Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Расчет колонны выделения олигомеризата Кт-10




 

На разделение в колонну поступает продукт реакторов, состав смеси показан в таблице 3.

Таблица 3

Состав сырья колонны

Компоненты G, кг/ч х,% масс х, % мол
СО2 0,826801 0,0087 0,0000
H2 0,01226 0,0001 0,0000
N2 0,440603 0,0046 0,0000
Метан 0,239075 0,0025 0,0000
Этан 1,584638 0,0167 0,0001
Пропан 3,682674 0,0388 0,0002
Пропилен 86,48154 0,9103 0,0048
Изо-бутан 71,19607 0,7494 0,0054
Бутан 1341,696 14,1231 0,1027
Изо-бутен 443,3669 4,6670 0,0328
Бутадиен 14,27937 0,1503 0,0010
Бутен 861,8515 9,0721 0,0637
Транс-бутан 989,149 10,4121 0,0731
Цис-бутан 981,8526 10,3353 0,0726
С5+ 565,5043 5,9527 0,0536
Олигомеризат 4137,836 43,5562 0,5899
Итого

 

Физико-химические свойства для компонентов исходного сырья приведены в таблице 4. Расчет ведется по методике [15].

 

 

Таблица 4

Физико-химические свойства веществ

Компоненты М, кг/кмоль Ткип, К
СО2 44,00 195,00
H2 2,00 20,28
N2 28,00 77,40
Метан 16,04 111,40
Этан 30,07 184,40
Пропан 44,10 230,91
Пропилен 42,08 225,40
Изо-бутан 58,12 261,27
Бутан 58,12 272,50
Изо-бутен 56,11 266,10
Бутадиен 54,09 268,60
Бутен 56,11 266,40
Транс-бутан 56,11 273,88
Цис-бутан 56,11 276,72
С5+ 309,00
Олигомеризат (С6+) 108,25 389,00

 

Средняя молярная масса рассчитывается по формуле:

(2.1)

(кг/кмоль)

Производительность аппарата определяется по формуле:

  (2.2)

(кмоль/ч)

 

 

Расчет состава сырья

 

Исходное сырье, как многокомпонентная смесь была разделена на три компонента (псевдокомпонента):

1 псевдокомпонент – газы отдувки, ББФ;

2 псевдокомпонент – распределенный компонент ΣС5;

3 псевдокомпонент – олигомеризат С6+.

Вначале определяют среднюю температуру кипения фракции по формуле:

 

(2.3)

 

где, tн.к.- температура начала кипения фракции,°С,

tк.к. - температура конца кипения фракции,°С.

Молекулярные массы компонентов рассчитывают, используя формулу Б.М.Войнова, которая применима для определения молекулярной массы нефтяных фракции, парафиновых углеводородов и бензиновых фракции:

(2.4)

где,

Мi- молекулярная масса компонента, кг/кмоль,

tсрi- средняя температура кипения компонента, °С.

Находят мольные доли компонентов по известным массовым долям, по формуле:

 

(2.5)

 

где, хi- мольная доля компонента в сырье,

- массовая доля компонента в сырье,

Мi- молекулярная масса компонента.

Таблица 5

Расчет состава сырья

Псевдокомпонент М, кг/кмоль G, кг/ч х,% масс х,% мас.*М х, % мол
56,418 4796,659 50,491 28,486 0,356
72,000 565,504 5,953 4,286 0,054
108,256 4137,836 43,556 47,152 0,590
Σ 79,92

 

 

Таблица 6

Материальный баланс колонны

Компонент Данные по сырью Данные по остатку Данные по дистилляту
x, % мол Fi, кмоль φi Ri, кмоль xiR Di, кмоль yiD
0,3564 55,2868 0,0000 0,0000 55,2868 0,9985
0,0536 8,3182 0,99 8,2350 0,0826 0,0832 0,0015
0,5900 91,5138 1,00 91,5138 0,9174 0,0000 0,0000
  155,12   99,75 55,37

Определение режима работы колонны

Температуру верха колонны определяют методом постепенного приближения по уравнению равновесия фаз, путем подбора такого его значения, при котором константа фазового равновесия для давления верха колонны, будучи подставлена в уравнение, превращает его в тождество:

(2.6)

где,

yiD- мольная доля компонента в паре в дистилляте;

- константа фазового равновесия.

