Диплом / 2 сепаратор

5.1.2 Материальный баланс сепаратора высокого давления С-10

В сепараторе происходит разделение газопродуктовой смеси. При этом отделяется парогазовая смесь, которая поступает на очистку ВСГ от сероводорода , а жидкая фаза в стабилизационную колонну К-12 для стабилизации гидроочищенного бензина

Рассчитывается материальный баланс сепаратора С-10, в который поступает смесь сырья и ВСГ с составом, приведенным в таблице 5.3.

Таблица 5.3─ Состав сырья

Компоненты сырья	Количество, кг/час	Состав, % масс.
Водород	4871,51	7,1
Сероводород	260,73	0,38
Метан	384,23	0,56
Этан	296,04	0,43
Пропан	288,17	0,42
Бутан	116,66	0,17
Пентан-600С	14710,6	21,44
фр. 60 – 1050С	17469,82	25,46
фр. 105 – 1800С	20803,41	30,32
фр. 180 – 2100С	15568,96	22,69
вода	65,87	0,096
Итого	74836,0	109,07

В сепараторе поддерживается температура Т_sep = 303 K и давление P = 35 атм. Входящим потоком в сепаратор является газопродуктовая смесь на выходе из реакторного блока состав которой был описан ранее.

По формуле Антуана (5.15) рассчитываем давление насыщенных паров компонентов Рv_i входящего потока при условиях сепаратора.

, [4, с. 8] (5.15)

где Рv_i – давление насыщенных паров компонентов, атм;

A_i, B_i, C_i – константы Антуана;

Т– температура при которой определяется давление насыщенных паров компонентов, К.

Константы Антуана для нахождения давления насыщенных паров приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Константы Антуана

Компоненты газопродуктовой смеси	А	В	С
Водород	13.6333	164.9	3.19
сероводород	16.1040	1768.69	-26.06
Метан	15.2243	897.84	-7.16
Этан	15.6637	1511.42	-17.16
Пропан	15.726	1872.46	-25.16
н-Бутан	15.6782	2154.9	-34.42
пентан	15.8333	2477.07	-39.94

Константа фазового равновесия компонентов К_i при давлении в сепараторе P = 36 атм рассчитывается по формуле .

К_i = Рv_i / Р, [4, с. 20] (5.16)

где Р – давление в системе, атм.

По формуле Ашворта рассчитывается давление насыщенных паров узких фракций.

, [4, с. 20] (5.17)

, [4, с. 20] (5.18)

[4, с. 20] (5.19)

Константа фазового равновесия компонентов К_i 1при давлении в сепараторе P = 32 атм рассчитывается по формуле .

К_i 1 = / Р, [4, с. 12] (5.20)

Мольную долю отгона е’ входящего потока и составы фаз при температуре Тsep= 303 K и давлении P =  35 атм. Рассчитываем 

аналитическим методом Трегубова по формуле (5.21), путем подбора такого значения е’, при котором удовлетворяется это равенство.

∑С_i / 1 + e’·( К_i ─ 1) = 1, [4, с. 12] (5.21)

где C_i ─ мольная доля компонента в сырье.

Мольную долю отгона в точке ввода сырья определяют по рисунку 5.1.

Рисунок 5.1- График определения

мольной доли отгона

Таким значением мольной доли отгона будет е’ = 0.779

Результаты расчета сведены в таблицу 5.5

Таблица 5.5 – Расчет мольной доли отгона

Компонент	Сi, % масс.	Рvi, атм.	Кi
1	2	3	4
Водород	0,775	639.974	15,999
Сероводород	0,00244	21.848	0,546

Продолжение таблицы 5.5

1	2	3	4
Метан	0,00764	285,81	6,470
Этан	0,003142	42.213	1,055
Пропан	0,00208	10.52	0,263
Бутан	0,00064	2.777	0,069
Пентан-60	0,0610	0.549	0,014
Фр. 60-105	0,0607	0.174	0,0043
фр. 105 – 180	0,0538	0.042	0,0011
фр. 180-210	0,0316	0.032	0,0008
вода	0,0316	0,073	0,0018
Итого	1,000

Состав паровой и жидкой фазы находим по формулам.

Среднюю молекулярную массу паровой фазы Msrp рассчитываем по формуле:

Msrp = ∑ Y_iv· M_i [4, с. 7] (5.22)

Средние молекулярные массы входящего потока и жидкой фазы после испарения:

MsrF = ∑Сpr_i · М_i, [4, с.7] (5.23)

Msrg = ∑X_iv · М_i, [4, с.7] (5.24)

где Сpr_i, X_iv, Y_iv – мольные доли компонентов входящего потока, жидкой фазы после испарения и паровой фазы;

М_i – молекулярные массы компонентов.

Расчет по данным формулам дал следующее MsrF =23.828; Msrp = 2,77.

Рассчитываем массовую долю отгона еmass по формуле :

emass= e’· (Msrp / MsrF) [4, с. 52] (5.25)

еmass = = 0,090608

Зная массовую долю отгона рассчитываем количество паровой фазы Gр:

Gр = еmass∙ Fpot, [4, c. 52] (5.26)

где Fpot – количество входящего потока, кг/час

Gр = 0,09068∙ 74836 = 6786,092 кг/час

Зная количество паровой фазы рассчитываем количество жидкой фазы Gg:

Gg = Fpot – Gр [4, c. 52] (5.27)

Gg = 74836 – 6786,092 = 68049,908 кг/час

Массовые составы паровой и жидкой фаз Y_i, X_i рассчитываем по формулам:

Y_i = Y_iv∙ MsrF/ Msrp [4, c. 52] (5.28)

X_i = X_iv∙ MsrF/ Msrg [4, c. 52] (5.29)

Результаты расчетов по формулам (5.28) – (5.29) в форме материального баланса сепаратора приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 – Материальный баланс сепаратора С-10

Компонент	Входящий поток		Жидкая фаза			Паровая фаза
	масс. доли	кг/час	%масс.	кг/час	% масс.		кг/час
Водород	7,1	4871,51	0,028	84,876	70,54		4786,634
Сероводород	0,38	260,73	0,033	89,128	2,53		171,602
Метан	0,56	384,23	0,005	16,139	5,42		368,091
Этан	0,43	296,04	0,021	62,721	3,44		233,319
Пропан	0,42	288,17	0,07	149,536	2,04		138,634
Бутан	0,17	116,66	0,073	93,721	0,34		22,939
Пентан-60	21,44	14710,6	17,705	14031,158	10,01		679,442
фр. 60-105	25,46	17469,82	25,16	17206,108	3,89		263,712
фр. 105-180	30,32	20803,41	32,38	20725,949	1,14		77,461
фр. 180-210	22,69	15568,96	24,41	15525,123	0,64		43,837
вода	0,096	65,87	0,101	65,449	0,006		0,421
Итого	109,07	74836	100,000	68049,908	100,000		6786,092