Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

6.
Расчет материального баланса


Исходные данные:


1. Состав углеводородной смеси


Таблица 1

№п/п	НАИМЕНОВАНИЕ	%вес.	кг/час	кМ/час	%мол
1.	Н2	2,8	920,19	456,44	31,11
2.	СН4	4,2	1380,28	86,04	5,86
3.	С2 Н4	50,0	16431,92	546,46	37,25
4.	С2 Н6	15,4	5061,03	180,40	12,30
5.	С3 Н6	21,8	7164,32	162,47	11,07
6.	С3 Н8	1,3	427,23	10,15	0,69
7.	н-С4 Н10	4,2	1380,28	23,75	1,62
8.	åС5 на н-пентан	0,3	98,59	1,37	0,09
ИТОГО		100	32863,85	1467,07	100

. Годовая производительность, тн - 280000
. Число часов непрерывной работы в году - 8520


.1 Расчёт производительности





6.2 Расчёт таблиц материальных графов "количество и состав".


Сырьё, поток №1
Для того чтобы рассчитать массовый расход каждого компонента в смеси, необходимо перевести мольный состав смеси в весовой.
Если известны мольные доли компонентов, пересчёт в массовые доли а_i проводят по формуле:
а_i = ;


где а_i - массовые доли компонентов,
x_i - мольные доли компонентов,
М_i - молекулярная масса компонента i,
Зная весовой состав смеси можно рассчитать расход каждого компонента смеси.
Результаты вычислений сводятся в таблицу 2:


Таблица №2 Количество и состав сырья

	%,вес	кг в час	М	кмоль в час	%, мол
Н2	2,8	920,19	2,01600	456,44	31,11
СН4	4,2	1380,28	16,04276	86,04	5,86
С2 Н4	50,0	16431,92	28,05376	546,46	37,25
С2 Н6	15,4	5061,03	30,06964	180,40	12,30
С3 Н6	21,8	7164,32	42,08064	162,47	11,07
С3 Н8	1,3	427,23	44,09652	10,15	0,69
н-С4 Н10	4,2	1380,28	58,1234	23,75	1,62
åС5 на н-пентан	0,3	98,59	72,15028	1,37	0,09
Итого	100	32863,85	22,401	1467,07	100

Материальный баланс колонны деметанизации К1:
Расчет произведён в прикладной программе "MS Excel" по методике, описанной в [11].
Питанием колонны является поток 4

Таблица 3. Исходные данные

№ п/п	Наименование	Состав потока №4 % мол	Мол. масса Mi	Состав потока №4 в мас. долях	Количество в потоке №4
					Кг/час	Км/час
1	Н2	31,11	2,01600	0,028	920,19	456,44
2	СН4	5,86	16,04276	0,042	1380,28	86,04
3	С2 Н4	37,25	28,05376	0,5	16431,92	546,46
4	С2 Н6	12,30	30,06964	0,154	5061,03	180,40
5	С3 Н6	11,07	42,08064	0,218	7164,32	162,47
6	С3 Н8	0,69	44,09652	0,013	427,23	10,15
7	н-С4 Н10	1,62	58,1234	0,042	1380,28	23,75
8	åС5 на н-пентан	0,09	72,15028	0,003	98,59	1,37
ИТОГО		100			32863,85	1467,07

Количество и состав дистиллята и остатка.
Расчёт производится на 1467,07 кмоль сырья. Составы изображены в мольных долях. Условно принимаем, что содержание СН₄ в остатке, а С₂Н₆ - С₅Н₁₀ в дистилляте равно нулю.
Т.е. х^"_R1= 0; y"_D(4÷8)= 0 (здесь и дальше х^" и y" - мольные доли компонентов соответственно в жидкости и парах, индекс R относится к остатку, индекс D - к дистилляту, индекс 1,2,3… - соответственно к метану, этану и т.д., индекс G - к сырью).
Запишем уравнение материального баланса для всей колонны по общему количеству молей потоков и по каждому компоненту:


