3. Определение минимального числа тарелок

Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:

(3.1)

где F – число молей исходного сырья;

W и P – число молей жидкости и пара в смеси;

x_Fi, x_Wi и y_Pi – мольные доли компонента в смеси, жидкости и паре.

Рассчитываем давление насыщенных паров и константу фазового равновесия для каждой фракции по методу Ашворта:

(1)

(2)

(3)

(4)

где Т – температура в колонне, К;

Т₀ – температура кипения для фракции, К;

P_i – давление насыщенного пара для каждой фракции, Па;

P₀ – давление в колонне, Па;

k_i – константа фазового равновесия для i-й фракции.

Относительные летучести определяем как для идеального раствора, паровая фаза которого близка к идеальному газу.

П

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

усть высококипящего ключевого компонента в дистилляте находится в 50 раз больше, чем в кубовом остатке (по мольному соотношению), то есть коэффициент обогащения ψ_k = 50. Коэффициент обогащения для i-го компонента определяем по уравнению:

(5)

(6)

i – индекс i-го компонента; k – индекс тяжелого ключевого

компонента;

Доля отгона ε будет рассчитываться по уравнению:

(7)

где x_iF – мольная доля i-го компонента в исходном потоке нефти;

x_iW – мольная доля i-го компонента в кубовом остатке;

x_iD – мольная доля i-го компонента в дистилляте.

Составы дистиллята и кубового остатка определяем по следующим уравнениям:

(8)

(9)

Температуру Т определяем таким образом, чтобы выполнялись условия:

(10)

З

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

ная составы дистиллята и кубового остатка, выполнение вышеуказанных условий рассчитываем минимальное число теоретических тарелок по уравнению Фенске-Андервуда :

где i и k – любые два компонента смеси, – относительные летучести этих компонентов.

Р

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

езультаты расчета и расчеты выполнены в приложении программы Microsoft Excel приложение 1.

Приложение 1. Расчет минимального числа тарелок.

В качестве ключевого компонента приняли фракцию №15, средняя температура кипения которой составляет 165 ^оС, т.к. целевым продуктом является дистиллят НК-160°С.

Температурная граница деления смеси ТГДС = 220 ^оС;

Давление ввода сырья в колонну приняли P = 160 кПа;

Доля отгона ключевого компонента ξ=0,9230;

Минимальное число тарелок в колонне N_min = 19.

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

4. Определение минимального флегмового числа

Определяем давление насыщенных паров и константы фазового равновесия для каждой фракции в низу и верху колоны по уравнениям Ашворта, приведенными выше. Затем устанавливаем давления в колонне таким образом, чтобы давления низа колонны Рниза было больше давления верха Рверха на 30 кПа. То есть Рверха =140, Рниза =170. Среднее давление равно 155 кПа. Температуру верха колоны определяем итерациями при следующем условии сходимости:

Температура низа колоны определяем итерациями при выполнении следующего условия:

Рассчитываем среднюю температуру в колоне, давление насыщенных паров при этой температуре, среднюю константу равновесия для каждой фракции. Определяем относительные летучести каждого компонента α_i/ν по высококипящему ключевому компоненту:

Находим промежуточную характеристическую величину ω:

Данную величину находим итерациями, чтобы получаемая величина ε была равна мольной доле отгона.

Минимальное значение флегмового числа определяем по уравнению Андервуда:

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Результаты расчета и расчеты минимального флегмового числа в программе Microsoft Excel приведены приложение 2.

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Приложение 2. Расчет минимального флегмового числа.

Результаты расчета минимального флегмового числа:

N₁/N₂=0,1886;

Р_вер приняли равным 140 кПа;

P_низ приняли равным 170 кПа;

P_ср = 155 кПа;

Т_вер = 132,18 ^оС;

Т_низ = 288,10^оС;

Т_пит =210,14 ^оС (принимаем, как среднюю температуру в колонне);

Доля отгона мольн. сырья при Т_пит и Р_пит = 0,984;

Промежуточная характеристическая величина w = 4,726;

R_min = 1, 07.

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