Расчёт температурного режима колонны К-1

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Технологические параметры работы отбензинивающей колонны К-1: давление в колонне – 0,25 МПа, кратность орошения – 2. В колонне применяются колпачковые тарелки, расстояние между тарелками 1 м.

Температурный режим колонны определяется в местах подачи сырья, вывода верхнего дистиллята и остатка. Эти температуры зависят от состава сырья, качества получаемых продуктов, давления и других факторов.

Поскольку нефть и ее фракции представляют собой сложные многокомпонентные смеси, нахождение названных температур является

затруднительной задачей. Упрощенно температуры вывода верхнего продукта можем определить с помощью линий ОИ соответствующей фракции. Температура верха колонны соответствует 75% отгону дистиллята, так как в колонну не подается водяной пар.

Графический способ определения температуры верха колонны основан на использовании кривых истинных температур кипения (ИТК) и однократного испарения (ОИ) фракций, отбираемых сверху колонны.

Для построения линии ОИ используют метод Обрядчикова и Смидович.

Таблица 3.Материальный баланс отбензинивающей колонны K-1

Показатели	Пределы выкипания фракций,	Выход на нефть
% масс.	тыс. т/год	т/сутки	кг/час
Приход:
Нефть		100,00		18571,4
Расход:
Газ		3,0	195,0	557,1
Легкая бензиновая фракция	28-110	15,1	981,5	2804,3
Полуотбензиненная нефть	>110	81,9	5323,5	15210,0
Итого:		100,0	6500,0	18571,4

Для этого строят кривую ИТК легкой бензиновой фракции, пределы выкипания которой 28-110 (приложение В).

Таблица 4 Кривая ИТК бензиновой фракции 28-110 .

Фракция	Выход на нефть, % масс	Выход на фракцию, % масс
отдельная	суммарная	отдельная	суммарная
28–50	3,5	3,5	23,2	23,2
50–70	4,0	7,5	26,5	49,7
70–90	3,5	11,0	23,2	72,8
90–110	4,1	15,1	27,2	100,0

Построение линии ОИ (приложение В) сводится к следующему. Вначале определяют тангенс угла наклона кривой ИТК по формуле.

где t_70%и t_10%– температура отгона соответственно 70 и 10%-й фракции по кривой ИТК. Затем по ИТК находят температуру 50%-го отгона (t_50%=88 ). Далее, используя график Обрядчикова и Смидович, строят линию ОИ при атмосферном давлении. Так как отбензинивающая колонна работает под давлением 0,25 МПа, необходимо корректировать линию ОИ на соответствующее давление. Пересчет осуществляют по графику Кокса. Температура верха колонны, соответствующая 75% отгону дистиллята по кривой ОИ, составила 106 .

Более точные результаты получаются при аналитическом расчете температурного режима. При этом полагают, что парожидкостная система находится в состоянии равновесия, то есть для каждого компонента справедливо равенство y_i`=k_ix_i`.

Температуру потоков рассчитывают путем последовательного приближения до тех пор, пока не будут выполняться следующие равенства:для жидкого потока;

для парового потока;

Для парожидкостного потока с заданной молярной долей отгона e`

где и – молярная доля i -го компонента в жидкой и паровой фазе; – константа фазового равновесия.

Константа фазового равновесия определяется по формуле

где p_н_i – давление насыщенных паров компонента и P – давление колонне.

Чтобы найти температуру верха колонны аналитическим способом, будем рассматривать узкую фракцию как отдельный компонент и вести расчет для двухкомпонентной системы. Молярная доля низкокипящего компонента y`₁ = 0,95, следовательно, второго компонента y`₂ = 0,05.

Чтобы найти константы фазового равновесия k₁ и k₂, необходимо вначале определить давления насыщенных паров компонентов, используя формулу Ашворта.

где P_Hi – давление насыщенных паров при температуре T, Па; T₀–средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении, .

Функция температур выражается уравнением.

В качестве температур кипения компонентов принимают средние арифметические температуры начала и конца кипения фракций. Основным компонентом, уходящим сверху колонны, является фракция 28-110 . Зададимся температурой верха колонны 105 . Все расчеты сводят в таблицу 5.

Таблица 5. Расчёт температуры верха колонны.

Фракция	Средняя Температура кипения,	Температура верха колонны,	y_i`	P_Hi, кПа		y_i`/k_i
28-110	69,0	105,0	0,95	301,96	1,21	0,787
110-130	120,0		0,05	66,48	0,23	0,218
Итого 1,005

Равенство выполнено, следовательно, температура верха колонны подобрана верно и составляет 105 .

