асчет таблиц материальных графов «Количество и состав».

Это наиболее объёмная часть расчётов, которые выполняются по различным методикам.

Исходными данными являются условия, определённые в задании на курсовое проектирование, и принципиальная технологическая схема основных материальных потоков.

 

6.2.1. Расчёт количества и состава сырья – поток №1.

1. Исходные данные – данные таблицы 1. задания на курсовой проект и часовая производительность по сырью.

2. По пропорции выполняется расчёт количества каждого компонента, кг/час и заполняются соответствующие строки таблицы 6.1. Далее определяется число молей каждого компонента смеси и средний молекулярный вес смеси. Затем рассчитывается мольное содержание каждого компонента, % моль. и заполняются все ячейки таблицы 6.1.

3.

Таблица 6.1. Количество и состав сырья

Наименование	кг/час	%	мол. масса	кмоль/час	мол. доля
водород	6883,07	0,154		3441,54	0,690
метан	13006,34	0,291		812,90	0,163
этилен	12112,35	0,271		432,54	0,087
этан	3441,54	0,077		114,69	0,023
пропилен	4871,78	0,109		110,66	0,022
пропан	312,93	0,007		6,72	0,001
бутилен	2324,22	0,052		41,44	0,008
бутан	670,43	0,015		11,65	0,002
åС5	581,06	0,013		8,06	0,002
бензол	357,50	0,008		4,48	0,001
толуол	89,38	0,002		0,90	0,000
Итого	44694,94	1,000	-	4986,24	1,000

 

6.2.2. Поток №2.

Исходные данные:

1. Состав углеводородной смеси из таблицы 6.1.;

2. Температура, при которой осуществляется ОИ;

3. Давление, при котором осуществляется ОИ.

Так как в сепараторе происходит разделение смеси на две фазы: газообразную и жидкую, то необходимо выполнить расчет данного процесса по методике расчета процесса однократного испарения.

Мольную долю отгона e^” и составы фаз при исходных параметрах рассчитывают аналитическим методом Трегубова по формулам:

 

(1)

(2)

где:

К_i – константа фазового равновесия, при заданных температуре Т ^оС и давлении Р атм; определяется по номограмме. [8]

c’_I – концентрация (% мол) i-ого компонента,

е’ =G/L– мольная доля пара.

Расчёт ведем в программе «Excel»с использованием табл.6.2:

 

Таблицa 6.2:

Наименование	Состав сырья ci	ki при Tf = 15оС Рf= 7,5 ати	1+ e” (ki – 1) (e ” = 0,981)	X”i =	yi” = ki x’i
водород	0,154	26,64	26,154	0,006	0,157
метан	0,291	10,18	10,009	0,029	0,296
этилен	0,271	3,35	3,304	0,082	0,275
этан	0,077	2,12	2,103	0,037	0,078
пропилен	0,109	0,85	0,853	0,128	0,109
пропан	0,007	0,73	0,739	0,009	0,007
бутилен	0,052	0,28	0,293	0,177	0,050
бутан	0,015	0,24	0,251	0,060	0,014
åС5	0,013	0,08	0,098	0,133	0,011
бензол	0,008	0,02	0,035	0,226	0,004
толуол	0,002	0,01	0,028	0,072	0,001
Итого	1,000		-	0,999	1,000

 

 

При достижении равенства каждой суммы единице в переделах ошибки не более 1,0% расчёт заканчивается. В данном примере мольная доля отгона e^” = 0,9845. Это значит, что 98,45% средней мольной массы сырья при данных условиях переходят в газовую фазу и парожидкостной поток со средней мольной массой М_ср разделяется в сепараторе на два потока:

§ №2 – газ в количестве 0,981 М_ср и

§ №3 – жидкость в количестве (1-0,981) М_ср или 0,019 М_ср

Далее необходимо рассчитать мольное и весовое количество каждого компонента в газовой и жидкой фазах, используя соответствующие значения таблицы 6.2.

