Расчёт и проектирование колонны-дебутанизатор

3 Технологический  расчёт колонны-дебутанизатора

 

Колонна работает при давлении 1,42 МПа. Требуемое содержание стабильного бензина в дистилляте 86 % (масс.), содержание в кубовом остатке 14 % (масс.). Состав исходной смеси состоит из 58 % (масс.) нестабильного бензина и 42 % (масс.) сероводорода. Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения.

Материальный баланс колонны-дебутанизатор представлен в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 – Материальный баланс колонны-дебутанизатор

Расход	% (масс.)	Приход	% (масс.)
Нестабильный бензин	58	Стабильный бензин	86
Сероводород	42	Потери:
		Топливный газ	2
		Кислый газ	12
Итого	100	Итого	100

Обозначив массовый расход дистиллята через GD, кг/ч, кубового остатка GW, кг/ч, питания GF, кг/ч, запишем материальный баланс колонны-дебутанизатор на общую массу и низкокипящий компонент [4] с. 336:

 

 

где GF – массовый расход поступающей смеси в колонну, кг/ч;

GD – массовый расход получаемого дистиллята, кг/ч;

GW – массовый расход кубового остатка, кг/ч;

 – концентрации соответственно  в питании, дистилляте, кубовом остатке, кмоль/кмоль.

GD = 264103 т/год – по данным взятым из [1] с. 22; = 0,58 кмоль/кмоль – по данным взятым из [2] с. 481; = 0,86 кмоль/кмоль – по данным взятым из [2] с. 481; = 0,14 кмоль/кмоль – по данным взятым из [2] с. 481.

 

где 8103– время работы аппарата за год [1] с. 56.

 

 

 

 

 

Решая совместно эти уравнения, найдём GF = 5610 кг/ч, GW = 2310 кг/ч.

Для дальнейших расчётов выразим концентрации питания xF, дистиллята xD и кубового остатка xW в мольных долях [4] с. 341:

 

где Mc.бенз., Mсеров. – молярные массы соответственно стабильного бензина и сероводорода, кг/кмоль.

Mc.бенз. = 73,4 кг/кмоль – по данным взятым из [1] с. 78; Mcеров. = 34 кг/кмоль – по данным взятым из [1] с. 78.

 

 

– питание:

 

– дистиллят:

 

– кубовый остаток:

 

Определим мольный расход питания [4] с. 341:

 

 

Определим минимальное число флегмы [4] с. 338:

 

где – молярная доля легколетучего компонента (стабильный бензин) в газе, равновесном с жидкостью питания (нестабильный бензин).

= 0,5 – по данным взятым  из [2] с. 481.

 

Определим рабочее число флегмы [4] с. 337:

 

 

Составим уравнения рабочей линии частей колонны [4] c. 337:

– укрепляющей (верхней):

 

где – средняя концентрация жидкости в верхней части колонны.

 

– исчерпывающей (нижней):

 

где – средняя концентрация жидкости в нижней части колонны.

 

Найдём массовый расход жидкости в колонне [4] с. 337:

– в верхней части:

 

 

– в нижней части:

 

 

 

Средние концентрации жидкости в колонне [4] с. 342:

– в верхней части:

 

 

– в нижней части:

 

 

Найдем средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

– в верхней части колонны:

 

– в нижней части колонны:

 

Определим средние мольный массы в колонне [4] с. 343:

– в верхней части:

 

 

– в нижней части:

 

 

Определим мольную масса дистиллята [4] с. 343:

 

 

Найдём расход пара в колонне [4] с. 343:

– в верхней части:

 

 

– в нижней части:

 

 

 

Диаметр колонны менее 2 м, предварительно выбираем по [4] таблица 4.3 межтарельчатое расстояние Hт = 600 мм.

Рассчитаем величину комплекса по [5] с. 203:

 

где и – это плотность соответственно газа и жидкости, кг/м3.

ρг = 4,07 кг/м3 – по данным взятым из [1] с. 78; ρж = 700 кг/м3 – по данным взятым из [1] с. 78.

 

По величине получившегося значения найдём значение коэффициента С = 0,074 [5] рисунок 8.2

Определим скорость газа в рабочем сечении колонны по [5] с. 197:

 

где φ – фактор вспениваемости жидкости.

φ = 1 – для колонны-дебутанизатор по данным взятым из [5] таблица 8.5.