G = D + R (1)
Gc^’₁ = D_*y’_D1 + R_*x’_R1 (2)
Gc^’₂ = D_*y^’_D2 + R_*x’_R2 (3)
Gc^’₃ = D_*y^’_D3 + R_*x’_R3 (4)
Gc^’₄ = D_*y^’_D4 + R_*x’_R4 (5)
Gc^’₅ = D_*y^’_D5 + R_*x’_R5 (6)
Gc^’₆ = D_*y^’_D6 + R_*x’_R6 (7)
Gc^’₇ = D_*y^’_D7 + R_*x’_R7 (8)
Gc^’₈ = D_*y^’_D8 + R_*x’_R8 (9)


Подставляя в эти уравнения известные нам величины и исключая R из уравнений (2) - (9) с помощью (1), получим:


1467,07*0.311 = D_*y’_D1 + (1467,07-D)_*0 (2’)
,07*0.059 = D_* y’_D1 + (1467,07-D)_*0 (3’)
,07*0.372 = D_*0,07 + (1467,07-D)_*x’_R3 (4’)
,07*0.123 = D_*0 + (1467,07-D)_*x’_R4 (5’)
,07*0.111 = D_*0 + (1467,07-D)_*x’_R5 (6’)
,07*0.007 = D_*0 + (1467,07-D)_*x’_R6 (7’)
,07*0.016 = D_*0 + (1467,07-D)_*x’_R7 (8’)
,07*0.001 = D_*0 + (1467,07-D)_*x’_R8 (9’)


Суммируя (4^’) - (9^’) получаем:


,596 = D_*0,07 + (1467,07 - D) _*(x’_R2 + x’_R3+ x’_R4+ x’_R5+ x’_R6+ x’_R7+ x’_R8)


но по условию разделения известно, что


x’_R2 + x’_R3+ x’_R4+ x’_R5+ x’_R6+ x’_R7+ x’_R8 = 1


Следовательно:


,596= 0,07*D + 1467,07 - D


Откуда:


D = 542,864 кмоль/час, а
R = 1467,07-542,864 =924,211 кмоль/час


Мольные доли остальных компонентов в дистилляте и остатке:


Из (2^’): y^’_D1 = 456,442 : 542,864 = 0,841
Из (3^’): х^’ _D2 = 86,037 : 542,864 = 0,158
Из (4^’): x^’_R3 = 584,46 : 924,211 = 0,591
Из (5^’): x’_R4 = 180,4 : 924,211 = 0,195
Из (6^’): x’_R5 = 162,47 : 924,211 = 0,176
Из (7^’): x^’_R6 = 10,153 : 924,211 = 0,011
Из (8^’): x’_R7 = 23,747 : 924,211 = 0,026
Из (9^’): x’_R8 = 1,366 : 924,211 = 0,001


Пересчёт мольных расходов и долей в массовые ведётся по известной методике.
Результаты вычислений сведём в таблицы 4 и 5:


Таблица 4. Материальный баланс колонны деметанизации (К1)

Компоненты	Сырьё, Кмоль/час	Дистиллят D,Поток №9		Остаток R, Поток №10
		Состав, % мол	Расход, кмоль/час	Состав, % мол	Расход, кмоль/час
Н2	456,442	84,0804682	456,442
СН4	86,037	15,8487143	86,037
С2 Н4	546,458	0,070817501	0,38444	59,085	546,073
С2 Н6	180,405			19,520	180,405
С3 Н6	162,467			17,579	162,467
С3 Н8	10,153			1,099	10,153
н-С4 Н10	23,747			2,569	23,747
ΣС5	1,366			0,148	1,366
Итого	1467,075	1,000	542,864	100,000	924,211

Таблица 5. Состав и производительность потоков №№ 8 и 10.

Компоненты	Поток №8		Поток №10
	Состав, %масс	Расход, Кг/час	Состав, %масс	Расход, Кг/час
Н2	39,8	920,188
СН4	59,7	1380,282
С2 Н4	0,5	11,5601482	53,746	16420,365
С2 Н6			16,565	5061,033
С3 Н6			23,450	7164,319
С3 Н8			1,398	427,230
н-С4 Н10			4,518	1380,282
ΣС5			0,323	98,592
Итого	100	2312,030	100	30551,820

Расчёт колонн К2-К5 аналогичен расчёту колонны выделения метана, результаты расчётов сведены в таблицы №№ 6-13:


Таблица 6. Материальный баланс колонны дэтанизации (К2)

Компоненты	Питание, КМоль/час	Дистиллят D, Поток №12		Остаток R,Поток №14
		Состав, % мол	Расход, КМоль/час	Состав, % мол	Расход, КМоль/час
Н2
СН4
С2 Н4	546,073	75,162	546,073
С2 Н6	180,405	24,831	180,405
С3 Н6	162,467	0,007	0,04871884	82,160	162,419
С3 Н8	10,153			5,136	10,153
н-С4 Н10	23,747			12,013	23,747
ΣС5	1,366			0,691	1,366
Итого	924,211	100,000	726,526	100,000	197,685

Таблица 7. Состав и производительность потоков №№ 12 и 14.

