vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рверха |
= 0,140 МПа; |
Р280-350 = 0,161 МПа; |
Р180-230 |
= 0,148 МПа; |
Рвход = 0,166 МПа. |
Р230-280 |
= 0,155 МПа; |
|
6.2.4.Расход водяного пара
Внижнюю часть основной атмосферной колонны К-2 и стриппингсекций подают водяной пар, который обеспечивает отпарку наиболее легких компонентов.
Водяной пар обязательно должен быть перегретым, так как не перегретый пар является причиной высоких температур помутнения нефтяных фракций.
Перегретый водяной пар должен иметь температуру перегрева выше температуры кипящей жидкости. В этом случае водяной пар влияет положительно на ректификацию в отгонной части колонны, так как в самой колонне не тратится тепло на нагрев пара до температуры продуктов в колонне.
Подача водяного пара в колонну позволяет снизить температуру перегонки и таким образом избежать термического разложения углеводородов. В присутствии водяного пара в колонне снижается парциальное давление паров углеводородов, а следовательно и температура их кипения. Недостатком подачи водяного пара является большой расход хладагента на его конденсацию.
Расход водяного пара в основной атмосферной колонне колеблется в пределах 1,6-2,8 %мас. на загрузку колонны по сырью. Принимаем в нашем примере расход водяного пара равным 2 %мас. на отбираемые фракции.
Дальнейший расчет ведем на 100 кг сырья.
Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть колонны, находим из выражения
Zниза = gм 0,02,
где Zниза - расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть колонны, кг;
gм - расход мазута, gм = 49,2 кг (см. табл. 6.5); 0,02 - расход водяного пара, в долях от единицы.
Zниза = gм 0,02 = 49,2 0,02 = 0,984 кг.
Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть отпарной колонны (стриппинга) К-2/3:
ZК-2/3 = g280-350 0,02 = 13,8 0,02 = 0,276 кг,
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
где g280-350 - расход фракции 280-350 °C, g280-350= 13,8 кг (см. табл. 6.5).
Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть отпарной колонны К-2/2:
ZК-2/2 = g230-280 0,02 = 9,9 0,02 = 0,198 кг,
где g230-280 - расход фракции 230-280 °С, g230-280 = 9,9 кг (см. табл. 6.5).
Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть отпарной колонны К-2/1:
ZК-2/1 = g180-230 0,02 = 11,2 0,02 = 0,224 кг,
где g180-230 - расход фракции 180-230 °С, g180-230 = 11,2 кг (см. табл. 6.5).
Определим расход водяного пара по высоте колонны. Расход водяного пара на тарелке отбора фракции 280-350 ºС : Z280-350 = Zниза = 0,984 кг.
Расход водяного пара на тарелке отбора фракции 230-280 ºС:
Z230-280 = Zниза + ZК-2/3 = 0,984 + 0,276 = 1,26 кг.
Расход водяного пара на тарелке отбора фракции 180-230 ºС:
Z180-230 = Zниза + ZК-2/3 + ZК-2/2 = 0,984 + 0,276 + 0,198 = 1,458 кг.
Расход водяного пара в верху колонны:
Zверх = Zниза + ZК-2/3 + ZК-2/2 + ZК-2/1 = 0,984 + 0,276 + 0,198 + 0,224 = = 1,682 кг.
6.2.5. Расход флегмы по высоте колонны
При расчете колонны принимаем условно, что флегмовое число по высоте колонны одинаково и равно.
Тогда в нашем примере расход флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 280-350 ºС найдем из произведения
g фл |
= g280-350 2 = 15,9 2 = 31,8 кг. |
280 350 |
|
Расход флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-280 ºС:
g фл |
= g230-280 2 = 11,2 2 = 22,4 кг. |
230 280 |
|
Расход флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-230 ºС:
|
180 230 = g180-230 2 = 9,9 2 = 19,8 кг. |
g |
фл |
|
|
Расход флегмы вверху колонны: |
|
g |
фл = g100-180 2 = 13,8 2 = 27,6 кг. |
|
оо |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
6.2.6. Определение температуры нагрева сырья на входе в колонну
Температуру нагрева нефти на входе в колонну К-2 определяем аналитическим методом. Для этого определяем температуру нагрева нефти, которая должна соответствовать необходимой массовой доле отгона сырья колонны в зоне питания. Под необходимой (теоретической) долей отгона нефти понимают сумму светлых в долях от единицы, которую определяют из материального баланса колонны.