 

Найдём объёмный расход газа равен [5] с. 203:

 

 

Рассчитаем рабочую площадь тарелки по [5] с. 197:

 

 

Выбираем тарелку типа ТКП однопоточную для колонны диаметром D = 1800 мм по [5] таблица 8.8.

Найдём объёмный расход жидкости равен [5] с. 203:

 

 

Определим высоту подпора жидкости над сливным порогом [5] с. 198:

 

где П – периметр слива (длина сливного порога), м.

П = 1,42 м – по данным взятым из [5] таблица 8.8.

 

Определим глубину барботажа по [5] с. 199:

 

где p – абсолютное давление в колонне, Па.

р = 1,52106 Па – по данным взятым с [1] с. 78.

 

Найдём высоту сливного порога [5] с. 199:

 

 

Определим высоту пены [5] с. 198:

 

где k2, k3, k4 – коэффициенты;

σ – поверхностное натяжение жидкости на границе с газом, Н/м.

k2 = 0,17 – по данным взятым из [5] таблица 8.3; k3 = 5,910-2 – по данным взятым из [5] таблица 8.3; k4 = 2,2 – по данным взятым из [5] таблица 8.3; σ = 0,022 Н/м – по данным из [1] с. 78.

 

Рассчитаем относительный унос жидкости [маши] с. 198:

 

где k1 – коэффициент;

n1 – показатель степени.

k1 = 5,510-5 – по данным из [5] таблица 8.3; n1 = 1,38 – по данным взятым из из [5] таблица 8.3.

 

Следовательно, расстояние между тарелками выбрано правильно.

Действительную нагрузгу сливного устройства по жидкости рассчитаем по уравнению [5] с. 199:

 

 

Определим высоту подпора жидкости над сливным порогом [5] с. 198:

 

 

Для выбранной тарелки необходимо проверить надёжность работы сливного устройства. Во избежание захлёбывания сливного устройства скорость жидкости в нем должна отвечать условию [5] с. 200:

 

где Fсл – площадь сливного устройства выбранной тарелки, м2;

n2 – показатель степени;

k5 – коэффициент.

Fсл = 0,334 м2 – по данным взятым из [5] таблица 8.8; n2 = 0,65 – по данным взятым из [5] таблица 8.5; k5 = 0,25 – из [5] таблица 8.5.

 

 

 

Следовательно, условие выполняется и захлёбывания не произойдёт.

Скорость жидкости в зазоре между основанием тарелки и нижней кромкой сливного стакана [5] с. 201:

 

где α – зазор, м.

α = 0,09 м – для клапанных тарелок из [5] с. 201

 

 

Следовательно, условие выполняется и из приведенных расчётов следует что выбранная тарелка будет обеспечивать нормальную работу сливных устройств.

Определим скорость газа в газовых отверстиях [5] с. 207:

 

где F0 – площадь прохода газа, м2.

F0 = 0,272 м2 – по данным взятых из [5] таблица 8.8.

 

Определим сопротивление сухой тарелки [5] с. 201:

 

где – коэффициент сопротивления сухой тарелки.

= 3,6 – для клапанной  тарелки [5] с. 202.

 

Определим перепад уровня жидкости на тарелке по пути ее движения [5] с. 203:

 

где lж – длина пути жидкости на тарелке, м.

lж = 1,096 м – по данным из [5] таблица 8.8.

 

Определим сопротивление слоя жидкости на тарелке [5] с. 202:

 

 

Рассчитаем общее сопротивление [5] с. 202:

 

 

Определим количество тарелок [5] с. 197:

 

где nст – число ступеней изменения концентрации;

 – эффективность тарелки.

nст = 29 – по данным взятым из [1] с. 80.

Для определения эффективности тарелки необходимо рассчитать величину [5] с. 197:

 

 

По найденному значения определили = 74 % из графика 8.1 [5].

 

Округляем найденное значение 39,2 до большего чётного, значит число тарелок в колонне-дебутанизатор – 40 штук.

Определим общую высоту колонны [5] с. 196:

 

где Hсеп и Hкуб – это высоты соответственно сепарационной части колонны и кубовой части, м.

Hсеп = 1000 мм – по данным из [5] таблица 8.2; Hкуб = 2500 мм – по данным из [5] таблица 8.2.