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 долей отгона (теоретической) нефти понимают сумму светлых в долях от единицы, которую определяют из материального баланса колонны.

В нашем примере теоретическая доля отгона (е_т) будет следующей (см. табл. 6.5):

е_т = 0,174 + 0,115 + 0,141 + 0,126 = 0,556.

В результате расчета необходимо определить температуру нагрева нефти, которая должна обеспечить величину фактической доли отгона равной или на 0,001 - 0,003 больше теоретической.

Температура нагрева нефти в печи перед колонной К-2 находится в пределах 340-360⁰С. 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 данном случае расчетное давление принимаем следующим:

Р_р = Р_вход + 0,03 = 0,166+0,03=0,196 МПа.

Для удобства продолжаем вести расчет на 100 кг сырья.

Разбиваем сырье колонны - отбензиненную нефть (или нефть) на узкие фракции (на 50-градусные). Чем больше узких фракций, тем точнее будет расчет.

При принятом давлении задаемся температурой нагрева нефти 340⁰С и методом подбора с использованием ПЭВМ находим молярную долю (е_р), при которой соблюдаются равенства

,

,

где х_i - молярная концентрация компонентов жидкой фазы;

у_i - молярная концентрация компонентов паровой фазы;

a_i - молярная концентрация компонентов сырья;

е_р - молярная доля отгона;

К_i - константа фазового равновесия.

Зная молярную долю отгона рассчитываем массовую долю отгона из соотношения

,

где - массовая доля отгона (расчетная);

М_у - молярная масса паровой фазы;

М_с - молярная масса сырья.

Расчет доли отгона оформим в виде табл. 6.6. Пояснения к колонкам табл. 6.6.:

1 - Номер фракции.

2 - Пределы выкипания фракций, ^оС.

3 - Выход фракций (фактический) на сырье установки, % масс.

Фактический выход фракции на сырье установки рекомендуется определять по кривой фактического отбора (см. рис. 6.1).

4 - Выход фракций на сырье колонны, % масс. (G_i).

5 - Молярная масса фракции (М_i).

6 - Количество вещества фракций, кмоль/ч (N_i=G_i/M_i).

7 - Молярные концентрации компонентов сырья колонны (a_i = N_i/SN_i).

8 - Средняя температура кипения фракции, ^оС.

За среднюю температуру кипения фракции принимаем ее температуру 50 % выкипания по кривой ИТК (рис. 6.1).

9 - Давление насыщенных паров (ДНП) фракции, МПа (Р_i).

Давление насыщенных паров фракции определяем по сетке Максвелла в зависимости от средней температуры кипения фракции и принятой температуры сырья на входе в колонну.

10 - Константа фазового равновесия (К_i).

Константу фазового равновесия определяют из соотношения

,

где Р_i - давление насыщенных паров фракции, МПа.

Р_р - общее давление (расчетное), МПа.

11 - (Кi - 1). 12 - [ер× (Кi - 1)]. 13 - [1 + ер× (Кi - 1)].

Колонки 11-13 не заполняют при расчете на ПЭВМ.

14 - .

15 - [y_i = K_i×х_i].

16 - [M_i×y_i]; M_i = - молярная масса паровой фазы.

17 - - массовая концентрация компонентов паровой фазы.

18 - [M_i×Х_i]; M_i = - молярная масса жидкой фазы.

19 - - массовая концентрация компонентов жидкой фазы.

20 - - массовая концентрация компонентов сырья.

21 - r_i - плотность фракций, г/см³.

22 - ; - величина объемов единицы массы жидкой фазы;

23 - ; - величина объемов единицы массы паровой фазы;

24 - ; - величина объемов единицы массы сырья.

Знание величин объемов единицы жидкости, паров и сырья позволяет определить их плотности из соотношений:

; ; .

Молярную массу сырья находят по формуле

М_С = G_C/N_C,

где G_С - расход сырья (отбензиненной нефти) в колонну, кг (колонка 4);

N_С - число молей сырья (колонка 6).

N_С = G_i/M_i),

где G_i - расход компонента (фракции) сырья, кг; в нашем примере G_i = 100 кг (колонка 4).

M_i - молярная масса компонента сырья (колонка 5).

N_С = 0,431 (колонка 6).

М_С = 100 / 0,431 = 232,21.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАССЧЕТА ДОЛИ ОТГОНА:

Молярные концентрации	Константы фазового равновесия
0,193000	18,878000
0,186000	7,653000
0,156000	3,776000
0,135000	1,786000
0,076000	0,816000
0,066000	0,293000
0,056000	0,102000
0,026000	0,048000
0,105000	0,014000
1,000000	–

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НА ПЭВМ

Молярная доля отгона е = 0,714056 при 345^оС и 0,196 МПа.

