2015-07-14
1813
РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Технологический расчёт ректификационной колонны
Целью расчёта является определение основных размеров ректификационной колонны, количества тарелок, теплового расчёта и определения гидравлического сопротивления внутренних устройств.
3.1.1.1 Исходные данные:
Исходная смесь: этилен-метан-этан.
Производительность по исходной смеси GF = 27000 кг/ч.
Содер 
жание компонентов
- в исходной смеси xFi:
этилен - 99,06 % (мольн.);
метан - 0,85 % (мольн.);
этан - 0,09 % (мольн.);
- в отдувке yDi:
этилен - 79,84 % (мольн.);
метан - 20,16 % (мольн.);
- в кубовом остатке xWi:
этилен - 99,9 % (мольн.);
метан - 0,003 % (мольн.);
этан - 0,097 % (мольн.);
Вывод кубового остатка GW = 26000 кг/ч
Расчёт ведётся согласно [6]
Материальный баланс колонны
Расход отдувки с колонны определяем согласно формуле
G отд = GF + GW; (3.1)
G отд= 27000-26000 = 1000 кг/ч.
Массовая доля 
для смеси по формуле
, (3.2)
где 
-мольная доля;
, 
-мольные массы компонента А и смеси;
А,В,С -компоненты: этилен, метен, этан соответственно.
|
|
|
Для питания
× + 
+ 
; (3.3)
25,92 кг/кмоль.
Для кубового остатка
× + + ;
26,004 кг/кмоль.
Для отдувки
× +
23 кг/кмоль.
По этилену
= 99,365.
По метану
= 0,525.
По этану
= 0,11.
Для отдувки и кубового остатка расчёт аналогичен. Результаты расчёта сводим в таблицу материального баланса колонны К-13.
Таблица 3.1
Материальный баланс колонны К-13.
| Компонент | Состав | Мольная масса | |||
| Мольн. доли,% (мольн.) | Масс. доли, % (масс.) | кг/ч | кмоль/ч | ||
| Питание, xF | |||||
| Этилен С2Н4 | 99,06 | 99,365 | 26828,55 | 1031,81 | |
| Метан СН4 | 0,85 | 0,525 | 141,75 | 8,86 | |
| Этан С2Н6 | 0,09 | 0,11 | 29,7 | 0,09 | |
| Итого: | 1041,66 | М см = 25,92 | |||
| 6 | |||||
| Отдувка, yDi | |||||
| Этилен С2Н4 | 79,84 | 85,975 | 859,75 | 33,067 | |
| Метан СН4 | 20,16 | 14,025 | 140,25 | 8,765 | |
| Итого: | 41,83 | М см = 23 | |||
| Кубовый остаток, xWi | |||||
| Этилен С2Н4 | 99,9 | 99,88 | 25968,8 | 998,8 | |
| Метан СН4 | 0,003 | 0,002 | 1,5 | 0,09 | |
| Этан С2Н6 | 0,097 | 0,118 | 29,7 | 0,99 | |
| Итого: | 999,84 | М см = 26,004 |
Выбираем в качестве лёгкого ключевого компонента метан, в качестве тяжёлого ключевого компонента этилен. В кубовом остатке следы метана объединены со следами этана.
Режим работы колонны К-13:
- примем давление в колонне p = 26 атм;
- расчётные температуры верха и низа колонны составляют
t верх= -18 оС, t низ= -16 оС.
Средняя температура в колонне
= -17 оС.
Константы фазового равновесия находим по формуле [16].
Таблица 3.2
Расчётные значения для определения параметра Q
| Компонент | Мольн. масса, Мi | Константа фазового равновесия, Крi | Относительная летучесть, a i | Мольная доля, xiF |
| Этилен С2Н4 | 1,05 | 0,9906 | ||
| Метан СН4 | 4,76 | 0,0085 | ||
| Этан С2Н6 | 0,6 | 0,57 | 0,0009 | |
| S = 1,000 |
В соотве 
тствии с технологическим регламентом, питание колонны К-13 находится в виде жидкости. Тогда по уравнению Андервуда [6,7] находим параметр Q.
|
|
|
Решаем методом последовательных приближений
0; (3.4)
0
Q = 2 S = -0,976
Q = 4 S = -0,284
Q = 4,4 S = -0,205
Q = 4,6 S = -0,02
Q = 24,8 S = -0,022
Принимаем Q = 4,6.
