Технологический расчёт для разделения сжиженных газов

                        Российский государственный университет

нефти и  газа им. И.М.Губкина

Филиал  в г. Оренбурге

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ

РАБОТА

по дисциплине "Процессы и аппараты химической технологии

                (нефтегазопереработки и нефтехимии)"

 

Тема: "Технологический  расчёт  для разделения сжиженных газов"

 

 

 

                                                                             Выполнил: Скороходов С.С.

    студент гр. ХН-09

                                                                       Проверил: к.т.н., доцент  

                                                                        Кузнецов О.А.

 

 

 

Оренбург 2013г

 

Содержание

 
   Введение………...………………………………………..…………………...3

   1 Исходные данные  для расчёта…….………………………….…………...4

    2 Материальный баланс колонны………………….………………...…...4

    3 Определение температуры ввода сырья……………………………………5             

    4 Расчет числа тарелок  и составов дистиллята и остатка…………………...5

   5 Расчет флегмового числа…………………………………………………...10

   6 Определение температуры верха и низа колонны………………………11           

  7 Определение материальных потоков в колонне…………………………..13

   8 Определение основных размеров колонны………………………………..16

   Список используемой литературы…………………………………...………21        
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Целью расчета является получение составов дистиллята и  остатка, основных параметров ректификации, технологического режима работы и размеров колонны. Полученные  при расчете  данные достаточны для выполнения прочностных расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные для  расчета данной работы

 

Производительность по сырью F, т/ч …………………………………………20

Давление в колонне в сечении  ввода сырья π, мм. рт. ст.………………….5400 

Число компонентов до границы деления р…………………………………….4

Состав сырья, % масс. :

и-бутана	1
н-бутана	10
и-пентана	25
н-пентана	28
и-гексана	21
н-гексана	12
н-гептана	3

 

Содержание в дистилляте компонентов с и-бутана по нормальный пентан,  А = 11 %.

Содержание в остатке  компонентов с и-гексана по нормальный  гептан, 

В  = 8 %.

Доля отгона, е’=0,4.

 

2 Материальный  баланс колонны

 

          Расчет производим исходя из уравнения материального баланса

F = D + W,   где F – сырье,  D – дистиллят, W – остаток.

Производим пересчет сырья в мольные концентрации.

Пересчет сырья в  мольные концентрации.

 

Таблица 1        

№	Компоненты	t, OC	Mi	xFi	x'Fi
1	изо-бутан	-11,7	58	0,01	0,0129
2	н-бутан	-0,5	58	0,1	0,1287
3	изо-пентан	27,9	72	0,25	0,2592
4	н-пентан	36,1	72	0,28	0,2903
5	изо-гексан	60,3	86	0,21	0,1823
6	н-гексан	68,7	86	0,12	0,1042
7	н-гептан	98,4	100	0,03	0,0224

                             

Средний молекулярный вес сырья:

M=74,65 г/моль

Затем находим относительную  долю дистиллята (мольная доля отбора):

где - сумма мольных концентраций компонентов, отбираемых в дистиллят, в сырье.

 

         3 Определение температуры ввода сырья

 

    Принимаем, что сырьё подаётся в колонну в виде кипящей жидкости, т.е. доля отгона a =0. В этом случае температура ввода сырья определяется по уравнению изотермы жидкой фазы:

где К_i – константа фазового равновесия i-го компонента при температуре t_F : определяется по уравнению Антуана [1] или по номограмме [2].

Расчёт температуры t_F проводится методом последовательного приближения, результаты представлены в таблице 2.

               Таблица 2

№	t, OC	x'Fi	y*Fi	x*Fi
1	-11,7	0,0129	0,0216	0,0070
2	-0,5	0,1287	0,1995	0,0815
3	27,9	0,2592	0,2871	0,2406
4	36,1	0,2903	0,2904	0,2903
5	60,3	0,1823	0,1190	0,2245
6	68,7	0,1042	0,0579	0,1350
7	98,4	0,0224	0,0063	0,0331

 

           Получаем t_F = 109,12 К.

 

   4 Расчет числа тарелок и составов дистиллята и остатка

 

     Расчет проводится с использованием метода  температурной границы деления.

    Минимальное число теоретических тарелок определяется по уравнению Фенске:

 

где ψ_m – коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых в дистилляте (с и-бутана по нормальный пентан),

;

 

ψ_к – коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых в остатке (с и-гексана по гептан),

 

;

α_m и α_k – относительные летучести компонентов, коэффициенты распределения которых равны соответственно ψ_m и ψ_к ; т.к. значения α_m и α_k пока неизвестны в первом приближении принимаем α_m=α₁=K₁/K₇ ; α_к = α₇ = 1

K₁ и К₇ – константы фазового равновесия 1-го и 7-го компонентов при температуре ввода сырья.

,

аналогично для остальных  компонентов   .

Относительная летучесть  компонента, лежащего на границе деления, для которого ψ_ε = 1, определится в первом приближении по уравнению:

 

Составы дистиллята и  остатка в первом приближении  определяются по уравнениям:

 

Аналогично рассчитанные концентрации остальных компонентов  приведены в таблице 3

 

Таблица 3

№	αi	x'Fi	y'Di	x'Wi
1	16,09386127	0,0129	0,0171	0,0000
2	12,82833469	0,1287	0,1705	0,0002
3	6,256999805	0,2592	0,3368	0,0207
4	5,244699749	0,2903	0,3656	0,0591
5	2,780018217	0,1823	0,0887	0,4698
6	2,24949948	0,1042	0,0212	0,3592
7	1	0,0224	0,0001	0,0910

 

      Используя результаты расчета, представленные в таблице 3, определим коэффициенты распределения:

 

Относительные летучести  и , значения которых будут использованы для расчета для второго приближения, определяются по уравнениям:

 

Минимальное число тарелок  во втором приближении 

 

Результаты последовательных приближений представлены в таблицах 4, 5 и 6.

 

 

 

Таблица 4

№ компо-нента	Приближения
	второе		третье		четвёртое
	y(2)i,D	x(2)i,W	y(3)i,D	x(3)i,W	y(4)i,D	x(4)i,W
1	0,017054	1,9905E-05	0,017058	7,04E-06	0,017058	5,99E-06
2	0,170415	0,00057277	0,170524	0,000238	0,170534	0,000207
3	0,333201	0,03186916	0,336395	0,022055	0,336784	0,020857
4	0,359329	0,07827371	0,364744	0,061633	0,365443	0,059486
5	0,102016	0,42901494	0,090964	0,462979	0,089089	0,468739
6	0,029541	0,33351574	0,022422	0,355391	0,021377	0,358603
7	0,000183	0,09066131	7,42E-05	0,090996	6,41E-05	0,091027
å	1,011738	0,96392754	1,00218	0,993299	1,000349	0,998926
¾¾	am2	ak2	am3	ak3	am4	ak4
	6,340854	2,398969	5,899569	2,534188	5,845459	2,554391
	N(2)min		N(3)min		N(4)min
	4,663794		5,364564		5,475728
	a2e		a3e		a4e
	3,782705		3,76514		3,764775
	ym(2)	yk(2)	ym(3)	yk(3)	ym(4)	yk(4)
	7,946848	0,154408	10,58846	0,124768	11,0459	0,120355