Например, в газовую фазу перешли компоненты в количестве:

Метан – 0,296 × 0,981 М_ср

Этан – 0,078× 0,981 М_ср и так далее.

В жидкую фазу перешли компоненты в количестве:

Метан – 0,029 × 0,019 М_ср

Этан – 0,037× 0,019 М_ср и так далее.

Таблица 6.3.

Количество и состав потока №2

Наименование	Y1	пар, кмоль/ч	пар кг/ч
водород	0,157	268,58	6877,92
метан	0,296	506,91	12981,25
этилен	0,275	469,95	12037,76
этан	0,078	133,06	3410,40
пропилен	0,109	185,92	4763,14
пропан	0,007	11,87	304,86
бутилен	0,050	84,90	2175,26
бутан	0,014	24,19	620,26
åС5	0,011	18,37	467,94
бензол	0,004	6,50	167,78
толуол	0,001	1,12	28,22
Итого	1,000	1712,03	43845,54

 

Полученные мольные количества каждого компонента пересчитываем в весовые количества и заполняем соответствующую таблицу материального баланса, таблицу 6.3.

Аналогичным образом рассчитаем потоки №3 – 9

Таблица 6.4.

Количество и состав потока №3

Наименование	X1	жидкость, кмоль/ч	жидкость, кг/ч
водород	0,006	0,1	2,2
метан	0,029	0,4	11,0
этилен	0,088	1,3	33,2
этан	0,037	0,5	13,9
пропилен	0,128	1,9	48,4
пропан	0,009	0,1	3,6
бутилен	0,175	2,6	66,5
бутан	0,059	0,9	22,4
åС5	0,133	2,0	50,5
бензол	0,223	3,3	84,7
толуол	0,072	1,1	27,3
Итого	1,000	14,8	378,9

 

Таблица 6.5.

Количество и состав потока №4

Наименование	Y2	пар, кмоль/ч	пар, кг/ч
водород	0,165	119,3	3055,8
метан	0,310	223,6	5727,2
этилен	0,280	202,3	5181,2
этан	0,078	56,6	1450,0
пропилен	0,103	74,1	1897,7
пропан	0,006	4,7	119,9
бутилен	0,039	28,4	726,1
бутан	0,011	7,9	203,4
åС5	0,006	4,0	102,2
бензол	0,001	0,5	12,9
толуол	0,000	0,1	1,3
Итого	1,000	721,5	18478,0

 

Таблица 6.6.

 

Количество и состав потока №5

 

Наименование	X2	жидкость, кмоль/ч	жидкость, кг/ч
водород	0,013	0,6	14,7
метан	0,062	2,7	68,1
этилен	0,178	7,6	195,0
этан	0,066	2,8	72,5
пропилен	0,209	8,9	228,7
пропан	0,015	0,6	16,2
бутилен	0,223	9,5	244,2
бутан	0,067	2,9	73,2
åС5	0,097	4,2	106,7
бензол	0,056	2,4	61,0
толуол	0,010	0,4	11,3
Итого	1,000	42,8	1096,0

 

Таблица 6.7.

 

Количество и состав потока №6

 

Наименование	Y3	пар, кмоль/ч	пар кг/ч
водород	0,187	116,4	2980,8
метан	0,341	211,8	5424,6
этилен	0,280	174,2	4461,1
этан	0,076	47,1	1205,3
пропилен	0,082	51,3	1313,0
пропан	0,005	3,2	80,7
бутилен	0,022	13,5	346,2
бутан	0,006	3,6	92,5
åС5	0,002	0,9	24,0
бензол	0,000	0,0	0,8
толуол	0,000	0,0	0,0
Итого	1,000	622,0	15929,1

 

Таблица 6.8.

