Методика

УДК 66.048.375

Прокофьева Т.В., Щелкунов В.А., Андpиканис В.В., Федорова Е.Б. Технологический pасчет колонны для разделения сжиженных газов. - М.: РГУ

нефти и газа, 2006, 49 с.

В учебном пособии приведен технологический расчет колонны для разделения сжиженных газов. Рассмотрены назначение и особенности pасчета колонны. Пpиведена методика аналитического pасчета паpаметpов ректификации (числа теоретических тарелок, флегмовых и паровых чисел), материальных и тепловых потоков, основных pазмеpов колонны в зависимости от заданной четкости разделения целевых продуктов. Выполнен технологический расчет колонны для разделения многокомпонентной смеси с использованием ЭВМ. Пpиведены pезультаты pасчета для семикомпонентной смеси.

Учебное пособие пpедназначено для студентов специальностей 130603, 240401, 240403, 280201, изучающих курс «Процессы и аппараты химической технологии».

Ил.9, табл. 10, библ. - 10 назв.

Рецензенты:

пpофессоp кафедpы обоpудования нефтегазопеpеpаботки РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, к.т.н., С.А.Круглов

Генеральный директор ЗАО «Петрохим Инжиниринг», к.т.н. Вихман А.Г.

ВВЕДЕНИЕ

Получение индивидуальных легких углеводородов или углеводородных фракций высокой чистоты на нефтеперерабатывающих заводах проводится на газофракционирующих установках.

В зависимости от типа перерабатываемого сырья газофракционирующие установки (ГФУ) подразделяются на ГФУ предельных и ГФУ непредельных газов.

Сырьё может поступать на установку в газообразном и жидком виде. На ГФУ предельных газов сырьем являются газы с установок первичной перегонки, каталитического риформинга, гидрокрекинга, на ГФУ непредельных - с установок термического и каталитического крекинга, коксования.

Для фракционирования газов и разделения его на узкие фракции необходимо иметь несколько простых ректификационных колонн. Число их на единицу меньше числа получаемых фракций. Колонны, входящие в состав ГФУ, работают при избыточном давлении, поэтому при расчете объема разделяемой смеси, констант фазового равновесия и теплоемкостей следует вводить соответствующие поправки.

Выбор давления для ректификационных колонн, разделяющих сжиженные газы, обусловлен применением в качестве хладагента в конденсаторе-холодильнике, расположенном сверху колонны, воды или воздуха, т.е. температура начала конденсации паров должна составлять 45-551С. Чрезмерное повышение давления (выше 2МПа) приводит к высокой температуре низа колонны, и для нагрева остатка колонны в рибойлере потребуется высокотемпературный теплоноситель.

В данной работе представлен технологический расчет колонны для разделения сжиженных газов, сырьем которой является смесь, состоящая из и-бутана, н-бутана, и- пентана, н-пентана, и-гексана, н-гексана и н-гептана.

Целью расчета является определение составов дистиллята и остатка, параметров ректификации и основных размеров колонны.

Вкачестве параметров ректификации рассчитывают число контактных устройств

ваппарате и их распределение между концентрационной и отгонной секциями, флегмовые и паровые числа, температуры верха и низа колонны, а также количество тепла, подводимого в низ колонны и отводимого сверху.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА:

число компонентов в сырье n = 7,

число компонентов до границы деления p = 3, производительность по сырью F = 20 т/ч, давление в секции питания колонны π эв = 0,67 МПа, мольная доля отгона e′ = 0,3 ,

содержание в дистилляте компонентов с н-пентана

по н-гептан A= 8%мол.,

содержание в остатке компонентов с и-бутана по и-пентан , В= 10%мол.,

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной колонны для разделения многокомпонентной смеси.

1. РАСЧЕТ ОДНОКРАТНОГО ИСПАРЕНИЯ СЫРЬЯ НА ВХОДЕ В КОЛОННУ

Пересчет заданных массовых концентраций сырья в мольные проводится по

В табл.1 представлен состав исходного сырья в массовых и мольных концентрациях.

Расчет однократного испарения сводится к определению доли отгона смеси при заданной температуре и давлении или к определению температуры при заданной доле

отгона. В результате расчета определяются полные составы паровой y*F ,i и жидкой

а равновесные составы пара или жидкости соответственно определяются по уравнениям равновесия:

где

ki = pPi эв

– константа фазового равновесия i -го компонента при температуре tF ; Pi –

давление насыщенных паров i-го компонента определяется по уравнению Антуана [1]:

Если сырье подается в колонну в виде кипящей жидкости (e′ =0), температура ввода сырья определяется по уравнению изотермы жидкой фазы:

такого значения температуры tF, которое с заданной точностью превращает уравнение

в тождество.

Результаты расчета однократного испарения сырья при заданной мольной доле отгона

e′=0,3 и давлении π эв = 0,67 МПа = 5100 мм рт.ст. представлены в табл. 2.

Таблица 2

Молекулярная масса паровой фазы рассчитывается по формуле:

п = n y* , M F å F ,i M i

i=1

молекулярная масса жидкой фазы:

n

M жF = å x*F ,i M i . i=1