3.4.2 Определение температурного режима работы колонны к-2

Давление в зоне питания – 2 атм.

Давление на верху колонны – 1,8 атм.

Составы отводимых фракций даны в таблице 3.19

Боковые фракции отводятся в отпарные секции, где за счет подачи водяного пара или нагрева их специальными теплообменниками, происходит отпарка захваченных нежелательных легких фракций и возвращение их в колонну К-2. Вместе с ними в К-2 подается водяной пар, который вводится в стрипинг-секции.

В случае использования водяного пара, его необходимо учитывать при расчете температуры отводимых фракций.

По рассматриваемому примеру при определении температуры вывода фракции 250-350°С учитывают водяной пар, подаваемый в низ колонны, имеющийся в составе суммарного парового потока. При расчете температуры вывода фракции 150-250°С дополнительно учитывают и водяной пар, подаваемой в отпарную секцию и вводимый в К-2.

При расчете температуры вывода фракции н.к.-150 учитывают все имеющиеся водяные пары (в составе суммарного парового потока, вместе с отпарными секциями).

В присутствии водяного пара необходимо рассчитать парциальное давление паров на тарелках вывода фракций.

, (3.47)

При расчете констант фазового равновесия углеводорода вместо общего давления подставляется парциальное давления углеводородов соответствующего сечению колонны

, (3.48)

При расчете температуры верха можно не рассчитывать парциальное давление, но к составу фракции добавляется еще компонент – водяной пар и пересчитывается состав смеси с учетом суммарного потока водяных паров. Далее температура отводимых фракций определяются аналитическим методом по уравнениям паровой фазы (фр. н.к.-150) и жидких фаз (фр.150-250 и фр. 250-350°С) (3.1) и (3.2).

Массовые доли потоков переводятся в мольные, находят давление насыщенных паров, парциальное давление и константа фазового равновесия (3.48).

Методом последовательных приближений подбирают искомые температуры, при которых уравнения фаз обращаются в множество.

Результаты расчетов сводятся в таблицу, по которым уравнения фаз соблюдается, т.е.=1. Пусть найдено:

- для фракции н.к.-150 температура t₁

- для фракции 150-250°С температура t₂

- для фракции 250-350°С температура t₃

Температура куба принимается на 10-15°С ниже температуры подачи отбензиненной нефти в колонну или используя состав мазута по уравнению жидкой фазы определяется температура вывода (t₄).

3.4.3 Расчет числа теоретических тарелок

Колонна К-2 является сложной, и ее разбивают на простые колонны, количество которых равно количеству отбираемых фракций. В нашем примере это три простые колонны – I, II, III.

В колонну I входит отбензиненная нефть и сверху отбирается сумма дистиллатов н.к.-350, а снизу мазут.

В колонну II входит сумма дистиллатов н.к.-350 и делится на фракции н.к.-250 и 250-350°С.

В колонну III входит сумма дистиллатов н.к.-250 и делится на фракции н.к.-150 и 150-250°С. Составы фракций, мазута и отбензиненной нефти даны в таблицах 3.19 и 3.14, температуры отводимых фракций по сечению К-2 найденные в разделе 3.4.2.

Рассчитываются массовые и мольные доли компонентов, и константы фазовых равновесий. Для каждой простой колонны выбирают легкий и тяжелый ключевой компонент. Это два соседних компонента, и за легкий принимают самый тяжелый из желаемых компонентов дистиллата. За тяжелый компонент – не желаемый из легких в дистиллате. Для данного примера это будут следующие компоненты.

Простые колонны	Легкий ключевой компонент	Тяжелый ключевой компонент
I	300-350	>350
II	200-250	250-300
III	85-150	150-200

Рассчитывают относительные летучести этих компонентов aᵢ= , причем константы фазового равновесия находят по температурам.

Для I – температуру ввода сырья в колонну.

Для II – температуру вывода фракции 250-350°С из колонны т.е. t₃.

Для III – температуру вывода фракции 150-250°С из колонны, т.е. t₂.

Соответственно учитывается давление в каждой простой колонне для данного примера это:

I – 2 атм.

II – 1,9 атм.

III – 1,8 атм.

Минимальное число теоретических тарелок определяют по формуле:

, (3.49)

где у_лкк и у_ткк –количество легкокипящего и тяжелокипящего компонента в паровой фазе, мольные доли;

х_лкк и х_ткк – количество легкокипящего и тяжелокипящего компонента в жидкой фазе;

а_лкк и а_ткк – относительная летучесть легко и тяжелокипящих компонентов.

Оптимальное число рабочих тарелок определяется по формуле (3.21). Рабочее число тарелок в каждой секции находят по формуле (3.22), где Ƞ – к.п.д. тарелки (0,4-0,6) в зависимости от типа тарелки.

Далее находят общее число тарелок в колонне.

Исходные данные для расчета числа тарелок в каждой секции (простой колонны) записывают в таблицу 3.20.

Таблица 3.20 – Данные для расчета

Компо-ненты	Жид. фаза, масс. доля	Пар. фаза масс. доля	Жид. фаза, моль. доля	Пар.фаза, моль. доля	Давление насыщ. пара	kᵢ	аᵢ