Количество и состав потока №7

 

Наименование	X3	жидкость, кмоль/ч	жидкость, кг/ч
водород	0,029	2,9	74,9
метан	0,119	11,8	302,6
этилен	0,282	28,1	720,1
этан	0,096	9,6	244,7
пропилен	0,229	22,8	584,7
пропан	0,015	1,5	39,1
бутилен	0,149	14,8	379,9
бутан	0,044	4,3	111,0
åС5	0,031	3,1	78,3
бензол	0,005	0,5	12,1
толуол	0,000	0,0	1,3
Итого	1,000	99,5	2548,9

 

Таблица 6.9.

 

Количество и состав потока №8

 

Наименование	Y4	пар, кмоль/ч	пар кг/ч
водород	0,592	2,6	66,0
метан	0,300	1,3	33,4
этилен	0,086	0,4	9,5
этан	0,017	0,1	1,9
пропилен	0,005	0,0	0,6
пропан	0,000	0,0	0,0
бутилен	0,000	0,0	0,0
бутан	0,000	0,0	0,0
åС5	0,000	0,0	0,0
бензол	0,000	0,0	0,0
толуол	0,000	0,0	0,0
Итого	1,000	4,4	111,5

 

Таблица 6.10.

 

Количество и состав потока №9

 

Наименование	X4	жидкость, кмоль/ч	жидкость, кг/ч
водород	0,184	113,8	2915,2
метан	0,341	210,5	5391,8
этилен	0,281	173,8	4452,0
этан	0,076	47,0	1203,5
пропилен	0,083	51,3	1312,5
пропан	0,005	3,2	80,7
бутилен	0,022	13,5	346,2
бутан	0,006	3,6	92,5
åС5	0,002	0,9	24,0
бензол	0,000	0,0	0,8
толуол	0,000	0,0	0,0
Итого	1,000	617,7	15819,3

 

 

6.2.10. Поток №10.

Вторым характерным типовым процессом, который используется в технологической схеме, является ректификация. При этом углеводородная смесь, подаваемая в ректификационную колонну, делится на два потока соответствующего состава: дистиллят D и остаток R.

1. Исходные данные:

1.1. Состав сырья (мол.%):

 

Компонент	мол. доля
водород	0,187
метан	0,341
этилен	0,280
этан	0,076
пропилен	0,082
пропан	0,005
бутилен	0,022
бутан	0,006
C5	0,002
бензол	0,000
толуол	0,000
ксилол	0,000
Итого	1,000

1.2. Содержание этилена в дистилляте, % мол - 1,5

1.3. Производительность по сырью, кг/ч - 15930,8

 

2. Последовательность расчета колонны:

2.1. По заданным производительности и составу сырья определяем массовые и мольные количества всех компонентов;

2.2. определяем количества и составы дистиллята и остатка.

3. Расчет

Расход дистиллята (кмоль/час) находится по формуле:

 

D _i = F _i - R _i

где, F _i =F∙ c _i - количество молей каждого компонента в смеси

F - количество молей сырья подаваемого в колонну

c _i - мольная доля i-ого компонента

R _i -состав кубового продукта (кмоль/час)

 

Таблица 6.11.

Материальный баланс колонны деметанизации К-1

 

	Сырье		Остаток R	Дистиллят D
	кмоль/ч	мол дол	φi	кмоль/ч	xi, мол. дол	кмоль/ч	Мол. доли
водород	137,4	0,184				116,4	0,353
метан	222,5	0,341				211,8	0,642
этилен	177,3	0,281	0,99	172,5	0,591	1,7	0,005
этан	47,7	0,076	0,995	46,8	0,160	0,2	0,001
пропилен	51,5	0,083		51,3	0,176	0,0	0,000
пропан	3,2	0,005		3,2	0,011	0,0	0,000
бутилен	13,5	0,022		13,5	0,046	0,0	0,000
бутан	3,6	0,006		3,6	0,012	0,0	0,000
åС5	0,9	0,002		0,9	0,003	0,0	0,000
бензол	0,0	0,000		0,0	0,000	0,0	0,000
толуол	0,0	0,000		0,0	0,000	0,0	0,000
Итого	657,6	1,000	-	291,8	1,000	330,2	1,000

 

Состав дистиллята (мольные доли) находится по формуле:

Расход кубового продукта (кмоль/час) находится по формуле:

 

R _i = F _i ∙ φ _i

где φ _i -степень извлечения задается в зависимости от требования на продукцию.

