2.3 Тепловой баланс колонны
Тепловой баланс колонны составляется с целью определения тепловой грузки подогревателя раствора деасфальтизата, которая находится по разности приходных и расходных статей теплового баланса.
Уравнение теплового баланса колонны:
Qприх = Qpacx,
где Qприх — общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Qpacx — общее количество уходящего тепла, кДж/ч.
Тепловые потоки компонентов найдем по формуле:
,
где G — количество, кг/ч; Jж - энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.
Энтальпии веществ найдем по формуле Крэга
Относительную плотность найдем по формуле
Относительная плотность сырья:
Энтальпия сырья:
Относительная плотность деасфальтизата:
Энтальпия деасфальтизата:
Относительная плотность битума:
Энтальпия битума:
Энтальпии жидкости пропана [5, с. 95]:
при 50°С: Jж = 136,18 кДж/кг;
при 60°С: Jж = 169,70 кДж/кг;
при 80°С: Jж = 246,37 кДж/кг.
Таблица 6.Тепловой баланс колонны деасфальтизации
-
Поток
G, кг/ч
t, C
J, кДж/кг
Q, кДж/ч
Приход
Сырье
56250
150
299.92
16870500
Пропан
168750
50
136.18
22980375
Тепло пологревателя
Qп
Всего:
225000
39850875+Qп
Расход
Раствор деасфальтизата
191250
а) деасфальтизат
30600
80
151.23
4627638
б) пропан
160650
80
246.37
39579340.5
Раствор битума
33750
а) битум деасфальтизации
25650
60
109.56
2810214
б) пропан
8100
60
169.7
1374570
Всего:
225000
48391762.5
Тепловая нагрузка подогревателя составляет:
Qn = 48 391 763 – 39 850 875= 8540888 кДж/ч
или
8 540 888/3600 =2372 кВт
Принимаем следующие параметры греющего пара: давление Р = 0,6 МПа, температура ts = 158°С, теплота конденсации г = 500 ккал/кг (2117 кДж/кг) [6, с.550]. Коэффициент удержания тепла в теплообменнике принимаем равным η =0,95.
Расход пара составит:
Расчет давления в колонне.
В процессе деасфальтизации пропан должен находиться в жидком состоянии. Для этого в колонне поддерживается давление, на 0,3 — 0,4 МПа превышающее давление насыщенного пара пропана при максимальной рабочей температуре.
Технический пропан, применяемый на установках деасфальтизации, содержит примеси этана и бутана, которые несколько изменяют давление насыщенных паров смеси по сравнению с чистым пропаном.
Рабочее давление в деасфальтизационной колонне определяют по формуле:
Pi∙xi=P
где Pi — давление насыщенных паров компонента i при температуре однократного испарения, МПа; X'i — мольная доля компонента i в техническом пропане; Р — давление в системе, МПа.
Принимаем рабочую температуру в колонне t = 80°С. При температуре 80°С по графику Кокса давление насыщенных паров чистого пропана Pi = 3,1 МПа.
С учетом примесей давление насыщенных паров смеси по сравнению с чистым пропаном несколько изменится. Результаты расчета давления в системе приведены в таблице 6.
Таблица 6. К расчету давления в колонне
-
Компонент
Мольная доля, X’i
Pi, Мпа
X’I
Pi,
МПаС2Н6
0.044
10.0
0.44
С3Н8
0.948
3.1
2.94
С4Н10
0.008
1.18
0.01
Сумма:
1.000
3.39
При температуре 80°С давление в системе составляет Р = 3,39 МПа.
Принимаем давление в колонне на 0,4 МПа выше, чем давление насыщещного пара пропанового растворителя при рабочей температуре 75°С.
Р = 3,39 + 0,4 = 3,79 ≈ 3,8 МПа