3.5 Расчет давления и температуры в колонне
а) расчет давления в колонне
Температура исходного сырья, поступающего в колонну:
Т0=-10+273=263 К
Давление πD в емкости для орошения колонны определяем методом постепенного приближения по уравнению равновесия фаз:
При этом подбираем такое значение давления, при котором константы фазового равновесия ki при температуре 263 К после подстановки их в это уравнение превращают их в тождество.
Таким образом, давление π0 будет равно:
π0 = 1,48*106 Па (15,1 ат).
Константы фазового равновесия определялись по номограмме приведенной на рисунке 2. 1 [8].
Данные расчетов и измерений сведены в таблицу 3.4.
Таблица 3.4 – Таблица расчетов при определении давления
Компоненты дистиллата |
ki при Т0=263К (πD = 1,48*106 Па (15,1 ат) |
|
|
СН4 |
11,0 |
0,026 |
0,2860 |
С2Н6 |
2,2 |
0,029 |
0,0646 |
С3Н8 |
0,70 |
0,932 |
0,6521 |
С4Н10 |
0,30 |
0,0013 |
0,0039 |
Сумма |
|
|
1,0067 |
б) температура верха колонны
Принимаем давление в верху колонны на 0,02 МПа больше, то есть:
πD=1,48+0,02=1,5 МПа
Температуру верха колонны определяем методом постепенного приближения по уравнению фаз:
Путем
подбора такого ее значения, при котором
константы равновесия
для давления πD=1,5
МПа, будучи подставлены в это уравнение,
превращают его в тождество. Такая
температура равна 279, 65 К (6,65 0С).
Расчет сведен в таблицу 3.5.
Таблица 3.5 – Таблица расчетов при определении температуру верха колонны
Компоненты дистиллата |
ki при ТD=279,65К (πD = 1,5*106 Па (1,53 ат) |
|
|
СН4 |
11,35 |
0,026 |
0,0023 |
С2Н6 |
2,36 |
0,029 |
0,0124 |
С3Н8 |
0,98 |
0,932 |
0,9506 |
С4Н10 |
0,35 |
0,013 |
0,0371 |
Сумма |
|
1,000 |
1,0025 |
в) температура низа колонны
Принимаем давление в низу колонны:
πR=1,48+0,02=1,5 МПа
Температуру низа колонны определяем методом постепенного приближения по уравнению фаз:
Путем подбора такого ее значения, при котором константы равновесия для давления πR=1,5 МПа, будучи подставлены в это уравнение, превращают его в тождество. Такая температура равна 385,75К (112,65 0С).
Расчет сведен в таблицу 3.6.
Таблица 3.6 – Таблица расчетов при определении температуры низа колонны
Компоненты кубового остатка |
ki при ТR=385,75К (πD = 1,50*106 Па (1,53 ат) |
|
|
СН4 |
- |
- |
- |
С2Н6 |
- |
- |
- |
С3Н8 |
2,50 |
0,020 |
0,0500 |
С4Н10 |
1,17 |
0663 |
0,7757 |
С5Н12 |
0,55 |
0,317 |
0,1744 |
Сумма |
|
1,000 |
1,0001 |
г) коэффициенты относительной летучести
Рассчитаем коэффициенты относительной летучести компонентов – эти значения пригодятся в дальнейших расчетах.
Принимает летучесть бутана, равной 1.
Коэффициент летучести для любого компонента вычисляется по формуле:
Для укрепляющей части колонны находим среднее значение коэффициента относительной летучести по формуле:
где
– коэффициент
относительной летучести компонента
притемпературе 279,65 0С
и давлении 1,5 МПа;
-
коэффициент относительной летучести
компонента притемпературе 353 0С
и давлении 1,5 МПа;
Для отгонной части колонны среднее значение коэффициента относительной летучести вычисляем по формуле:
где
– коэффициент
относительной летучести компонента
притемпературе 385,75 0С
и давлении 1,5 МПа.
Полученные расчетом значения коэффициентов относительной летучести для всех компонентов исходной смеси сведены в таблицу 3.7.
Таблица 3.7 – Таблица расчетов относительной летучести компонентов
Компоненты |
Укрепляющая часть |
Отгонная часть |
|||||||
ki при Тf=353 0С πf=1,4 МПа |
αif при Тf=353 0С πf=1,4 МПа |
ki при ТD=279,65 0С πf=1,4 МПа |
αiD при Тf=279,65 0С πf=1,4 МПа |
αiср |
ki при ТR=385,75 0С πR=1,4 МПа |
αiR при Тf=385,75 0С πf=1,4 МПа |
αiср |
||
СН4 |
14,0 |
28,00 |
11,35 |
32,43 |
30,21 |
17,00 |
14,53 |
21,26 |
|
С2Н6 |
4,5 |
9,00 |
2,36 |
6,74 |
7,87 |
5,80 |
4,96 |
6,98 |
|
С3Н8 |
1,8 |
3,60 |
1,01 |
2,80 |
3,20 |
2,50 |
2,14 |
2,87 |
|
С4Н10 |
0,75 |
1,00 |
0,35 |
1,00 |
1,00 |
1,17 |
1,00 |
1,00 |
|
С5Н12 |
0,3 |
0,60 |
0,10 |
0,29 |
0,44 |
0,55 |
0,47 |
0,54 |
|
3.6 Расчет доли отгона и состава жидкой и паровой фаз сырья при подаче его в колонну
Мольную
долю отгона
исходного сырья и составы фаз при
температуре 353 К и давлении 1,4 МПа
рассчитываем аналитическим методом
Трегубова по формулам:
Или
Путем
подбора такого значения
,
при котом удовлетворяется это равенство.
В результате расчетов получим
Результаты расчетов сведены в таблицу 3.8.
Таблица 3.8 – Таблица расчетов доли отгона
Компо-ненты сырья |
Состав сырья, |
ki при Тf=353 0С πf=1,5 МПа |
|
|
|
СН4 |
0,0098 |
14,0 |
1,91 |
0,0051 |
0,0718 |
С2Н6 |
0,0111 |
4,5 |
1,245 |
0,0089 |
0,0400 |
С3Н8 |
0,3636 |
1,6 |
1,042 |
0,3489 |
0,6197 |
С4Н10 |
0,4178 |
0,75 |
0,9825 |
0,3234 |
0,1646 |
С5Н12 |
0,1978 |
0,3 |
0,951 |
0,3132 |
0,0939 |
Сумма |
1,0000 |
|
|
0,9995 |
0,9901 |