Состав кубового продукта (мольные доли) находится по формуле:

Результаты расчета дистиллята и остатка в молях сводим в таблицу 6.11.:

Далее мольные количества и составы (мольные и весовые) потоков №10 и №11 (дистиллят и остаток) пересчитываем в весовые и сводим результаты в таблицы 6.12. и 6.13. соответственно:

 

Таблица 6.12

Количество и состав потока №10

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород	116,4	232,8	0,353	0,063
метан	211,8	3389,4	0,642	0,922
этилен	1,7	48,8	0,005	0,013
этан	0,2	7,1	0,001	0,002
пропилен	0,0	0,0	0,000
пропан	0,0	0,0	0,000
бутилен	0,0	0,0	0,000
бутан	0,0	0,0	0,000
åС5	0,0	0,0	0,000
бензол	0,0	0,0	0,000
толуол	0,0	0,0	0,000
Итого	330,2	3678,1	1,000	1,000

 

Таблица 6.13

 

Количество и состав потока №11

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол. доли	масс. доля
водород
метан
этилен	172,5	4829,2	0,591	0,499
этан	46,8	1405,0	0,160	0,145
пропилен	51,3	2256,1	0,176	0,233
пропан	3,2	145,0	0,011	0,015
бутилен	13,5	757,1	0,046	0,078
бутан	3,6	209,5	0,012	0,022
åС5	0,9	67,4	0,003	0,007
бензол	0,0	2,5	0,000	0,000
толуол	0,0	0,2	0,000	0,000
Итого	291,8	9671,9	1,000	1,000

 

 

Аналогичным образом рассчитываются остальные потоки.

 

Таблица 6.14

 

Материальный баланс колонны деэтанизации К-2

 

	Сырье		Остаток R	Дистиллят D
	кмоль/ч	мол дол	φi	кмоль/ч	xi, мол. дол	кмоль/ч	Мол. доли
водород	2,9	0,007				2,9	0,011
метан	11,8	0,030				11,8	0,043
этилен	200,6	0,513				200,6	0,726
этан	56,4	0,144				56,4	0,204
пропилен	74,1	0,189	0,94	69,7	0,606	4,4	0,016
пропан	4,7	0,012	0,96	4,5	0,039	0,2	0,001
бутилен	28,4	0,072		28,4	0,247	0,0	0,000
бутан	7,9	0,020		7,9	0,069	0,0	0,000
åС5	4,0	0,010		4,0	0,035	0,0	0,000
бензол	0,5	0,001		0,5	0,004	0,0	0,000
толуол	0,1	0,000		0,1	0,000	0,0	0,000
Итого	391,4	1,000		115,0	1,000	276,3	1,000

 

Количество и состав потока №12

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород	2,9	5,9	0,011	0,001
метан	11,8	189,0	0,043	0,025
этилен	200,6	5616,4	0,726	0,729
этан	56,4	1691,7	0,204	0,219
пропилен	4,4	195,6	0,016	0,025
пропан	0,2	8,6	0,001	0,001
бутилен	0,0	0,0	0,000	0,000
бутан	0,0	0,0	0,000	0,000
åС5	0,0	0,0	0,000	0,000
бензол	0,0	0,0	0,000	0,000
толуол	0,0	0,0	0,000	0,000
Итого	276,3	7707,2	1,000	1,000

 

Таблица 6.13

 