Компоненты	Поток №12		Поток №14
	Состав, %масс	Расход, Кг/час	Состав, %масс	Расход, Кг/час
Н2
СН4
С2 Н4	76,432	16420,365
С2 Н6	23,5577144	5061,033
С3 Н6	0,01	2,15029005	78,981	7162,169
С3 Н8			4,711	427,230
н-С4 Н10			15,221	1380,282
ΣС5			1,087	98,592
Итого	100,00	21483,548	100,000	9068,272

Таблица 8. Материальный баланс колонны разделения ЭЭФ (К3)

Компоненты	Питание, КМоль/час	Дистиллят D, Поток №16		Остаток R,Поток №17
		Состав, % мол	Расход, КМоль/час	Состав, % мол	Расход, КМоль/час
Н2
СН4
С2 Н4	546,073	99,9	546,073
С2 Н6	180,405	0,1	0,58590284	99,973	179,819
С3 Н6	0,049			0,027	0,049
С3 Н8
н-С4 Н10
ΣС5
Итого	726,526	100,0	546,659	100,000	179,867

Таблица 9. Состав и производительность потоков №№ 16 и 17.

Компоненты	Поток №16		Поток №17
	Состав, %масс	Расход, Кг/час	Состав, %масс	Расход, Кг/час
Н2
СН4
С2 Н4	99,9	16420,365	-	-
С2 Н6	0,1	16,4368015	99,957	5044,596
С3 Н6			0,04260745	2,150
С3 Н8
н-С4 Н10
ΣС5
Итого	100	16436,802	100,000	5046,746

Таблица 10. Материальный баланс колонны депропанизации (К4)

Компоненты	Питание, КМоль/час	Дистиллят D, Поток №19		Остаток R, Поток №30
		Состав, % мол	Расход, КМоль/час	Состав, % мол	Расход, КМоль/час
Н2
СН4
С2 Н4
С2 Н6
С3 Н6	162,419	94,13	162,419
С3 Н8	10,153	5,86	10,118	0,140	0,035
н-С4 Н10	23,747	0,01	0,01305602	94,424	23,734
ΣС5	1,366			5,436	1,366
Итого	197,685	100,00	172,549	100,000	25,136

Таблица 11. Состав и производительность потоков №№ 19 и 20.

Компоненты	Поток №19		Поток №10
	Состав, %масс	Расход, Кг/час	Состав, %масс	Расход, Кг/час
Н2
СН4
С2 Н4
С2 Н6
С3 Н6	94,380	7162,169
С3 Н8	5,61035532	425,752	0,1	1,47811
н-С4 Н10	0,01	0,75955164	93,237	1379,522
ΣС5			6,663	98,592
Итого	100,000	7588,680	100,000	1479,592

Таблица 12. Материальный баланс колонны разделения ППФ (К5)

Компоненты	Питание, КМоль/час	Дистиллят D, Поток №22		Остаток R, Поток №23
		Состав, % мол	Расход, КМоль/час	Состав, % мол	Расход, КМоль/час
Н2
СН4
С2 Н4
С2 Н6
С3 Н6	162,419	99,9	162,419
С3 Н8	10,118	0,1	0,17037162	99,869	9,947
н-С4 Н10	0,013			0,13108187	0,013
ΣС5
Итого	172,549	100,0	162,589	100,000	9,960

Таблица 13. Состав и производительность потоков №№ 22 и 23.

Компоненты	Поток №22		Поток №23
	Состав, %масс	Расход, Кг/час	Состав, %масс	Расход, Кг/час
Н2
СН4
С2 Н4
С2 Н6
С3 Н6	99,9	7162,169
С3 Н8	0,1	7,1693383	99,819	418,583
н-С4 Н10			0,18112933	0,760
ΣС5
Итого	100	7169,338	100,000	419,342