80

5.1.3 Расчет материального баланса колонны К-12

Рассчитывается материальный баланс колонны К-12, в которую поступает сырье ─ нестабильный гидрогенизат с составом, приведенным в таблице 5.7. В качестве легкого ключевого компонента (ЛКК) выбран- бутан, тяжелого (ТКК) ─ фракция н.к-60°С.

Таблица 5.7─ Состав сырья

Компоненты сырья	Количество, кг/час	Состав, % масс.
Водород	84,876	0,028
Сероводород	89,128	0,033
Метан	16,139	0,005
Этан	67,721	0,021
Пропан	149,536	0,07
Бутан	93,721	0,073
Фр.н.к.-600С	14031,158	17,705
Фр. 60-150 0С	17206,108	25,16
Фр.105-1800С	20725,949	32,38
Фр. 180-2100С	15525,123	24,41
Итого:	67984,459	100

1) Расчёт доли отгона в точке ввода сырья

Мольный и массовый состав сырья, дистиллята и куба, а также значение молекулярной массы приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 – Значения мольного состава сырья, дистиллята и куба

Компоненты	Массо-вый состав сырья, масс. доли	Молекуляр-ная масса, кг/кмоль	Мольный состав сырья, мол. доли	Мольный состав дистиллята, мол. доли	Мольный состав куба, мол. доли
1	2	3	4	5	6
Водород	0,0012	48,089	0,00064	0,0187	0,0006
Продолжение таблицы 5.8
1	2	3	4	5	6
Сероводород	0,034	45,6	0,00079	0,014	0,0015
Метан	0,005	37,697	0,00014	0,0042	0,0002
Этан	0,021	41,222	0,00056	0,0124	0,0015
пропан	0,07	49,165	0,0015	0,0197	0,0002
бутан	0,073	59,851	0,0013	0,0074	0,0015
Фр.Н.к.-600С	17,72	76,71	0,248	0,5019	0,0002
Фр.60-1050С	25,53	91,56	0,296	0,3116	0,0015
Фр. 105-1800С	30,39	123,05	0,283	0,0932	0,0002
Фр.180-2100С	22,75	156,23	0,168	0,0171	0,0015
Итого	100	-	1	1	1

Для расчета однократного испарения в К-12 находятся средние молекулярные массы компонентов по формуле Воинова :

Мmi=60+0,3*Tsi+0,001*Tsi² , [5, с. 17] (5.31)

где Тsi- средняя температура кипения i-го компонента, К.

Давление насыщенных паров легких компонентов P_i газа находим по формуле Антуана :

, [5, с. 20] (5.32)

где P_i - давление насыщенных паров лёгких компонентов, атм.;

Т_к – температура в колонне К-12, К.

kant_{(i, 0)} - kant_{(i, 2)} – константы Антуана для индивидуальных углеводородов.

Давление насыщенных паров P_i тяжёлых компонентов определяют по формуле Ашворта :

, [5, с.20] (5.33)

где P_i – давление насыщенных паров, атм.;

Tk – температура однократного испарения, °С;

tcp_i – средняя температура кипения углеводородной фракции, °С.

Функцию Х(Т) находят из уравнения :

[5,с.20] (5.34)

Константу фазового равновесия i компонента определяется из соотношения :

, [5, с. 20] (5.35)

где Р_i - давление насыщенных паров компонента i при температуре однократного испарения, атм.;

Р_k – давление, при котором производится однократное испарение, атм.

Полученные результаты расчета давления насыщенных паров и констант фазового равновесия представлены в таблице 5.9

Таблица 5.9 – Значения давления насыщенных паров, константы фазового равновесия, мольного состава парового и жидкого потоков в точке ввода сырья.

Компонент	Давление насыщенных паров, атм	Константа фазового равновесия	Мольный состав парового потока, мол. доли	Мольный состав жидкого потока, мол. доли
1	2	3	4	5
Водород	319,023	56,743	0,0187	0,0006
Сероводород	91,116	13,877	0,014	0,0015
Метан	229,685	31,351	0,0042	0,0002
Продолжение таблицы 5.9
1	2	3	4	5
Этан	124,621	17,106	0,0124	0,0015
пропан	73,484	12,284	0,0197	0,0002
бутан	42,178	9,476	0,0074	0,0015
Н.к-60	19,872	7,235	0,5019	0,0002
Фр. 60-105	10,865	6,081	0,3116	0,0015
Фр. 105-180	3,306	4,627	0,0932	0,0002
Фр.180-210	1	3,73	0,0171	0,0015
Итого	-	-	1	1

Перейдём непосредственно к расчёту доли отгона в точке ввода питания в колонну.

Давление насыщенных паров находим по формуле 5.33, константы фазового равновесия по формуле 5.35. Рассчитывается мольная доля отгона методом постепенного приближения (5.36) и определяется по графику 5.1:

[5, с. 18] (5.36)

где Yi - мольная доля компонента в нефти;

Ki – константа фазового равновесия.

е - мольная доля отгона

Мольную долю отгона в точке ввода сырья определяют по рисунку 5.2. Значение мольной доли отгона е=0,169

Рисунок 5.2- график определения мольной

доли отгона

где е – мольная доля отгона.

Состав жидкой фазы в мольных долях определяется по формуле :

,

[5, с. 18] (5.37)

где Yi - мольная доля компонента в нефтегазоконденсатной смеси;

Ki – константа фазового равновесия.

е - мольная доля отгона

Состав паровой фазы в мольных долях определяется по формуле :

_.

[5, с. 18] (5.38)

где Ki – константа фазового равновесия;

YGi - состав жидкой фазы в мольных долях.

Значения массового состава паровой и жидкой фазы питания представлена в таблице 5.10.

Таблица 5.10 –Значения массового состава паровой и жидкой фазы питания

Компонент	Массовый состав жидкой фазы, масс. доли	Массовый состав жидкой фазы, кг/ч	Массовый состав паровой фазы, масс. доли	Массовый состав паровой фазы, кг/ч
1	2	3	4	5
Водород	0.0032	1.918	0.877	82.958
Сероводород	0.0039	2.284	0,918	86.844
Метан	0.0008	0.479	0,166	15.66
Этан	0.0081	4.764	0.613	57.957
пропан	0.036	21.57	1.353	127.966
бутан	0.074	43.294	0.533	50.427
Н.к-60	16,943	9916.572	43,505	4114.586
Фр.60-105	25,697	15039.765	22,906	2166.343
Фр.105-180	31,171	18243.44	26,25	2482.509
Фр.180-210	26,062	15252.848	2,879	272.275
Итого	100	58526.934	100	9457.525

Перевод мольной доли отгона в массовую осуществляется с помощью формулы :

emas=e · ∑Y_i · М_i / ∑С_i · М_i , [5, c. 52] (5.39)

где еmas – массовая доля отгона;

числитель – средняя молекулярная масса пара;

знаменатель – средняя молекулярная масса сырья.

emas=0,139

Перевод мольного состава пара в массовый осуществляется по формуле :

Y_i mas = Y_i · М_i / ∑Y_i · М_i , [5, с. 53] (5.40)

где Y_i – мольная доля в паровой фазе компонента;

M_i – молекулярная масса компонента;

Y_masi - массовая доля компонента в паровой фазе.

Перевод мольного состава жидкости в массовый осуществляется по формуле

Х_i mas = Х_i · М_i / ∑Х_i · М_i , [5, c. 53] (5.41)

где X_i – мольная доля компонента в жидкой фазе;