Тұрақтандырғыш колоннаны есептеу

 

 

 

 

 

 

     2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ

 

     2.1 Тұрақтандырғыш колоннаны есептеу

    

Тұрақтандырғыштың материалдық балансы. Ол үшін тұрақтандырғыш колоннаға келіп түсетін тұрақтанбаған бензин мен тұрақтанған бензиннің құрамы мен сапасын білу керек. Тұрақсыз бензин бойынша өнімділік 1068000 т/жыл. Бензин құрамында 0,2%-С1-С2 құрғақ газдар және 0,5% С2-С4 сұйықталған газдар бар [4].

 

3-кесте

Тұрақтандырғыш колоннаның материалдық балансы

Өнімнің атауы	Масс. %	Т/жыл	т/тәулік	Кг/сағ	Кг/сек
Түскен: Тұрақтанбаған бензин	100	1068000	3141,17	130882	36,35
Алынды :  Бензин  Газ (С1-С2) Газ (С2-С4) Жоғалым	98,7 0,2 0,5 0,6	1054116 2136 5340 6408	3100,34 6,28 15,7 18,85	129180,83 261,67 654,17 785,42	35,88 0,07 0,18 0,22
Барлығы	100

 

     Әрі қарай есептеу  жүргізу үшін әр фракцияның  орташа молекулалық массасын  табамыз.

Орташа молекулалық массаны мына формуламен есептейміз:

                                 М = 44,29*ρ1515  /1,03- ρ1515                                                           (1)

1. Тұрақтандырғыштың жоғарғы жағында (газ (С1-С2)):

                       ρ1515  =0,506+5*0,0009=0,5105

 

                      М= 44,29*0,5105/1,03-0,5105= 43,52 кг/моль

2. Тұрақтандырғыштың жоғарғы жағында (газ (С2-С4)):

                       ρ1515  =0,57+5*0,0009=0,5745

 

                      М= 44,29*0,5745/1,03-0,5745= 55,86 кг/моль

 

3. Тұрақтанған бензин:

ρ1515 = 0,7670 + 5* 0,000818 = 0,7711 

 

                      М= 44,29*0,7711 / 1,03- 0,7711= 131,9 кг/моль

 

     Әр фракцияның моль санын есептейміз:

                                                               N= Xi / Mi * 104                                         (2)

                                   1) N г.с(С1-С2) = 0,002/ 43,52* 104 = 0,46

                                   2) N г.с(С2-С4) = 0,005/ 55,86* 104= 0,89

 

                                   3)   Nстаб.бенз=0,987/ 131,9* 104 = 74,83

жалпы моль саны:

                                                                  ∑ N = 76,18

     Қоспа компоненттерінің мольдік концентрациясы:

                                   Xi0 = Ni/ ∑ Ni                                                                 (3)

1. Xi0 г.с(С1-С2) = 0,46/76,18= 0,006
2. Xi0 г.с(С2-С4) = 0,89/76,18= 0,012
3. Xi0 стаб.бенз.= 74,83/76,18= 0,982

 

Алынған мәлімет бойынша шикізаттың құрамына кесте құрамыз.

 

4-кесте

Шикізат құрамы

Атауы	С кг/сек	М кг/моль	N моль/сек	Хi0
Тұрақтандырғыштың жоғары жағы газ(С1-С2)	0,002	43,52	0,46	0,006
Тұрақтандырғыштың жоғары жағы газ(С2-С4)	0,005	55,86	0,89	0,012
Тұрақтанған бензин	0,987	131,9	74,83	0,982

 

     Температуралық режимді  анықтау:

1. Тұрақтандырғыштың жоғарғы жағының температурасын анықтау.

Есептеуді бүріккішті де ескеріп есептейді. Алынған дистиллятты сеператорда толығымен конденсациялағанда колоннаның жоғары жағына берілетін бүріккіштің құрамы дистиллляттың құрамымен бірдей болады, сондықтан жоғары бөліктің температурасын дистиллятты бір рет буландырудың шегін аламыз. Әдетте бір рет конденсациялаудың шарттары мынандай: газосеператордағы температура t=40°C, аппараттағы қысым колоннаның жоғары жағындағы қысымнан 0,02 МПа-ға аз және ол мынаған тең: РД -0,02=1,20-0,02=1,18МПа.

