Давление насыщенных паров пропана и пропилена

Температура, ºС	Пропан (С3Н8)	Пропилен (С3Н6)
	p, мм рт.ст.
–120	3,01	4,43
–100	21,66	30,4
–80	97,6	131,9
–60	310,3	419,3
–50	527,9	685,1
	p, атм.
–40	1,092	1,407
–30	1,639	2,105
–20	2,386	3,04
–10	3,376	5,75

 

Исходя из данных, приведенных в табл. 1 видно, что при p = 0,15 МПа температуры кипения пропана и пропилена соответственно составляют –32,57 °С (240,59 К) и –38,67 °С (234,49 К).

По результатам компьютерного расчета сделан вывод, что уже начиная с υ = 6,0 число теоретических тарелок в колонне меняется незначительно, что дает основание принять υ = 6,0 (см. рис. 3).

При υ = 6,0 могут быть определены полные материальные потоки, которые проходят по отдельным секциям колонны 1. При этом принимается, что величина потоков жидкости L, стекающей по отдельной секции колонны, и поднимающегося по ней пара G остается постоянной по высоте секции.

Объемный расход разделяемой смеси, подаваемой в колонну 1, составит:

 

,

 

где плотность пропилена при p = 0,1013 МПа и Т = 273 К, кг/м³.

Здесь, как и выше, коррекции плотности смеси с учетом в ней незначительного количества пропана не производим.

При υ = 6,0, исходя из того, что , где  - количество жидкости, стекающей по укрепляющей секции колонны, получим

 

нм³.

 

Тогда полное количество этого потока составит

 

.

 

Количество теплоты, которое необходимо отвести от потоков  при их конденсации составит

 

где – скрытая теплота парообразования при p =0,15 МПа, для пропилена по данным [9] составляет 418,7 кДж/кг.

Если принять температурный напор в конденсаторе , то температура кипения хладагента в холодильной машине должна составлять 232 К.

Количество паров конденсирующихся в конденсаторе

 

.

 

Если при данном температурном напоре в конденсаторе испарителе, коэффициент теплопередачи в конденсаторе будет составлять около 500 Вт/(м²×К), то возможная величина теплопередающей поверхности этого аппарата составит

 

.

 

В исчерпывающей части колонны

 

 

Тепловая нагрузка испарителя составит

 

 (116 кВт).

 

Плотность пропилена при Т =234,5 К и p = 0,15 МПа составит

 

.

 

Диаметр ректификационной тарелки может быть рассчитан по зависимости, приведенной в [6]

 

,

 

где G _п – количество пара поднимающегося по колонне, м³/с; w _п –скорость пара, м/с, принято w _п = 0,3 м/с.

Тогда

 

и

.

 

По результатам расчетов получено, что для реализации рассмотренного процесса требуется холодильная машина с температурным уровнем –45 °С и холодопроизводительностью от 100 кВт.

В качестве такой машины может быть использована серийно выпускаемая холодильная центральная многокомпрессорная станция (холодильная централь) на базе винтовых полугерметичных компрессоров BITZER.

Применение маслоохладителей позволяет использовать эти центральные многокомпрессорные станции при низких температурах кипения до –50 °С. Благодаря использованию оригинальной системы регулирования температуры масла холодильные многокомпрессорные станции с воздушным маслоохладителем устойчиво запускаются и надежно работают даже при очень низких температурах окружающего воздуха. Возможно исполнение центральных многокомпрессорных станций с маслоохладителем термосифонного типа, а также с маслоохладителем водяного охлаждения. Холодильные многокомпрессорные станции с экономайзером имеют высокий коэффициент полезного действия и относительно низкое энергопотребление. В состав центральных многокомпрессорных станций входит полный комплекс приборов автоматики, что обеспечивает защиту винтовых полугерметичных компрессоров BITZER от любых аварийных режимов. Холодильные многокомпрессорные станции могут изготавливаться по техническому заданию заказчика; возможные варианты приведены в приложении 2.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Борзенко Е. И., Будневич С. С. Производство сверхчистых газов криогенными методами. Расчет процесса /Тепломассообменные процессы в системах холодильной техники и свойства рабочих веществ: Межвузовский сб. науч. трудов. – СПб.: СПбТИХП, 1993. – С. 12–20.

2. Budnevich S. S., Borzenko E. I. Production of superclean gases by cryogenic methods: Process calculation. Cryogenics, 1996, – V. 36. – № 8. – P. 635–638.

3. Borzenko E. I., Akulov L. A. The analysis of account of the rectification process at production of superpure nitrogen in the independent cryogenic module. Cryogenics 2002, Praha, Czech Republic, 2002. – P. 71–79.

4. Akulov L. A., Borzenko E. I. Account of independent modules for creations of ultra high purity cryoproducts. The Fifth Cryogenics 98 IIR International Conference. Praha, 1998. P. 199–203.

5. Архаров A. M., Беляков В. П. и др. Криогенные системы. Т. 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем. – М.: Машиностроение, 1999. – 719 с.

6. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М. П. Малкова. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 432 с.

7. Кафаров В. В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1979. – 439 с.

8. Engineering Data Book J. F. Pritchard and Co. Natural gas processors suppliers association, 1967, p.310.

9. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2 ч. – М.: Мир, 1989. – Ч. 1. – 301 с.; Ч. 2. – 360 с.

10. Борзенко Е.И., Зайцев А.В. Установки и системы низкотемпературной техники. Автоматизированный расчет и моделирование процессов криогенных установок и систем: Учеб. пособие. –СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. – 232 с.