В нашем примере теоретическая доля отгона (ет) будет следующей (см.
табл. 6.5):
ет =0,159+0,112+0,099+0,138=0,508.
Температура нагрева нефти должна обеспечить величину фактической доли отгона равной или на 0,001 - 0,003 больше теоретической.
Для определения температуры нагрева нефти необходимо рассчитать процесс однократного испарения сырья.
Расчет процесса однократного испарения сырья колонны удобнее вести для условий испарения в трубах печи, а не в питательной секции колонны. В этом случае следует принять давление на 0,03-0,04 МПа выше, чем в питательной секции.
В нашем случае расчетное давление принимаем следующим:
Рр = Рвход + 0,03 = 0,166 + 0,03 = 0,196 МПа.
Для удобства продолжаем вести расчет на 100 кг сырья.
Разбиваем сырье колонны - нефть на узкие фракции (можно на 50градусные). Чем больше узких фракций, тем точнее будет расчет.
При принятом давлении задаемся температурой нагрева нефти и методом подбора находим молярную долю (ер), при которой соблюдаются равенства. Принимаем температуру нагрева 351 °С.
i n |
х |
|
i n |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
i |
|
i 1 |
1 e |
|
(х |
|
|
1) |
|
|||
|
|
|
p |
i |
, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i n |
|
|
i n |
|
|
х |
|
1 |
|
||||
|
y |
i |
K |
i |
i |
|
||||||||
|
i 1 |
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где хi - молярная концентрация компонентов жидкой фазы; уi - молярная концентрация компонентов паровой фазы; i - молярная концентрация компонентов сырья;
ер - молярная доля отгона;
Кi - константа фазового равновесия.
Зная молярную долю отгона рассчитываем массовую долю отгона из соотношения
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ер е р М у
Мс ,
|
е |
|
где |
р |
- массовая доля отгона (расчетная); |
|
Му - молярная масса паровой фазы, кг/кмоль; Мс - молярная масса сырья, кг/кмоль.
Расчет оформлен в виде таблицы (см табл. 6.6). Пояснения к колонкам табл. 6.6:
1 - Номер фракции.
2 - Пределы выкипания фракций, ºС.
3 - Выход фракций (фактический) на сырье установки, %мас.
Фактический выход фракции на сырье установки рекомендуется определять по кривой фактического отбора (см. рис. 6.1).
4- Выход фракций на сырье колонны, %мас. (Gi).
5- Молярная масса фракции (Мi).
6- Количество вещества фракций, кмоль/ч (Ni = Gi/Mi).
7- Молярные концентрации компонентов сырья колонны (i = Ni/ Ni).
8- Средняя температура кипения фракции, ºС.
За среднюю температуру кипения фракции принимают ее температуру 50% выкипания по кривой ИТК (см.рис.6.2).
9 - Давление насыщенных паров (ДНП) фракции, МПа (Рi).
Давление насыщенных паров фракции определяют по сетке Максвелла в зависимости от средней температуры кипения фракции и принятой температуры сырья на входе в колонну.
10 - Константа фазового равновесия (Кi).
Константу фазового равновесия определяют из соотношения
|
|
|
P |
|
K |
|
|
i |
|
i |
P |
|
||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
, |
где Рi - давление насыщенных паров фракции, МПа.
|
Рр - общее давление (расчетное), МПа. |
|||
11 |
- (Кi - 1). |
|
|
|
12 |
- [ер (Кi - 1)]. |
Колонки 11-13 не заполняют при расчете |
||
на ПЭВМ. |
||||
|
|
|||
13 |
- [1 + ер (Кi - 1)]. |
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
14 |
- |
х i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
||||
|
|
e p |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
(K i 1) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 - [yi = Ki хi]. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i n |
yi - молярная масса паровой фазы. |
|||
16 |
- [Miyi]; Mi = |
|
M i |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
i |
y |
i |
|
|
|
||
17 |
- |
yi |
|
|
|
|
|
|
- массовая концентрация компонентов паровой фазы. |
|||||||
|
M i |
yi |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i n |
|
||
18 |
- [Mi Хi]; Mi |
= Mi |
х i - молярная масса жидкой фазы. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
||
19 |
- х i |
|
|
|
Mi |
х i |
|
- массовая концентрация компонентов жидкой фазы. |
||||||||
|
Mi |
х i |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
20 |
- |
|
i |
- массовая концентрация компонентов сырья. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
- i - плотность фракций, г/см3. |
|||||||||||||||
|
|
х |
i |
|
|
|
|
i n |
х |
i |
|
|
||||
22 |
- |
|
; x |
|
|
- величина объемов единицы массы жидкой фазы; |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
i 1 |
i |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
23-
24-
yi
i
i
i
;
;
|
|
i n y |
i |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
i 1 |
|
|
||
|
|
i |
||||
|
|
|
||||
|
|
i n |
i |
|||
с |
|
|
||||
|
i |
|
||||
|
|
i 1 |
|
|||
-величина объемов единицы массы паровой фазы;
-величина объемов единицы массы сырья.
