
- •6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
- •Материальный баланс блока АВТ
- •6.2 Технологический расчёт колонны К-2
- •6.2.1. Материальный баланс колонны К-2
- •Материальный баланс колонны и необходимые для расчета колонны данные представлены в табл.6.5
- •Материальный баланс колонны К-2
- •6.2.2. Выбор конструкции основной колонны, числа и типа тарелок
- •6.2.3. Расчет давления по высоте колонны
- •6.2.4. Расход водяного пара
- •6.2.5. Расход флегмы по высоте колонны
- •6.2.6. Определение температуры нагрева сырья на входе в колонну
- •6.2.7. Определение температуры мазута в низу колонны
- •6.2.8. Расчет температуры вывода фракций
- •6.2.8.1. Расчет парциальных давлений фракций
- •6.2.8.2. Определение температуры вывода боковых погонов и температуры вверху колонны
- •6.2.9. Тепловой баланс колонны
- •6.2.10. Выбор числа и расхода циркуляционных орошений
- •6.2.11. Расчет диаметра и высоты колонны
- •Диаметр колонны рассчитываем с учетом максимальной нагрузки по парам и жидкости. Для определения нагрузки рассматриваем несколько сечений колонны (рис. 6.10-6.14)
- •где GIII-III - поток паров, проходящий через сечение III-III, кг;
- •G230-280 - расход паров фракции 230-280 оС, G230-280 = 9,9 кг (см. табл. 6.5);
- •GIII-III = 15,9+11,2+9,9+19,8+13,1 = 69,9 кг.
- •где G IV-IV - поток паров, проходящий через сечение IV-IV, кг;
- •Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении V-V.
- •Определение диаметра основной колонны.
- •PобщI-I=Pверха+∆Pт.
- •PобщI-I=0,14 +0,00066=0,14066.
- •PобщIV-IV = P280-350 + ∆Pт.
- •PобщIV-IV = 0,161 +0,00066 = 0,16166.
- •СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Кривая ИТК и линии ОИ при атмосферном давлении и парциальном давлении фракции (0,061 МПа), представлены на рис. 6.11
Строим линии ОИ фракции 280-350 оС (рис. 6.11), для чего по кривой ИТК фракции 280-350оС находим следующие температуры:
t |
итк |
= 287 0С, t |
итк |
= 316 |
0С, t |
итк |
= 329 |
0С |
10% |
50% |
70% |
Рассчитываем тангенс угла наклона кривой ИТК:
tgИТК = |
329 287 |
= 0,7 °C/% |
||
70 |
10 |
|||
|
|
С помощью графика Обрядчикова-Смидович получаем
0 % (НОИ) 38 % (ИТК); 100 % (КОИ) 52 % (ИТК).
Затем по кривой ИТК получаем температуры отвечающие НОИ (38 % ИТК) и КОИ (52 % ИТК) и, соединяя полученные точки, получаем линию ОИ фракции 280-350 оС при атмосферном давлении :
t |
ои |
= 307 |
0 |
С и |
t |
ои |
= 317 |
0 |
С. |
||
нк |
кк |
||||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
По сетке Максвелла строим линию ОИ при парциальном давлении |
|||||||||||
0,061 МПа: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
t |
ои |
= 276 |
0 |
С и |
t |
ои |
=286 |
0 |
С. |
||
нк |
кк |
||||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
В результате проведенных построений мы получаем следующие температуры:
-для фракции 100-180 оС
-для фракции 180-230 оС
-для фракции 230-280 оС
-для фракции 280-350 оС
t |
ои |
|
кк |
||
|
||
t |
ои |
|
нк |
||
|
||
t |
ои |
|
|
нк |
|
t |
ои |
|
нк |
||
|
=156 0С;
=189 0С;
=230 0С;
=286 0С.
6.2.9. Тепловой баланс колонны
Целью расчета теплового баланса основной колонны является определение количества теплоты, которое необходимо вывести из колонны циркуляционными орошениями и расход циркуляционных орошений. Тепловой баланс основной ректификационной колонны приведен в табл. 6.14. При его составлении следует учесть следующее.
