Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Материальный баланс колонны деэтанизации
|
|
Расчетная часть
Исходные данные для расчета
Состав сырья – Выветренного валанжинского нестабильного конденсата, поступающего на питание колонны.
СН4 0, 043;
С2Н6 0, 046;
С3Н8 0, 142;
С4Н10 0, 116;
С5Н12 0, 187;
С6Н14 0, 197;
С7Н16 0, 107;
С8Н18 0, 086;
С9Н20 0, 054;
С10Н22 0, 022;
Расход сырья ВНК, м3/ч 110;
Коэффициент извлечения по массе в дистиллят
СН4 1;
С2Н6 0, 97;
С3Н8 0, 12;
С4Н10 0, 032;
С5Н12 0, 013;
С6Н14 0, 005;
С7Н16 0, 005;
С8Н18 0, 0008;
С9Н20 0, 0004;
С10Н22 0, 0002;
Материальный баланс колонны деэтанизации
Определение характеристик исходного сырья.
Мольная масса сырья находится по формуле
, (5)
где 
− молекулярная масса компонентов сырья;
− мольные доли компонентов сырья, исходные данные.
= 0, 043 
16 + 0, 046 30 + 0, 142 44 + 0, 116 58 + 0, 187 72 + 0, 197 
86 +
+ 0, 107 100 + 0, 086 114 + 0, 054 128 + 0, 022 
142 = 0, 688 + 1, 38 + 6, 248 + 6, 728 + 13, 464 + 16, 942 + 10, 7 + 9, 804 + 6, 912 + 3, 124 = 75, 9900 кг/кмоль.
Найдем расход сырья ВАК, поступающего в колонну кг/ч:
где 
– расход сырья м3/ч;
– относительная плотность ВАК, 
Массовые доли компонента в сырье определяются по формуле
(6)
х (СН4) = 
= 0, 009,
х (С2Н6) = 
= 0, 018,
х (С3Н8) = 
= 0, 082,
х (С4Н10) = 
= 0, 089,
х (С5Н12) = 
= 0, 177,
х (С6Н14) = 
= 0, 223,
х (С7Н16) = 
= 0, 141,
х (С8Н18) = 
= 0, 129,
х (С9Н20) = 
= 0, 091,
х (С10Н22) = 
= 0, 041,
∑ хi = 1.
Массовый расход компонентов рассчитывается по формуле
, (7)
где GF – расход сырья, м3/ч – исходные данные.
GF(СН4) = 82020 
0, 009 = 742, 594 кг/ч,
GF (С2Н6) = 82020 0, 018 = 1489, 507 кг/ч,
GF (С3Н8) = 82020 0, 082 = 6743, 795 кг/ч,
GF (С4Н10) = 82020 0, 089 = 7261, 884 кг/ч,
GF (С5Н12)= 82020 0, 177 = 14532, 400 кг/ч,
GF (С6Н14) = 82020 0, 233 = 18286, 39 кг/ч,
GF (С7Н16) = 82020 0, 141 = 11549, 07 кг/ч,
GF (С8Н18) = 82020 0, 129 = 10581, 97 кг/ч,
GF (С9Н20) = 82020 0, 091 = 7460, 485 кг/ч,
GF (С10Н22) =82020 0, 041 = 3371, 897 кг/ч.
Число молей компонентов в массовом расходе сырья определяется по формуле
, (8)
NF (СН4) = 
= 46, 412 кмоль/ч,
NF (С2Н6) = 
= 49, 650 кмоль/ч,
NF (С3Н8) = 
= 153, 268 кмоль/ч,
NF (С4Н10) = 
= 125, 204 кмоль/ч,
NF (С5Н12) = 
= 201, 838 кмоль/ч,
NF (С6Н14) = 
= 212, 635 кмоль/ч,
NF (С7Н16) = 
= 115, 490 кмоль/ч,
NF (С8Н18) = 
= 92, 824 кмоль/ч,
NF (С9Н20) = 
= 58, 285 кмоль/ч,
NF (С10Н22) = 
= 23, 745 кмоль/ч.
