3.1.9 Тепловой баланс колонны

Для расчета теплового баланса колонны необходимо определить количество тепла, вносимое в колонну сырьем, флегмой и количество тепла, выносимое из колонны отбензиненной нефтью, парами бензина и флегмы. По разности отводимого и вводимого тепла, рассчитывают тепло, которое необходимое подвести “горячей струей” и количество этой струи. При расчете теплового баланса учитывают агрегатное состояние потоков и отдельно рассчитывают теплоту паровых и жидких потоков.

Тепловой баланс в общем виде можно записать как:

Q₁+Q₂+Q₃=Q₄+Q₅+Q₆ , (3.35)

где Q₁ – тепло, приходящее в колонну с питанием (отдельно по жидкому и паровому потоку)

Q₂ – тепло, приходящее в низ колонны с горячей струей

Q₃ – тепло, приходящее с флегмой

Q₄ – тепло, уходящее с верхним продуктом

Q₅ – тепло, уходящее с флегмой

Q₆ – тепло, уходящее с отбензиненной нефтью

Для тепловых расчетов определяются энтальпии материальных потоков, исходя из их агрегатного состояния.

Для паровых потоков:

, (3.36)

Для жидких потоков:

, (3.37)

где a₁ и a₂ – справочные расчетные данные исходя из температуры потоков и их агрегатного состояния.

Количество тепла рассчитывается по формуле:

Q=G×i, (3.38)

где G – количество потока, кг/час.

Результаты расчетов тепловых потоков сводятся в таблицу 3.9

Таблица 3.9 – Результаты расчетов тепловых потоков

	G, кг/час	ρ1515	t, °C	i, кДж/кг	Q, кДж/час
Приход Нефть: Жидкая фаза Паровая фаза Флегма
Итого					∑Qприхода
Расход Верхний продукт Флегма Отбензиненная нефть
Итого					∑Qрасхода

Количество тепла, необходимое для поддержания температуры куба колонны рассчитываются по разности:

ΔQ=∑Q_{расхода} – ∑Q_{прихода} (3.39)

Для определения количества циркуляционного потока используют ранее определенную долю отгона в низу колонны и рассчитывают энтальпию паровой и жидкой фаз горячей струи.

Количество циркуляционного потока находят по уравнениям:

ΔQ=G₁×e×i_{пар.пот.}+G₁×(1–e)×i_ж.пот.–G₁×i_куб.ж.=

=G₁×(e×i_{пар.пот.}+(1–е)×i_ж.пот.–i_куб.ж) (3.40)

отсюда:

G₁= ΔQ/(e×i_{пар.пот.}+(1–е) ×i_ж.пот.–i_куб.ж),

где е – массовая доля отгона горячей струи в низу колонны.

i_куб.ж. – энтальпия отбензиненной нефти.

На основе расчетов делают вывод, что для поддержания температуры низа колонны необходимо вводить G₁ (кг/час) горячей струи из печи с температурой нагрева в печи.

3.2 Расчет колонны к-1 по схеме 2

Последовательность расчета:

1. Расчет состава и количества продуктов колонны перегонки.

2. Определение температурного режима колонны – верха, в зоне отбора боковой фракции и низа.

3. Расчет доли отгона верхнего продукта в блоке конденсации, на основании чего составляется материальный баланс колонны – количество газа, сконденсированного верхнего продукта, отбензиненной нефти.

4. Определение флегмового числа колонны.

5. Определение числа тарелок.

6. Определение диаметра колонны.

7. Определение высоты колонны

8. Определение долей отгона нефти в колонне на тарелке питания и горячей струи, подаваемой в низ колонны.

9. Тепловой баланс колонны.