4. 5. Технологический расчет атмосферной колонны к-2

Таблица 40

Материальный баланс колонны К-2

Продукты	% масс. на нефть	% масс. на отб. нефть	кг/час	т/сут	т/год
Приход
полуотбензиненная нефть (85 0С–к.к.)	95,2	100,0	689500,0	16548,0	5626320,0
Итого:	95,2	100,0	689500,0	16548,0	5626320,0
Расход
бензин. фр. (85–180 0С)	11,0	11,6	79982,0	1919,6	652653,1
дизел. фр. (180–350 0С)	24,2	25,4	175133,0	4203,2	1429085,3
мазут (>350 0С)	60,0	63,0	434385,0	10425,2	3544581,6
Итого:	95,2	100,0	689500,0	16548,0	5626320,0

4. 5. 1. Режим температур и давлений

В колонну К-2 подается отбензиненная нефть, орошение и водяной пар. Из колонны выводится головной погон – бензиновая фракция 85–180 ⁰С, боковой погон – дизельная фракция 180–350 ⁰С, орошение, водяной пар и остаток – мазут. Пары головного погона и водяной пар выводятся через шлемовую трубу колонны, жидкий погон из боковой части колонны и остаток – с низа колонны.

Температура отбензиненной нефти, поступающей в колонну К-2, определяется по точке кривой ОИ отбензиненной нефти, которая соответствует суммарному отбору светлых нефтепродуктов (допускается, что светлые нефтепродукты полностью испаряются в месте ввода сырья в колонну).

Ранее было показано, что значение температуры в питательной секции колонны К-2 составляет t_п.с.2 = 365 ⁰С, давление Р_п.с.2 = 0,2 МПа = 1 520 мм рт. ст..

Колонна К-2 в отличии от колонны К-1 работает с водяным паром. На основании заводских данных количество водяного пара, вводимого в колонну К-2, (G₁) составляет 1,01,5 % в пересчете на полуотбензиненную нефть, а подаваемого в отпарную колонну (G₂) – 26 % в пересчете на боковой погон (ДТ). Приняв соответственно 1,5 и 2,0 % водяного пара на поток, получим:

1. G₁ = 0,015  689500 =10342,5 кг/ч

2. G₂ = 0,02  175133 = 3502,7 кг/ч

3. G_общ = 3502,7+10342,5 = 13845,2 кг/ч

Температура паров, выходящих с верха колонны К-2, устанавливается по концу кривой ОИ головного погона при давлении, соответствующем парциальному давлению его паров в смеси с водяным паром.

На верху колонны, где имеется двухкомпонентная смесь паров бензина и воды, на основании закона Дальтона:

Р_б =   , где

Р_б – парциальное давление паров бензина;

 – общее давление на верху колонны;

– молярная концентрация паров бензина:

=

Молекулярная масса бензина 85–180 ⁰С, для которого t_ср = = 132,5 ⁰С:

М_б = 60 + 0,3  132,5 + 0,001  132,5² = 117,306  117

Тогда N_б = = 683,6 кмоль/ч; N_{вод.пар} = = 781 кмоль/ч

Так как в колонне применяется верхнее острое орошение, выводимое в виде паров вместе с парами балансового бензина и водяным паром через шлемовую трубу колонны, то при определении температуры верха колонны необходимо учитывать это орошение, изменяющее молярную концентрацию и парциальное давление паров бензина.

Для нормальной работы атмосферной колонны достаточно 1 – 2-кратного орошения [5]. В соответствии с этой рекомендации зададимся кратностью орошения 1,5. Тогда количество верхнего острого орошения составит:

G_ор = 1,5  G_б = 1,5  79982 кг/ч = 119973 кг/ч;

N_ор = = 1025,4 кмоль/ч

Молярная концентрация паров бензина: = = 0,6887  0,69

Общее давление наверху колонны К-2 принимается равным атмосферному давлению или несколько превышающему его. Примем  = 0,15 МПа = 1140 мм рт. ст. Тогда парциальное давление паров бензина составит:

Р_б = 0,15  0,69 = 0,1035 МПа = 787 мм рт. ст.

Следовательно, температура паров, выходящих с верха колонны К-2, составит t_в2 = 158 ⁰С.

По данным заводской практики, температура низа атмосферной колонны должна быть на 20-30 ⁰С ниже температуры в питательной секции. Примем t_н2 = 365 – 25 = 340 ⁰С.

Температура верхнего острого орошения составляет 30-35 ⁰С, примем t_ор = 30 ⁰С.

Температуру перегретого водяного пара, подаваемого в колонну, примем равной = 350 ⁰С. этот пар обычно получают путем перегрева отработанного (мятого) пара от насосов с давлением 0,2-0,3 МПа в змеевике, расположенном в сырьевой или в специальной печи.

Количество тарелок в концентрационной секции колонны К-2 установим по перепаду температур между сечением ввода сырья (t_п.с.2 = 365 ⁰С) и верхним сечением (t_в2 = 158 ⁰С), исходя из перепада температур между соседними тарелками в 5-10 ⁰С:

= = 20,7, принимаем = 21 тарелка.

Пусть для отбора головной фракции бензина 85-180 ⁰С необходимо 6 тарелок, тогда дизельную фракцию 180-350 ⁰С будем отводить с 7-ой тарелки.

Число тарелок в отгонной секции атмосферной колонны составляет от 5 до 7 штук, примем = 6 тарелок.

В зависимости от требуемой четкости погоноразделения выносные колонны имеют от 4 до 8 тарелок [3]. Примем число тарелок в стриппинг-секции N_стрип. = 6.

Температура бокового погона устанавливается по началу соответствующей кривой ОИ, так как выводимый из колонны жидкий боковой погон находится на тарелке при температуре закипания. В сечении вывода боковых погонов находятся и более легкокипящие компоненты, снижающие парциальное давление паров, а потому истинные температуры вывода боковых погонов обычно на 10-20 ⁰С ниже температур начальных точек их кривых ОИ, построенных при атмосферном давлении.

Определим температуру вывода дизельной фракции 180-350 ⁰С аналогичным описанному выше способом:

1. N_ДТ = = 833,9 кмоль/ч

2. N_{вод.пар} = = 781 кмоль/ч

3. Давление на 7-ой тарелке отвода фракции, исходя из предположения о равномерном перепаде давлений между соседними тарелками в 5-10 мм рт. ст. [5]:

₇ = 1140 + 6  10 = 1200 мм рт. ст. = 0,1578 МПа

4. Парциальное давление ДТ:

Р_ДТ = ₇  = ₇  = 0,1578   0,1 МПа

5. Температура вывода дизельной фракции из колонны К-2 соответствует температуре 0 %-ого отгона по кривой ОИ, построенной при Р_ДТ = 0,1 МПа = 760 мм рт. ст. и составляет = 220 ⁰С.

Температуру ДТ на выходе из отпарной колонны принимают на 20 ⁰С ниже температуры жидкости на входе в стриппинг-секцию [15], то есть:

= 220 – 20 = 200 ⁰С.