Состав и характеристики исходного сырья приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Состав и характеристики исходного сырья
| Компонент | Мольная доля, хi | Молеку- лярная масса, Мi, кг/моль | Молеку-
лярная
масса сырья,
Мi  хi
| Массо-вая доля компо-нента, хi | Массовый
расход
компо-нентов,
 , кг/ч
| Число
молей
компонента в
массовом расходе сырья,
 ,
кмоль/ч
| Коэф- фициент извлечения по массе, уD |
| СН4 | 0, 043 | 0, 688 | 0, 009 | 742, 594 | 46, 412 | ||
| С2Н6 | 0, 046 | 1, 38 | 0, 018 | 1489, 507 | 49, 650 | 0, 97 | |
| С3Н8 | 0, 142 | 6, 248 | 0, 082 | 6743, 795 | 153, 268 | 0, 12 | |
| С4Н10 | 0, 116 | 6, 728 | 0, 089 | 7261, 884 | 125, 204 | 0, 032 | |
| С5Н12 | 0, 187 | 13, 464 | 0, 177 | 14532, 4 | 201, 838 | 0, 013 | |
| С6Н14 | 0, 197 | 16, 942 | 0, 223 | 18286, 39 | 212, 632 | 0, 005 | |
| С7Н16 | 0, 107 | 10, 7 | 0, 141 | 11549, 07 | 115, 490 | 0, 005 | |
| С8Н18 | 0, 086 | 9, 804 | 0, 129 | 10581, 97 | 92, 824 | 0, 0008 | |
| С9Н20 | 0, 054 | 6, 912 | 0, 091 | 7460, 485 | 58, 285 | 0, 0004 | |
| С10Н22 | 0, 022 | 3, 124 | 0, 041 | 3371, 897 | 23, 745 | 0, 0002 | |
| ∑ | 75, 99 | 1079, 353 |
Определение характеристик дистиллята.
Массовый расход компонентов в дистилляте определяется по формуле
, (9)
D (СН4) = 
= 742, 594 кг/ч,
D (С2Н6) = 
= 1444, 821 кг/ч,
D (С3Н8) = 
= 809, 255 кг/ч,
D (С4Н10) = 
= 232, 380 кг/ч,
D (С5Н12) = 
= 188, 921 кг/ч,
D (С6Н14) = 
= 91, 431 кг/ч,
D (С7Н16) = 
= 57, 745 кг/ч,
D (С8Н18) = 
= 8, 465 кг/ч,
D (С9Н20) = 
= 2, 984 кг/ч,
D (С10Н22) = 
= 0, 674 кг/ч.
Массовый расход дистиллята находится по формуле
D = ∑ Di, (10)
D = 3579, 274 кг/ч.
Массовая доля компонента в дистилляте определяется по формуле
(11)
xD (СН4) = 
= 0, 207,
xD (С2Н6) = 
= 0, 403,
xD (С3Н8) = 
= 0, 226,
xD (С4Н10) = 
= 0, 064,
xD (С5Н12) = 
= 0, 052,
xD (С6Н14) = 
= 0, 0255,
xD (С7Н16) = 
= 0, 0161,
xD (С8Н18) = 
= 0, 002,
xD (С9Н20) = 
= 0, 0008,
xD (С10Н22) = 
=0, 0001.
∑ хD = 1.
Число молей компонента в дистилляте рассчитывается по формуле
, (12)
ND (СН4) = = 46, 412 кмоль/ч,
ND (С2Н6) = 
= 48, 160 кмоль/ч,
ND (С3Н8) = 
= 18, 392 кмоль/ч,
ND (С4Н10) = 
= 4, 006 кмоль/ч,
ND (С5Н12) = 
= 2, 623 кмоль/ч,
ND (С6Н14) = 
= 1, 063 кмоль/ч,
ND (С7Н16) = 
= 0, 577 кмоль/ч,
ND (С8Н18) = 
= 0, 074 кмоль/ч,
ND (С9Н20) = 
= 0, 023 кмоль/ч,
ND (С10Н22) = 
= 0, 004 кмоль/ч.
Число молей в дистилляте определяется по формуле
ND = ∑ NDi, (13)
ND = 121, 338 кмоль/ч.
Мольная доля компонента в дистилляте находится по формуле
, (14)
yD (СН4) = 
= 0, 382,
yD (С2Н6) = 
= 0, 396,
yD (С3Н8) = 
= 0, 151,
yD (С4Н10) = 
= 0, 033,
yD (С5Н12) = 
= 0, 021,
yD (С6Н14) = 
= 0, 0087,
yD (С7Н16) = 
= 0, 0047,
yD (С8Н18) = 
= 0, 00061,
yD (С9Н20) = 
= 0, 00019,
yD (С10Н22) = 
=0, 00004.
∑ yi=1.
