Температура верха колонны

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛОННЫ

7.1 Общая характеристика работы колонны

Для колонны К-2 принимаем клапанные тарелки, т.к. они имеют высокий к.п.д. в широком диапазоне скоростей. Количество тарелок следующее: 6 – в отгонной части, по 10 – от места ввода сырья до места отбора первого бокового погона и между боковыми погонами, 13 – от места вывода верхнего бокового погона до верхней тарелки. Расстояние между тарелками принимаем равное 0,7 м. Общее число тарелок – 39. Гидравлическое сопротивление одной тарелки 500 Па. Расход водяного пара: в основной колонне - 2% на сырьё, в отпарные колонны – по 1% на дистиллят.

Принимаем в ёмкости орошения колонны давление равное атмосферному (p=101,3кПа) и температуру t=40°С. При таких условиях паровая фаза, выходящая сверху колонны(фр.85-140°С + водяной пар), полностью конденсируется, что подтверждается расчётом по программе Oil.

Иcxoдныe дaнныe:

Pacxoд нeфти или фpaкции G= 272249.6875 Kг/чac

Pacxoд вoдянoгo пapa Z= 5444.994140625 Kг/чac

Плoтнocть ocтaткa P19= 791.7000122070312 Kг/M^3

Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 162.8000030517578 KПa

Teмпepaтуpa oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 350 ^C

Дaнныe пoдгoтoвил: Pronko Evgen

Peзультaты pacчeтa:

Maccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1=.7588440179824829

Moльнaя дoля oтгoнa пapoв e=.8041801452636719

Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 188.8400115966797

Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 232.5588836669922

Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 178.1940460205078

Сопротивление конденсационной аппаратуры принимаем равным 45кПа.

Давление в различных сечениях колонны с учётом сопротивления конденсационной аппаратуры и гидравлического сопротивления тарелок:

- верх колонны: 101,3 + 45 = 146,3кПа

- вывод фр.140-240°С: 146,3 + 13·0,5 = 152,8кП

- вывод фр.240-360°С: 152,8 + 10·0,5 = 157,8кПа

- ввод сырья: 157,8 + 10·0,5 = 162,8кПа

- низ колонны: 162,8 + 6·0,5 = 165,8кПа

7.2 Материальный баланс основной колонны К-2

Таблица 7.2

7.3 Расчёт доли отгона сырья на входе в колонну

Доля отгона сырья на входе в колонну К-2 равна е = 0,7031 (см. раздел 6).

Температура верха колонны

Сверху колонны выходят пары фракции 85 – 140⁰С и весь водяной пар, который подают в колонну и стриппинги. Вследствие подачи водяного пара парциальное давление данной фракции понижается.

Молярный расход паров фракции: = , где

G – массовый расход паров, кг/ч

М = 105,3 кг/кмоль

R – кратность орошения

Принимаем R = 3

= кмоль/ч

Молярный расход водяного пара:

=272249,7·0,02 + 70158,8·0,01 + 77890,6·0,01 = 6925,49кг/ч

кмоль/ч

Мольная доля фракции в парах:

Парциальное давление фракции в парах: Р = 146,3·0,73= 106,8кПа

Определяем температуру верха колонны по уравнению изотермы паровой фазы:

, где

- мольная доля i-го компонента в смеси;

- константа фазового равновесия i-го компонента.

Фракцию 85 – 120⁰С, которая выходит сверху колонны, разбиваем на составляющие:

Таблица 7.4.1.

Фракция	Массовая доля компонента,	tср.мол, 0С	М, кг/кмоль	Мольная доля компонента,	Рнi, кПа	Кi=Рнi/Р
85 -105	0,42	95,0	97,53	0,45	172,1	1,61
105- 140	0,58	122,5	111,76	0,55	82,6	0,77

t_ср.мол - среднемолярная температура кипения фракции, ⁰С

М – средняя молярная масса фракции, кг/кмоль

Р_нi - давление насыщенных паров, кПа

Для того, чтобы перевести массовые проценты в мольные в данном случае необходимо определить средние молярные массы фракций:

Результаты расчета заносим в таблицу.

