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:
1) Так как в схеме установки предусмотрена колонна предварительного испарения, то началом кипения первой фракции будет конец кипения выделяемой фракции в колонне предварительного испарения.
2) для удобства расчет однократного испарения ведется на 100 кг нефти;
3) 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 представлены в 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 |
28-500С |
3,7 |
30 |
69,9 |
0,618 |
0,0529 |
0,135 |
210,64 |
50-1000С |
3,8 |
82 |
91,32 |
0,649 |
0,0416 |
0,106 |
10,314 |
100-1500С |
7,2 |
135 |
131 |
0,662 |
0,055 |
0,184 |
2,9 |
150-2000С |
7,5 |
177 |
174 |
0,688 |
0,043 |
0,145 |
1,427 |
200-2500С |
6 |
226 |
217 |
0,710 |
0,028 |
0,093 |
0,655 |
250-3000С |
11,5 |
276 |
278 |
0,738 |
0,0414 |
0,139 |
0,277 |
300-3500С |
8,5 |
327 |
326 |
0,761 |
0,026 |
0,0875 |
0,1 |
350-4000С |
7,5 |
375 |
370 |
0,786 |
0,0203 |
0,068 |
0,0413 |
400-4500С |
8,8 |
423 |
423 |
0,812 |
0,021 |
0,069 |
0,017 |
450-5000С |
7,7 |
479 |
480 |
0,835 |
0,016 |
0,054 |
0,005 |
500-5500С |
8,5 |
530 |
528 |
0,859 |
0,016 |
0,054 |
0,0023 |
550-6000С |
7,5 |
580 |
575 |
0,886 |
0,013 |
0,044 |
0,00078 |
600-6500С |
8,6 |
617 |
623 |
0,907 |
0,14 |
0,046 |
0,00013 |
6500С и выше |
3,2 |
655 |
653 |
0,931 |
0,05 |
0,0164 |
0,00011 |
ИТОГО |
100 |
|
|
|
0,2981 |
1,00 |
|
Продолжение табл. 13
Фракция |
Кi |
Кi-1 |
Принято e'=0,68
|
x'i |
y'i |
|
|
|
|
e' (Ki - 1) |
1+e' (Ki - 1) |
|
|
|
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
28-500С |
1053,212 |
1052,212 |
715,5 |
716,5 |
0,00019 |
0,198 |
50-1000С |
51,57 |
50,57 |
34,39 |
35,39 |
0,003 |
0,154 |
100-1500С |
14,5 |
13,5 |
9,18 |
10,18 |
0,014 |
0,199 |
150-2000С |
7,14 |
6,14 |
4,171 |
5,171 |
0,0212 |
0,151 |
200-2500С |
3,27 |
2,27 |
1,546 |
2,546 |
0,028 |
0,09 |
250-3000С |
1,39 |
0,39 |
0,262 |
1,262 |
0,83 |
0,116 |
300-3500С |
0,5 |
-0,5 |
-0,34 |
0,66 |
0,1 |
0,05 |
350-4000С |
0,206 |
-0,794 |
-0,54 |
0,46 |
0,112 |
0,023 |
400-4500С |
0,085 |
-0,915 |
-0,62 |
0,38 |
0,14 |
0,012 |
450-5000С |
0,025 |
-0,975 |
-0,66 |
0,34 |
0,121 |
0,003 |
500-5500С |
0,0115 |
-0,9885 |
-0,67 |
0,33 |
0,125 |
0,00143 |
550-6000С |
0,0039 |
-0,9961 |
-0,677 |
0,323 |
0,103 |
0,0004 |
600-6500С |
0,00065 |
-0,99935 |
-0,67956 |
0,320442 |
0,11 |
0,00007 |
6500С и выше |
0,00055 |
-0,99945 |
-0,67963 |
0,320374 |
0,04 |
0,00002 |
ИТОГО |
|
|
|
|
1,00 |
1,00 |
Продолжение табл. 13
Фракция |
Mi xi |
Miyi |
xi |
yi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
