в кг/час и нм 3 /час. Номера потоков проставляются на технологической схеме.

Для периодических процессов материальный баланс составляется в виде таблицы 3.2.

Таблица 3.2 – Материальный баланс периодического процесса

На основании общего материального баланса производства определяются расходные коэффициенты сырья и вспомогательных материалов, необходимые для оценки экономической эффективности производства. Расходные коэффициенты сырья и вспомогательных материалов следует проводить в виде таблицы 3.3.

Таблица 3.3 – Расходные коэффициенты сырья и вспомогательных материалов

При составлении материальных балансов в качестве исходных данных могут быть заданы следующие величины.

1. Годовая производительность по готовому продукту в т/год, которую для расчета надо перевести в кг/ч (приняв во внимание фактическое число часов работы установки в год).

2. Состав исходного сырья и готового продукта. Если сырьё имеет очень сложный состав, то для расчета материального баланса можно принять условный, но вполне определенный состав. Соответственно принятому составу сырья рассчитывается состав продуктов реакции.

3. Основные технологические параметры (температура, давление, мольное или массовое соотношение между реагентами), данные по конверсии и селективности. Конверсию и селективность можно принять на основе литературных и производственных данных или данных лабораторных исследований.

4. Потери на каждой стадии процесса. Технологические потери возникают вследствие уноса части продуктов реакции с абгазами или с выводимыми потоками за счет частичного растворения, неполного извлечения в массообменных процессах (абсорбции, экстракции, ректификации и т.п.). Данные потери задаются или их значения выявляются на производственной практике. Если в проекте заложены новые процессы и аппараты, то необходимо провести предварительный расчет этих процессов для нахождения указанных величин.

Все недостающие данные для составления материального баланса находят расчетным путем, основываясь на закономерностях химико-технологических процессов.

При выполнении расчетов по составлению материальных балансов необходимо ясно представлять сущность процессов, протекающих на различных стадиях в том или ином аппарате. Целесообразно придерживаться следующего порядка:

1. Составить технологическую схему процесса (без вспомогательного оборудования – насосов, компрессоров и т.д.) с нанесением всех аппаратов, где происходят изменения составов и величин материальных потоков.

2. Составить уравнения химических реакций, протекающих в каждом из аппаратов, где имеет место химическое превращение. На их основе, если известны количество и состав выходящих из аппарата потоков, можно рассчитать необходимое количество исходных продуктов. И наоборот, если известны состав и количество исходных продуктов, то зная конверсию и селективность процесса, можно рассчитать состав и количество потока, выходящего из реакционного узла.

3. Нанести на схему все известные числовые данные о количественном и качественном составе потоков.

4. Установить, какие недостающие величины подлежат определению расчетным путем, и выяснить, какие математические соотношения надо составить для нахождения неизвестных величин.

5. Располагая всеми нужными соотношениями между известными и неизвестными величинами, а также необходимыми справочными данными, приступают непосредственно к расчету материальных балансов.

Ниже приводится порядок расчета материального баланса для наиболее общих случаев.

Пример 1. Известно:

─ производительность по готовому продукту, т/год;

─ качество сырья и состав готового продукта, % масс.;

─ степень извлечения или коэффициент выхода готового продукта на всех стадиях процесса;

─ составы всех выходящих с установок производства потоков.

Материальный баланс в этом случае составляется в следующей последовательности:

1. Определяется в готовом продукте содержание целевого компонента и других примесей (кг/ч).

2. Зная потери целевого продукта на каждой стадии (Р i) определяют, какое количество целевого компонента должно содержаться в исходной реакционной массе:

С р.м. = С пр (100 + Σ % Р i),

где С р.м. ─ содержание целевого компонента в исходной реакционной массе;

% Р i ─ доля потери целевого компонента на каждой стадии;

п ─ число стадий процесса.

