Материальный баланс колонны в расчете на 500000 т сырья

 

Материальный баланс стабилизационной колонны приведен в таблице 3.

 

Таблица 3

Материальный баланс
Потоки	Обозначение	% масс. на конденсат	На 500000 сырья
Приход
конденсат	F	100	500000
Итого:		100	500000
Расход
Фр. СН4-С4Н10	D	30,28	151400
Стабильный конденсат	W	69,72	348600
Итого:		100	500000

 

Определение давлений, температур и числа тарелок в колонне

 

Для последующего расчета зададимся следующими данными [1]:

· Температура ввода сырья t_вв = 51 °C;

· Давление в секции питания Р_с = 15,396 МПа = 115481 мм рт ст;

· Перепад между тарелками DР = 5 мм рт ст;

· Температура холодного орошения t_o = 20 °C;

· Мольная доля отгона е’ = 0,4;

Пересчет температуры ввода сырья в колонну по заданной доле отгона:

При подаче сырья в колонну в паро-жидкостном состоянии температура сырья рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению:

 

     (1)

 

Расчет представлен в таблице 2. В результате получили:

-температура ввода сырья: t_F = 51 °C;

- средний молекулярный вес сырья:

 

 M_F =74,257;                                                   (2)

 

- молекулярная масса жидкой фазы:

 

 М_ж.ф.= 74,054;                                            (3)

 

- молекулярная масса паровой фазы:

 

 М_п.ф = 60,625;                                            (4)

 

- массовая доля отгона:

 

 e =0,3275;                                                     (5)

 

Данные расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4

Давление в секции питания
tвв=	51		πэв=	15,396	Мпа	115480,9841	мм рт ст
Компонент	Xif	M	Xif/M	X'if	Pi, па	Pi,мм рт ст	Ki	X*if	Y*if	Y*M	X*M
C2H6	0,005	30	0,0002	0,0124	478710,8996	478710,8996	4,1454	0,0056	0,0233	0,6987	0,1686
C3H8	0,0905	44	0,0021	0,1527	255852,3018	255852,3018	2,2155	0,1527	0,3384	14,8889	6,7202
и-С4H10	0,059	58	0,0010	0,0755	164007,0402	164007,0402	1,4202	0,0755	0,1073	6,2221	4,3811
C4H10	0,0886	58	0,0015	0,1134	148448,2361	148448,2361	1,2855	0,1134	0,1458	8,4573	6,5791
и-C5H12	0,0896	72	0,0012	0,0924	90934,4680	90934,4680	0,7874	0,0924	0,0728	5,2391	6,6534
C5H12	0,0889	72	0,0012	0,0917	80745,2577	80745,2577	0,6992	0,0917	0,0641	4,6158	6,6014
C6H14 и выше	0,5784	93	0,0062	0,4618	55126,2436	55126,2436	0,4774	0,4618	0,2205	20,5027	42,9500
Итого:	1		0,0135	1,0000				1,0000	1,0000	60,62461	74,05377

 

 

Расчет проводится с использованием метода температурной границы деления смеси (результат приведен в таблице 5).

Минимальное число теоретических тарелок Nmin определяется по уравнению Фенске:

 

;   (6)

 

где  - коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых преимущественно в дистиллят (компоненты до границы деления); - коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых преимущественно в остаток (компоненты после границы деления); - относительные летучести компонентов, коэффициенты распределения которых равны, соответственно,  и .

Коэффициенты и  рассчитываются по уравнениям:

 

; (7)

(8)

 

Относительная летучесть компонента, имеющего коэффициент распределения 1, лежащего на температурной границе деления смеси, определяется в первом приближении по уравнению:

 

                                              (9)

 

Мольная доля отбора дистиллята от сырья:

 

;   (10)

 

коэффициент распределения i-го компонента между дистиллятом и остатком, который можно рассчитать из уравнения Фенске:

 

;     (11)

 

Относительные летучести, значения которых будут использованы для расчета минимального числа теоретических тарелок во втором приближении, определяются по уравнениям:

 

    (12)

(13)

 

Используя приведенные выше уравнения, для каждого последующего

приближения определяются: минимальное число теоретических тарелок , относительная летучесть компонента на границе деления , мольные концентрации каждого компонента в дистилляте и в остатке, коэффициенты распределения, относительные летучести. При расчете найденные значения и  на следующем шаге расчета используются в качестве первого приближения, и выполняется такое число приближений, чтобы . В используемой программе задана точность расчета  = 0,0001.