     Тұрақтандырғыштың жоғары  бөлігіндегі температураны есептемес

бұрын сеператордағы дистиллят қандай фазада екенін тексеру керек. Колоннаның жоғары өнімі толығымен конденсацияланса:

∑KpiY`Di ≤1,000, ал егер ∑KpiY`Di ≥1,000 болса онда екі фазалы жүйе орналасқан. Есептеу нәтижесінен, бүріккіш ыдыста жоғарғы өнімнің толық конденсацияланбағанын білеміз. Бүріккіш ыдысы бір рет буландырудың алдын-ала есептеулерінен бүріккіш ретінде берілетін сұйықтың құрамын болжауға болады [4].

 

 

 

 

5-кесте

           Газосеператордағы  сұйық құрамының алдын-ала есептелуі

Компонент	Мi	Х`fi=Y`Di	Газ құрамы		Сұйық құрамы
			Міу`i	yi	Міx`i	xi
CH4 ∑C2 C3H6 C3H8 ∑C4H8 изо-C4H10 н-C4H10 ∑C5H12	16 30 42 44 56 58 58 72	0.0611 0.0538 0.0856 0.1110 0.3554 0.2075 0.1117 0.0139	4.68 3.88 4.40 5.46 10.95 6.64 2.58 0.18	0.1209 0.1000 0.1135 0.1408 0.2820 0.1712 0.0665 0.0046	0.323 1.215 3.460 4.800 21.500 13.000 7.160 1.145	0.00 0.02 0.06 0.09 0.40 0.24 0.13 0.02
∑		1.0000	38.77	0.9996	52.603	0.999

          

        Әрі қарай бүріккіштің мөлшері арқылы тұрақтандырғыштың жоғары жағынан шығатын газ компоненттерінің моль саны мен мольдік үлесін анықтаймыз. Анықталған газдың құрамы бойынша бір рет буландыру температурасын есептейміз.

 

6-кесте

           Тұрақтандырғыштың  жоғарғы жағындағы бу құрамы 

Компонент	Газ құрамы
	mG , моль/сағ.	у`i
CH4 ∑C2 C3H6 C3H8 ∑C4H8 изо-C4H10 н-C4H10 ∑C5H12	1,94 3,05 5,91 7,79 27,04 15,77 8,66 1,11	0,0272 0,0127 0,0828 0,1095 0,3795 0,2216 0,1216 0,0151
∑	71,27	1,0000

 

   

       Фазалық  тепе-теңдік  константасын 1-номограмма арқылы  анықтаймыз.

Жоғары бөліктің температурасы 5-кестеде келтірілген.

 

7-кесте

           Тұрақтандырғыштың  жоғарғы жағындағы температураны  анықтау

Компонент	у`i	Kpi , t=75°С, РД=1,2МПа	у`i /Кі
CH4 ∑C2 C3H6 C3H8 ∑C4H8 изо-C4H10 н-C4H10 ∑C5H12	0,0272 0,0427 0,0828 0,1095 0,3795 0,2216 ,1216 0,0151	17,00 4,55 2,05 1,85 0,90 0,90 0,68 0,325	0,0016 0,0094 0,0404 0,0592 0,4175 0,2462 0,1790 0,0465
∑	1,0000		0,9998

 

                       

1-номограмма. Жеке көмірсутектердің фазалық тепе-теңдіктерін анықтауға арналған номограмма.

 

           Есептеу нәтижесінен тұрақтандырғыш колоннаның жоғары жағының температурасы 75°С екенін анықтаймыз.

 

2) Тұрақтандырғыштың төменгі бөлігінің температурасын есептеу. Колоннаның төменгі бөлігінің қысымын  Рw тарелкалардың гидравликалық кедергілерін ескере отырып қабылдаймыз, РД-ның қысымынан 0,04МПа-ға көп, Рw = РД+0,04 =1,2+0,04 =1,24МПа.

Төменгі бөліктегі температураны  tw тұрақтанған бензинді бір рет буландырудың бастапқы теңдігінен анықтаймыз, ол тұрақтандырғыштың төменгі жағынан шығарылады. Оны ∑KpiХ`wi =1,000 арқылы табылады.

         Бензин фракциялары үшін С6+ фазалық тепе-теңдік константасын фугитивтілік арқылы есептейміз. Осы фракция үшін молекулалық масса М=114, орташа қайнау температурасы  tорт.қайн. =110°С, салыстырмалы тығыздығы ρ1515 =0,730 [4].