Пример 2. Известно:

─ производительность по готовому продукту в т/год;

─ показатели процесса ─ селективность, конверсия, соотношение исходных компонентов;

─ состав исходного сырья.

В этом случае удобно производить расчет материального баланса на

1000 кг перерабатываемого сырья. Расчет производится в следующей последовательности:

1. На основании данных по составу сырья, конверсии, селективности, соотношению исходных реагентов, по уравнениям реакций определяют состав и величину потока реакционной массы.

2. Проводят расчеты по определению величины потоков, входящих и выходящих из аппаратов, с учетом содержания целевого продукта в выходящих потоках.

3. Определяют выход готового продукта на 1000 кг перерабатываемого сырья. Затем определяют коэффициент пересчета на заданную производительность по готовому продукту по формуле:

где q з ─ заданная производительность по готовому продукту;

q ─ количество готового продукта, полученного при переработке 1000 кг сырья.

4. Составляется общий и постадийный материальный баланс производства с учетом коэффициента пересчета.

Пример 3. Известно:

─ производительность по готовому продукту, содержание в нем целевого компонента;

─ основные показатели процесса ─ конверсия, селективность, условия процесса, соотношения исходных компонентов.

В этом случае отсутствуют данные по степени извлечения основных компонентов, составу промежуточных потоков на стадиях разделения продуктов реакции.

Для составления материального баланса производства удобно проводить расчет на 1000 кг сырья или одного из исходных компонентов в последовательности, изложенной во втором примере.

Однако в данном случае для нахождения значений концентраций компонента в промежуточных потоках необходимо провести предварительный расчет аппаратов (конденсатора, сепаратора, ректификационной колонны и т.д.). Для этого задаются условиями работы аппарата (по производственным или литературным данным) и зная состав и количество потока, поступающего в аппарат, рассчитывают состав и количество потока, выходящего из аппарата и наоборот. При этом необходимо подобрать такие условия работы аппарата, которые обеспечивали бы максимальную степень извлечения полезного компонента, были бы экономически выгодными и при этом обеспечивались бы требования к качеству готового продукта и к нормам выбросов в атмосферу или в сточные воды.

Таким образом, общий материальный баланс производства (установки) включает только потоки, входящие и выходящие с производства, а материальные балансы аппаратов включают характеристики входящих и выходящих потоков данного аппарата.

В расчетно-пояснительной записке дипломного проекта при оформлении результатов расчета материального баланса должны быть приведены все имеющие место в процессе уравнения химических реакций и представлены проведенные по ним расчеты.

В технологии органических веществ часто используются схемы с рециркуляцией потоков. В этом случае составление материального баланса установки усложняется. Главной задачей расчета с рециркуляцией является определение по заданному количеству перерабатываемого сырья выхода целевого продукта и суммарных загрузок каждого аппарата.

Простейшая схема такой установки имеет вид:

I ─ блок смешения; II ─ реакторный блок; III ─ блок разделения продуктов реакции.

q 1 ─ поток свежего сырья;

q 4 ─ поток готового продукта;

q 5 ─ газы продувки;

q 6 ─ поток рециркуляции.

Рисунок 3.1 ─ Схема процесса с рециркуляцией и отдувкой части потока

Исходя из заданной производительности по готовому продукту, всегда можно определить, сколько его должно содержаться в потоке q 4 , выходящем из реактора. Из данных по конверсии и селективности, которые бывают заданы при проектировании, и используя уравнения химических реакций, можно определить величину потока q 3 и его компонентный состав (содержание основных и побочных продуктов).

Зная количество и состав потока q 3 , можно определить количество и состав потока q 2 , используя уравнения химических реакций. При расчете потока q 2 необходимо принять во внимание содержание в нем инертов, концентрация которых обычно задается или регламентируется исходя из технологических соображений. Количество инертов должно быть учтено и в последующих потоках.

Величина потока q 4 и его состав определены производительностью установки по готовому продукту и требованиями к нему, которые, как правило, задаются.