Приложение 1

Программа расчета

	SUBROUTINE RNTN(VV,XN,XK,AL,D,FU,PK,M,N)
	COMMON/P2/YV1,YV2,YV4,YV5
	COMMON/P3/A1,A2,A3,A4,A5
	COMMON/AR/XD1,XD2,XD3,XD4,XD5,XD6
	P=PK*1000.
	YV3=1.-YV1-YV2-YV4-YV5
	AL=A4
	WRITE(10,1)
1	FORMAT(25X,'ICXODNII PARAMETPI- KOLONNA 1')
	WRITE(10,15)
15	FORMAT(25X,'KOMPONENTI O2:N2+AR+CH4+KR')
	WRITE(10,16)A1,A2,A3,A4,A5,PK
16	FORMAT(2X,'A1=',F5.2,2X,'A2=',F5.2,2X,'A3=',F5.2,2X,'A4=',
*	F5.2,2X,'A5=',F5.2,2X,'PK=',F5.1)
	WRITE(10,2)XN,XK,AL,D
2	FORMAT(2X,'XN=',F15.10,2X,'XK=',F15.10,2X,'AL=',F7.3,2X,'D=',
*	F7.3)
	WRITE(10,7)YV1,YV2,YV3,YV4,YV5
7	FORMAT(2X,'YV1=',F12.10,2X,'YV2=',F12.10,2X,'YV3=',F12.10/
*	2x,'YV4=',F12.10,2X,'YV5=',F12.10)
	R=VV-D
	XO=(XN*VV-D*XK)/R
	AA=AL
	Y2=AA*XN
	Y=XK-XK*((Y2-XK)/(XN-XK))
	FVM=XK/Y-1.
	FVD=FVM*FU
	FU=FVD/FVM
	UK1=FVD/(FVD+1.)
	CTUS=ALOG10((XN-XK)*(UK1-AA)/(XK*(1.-AA))+1.)/ALOG10(UK1/AA)
	Y22=FVD*XN/(FVD+1.)+XK/(FVD+1.)
	UK2=(Y22-XO)/(XN-XO)
	CTIS=ALOG10((XO-XN)*(AA-UK2)/(XO*(1.-AA))+1.)/ALOG10(AA/UK2)
	XD4=YV4/(1.+((UK1/A4)**CTUS-1.)*(1.-A4)/(UK1-A4))
	XD5=YV5/(1.+((UK1/A5)**CTUS-1.)*(1.-A5)/(UK1-A5))
	XR1=YV1/(1.+((A1/UK2)**CTIS-1.)*(A1-1.)/(A1-UK2))
	XR2=YV2/(1.+((A2/UK2)**CTIS-1.)*(A2-1.)/(A2-UK2))
	XD1=(YV1*VV-R*XR1)/D
	XD2=(YV2*VV-R*XR2)/D
	XD3=1.-XD1-XD2-XD4-XD5
	XR4=(YV4*VV-D*XD4)/R
	XR5=(YV5*VV-D*XD5)/R
	XR3=1.-XR1-XR2-XR4-XR5
	ARLM=-8314.*T*(YV1*ALOG(YV1)+YV2*ALOG(YV2)+YV3*ALOG(YV3)+YV4*
*	ALOG(YV4)+YV5*ALOG(YV5)-R/VV*(XR1*ALOG(XR1)+XR2*ALOG(XR2)+XR3*
*	ALOG(XR3)+XR4*ALOG(XR4)+XR5*ALOG(XR5))-D/VV*(XD1*ALOG(XD1)+XD2*
*	ALOG(XD2)+XD3*ALOG(XD3)))
	BAL1=(XD1*D+R*XR1-YV1*VV)/(YV1*VV)
	BAL2=(XD2*D+R*XR2-YV2*VV)/(YV2*VV)
	BAL3=(XD3*D+R*XR3-YV3*VV)/(YV3*VV)
	BAL4=(XD4*D+R*XR4-YV4*VV)/(YV4*VV)
	BAL5=(XD5*D+R*XR5-YV5*VV)/(YV5*VV)
	BAL6=.0
	WRITE(10,18)
18	FORMAT(25X,'MINIMALNIA RABOTA RAZDELENIA')
	WRITE(10,138)ARLM
138	FORMAT(25X,'ARLM1=',E15.5)
	WRITE(10,3)
3	FORMAT(25X,'REZULTATI RECNENIA')
	WRITE(10,4)XO,Y,FVM,FVD,UK1,CTUS,Y22,UK2,CTIS
4	FORMAT(5X,'XO=',F12.10,2X,'Y=',F12.10,2X,'FVM=',F7.2/2X,
*	'FVD=',F7.2,2X,'UK1=',F7.2,2X,'CTUS=',F7.2/2X,
*	'Y22=',F12.10,2X,'UK2=',F7.2,2X,'CTIS=',F7.2)
	WRITE(10,8)
8	FORMAT(25X,'SOSTAV DISTELLATA')
	WRITE(10,9)XD1,XD2,XD3,XD4,XD5
9	FORMAT(2X,F12.8,2X,F12.8,2X,F12.8,2X,F12.8,2X,F12.8)
	WRITE(10,12)
12	FORMAT(25X,'SOSTAV KUBOVOII GIDKOSTI')
	WRITE(10,11)XR1,XR2,XR3,XR4,XR5
11	FORMAT(2X,F12.8,2X,F12.8,2X,F12.8,2X,F12.8,2X,F12.8)
	RETURN
	END

Приложение 2