Знание величин объемов единицы жидкости, паров и сырья позволяет определить их плотности из соотношений:
х 1
х
;у 1 ;
у
с 1
с
.
Молярную массу сырья находят по формуле М с = Gс/Nс,
где Gс - расход сырья (нефти) в колонну, кг (колонка 4); Nс - количество молей сырья (колонка 6).
Nс = Σ(Gi/Mi),
где Gi - расход компонента (фракции) сырья, кг; в нашем примере
Gi = 100 кг (колонка 4).
Mi - молярная масса компонента сырья (колонка 5).
Nс = 0,417 (колонка 6).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Мс = 100 / 0,417 = 239,8.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАССЧЕТА ДОЛИ ОТГОНА:
Наименование |
Молярные |
|
концентрации |
||
|
||
Фракция 100-150 ºС |
0,2254 |
|
Фракция 150-200 ºС |
0,1847 |
|
Фракция 200-250 ºС |
0,1463 |
|
Фракция 250-300 ºС |
0,1055 |
|
Фракция 300-350 ºС |
0,0887 |
|
Фракция 350-400 ºС |
0,0528 |
|
Фракция 400-450 ºС |
0,0504 |
|
Фракция 450-500 ºС |
0,0431 |
|
Фракция выше 500 ºС |
0,1031 |
|
Сумма молярных долей |
1,0000 |
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НА ПЭВМ:
Константы
фазового
равновесия
21,9388
10,4592
4,6939
2,1939
0,8929
0,3469
0,1276
0,0357
0,0000
-
Молярная доля отгона ер = 0,732 при 351 ºС и 0,196 МПа. СОСТАВ ФАЗ
Наименование |
Жидкая фаза |
Паровая фаза |
Фракция 100-150 ºС |
0,0138 |
0,3030 |
Фракция 150-200 ºС |
0,0233 |
0,2439 |
Фракция 200-250 ºС |
0,0395 |
0,1855 |
Фракция 250-300 ºС |
0,0563 |
0,1235 |
Фракция 300-350 ºС |
0,0962 |
0,0859 |
Фракция 350-400 ºС |
0,1011 |
0,0351 |
Фракция 400-450 ºС |
0,1393 |
0,0178 |
Фракция 450-500 ºС |
0,1463 |
0,0052 |
Фракция выше 500 ºС |
0,3841 |
0,0000 |
Сумма молярных долей |
1,0000 |
1,0000 |
Определим массовую долю отгона нефти - сырья колонны К-2 при температуре 351 ºС и давлении 0,196 МПа.
е =е |
|
М |
|
||
р р |
|
М |
|
|
у с
0,732 |
|
166,8 |
0,509 |
|
239,8 |
||||
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
№
п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Итого
Таблица 6.6
Определение молярной доли отгона отбензиненной нефти На выходе в колонну в при температуре 351 ºС и давлении 0,196 МПа
Пределы выкипания Сº,фракции |
фракцииВыход фактический() на установкисырье, .мас% |
Выход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фракции на |
|
N = |
G |
i |
, |
αi = |
N |
i |
, |
||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
сырье |
|
|
|||||||||
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Мi |
|
M |
|
|
Ni |
||||||
|
|
колонны |
|
|
i |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Gi), |
|
кмоль/ч |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
%мас. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
|
6 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
100-150 |
8,7 |
9,7 |
103 |
0,094 |
|
|
0,2254 |
|
|||||
150-200 |
9,5 |
10,6 |
138 |
0,077 |
|
|
0,1847 |
|
|||||
200-250 |
9,5 |
10,6 |
175 |
0,061 |
|
|
0,1463 |
|
|||||
250-300 |
8,9 |
10 |
225 |
0,044 |
|
|
0,1055 |
|
|||||
300-350 |
8,8 |
9,9 |
269 |
0,037 |
|
|
0,0887 |
|
|||||
350-400 |