Давление в емкости орошения определяется по уравнению изотермы паровой фазы дистиллята путем последовательного приближения. Давление в емкости орошения П0 = 0,52 МПа.

Давление на верху колонны, учитывая гидравлическое сопротивление между колонной и емкостью орошения, принимается на 0,04 МПа больше, чем в емкости орошения:

(МПа) (2.7)

Такая температура будет равна 333 К.

Для идеальной системы значение равно отношению давления насыщенных паров данного компонента к давлению в системе и характеризует распределение данного компонента между паровой и жидкой фазами. Для реальных систем константа фазового равновесия, вычисленная этим методом, не дает вполне удовлетворительных результатов. Для реальных газов и растворов давление насыщенных паров Рнас. И давление в системе Р заменяют соответственно фугитивностью жидкости fж и паров fп. Константа фазового равновесия в этом случае рассчитывается по формуле:

(2.8)

 

где,

ki - константа фазового равновесия;

- фугитивность пара, Па;

- фугитивность жидкости, Па.

 

Фугитивность характеризует степень отклонения свойств реального газа от идеального. Фугитивность имеет туже размерность, что и давление. Фугитивность паров рассчитывают по формуле:

(2.9)

где,

- фугитивность пара, Па;

- коэффициент активности;

Р - давление в системе, Па.

Фугитивность жидкости рассчитывают по формуле:

 

(2.10)

где,

-фугитивность жидкости, Па;;

- коэффициент активности жидкости;

Рнас.- давление насыщенных паров, Па.

Для расчета давления насыщенных паров используют формулу Ашворта [15]

 

(2.11)

 

где,

Рнас.- давление насыщенных паров, Па;

Т – соответствующая температура, К;

Т0 – температура кипения фракции при атмосферном давлении, К;

, - функции температуры.

Функции температуры , выражаются уравнением:

(2.12)

 

где, Т- температура, К

Коэффициент активности является функцией приведенных температуры и давления. Поэтому значение коэффициента активности определяют графически [16].

Приведенной температурой называют отношение температуры вещества Т к его критической температуре Ткр:

 

  (2.13)

где,

Тпр - приведенная температура;

Т- температура вещества, К;

Ткр- критическая температура, К.

Приведенным давлением Рпр называют отношение давления вещества Р к его критическому давлению Ркр:

  (2.14)

где,

- приведенное давление паров;

Р – давление вещества (Рв), Па;

Ркр – критическое давление, Па.

 

 


Таблица 7

Режим работы верха колонны

Т = 333 К

Р = 0,56 МПа

f(T) = 6,80

Компонент yi ki xi fп γп fж γж Pнас,Па T0 f(T0)
0,998 0,980 1,019 463190,000 0,910 513702,766 0,890 577194,119 271,273 9,546
0,002 0,348 0,004 432650,000 0,850 185840,091 0,920 202000,099 309,000 7,711
0,000 0,022 0,000 402110,000 0,790 13310,829 1,000 13310,829 389,000 5,199
      1,023              

 

Продолжение таблицы 7

Компонент T кр, К Pкр, Па Tпр Pпрп Pпрж
431,475 3883149,059 0,77 0,13 0,15
469,620 3374000,000 0,71 0,15 0,06
533,000 2807500,000 0,62 0,18 0,00

Температуру низа колонны определяют методом постепенного приближения по уравнению равновесия фаз путем подбора такого ее значения, при котором константа фазового равновесия для давления низа колонны, будучи подставлены в это уравнение превращает его в тождество:

 

(2.15)

 

где,

- константа фазового равновесия;

- мольная доля компонента в жидкости в кубовом остатке.

С учетом сопротивления тарелок давление внизу колонны должно быть на 0,06 МПа выше, чем наверху:

 

(МПа) (2.16)

 

Такая температура равна Т=398 К.

Расчет аналогичен расчету для верха колонны, только при Рн = 0,569 МПа и Тн =398 К.

