Bài tập Công nghệ chế biến khí

0,0104 0,0979 0,1522 0,1852 0,1995 0,2280 0,2514 0,2994 0,3494 0,3977 0,4445 0,4898 14,19 24,37 34,63 44,74 44,24 55,30 55,27 65,58 75,88 86,19 96,53 106,86 4,60 4,88 4,25 3,65 3,80 3,39 3,37 3,01 2,74 2,49 2,29 2,10 666 707 617 528 551 491 489 437 397 361 332 305 191 305 370 408 425 460 470 507 540 569 595 618 343 550 666 734 765 829 845 913 972 1024 1070 1112 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,27 0,27 0,26 0,26 0,26 0,25 0,25 16,043 30,070 44,097 58,124 58,124 72,151 72,151 86,178 100,205 114,232 128,259 142,286 C1 C2 C3 izo-C4 n-C4 izo-C5 n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 n-C9 n-C10 MPapsiK0R Thõa sè acentric ω EMR ¸p suÊt tíi h¹n NhiÖt ®é tíi h¹nzc Khèi l−îng ph©n tö CÊu tö C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña Hydrocacbon vµ N2, CO2, H2S Bµi tËp 1 ¾ §æi ®¬n vÞ: P = 300 psi = 2,068 MPa T = 140OF = 599,67OR = 333,15 K ¾ Tra b¶ng: Tc = 370 K Pc = 4,254 MPa ¾ TÝnh Tr vµ Pr: 49,0 254,4 068,2 90,0 370 15,333 === === c r c r P PP T TT X¸c ®Þnh khèi l−îng riªng cña propan ë ¸p suÊt 300 psi vµ 140OF. Bµi tËp 1 ¾ Tra gi¶n ®å Katz z = 0,70 ¾ TÝnh r: 3/06,47 15,33300831,070,0 1,44068,2 mkg T =×× ×= zRT PM=ρ 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 §æi ®¬n vÞ: T = 57OC = (57 + 273) K = 330 K P = 14,5 MPa ¾ Tra b¶ng x¸c ®Þnh Pc vµ Tc cña tõng cÊu tö ¾ X¸c ®Þnh Pc’ vµ Tc’ cña hçn hîp ¾ TÝnh Pr’ vµ Tr’ cña hçn hîp ¾ Tõ gi¶n ®å Katz x¸c ®Þnh z ¾ TÝnh r Bµi tËp 2 17,874,590202,85Σ 0,3672,150,01693,372,354700,005nC5H12 0,5858,120,0383,84,254250,010C4H10 0,8844,100,0854,257,383690,020C3H8 1,2030,070,19524,8812,123050,040C2H6 14,8416,044,2554,6176,671910,925CH4 MW’MWPc’Pc, MPaTc’Tc, KxiCÊu tö Tra b¶ng x¸c ®Þnh Tc , Pc vµ MW cña hçn hîp X¸c ®Þnh Tc’, Pc’ vµ MW’cña hçn hîp ¾ TÝnh Tr’ vµ Pr’ ¾ Tõ gi¶n ®å Katz: ¾ TÝnh ρ Bµi tËp 2 ' '= c r T TT 63,1 85,202 330 == ' '= c r P PP 16,3 59,4 5,14 == 3/84,113 33000831,083,0 8,175,14 mkg=×× ×= zRT PM=ρ z = 0,83 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 0,05C2H6 0,60CH4 0,05N2 0,20H2S 0,10CO2 xiCÊu tö Bµi tËp 3 Bµi tËp 3 ¾ Tra b¶ng x¸c ®Þnh Tc, Pc vµM cña tõng cÊu tö ¾ TÝnh Tc’, Pc’ vµM’ cña hçn hîp ¾ Tõ ®å thÞ hiÖu chØnh víi khÝ chua x¸c ®Þnh ε ¾ TÝnh Tc” vµ Pc” ¾ TÝnh Tr” vµ Pr” ¾ Tõ gi¶n ®å Katz x¸c ®Þnh z ¾ TÝnh ρ TÝnh Tc’, Pc’ vµM’ cña hçn hîp 1,50430,0735,3706,527,5549,60,05C2H6 9,62416,04399,8666,4205,8343,00,60CH4 1,40128,0224,7493,111,4227,20,05N2 6,81634,08260,01300,0134,4672,10,20H2S 4,40144,01107,11071,054,8547,60,10CO2 M’MPc’ , psiPc , psiTc’ , ORTc , ORxi CÊu tö Bµi tËp 3 ra b¶ng x¸c ®Þnh Tc, Pc vµM cña tõng cÊu tö 433,9 826,9 23,746 5,7 MPa241,1 K Bµi TËp 3 ¾ Theo ®å thÞ hiÖu chØnh: Tc” = Tc’ - ε ¾ TÝnh Tr” vµ Pr”: ( )BBT TPP c cc c 1' "'" −+ ×= ε " " = c r T T T " " = c r P P P 48,1 1,404 600 == 63,2 7,761 2000 == psia7,761 8,298,02,09,433 1,4049,826 =××+ ×= = 433,9 - 29,8 = 404,1OR ε = 29,8 Bµi TËp 3 ¾ Tõ gi¶n ®å Katz z = 0,78 ¾ TÝnh zRT PM=ρ 3/45,9 60073,1078,0 746,232000 ftlb=×× ×= 3/37,151 mkg= 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 §æi ®¬n vÞ: P = 50 kG/cm2 = 50 × 0,1/1,02 = 4,9 MPa = 50 × 14,5/1,02 = 710 psi ¾ X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch ra tõ hçn hîp khÝ ¾ X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch DEG ¾ 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 ¾ 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% 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% 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 hkgWG /739 03,0 93,085,23 93,096,0 93,0 =×=− ×= Bµi tËp 4 ¾ L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG tuÇn hoµn: 739 (kg/h) : 1113 (kg/m3) = 0,675 m3/h ¾ 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 §æi ®¬n vÞ: P = 750 psi = 5,17 MPa ¾ TÝnh khèi l−îng riªng cña hçn hîp khÝ tõ gi¶n ®å III.7 ¾ X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch ra tõ hçn hîp khÝ ¾ X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch DEG ¾ 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 Pc’ = 4,5 MPa Tc’ = 252 K z = 0,75 γ = 0,9 ⇒ M = 26,073 Pr’ = 1,149 Tr’ = 1,202 378768 303008310750 17507326 mkg zRT MP /, ,, ,, =×× ×==ρ X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch Tõ ®å thÞ hµm Èm: T = 30OC P = 5,17 MPa W1 = 792,37 kg/106m3 T = -20OC P = 5,17 MPa W2 = 31,49 kg/106m3 W = (W1 - W2) x 100 000 m3/h = 76,085 kg/h 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 = 30OC vµ T ®iÓm s−¬ng = -20OC DEG 99,3% Khèi l−îng dung dÞch DEG t−íi vµo th¸p G khèi l−îng DEG 99,3% t−íi vµo G+W khèi l−îng DEG 96,8% G x 99,3% = (G + W) x 96,8% hkg W G / , ,, ,, , 2946 0250 968008576 96809930 9680 =×=− ×= L−u l−îng dung dÞch DEG t−íi vµo th¸p ¾ Khèi l−îng riªng DEG 99,3%: 0,993 x 1118 + 0,007 x 1000 = 1114 kg/m3 ¾ L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG tuÇn hoµn: 2946 (kg/h) : 1114 (kg/m3) = 2,64 m3/h ¾ L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG / 1 kg n−íc cÇn t¸ch ra: 2,64(m3/h) : 76,085 (kg/h) = 0,035 m3/kg H2O (0,03 ÷ 0,05 m3/kg H2O cÇn t¸ch ra) TÝnh sè ®Üa lý thuyÕt cho th¸p t¸i sinh ¾ H»ng sè c©n b»ng DEG - H2O ë 160OC vµ 120 kPa K = 3,69 ¾ Sè mol DEG t−íi vµo th¸p L = 2946 kg/h : 106,12kg/kmol = 27,76 kmol/h ¾ Th«ng sè nh¶ hÊp thô S = K.W / L = 3,69x76,05 / 27,76 = 10 ¾ BiÕt hÖ sè t¸i sinh Es = 0,8 Kremcer n = 0,68 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 §æi ®¬n vÞ: P = 750 psi = 5,17 MPa ¾ TÝnh khèi l−îng riªng cña hçn hîp khÝ tõ gi¶n ®å III.7 ¾ X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch ra tõ hçn hîp khÝ ¾ X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch DEG ¾ 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 Pc’ = 4,5 MPa Tc’ = 252 K z = 0,75 γ = 0,9 ⇒ M = 26,073 Pr’ = 1,149 Tr’ = 1,202 378768 303008310750 17507326 mkg zRT MP /, ,, ,, =×× ×==ρ X¸c ®Þnh l−îng Èm cÇn t¸ch Tõ ®å thÞ hµm Èm: T = 30OC P = 5,17 MPa W1 = 792,37 kg/106m3 T = -20OC P = 5,17 MPa W2 = 31,49 kg/106m3 W = (W1 - W2) x 100 000 m3/h = 76,085 kg/h 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 = 30OC vµ T ®iÓm s−¬ng = -20OC DEG 99,3% Khèi l−îng dung dÞch DEG t−íi vµo th¸p G khèi l−îng DEG 99,3% t−íi vµo G+W khèi l−îng DEG 96,8% G x 99,3% = (G + W) x 96,8% hkg W G / , ,, ,, , 2946 0250 968008576 96809930 9680 =×=− ×= L−u l−îng dung dÞch DEG t−íi vµo th¸p ¾ Khèi l−îng riªng DEG 99,3%: 0,993 x 1118 + 0,007 x 1000 = 1114 kg/m3 ¾ L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG tuÇn hoµn: 2946 (kg/h) : 1114 (kg/m3) = 2,64 m3/h ¾ L−u l−îng thÓ tÝch dung dÞch DEG / 1 kg n−íc cÇn t¸ch ra: 2,64(m3/h) : 76,085 (kg/h) = 0,035 m3/kg H2O (0,03 ÷ 0,05 m3/kg H2O cÇn t¸ch ra) TÝnh sè ®Üa lý thuyÕt cho th¸p t¸i sinh ¾ H»ng sè c©n b»ng DEG - H2O ë 160OC vµ 120 kPa K = 3,69 ¾ Sè mol DEG t−íi vµo th¸p L = 2946 kg/h : 106,12kg/kmol = 27,76 kmol/h ¾ Th«ng sè nh¶ hÊp thô S = K.W / L = 3,69x76,05 / 27,76 = 10 ¾ BiÕt hÖ sè t¸i sinh Es = 0,8 Kremcer n = 0,68 Bμi tËp 6 KhÝ tù nhiªn khai th¸c ë ngoµi biÓn P = 8000 kPa, T = 40OC. NhiÖt ®é t¹o hydrat cña khÝ lµ 17OC (63OF). N¨ng suÊt 3,5.106 std m3/ngµy. KhÝ ®−îc ®−a vµo bê cã nhiÖt ®é 5OC vµ ¸p suÊt 6500 kPa. S¶n phÈm condensat lµ 60 m3/106 std m3 khÝ TÝnh l−îng chÊt øc chÕ metanol vµ EG (80% kl) cÇn thiÕt ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng t¹o hydrat trªn ®−êng èng. bµi tËp 6 ¾ NhiÖt ®é t¹o hydrat: 17OC NhiÖt ®é thÊp nhÊt cña hÖ: 5OC §é gi¶m nhiÖt ®é t¹o hydrat d = 17 - 5 = 12OC ¾ Hµm Èm ban ®Çu t¹i 40OC vµ 8000 kPa = Hµm Èm khi vµo bê t¹i 5OC vµ 6500 kPa = L−îng n−íc ng−ng tô: ngµy ngµy /2940 10 )1601000(105,3 236 36 OHkg m kgmmw =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ×= 1000 kg/106m3 khÝ 160 kg/106m3 khÝ ChÊt øc chÕ lµ metanol J TÝnh to¸n nång ®é chÊt øc chÕ: J Khèi l−îng chÊt øc chÕ cÇn dïng: MdK Md X I 100 ×+ ××= 0 XX Xmm I I wI −= kl%, ))(( ))()(( 822 32121297 1003212 =+= ngµykg / ),( ),)(( 868 822100 8222940 =−= ChÊt øc chÕ lµ metanol J TÝnh l−îng mÊt m¸t chÊt øc chÕ theo c¸c pha hydrocacbon L−îng mÊt m¸t theo pha h¬i ë 5OC vµ 6500 kPa Tæng l−îng mÊt m¸t theo pha h¬i klMeOH mkg % 10/17 36 ( ) ngµy ngµy /1357%8,22105,3 % 10/17 3636 kgMeOHm klMeOH mkg =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ × ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ChÊt øc chÕ lµ metanol L−îng mÊt m¸t theo pha láng: 0,4 kg MeOH/m3 condensat Tæng l−îng mÊt m¸t theo pha láng: Tæng l−u l−îng chÊt øc chÕ metanol 868 + 1357 + 84 = 2309 kg/ngµy = 0,12 m3/h gµy ngµy nkgm m condensatm condensatm MeOHkg /84105,3 10 604,0 36 36 3 3 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ × ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ChÊt øc chÕ lµ EG 80% J TÝnh XI: J L−îng chÊt øc chÕ cÇn dïng: 100××+ ×= MdK MdX I XX Xmm I I wI 0 − ×= hm ngµy /kg /, , ),)(( 3094102467 53680 5362940 ==−= %5,36 )62)(12(1297 )100)(62)(12( =+= Khèi l−îng riªng EG 80% = 0,80 x 1116 + 0,20 x 1000 = 1092 kg/m3 ChÊt øc chÕ lµ DEG 80% J TÝnh XI: J L−îng chÊt øc chÕ cÇn dïng: 100××+ ×= MdK MdX I XX Xmm I I wI 0 − ×= hm ngµy /kg /,, , ),)(( 31817054771 54980 5492940 ==−= %, ))(( ))()(( 549 106121297 10010612 =+= Khèi l−îng riªng DEG 80% = 0,80 x 1118 + 0,20 x 1000 = 1094 kg/m3 Bµi tËp 7 KhÝ tù nhiªn ®i vµo th¸p t¸ch ë P = 8 MPa vµ T = -15oC. Thµnh phÇn phÇn mol cho trong b¶ng. X¸c ®Þnh l−îng vµ thµnh phÇn pha khÝ vµ pha láng sau th¸p t¸ch. Khi tÝnh to¸n coi gÇn ®óng condensat cã tÝnh chÊt t−¬ng tù C8H18 Bµi tËp 7 ¾ X¸c ®Þnh K ë P = 8 MPa vµ T = -15OC ¾ TÝnh xi ¾ TÝnh yi ¾ TÝnh l−îng pha láng, pha h¬i= K xi (b»ng ph−¬ng ph¸p lÆp) 1,0000Tæng 0,0051 0,8706 0,0536 0,0257 0,0052 0,0054 0,0323 0,0021 N2 CH4 C2H6 C3H8 i C4H10 n C4H10 C5+ CO2 Ci PhÇn mol CÊu tö Bµi tËp 7 88,895711,10431,000021,000001,0000Tæng 0,4993 82,0176 4,2142 1,4932 0,2165 0,1891 0,0800 0,1859 0,0107 5,0425 1,1458 1,0768 0,3035 0,3509 3,1500 0,0241 0,00560 0,92263 0,04741 0,01680 0,00244 0,00213 0,00090 0,00209 0,00097 0,45410 0,10319 0,09697 0,02733 0,03160 0,28367 0,00217 5,794 2,032 0,459 0,173 0,089 0,067 0,003 0,963 0,0051 0,8706 0,0536 0,0257 0,0052 0,0054 0,0323 0,0021 N2 CH4 C2H6 C3H8 i C4H10 n C4H10 C5+ CO2 V, mol L, mol yi PhÇn mol xi PhÇn mol K Ci PhÇn mol CÊu tö X¸c ®Þnh K ë 8MPa vµ -15OCTÝnh xiyVL e = 0,888957 Bµi tËp 7 C©n b»ng vËt liÖu F = L+V trong ®ã F - sè mol nguyªn liÖu ®Çu L - sè mol pha láng V - sè mol pha khÝ ≡ e C©n b»ng pha y = Kx trong ®ã y - phÇn mol pha khÝ x - phÇn mol pha láng K - H»ng sè c©n b»ng pha