6,1 |
6,8 |
305 |
0,022 |
|
|
0,0528 |
|
|||||
400-450 |
6,2 |
7 |
335 |
0,021 |
|
|
0,0504 |
|
|||||
450-500 |
6,1 |
6,8 |
368 |
0,018 |
|
|
0,0431 |
|
|||||
Более 500 |
25,5 |
28,6 |
658 |
0,043 |
|
|
0,1031 |
|
|||||
- |
89,3 |
100 |
- |
0,417 |
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№
п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Итого
кипения º Средняятемпература ,фракцииС
8
125
175
224
275
325
374
425
474
637
-
Давление насыщенных паров фракции при 351 ºС, МПа(Pi)
9
4,3
2,05
0,92
0,43
0,175
0,068
0,025
0,007
0
-
|
|
P |
|
K |
= |
i |
, |
i |
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
10
21,9388
10,4592
4,6939
2,1939
0,8929
0,3469
0,1276
0,0357
0,0000
-
Ki -1
11
20,9388
9,4592
3,6939
1,1939
-0,1071
-0,6531
-0,8724
-0,9643
-1,0000
-
Продолжение таблицы 6.6
e |
K |
-1 |
1+e |
р |
K |
-1 |
р |
i |
|
|
i |
|
12 |
13 |
15,3182 |
16,3182 |
6,9201 |
7,9201 |
2,7023 |
3,7023 |
0,8734 |
1,8734 |
-0,0784 |
0,9216 |
-0,4778 |
0,5222 |
-0,6383 |
0,3617 |
-0,7054 |
0,2946 |
-0,7316 |
0,2684 |
- |
- |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
№ |
xi |
= |
|
αi |
|
yi =Ki xi |
п/п |
1+eр Ki -1 |
|
||||
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
14 |
|
15 |
|
1 |
|
|
0,0138 |
|
0,3030 |
|
2 |
|
|
0,0233 |
|
0,2439 |
|
3 |
|
|
0,0395 |
|
0,1855 |
|
4 |
|
|
0,0563 |
|
0,1235 |
|
5 |
|
|
0,0962 |
|
0,0859 |
|
6 |
|
|
0,1011 |
|
0,0351 |
|
7 |
|
|
0,1393 |
|
0,0178 |
|
8 |
|
|
0,1463 |
|
0,0052 |
|
9 |
|
|
0,3841 |
|
0,0000 |
|
Итого |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
y |
i |
i |
|
16
31,2
33,7
32,5
27,8
23,1
10,7
6,0
1,9
0,0
166,8
Продолжение таблицы 6.6
y |
= |
M |
i |
y |
i |
M |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Mi |
|
|
|
|
|
|
||||
i |
|
yi |
|
i |
|
i |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
17 |
|
|
|
|
18 |
|
||
|
|
0,187 |
|
|
1,4 |
|
||||
|
|
0,202 |
|
|
3,2 |
|
||||
|
|
0,195 |
|
|
6,9 |
|
||||
|
|
0,167 |
|
|
12,7 |
|
||||
|
|
0,139 |
|
|
25,9 |
|
||||
|
|
0,064 |
|
|
30,8 |
|
||||
|
|
0,036 |
|
|
46,7 |
|
||||
|
|
0,012 |
|
|
53,8 |
|
||||
|
|
0,000 |
|
|
252,7 |
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
434,2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№
п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Итого
M |
x |
i |
|
i |
|
|
|
xi = |
|
|
|
Mi |
xi |
||
19
0,003
0,007
0,016
0,029
0,060
0,071
0,107
0,124
0,582
1
αi |
ρi |
20 21
0,097 0,729
0,107 0,771
0,107 0,808
0,099 0,835
0,100 0,861
0,067 0,885
0,071 0,899
0,066 0,911
0,284 0,962
1 |
- |
xi |
|
ρ |
i |
|
|
22
0,004
0,010
0,020
0,035
0,069
0,080
0,120
0,136
0,605
1,079
Окончание таблицы 6.6
y |
i |
αi |
|
|
|
|
|
ρ |
i |
ρ |
i |
|
|
||
23 |
24 |
||
0,257 |
0,133 |
||
0,262 |
0,139 |
||
0,241 |
0,133 |
||
0,200 |
0,119 |
||
0,161 |
0,116 |
||
0,072 |
0,076 |
||
0,040 |
0,079 |
||
0,013 |
0,073 |
||
0,000 |
0,296 |
||
1,244 |
1,164 |
||
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
давления насыщенных паров фракций |
Рис. 6.4. |
Определение |
|