Сырье колонны (отбензиненная нефть) поступает в нее в виде парожидкостной смеси. Распределение вещества по паровой и жидкой фазам определяется расчетной массовой долей отгона, полученной в результате расчетов в п. 6.2.6 настоящего проекта. В нашем примере эта величина равна 0,494. Следовательно, на 100 кг сырья в колонну поступает 49,4 кг паровой фазы и 50,6 кг жидкой фазы.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.14 |
|
|
Материальный и тепловой баланс колонны К-2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход |
|
|
Средняя |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
температурная |
|
15 |
|
Температура |
|
Статьи баланса |
|
(G ), |
ρ |
|
|
||||
|
4 |
|
|
ρ |
|
|
|||
|
|
i |
|
поправка на один |
|
15 |
|
ºС |
|
|
|
кг |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
градус ( α ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приход: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нефть отбензиненная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в том числе: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- пары |
|
50,9 |
0,804 |
0,000765 |
|
0,808 |
|
351 |
|
- жидкость |
|
49,1 |
0,927 |
0,000607 |
|
0,930 |
|
351 |
|
Острое орошение |
|
31,8 |
0,748 |
0,000841 |
|
0,752 |
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
|
139,8 |
- |
|
- |
|
- |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фракция 100-180 + острое |
47,7 |
0,748 |
0,000841 |
|
0,752 |
|
156 |
||
орошение |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фракция 180-230 |
|
11,2 |
0,794 |
0,000778 |
|
0,798 |
|
189 |
|
Фракция 230-280 |
|
9,9 |
0,825 |
0,000738 |
|
0,829 |
|
230 |
|
Фракция 280-350 |
|
13,8 |
0,856 |
0,000699 |
|
0,859 |
|
286 |
|
Мазут |
|
49,2 |
0,917 |
0,000620 |
|
0,920 |
|
336 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
|
131,8 |
- |
|
- |
|
- |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание таблицы 6.14 |
|
|
Энтальпия, кДж/кг |
Количество теплоты |
||
|
|
|
||
Статьи баланса |
|
|
(Qi), 103, кДж/ч |
|
паров |
жидкости |
Q = Gi ·H или |
||
|
||||
|
(Hi) |
(hi) |
Q = Gi ·h |
|
|
|
|
|
|
Приход: |
|
|
|
|
Нефть отбензиненная |
|
|
|
|
в том числе: |
|
|
|
|
- пары |
1104 |
- |
56,2 |
|
- жидкость |
- |
831 |
40,8 |
|
Острое орошение |
- |
60 |
1,9 |
|
|
|
|
|
|
Итого |
- |
- |
98,9 |
|
|
|
|
|
|
Расход: |
|
|
|
|
Фракция 100-180 + острое |
651 |
- |
31,1 |
|
орошение |
||||
|
|
|
||
Фракция 180-230 |
- |
425 |
4,8 |
|
Фракция 230-280 |
- |
525 |
5,2 |
|
Фракция 280-350 |
- |
670 |
9,2 |
|
Мазут |
- |
791 |
38,9 |
|
Итого |
- |
- |
89,2 |
Расчетная доля отгона равна теоретической доле отгона или несколько превышает ее. Следовательно, количество жидкой фазы, поступающей в

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
сырье основной колонны равно количеству мазута в сырье (так как теоретическая доля отгона равна доле светлых нефтепродуктов в отбензиненной нефти) или несколько ниже его. Так как испаряются в первую очередь легкие компоненты фракции, то в нашем примере плотность мазута должна быть немного ниже плотности жидкой фазы, поступающей в колонну, что и имеет место в действительности.
Тепло водяного пара при составлении баланса не учитываем, так как принято считать, что оно компенсирует тепловые потери в окружающую среду.
На основании данных, приведенных в табл.6.14 находим дисбаланс тепла, то есть относительную разность между количеством тепла, приносимым в колонну и количеством тепла, выводимого из колонны с фракциями. По величине дебаланса тепла судят о необходимости циркуляционных орошений. Дебаланс находим по следующей формуле
|
Q |
прих |
Q |
расх |
|
|
|||
|
Q |
|
|
|
|
|
прих |
|
|
|
|
|
|
100,
где - дебаланс тепла, %отн.;
Qприх - количество тепла, приносимое в колонну потоками сырья и
острого орошения, кДж; в нашем примере Qприх = 98,9 103 кДж/кг;
Qрасх - количество тепла, выводимое из колонны с мазутом, верхним, нижним и боковыми погонами, кДж; Qрасх = 91,5 103 кДж/кг.