Для составления материального баланса всей установки и определения нагрузки на отдельные аппараты необходимо определить величину потоков q 1 , q 4 , q 6 и состав потока q 4 , q 6 (состав q 1 обычно задается при проектировании или определяется в дальнейшем с учетом конверсии и селективности процесса).

Методы составления и расчета материальных балансов приведены в литературе .

Характер разработки залежи может быть определен заранее с помощью уравнения материального баланса , учитывающего такие переменные факторы, как объемы пластовых флюидов, пластовые давления и температуры, сжимаемость, товарные объемы нефти и газа и степень продвижения воды в залежь. Правильнее было бы сказать, что это целый комплекс уравнений , с помощью которого инженер-промысловик может рассчитать объемы нефти, газа и законтурной воды в пласте и предсказать характер и величины изменений этих объемов в будущем. Но их рассмотрение выходит за рамки данной книги. Следует лишь твердо помнить, что нефтегазоносный пласт характеризуется многими взаимосвязанными переменными факторами и что изменение одного из них может оказаться закономерной причиной изменения других факторов. Точность прогнозирования таких изменений зависит от точности используемых данных при решении уравнений с различными переменными. На основе данных о предшествующей разработке залежи можно сделать достаточно объективные количественные или полуколичественные прогнозы относительно поведения этой залежи в будущем.

Знание физических законов, на которых основано уравнение материаль­ного баланса, позволяет производить переоценку некоторых представлений, сложившихся в начальный период разработки залежи. Например, если пластовое давление в процессе разработки снижается медленнее, чем предполагалось по предварительным расчетам, то это свидетельствует о каком-то дополнительном источнике питания пласта. Так, на месторождении Мара в западной Венесуэле характер добычи нефти из продуктивного пласта в меловых отложениях не соответствовал уравнению материального баланса. Исследования показали, что эта залежь дополнительно подпитывалась из залежи в фундаменте (см. стр. 125 и фиг. 6-31). Если обнаруживается, что в какой-то части залежи пластовое давление и дебиты скважин поддерживаются на высоком уровне, несмотря на их общее снижение на всей остальной площади залежи, то это может служрггь указанием на возможность существования еще не разведанных участков месторождения и, таким образом, привести к открытию новых значительных запасов нефти .

Уравнение материального баланса для ГЗ это одно из основных соотношений исп-ующиеся при расчете показателей разр-ки и анализе разр-ки.

Согласно принципу материального баланса

М ост (t) = М н - М доб (t) (1)

где М ост (t) – масса оставшегося г в пласте на момент времени t; М доб (t) – масса извлеченного г в пласте на момент времени t.

W н - начальный геометрический объем поровый залежи

Средняя газонасыщенность пласта

W н =const – начальный газонасыщенный объем залежи

Перепишем соотношение (1) через газонасыщенный объем залежи и соответствующие плотности газа.

W н r(t)= W н r Н -М доб (t) (2)

r=r(P,T) (3); Т пл =const (4);

r=r(Р,Т пл) (5)

r(t)= r( (t), Т пл) (6)

r Н = r(Р Н, Т пл) (7)

По з-ну Клайперона-Менделеева для любого давления и любой тем-ры можно записать соотношение:

r=Р×Т ст ×r ст /(z(Р,Т)××Р ст ×Т) (8)

Тогда из (6) следует, что

r t = (t)×Т ст ×r ст /(z( (t),Т пл)×Р ат ×Т пл) (9);

А из (7) будет следовать, что

r н =Р н ×Т ст ×r ст /(z(Р Н, Т пл)×Р ат ×Т пл) (10)

Обозначим z( (t),Т пл)= z̃

z(Р Н, Т пл)=z Н

Подставим соотношение (9)и (10) в (2) и получим

W н (t)×Т ст ×r ст / (z̃ Р ст ×Т пл)= W н Р н ×Т ст ×r ст /(z Н Р ст ×Т пл) - М доб (t) (11)

(t)/ z̃с М доб (t)/( W н Т ст ×r ст) (12)

Q доб (t)= М доб (t)/ ×r ст – объем добытого газа на момент времени t, приведенный к стандартным условиям.