Общий расчет для всех компонентов представлен в таблице 6.

 


Таблица 8

Режим работы низа колонны

Т = 398 К

Р = 0,62 МПа

f(T) = 4,994

Компонент xi ki yi fп γп fж γж Pнас,Па T0 f(T0)
0,998 0,980 1,019 529170,000 0,930 1449394,584 0,780 1858198,184 271,273 9,546
0,002 0,348 0,004 506410,000 0,890 749494,409 0,870 861487,827 309,000 7,711
0,000 0,022 0,000 472270,000 0,830 117578,805 0,950 123767,163 389,000 5,199
Σ   1,023              

 

Продолжение таблицы 8

Компонент Tкр, К Pкр, Па Tпр Pпрп Pпрж
431,475 3883149,059 0,92 0,15 0,48
469,620 3374000,000 0,85 0,17 0,26
533,000 2807500,000 0,75 0,20 0,04

 

 


Давление в секции питания с учетом сопротивления укрепляющих тарелок принимается на 0,02 МПа выше давления на верху колонны:

(МПа) (2.17)

Расчет показан в таблице 7; температура сырья t = 110°С.

Таблица 9

Расчет температуры в секции питания

Компонент ki xf yf = ki∙ xf
3,038 0,236 0,717
1,610 0,047 0,075
0,267 0,722 0,193
  Σ 1,005 0,985

 

Расчет доли отгона и состава жидкой и паровой фаз сырья при подаче его в колонну

Мольную долю отгона е исходного сырья и составы фаз при температуре ввода сырья Тввода=383 К и Рf= 0,58 МПа рассчитывают аналитическим методом по формулам путем подбора такого значения е, при котором удовлетворяются данные равенства:

 

(2.18)

где, - мольная доля жидкой фазы сырья,

- мольная доля компонента в сырье,

- константа фазового равновесия,

е- мольная доля отгона.

(2.19)

где, - мольная доля паровой фазы сырья,

- мольная доля жидкой фазы сырья,

- константа фазового равновесия.

Таким значением мольной доли отгона будет е=0,25

Результаты расчета представлены в таблице 10

Т = 383 К

Р = 0,58 МПа

е = 0,25

f(T) = 5,343


Таблица 10

Режим работы секции питания

Компонент xi ki ki-1 e(ki -1) 1+e(ki -1) xf yf fп γп fж γ(ж)
0,356 3,038 2,038 0,509 1,509 0,236 0,717 497260,000 0,940 1510566,685 0,810
0,054 1,610 0,610 0,153 1,153 0,047 0,075 476100,000 0,900 766724,166 0,890
0,590 0,267 -0,733 -0,183 0,817 0,722 0,193 444360,000 0,840 118816,477 0,960
Σ       Σ 1,005 0,985        

 

Продолжение таблицы 10

Компонент Pнас, Па T0, К f(T0) Tкр, К Pкр, Па Tпр Pпрп Pпрж
1864897,143 271,085 9,556 431,329 3882233,37 0,92 0,14 0,48
861487,827 309,000 7,711 469,620 3374000,00 0,85 0,16 0,26
123767,163 389,000 5,199 533,000 2807500,00 0,75 0,19 0,04

 


Расчет режима минимального орошения

Режим минимального орошения является вторым предельным, при котором число теоретических тарелок в колонне равно бесконечности. В случае многокомпонентной смеси необходимо определить минимальное флегмовое число или минимального парового числа.

Определение минимального флегмового числа Rмин для укрепляющей части колонны будем определять по уравнению Андервуда методом постепенного приближения, зная состав исходного сырья, мольную долю отгона и составы верхнего и нижнего продуктов колонны.

По уравнению Андервуда методом подбора находят параметр j, беря значение для компонентов системы при Тввода.

 

(2.20)

где - коэффициент относительной летучести компонента,

- мольная доля компонента в сырье,

φ - параметр

е- мольная доля отгона.

Расчет параметра φ представлен в таблице 11.