СОСТАВ ФАЗ

Номер компонента	Жидкая фаза	Газовая фаза
	0,0140	0,2644
	0,0323	0,2471
	0,0524	0,1979
	0,0867	0,1548
	0,0880	0,0718
	0,1332	0,0391
	0,1568	0,0160
	0,0811	0,0039
	0,3557	0,0049
Сумма молярных долей
	1,0000	1,0000

Таблица 6.6.

Определение молярной доли отгона отбензиненной нефти

на входе в колонну при температуре 345^оС и давлении 0,196 МПа

доля отгона е_р= 0,714056

№ п/п	Пределы выкипания фракции,0С	Выход фракций (фактический) на сырье установки, % масс.	Выход фракций на сырье колонны (Gi), % масс.	Мi	, кмоль/ч		Средняя температура кипения, оС	Давление насыщенных паров фракции при 355оС, МПа (Рi)		Кi-1
1.	105-150	8,4	9,88		0,083	0,193		3,7	18,878	17,878
2.	150-200	10,4	12,24		0,080	0,186		1,5	7,653	6,653
3.	200-250	10,7	12,59		0,067	0,156		0,74	3,776	2,776
4.	250-300	10,5	12,35		0,058	0,135		0,35	1,786	0,786
5.	300-350	7,5	8,82		0,033	0,076		0,160	0,816	-0,184
6.	350-400	7,8	9,18		0,028	0,066		0,058	0,293	-0,707
7.	400-450	7,7	9,06		0,024	0,056		0,020	0,102	-0,898
8.	450-475	3,9	4,59		0,011	0,026		0,0095	0,048	-0,952
9.	>475	18,1	21,29		0,045	0,105		0,0027	0,014	-0,986
Итого	-		100,00		0,431

Продолжение таблицы 6.6.

№ п/п	eр × (Ki-1)	1+eр × (Ki-1)		уi=Ki×хi	Mi×yi		Mi×хi
1.	12,766	13,766	0,0140	0,2644	31,5	0,1740	1,7	0,0046
2.	4,751	5,751	0,0323	0,2471	37,8	0,2090	4,9	0,0137
3.	1,982	2,982	0,0524	0,1979	37,0	0,2046	9,8	0,0272
4.	0,561	1,561	0,0867	0,1548	32,8	0,1814	18,4	0,0510
5.	-0,131	0,869	0,0880	0,0718	19,3	0,1064	23,6	0,0654
6.	-0,505	0,495	0,1332	0,0391	12,6	0,0698	43,0	0,1193
7.	-0,641	0,359	0,1568	0,0160	6,0	0,0331	58,6	0,1627
8.	-0,679	0,321	0,0811	0,0039	1,6	0,0089	33,2	0,0922
9.	-0,704	0,296	0,3557	0,0049	2,3	0,0127	167,2	0,4638
Итого			1,0000	1,0000	180,9	1,0000	360,4	1,0000

Продолжение таблицы 6.6.

№ п/п		ri				Паровая фаза	Жидкая фаза
кмоль	кг	кмоль	кг
1.	0,0988	0,7420	0,0062	0,2345	0,1332	0,0813	9,68	0,0017	0,21
2.	0,1224	0,7800	0,0176	0,2680	0,1569	0,0760	11,63	0,0040	0,61
3.	0,1259	0,8080	0,0337	0,2533	0,1558	0,0609	11,38	0,0065	1,21
4.	0,1235	0,8270	0,0616	0,2194	0,1494	0,0476	10,09	0,0107	2,26
5.	0,0882	0,8470	0,0772	0,1257	0,1042	0,0221	5,92	0,0108	2,90
6.	0,0918	0,8680	0,1375	0,0804	0,1057	0,0120	3,88	0,0164	5,30
7.	0,0906	0,8760	0,1857	0,0378	0,1034	0,0049	1,84	0,0193	7,22
8.	0,0459	0,8980	0,1027	0,0099	0,0511	0,0012	0,50	0,0100	4,09
9.	0,2129	0,9190	0,5047	0,0139	0,2317	0,0015	0,71	0,0438	20,59
Итого	1,0000		1,1270	1,2427	1,1913	0,3075	55,62	0,1231	44,38

Определяем массовую долю отгона отбензиненной нефти - сырья колонны К-2 при температуре 345^оС и давлении 0,196 МПа.

= 0,714056× (180,9 / 232,21) = 0,556.

Массовая доля отгона ( ) сырья основной колонны, полученная в результате расчета, должна быть несколько больше или равна теоретической доле отгона . В данном примере =0,556, а =0,556. Следовательно температуру нагрева сырья на входе в колонну определили верно.

Проверку правильности расчета проводим, определяя плотность сырья колонны из соотношения

,

где = = 0,8047;

= = 0,8873.

= 0,8394.

Определим плотность сырья по данным табл. 12.6 (колонка 24):

= = 0,8394.

Полученное значение плотности сырья колонны и определенное ранее значение должны совпадать. В данном примере они совпадают.