Уравнение материального баланса при ГР следующие:

(t)/ z̃= Р н / z Н - Р ст ×Т пл Q доб (t)/ ( W н Т ст) (13)

24. 29 Определение запасов газа газовой залежи по падению пластового давлеия. Графический и аналитические способ обработки данных разработки. При опр-ении начальных (дренируемых) запасов г исп-ют метод падения Р пл. Извлекаемые промышленные запасы - это запасы г, к-е можно извлечь до достижения экономически рентабельного отбора из мест-я. Извлекаемые запасы г, опр-яемые конечным коэф-нтом газоотдачи. В основе метода лежит уравнение материального баланса для ГЗ.

Опр-ив средние Р пл и соответствующие им добытые кол-ва г на различные моменты, по уравнению материального баланса с исп-нием метода наименьших квадратов можно вычислить газонасыщенный объем порового пространства aW н, а затем и запасы г. Для более правильного опр-я запасов г по падению среднего Р пл промысловые данные подвергают графической обработке. Это позволяет исключить из рассмотрения дефектные точки. Графический метод обработки промысловых данных позволяет с большей наглядностью опр-ять режим залежи, момент начала активного продвижения воды.

Уравнение материального баланса при ГР:

(t)/z()=P н /z н -Р ат Q доб (t)T пл /(aW н ×Т ст) (1)

Будем откладывать по оси абсцисс отобранные объемы г Q доб, по оси ординат - /z() на разные моменты времени. Из уравнения (1) следует, что в этих координатах зав-мость /z()=f представляет собой прямую линию. При Q доб =0 из (1) вытекает, что /z()=P н /z н. При (t)=0 из (1) получаем:

Q доб (t)=aW н ×P н ×Т ст /(z н ×Р ат ×Т пл) (2)

Правая часть уравнения - начальные запасы г в пласте, приведенные к Р ат и Т ст. Следовательно прямая линия отсекает на оси абсцисс отрезок с координатой, равной начальным запасам г в пласте, приведенным к ст.у.

Если зав-мость /z()=f имеет начальный прямолинейный участок и выполняются достаточные условия для опр-я режима залежи, то можно экстраполировать данный участок до оси абсцисс с целью оценки начальных запасов г в пласте.

Из предыдущих рассуждений следует, что при ВНР зав-мость /z()=f криволинейная в отличие от прямой для ГР. Следовательно, в результате обработки промысловых данных в координатах /z()-Q доб (t) можно установить режим мест-я, а также оценить начальные запасы г в пласте. В начале разр-ки поступление воды в залежь может не оказывать существенного влияния на изменение среднего Р пл, т.е. начальный участок зав-ти /z()=f часто прямолинеен, и изменение Р пл описывается уравнением, справедливым для ГР. Экстраполяция подобных прямолинейных отрезков до оси абсцисс для опр-я начальных запасов г в пласте недопустима.

Накоплен значительный опыт применения метода падения среднего Р пл для опр-я запасов г в пласте. Анализ зав-ти /z()=f и других факторов во многих случаях позволил достоверно установить режим разрабатываемых мест-й. Метод падения Р пл следует исп-ть при отборе из пласта 5-10 % запасов г. Объясняется это тем, что обнаружить заметное изменение во времени среднего Р пл можно лишь в период второй фазы неустановившейся фил-и г, когда Р падает в каждой точке пласта.