Принимаем температуру верха колонны Т = 115⁰С и по формуле Ашворта находим давление насыщенных паров каждой фракции при этой температуре [10]:

, где

f(T) – функция температуры, при которой определяется давление насыщенных паров К;

f(T₀) – функция средней температуры кипения фракции К;

- давление насыщенных паров, Па

Из [10] находим значения этих функций:

f(95)=5,728; f(122,5)=5,050.

Результаты расчета давления насыщенных паров фракций заносим в таблицу 26.

Находим константу К для каждой фракции:

(15)

Результаты расчета заносим в таблицу 26.

Проверяем, удовлетворяет ли принятая температура условию, при котором

В нашем случае погрешность составляет 0,6%. Т.к. допускается погрешность 5%, температура подобрана верно и равна 115⁰С.

7.5 Температура вывода боковых продуктов

Принимаем, что массовое соотношение между жидкостью, отбираемой с тарелки, и жидкостью, стекающей с тарелки, равно 1:1, т.е. кратность внутреннего орошения равна 1. Поэтому можно принять, что расход паров в этом сечении будет вдвое больше потенциального содержания в нефти данной фракции.

Определяем температуры вывода боковых продуктов по уравнению изотермы жидкой фазы:

(16), где

- мольная доля i-го компонента в смеси;

- константа фазового равновесия i-го компонента.

7.5.1 Температура вывода фракции 140-240⁰С

Через сечение колонны в зоне вывода фракции 140-240⁰С проходят пары фракции 85 – 140⁰С( = 263,5 кмоль/ч – потенциальное содержание), пары фракции 140-240⁰С и водяной пар(кроме пара, подаваемого в стриппинг К-2/1).

Молярный расход паров фракции 140-240⁰С:

кмоль/ч

Молярный расход водяного пара: кмоль/ч

Мольная доля фракции в парах:

Парциальное давление фракции в парах: Р = 152,8·0,6 = 91,68 кПа

Фракцию 140 – 240⁰С разбиваем на составляющие:

Таблица 7.5.1.

Фракция, 0С	Массовая доля компонента,	tср.мол, 0С	М, кг/кмоль	Мольная доля компонента,	Рнi, кПа	Кi=Рнi/Р
140 – 180	0,42		133,6	0,47	145,4	1,59
180 – 240	0,58		167,1	0,53	41,0	0,45

Принимаем температуру вывода фракции 140-240⁰С Т = 175⁰С и по формуле Ашворта находим давление насыщенных паров каждой фракции при этой температуре [8]

Из [9] находим значения функций:

f(160)=4,3; f(210)=3,5.

Результаты расчета давления насыщенных паров фракций заносим в таблицу 7.5.1.

Находим константу К для каждой фракции:

Результаты расчета заносим в таблицу 7.5.1.

Проверяем, удовлетворяет ли принятая температура условию, при котором

Т.к. допускается погрешность 5%, температура подобрана верно и равна 175⁰С.

7.5.2 Температура вывода фракции 240-360⁰С

Через сечение колонны в зоне вывода фракции 240-360⁰С проходят пары фракции 85 – 140⁰С( = 263,5 кмоль/ч – потенциальное содержание), пары фракции 140-240⁰С( = 464,6 кмоль/ч – потенциальное содержание), пары фракции 240-360⁰С и водяной пар(кроме пара, подаваемого в стриппинги К-2/1 и К-2/2).

Молярный расход паров фракции 240-360⁰С:

кмоль/ч

Молярный расход водяного пара: кмоль/ч

Мольная доля фракции в парах:

Парциальное давление фракции в парах: Р = 157,8·0,25 = 39,5кПа

Фракцию 240 – 360⁰С разбиваем на составляющие:

Таблица 7.5.2.

Фракция, 0С	Массовая доля компонента,	tср.мол, 0С	М, кг/кмоль	Мольная доля компонента,	Рнi, кПа	Кi=Рнi/Р
240 – 300	0,58		213,9	0,63	53,2	1,35
300 – 360	0,42		267,9	0,37	14,6	0,37

Принимаем температуру вывода фракции 240-360⁰С Т = 245⁰С и по формуле Ашворта находим давление насыщенных паров каждой фракции при этой температуре [8]

Из [9] находим значения функций:

f(270)=2,8; f(330)=2,3;

Результаты расчета давления насыщенных паров фракций заносим в таблицу 7.5.2.

Находим константу К для каждой фракции:

Проверяем, удовлетворяет ли принятая температура условию, при котором

Т.к. допускается погрешность 5%, температура подобрана верно и равна 245⁰С.

