Расчет проводится с использованием метода температурной границы деления смеси (результат приведен в таблице 5).

Минимальное число теоретических тарелок Nmin определяется по уравнению Фенске:

;       (6)

где  - коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых преимущественно в дистиллят (компоненты до границы деления); - коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых преимущественно в остаток (компоненты после границы деления); - относительные летучести компонентов, коэффициенты распределения которых равны, соответственно,  и .

Коэффициенты и  рассчитываются по уравнениям:

;  (7)

            (8)

Относительная летучесть компонента, имеющего коэффициент распределения 1, лежащего на температурной границе деления смеси, определяется в первом приближении по уравнению:

                                                   (9)

Мольная доля отбора дистиллята от сырья:

;       (10)

коэффициент распределения i-го компонента между дистиллятом и остатком, который можно рассчитать из уравнения Фенске:

;         (11)

Относительные летучести, значения которых будут использованы для расчета минимального числа теоретических тарелок во втором приближении, определяются по уравнениям:

         (12)

           (13)

Используя приведенные выше уравнения, для каждого последующего

приближения определяются: минимальное число теоретических тарелок , относительная летучесть компонента на границе деления, мольные концентрации каждого компонента в дистилляте и в остатке, коэффициенты распределения, относительные летучести. При расчете найденные значения и  на следующем шаге расчета используются в качестве первого приближения, и выполняется такое число приближений, чтобы . В используемой программе задана точность расчета  = 0,0001.

Оптимальное число теоретических тарелок в колонне определяется по уравнению:

                                                             (14)

Число реальных тарелок определяется с учетом эффективности выбранного типа тарелок:

                                                                               (15)

где h- коэффициент полезного действия тарелки: для клапанной тарелки - 0,35.

Пересчет температуры верха колонны:

Температура верха колонны рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению изотермы паровой фазы:

          (16)

Где k_i - константа фазового равновесия i-го компонента при температуре и давлении верха колонны:

k_i = P_i / P_верха .

-температура верха:  t_верха = 39,44 °C;

Таблица 5

Воспользовавшись расчетными данными таблицы 5 принимаем:

· Количество тарелок в концентрационной части N_k = 28;

· Количество тарелок в отгонной части N₀ = 31.

Пересчет температуры низа колонны:

Температура низа колонны рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению изотермы жидкой фазы:

        (17)

Где k_i - константа фазового равновесия i-го компонента при температуре и давлении низа колонны: k_i = P_i / P_низа

Расчет представлен в таблице 3. В результате получили: температура низа:  t_низа = 97,39 °C;

Данные расчета приведены в таблице 6 и таблице 7.

Таблица 6

Таблица 7

Молекулярная масса: дистиллята MD = 53,2,

остатка MW = 81,5.

4.3 Расчет флегмового и парового чисел

Таблица 8

Оптимальное мольное флегмовое число определяется по уравнению:

  (18)

Расчет Rmin приведен в таблице 8.опт = 3,3517.

Таблица 9

Минимальное мольное паровое число в отгонной секции колонны определяется по уравнению Андервуда (расчет приведен в таблице 9):

 = - ;     (19)

 ;           (20)

.

4.4 Материальный и тепловой балансы колонны стабилизации

Таблица 10

.5 Определение основных размеров колонны

4.5.1 Диаметр колонны

Наиболее нагруженным по пару сечением колонны будет сечение под ее нижней отгонной тарелкой, оно принимается за расчетное.

Секундный объем паров в расчетном сечении при температуре tR=97,3888 ⁰C и давлении рR=15,375

Допустимую скорость газа в расчетном сечении находят по формуле:

         (23)

Коэффициент С’ определяется по уравнению:

        (24)

Где   а С=0,12 определяется по графику, изображенному на рисунке 1 при расстоянии между тарелками

Тогда диаметр колонны равен:

D = 2,7 м.

Рисунок 1 - График С=f(pn), используемый при определении допустимой скорости пара в колонне с клапанными тарелками

Для сравнения определяем диаметр колонны по ее сечению над верхней укрепляющей тарелкой.

Расчет ведется аналогично уже изложенному определению диаметра колонны в наиболее нагруженном поперечном сечении колонны:

Допустимая скорость паров:

Диаметр колонны в ее верхнем поперечном сечении: D = 2,01 м.

По ГОСТ 9617-76 установлен ряд внутренних диаметров для сосудов и аппаратов. Диаметр колонны окончательно принимается по нижнему сечению аппарата - он равен Dк = 2800 мм.

.5.2 Высота колонны

На основе практических данных расстояние между верхним днищем колонны и ее верхней укрепляющей тарелкой принимается следующее: h1=1,2 м; высота секции питания h3=1,3 м; расстояние между нижним днищем и нижней отгонной тарелкой h5=3 м (для обеспечения трех-четырехминутного запаса флегмы внизу колонны). Высота колонны равна:

Для отгонной части:

     (30)

Полная высота колонны:

       (31)

4.5.3 Диаметры штуцеров

Таблица 11

Список использованных источников

1.  Кузнецов А.А., Судаков Е.Н., «Расчеты основных процессов и аппаратов углеводородных газов», М., Химия, 1983;

2.       Прокофьева Т.В., «Технологический расчет колонны дл разделения сжиженных газов», М., 2006;

.        Лапидус А.Л., Голубева И.А., Жагфаров Ф.Г. «Газохимия. Часть 1. Первичная переработка углеводородных газов», М., 2004;

.        Осинина О.Г. «Определение физико-технических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов», М., РГУ нефти и газа, 1986.