Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
пС5 0,021 ( 0,015
0,021 і 0,015
С6 0,018 0,017 0,016
V 0,018 0,017 0,016
С7 0,025 І 0,020
0,024 0,020
С8 0,025 0.022
0,026 0,022
ClO 0,028 0,024 0,022
0,027 0,023 0,022
С12 0.025
0,024
С18 0,027
0,024
В числителе - эксперимент, в знаменателе - расчет
132
Поверхностное натяжение воды, метанола, ДЭГа, ТЭГа и их водных растворов апроксимируется выражениями:
amLt = 0,0226 - 0,00008 (T - 293,0); (3.116)
о„ „ = 0,0732 - 0,000143 (T - 288,0); (3.117)
O1131 = 0,04521 - 0,000088 (T -293,0); ; (3 118)
0.,,,= 0,0474 - 0,000088 (7- 293,0);«. . ' 1 (3.119)
о = 1 (Ix1 о,), . .--(3.120)
где о измеряется в Н/м, T - в К. "**
3.1.3. РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
Рассмотрим алгоритм расчета ректификационной колонны в предположении, что потоки, покидающие любую тарелку, находятся в термодинамическом равновесии. Расчетная схема тарелки представлена на рис. 3.6. В соответствии с этой схемой с любой тарелки могут отбираться в качестве боковых погонов часть пара либо жидкости и на любую тарелку может подаваться сырьевой поток. Полный набор уравнений, описывающих процесс ректификации, включает: а) уравнение материального баланса
V4+ = V1, ,Jl-Wp +I1 -KJ+ fr (3-121>
54 =Vj-, , ,, ¦r , " Ґ' ' (3.122)
р
Ji1J = L/, ' (3.123)
б) уравнение фазового равновесия ,
V4ZVj = K11-I11ZL1; (3.124)
в) уравнение теплового баланса
V1H1 + L1H1 = Vj+1(I - W]O- H1+, + 1,.,(1 - Wj1.,)- Лу_, + >
Vj- Щ + Lfj-I/J+Qj, , (3.125)
где і = 1,2, .... р; J = 1,2, ... п; V, L, f - верхние индексы, характеризующие пар, жидкость и сырье.
133
H
Lj-i ,
Ff * \ J
j yJ І V
Lj ¦ Wf І \F)V
Lj . j+1
J '
J І
* A
Рис. 3.6. Расчетная схема колонны
Подставляя равенства (3.124) в уравнения (3.121), мы можем последние переписать в матричной форме
а(„ • y0) = F(l), (3.126)
где У(і) — вектор-столбец из концентраций і-го компонента в паре на тарелках колонны; F(l) - вектор-столбец из мольных количеств z'-го компонента в сырьевых потоках; - тридиа-гональная матрица, элементы которой определяются выражениями:
011 = V, + Ц/k11;
012 =-V2(X-Wi У,
о,.,., = -L1^X-WjJ/K1,,_,; ^ , , .
O11 = V1 + L1ZK1-, У - (3.127)
a t = _у ,(I - ,)¦ 1 ^ <5
............... і v і
«,,-,,,, =-4-,-0-Ж,-,>/*,,,,-,; - '•
134
a,,,,, = K + К/К,-
Решения систем линейных уравнений (3.126? позволяют вычислить функции Ьу
8у = ?у„-1, J ,(3.128) где J = 1, ... п.
Для заданного профиля потоков V1 будем решать систему
уравнений
5, = 0; j = 1, ... п (3.129)
относительно температур на тарелках колонны. Воспользуемся методом Ньютона, в соответствии с которым представим эту систему в следующем виде:
5;(Г) + Е~АГ* =0; (3.130)
где / = 1,2 ... п, вектор T - профиль температур. Нетрудно
Э8
видеть, что значения частных производных —- вычисляются
дТк
на базе уравнений (3.126). При этом выражения производных констант фазового равновесия по температурам зависят от конкретного вида уравнения состояния, используемого для расчета фазового равновесия.
Линейная система уравнений (3.130) позволяет вычислить профиль температур для следующей (q + 1) итерации:
f<4+,) =fiq) +IAT , (3.131)
где А. - демпфирующий множитель, значение которого лежит между 0 и 1.
В изложенной последовательности уравнения (3.126)— (3 131) решаются до тех пор, когда выполнится условие
max|8 I < є, (3.132)
где є - заданная степень точности.
Из вышеизложенного непосредственно следует, что вычисленные температуры обеспечивают выполнение уравнений материального баланса и фазового равновесия.
На следующем этапе корректируются значения профиля потоков V. Для этого (внешнего) итеративного цикла исполь-
135
Таблица 3.27
Компоненты Состав, % моль. Условия процесса
Метан Этан Пропан л-Бутан и-Пентан Фр. C6+ 11,161 13,740 15,987 16,426 9,308 33,378 Давление 23,1 ата Расход сырья 1000 кмоль/ч Расход холодного орошения 320 кмоль/ч Температура сырья 63 °С Температура холодного орошения 11,8 °С Число теоретических тарелок 15
зуются уравнения теплового баланса (3.129). На базе метода простых итераций имеем . s .
у;-'> = ада - у;;,)я,+1 + z?><i - Wj1) • л,_, + ],и.
+ Vj ¦ Щ + Ii1 ¦ Ц + Q1- 4"> • H1VH1, ^ ?Н (3.133)
где т - текущий номер итерации во внешнем итеративном цикле.
Новый профиль потоков позволяет вернуться к начальному этапу алгоритма. В такой последовательности расчет продолжается до тех пор, пока уравнения теплового баланса будут выполняться с требуемой степенью точности.
Рассмотренный алгоритм допускает обобщение на случай расчета ректификации с двумя жидкими фазами: углеводородной и водной. Такая задача возникает, в частности, при расчете процесса стабилизации нестабильного конденсата, поступающего с промысловых установок и содержащего метанольную воду. В результате в отдельных зонах колонны могут реализо-вываться условия образования двух жидких фаз. Важно уметь предсказывать расположение этих зон, чтобы посредством боковых отборов осуществлять наиболее полный вывод воды. Кроме того, расчет колонны без учета воды может привести к значительным ошибкам в оценке температурного профиля и нагрузки на печь. В качестве иллюстрации рассмотрим расчет процесса деэтанизации нестабильного конденсата на Уренгойском газоконденсатном месторождении. Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.27.