Состав и характеристики дистиллята приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Состав и характеристики дистиллята
| Компонент | Массовый расход компонента Di, кг/ч | Массовая доля компонента в дистилляте xDi | Число молей компонента в дистилляте ND, кмоль/ч | Мольная доля компонента в дистилляте yi |
| СН4 | 742, 594 | 0, 207 | 46, 412 | 0, 382 |
| С2Н6 | 1444, 821 | 0, 403 | 48, 160 | 0, 396 |
| С3Н8 | 809, 255 | 0, 226 | 18, 392 | 0, 151 |
| С4Н10 | 232, 380 | 0, 064 | 4, 006 | 0, 033 |
| С5Н12 | 188, 921 | 0, 0527 | 2, 623 | 0, 021 |
| С6Н14 | 91, 431 | 0, 025 | 1, 063 | 0, 008 |
| С7Н16 | 57, 745 | 0, 016 | 0, 577 | 0, 0047 |
| С8Н18 | 8, 465 | 0, 002 | 0, 074 | 0, 00061 |
| С9Н20 | 2, 984 | 0, 0008 | 0, 023 | 0, 00019 |
| С10Н22 | 0, 674 | 0, 0001 | 0, 004 | 0, 00004 |
| ∑ | 3579, 274 | 121, 338 |
Определение характеристик кубового остатка.
Массовый расход компонента в остатке находится по формуле
(15)
Wi (СН4) = 742, 594 – 742, 594 = 0 кг/ч,
Wi (С2Н6) = 1489, 507 – 1444, 821 = 44, 685 кг/ч,
Wi (С3Н8) = 6743, 795 – 809, 255 = 5934, 539 кг/ч
Wi (С4Н10) = 7261, 884 – 232, 380 = 7029, 503 кг/ч,
Wi (С5Н12) = 14532, 4 – 188, 921 = 14343, 481 кг/ч,
Wi (С6Н14) = 18286, 39 – 91, 431 = 18194, 958 кг/ч,
Wi (С7Н16) = 11549, 07 – 57, 745= 11491, 326 кг/ч,
Wi (С8Н18) = 10581, 97 – 8, 465= 10573, 506 кг/ч,
Wi (С9Н20) = 7460, 485 – 2, 984 = 7457, 507 кг/ч,
Wi (С10Н22) = 3371, 897 – 0, 674 = 3371, 222 кг/ч.
СН4 – полностью поступает в дистиллят.
Массовый расход кубового остатка определяется по формуле
W = ∑ Wi, (16)
W = 78440, 725 кг/ч.
Массовая доля компонентов в остатке рассчитывается по формуле
, (17)
xW (С2Н6) = 
= 0, 0005,
xW (С3Н8) = 
= 0, 075,
xW (С4Н10) = 
= 0, 089,
xW (С5Н12) = 
= 0, 182,
xW (С6Н14) = 
= 0, 231,
xW (С7Н16) = 
= 0, 146,
xW (С8Н18) = 
= 0, 134,
xW (С9Н20) = 
= 0, 095,
xW (С10Н22) = 
=0, 042.
∑ xW =1.
Число молей компонента в кубовом остатке находится по формуле
, (18)
ND (С2Н6) = 
= 1, 489 кмоль/ч,
ND (С3Н8) = 
= 134, 875 кмоль/ч,
ND (С4Н10) = 
= 121, 198 кмоль/ч,
ND (С5Н12) = 
= 199, 215 кмоль/ч,
ND (С6Н14) = 
= 211, 596 кмоль/ч,
ND (С7Н16) = 
= 114, 913 кмоль/ч,
ND (С8Н18) = 
= 92, 750 кмоль/ч,
ND (С9Н20) = 
= 58, 261 кмоль/ч,
ND (С10Н22) = 
= 23, 741 кмоль/ч.
Число молей в кубовом остатке рассчитывается по формуле
NW = ∑ NWi, (19)
NW = 958, 014 кмоль/ч.
Мольная доля компонента в остатке находится по формуле
, (20)
x (С2Н6) = 
= 0, 001 кмоль/ч,
x (С3Н8) = 
= 0, 140 кмоль/ч,
x (С4Н10) = 
= 0, 126 кмоль/ч,
x (С5Н12) = 
= 0, 207 кмоль/ч,
x (С6Н14) = 
= 0, 220 кмоль/ч,
x (С7Н16) = 
= 0, 119 кмоль/ч,
x (С8Н18) = 
= 0, 096 кмоль/ч,
x (С9Н20) = 
= 0, 060 кмоль/ч,
x (С10Н22) = 
= 0, 024 кмоль/ч.
