Технологические параметры работы ректификационных колонн. Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны

2.1 Технологические параметры.

Ректификация является основным процессом нефтепереработки. Она предназначена для разделения нефти на фракции, стабилизации получаемых продуктов, выделения некоторых индивидуальных углеводородов, отгонки растворителей и т.п.

На процесс ректификации главное влияние оказывают два параметра - температура и давление. В зависимости от рабочего давления различают три типа ректификационных колонн: работающие под вакуумом, при повышенном и при атмосферном давлении.

Технологический режим ректификационных колонн первичной переработки нефти зависит также от типа перерабатываемой нефти. Для колонн атмосферно-вакуумной установки АВТ-6 ориентировочные нормы технологического режима следующие:

Колонны Температура, °С Давление, кПа

Отбензинивающая К-1:

верх 100-140 400-450

низ 220-240

Основная атмосферная К-2:

верх 120-150 120-150

низ 330-350

Вакуумная К-10

верх 90-110 5-8

низ 350-380

Определение температур подачи сырья в ректификационные колонны, а также вывода продуктов является сложной задачей. Существуют графические и аналитические способы определения этих температур. Графические основаны на использовании кривых истинных температур кипения (ИТК) и однократного испарения (ОИ). В дальнейшем по кривым ОИ определяют температуру выходящих из ректификационной колонны потоков: жидких − по нулевому отгону, паровых − по 100%-му отгону.

2.2 Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны

Материальный баланс. Материальный баланс ректификационной колонны составляется исходя из равенства количеств подаваемого сырья и выходящих продуктов и выражается обычно массовым или объемным расходом. На рисунке 2.1 приведена схема материальных потоков в колонне, буквами G_O, G_D и G_W на ней обозначено количество соответственно сырья, дистиллята и остатка. Для этого случая материальный баланс колонны при стабильном режиме запишется

G_O=G_D + G_W. (2.1)

Рисунок 2.1 Схема материальных и тепловых потоков в ректификационной колонне

Для любого i-го компонента он примет форму

(2.2)

где − массовые доли компонента i в сырье, дистилляте и остатке.

Совместное решение равенства (3.7) и (3.8) дает уравнение

(2.3)

Состав и количество сырья, т.е. величины G_O и обычно известны.

Принимая в соответствии с заданными требованиями степень чистоты продуктов (величины и ), определяют количество дистиллята и остатка.

Тепловой баланс. Пренебрегая тепловыми потерями в окружающую

среду, можно записать

Ф_вх =Ф_вых, (2.4)

где Фвх и Фвых − тепловой поток, соответственно входящий и выходящий из колонны, Вт (1 Вт = 1 Дж/с).

Тепловой поток поступает в колонну (см. рис.2.1):

1) с сырьем, нагретым до температуры t0, в случае подачи сырья в виде жидкости

Ф_о=G_{o ,}

где − энтальпия жидкого сырья, Дж/кг; в случае подачи сырья в паро-жидкостном состоянии с массовой долей отгона е.

где − энтальпия паров сырья, Дж/кг;

2) с испаряющим агентом (водяным паром) Ф_в.п или горячей струей Ф_г.с способа подогрева низе колонны будет равен:

или

Тепловой поток выходит из колонны:

1) с парами дистиллята

где - энтальпия паров дистиллята, дж/кг

2) с жидким нижним продуктом

где −энтальпия жидкого остатка, Дж/кг;

3) с верхним орошение − Ф_ор.

Пары орошения, покидающие колонну, имеют ту же температуру, что и пары дистиллята, − t_D, и после их конденсации орошающая жидкость входит в колонну с температурой t_ор. Следовательно,

Суммарный тепловой поток, покидающий колонну,

Тогда равенство (2.4) запишется в виде

Для сложной колонны, работающей с отводом боковых продуктов, их теплота должна быть учтена в статье расхода. В такие колонны теплота вносится, как правило, больше, и ее избыток снимается циркуляционными орошениями. При этом по дефициту теплового баланса определяется необходимое число орошений, количество циркулирующей жидкости и степень ее охлаждения.

Материальный и тепловой баланс представляют обычно в виде таблиц который будет рассмотрен при решении практических задач.