           С6+ фракциясының критикалық температурасын tкр.сипаттаушы фактор К формуласымен есептейміз:

  

                               

 

           Критикалық  қайнау темрепатурасын 1-график  арқылы анықтаймыз.

          1-график. Мұнай фракцияларының молекулалық массасы М мен сипаттаушы факторына К байланысты псевдокритикалық параметрлерін анықтауға арналған график.

 

           М= 114  және К=12,0 үшін:

 

                                    tкр=277°C немесе Ткр =277+273=550К,

 

           Критикалық  қысым Ркр :

 

                         Ркр =0,1А(Ткр /М) =0,1*0,6,4*(550/224) =3,09 МПа.

 

          Тұрақтандырғыш колоннаның төменгі бөлігінің температурасын есептесек: Тw =493К.

           Фракцияның келтірілген қысымы мен температурасын келесі формуламен табамыз:

 

                                 Ткел = Тw / Ткр =493/550 =0,897

           Ркел = РС6+/ Ркр , мұндағы РС6+ - 493К-гі фракциялардың қаныққан бу қысымы, ол 1,07МПа-ға тең. Осылайша, Ркел =1,07/3,09 =0,346.

2-графиктен Ткел =0,897 мен Ркел =0,346 үшін сұйықтың активтілік коэффициентін анықтаймыз, γх =fр/ РС6+ =0,83. Осыдан,  fр = γх* РС6+ =0,83*1,07 =0,89МПа.

           С6+ фракциясының келтірілген қысымының қысымға қатынасы жүйеде Рпр= Рw/ Ркр =1,24/3,09=0,4-ке тең.

          1-графиктен Тпр=0,897 мен  Рпр=0,4 бойынша будың активтілік коэффициентін табамыз, γу =fР/Рw =0,79.

           Осыдан,  fР = γу* Рw =0,79*1,24 =0,98 МПа.

           С6+ фракциясының 220°С пен 1,24МПа кезіндегі фазалық тепе-теңдік константасы мынаған тең:

                                      Kpi = fр/ fР =0,89/0,98 =0,907

 

 

         2-график. Келтірілген параметрлер бойынша Ркел және Ткел активтілік коэффициентін γ анықтауға арналған график.

 

         Тұрақтандырғыштың төменгі бөлігінің температурасы 8-кестеде көрсетілген.

 

 

8-кесте

           Тұрақтандырғыштың  төменгі бөлігінің температурасын  анықтау

Компонент	Kpi , t=220°С, РД=1,24МПа	Х`wi	Kpi Х`wi
н-C4H10 изо – C6H12 ∑C5H10 h-C5H12 C6+	3.80 2.40 2.20 2.10 0.907	0.0095 0.0113 0.0215 0.0165 0.9413	0.0361 0.0270 0.0474 0.0347 0.8550
∑		1.0000	1.0002

 

           Нәтижесінде колоннаның төменгі бөлігінің температурасы 220°С.

 

           Жылулық балансты есептеу

 

         Жылулық балансты есептеу үшін тұрақтандырғышқа шикізатпен бірге енгізілетін жылу мөлшерін ескеру керек. Ол шикізаттың қандай күйде енгізілетініне де байланысты болады (сұйық, бу, булы-сұйық).

          Жылулық балансты есептеу үшін температуралық режимдерді білу керек.

          Тұрақтандырғыш колоннаның жылулық балансын колоннаны екі бөлікке бөліп есептейміз (А және В секциясына) [4].

         А секциясы колоннаның төмегі  бөлігі, ал В секциясы колоннаның жоғарғы бөлігі.

           Бензиннің тығыздығы ρ204 =0,7670, газдың тығыздығы  ρ204 =0,506(С1-С2), ρ204 =0,57(С2-С4)

          Осы тығыздықтарды ρ1515 –ке келтіреміз:

 

                        ρ1515=ρ204 +5α                                                                                   (4)

 

1. Бензин үшін: ρ1515 =0,7670+5*0,000818=0,7711
2. Газдар үшін: ρ1515 =0,506+5*0,000522=0,5086

ρ1515 =0,57+5*0,000531=0,5727

          Энтальпияны мына формуламен есептейміз:

1. Сұйық фаза үшін: