4. 4. 2. Температурный режим колонны к-1

В колонну К-1 подается исходная обезвоженная и обессоленная нефть, орошение и циркулирующая горячая струя отбензиненной нефти из печи для создания восходящего потока паров. Из колонны К-1 выводится легкий головной погон нефти, отбензиненная нефть, орошение и циркулирующая струя.

Температура нефти, поступающей в колонну К-1, устанавливается по точке кривой ОИ Усть-балыкской нефти, соответствующей проценту отбора головного погона (5,67 % масс. на нефть) при давлении в месте ввода (в питательной секции), принимаемом равным 0,4  0,5 МПа [10]. Примем Р_п.с.= 0,5 МПа или 3 800 мм рт. ст..

По построению (рисунок 6) получаем . Такая температура может быть обеспечена за счет использования тепла отходящих с установки горячих потоков (регенерация тепла).

Как известно, температуры паровых потоков определяются как температуры 100 %-ого отгона по кривым ОИ, температуры жидких погонов – как начало кипения (0 % отгона) по кривой ОИ. При этом необходимо учитывать давление в месте вывода фракций.

На основе опыта эксплуатации аналогичных колонн принимаем число тарелок в концентрационной секции колонны К-1 , а в отгонной – 4. Перепад давления между соседними тарелками по заводским данным составляет [10]. Тогда давление верха колонны К-1 согласно формуле [5] составит:

мм рт. ст. = 0,49 МПа

Перестроив по графику Кокса кривую ОИ при атмосферном давлении на давление Рв = 3 758 мм рт. ст., получим значение температуры верха колонны К-1 t_в = 154,5  155 ⁰С.

Температура низа колонны t_н обычно на 20-30 ⁰С выше температуры ввода сырья в колонну [104]. Согласно этой рекомендации, принимаем:

Температура острого (холодного испаряющегося) орошения, подаваемого в колонну К-1, принимается равной 30–35 ⁰С [5], примем .

Температура горячей струи соответствует температуре полуотбензиненной нефти на выходе из печи (температура входа в колонну К-2) и составляет 330–340 ⁰С. Горячая струя выводится из колонны в печь вместе с балансовым количеством полуотбензиненной нефти.

4. 4. 3. Тепловой баланс колонны к-1

Тепловой баланс колонны устанавливает величины входящих и выходящих тепловых потоков. Для каждой статьи прихода и расхода количество тепла (в кДж/ч) вычисляется по формуле:

Q = G  q_t, где

G – масса продукта, кг/ч;

q_t – теплосодержание продукта при температуре t с учетом фазового состояния, кДж/кг.

Теплосодержание жидкостей и нефтяных паров находится по справочным таблицам [13] в зависимости от плотности и температуры продукта. Плотность отдельных фракций определяется из справочной литературы [1] по кривой плотностей нефти. Плотность флегмы и паров в отдельных сечениях колонны может быть принята ориентировочно из предположения равномерного перепада плотности на одну тарелку = 0,005.

Для колонны К-1 приход тепла складывается из следующих статей:

• Q_c – тепло, вносимое с сырьем (исходная нефть);

• Q_г.с. – тепло, вносимое горячей струей.

Расходные статьи:

• Q_б – тепло, уносимое с верхним продуктом (бензином);

• Q_пон – тепло, уносимое с полуотбензиненной нефтью;

• Q_ор – тепло, снимаемое орошением.

Расчет количества тепла, вносимого и уносимого продуктами, определяется следующим образом.

Приход тепла:

1. Количество тепла, вносимое сырьем – Q_c, определяется с учетом доли паровой и жидкой фаз. Доля отгона е определяется по кривой ОИ сырой нефти при температуре входа сырья в колонну К-1 (194 ⁰С) и давлении, равном давлению в питательной секции колонны (0,5 МПа = 3 800 мм рт. ст.). Графически получаем е = 0,05.

Q_c = G_c  e  + G_c  (1-e) , где

G_c – количество исходной нефти, поступающей в колонну, кг/ч;

е – доля отгона;

– теплосодержание паров, кДж/кг;

– теплосодержание жидкости, кДж/кг.

2. Количество тепла, вносимого горячей струей (является величиной неизвестной), определяют из теплового баланса как разность:

Q_г.с.=Q_расх.–Q_прих.

Расход тепла:

1. Q_б = G_б  , где

G_б – количество паров верхнего продукта, кг/ч;

– теплосодержание паров верхнего продукта (фракции н.к.–85 ⁰С) при температуре верха колонны t_в = 155 ⁰С.

2. Q_пон = G_пон  ,

где G_пон – количество полуотбензиненной нефти, кг/ч;

– теплосодержание полуотбензиненной нефти при температуре низа колонны t_н = 224 ⁰С.

3. Q_ор = G_ор  q_ор = G_ор  ( - ), где

G_ор – количество острого орошения (по составу острое орошение идентично верхнему продукту), кг/ч; согласно рекомендации [5, 10], зададимся кратностью орошения 2, тогда

G_ор = 2  G_б;

= 663,71 – теплосодержание паров орошения, отводимого из колонны вместе с верхним продуктом, при температуре верха колонны t_в = 155 ⁰С;

= 62,71 – теплосодержание орошения, подаваемого в колонну в виде жидкости при температуре 30 ⁰С.

Результаты расчета теплового баланса колонны К-1 сводятся в таблицу 39.

По кривой плотностей определили искомые значения для фракции н.к.–85 ⁰С (0,692) и отбензиненной нефти (0,902). На основе этих данных вычисляем плотности для потоков пара и жидкости, учитывая, что плотности на нижних сечениях больше, чем на верхних. Для нефтяных паров: . Тогда по правилу аддетивности плотность жидкой части составит 0,873.

Таблица 39

Тепловой баланс колонны К-1

Наименование потоков	% от нефти	G, кг/час		t, 0С	qt, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход
нефть:
паровая фаза	5,0	36764,7	0,722	194	741,21	27250363
жидкая фаза	95,0	698529,3	0,873	194	418,78	292530100
горячая струя:
паровая фаза	–	–	0,742	–	–	Qг.с
жидкая фаза	–	–	0,902	–	–
Итого:	100,0	735294,0	–	–	–	319780464+ Qг.с
Расход
головной погон	4,8	28463,0	0,692	155	663,71	18891178
отбензиненная нефть	95,2	689500,0	0,902	224	488,00	336476000
орошение	–	(228463,0)	0,692	30	601,00	34212526
Итого:	100,0	735294,0	–	–	–	381026572

Из теплового баланса определим количество тепла, которое необходимо внести в колонну горячей струей (кДж/ч):

Q_прих + Q_г.с. = Q_расх, откуда

Q_г.с. = 381026572– 319780464= 61246108

Зная количество тепла, вносимого горячей струей, можно определить необходимое количество циркулирующей горячей струи, которая представляет собой часть нижнего продукта колонны, циркулирующего в системе. Отводится она из колонны при температуре низа К-1 (224 ⁰С) вместе с балансовым количеством полуотбензиненной нефти и после нагрева в печи возвращается в колонну. При нагреве в печи часть полуотбензиненной нефти превратится в пар. Поэтому и приходящая в низ колонны горячая струя будет представлять собой парожидкостную смесь, доля паровой фазы которой зависит от температуры нагрева в печи (температуры входа в колонну К-2).

Примем, давление в питательной секции К-2 Р_п.с.2 = 0,2 МПа = 1520 мм рт. ст. Хотя температура полуотбензиненной нефти, поступающей в колонну К-2, и температура горячей струи одинаковы (365 ⁰С), доля отгона этих потоков различна, что связано с различным давлением в колоннах К-2 и К-1. Доля отгона полуотбензиненной нефти должна равняться процентному отбору светлых нефтепродуктов (е_К-2 = 0,37). Доля же отгона горячей струи будет несколько ниже, и для ее определения необходимо построить кривую ОИ полуотбензиненной нефти для давления в месте ввода ее в колонну К-1:

Р_г.с. = Р_п.с. + р  n’, где

Р_п.с. = 3800 мм рт. ст. – давление в питательной секции К-1;

р = 7 мм рт. ст. – перепад давления на 1 тарелку;

n’ = 4 – количество тарелок ниже питательной секции (до тарелки ввода горячей струи).

Получим: Р_г.с. = 3800 + 7  4 = 3828 мм рт. ст.

Зная темепратуру горячей струи, поступающей в К-1 (365 ⁰С), по построенной кривой ОИ для давления Р_г.с. определяем ее долю отгона (е_К-1 = 0,26).

Количество тепла, вносимого горячей струи (кДж/ч):

Q_г.с. = G_г.с.[e + (1 – e) – ], где

G_г.с. – количество горячей струи, кг/ч;

= 1163,93 и = 885,22 – теплосодержания паровой и жидкой фаз горячей струи при выходе из печи (при входе в колонну К-1), кДж/кг;

= 488,07 – теплосодержание горячей струи на выходе из колонны К-1 (при температуре низа колонны t_н = 224 ⁰С), кДж/кг.

Отсюда количество горячей струи (кг/ч):