∑ хi =1.
Состав и характеристики кубового остатка представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Состав и характеристики кубового остатка
| Компонент | Массовый расход компонентов в остатке Wi, кг/ч | Массовая доля Компонента в остатке xWi | Число молей компонентов в массовом расходе NWi, кмоль/ч | Мольная доля компонентов в остатке xi |
| СН4 | ||||
| С2Н6 | 44, 685 | 0, 00057 | 1, 489 | 0, 001 |
| С3Н8 | 5934, 539 | 0, 0756 | 134, 875 | 0, 140 |
| С4Н10 | 7029, 503 | 0, 0896 | 121, 198 | 0, 126 |
| С5Н12 | 14343, 481 | 0, 182 | 199, 215 | 0, 207 |
| С6Н14 | 18194, 958 | 0, 231 | 211, 569 | 0, 220 |
| С7Н16 | 11491, 326 | 0, 146 | 114, 913 | 0, 119 |
| С8Н18 | 10573, 506 | 0, 134 | 92, 750 | 0, 096 |
| С9Н20 | 7457, 500 | 0, 095 | 58, 261 | 0, 060 |
| С10Н22 | 3371, 222 | 0, 042 | 23, 741 | 0, 024 |
| ∑ | 78440, 725 | 958, 014 |
Составим материальный баланс деэтанизатора в таблице 8, исходя из полученных результатов.
Мольная доля компонента в дистилляте находится по формуле
, (21)
где Ki – константа фазового равновесия компонента дистиллята (определяем при Р = 2, 7 МПа и toC = 28oC (температура дистиллята) [стр. 26, 1].
x (СН4) = 
= 0, 018,
х (∑ С2) = 
= 0, 118,
х (С3Н6) = 
= 0, 074,
х (С3Н8) = 
= 0, 165,
х (∑ С4Н8) = 
= 0, 145,
х (изо − С4Н10) = 
= 0, 067,
х (норм − С4Н10) = 
= 0, 086,
х (∑ С5Н10) = 
= 0, 020,
х (изо − С5Н12) = 
= 0, 049,
х (норм − С5Н12) = 
= 0, 036,
х (∑ С6) = 
= 0, 219,
∑ хi=1.
Результаты расчета приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Расчет необходимого давления из условий конденсации дистиллята
| Компонент | Мольная доля компонента в дистилляте yi | Константа равновесия Ki при Р=2, 7 МПа и toC=28oC | Мольная доля компонента в дистилляте xi |
| СН4 | 0, 127 | 0, 018 | |
| ∑ С2 | 0, 219 | 1, 85 | 0, 118 |
| С3Н6 | 0, 067 | 0, 9 | 0, 074 |
| С3Н8 | 0, 084 | 0, 51 | 0, 165 |
| ∑ С4Н8 | 0, 110 | 0, 76 | 0, 145 |
| Изо − С4Н10 | 0, 057 | 0, 85 | 0, 067 |
| Норм − С4Н10 | 0, 102 | 1, 18 | 0, 086 |
| ∑ С5Н10 | 0, 011 | 0, 54 | 0, 020 |
| Изо − С5Н12 | 0, 004 | 0, 082 | 0, 049 |
| Норм − С5Н12 | 0, 002 | 0, 036 | 0, 036 |
| С6 | 0, 217 | 0, 219 | 0, 219 |
| ∑ |
По уравнению изотермы конденсации методом подбора давления в верхней части колонны и температуры верха. Согласно расчёта, условие изотермы выполняется (yi = ∑ 
= 1). Значение давления в верхней части колонны 2, 7 МПа принято правильно.
Определим мольный состав равновесных паров. Методом подбора при давлении 2, 7 МПа, используя уравнение изотермы кипения, определим toCпитания
уi = Ki ∙ xi, (22)
у(СН4) = 8 0, 03 = 0, 24,
у (∑ С2) = 4 
0, 05 = 0, 1,
у (С3Н6) = 1, 1 0, 16 = 0, 176,
у (С3Н8) = 1, 6 0, 19 = 0, 019,
у (∑ С4Н8) = 0, 053 
0, 75 = 0, 04,
у (изо − С4Н10) = 2, 1 0, 41 = 0, 041,
у (норм − С4Н10) = 0, 19 0, 74 = 0, 141,
у (∑ С5Н10) = 0, 04 2, 32 = 0, 093,
у (изо − С5Н12) = 0, 048 1, 0 = 0, 048,
у (норм − С5Н12) = 0, 042 1, 1 = 0, 0462,
у (∑ С6) = 0, 001 93, 25 = 0, 093.