7.6 Температура низа колонны

Температуру низа колонны принимаем на 20⁰С ниже температуры ввода сырья и равной 330⁰С.

7.7 Температуры выводов и вводов циркуляционных орошений

Принимаем, что циркуляционные орошения выводятся на три тарелки ниже тарелки отбора боковых фракций. На этих тарелках градиент температур максимальный. Принимаем температуры вывода циркуляционных орошений на 20 выше температур вывода дистиллятных фракций. Охлаждаем циркуляционные орошения на 90-100⁰С.

7.7.1 СЦО-1 К-2

- вывод: 175 + 20 = 195

- ввод: 100⁰С

7.7.2 НЦО К-2

- вывод: 245 + 20 = 265

- ввод: 170⁰С

7.7.3 Острое орошение

Вывод: 115⁰С.

Ввод: 40⁰С.

7.8 Тепловой баланс колонны

На основе материального баланса, приведенного в подразделе 5.2, рассчитаем тепловой баланс, а расчёты сведём в таблицы. Тепловой баланс учитывает всё количество тепла вносимого в колонну и выносимого из неё. Согласно закону сохранения энергии, тогда можно написать (без учёта потерь тепла в окружающую среду): .

Колонну разбиваем на три контура (А,Б,В), далее составляем тепловой баланс по контурам как это описано в [11]. Схема контуров представлена на рисунке 3.

При определении температур вывода боковых погонов, а также верхнего и нижнего продуктов были определены их молярные массы. Заносим основные данные в таблицу 30.

Таблица 30 — молярные массы и относительные плотности продуктов

Продукт	Мoлярная масса Мi, кг/кмоль	Относительная плотность,
85-1400С	105,3	0,725
140-2400С	151,4	0,797
240-3600С	233,9	0,866
Отбензиненная нефть	-	0,822
Мазут(>3600С)	-	0,900

. Относительная плотность в таблице рассчитана по формуле Крэга исходя из молярной массы продукта [10]: (17)

Энтальпии продуктов рассчитывались:

—для жидких продуктов по формуле Крэга

(18), где

а = (0,0017·Т² + 0,762·Т – 334,25) – определяем по таблице

Т – среднемолярная температура кипения фракции, К

—для паров по формуле Уира и Иттона

(19), где

b = (129,58 + 0,134·Т + 0,00059·Т²) - определяем по таблице

Расчёт теплового баланса проводим по контурам.

Схема контуров колонны К-2 представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема контуров колонны К-2

Результаты расчётов заносим в таблицы 30-33.

Таблица 30 — Тепловой баланс контура «А»

Разность между теплом входящим в контур «А» и выходящим из него, составляет:

ΔQА = 295,9·10⁶- 235,9·10⁶= 60·10⁶ кДж/ч.

Определим расход нижнего циркуляционного орошения (НЦО) из уравнения

(20), где

- количество теплоты, снимаемой циркуляционным орошением, кВт;

- энтальпия циркуляционного орошения на выводе из колонны и на входе в колонну, соответственно, кДж/кг.

кг/ч

Кратность орошения:

R =

Таблица 31 — Тепловой баланс контура «Б»

Разность между теплом входящим в контур «Б» и выходящим из него, составляет:

ΔQБ = 162,2·10⁶- 127,4·10⁶= 34,8·10⁶ кДж/ч.

Определим расход среднего циркуляционного орошения (СЦО-2) из уравнения

где

- количество теплоты, снимаемой циркуляционным орошением, кВт;

- энтальпия циркуляционного орошения на выводе из колонны и на входе в колонну, соответственно, кДж/кг.

кг/ч

Кратность орошения:

R =

Таблица 32 — Тепловой баланс контура «В»

Разность между теплом входящим в контур «В» и выходящим из него, составляет:

ΔQВ = 87,2·10⁶- 62,0·10⁶= 25,2·10⁶ кДж/ч.

Определим расход среднего циркуляционного орошения (СЦО-1) из уравнения

где

- количество теплоты, снимаемой циркуляционным орошением, кВт;

- энтальпия циркуляционного орошения на выводе из колонны и на входе в колонну, соответственно, кДж/кг.

кг/ч

Кратность орошения:

R =

Поиск по сайту: