5.4 Расчет однократного испарения (доли отгона) сырья на входе в колонну
Расчет заключается в определении доли паровой фазы (доли отгона), образующейся при нагреве нефти до заданной температуры.
Исходя из материального баланса для любого компонента нефти, имеем:
(5)
где e' - мольная доля отгона;
Fi' , y'i , xi' - мольные доли рассматриваемого компонента в сырье (F'i ), паровой (y'i ) и жидкой (x'i) фазах.
По закону Рауля:
, (6)
где ki - константа фазового равновесия компонента, которую можно
определить из выражения:
,
(7)
Pi - упругость i -го компонента при заданной температуре;
П - общее давление системы.
Решая уравнение (2) совместно с уравнением (1) относительно x'i , имеем:
(8)
Учитывая, что сумма мольных долей всех компонентов в жидкой фазе должна быть равна единице, получается выражение:
(9)
Решение данного уравнения осуществляется методом подбора мольной доли отгона "e' "
Порядок расчета однократного испарения заключается в следующем:
нефть разбивается на ряд узких нефтяных фракций (F1 - 28-50 0С;
F2 - 50-1000С; F3 - 100-150 0С и т.д.).
Если в схеме установки предусмотрена колонна предварительного испарения, то началом кипения первой фракции будет конец кипения выделяемой фракции в колонне предварительного испарения. Например, в К-1 выделяется фракция н.к.- 85 0С, тогда разбивку нефти на узкие фракции для колонны К-2 необходимо начать 85 - 100 0С, 100 - 150 0С и т.д.;
для удобства расчет однократного испарения ведется на 100 кг нефти;
по построенным кривым разгонки нефти, либо по табл. 8 –«Разгонка (ИТК) Никольской нефти в аппарате АРН-2 и характеристика узких фракций» находят:
Fi (кг i-го компонента по ИТК),
Мi (средняя молекулярная масса),
Ti (средняя температура кипения),
(средняя плотность);
определяется число киломолей i-го компонента ( Ni ):
;
(10)
мольную долю i-го компонента (
)
;
(11)упругость паров i-го компонента при температуре ( pi ) определяется по таблице (см. приложение);
константа фазового равновесия определяется по формуле
;
(12)из уравнения (9) находят мольную долю отгона e'. Для этого задаются значением e' и рассчитывают мольные доли i-го компонента в паровой (
)
и жидкой фазах (
);рассчитывается сумма мольных долей i-го компонента в паровой ( ) и жидкой фазах ( ). Если полученная сумма не равна 1, задаются новым значением доли отгона e', и расчет повторяют. Значение e' считается найденным достаточно точно, если сумма мольных долей в паровой о жидкой фазах равны 1+ 0,005;
находят молекулярные массы паровой
и
жидкой
(
)
фаз;
массовая доля i-го компонента в паровой и жидкой фазах определяется:
(13)
удельный объем паровой и жидкой фаз находится из выражений:
, 
,
(14)
Все расчеты по однократному испарению следует выполнять в виде таблицы 13.
Таблица 13 - Расчет доли отгона сырья на входе в колонну при 330 0С
и 0,2 МПа
Фракция |
Fi |
Ti |
Mi |
Плотность
|
Ni |
Fi' |
Pi330 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
28-50 |
7,1 |
38 |
70 |
0638 |
0,1014 |
0,1754 |
104,194 |
50-100 |
9,3 |
75 |
97 |
0,708 |
0,0959 |
0,1658 |
13,122 |
… |
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
400-450 |
7,9 |
426 |
378 |
0,904 |
0,0209 |
0,0361 |
0,015 |
450 и выше |
19,0 |
507 |
413 |
0,932 |
0,0460 |
0,0196 |
0,003 |
ИТОГО |
100,0 |
|
|
|
|
1,0000 |
|
Продолжение табл. 13
Фракция |
Кi |
Кi-1 |
Принято e'=0,849
|
x'i |
y'i |
|
|
|
|
e' (K i - 1) |
1+e' (K i - 1) |
|
|
1 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
28-50 |
520,968 |
519,968 |
441,406 |
442,406 |
0,0004 |
0,2066 |
50-100 |
65,611 |
64,611 |
54,849 |
55,849 |
0,0030 |
0,1948 |
… |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
400-450 |
0,075 |
-0,925 |
-0,785 |
0,215 |
0,1682 |
0,0127 |
450 и выше |
0,025 |
-0,975 |
-0,836 |
0,164 |
0,4859 |
0,0073 |
ИТОГО |
|
|
|
|
1,0000 |
1,0000 |
Продолжение табл. 13
Фракция |
Mi xi |
Mi yi |
xi |
yi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
28-50 |
0,028 |
14,461 |
0,0001 |
0,1030 |
0,0001 |
0,1614 |
50-100 |
0,288 |
18,897 |
0,0008 |
0,1346 |
0,0011 |
0,1901 |
… |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
400-450 |
63,565 |
4,783 |
0,1787 |
0,0341 |
0,1977 |
0,0377 |
450 и выше |
250,657 |
2,999 |
0,5641 |
0,0214 |
0,6053 |
0,0229 |
ИТОГО |
355,710 |
14,440 |
1,0000 |
1,0000 |
1,1008 |
1,2806 |
При решении
методом подбора полезно воспользоваться
графиком зависимости
от
e'.