98,9 103 89, 2 103
98,9 103
100 = 9,8 %отн.
6.2.10. Выбор числа и расхода циркуляционных орошений
Применение циркуляционных орошений позволяет уменьшить поверхность конденсаторов-холодильников (меньшее количество теплоты снимается острым орошением), более равномерно распределить паровую нагрузку тарелок по высоте сложной колонны и тем самым обеспечить оптимальную величину КПД тарелок. При этом очень важным является правильное распределение потоков циркуляционных орошений для равномерного снятия избыточной теплоты в колонне.
При проектировании сложных колонн необходимо в секциях, где предусматривается циркуляционное орошение, дополнительно устанавливать 2-3 тарелки, на которых будет осуществляться подогрев циркулирующей флегмы до рабочих температур в колонне.
Определим тарелки в колонне, с которых будем забирать и на которые будем возвращать после охлаждения циркуляционные орошения.
В нашем примере первое (верхнее) циркуляционное орошение (ЦО 1) отбирается с 30 (счет снизу) и возвращается на 31 тарелку, второе

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
циркуляционное орошение (ЦО 2) - с 20 на 21, третье циркуляционное орошение (ЦО 3) - с 10 на 11 (см. рис. 6.13).
Схема расположения циркуляционных орошений и нагруженных сечений в основной ректификационной колонне К-2
Рис. 6.13.
Температура вывода циркуляционных орошений определяется суммой температуры вывода бокового погона и величиной перепада
температуры на одну тарелку (t) t цоi = ti + 2 ti,
где tцоi - температура вывода циркуляционного орошения, оС;
ti - температура вывода соответствующего бокового погона, оС; ti - перепад температуры на одну тарелку, оС.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
t1 =
t2 =
t3 =
230 189 10
286 230
10 351 286
8
4,1 |
оС, |
5, 6 оС, |
|
8,1 |
оС, |
Температуры вывода циркуляционных орошений:
tвывцо1 = 189 + 2 4,1 |
≈ 197 оС, |
t вывцо2 = 230 + 2 5,6 |
≈ 241 оС, |
t вывцо3 = 286 + 2 8,1 ≈ 302 оС
Температуру ввода циркуляционных орошений в колонну примем равным:
tвв. ц.о.1 = 130 оС, tвв .ц.о.2 = 160 оС, tвв .ц.о.3 = 220 оС,
Рассчитаем расход циркуляционных орошений: Q = Q1 + Q2 +Q3 где Qi - тепло, снимаемое i-м циркуляционным орошением, кДж/ч.
Q = Qприх – Qрасх = 98,9 103 – 91,5 103 = 7,4 103 кДж/кг.
Тепло, снимаемое циркуляционным орошением, находится по формуле
Qi = gцо (ht выв. цо – ht вв. цо),
где gцо - расход циркуляционного орошения, кг;
ht выв. цо - энтальпия циркуляционного орошения, выводимого из колонны, кДж/ч;
ht вв. цо - энтальпия циркуляционного орошения, вводимого в колонну,
кДж/ч. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Q1 = gцо1 (h197 |
– h130) = gцо1 |
(446– 278), |
|
|
||||
|
|
|
Q2 = gцо2 (h241 |
– h160) = gцо2 |
(555 – 344), |
|
|
||||
|
|
|
Q3 = gцо3 (h302 |
– h220) = gцо3 |
(717 – 489). |
|
|
||||
Значения |
энтальпии |
|
рассчитываются |
по |
формуле |
||||||
ht |
|
4,187 |
|
0, 403 t 0, 000405 t 2 |
. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Примем, что расход циркуляционных орошений одинаков по массе, тогда
11,8 103 = gцо (446– 278) + gцо (555 – 344) + gцо (717 – 489)=607 gцо.
Отсюда gцо = 16 кг/ч.
Q1 = 16 (446– 278) = 2,7 103 кДж/ч; Q2 =16 (555 – 344) = 3,4 103 кДж/ч; Q3 =16 (717 – 489) = 3,6 103 кДж/ч.