Оптимальное число теоретических тарелок в колонне определяется по уравнению:

 

                                                         (14)

 

Число реальных тарелок определяется с учетом эффективности выбранного типа тарелок:

 

                                                                          (15)

 

где h- коэффициент полезного действия тарелки: для клапанной тарелки -,35.

Пересчет температуры верха колонны:

Температура верха колонны рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению изотермы паровой фазы:

 

(16)

 

Где k_i - константа фазового равновесия i-го компонента при температуре и давлении верха колонны:

 

k_i = P_i / P_верха.

 

-температура верха: t_верха = 39,44 °C;

 

 

Таблица 5

Компонент	x'if	αi		значения	ψi	y'iD	x'iw		значения	y'iD*Mi	yiD	x'iw*Mi	xw
			ψm	98				ψm	98,01
C2H6	0,0124	8,6839	ψk	0,020	35027624,7971	0,0349	0,0000	ψk	0,0202	1,0467	0,0204	0,0000	0,0000
C3H8	0,1527	4,6412	αm	2,9252	22236,7510	0,4305	0,0000	αm	2,9252	18,9436	0,3694	0,0009	0,0000
и-С4H10	0,0755	2,9751	αk	1,4207	119,5586	0,2098	0,0018	αk	1,4207	12,1659	0,2372	0,1018	0,0012
C4H10	0,1134	2,6929	Nmin	11,7513	37,0593	0,3048	0,0082			17,6796	0,3448	0,4771	0,0055
и-C5H12	0,0924	1,6496	αε	1,9802	0,1169	0,0157	0,1346			1,1322	0,0221	9,6884	0,1115
C5H12	0,0917	1,4647	ε'	0,3547	0,0289	0,0040	0,1399			0,2912	0,0057	10,0702	0,1159
C6H14 и выше	0,4618	1	Nопт	20,6772	0,0003	0,0002	0,7156			0,0217	0,0004	66,5482	0,7659
	1,0000		Nраб	59,0777		1,0000	1,0000			51,2808	1,0000	86,8866	1,0000
			Nк	28,3060
			No	30,7717
			Nk/No	0,9199
			ε	0,2450

 

Воспользовавшись расчетными данными таблицы 5 принимаем:

· Количество тарелок в концентрационной части N_k = 28;

· Количество тарелок в отгонной части N₀ = 31.

 

Пересчет температуры низа колонны:

Температура низа колонны рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению изотермы жидкой фазы:

 

   (17)

 

Где k_i - константа фазового равновесия i-го компонента при температуре и давлении низа колонны: k_i = P_i / P_низа

Расчет представлен в таблице 3. В результате получили: температура низа: t_низа = 97,39 °C;

Данные расчета приведены в таблице 6 и таблице 7.

 

Таблица 6

Компонент	y'iD	P	Ki	x'Di	X*M
						tB	39,4403
C2H6	0,0349	38482,7150	0,3328	0,0084	0,2516
C3H8	0,4305	10006,0490	0,0865	0,3482	15,3229	πB	115622,5143
и-С4H10	0,2098	3925,2000	0,0339	0,4943	28,6691
C4H10	0,3048	2800,8559	0,0242	0,1258	7,2983
и-C5H12	0,0157	1114,3422	0,0096	0,0163	1,1748
C5H12	0,0040	782,8930	0,0068	0,0060	0,4301
C6H14 и выше	0,0002	273,4560	0,0024	0,0010	0,0917
			Итого:	1,0000	53,2384

 

Таблица 7

Компонент	x'iw	Рн	Ki	YW	Y*M
						tH	97,3888
C2H6	0,0000	89323,15346	0,77452	3,472E-08	1,04149E-06	πH	115327,1257
C3H8	0,0000	29851,11181	0,258839	2,255E-04	0,009922757
и-С4H10	0,0018	13906,80335	0,120586	9,520E-03	0,552167027
C4H10	0,0082	10777,10569	0,093448	0,0345883	2,006121953
и-C5H12	0,1346	5049,728433	0,043786	0,2651373	19,08988302
C5H12	0,1399	3842,75057	0,03332	0,2097148	15,09946513
C6H14 и выше	0,7156	1724,627634	0,014954	0,4815374	44,78298033
			Итого:	1,00072	81,54054126

 

Молекулярная масса: дистиллята MD = 53,2,

остатка MW = 81,5.