Массовая доля отгона определяется из уравнения
(15)
П
лотность
паровой и жидкой фаз определяется из
выражений
, (16)
Полученные значения в дальнейшем используются для расчета величин теплосодержания потоков.
В случае расчета доли отгона на ЭВМ необходимо составить таблицу исходных данных, принятых для машинной программы.
Таблица 14 - Исходные данные для расчета доли отгона на входе в
колонну на ЭВМ "ДЗ-28"
Номер компонента |
21ДАТА |
26ДАТА |
31ДАТА |
36ДАТА |
N= |
|
|
|
|
|
|
1 |
А (1) |
Т (1) |
М (1) |
Д (1) |
P= |
2 |
А (2) |
Т (2) |
М (2) |
Д (2) |
T= Z= |
. . . |
. . . |
. . . |
. . . |
. . . |
|
N |
А (N) |
Т (N) |
М (N) |
Д (N) |
F=100 |
|
|
|
|
|
|
где А(1), Т(1), М(1), Д(1) - соответственно массовая доля, температура кипения, молекулярная масса и плотность компонента; N - число компонентов; Р - давление, МПа; Т - температура сырья,0С; Z - кол. водяного пара, % на сырье; Р - количество сырья, кг/100 кг исходного сырья. Исходные данные, вносимые в эту таблицу, находят аналогично указанному в п.п.5.4.
Ниже приведен образец расчета доли отгона на входе в К-2.
N - число компонентов, Р - давление, Т - температура сырья
КОЛ. СЫРЬЯ 100,00 N 10 T 330 P .200 Д ,816
Таблица 15 - Расчет доли отгона
МАССА, КГ |
ПЛОТН. |
ТЕМП. КИП. |
МОЛ.МАС. |
УПР. ПАРОВ |
||||
7.10 |
|
.6380 |
38.0 |
|
70.0 |
|
104.1936 |
|
9.30 |
|
.7080 |
75.0 |
|
97.0 |
|
13.1221 |
|
9.60 |
|
.7560 |
126.0 |
|
115.0 |
|
3.3952 |
|
10.60 |
|
|
175.0 |
|
140.0 |
|
1.4730 |
|
9.60 |
|
.8170 |
225.0 |
|
177.0 |
|
.6586 |
|
9.80 |
|
.8420 |
275.0 |
|
225.0 |
|
.2781 |
|
8.80 |
|
.8670 |
326.0 |
|
278.0 |
|
.1080 |
|
8.30 |
|
.8850 |
375.0 |
|
328.0 |
|
.0416 |
|
7.90 |
|
.9040 |
426.0 |
|
378.0 |
|
.0150 |
|
19.00 |
|
.9320 |
507.0 |
|
413.0 |
|
.0030 |
|
МОЛ. ДОЛЯ ОТГОНА .8489 МАС ДОЛЯ ОТГОНА .6893
ПЛОТНОСТЬ ПАРОВОЙ ФАЗЫ .7808, ЖИДКОЙ ФАЗЫ .9084
ЭНТ ЖИДК 777.96 ЭНТ ПАРА 1057.94 ЭНТ СЫРЬЯ 970.94