Минимальное флегмовое число определяем по уравнению Андервуда
; (3.5)
;
= 4,78.
Для приблизительной оценки оптимального флегмового числа можно воспользоваться рекомендациями Джиллиленда
= 0,1¸0,33. (3.6)
При значении этого отношения равным 0,23
. (3.7)
В нефтепереработке часто применяют [6]
, (3.8)
тогда
.
Минима 
льное число теоретических тарелок определяем по уравнению Фейска-Андервуда
, (3.9)
где x л.к, x т.к - мольные доли лёгкого ключевого и тяжёлого ключевого компонента;
aл.к/т.к - относительная летучесть лёгкого ключевого к тяжёлому ключевому
компоненту;
D - в дистилляте;
W - в кубовом остатке.
Таблица 3.3
Расчётные данные.
| Компнент | Относительная летучесть, a i | Мольн.доли, yDi | Константа фаз. равновес., Кi | 
|
| Метан СН4 | 6,01 | 0,216 | 5,05 | 0,082 |
| Этилен С2Н4 | 0,7984 | 0,84 | 0,918 | |
| S = 1,000 |
Средняя относительность летучесть
=5,5;
= 7,02.
Принимаем 
= 8.
По графику Джилленда [6].
. (3.10)
По значениям флегмового числа находим
= 0,14.
Из графика [6] находим
= 0,5;
тогда
= 17.
КПД клапанных тарелок принимаем по рекомендациям h=0,4¸0,5 равным h = 0,42, определяем число действительных тарелок [ 24 ]
= 40,48.
Принимаем 
= 41.
Принимаем расстояния между тарелками Hл.т = 500 мм. Находим высоту колонны Нкол.
Общая высота колонны определяется по уравнению
, (3.11)
где 
-высота тарельчатой части, мм;
-высота опоры, 
= 2700 мм;
-высота кубовой части. 
= 3650 мм;
-высота сепарационной части, = 890 мм;
-высота дефлегматора, 
= 5210мм
Высота тарельчатой части
, (3.12)
где 
-расстояния между тарелками в районе люка = 800 мм;
- расстояния между тарелками в районе перехода колонны, = 1300 мм.
= 22500 мм;
Н кол = 22500+2700+3650+890+5210 = 33550 мм.
Диаметр колонны определяем по формуле
, (3.13)
где V - объём (расход) паров, м3/с;
- максимальная допустимая скорость паров, м/с.
Объёмный расход паров
, (3.14)
где Т - средняя температура в колонне, оК;
р - давление в колонне, МПа;
- средняя мольная масса, кг/моль;
- количество паров, кг/с
, (3.15)
где 
- массовый расход отдува, кг/ч;
= 6740 кг/ч = 1,87 кг/с;
= 0.09 м3/c.
Максимально допустимая скорость паров
, (3.16)
где 
-коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и
свойств рабочей среды;
- плотность паров, кг/м3;
- плотность жидкости, кг/м3.
=20,8 кг/м3; 
570 кг/ м3
Для колонн, работающих под высоким давлением и разделяющих лёгкие углеводороды по рекомендации [6] определяем по формуле
, (3.17)
где 
- коэффициент, определяющий по графику в зависимости от расстояния между
тарелками Н и поверхностного натяжения жидкости;
G = 26×10-5 кг/м - по справочным данным.
Откуда = 0,7; Н = 500 мм.
= 0,03;
= 0,15 м/с;
= 1,62м.
Принимаем D = 1,8 м.
W g < W max, т.е колонна работает с определённым запасом нагрузки по парам.