Температура низа колонны рассчитывается как температура кипения остатка. Расчёт ведётся путём подбора такой температуры, при которой уравнение изотермы жидкой фазы превращается в тождество

Молекулярный вес отдельных фракций Mi определяют с помощью кривых качества. Графики кривых качества северо-варьюганской нефти строятся по данным разгонки (ИТК) нефти и характеристике полученных фракций.

Количество вещества отдельной фракции:

Молярную долю i -го компонента в сырье можно вычислить по формуле:

Расчеты сводятся в таблицу 6.

Таблица 6. Расчёт температуры низа колонны.

Фракция	x_i	Mi, кг/кмоль	Ni, кмоль		t_cp,	t,	P_Hi, кПа
110-180	0,31		0,0025	0,496				2,00	0,99221
180-240	0,12		0,0007	0,143				0,52	0,00007
240-350	0,21		0,0009	0,178				0,07	0,00001
350-470	0,19		0,0005	0,106				0,01	0,00000
>470	0,17		0,0004	0,077
Итого	1,00		0,0050	1,000					0,992

Температура низа колонны K-1 равна 221 .

Температура ввода сырья в отбензинивающую колонну составляет 220 . При такой температуре сырьё находится в парожидкостном состоянии, поэтому необходимо определить долю отгона сырья. Расчет доли отгона производим по методу А.М. Трегубова. Для этого путём последовательного приближения подбираем такое значение мольной доли отгона сырья e`, при котором выполняется равенство;

Перерасчет молярной доли отгона e` в массовую e производят по формуле;

где – средняя молярная масса паровой фазы, кг/кмоль; - средняя молярная масса исходного сырья, кг/кмоль.

Составы жидкой (x_i) и паровой (y_i)фаз рассчитываем по уравнениям:

Зная, что , подставим в уравнение вместо константы фазового равновесия отношение и после преобразования получим;

Расчёт доли отгона сырья на входе в колонну К-1 приведён в таблицах 7, 7.1.

Таблица 7. Расчёт доли отгона сырья на входе в колонну К-1.

Фракция,	x_i	t ср,	P_Hi, кПа	ki	Mi,, кг/ кмоль	Ni, кмоль		e`
28-180	0,31		1048,61	4,194		30,387	0,545	0,49	0,891
180-240	0,12		126,76	0,507		7,181	0,129		0,086
240-350	0,21		17,66	0,071		8,916	0,160		0,021
350-470	0,19		3,50	0,014		5,412	0,097		0,003
>470	0,17					3,857	0,069
Итого	1,00					55,754	1,000		1,001

Таблица 7.1

Фракция							e
28-180	0,545	136,26	641,32	0,212	0,891	90,913	0,30
180-240	0,129	32,20	189,61	0,170	0,086	14,389
240-350	0,160	39,98	136,15	0,294	0,021	4,885
350-470	0,097	24,27	129,21	0,188	0,003	0,923
>470	0,069	17,30	127,50	0,136	0,000	0,000
Итого	1,000			0,999	1,001	111,110

Отклонение сумм молярных долей компонентов жидкого остатка и паровой фазы незначительно, поэтому можно считать, что расчеты доли отгона выполнены верно. Массовая доля отгона сырья на входе в колонну равна 0,30.

Повышение четкости разделения и поддержание необходимого теплового режима в колонне К-1 достигается подачей "горячей струи". Полуотбензиненная нефть забирается с низа К-1, проходит через печь П-1, где нагревается до температуры 350 , и возвращается вниз колонны К-1.

Расчёт доли отгона "горячей струи" проводится аналогично расчёту доли отгона сырья на входе в колонну К-1. Расчет приведен в таблицах 8 и 8.1.

Таблица 8. Расчёт доли отгона «горячей струи».

Фракция,	x_i	t ср,	P_Hi, кПа	ki	Mi,, кг/ кмоль	Ni, кмоль		e`
28-180	0,31		4198,04	16,792		30,387	0,545	0,83	0,649
180-240	0,12		1084,85	4,339		7,181	0,129		0,148
240-350	0,21		280,71	1,123		8,916	0,160		0,163
350-470	0,19		28,79	0,115		5,412	0,097		0,042
>470	0,17					3,857	0,069
Итого	1,00					55,754	1,000		1,002

Таблица 8.1

Фракция							e
28-180	0,545	136,26	3526,87	0,039	0,649	66,183	0,67
180-240	0,129	32,20	942,92	0,034	0,148	24,763
240-350	0,160	39,98	275,49	0,145	0,163	38,379
350-470	0,097	24,27	66,39	0,365	0,042	14,776
>470	0,069	17,30	42,50	0,407	0,000	0,000
Итого	1,000			0,990	1,002	144,101

Дата добавления: 2015-12-19; просмотров: 107; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!