Tài liệu Bài tập công nghệ chế biến khí

C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña Hydrocacbon vµ N2, CO2, H2S CÊu tö Khèi l−îng ph©n tö C1 C2 C3 izo-C4 n-C4 izo-C5 n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 n-C9 n-C10 16,043 30,070 44,097 58,124 58,124 72,151 72,151 86,178 100,205 114,232 128,259 142,286 zc NhiÖt ®é tíi h¹n 0R 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,27 0,27 0,26 0,26 0,26 0,25 0,25 343 550 666 734 765 829 845 913 972 1024 1070 1112 K 191 305 370 408 425 460 470 507 540 569 595 618 ¸p suÊt tíi h¹n psi 666 707 617 528 551 491 489 437 397 361 332 305 EMR Thõa sè acentric 14,19 24,37 34,63 44,74 44,24 55,30 55,27 65,58 75,88 86,19 96,53 106,86 0,0104 0,0979 0,1522 0,1852 0,1995 0,2280 0,2514 0,2994 0,3494 0,3977 0,4445 0,4898 MPa 4,60 4,88 4,25 3,65 3,80 3,39 3,37 3,01 2,74 2,49 2,29 2,10 ω Bµi tËp 1 X¸c ®Þnh khèi l−îng riªng cña propan ë ¸p suÊt 300 psi vµ 140OF. ¾ §æi ®¬n vÞ: ¾ Tra b¶ng: ¾ TÝnh Tr vµ Pr: P = 300 psi = 2,068 MPa T = 140OF = 599,67OR = 333,15 K Tc = 370 K Pc = 4,254 MPa T 333,15 Tr = = = 0,90 Tc 370 P 2,068 Pr = = = 0,49 Pc 4,254 Bµi tËp 1 ¾ Tra gi¶n ®å Katz z = 0,70 ¾ TÝnh r: PM ρ= zRT 2,068 × 44,1 = = 47,06 kg / m3 T 0,70 × 0,00831× 333,15 Bµi tËp 2 KhÝ tù nhiªn cã thµnh phÇn nh− sau: CH4 92,5 % C2H6 4,0 % C3H8 2,0 % nC4H10 1,0 % nC5H12 0,5 % X¸c ®Þnh z vµ ρ cña hçn hîp khÝ ë P= 14,5 MPa vµ T= 57OC Bµi tËp 2 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ §æi ®¬n vÞ: T = 57OC = (57 + 273) K = 330 K P = 14,5 MPa Tra b¶ng x¸c ®Þnh Pc vµ Tc cña tõng cÊu tö X¸c ®Þnh Pc’ vµ Tc’ cña hçn hîp TÝnh Pr’ vµ Tr’ cña hçn hîp Tõ gi¶n ®å Katz x¸c ®Þnh z TÝnh r Bµi tËp 2 Tra b¶ng x¸c ®Þnh Tc , Pc vµ MW cña hçn hîp X¸c ®Þnh Tc’, Pc’ vµ MW’cña hçn hîp CÊu tö xi Tc, K Tc’ CH4 0,925 191 176,67 C2H6 0,040 305 C3H8 0,020 C4H10 Pc ’ MW MW’ 4,6 4,255 16,04 14,84 12,12 4,88 0,1952 30,07 1,20 369 7,38 4,25 0,085 44,10 0,88 0,010 425 4,25 3,8 0,038 58,12 0,58 nC5H12 0,005 470 2,35 3,37 0,0169 72,15 0,36 4,590 17,87 Σ 202,85 Pc, MPa Bµi tËp 2 ¾ ¾ ¾ TÝnh Tr’ vµ Pr’ Tõ gi¶n ®å Katz: TÝnh ρ T 330 Tr ' = = = 1,63 Tc ' 202,85 P 14,5 = = 3,16 Pr ' = Pc ' 4,59 z = 0,83 14,5 ×17,8 PM = 113,84 kg / m3 = ρ= zRT 0,83 × 0,00831× 330 Bµi tËp 3 KhÝ tù nhiªn cã thµnh phÇn c¸c cÊu tö cho trong b¶ng. X¸c ®Þnh z vµ ρ cña hçn hîp khÝ ë 600OR vµ 2000 psi CÊu tö xi CO2 0,10 H2 S 0,20 N2 0,05 CH4 0,60 C2H6 0,05 Bµi tËp 3 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Tra b¶ng x¸c ®Þnh Tc, Pc vµ M cña tõng cÊu tö TÝnh Tc’, Pc’ vµ M’ cña hçn hîp Tõ ®å thÞ hiÖu chØnh víi khÝ chua x¸c ®Þnh ε TÝnh Tc” vµ Pc” TÝnh Tr” vµ Pr” Tõ gi¶n ®å Katz x¸c ®Þnh z TÝnh ρ Bµi tËp 3 Tra ®ÞnhM’Tccña , Pchçn vµ M cña tõng cÊu tö TÝnhb¶ng Tc’, x¸c Pc’ vµ hîp CÊu tö CO2 0,10 547,6 54,8 1071,0 107,1 44,01 4,401 H2S 0,20 672,1 134,4 1300,0 260,0 34,08 6,816 N2 0,05 227,2 11,4 493,1 24,7 28,02 1,401 CH4 0,60 343,0 205,8 666,4 399,8 16,04 9,624 C2H6 0,05 549,6 27,5 706,5 35,3 30,07 1,504 xi Tc , OR Tc’ , OR Pc , psi Pc’ , psi 433,9 826,9 241,1 K 5,7 MPa M M’ 23,746 Bµi TËp 3 Theo ®å thÞ hiÖu chØnh: ε = 29,8 Tc” = Tc’ - ε = 433,9 - 29,8 = 404,1OR ¾ 826,9 × 404,1 Pc '×Tc " = = 761,7 psia Pc " = Tc '+ B(1 − B )ε 433,9 + 0,2 × 0,8 × 