Характеристика исходного сырья, реагентов и продуктов

Введение

 

Сжиженные газы нашли широкое применение благодаря экономичности их транспортировки при отсутствии трубопроводов в труднодоступные районы, а также вследствие удобства их хранения. Кроме того, в последние годы увеличение объема производства сжиженных газов в значительной мере определяется все возрастающим использованием их в качестве моторных топлив для двигателей внутреннего сгорания. В жидком состоянии газ занимает объем примерно в 250 раз меньший, чем в газообразном. Из природного и попутного нефтяного газов сжиженные газы получают различными способами, рассмотренными выше: низкотемпературной конденсацией, абсорбцией, и ректификацией.

Низкотемпературная ректификация (НТР) осуществляется путем охлаждения газовой смеси до заданной температуры с последующим разделением её методом ректификации.

Процесс ректификации термодинамически более выгоден, чем процесс абсорбции. Схема НТР эффективнее схемы низкотемпературной абсорбции (НТА), а аппаратурное оформление проще. Принципиальное отличие схемы НТР от НТК в том, что сырье, поступающее на установку после охлаждения, без предварительной сепарации подается в ректификационную колонну. [1]

Целью курсовой работы является расчет, с помощью которого можно получить состав дистиллята и остатка, основных параметров ректификации, технологического режима работы и размеров колонны. Полученные при расчете данные достаточны для выполнения прочностных расчетов.

 

Характеристика исходного сырья, реагентов и продуктов

Требования и основные характеристики сжиженных газов

 

По физико-химическим показателям сжиженные газы должны соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблицах 1 и 2. Качество СПБТ должно соответствовать ГОСТ 20448-90.

 

Таблица 1 - Физико-химические показатели сжиженных газов по ГОСТ 20448-90

№ п/п	Показатели	Норма для марки
		ПТ	СПБТ	БТ
1	Доля компонентов, масс.%: метан, этан, этилен (в сумме)	не нормируется
	пропан, пропилен, не менее (сумме)	75	не нормируется
	бутаны и бутилены (в сумме), не менее	не норм	-	60
	не более		60	-
2	Объемная доля жидкого остатка, %, не более	0,7	1,6	1,8
3	Давление насыщенных паров (избыточное): при температуре 45 °С, не более	1,6	1,6	1,6
4	Доля сероводорода и меркаптановой серы, масс.%, не более	0,16	-	-
	В том числе сероводорода, не более	0,013	0,013	0,013
5	Содержание свободной воды и щелочи	0,003	0,003	0,003

 

Таблица 2 - Физико-химические показатели сжиженных газов по ГОСТ 27578-87

Показатели

ПТ

Массовая доля компонентов, %: Сумма метана, этана Пропан Сумма углеводородов °C и выше Сумма непредельных углеводородов, не более           Не нормируется 85 10

Не нормируется

6
2. Содержание жидкого остатка при 40 °C, свободной воды и щелочи	Отсутствие
3. Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при температуре плюс 45 °C, не более минус 20 °C, не менее минус 35 °C, не менее 4. Массовая доля серы и сернистых соединений, %, не более В том числе сероводорода, не более	- - 0,07 0,01 0,03

 

Технологический расчет

Исходные данные

 

. Состав сырья в% массовых, в таблице 3.

 

Таблица 3 - Массовый и мольный состав исходного сырья

№		Компонент	Молекулярная масса i-компонента, Мi, кг/кмоль	Темпера-тура кипения t, °C	Массовая доля i-компонента, Мольная доля i-компонента,
1		С2Н6	30	-88,63	0,0001	0,0002
2		С3Н8	44	-42,1	0,3213	0,4099
3		и-С4Н10	58	-11,7	0,0794	0,0768
4		С4Н10	58	-0,5	0,3037	0,2939
5		и-С5Н12	72	27,9	0,0032	0,022
6		С5Н12	72	36,1	0,0000	0,0000
7	С6Н14		86	68,7	0,0000	0,0000
					1,0000	1,0000

 

. Производительность - 375 000 кг/ч.

Материальный баланс колонны

 

Расчет производим исходя из уравнения материального баланса

 

(11),

 

где - сырье, кг/ч;

- дистиллят, кг/ч;

- остаток, кг/ч.

Производим пересчет сырья в мольные концентрации.

Средний молекулярный вес сырья:

=58,91 г./моль

Принимаем: индекс относится к остатку; индекс - к дистилляту; индекс 1,2,3,4,5,6,7 - к компонентам.

Принимаем степени извлечения пропана в дистилляте 0,9, исходя из требований на пропановую фракцию не менее  85%, степень извлечения изобутана в остатке 0,9 - содержание не более 60%.

