Порядок расчета

1 Материальный баланс колонны К-1

Таблица 3 – Материальный баланс колонны К-1

Наименование продукта	Выход, % ,масс.	Производительность, G
		кг/ч	кг/с
Приход 1 Обессоленная и обезвоженная нефть	100,00
Итого	100,00
Расход 1 Углеводородный газ 2 Бензиновая фр (НК-85) 0С 3 Полуотбензиненая нефть
Итого	100,00

2 Выбор давления в колонне К-1

Определяем давление вверху колонны К-1 П_верх МПа, по формуле

π _верх = πi – n Δ π,

где π i – давление питательной секции колонны, МПа;

n – число тарелок от питательной секции до места вывода фракции;

Δ π – гидравлическое сопротивление тарелки, МПа (определяется по таблице 11.7 И.А. Александров с. 109)

3 Определение температурного режима колонны К-1

Строим ИТК нефти на основании данных разгонки нефти

Определяем по кривой ИТК нефти температуры выкипания 10%, 50%, 70%

Определяем угол наклона кривой ИТК по формуле

А = ,

где t_70%- температура выкипания 70% отгона по ИТК;

t_10%- температура выкипания 10% отгона по ИТК.

Определяем по графику Обрядчикова и Смидович

0% Отгона по ои

100% Отгона по ои

Строим ОИ нефти при 0,1 МПа

Определяем температуру, которая соответствует точки пересечения ИТК и ОИ при 0,1 МПа

Определяем по графику Кокса температуру при заданном давлении в питательной секции π = 0,3 МПа (2251 мм.рт.ст)

Определяем долю отгона l при температуре ввода сырья

Определяем по кривой ИТК температуры выкипания 10%, 50%, 70% фракции (НК-85) ⁰С.

Строим ИТК фракции (НК-85) ⁰С

Таблица 4 – Данные ИТК фракции (НК-85) ⁰С

Пределы выкипания узких фракций, 0С	Выход, % масс.
	на нефть	на фракцию	суммарный
НК-62 62-70 70-85	2,93 0,82 1,38
Итого	5,13	100,0

Определяем угол наклона кривой ИТК по формуле

А= ,

где t_70%- температура выкипания 70% отгона по ИТК;

t_10%- температура выкипания 10% отгона по ИТК.

Определяем по графику Обрядчикова и Смидович

0% Отгона по ои

100% Отгона по ои

Строим ОИ фракции (НК-85) ⁰С при 0,1 МПа.

Определяем температуру, которая соответствует точке пересечения кривой ИТК и ОИ при 0,1 МПа.

Определяем парциальное давление верха колонны р_верх, МПа, по формуле

где π_верх- давление верха колонны К-1, МПа;

G_б- массовый расход фракции (НК-85) ⁰С, кг/с;

G_о.ор.- массовый расход острого орошения, кг/ с;

G_г- массовый расход углеводородного газа, кг/с;

М_б- молекулярная масса фракции (НК-85) ⁰С;

Мг- молекулярная масса углеводородного газа.

Определяем массовый расход острого орошения G_о.ор,кг/с по формуле

G_о.ор = G_б .N,

где G_б - массовый расход фракции (НК-85) ⁰С, кг/с;

N – флегмовое число (принимается равной 2-4), принимаем 2.

Определяем молекулярную массу фракции (НК-85) ⁰С М_б, по формуле Войнова

М_б = 60+03 t_ср +0,001 ,

где t_ср – средняя температура кипения фракции (НК-85) ⁰С, ⁰С

Определяем среднюю температуру кипения фракции (НК-85) ⁰С t_ср, ⁰С, по формуле

где t_н.к,t_к.к. – температура начала и конца кипения фракции (НК-85) ⁰С, ⁰С

Определяем молекулярную массу углеводородного газа М_г

Таблица 5 – Пересчет состава углеводородного газа в массовые %

Компоненты	Молекулярная масса	Мольная (объемная)доля, уi	Мi·yi	Массовая доля,
H2S CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 n C4H10 nC5H12 iC5H12 С6Н14	34 16 30 44 58 58 72 72 86
		1,000		1,000

Определяем по графику Кокса температуру при парциальном давлении верха колонны К-1 р_верх, МПа

4. Тепловой баланс колонны К-1

Определяем приход тепла с паровой частью сырья Q₁, кВт, по формуле

Q₁ = G · I_tн · е,

где G – массовый расход обессоленной и обезвоженной нефти, кг/с;

I_tн– энтальпия паров обессоленной и обезвоженной нефти при температуре ввода сырья, кДж/кг;

е – доля отдогона.

Определяем относительную плотность нефти по формуле

= + 5 α,

где - относительная плотность нефти;

α – поправочный коэффициент (определяется по приложению 1 А.Г. Сарданашвили, с.214)

Определяем энтальпию нефти и отдельных фракций I (i), кДж/кг, по формуле

I (i) = ,

где I(i) max – максимальное значение энтальпии нефти при меньшей плотности, кДж/кг;

I(i) min – минимальное значение энтальпии нефти при большей плотности, кДж/кг;

Δ – разность плотностей

Определяем энтальпию паров обессоленной и обезвоженной нефти I_tн,кДж/кг

Определяем приход тепла с жидкой частью сырья Q₂, кВт, по формуле

Q₂ = G ∙ i_tн (1-е),

где G – массовый расход обессоленной и обезвоженной нефти, кг/с;

i_tн – энтальпия обессоленной и обезвоженной нефти при температуре ввода сырья, кДж/кг;

е – доля отдогона.