28-500С |
0,132 |
13,85 |
0,00029 |
0,084 |
0,00005 |
0,136 |
50-1000С |
0,273 |
14,103 |
0,00061 |
0,0856 |
0,00095 |
0,1319 |
100-1500С |
1,801 |
26,117 |
0,004 |
0,1585 |
0,0061 |
0,24 |
150-2000С |
3,669 |
26,35 |
0,0083 |
0,1599 |
0,012 |
0,233 |
200-2500С |
6,0009 |
19,647 |
0,0135 |
0,1193 |
0,019 |
0,168 |
250-3000С |
23,199 |
32,152 |
0,052 |
0,195 |
0,07 |
0,265 |
300-3500С |
32,799 |
16,399 |
0,074 |
0,0996 |
0,0967 |
0,131 |
350-4000С |
41,494 |
8,562 |
0,093 |
0,052 |
0,118 |
0,066 |
400-4500С |
59,36 |
5,025 |
0,133 |
0,031 |
0,164 |
0,038 |
450-5000С |
58,171 |
1,463 |
0,1305 |
0,00888 |
0,156 |
0,011 |
500-5500С |
66,04 |
0,756 |
0,148 |
0,0045 |
0,172 |
0,0053 |
550-6000С |
59,198 |
0,23 |
0,133 |
0,0014 |
0,15 |
0,0016 |
600-6500С |
68,35 |
0,044 |
0,153 |
0,00027 |
0,169 |
0,0003 |
6500С и выше |
25,437 |
0,014 |
0,057 |
0,000085 |
0,061 |
0,00009 |
ИТОГО |
445,8277 |
164,716 |
1,00 |
1,00 |
1,1965 |
1,425 |
Массовая доля отгона
=0,884
Плотность паровой и жидкой фазы
ρ(у)=
0,702
ρ(х)=
0,836
Таблица 16 - Расчет температуры верха К-2 (при циркуляционном орошении)
|
|
|
|
|
|
TВ = 69 |
||
Фракция |
кг по ИТК |
Мi |
Тi |
кг моль Ni |
|
Рi |
ki |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28-74 |
3,5 |
102 |
52 |
0,0343 |
0,21785 |
0,1399 |
1,23 |
0,17 |
74-120 |
3,5 |
104 |
98 |
0,0337 |
0,21366 |
0,1399 |
0,257 |
0,83 |
в.п. |
1,612 |
18 |
100 |
0,0895 |
0,56849 |
- |
∞ |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1575 |
1,000 |
|
|
|
=
0,17-43*0,0007=0,1399
РВ.П. = РВ. х УВ.П х 7600, мм рт. ст.= 0,1399*0,56849*7600=604.441
=
Так как значение ТК выше температуры верха колонны(93.178>69), то расчет температуры верха К-2 необходимо вести с учетом подачи в колонну острого орошения.
Таблица 17 - Расчет температуры верха К-2 (при остром орошении)
|
|
|
|
|
|
|
|
TВ = 86 |
||
Фракция бензина |
кг по ИТК |
Кол-во орош., кг |
Сумм. кол-во, кг |
М |
Т |
кг моль Ni |
|
Рi |
ki |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28-74 |
3,5 |
15,0 |
18,5 |
102 |
52 |
0,181373 |
0,404 |
0,277 |
1,98 |
0,204 |
74-120 |
3,5 |
15,0 |
18,5 |
104 |
98 |
0,177885 |
0,396 |
0,07 |
0,498 |
0,796 |
в.п. |
1,6 |
- |
1,61 |
18 |
100 |
0,089543 |
0,2 |
- |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4488 |
1,00 |
|
|
|
РВ.П. = РВ. х УВ.П х 7600, мм рт. ст.= 0,1399*0,199517*7600=212,1345
=
Так как значение ТК ниже температуры верха колонны(67,89<86), то можно приступить к определению количества тепла, снимаемого циркуляционным орошением, которое находится из теплового баланса.