Составим материальный баланс колонны, по дистилляту используя следующие формулы:

 

, (12)

 

где  - массовое количество i - компонента, кг/час;

- степень извлечения i-компонента;

 - количество i - компонента в дистилляте, кг/час.

Среднюю молекулярную массу дистиллята рассчитываем по формуле:

 

, (13)

 

где  - мольная доля i - компонента;

 - молекулярная масса i - компонента кг/моль;

 - средняя молекулярная масса дистиллята, кг/моль.

Mассовая доля i-компонента в дистилляте определяется по формуле:

 

, (14)

 

где  - количество i - компонента в дистилляте, кг/час.

Расчеты приведены в таблицу 10.

 

Таблица 10 - Материальный баланс колонны по дистилляту

	Степень извлечения i-компонента, Массовое количество i - компонента, кг/чКоличество i - компонента	Массовая доля i - компонента, Мольная доля i - компонента,
С2Н6	1	37,5000	37,5	0,001	0,0005
С3Н8	0,9	120487,5000	108438,8	0,98	0,98
i-С4Н10	0,1	29775,0000	2977,5	0,02	0,02
С4Н10	0	113887,5000	0	0,00	0
i-С5Н12	0	34200,0000	0	0,00	0
С5Н12	0	43237,5000	0	0,00	0
С6Н14	0	33375,0000	0	0,00	0
		375000,0000	111453,8	1,00	1

 

Материальный баланс колонны по остатку по формуле:

 

, (15)

 

Где  - массовое количество i - компонента, кг/час;

- степень извлечения i-компонента;

 - количество i-компонента в остатке, кг/час.

 - молекулярная масса i - компонента кг/моль.

Массовое содержание i - компонента в остатке рассчитывается по формуле:

 

, (16)

 

где  - массовая доля i - компонента;

 - количество i-компонента в остатке, кг/час.

Среднюю молекулярную массу остатка рассчитываем по формуле:

 

, (17)

 

где  - мольная доля i - компонента;

 - молекулярная масса i - компонента кг/моль;

 - средняя молекулярная масса остатка, кг/моль;

Расчеты приведены в таблице 11

 

Таблица 11 - Материальный баланс колонны по остатку

             Степень извлечения i-компонента Массовое количество i - компонента, кг/чКоличество i-компонента в остатке,  кг/час.Мольная доля i - компонента,

Массовая доля i - компонента,

С2Н6	30	0	37,5000	0	0,000	0,000
С3Н8	44	0,1	120487,5000	12048,75	0,048	0,048
i-С4Н10	58	0,9	29775,0000	26797,5	0,106	0,106
С4Н10	58	0,9	113887,5000	113887,7	0,406	0,406
i-С5Н12	72	1	34200,0000	34200	0,136	0,136
С5Н12	72	1	43237,5000	43237,5	0,171	0,171
С6Н14	86	1	33375,0000	33375	0,132	0,132
			375000,0000	263546,25	1,000	1,000

 

 = 111453,8+263546,25=375000 кг.

 

Расчет флегмового числа

 

Для определения флегмового числа используем уравнения Андервуда [4], принимая неизменным вес паров в концентрационной части колонны:

 

, (24)

, (25)

где a_i - относительная летучесть i - го компонента,

q - корень уравнения Андервуда,

R_мин - минимальное флегмовое число,

q - величина, характеризующая физическое состояние питания - доля питания, поступающего в виде жидкости

Подача сырья в колонну может осуществляться:

а) в виде кипящей жидкости (е^¢ = 0), q =1, 1 - q = 0 = е^¢,

б) в виде насыщенных паров (е^¢ = 1), q = 0, 1 - q = 1 = е^¢,

в) в виде жидкости, недогретой до температуры кипения q > 1, 1 - q < 0,

г) в виде перегретых паров q < 0, 1 - q >1,

д) в виде парожидкостной смеси 0 < е¢ <1, 1 - q = е¢.

Корни q определяются из первого уравнения, их число определяется числом компонентов смеси (для расчёта R_мин - используют значение q, лежащее в интервале между значениями относительных летучестей распределённых компонентов).

Результаты решений уравнения Андервуда сведены в таблицу 15.

