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_280-350  2 = 15,9  2 = 31,8 кг.

Расход флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-280 ºС:

= g_230-280  2 = 11,2  2 = 22,4 кг.

Расход флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-230 ºС:

= g_180-230  2 = 9,9  2 = 19,8 кг.

Расход флегмы вверху колонны:

= g_100-180  2 = 13,8  2 = 27,6 кг.

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 (е_т) будет следующей (см. табл. 6.5):

е_т =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:

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 - нефть на узкие фракции (можно на 50-градусные). Чем больше узких фракций, тем точнее будет расчет.

При принятом давлении задаемся температурой нагрева нефти и методом подбора находим молярную долю (е_р), при которой соблюдаются равенства. Принимаем температуру нагрева 351 °С.

,

,

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

,

где - 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

,

где Рi - 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 - _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 = 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).

M_i - молярная масса компонента сырья (колонка 5).

Nс = 0,417 (колонка 6).

Мс = 100 / 0,417 = 239,8.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАССЧЕТА ДОЛИ ОТГОНА:

Наименование	Молярные концентрации	Константы фазового равновесия
Фракция 100-150 ºС	0,2254	21,9388
Фракция 150-200 ºС	0,1847	10,4592
Фракция 200-250 ºС	0,1463	4,6939
Фракция 250-300 ºС	0,1055	2,1939
Фракция 300-350 ºС	0,0887	0,8929
Фракция 350-400 ºС	0,0528	0,3469
Фракция 400-450 ºС	0,0504	0,1276
Фракция 450-500 ºС	0,0431	0,0357
Фракция выше 500 ºС	0,1031	0,0000
Сумма молярных долей	1,0000	-

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НА ПЭВМ:

Молярная доля отгона е_р = 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.

Таблица 6.6

Определение молярной доли отгона отбензиненной нефти

На выходе в колонну в при температуре 351 ºС и давлении 0,196 МПа

№ п/п	Пределы выкипания фракции, ºС	Выход фракции (фактический) на сырье установки, %мас.	Выход фракции на сырье колонны (Gi), %мас.	Мi	кмоль/ч
1	2	3	4	5	6	7
1	100-150	8,7	9,7	103	0,094	0,2254
2	150-200	9,5	10,6	138	0,077	0,1847
3	200-250	9,5	10,6	175	0,061	0,1463
4	250-300	8,9	10	225	0,044	0,1055
5	300-350	8,8	9,9	269	0,037	0,0887
6	350-400	6,1	6,8	305	0,022	0,0528
7	400-450	6,2	7	335	0,021	0,0504
8	450-500	6,1	6,8	368	0,018	0,0431
9	Более 500	25,5	28,6	658	0,043	0,1031
Итого	-	89,3	100	-	0,417	1

Продолжение таблицы 6.6

№ п/п	Средняя температура кипения фракции, ºС	Давление насыщенных паров фракции при 351 ºС, МПа(Pi)
1	8	9	10	11	12	13
1	125	4,3	21,9388	20,9388	15,3182	16,3182
2	175	2,05	10,4592	9,4592	6,9201	7,9201
3	224	0,92	4,6939	3,6939	2,7023	3,7023
4	275	0,43	2,1939	1,1939	0,8734	1,8734
5	325	0,175	0,8929	-0,1071	-0,0784	0,9216
6	374	0,068	0,3469	-0,6531	-0,4778	0,5222
7	425	0,025	0,1276	-0,8724	-0,6383	0,3617
8	474	0,007	0,0357	-0,9643	-0,7054	0,2946
9	637	0	0,0000	-1,0000	-0,7316	0,2684
Итого	-	-	-	-	-	-

Продолжение таблицы 6.6

№ п/п
1	14	15	16	17	18
1	0,0138	0,3030	31,2	0,187	1,4
2	0,0233	0,2439	33,7	0,202	3,2
3	0,0395	0,1855	32,5	0,195	6,9
4	0,0563	0,1235	27,8	0,167	12,7
5	0,0962	0,0859	23,1	0,139	25,9
6	0,1011	0,0351	10,7	0,064	30,8
7	0,1393	0,0178	6,0	0,036	46,7
8	0,1463	0,0052	1,9	0,012	53,8
9	0,3841	0,0000	0,0	0,000	252,7
Итого	1	1	166,8	1	434,2

Окончание таблицы 6.6

№ п/п
1	19	20	21	22	23	24
1	0,003	0,097	0,729	0,004	0,257	0,133
2	0,007	0,107	0,771	0,010	0,262	0,139
3	0,016	0,107	0,808	0,020	0,241	0,133
4	0,029	0,099	0,835	0,035	0,200	0,119
5	0,060	0,100	0,861	0,069	0,161	0,116
6	0,071	0,067	0,885	0,080	0,072	0,076
7	0,107	0,071	0,899	0,120	0,040	0,079
8	0,124	0,066	0,911	0,136	0,013	0,073
9	0,582	0,284	0,962	0,605	0,000	0,296
Итого	1	1	-	1,079	1,244	1,164

Определение давления насыщенных паров фракций

Рис. 6.4.

Массовая доля отгона () сырья основной колонны, полученная в результате расчета, должна быть несколько больше или равна теоретической доле отгона. В нашем примере=0,508, а=0,509.

Массовая доля отгона () сырья основной колонны, полученная в результате расчета, несколько больше теоретической доли отгонаСледовательно, температуру нагрева сырья на входе в колонну определили верно.

Проверку правильности расчета проводим, определяя плотность сырья колонны из соотношения

где

Определим плотность сырья по данным табл. 6.7 (колонка 24):

.

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