5.2.2. Визначення температурного режиму колони к

Температура верхньої частини колони у випадку подачі гострого зрошення при висновку бензинових фракцій у пар визначається методом підбора, виходячи з умов кінця однократного випарювання бензину за формулою [9]:

(5.7)

де - молярна частка і-го компонента у пар; П_в - тиск у верхній частині колони, МПа ; Р_i - тиск насичених пар і-го компонента при температурі визначення, МПа;

Дані розрахунків заносимо в табл. 5.3.

Температурний режим колони розрахований на ЕОМ за допомогою програми EXCEL.

Температура верха колони дорівнює 91 ºС.

Температуру нижньої частини колони приймають на 30 °С вище температури введення гарячого живлення, тобто 240 °С або 513 К та підтримують за допомогою «гарячого струменя»

Таблиця 5.3

Вихідні дані для визначення температури верху колони

5.2.3. Тепловий баланс колони k

Для визначення витрати «гарячого струменя» за дослідними даними роботи подібних колон [7] приймаємо наступні величини:

флегмове число R = 0,7;

температура «гарячого струменя» - 210 °С;

Число тарілок - 18 шт.;

Тип тарілок - клапанні.

Тепловий баланс стабілізаційної колони має вигляд [9]

,

(5.8)

де х - витрата „гарячого струменю”, кг/год; - ентальпія рідинної фази при температурі надання гарячого струменю, кДж/кг; - ентальпія рідинної фази при температурі нижньої частини колони.

Тепловий баланс стабілізаційної колони зводимо у табл. 5.4.

За даними табл. 5.4 і рівняння теплового балансу (5.8) визначаємо витрату гарячого струменя

,

(5.9)

Витрата гарячого струменя по рівнянню (5.9) дорівнює

Х = 99642,60 кг/год.

Звідси випливає, що при витраті гарячого струменя 99642,60 кг/год буде підтримуватися необхідна температура низу колони (280°С).

Таблиця 5.4

Тепловий баланс стабілізаційної колони K

5.2.4. Розміри стабілізаційної колони

Діаметр зміцнуючої частини колони визначається по площі вільного перетину, через який проходить максимальний обсяг пар. Для стабілізаційної колони, що працює з подачею холодного зрошення, що випаровується, цей перетин під верхньою тарілкою.

Визнаємо середню температуру в зміцнуючої частини колони за формулою

,

(5.10)

де Т_сер1 – середня температура в зміцнуючої частини колони, К; Т_в – температура верху колони, К; Т – середня температура живлень колони, К.

Звідси

.

Діаметр зміцнуючої частини колони розраховують на підставі формули [8]:

,

(5.10)

де V_п- швидкість обсягу пар у найбільш напруженому перетині колони, м³/c; U- припустима швидкість пар у колоні, м/с.

Швидкість обсягу пар у найбільш напруженому перетині колони V_п розраховують за формулою

,

(5.11)

де П_в - тиск угорі колони, МПа; G_п – витрата пари, кмоль/год, що дорівнює

(5.12)

де G_і – витрата і-го компоненту парової фази (газів і легкої бензинової фракції), кг/год; М_і – молекулярна маса пари, кг/кмоль; n – кількість компонентів парової фази.

Розрахунок витрати пари G_п наведений у табл. 5.3.

Тоді

0,317 м3/с.

(5.13)

Припустиму швидкість пар у колоні розраховують за формулою [7]

,

(5.14)

де m₁, c_max - коефіцієнти, що залежать від типу тарілки, відстані між тарілками й умов ректифікації; - густина рідини у верхній частині колони, кг/м³; - густина пар, кг/м³;

,	(5.15)
3,32 кг/м3

Рідина у верхньому перетині К являє собою розчин газів С² - С⁴ у бензиновій фракції, ії відносна густина розрахована у табл. 5.4 за формулою Крега [10] та дорівнює або на підставі [10]

.

Густину рідини у верхньому перетині при температурі t_сер1= Т_сер1 – 273 (ºС) розрахуємо за формулою [8]

(5.16)

Тоді

=

= 0,4874 г/см³ або 487,4 кг/м³.

