Розрахунок сепаратора низького тиску

В сепаратор низького тиску поступає нестабільний каталізат (нестабільний бензин+вуглеводневий газ).

Склад газової фази, мольні (мольні частки)

 

H2=C, C13	C2H2=0,254	C4H10= 0,13
CH4=0,319	C3H5=0,198	C4H10=0,085

 

Температура в системі 40^оС.

Визначається кіломольна частка вуглеводневого газу, що поступає в сепаратор:

 

 (1)

де xi – вміст компонентів суміші мольної частки

Mi – кіло мольна маса компонентів сміші, кг/к моль.

М_сер= 2 ∙ 0,013 + 16 ∙319+30∙0,254+44∙0,198+58∙0,13+58∙0,085=33,99кг

 Об’єм газової суміші при робочих умовах сепаратора визначається за формулою [1ст.11].

 

 (2)

 

 

де Т – температура в системі, ^оК;

Р – тиск в систем, Мпа;

G – масова витрата тиску, кг/год;

М – Кислотна маса газової суміші,кг/к моль;

Z – коєфіцієнт стиску;

Z = 0,76 (з практичних даних)

 

 

Визначається густина рідкої фази при робочих умовах сепаратора за формулою [7 ст.9 ].

 

 (3)

 

де  - відносна густина нафтопродукту при даній температурі;

α - середня температурна поправка на 1°С.

Густина газової фази розраховуэться за формулою [7,ст. 10 ]:

 (4)

 

Визначається допустима швидкість руху газового струминя за формулою [7ст. 115 ]:

 

 (5)

 

де  - густина рідини, кг/м³

 - густина газу при даних умовах, кг/м³

 

 

Необхідний більший переріз апарату визначається за формулою

[7, ст.111]:

 

 (6)

 

Визначаємо необхідний діаметр в апараті на газовій струмині:

 

 (7)

Визначається секундна об’ємна витрата нестабільного бензину:

 

 

Необхідний вільний переріз апарата рівний:

 

 

де 0,004 м/с допустима швидкість руху рідини струмини в м/с [7,ст. 118]

Отже, діаметр апарату рівний:

 

 

Діаметр визначений по рідкому навантаженні більший за діаметр по газовому струмені.

Приймається стандартний діаметр апарату:

Д=2,6мм

Висота циліндричної частини – 4500 мм.

Розрахунок фракціонуючого абсорбера

 

Фракціонуючий абсорбер служить для вилучення метану, етану із рідкої і газової фаз.Розділення проходить на клапанних тарілках:

Мал. 2 Схема матеріальних потоків

Матеріальний баланс колони

Матеріальний баланс фракціонуючого абсорбера складається для встановленого режиму, матеріальних і теплових потоків, що поступають в сепаратор, вона рівна сумі залишаючи тисків.

Результати розрахунків зводяться в таблицю.

 

Таблиця 5 - Матеріальний баланс колони

Статті балансу	% мас	т/рік	т/добу	кг/год.
Взято:
Нестабільний каталізат	100,00	390000	1200,00	50000
Нестабільний бензин	94,00	366600	112800	47000
Вуглеводневий газ	6,00	23400	7200	3000
Всього:	100,00	390000	1200	50000
Одержано:
Стабільний бензин	6,70	26130	80,4	3350
Стабільна головка	93,30	363870	1119,60	46650
	100,00	390000	1200,00	50000

Тепловий баланс колони

Тепловий баланс абсорбера складається з метою визначення кількості тепла, яке вносять в низ абсорбера гарячий потік:

Згідно закону збереження енергії рівняння теплового балансу має вигляд:

 

 (5.8)

 

де: Q_н.б. – тепло, яке вносять нестабільним бензином, кДж/год;

Q_г.стр – тепло, яке вноситься гарячою струминею, кДж/год;

Q_в.г – тепло, яке виноситься з колони вуглеводневим газом, кДж/год;

Q_аб – тепло, яке заберається абсорбентом, кДж/год;

 Q_ст.б – тепло, яке виноситься з колони стабільним абсорбентом, кДж/год;

Q_г.с.г – тепло, яке виноситься з колони вуглеводневим газом, кДж/год.;

Q_д.к – тепло, яке виноситься з колони дестабілізованим каталізатом, кДж/год.

Ентальпії нафтопродуктів приведені в таблиці.