Тср = 371,33 К

Рср = 0,536 МПа

φ =8,68

 


Таблица 11

Расчет параметра φ

φ = 8,68

Компонент ki αi xi αi*xi αi- φ αi*xii- φ
Компонент 1 2,013 16,255 0,356 5,793 7,575 0,765
Компонент 2 0,958 7,734 0,054 0,415 -0,946 -0,438
Компонент 3 0,124 1,000 0,590 0,590 -7,680 -0,077
            0,250

Минимальное флегмовое число для укрепляющей части колонны рассчитывают по следующему уравнению Андервуда:

 

(2.21)

 

где,

r min – минимальное флегмовое число,

φ- параметр,

yiD- мольная доля компонента в паре в дистилляте,

αi- коэффициент относительной летучести компонент.

Таблица 12

Расчет минимального флегмового числа

Компонент yDi φ*yDi αi- φ φ*yDii- φ
0,998 8,667 7,575 1,144
0,002 0,013 -0,946 -0,014
0,000 0,000 -7,680 0,000
Σ 1,000   Σ 1,130

 

Находят оптимальное флегмовое число по формуле Джилиленда:

 

(2.22)

По всей высоте укрепляющей части колонны флегмовое число принимается постоянным.

Минимальное паровое число sмин для отгонной части колонны может быть рассчитано по следующей формуле:

(2.23)

(2.24)

 

Материальные потоки секции питания

 

При расчете секции питания необходимо показать, что количества проходящих через нее потоков удовлетворяют уравнениям материального баланса для укрепляющей и отгонной частей аппарата.

Схематично потоки секции питания изображены на рис.7

 

Рис.7. Схема секции питания колонны

Fc – сырьевой поток; Vc – пары сырьевого потока; V0 – пары, поднимающиеся с верхней тарелки отгонной части; Vm – общий паровой поток, уходящий с питающей тарелки;

gc – жидкий сырьевой поток; gn – жидкий поток, стекающий с нижней тарелки укрепляющей части колонны; gm – общий поток жидкости, стекающей с питающей тарелки; R – поток тяжелого остатка; D – поток дистиллята

Расчет проводят в следующей последовательности:

- количество орошения, стекающего с нижней укрепляющей тарелки:

- количество паровой фазы сырья:

 

- количество жидкой фазы сырья:

- количество жидкости, стекающей на верхнюю отгонную тарелку:

 

- количество парового орошения, стекающего с верхней отгонной тарелки:

 

- количество паров, поступающих под нижнюю укрепляющую тарелку:

или

 

Число тарелок в колонне

Минимальное число теоретических тарелок в колонне определяется по уравнению Фенске-Андервуда:

(2.31)

Для определения числа теоритических тарелок в колонне используется уравнение

(2.32)

откуда:

(2.33)

Число рабочих тарелок в колонне рассчитывается по формуле:

Ввиду отсутствия надежного метода расчета среднего к.п.д. тарелки для колонн, разделяющих многокомпонентные смеси, его величина принимается равной ηТ = 0,65.

Число рабочих тарелок – 27.

Соотношение числа теоретических тарелок в укрепляющей и отгонной частях колонны определяется по уравнению Керкбрайда [17]:

 

(2.35)
 

Число тарелок в укрепляющей и отгонной частях колонны соответственно: 15 и 12.

Тепловая нагрузка конденсатора колонны

 

Тепловая нагрузка конденсатора-холодильника с достаточной точностью может быть найдена по уравнению:

(2.36)

(2.37)

(2.38)

(2.39)

(2.40)

(2.41)

(2.42)

Разность энтальпий паров нефтяных фракций при повышенном и атмосферном давлении зависит от приведенных давления Рпр и температуры Тпр:

(2.43)

по номограмме (рис.12 стр.35)(Сарданашвили)

– тепловая нагрузк конденсатора, кДж/ч

– мольный расход орошения, кмоль/ч

– энтальпия паров, уходящих с верха колонны, кДж/кмоль

– энтальпия орошения, кДж/кмоль

- молекулярная масса паров, уходящих с верха колонны, кг/кмоль

- молекулярная масса орошения, кг/кмоль

- энтальпия жидкой фазы орошения, кДж/кг

- энтальпия паровой фазы, уходящей с верха колонны, кДж/кг

= 103,87 (кмоль/ч)