 

Таблица 15 - Результаты решений уравнения Андервуда

ai	21.2265	13.6141	8.4764	6.5803	3.0561	2.5019	1
θi	21.2231	9.7587	7.8068	3.3565	2.6652		-
Rmin	1.9591	2.2823	0.4957	-0.9385	-0.9997		-

 

Получаем корень уравнения Андервуда q=9,7587; минимальное флегмовое число R_мин. = 2,2823

Реальное флегмовое число определяется по соотношению:

 

R = 1,35´R_min + 0,35= 3,4310

 

Паровое минимальное орошение S_min рассчитывается по уравнению:

, (26)

 

Реальное паровое орошение в колонне целесообразно находить из теплового баланса или по уравнению:

 

Список источников

сжиженный газ технологический ректификация

1. Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Технология переработки природного газа и газового конденсата. О.: ИПК «Газпромпечать», 2002 г.

2. Балыбердина И.Т. Физические методы переработки и использование газа. М. «Недра», 1988 г.

.   Введенский А.А. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов. Л.: «Гостоптехиздат», 1960 г. - 576 с.

.   Кузнецов А.А, Кагерманов С.М, Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. М.: «Химия», 1966 г. - 336 с.

.   Мурин В.И., Кисленко Н.Н., Сурков Ю.В. Технология переработки природного газа и конденсата. Справочник. В 2 ч. М: ООО «Недра - Бизнесцентр» 2002 г. - Ч. 1 -517 с.

.   Рид Р. Свойства газов и жидкостей. Л.: «Химия», 1982 г. -592 с.

.   Сарданашвили А.Г., Львова А.Н. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1980 г.

.   Кикоин И.К. Справочник. Таблица физических величин, М.: «Автомиздат», 1976 г. - 1008 с.

9. Рыбкин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов, М.: «Машгиз», 1960

Введение

 

Сжиженные газы нашли широкое применение благодаря экономичности их транспортировки при отсутствии трубопроводов в труднодоступные районы, а также вследствие удобства их хранения. Кроме того, в последние годы увеличение объема производства сжиженных газов в значительной мере определяется все возрастающим использованием их в качестве моторных топлив для двигателей внутреннего сгорания. В жидком состоянии газ занимает объем примерно в 250 раз меньший, чем в газообразном. Из природного и попутного нефтяного газов сжиженные газы получают различными способами, рассмотренными выше: низкотемпературной конденсацией, абсорбцией, и ректификацией.

Низкотемпературная ректификация (НТР) осуществляется путем охлаждения газовой смеси до заданной температуры с последующим разделением её методом ректификации.

Процесс ректификации термодинамически более выгоден, чем процесс абсорбции. Схема НТР эффективнее схемы низкотемпературной абсорбции (НТА), а аппаратурное оформление проще. Принципиальное отличие схемы НТР от НТК в том, что сырье, поступающее на установку после охлаждения, без предварительной сепарации подается в ректификационную колонну. [1]

Целью курсовой работы является расчет, с помощью которого можно получить состав дистиллята и остатка, основных параметров ректификации, технологического режима работы и размеров колонны. Полученные при расчете данные достаточны для выполнения прочностных расчетов.

 

Характеристика исходного сырья, реагентов и продуктов

Требования и основные характеристики сжиженных газов

 

По физико-химическим показателям сжиженные газы должны соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблицах 1 и 2. Качество СПБТ должно соответствовать ГОСТ 20448-90.

 

Таблица 1 - Физико-химические показатели сжиженных газов по ГОСТ 20448-90

№ п/п	Показатели	Норма для марки
		ПТ	СПБТ	БТ
1	Доля компонентов, масс.%: метан, этан, этилен (в сумме)	не нормируется
	пропан, пропилен, не менее (сумме)	75	не нормируется
	бутаны и бутилены (в сумме), не менее	не норм	-	60
	не более		60	-
2	Объемная доля жидкого остатка, %, не более	0,7	1,6	1,8
3	Давление насыщенных паров (избыточное): при температуре 45 °С, не более	1,6	1,6	1,6
4	Доля сероводорода и меркаптановой серы, масс.%, не более	0,16	-	-
	В том числе сероводорода, не более	0,013	0,013	0,013
5	Содержание свободной воды и щелочи	0,003	0,003	0,003

 

Таблица 2 - Физико-химические показатели сжиженных газов по ГОСТ 27578-87

Показатели

ПТ

Массовая доля компонентов, %: Сумма метана, этана Пропан Сумма углеводородов °C и выше Сумма непредельных углеводородов, не более           Не нормируется 85 10

Не нормируется

6
2. Содержание жидкого остатка при 40 °C, свободной воды и щелочи	Отсутствие
3. Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при температуре плюс 45 °C, не более минус 20 °C, не менее минус 35 °C, не менее 4. Массовая доля серы и сернистых соединений, %, не более В том числе сероводорода, не более	- - 0,07 0,01 0,03