 

Таблиця 6

Фракції		tº		Ентальпії,кдж/кг
Нестабільний бензин і (каталізат)	0,770	0,774	40 155	80,04 357,27	- 653,06
Деетанізований каталізат	0,760	0,764	165 225 185	372,42 534,03 420,75	666,52 709,28
Стабільний бензин	0,765	0,769	255 230 35	616,21 550,35 69,7	867,22   -
Стабільна головка	0,600	0,604	65 35	150,13 78,84	514,38 -

Визначається загальний прихід тепла:

Розраховується кількість тепла, що вноситься нестабільним бензином визначається за формулою [7ст. 65]

 

 (5.9)

 

де G_н.б. – масова витрата нестабільного бензину, кг/год;

Jt_вх, і _{t вх} – відповідно ентальпії парів та рідкого потоків при температурі входу, кДж/кг;

е – масова частка відгону;

е = 0,01 [ з практичних даних].

Нестабільний бензин в фракційний абсорбер поступає двома потоками, як абсорбент подається 3% від нестабільного бензину:

 

Q_аб=0,03∙50000 кг/год = 1500 кг/год

 

тоді:

 

Q_н.б.=50000кг/год – 1500 кг/год = 48500 кг/год

 

Відповідно:

 

Витрата тепла:

1) з абсорбентом; (3% нестабільного бензину)

 

 (5.10)

2) з вуглеводневим газом

 

 (5.11)

 

де С – теплоємність вуглеводневого газу, КДж/кг.

 

Таблиця 7

Вміст вуглеводнів	% об	Mi	Mix		кДж/кгºК	С
H2	1,3	2	0,026	0,001	14,57	0,01
CH4	31,9	16	5,104	0,150	3,255	0,49
C2H6	25,4	30	7,62	0,224	2,938	0,66
C3H8	19,8	44	8,782	0,256	2,890	0,74
C4H10	13,1	58	7,598	0,224	2,863	0,64
І C4H10	8,5	58	4,93	0,145	2,828	0,41
Всього:	100	-	33,99	100	-	2,95

 

3) з стабільним бензином (зрошення яке складає 5% від G_ст.б)

 

 (5.12)

 

4) з сухим газом

 

 (5.13)

 

де С_с.г – теплоємність сухого газу, кДж/кгºС

 

 (5.13)

Приймається К_г.х.зр = 2 [ 7 ст. 54 ]

 

Визначається загальна витрата тепла:

 

 (5.7)

 

Визначається кількість тепла, що повинна внести гаряча струмина.

 

 (5.8)

 

Визначається масова витрата гарячої струмини:

 

 (5.9)

 

де G_г.стр. – масова витрата гарячої струмини, кг/год.

 

Розрахунок діаметру колони

Діаметр колони абсорбера визначається в залежності від максимальної витрати парів і їх допустимої швидкості в вільному перерізі колони.

Діаметр абсорбера визначається за формулою [ 7 ст. 56]

 (5.10)

 

де Д – діаметр колони, м;

V_сек – об’ємна витрата парів, м³/с;

W – допустима лінійна швидкість руху парів, м/с.

 

[ 7 ст. 56]

 

Об’ємна витрата парів на верху колони визначається з врахуванням гострого холодного зрошення за формулою [ 7 ст. 54 ]

 

 (5.11)

 

де То, По – відповідно температура і тиск при нормальних умовах, ^оК, Па;

Т_верх, П_верх – відповідно температура і тиск на верху колони, ^оК, Па;

Z – коефіцієнт стиску, враховується у випадку, коли тиск парів і газів більше 0,4 МПа;

М_зр.г - кіломольна маса зрідженого газу, кг/к моль.

Оскільки колона працює під тиском необхідно визначити коефіцієнт стиску:

 

 

Критичні константи визначаються в залежності від молекулярної маси ректифікату:

 

Т_кр = 200 + 272^оК = 473 ^оК

Р_кр = 2,5 МПа

Z = 0,56 [ 7 ст. 21 ]

 

Кількість гострого гарячого зрошення визначається з рівності тепла, яке віддає і забирає гостре холодне зрошення:

 

 (5.12)

 

Визначається масова витрата гострого горючого зрошення:

 

 (5.13)

 

 

Приймається W = 0,2 м/с [ 7 ст. 54 ]

 

 

Приймається стандартний діаметр верху колони [ 7 ст. 56 ]

 

Д_СТ = 1,0 м

 

Визначається діаметр низу колони:

 

де F – необхідний вільний переріз апарату, м².

Визначається необхідний вільний переріз апарату за формулою [7,ст.64].

 

 (5.14)

 

де V_сек – об’эмна витрата рідини, м³/с;

W_р – допустима лінійна швидкість руху рідини, м/с.

Визначається об’ємна витрата стабільного бензину колони з врахуванням гарячої струмини.

 

 (5.15)

Приймається W_р = 0,02 м/с [ 7 ст. 68 ]

 

Приймається стандартний діаметр низу колони [ 7 ст 56 ]