Задача №№ 298-307
(пример №15)
Рассчитать диаметр колонны, если известно количество выводимых паров нефтепродукта через вверх колонны G, (кг/с) количество водяного пара Gвсп, (кг/с) молекулярная масса нефтяных паров M, давление вверху колонны Пд, (МПа), температура верха колонны tд (С) и допустимая скорость паров Wдоп (м/с)
|
298 |
299 |
300 |
301 |
302 |
303 |
304 |
305 |
306 |
307 |
G |
12 |
15 |
20 |
20 |
10 |
15 |
10 |
20 |
30 |
40 |
Gвп |
- |
- |
- |
5 |
8 |
10 |
- |
- |
- |
- |
M |
80 |
90 |
110 |
110 |
120 |
130 |
110 |
100 |
90 |
80 |
Пд |
0,45 |
0,5 |
0,55 |
0,15 |
0,16 |
0,20 |
0,14 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
tд |
105 |
110 |
125 |
110 |
120 |
130 |
140 |
130 |
120 |
110 |
Wдоп |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
Задача №№ 308-317
(пример 16)
Рассчитать допустимую скорость паров в колонне, если известно давление в колонне П (МПа), температура t (С), молекулярная масса паров М и относительная плотность жидкости
|
308 |
309 |
310 |
311 |
312 |
313 |
314 |
315 |
316 |
317 |
П |
0,45 |
0,5 |
0,55 |
0,15 |
0,16 |
0,20 |
0,14 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
t |
105 |
110 |
125 |
110 |
120 |
130 |
140 |
130 |
120 |
110 |
M |
80 |
90 |
110 |
110 |
120 |
130 |
110 |
100 |
90 |
80 |
|
0,6 |
0,7 |
0,65 |
0,6 |
0,7 |
0,65 |
0,72 |
0,7 |
0,6 |
0,65 |
C |
500 |
550 |
500 |
450 |
460 |
470 |
500 |
600 |
550 |
520 |
Пример 10. Рассчитать мольный состав (xi) и молекулярную массу смеси (Мср), состав которой (xi) и молекулярные массы компонентов (Mi) приведены ниже
Решение этой задачи удобнее выполнять в таблице
-
xi
Mi
Xi/Mi
x
i0,3
100
0,003
0,366
0,25
120
0,0021
0,256
0,28
140
0,002
0,244
0,17
150
0,0011
0,134
1,00
-
0,0082
1,000
Пояснения:
известна связь между мольными и массовыми
концентрациями 
[2.172] (28)
Молекулярная масса смеси через массовые концентрации определяется по выражению
[2.172] (29)
Пример 11. Рассчитать массовый состав (xi) и молекулярную массу смеси (Мср), если дан массовый расход (qi) и молекулярная масса (Mi) компонентов. Решение этой задачи удобнее выполнять в таблице
qi |
Mi |
xi |
Ni |
20 |
50 |
0.05 |
0.4 |
30 |
90 |
0.20 |
0.89 |
100 |
120 |
0.25 |
0.83 |
200 |
140 |
0.5 |
1.48 |
400 |
|
1.00 |
3.55 |
Массовая концентрация рассчитывается по формуле
[2.171]
(30)
Молекулярную массу смеси можно рассчитать по уравнению:
Мср=
(30)
где
– число молей смеси
Число молей каждого компонента рассчитывается по уравнению:
Ni
= 
[2.171]
(31)
Молекулярную массу смеси можно также рассчитать по методике, приведенной в примере 10.
Пример 12. Методом постепенного приближения определить температуру верха колонны, если известно давление вверху колонны Пд=1,2МПа и состав выводимого дистиллята yi
Расчет температуры верха удобнее вести в таблице
|
yi |
Ki t20 |
xi |
Ki t=-10 |
xi |
Ki t=0 |
Xi |
CH4 |
0,4 |
17 |
0,024 |
12,5 |
0,032 |
14,5 |
0,028 |
C2H6 |
0,2 |
3,65 |
0,055 |
1,99 |
0,101 |
2,45 |
0,82 |
C3H8 |
0,3 |
1,25 |
0,240 |
0,51 |
0,588 |
0,72 |
0,417 |
C4H10 |
|
0,41 |
0,244/ /0,563 Меньше1 |
0,14 |
0,714/ /1,435 Больше1 |
0,21 |
0,476/ /1,003 |
Пояснение. Температура верха колонны определяется из условия конца однократного испарения смеси, выводимой через верх колонны по уравнению
[2.201] (32)
методом постепенного приближения. Искомая температура должна удовлетворять равенству:
(33)
где
-
константа фазового равновесия определяется
в зависимости от температуры и давления
для каждого компонента по номограмме
[7.223]
Примечание 1) При решении задачи можно остановиться на полученном результате, т.е. при температуре 0 С xi=1,003
(Допускается xi=1,02; 0,98)
2) Для нефтяных фракций константа фазового равновесия определяется по формуле
;
(34)
где Рi – упругость паров функций определяется по сетке Максвелла или
графику Кокса [7.220.221]
Этот пример желательно решить, используя ЭВМ.
Пример 13. Методом постепенного приближения определить температуру низа колонны, если известно давление внизу колонны
ПR =0,21 МПа и состав выводимого остатка xi.