= 28927,01 (кДж/кмоль)

= 1932,40 (кДж/кмоль)

26623,44 (кДж/кмоль)

= 57,33 (кг/кмоль)

= 57,86 (кг/кмоль)

= 116,07 (кДж/кг)

= 516,83 (кДж/кг), =12,72 (кДж/кг) для паров, уходящих с верха колонны

= 494,09 (кДж/кг), =22,87 (кДж/кг) для дистиллята

= 2434769 (кДж/ч) = 2,434 (ГДж/ч)

Тепловая нагрузка кипятильника колонны

 

Количество паров внизу отгонной части может быть найдено, если известно тепло кипятильника . Это тепло определяется из уравнения теплового баланса колонны [18]:

(2.44)

(2.45)
(2.46)
(2.47)

– энтальпия сырья подаваемого в колонну при t = 70°C, кДж/кмоль

– энтальпия паровой фазы сырья, кДж/ кмоль

– энтальпия жидкой фазы сырья, кДж/ кмоль

e – доля отгона

– энтальпия паров, кДж/кг

– энтальпия жидкости, кДж/кг

– молекулярная масса паровой фазы сырья, кг/кмоль

– молекулярная масса жидкой фазы сырья, кг/кмоль

= 27203,39 (кДж/кмоль)

= 38754,08 (кДж/моль)

=23353,15 (кДж/моль)

e = 0,25

= 595,83 (кДж/кг), =15,77 (кДж/кг)

= 246,15 (кДж/кг)

= 66,81 (кг/кмоль)

= 94,87 ( кг/кмоль)

(2.48)

– мольный расход кубового остатка, кмоль/ч

– энтальпия кубового остатка, кДж/кмоль

- энтальпия жидкой фазы кубового остатка, кДж/кг

– молекулярная масса кубового остатка, кг/кмоль

 

= 99,75 (кмоль/ч)

= 29370,25 (кДж/кмоль)

= 279,02 (кДж/кг)

= 105,26 (кг/кмоль)

= 2618800 (кДж/ч) = 2,618 (ГДж/ч)

Количество парового орошения внизу отгонной части определяется по формуле:

 

 

Диаметр колонны

Диаметр колонны определяется по ее верхнему (над верхней тарелкой) и нижнему (под нижней отгонной тарелкой) сечениям.

Количество паров на верху колонны равно:

Секундный объем паров составляет:

Плотность паров при температуре верха колонны равна:

Количество паров внизу колонны составит:

Максимально допустимая скорость паров в свободном сечении аппарата:

 

(2.54)

- коэффициент, зависящий от поверхностного натяжения на границе пар-жидкость, определяется по графику.

Поверхностное натяжение определяется по формуле Этвиша:

(2.55)

Диаметр колонны находят по формуле:

 

 

где - секундный объемный расход паров наверху колонны, м3/с;

- допустимая скорость паров в свободном поперечном сечении над верхней тарелкой колонны, м/с.

Таблица 13

Расчет диаметра колонны

Параметр Верхняя часть Нижняя часть
Vсек, м3 0,247 0,129
ρж, кг/м3 590,833 675,944
ρп, кг/м3 11,662 16,053
С 0,060 0,035
С' 0,039 0,023
hт, м 0,500 0,500
σ, Н/м 0,009 0,005
w, м/с 0,275 0,146
D, м 1,071 1,063

 

В соответствии с нормальным рядом диаметров по ГОСТ 9617 – 61 принимается диаметр для верха колонны D = 1,2 м и для низа колонны D = 1,2 м.

Высота колонны

 

На основании практических данных принимается:

- расстояние между верхним днищем колонны и ее верхней укрепляющей тарелкой h1 = 1,5 м;

- высота секции питания (расстояние между нижней укрепляющей и верхней отгонной тарелками)

- расстояние между нижним днищем и нижней отгонной тарелкой h5 = 1,5 м.

Тогда рабочая высота колонны будет равна (см.рис.8):

 

Рис.8. Высота колонны

где высота, занятая укрепляющими тарелками, м;

– высота, занятая отгонными тарелками, м.

 







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 2001. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.072 сек.) русская версия | украинская версия