Количество и состав потока №13

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол. доли	масс. доля
водород
метан
этилен
этан
пропилен	69,7	3065,0	0,606	0,542
пропан	4,5	206,7	0,039	0,037
бутилен	28,4	1587,8	0,247	0,281
бутан	7,9	460,8	0,069	0,082
åС5	4,0	287,4	0,035	0,051
бензол	0,5	39,2	0,004	0,007
толуол	0,1	4,7	0,000	0,001
Итого	115,0	5653,1	1,000	1,000

 

 

Таблица 6.17

 

Материальный баланс колонны депропанизации К-3

 

 

	Сырье		Остаток R	Дистиллят D
	кмоль/ч	мол дол	φi	кмоль/ч	xi, мол. дол	кмоль/ч	Мол. доли
водород	0,7	0,004				0,7	0,006
метан	3,1	0,018				3,1	0,030
этилен	8,9	0,052				8,9	0,087
этан	3,4	0,020				3,4	0,033
пропилен	80,5	0,466				80,5	0,786
пропан	5,3	0,031				5,3	0,051
бутилен	40,5	0,235	0,98	39,9	0,568	0,6	0,006
бутан	11,7	0,068	0,995	11,6	0,166	0,1	0,001
åС5	10,1	0,059		10,1	0,144	0,0	0,000
бензол	6,2	0,036		6,2	0,088	0,0	0,000
толуол	1,6	0,009		1,6	0,022	0,0	0,000
Итого	172,6	1,000		70,2	1,000	102,4	1,000

 

 

Таблица 6.18

 

Количество и состав потока №14

 

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород	0,7	1,3	0,006	0,000
метан	3,1	49,4	0,030	0,012
этилен	8,9	249,4	0,087	0,059
этан	3,4	101,2	0,033	0,024
пропилен	80,5	3541,2	0,786	0,839
пропан	5,3	242,3	0,051	0,057
бутилен	0,6	34,0	0,006	0,008
бутан	0,1	3,4	0,001	0,001
åС5	0,0	0,0	0,000	0,000
бензол	0,0	0,0	0,000	0,000
толуол	0,0	0,0	0,000	0,000
Итого	102,4	4222,2	1,000	1,000

 

Таблица 6.19

 

Количество и состав потока №17

 

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород
метан
этилен
этан
пропилен
пропан
бутилен	39,9	2233,1	0,568	0,5139
бутан	11,6	673,9	0,166	0,1551
åС5	10,1	729,2	0,144	0,1678
бензол	6,2	483,0	0,088	0,1112
толуол	1,6	143,4	0,022	0,0330
Итого	70,2	4345,2	1,000	1,000

 

 

Таблица 6.20

 

Материальный баланс колонны разделения ППФ К-4

 

	Сырье		Остаток R	Дистиллят D
	кмоль/ч	мол дол	φi	кмоль/ч	xi, мол. дол	кмоль/ч	Мол. доли
водород	0,7	0,006				0,7	0,007
метан	3,1	0,030				3,1	0,032
этилен	8,9	0,087				8,9	0,092
этан	3,4	0,033				3,4	0,035
пропилен	80,5	0,786	0,002	0,2	0,0	80,3	0,834
пропан	5,3	0,051	0,998	5,3	0,864	0,0	0,000
бутилен	0,6	0,006		0,6	0,100	0,0	0,000
бутан	0,1	0,001		0,1	0,010	0,0	0,000
åС5	0,0	0,000				0,0	0,000
бензол	0,0	0,000				0,0	0,000
толуол	0,0	0,000				0,0	0,000
Итого	102,4	1,000		6,1	1,000	96,4	1,000

 

Таблица 6.21

 

Количество и состав потока №15

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород	0,7	1,3	0,007	0,000
метан	3,1	49,4	0,032	0,013
этилен	8,9	249,4	0,092	0,063
этан	3,4	101,2	0,035	0,026
пропилен	80,3	3534,1	0,834	0,898
пропан	0,0	0,5	0,000	0,000
бутилен	0,0	0,0	0,000	0,000
бутан	0,0	0,0	0,000	0,000
åС5	0,0	0,0	0,000	0,000
бензол	0,0	0,0	0,000	0,000
толуол	0,0	0,0	0,000	0,000
Итого	96,4	3935,9	1,000	1,000