Расчет температуры низа колонны удобнее вести в таблице
фракции |
xi |
tcp |
Pi t=150 |
Ki |
yi t=150 |
Pi t=180 |
Ki |
yi t=180 |
Pi t=170 |
Ki |
yi t=170 |
120-150 |
0,4 |
135 |
0,23 |
1,09 |
0,436 |
0,42 |
2,0 |
0,8 |
0,35 |
1,67 |
0,668 |
150-170 |
0,3 |
160 |
0,09 |
0,43 |
0,129 |
0,25 |
1,19 |
0,357 |
0,16 |
0,76 |
0,228 |
170-190 |
0,2 |
180 |
0,05 |
0,24 |
0,043 |
0,1 |
0,48 |
0,096 |
0,08 |
0,38 |
0,076 |
190-210 |
0,1/ /1,000 |
200 |
0,03 |
0,14 |
0,014 /0,627 |
0,08 |
0,38 |
0,038 /1,291 |
0,052 |
0,25 |
0,025 /0,997 |
. Температура низа колоны также как и температура вывода бокового погона определяется из условия начала однократного испарения смеси или фракции выводимой через низ колоны, соответственно боковым погоном по уравнению: yi = ki xi [2.201] (34) методом постепенного приближения. Искомая температура должна удовлетворять равенству:
yi = 1 (35),
где Кi - константа фазового равновесия, определяется для индивидуальных углеводородов по номограмме в зависимости от температуры и давления [7.222].
Для
нефтяных фракций ki = 
(36)
Где Pi – упругость паров фракций. Определяется по сетке Максвелла или графику Кокса [7.220.221] в зависимости от принятой температура и средней температуры кипения фракции
tср
= 
Например
для фракции 120-150 С tср
= 
= 135
С
В первом приближении принимаем температуру низа колоны tR = 150 C.
По сетке Максвелла находим для каждой фракции упругость паров при принятой температуре tR = 150 C.
Например фр. 120-150 С, tсp = 135 C
P пм Pi = 2, Затм=0,23МПа
Pi=2,3
1
t
150 135
Затем рассчитываем константы фазового равновесия
фр. 120-150 С
По формуле yi = Ki xi (37)
Рассчитываем yi фр. 120-150 С
yi = 1,09 x 0,4 = 0,436
Аналогично ведем расчет для каждой фракции и проверяем
yi=0, 436+0, 129+0, 048+0, 014=0, 627, что <1
Следовательно необходимо принимать новое значение tR
Принимаем tR=180 C получаем yi=1, 291, что >1
Принимаем tR=170 C, получаем yi=0,997, это значение близко к 1
Следовательно, температура низа колонны tR=170 C
Примечание: Этот расчет желательно выполнить с использованием ЭВМ.
Пример 14. Построить ИТК нефти и составить материальный баланс колонны, используя ИТК нефти, если известно сырье L-фр.120-240 С и получаемые продукты:
дистиллят (Д) - фр.120-140 С, боковой погон (qбп) – фр.140-180С
и остаток (R)- фр.180-240 С производительность по нефти З млн.т в год
Данные для построения ИТК нефти.
Таблица 1
До 85 °С |
100 |
120 |
140 |
150 |
180 |
200 |
240 |
260 |
300 |
4,9 |
6,6 |
9,6 |
12,3 |
14,0 |
18,4 |
21,2 |
27,0 |
30,0 |
36,9 |
ИТК
нефти
рис
1
По данным таблицы 1 строим ИТК нефти
По ИТК нефти составляем материальный баланс колонны и сводим в таблицу 2. Производительность по нефти 3млн. т в год
Число рабочих дней в году 320.
Выход на нефть фр. 120-240С - (27 - 9) = 18%
Производительность колонны:
Таблица 2
статьи расхода |
% на нефть |
% на нагрузку |
кг/ч |
кг/с |
Приход фр. 120-240 С
Расход фр. 120-140 С фр. 140-180 С фр. 180-240 С |
18
4 6 8 |
100
22,2 33,3 44,5 |
70312,5
15609,38 23414,06 31289,06 |
19,53
4,33 6,50 8,70
|
ИТОГО: |
18 |
100 |
70312,5 |
19,53 |
Принимаем 18 – 100% тогда 4 – x
|
|
70312,5 – 100% x – 22,2
|
|
Пример 15. Рассчитать диаметр колонны, если известно количество выводимых паров нефтепродукта через верх колонны G=10 кг/с, количество водяного пара Gвп=0,5 кг/с, молекулярная масса нефтяных паров M=70, давление вверху колонны Пд=0,2 МПа, температура верха колонны tд=120 С и допустимая скорость паров Wдов=0,8 м/с.
Дано: G=10 кг/с Gвп=0,5 кг/с M=70 Пд=0,2 МПа tд=120 С Wдов=0,8 м/с |
Решение:
|
Д - ? |
Рассчитанный диаметр колонны округляем до стандартного
Д=2,2 м |
[6,241] |
Пример
16.
Рассчитать допустимую скорость паров
в колонне, если известно давление в
колонне П=0,3 МПа, температура t=100
C,
молекулярная масса паров M=60
и относительная плотность жидкости 
(коэффициент C=550).
Дано: П=0,3МПА T=100 C M=60
|
Wдоп - ? |
Решение: Wдоп=
T=100+273=373K
=0,7-0,0009(373-293)=0,628 а=0,0009 [6,21] |
*
;М/с
=
-a(T-293)=