Условие изотермы выполняется ∑ уi = 1 при tокип = 112оС.
Результаты расчета приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Результаты определения мольного состава равновесных паров
| Компонент | Мольная доля Компонентов | Константа равновесия Ki при Р = 3, 0 МПа и toC = 140oC | Мольный состав равновесных паров уi |
| СН4 | 0, 03 | 0, 24 | |
| ∑ С2 | 0, 05 | 0, 1 | |
| С3Н6 | 0, 16 | 1, 1 | 0, 176 |
| С3Н8 | 0, 19 | 1, 6 | 0, 019 |
| ∑ С4Н8 | 0, 75 | 0, 053 | 0, 04 |
| Изо − С4Н10 | 0, 41 | 0, 1 | 0, 041 |
| Норм − С4Н10 | 0, 44 | 0, 19 | 0, 141 |
| ∑ С5Н10 | 2, 32 | 0, 04 | 0, 093 |
| Изо − С5Н12 | 1, 0 | 0, 048 | 0, 048 |
| Норм − С5Н12 | 1, 1 | 0, 042 | 0, 0462 |
| С6 | 93, 25 | 0, 001 | 0, 093 |
Для построения рабочей линии и линии равновесия заданная многокомпонентная смесь (сырье) сводится к псевдобинарной, состоящей из двух ключевых компонентов: ∑ С2 и С3Н8.
Определение концентрации С2Н6 в исходной бинарной системе находится по формуле
xF = 
, (23)
xF = 
= 0, 205.
Определение концентрации ∑ С2 в дистилляте производится по формуле
xD = 
, (24)
xD = 
= 0, 722.
Определение концентрации ∑ С2 в остатке по формуле
xW = 
, (25)
xW = 
= 0, 167.
Построение кривой фазового равновесия.
Для построения кривой фазового равновесия в координатах «х - у» используют уравнение равновесия концентрации бинарной системы
у = 
, (26)
где α – относительная летучесть псевдобинарной смеси при условии ввода сырья
α = 
, (27)
α = 
= 2, 5.
Задаваясь рядом произвольных значений «х» по формуле (26) определим
равновесные концентрации компонента в газовой фазе «у».
По найденным значениям «х - у» строится кривая равновесия фаз.
Таблица 7 – Данные для построения кривой равновесия фаз
| Х | 0, 1 | 0, 2 | 0, 3 | 0, 4 | 0, 6 | 0, 7 | 0, 8 | 0, 9 |
| У | 0, 22 | 0, 38 | 0, 49 | 0, 56 | 0, 75 | 0, 84 | 0, 92 |
у1 = 
= 0, 22,
у2 = 
= 0, 38,
у3 = 
= 0, 49,
у4 = 
= 0, 56,
У5 = 
= 0, 75,
У6 = 
= 0, 84,
У7 = 
= 0, 92,
У8 = 
= 1.
Построение рабочей линии в координатах «х - у».
Определение координат точки В при х = 0
B = 
, (28)
где R – флегмовое число
R = Rmin ∙ β, (29)
где β = 1, 4, коэффициент избытка флегмы,
Rmin – минимальное флегмовое число
Rmin = 
, (30)
где уР – равновесная концентрация этана в паровой фазе
уР = 
, (31)
уР = 
= 0, 39.
Подставим данные в формулу (26) и получим результат
Rmin = 
= 1, 79.
Подставим данные в формулу (24) и получим результат
B = 
= 0, 21.
Число теоретических тарелок находится построением ступенчатой линии
между линией равновесия и линией рабочей концентрации в пределах хW снизу вверх и от хD сверху вниз. В результате построения ступенчатой линии число теоретических контактов (тарелок) составило:
- в концентрационной части – 28;
− в отпарной части – 4.
Действительное число контактов (тарелок)
ND = 
, (32)
ND = 
= 35.
Результаты, полученные при расчете материального баланса, сводим в таблицу 8.
В соответствии с данными расчета материального баланса колонны К-1 расходы потоков составляют:
|
|
|
|
|
|
Рисунок 8 – Распределение потоков продукта деэтанизации
– массовый расход ВНК 
;
– число молей в ВНК 
;
– массовый расход ГД ;
– число молей в ГД ;
– массовый расход КГД ;
– число молей в КГД .
|