29,8 ¾ TÝnh Tr” vµ Pr”: " Tr = " Pr = T Tc" P Pc " 600 = = 1,48 404,1 2000 = = 2,63 761,7 Bµi TËp 3 ¾ Tõ gi¶n ®å Katz z = 0,78 ¾ TÝnh 2000 × 23,746 PM ρ= = = 9,45 lb / ft 3 zRT 0,78 × 10,73 × 600 = 151,37 kg / m3 Bμi TËp 4 X¸c ®Þnh l−îng DEG cÇn thiÕt ®Ó sÊy 50 000 m3/h hçn hîp khÝ (tû träng = 0,90). NhiÖt ®é tiÕp xóc 25OC. KhÝ b·o hoµ h¬i n−íc. ¸p suÊt 50 kG/cm2. KhÝ cÇn sÊy tíi nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng -3OC. Nång ®é cña dung dÞch DEG t−íi vµo th¸p hÊp thô cã nång ®é cao h¬n 3% so víi nång ®é dung dÞch DEG b·o hoµ h¬i n−íc. Bµi tËp 4 ¾ ¾ ¾ ¾ §æi ®¬n vÞ: P = 50 kG/cm2 = 50 × 0,1/1,02 = 4,9 MPa = 50 × 14,5/1,02 = 710 psi X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch ra tõ hçn hîp khÝ X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch DEG TÝnh: # # # Khèi l−îng dung dÞch DEG ®· t¸i sinh t−íi vµo th¸p L−u l−îng DEG tuÇn hoµn L−u l−îng thÓ tÝch DEG cho 1 kg n−íc cÇn t¸ch ra Bµi tËp 4 X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch ra tõ hçn hîp khÝ: Tõ ®å thÞ hµm Èm: T = 25OC P = 4,9 MPa W1 = 0,598 x 10-3 kg/m3 T = -3OC P = 4,9 MPa W2 = 0,121 x 10-3 kg/m3 W = (W1 - W2) x 50 000 m3/h = 23,85 kg/h ¾ X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch DEG Tõ ®å thÞ phô thuéc nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng vµ nhiÖt ®é tiÕp xóc víi dung dÞch DEG: T = 25OC vµ T ®iÓm s−¬ng = -3OC ph¶i sö dông dung dÞch DEG 96% ¾ Bµi tËp 4 ¾ Khèi l−îng dung dÞch DEG t−íi vµo th¸p: G khèi l−îng DEG 96% t−íi vµo G+W khèi l−îng DEG 93% G x 96% = (G + W) x 93% W × 0,93 23,85 × 0,93 G= = = 739 kg / h 0,96 − 0,93 0,03 ¾ Khèi l−îng riªng DEG tinh khiÕt 1118 kg/m3 Khèi l−îng riªng DEG 96%: 0,96 x 1118 + 0,04 x 1000 = 1113 kg/m3 Bµi tËp 4 ¾ ¾ L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG tuÇn hoµn: 739 (kg/h) : 1113 (kg/m3) = 0,675 m3/h L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG tÝnh cho 1 kg n−íc cÇn t¸ch ra: 0,675 (m3/h) : 23,85 (kg/h) = 0,027 m3/kg H2O Trong thiÕt bÞ sÊy c«ng nghiÖp, l−u l−îng thÓ tÝch DEG tuÇn hoµn chän trong kho¶ng: 0,03 ÷ 0,05 m3/kg H2O cÇn t¸ch ra Bμi TËp 4b Hçn hîp khÝ (tû träng = 0,90) ®−îc ®−a vµo th¸p hÊp thô T = 30OC. P = 750 psi. KhÝ b·o hoµ h¬i n−íc. KhÝ cÇn sÊy tíi nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng - 20OC. DEG t−íi vµo th¸p hÊp thô cã nång ®é cao h¬n 2,5% so víi dung dÞch DEG b·o hoµ h¬i n−íc. ¾ TÝnh khèi l−îng riªng cña khÝ nguyªn liÖu ¾ X¸c ®Þnh l−îng DEG cÇn thiÕt ®Ó sÊy 100 000 m3/h ¾ TÝnh sè ®Üa lý thuyÕt cña th¸p t¸i sinh (P = 120 kPa) biÕt hÖ sè t¸i sinh Es = 0,8 Tr×nh tù tÝnh to¸n ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ §æi ®¬n vÞ: P = 750 psi = 5,17 MPa TÝnh khèi l−îng riªng cña hçn hîp khÝ tõ gi¶n ®å III.7 X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch ra tõ hçn hîp khÝ X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch DEG TÝnh: # # # # Khèi l−îng dung dÞch DEG ®· t¸i sinh t−íi vµo th¸p L−u l−îng DEG tuÇn hoµn L−u l−îng thÓ tÝch DEG cho 1 kg n−íc cÇn t¸ch ra Sè ®Üa lý thuyÕt TÝnh khèi l−îng riªng cña hçn hîp khÝ Tõ gi¶n ®å III.7 cã Pr’ = 1,149 Pc’ = 4,5 MPa Tc’ = 252 K Tr’ = 1,202 z = 0,75 γ = 0,9 ⇒ M = 26,073 MP 26,073 × 5,17 ρ= = = 68,787 kg / m 3 zRT 0,75 × 0,00831× 303