 

 

Таблица 6.22

 

Количество и состав потока №16

 

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород
метан
этилен
этан
пропилен	0,2	7,1	0,0	0,0
пропан	5,3	241,8	0,864	0,845
бутилен	0,6	34,0	0,100	0,119
бутан	0,1	3,4	0,010	0,012
åС5
бензол
толуол
Итого	6,1	286,3	1,000	1,000

 

Таблица 6.23

 

Материальный баланс колонны разделения ББФ К-5

 

	Сырье		Остаток R	Дистиллят D
	кмоль/ч	мол дол	φi	кмоль/ч	xi, мол. дол	кмоль/ч	Мол. доли
водород						0,0	0,000
метан						0,0	0,000
этилен						0,0	0,000
этан						0,0	0,000
пропилен						0,0	0,000
пропан						0,0	0,000
бутилен	39,9	0,568				39,9	0,774
бутан	11,6	0,166				11,6	0,225
åС5	10,1	0,144	0,995	10,1	0,542	0,1	0,001
бензол	6,2	0,088		6,2	0,333	0,0	0,000
толуол	1,6	0,022		1,6	0,084	0,0	0,000
Итого	70,2	1,000		18,6	1,000	51,5	1,000

 

Таблица 6.24

 

Количество и состав потока №18

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород	0,0	0,0	0,000	0,000
метан	0,0	0,0	0,000	0,000
этилен	0,0	0,0	0,000	0,000
этан	0,0	0,0	0,000	0,000
пропилен	0,0	0,0	0,000	0,000
пропан	0,0	0,0	0,000	0,000
бутилен	39,9	2233,1	0,774	0,767
бутан	11,6	673,9	0,225	0,232
åС5	0,1	3,6	0,001	0,001
бензол	0,0	0,0	0,000	0,000
толуол	0,0	0,0	0,000	0,000
Итого	51,5	2910,7	1,000	1,000

 

 

Таблица 6.25

 

Количество и состав потока №19

 

 

	кмоль/ч	кг/ч	мол доли	масс. доля
водород
метан
этилен
этан
пропилен
пропан
бутилен
бутан
åС5	10,1	725,6	0,542	0,506
бензол	6,2	483,0	0,333	0,337
толуол	1,6	143,4	0,084	0,100
Итого	18,6	1434,6	1,000	1,000

 

водный баланс установки.

 

На основании данных таблиц материального баланса составляется сводный баланс всего процесса. Результат записывается в таблицу 6.23:

 

Таблица 6.23. Сводный баланс процесса разделения углеводородной смеси

	МВФ, кг/ч	ЭЭФ, кг/ч	Пропилен, кг/ч	Пропан, кг/ч	ББФ, кг/ч	Бенз. фракция	Сырьё, кг/ч
Водород	521,47	13,22	2,91	0,00	0,00	0,00	6883,07
Метан	7592,26	423,36	110,66	0,00	0,00	0,00	13006,34
этилен	109,31	12580,74	558,66	0,00	0,00	0,00	12112,35
этан	15,90	3789,41	226,69	0,00	0,00	0,00	3441,54
пропилен	0,00	438,14	7916,38	15,90	0,00	0,00	4871,78
пропан	0,00	19,26	1,12	541,63	0,00	0,00	312,93
бутилен	0,00	0,00	0,00	76,16	5002,14	0,00	2324,22
бутан	0,00	0,00	0,00	7,62	1509,54	0,00	670,43
åС5	0,00	0,00	0,00	0,00	8,06	1625,34	581,06
бензол	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	1081,92	357,50
толуол	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	321,22	89,38
Итого	8238,94	17264,13	8816,42	641,31	6519,97	3213,50	44650,6
44650,6