Згідно [8] при відстані між клапанними тарілками 600 мм у верхній частини колони коефіцієнти m₁ = 1,15 та c_max.= 300.

Звідси маємо

= 0,350 м/с;

1,07 м.

Приймаємо діаметр зміцнуючої частини колони, рівний стандартному, тобто D_в = 1,25 м.

Діаметр відгінної частини колони визначається по площі вільного перетину, через який проходить максимальний обсяг пар у відгінній частини. Для стабілізаційної колони, що працює з подачею холодного та гарячого живлень, цей перетин знаходиться під тарілкою, на котру подається гаряче живлення.

Визначаємо середню температуру у відгінної частини колони за формулою

,

(5.17)

де Т_сер2 – середня температура в зміцнуючої частини колони, К; Т_н – температура низу колони, К; Т – середня температура живлень колони, К.

Звідси

.

Діаметр нижньої частини колони розраховують аналогічно проведеному розрахунку для верхньої частини

Швидкість обсягу пар у найбільш напруженому перетині колони V_п розраховують за формулою

,

(5.18)

де П_н - тиск низа колони, МПа; G_п – витрата пари у відгінній частини, кмоль/год.

Розрахунок витрати пари G_п наведений у табл. 5.5.

Тоді

2,71 м3/с.	(5.19)
,	(5.20)
7,69 кг/м3

Таблиця 5.5

Визначення витрати пари у відгінній частини колони

Густина рідини у нижньої частині колони за розрахунками табл. 5.4 дорівнює або на підставі [10]

.

г/см³

або 704,3 кг/м³.

Згідно [8] при відстані між клапанними тарілками 500 мм у нижній частини колони коефіцієнти m₁ = 1,15 та c_max.= 900.

Звідси маємо

= 0,834 м/с;

2,03 м.

Приймаємо діаметр відгінної частини колони, рівний стандартному, тобто D_н = 2,20м.

Загальну висоту колони розраховуємо за формулою [8]

Нк = hв + hт1 +hев1 + hт2 + hев2 + hн+hпост ,

(5.21)

де

Н_к – висота колони, м;

h_в - відстань від верхнього днища до першої ректифікаційної тарілки, що приймаємо конструктивно рівній діаметру верхньої частини колони, h_в = 1,25 м;

h_т1, h_т2 – межи розташування ректифікаційних тарілок у зміцнуючої та відгінної частинах колони відповідно, що визначають, виходячи з числа тарілок у цій частині колони і відстані між ними:

приймаємо а₁= 0,6 м – відстань між тарілками у верхній частини колони,

а₂ = 0,5 м - відстань між тарілками у нижній частини колони, тоді

h_т1 = (n₁ - 1) a₁ = (7 - 1) ∙ 0,6 = 3,6 м,

h_т2 = (n₂ - 1) a₂ = (11 - 1) ∙ 0,5 = 5,0 м.

Висоти евапораційного простору h_ев1 (місце входу гарячого живлення) та евапораційного простору h_ев2 (місце входу „гарячого струменю”) визначаємо з розрахунку відстані між двома тарілками, тобто:

h_ев1 = h_ев2 = a₁ ∙ 2 = 0,6 ∙ 2 = 1,2 м.

h_н – відстань від евапораційного простора „гарячого струменю” до нижнього днища колони, що визначають, виходячи з запасу залишку на 10 хв., або приймають рівним [8]

h_н = 0,5 D_н + 5 а₂ = 0,5 ∙ 2,2 + 5 ∙ 0,5 = 3,6 м.

h_пост – відстань від нижнього днища колони до основи постаменту, на який опираються опорні лапи колони, приймаємо рівної 2,8 м.

Загальна висота колони складає:

Н= 1,25 + 3,6 + 1,2 + 5,0 + 1,2+3,6+2,8 = 18,65 м.

Приймаємо висоту колони , рівну стандартної, тобто Н = 18,70 м.