При ВНР все чаще для опр-я начальных запасов г применяется метод материального баланса. Согласно этому методу на последние несколько дат строятся карты равных значений отметок ГВК. По этим картам и коэф-нту остаточной газонасыщенности оцениваются объемы поступившей в залежь воды и защемленного г на рассматриваемые даты. После этого с исп-нием уравнения материального баланса для водонапорного режима находятся запасы г на основе фактических данных разр-ки на требуемые даты. Искомая величина запасов устанавливается в результате усреднения полученных данных на разные даты.

При разработке газоконденсатной залежи в пласте при снижении Р ПЛ до Р Р в пласте выпадает конденсат. Уравнение материального баланса имеет вид:

т.е. начальная масса М Н газоконденсатной смеси в пласте равна сумме текущей массы газоконденсатной смеси в пласте М(t ) , массы выпавшего в пласт сырого конденсата к моменту времени t – М К (t ) и массы добытого М q (t ) пластового газа.

В случае газового режима уравнение материального баланса для газоконденсатной залежи можно записать в виде:

где:
– соответственно начальный газонасыщенный поровый объем

залежи и объем пор пласта, занятых выпавшим сырым конденсатом

к моменту времени t ,

–начальное и текущее среднее пластовое давление,

–коэффициенты сверхсжимаемости газоконденсатной смеси при Т ПЛ и

соответственно при Р Н и
,

–соответствующая плотность газа начального и текущего состава

приведена к Р АТ и Т О ,

–плотность выпавшего в пласт сырого конденсата на момент

времени t , приведенное к давлению
иТ ПЛ .

При определении массы добытого пластового газа на момент времени t используется следующее рекуррентное соотношение:

(возвратные последовательности, каждый следующий член которых, начиная с некоторого, выражается по определенному правилу через предыдущие)

где:
- масса добытого пластового газа на момент времениt – Δ t ,

Q q .С.Г. * (t - Δ t ) – добытое количество сухого газа на момент времени t и t – Δ t

соответственно, приведённое к Р АТ и Т О .

Δ t – шаг во времени

–объемный коэффициент сухого газа (коэффициент перевода газа в

пластовый газ)

Зависимость

,
,
, и
наиболее достоверно определяются в результате экспериментальных исследований с использованием бомбыPVT .

Часто используются зависимости по данным Рейтенбаха Г.Р., полученные для Вуктыльского месторождения, (Р Н = 37 МПа, Р Р = 33 МПа, конденсат содержит (500 см 3 /м 3) которые имеют вид:

1 – ρ к 2 - 1 – z 2 - β

Деформационные изменения в продуктивном пласте.

При разработке залежей газа приуроченных к карбонатным коллекторам, мы сталкиваемся с существенным изменением проницаемости и пористости коллектора при наличии трещиноватости.

Лабораторные исследования показали, что при снижении внутрипластового давления Р ПЛ коэффициенты пористости и проницаемости уменьшаются.

Экспоненциальная зависимость коэффициента пористости m от давления имеет вид:

где: – коэффициент пористости соответствующий давлениямР Н и Р ,

–коэффициент сжимаемости пор, 1/МПа .

Уравнение материального баланса для газовой залежи с деформируемым коллектором при допущении Z = 1 имеет вид:

(уравнение используется при Z ≥ 0,8 )

При деформации пласта – коллектора коэффициент газонасыщенности изменяется за счет уменьшения порового объема и расширения остаточной воды, т.е. текущий коэффициент газонасыщенности является функцией давления
.

Тогда уравнение материального баланса записывается в виде:

где:
– коэффициент объемной упругости жидкости

В

лияние деформации пласта – коллектора на зависимость
показано на графике.

1– зависимость при недеформированном коллекторе.

2– зависимость для деформируемого коллектора.

Вследствие деформации продуктивного коллектора кривая (2) располагается выше соответствующей кривой зависимости при отсутствии деформации (1), что объясняется уменьшением во времени порового объема залежи.

При = 0 линии (1) и (2) сходятся в одну точку, т.к. независимо от деформации пласта, добытое количество газа к моменту, когда= 0 должно быть равно начальным запасом газа в пласте.