Определяем энтальпию жидкой обессоленной и обезвоженной нефти i _tн, кДж/кг

Определяем приход тепла с острым орошением Q_о.ор, кВт, по формуле

Q_о.ор = G_о.ор i _{t о.ор} ,

где G_о.ор массовый расход острого орошения, кг/с;

i _{t о.ор} – энтальпия острого орошения, принимаем температуру острого орошения 40⁰С,кДж/кг.

Определяем энтальпию острого орошения i _{t о.ор}, кДж/кг

Определяем общий приход тепла в колонну Q_прих, кВт, по формуле

Q_прих = Q₁ + Q₂ + Q_о.ор.,

Определяем расход тепла с дистиллятом Q₃, кВт, по формуле

Q₃ = G_б·I_tД,

где G_б – массовый расход бензиновой фракции (нк-85)⁰С,кг/с;

I_tД- энтальпия фракции (нк-85)⁰С при температуре верха колонны К-1, кДж/кг.

Определяем относительную плотность фракции (нк-85)⁰С по формуле

= + 5 α,

где - относительная плотность фракции (нк-85)⁰С ( = 0,700);

α – поправочный коэффициент.

∙

Определяем энтальпию фракции (нк-85)⁰С I_tД, кДж/кг

Определяем расход тепла с углеводородным газом Q₄, кВт, по формуле

Q₄= G_у/г·I_у/г ,

где G_у/г- массовый расход углеводородного газа, кг/с;

I_у/г - энтальпия углеводородного газа при температуре верха колонны К-1, кДж/кг.

Таблица 6 – Энтальпия углеводородного газа

Компоненты	Массовая доля, хi	Теплосодержание I, кДж/кг	I · хi
H2S CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 nC4H10 nC5H12 i C5H12 C6H14
Итого	1,000

(По приложению 1 определяем теплосодержание компонентов, кДж/кг)

Определяем расход тепла с полуотбензиненной нефтью Q₅,кВт по формуле

Q₅= G _п.он∙i_{t п.он},

где G _п.он – массовый расход полуотбензиненной нефти, кг/с;

i_{t п.он}- энтальпия полуотбензиненной нефти при температуре низа колонны, кДж/кг.

Принимаем температуру низа колонны К-1 260⁰С .

Определяем относительную плотность по формуле

= + 5 α,

где - относительная плотность ( = 0,872);

α – поправочный коэффициент.

Определяем энтальпию полуотбензиненной нефти i_tп.он, кДж/кг

Определяем расход тепла с острым орошением Q₆,кВт, по формуле

Q₆= G_о.ор. I_tо.ор.,

где G _о.ор – массовый расход острого орошения, кг/с;

I_tо.ор.- энтальпия острого орошения при температуре верха колонны, кДж/кг (I_tо.ор = I_tд).

Определяем общий расход тепла Q_расх, кВт, по формуле

Q_расх = Q₃+ Q₄ +Q₅ +Q₆

Определяем приход тепла вносимой горячей струей Q₇, кВт, по формуле

Q₇ = Q_расх – Q_прих

Результаты расчета сводим в таблицу

Таблица 7 – Тепловой баланс колонны К-1

Наименование	Расход потока G, кг/с	Темпера- тура Т,К	Плотность	Энталь- пия I(i) кДж/кг		Количество теплоты Q,кВт
Приход 1 С сырьем 1.1 в паровой фазе 1.2 в жидкой фазе
Продолжение таблицы 7
Наименование	Расход потока G, кг/с	Темпера- тура Т,К	Плотность	Энталь- пия I(i) кДж/кг	Количество теплоты Q,кВт
2С острым орошением 3 С «горячей струей»
Итого
Расход 1с углеводородным газом 2 с бензиновой фракцией (нк-85)0С 3 с полуотбензиненной нефтью 4 с острым орошением
Итого

5 Расчет основных конструктивных размеров колонны К-1

Определяем диаметр колонны К-1 питательной секции D, м, по формуле

D = 1,128 ,

где V_с- объем сырья, м³/с;

W – допустимая скорость паров, м/с.

Определяем объем паров, проходящих через поперечное сечение аппарата в единицу времени V_с, м³/с, по формуле

V_с = 22,4 ,

где G₀- количество паровой фазы сырья, кг/с;

G₂ – количество паров, поступающих в питательную секцию с верхней тарелки отгонной части, кг/с;

M- молекулярная масса нефти;

π ₀- атмосферное давление, МПа;

π- давление питательной секции колонны, МПа.

t – температура ввода сырья, ⁰С.

Определяем молекулярную массу нефти М, по формуле Крэга

М = ,

где - относительная плотность нефти

Определяем количество паровой фазы сырья G₀, кг/с, по формуле

G₀= G₀∙е,

где G₀- массовый расход обессоленной и обезвоженной нефти, кг/с;

е – доля отгона

Определяем количество паров, поступающих в питательную секцию с верхней тарелки отгонной части G₂, кг/с, по формуле

G₂= g_о+g₂ – R,

где g_о- количество жидкой фазы сырья, кг/с;

g₂ – количество флегмы, стекающей с нижней тарелки концентрационной части, кг/с;

R – количество остатка, кг/с.

Принимаем количество флегмы по высоте колонны постоянным

g₂ = g₁

Определяем количество жидкости, стекающей с верхней тарелки концентрационной части g₁,кг/с, по формуле

g₁= ,

где Q_д – количество тепла, снимаемое дистиллятом, кВт;

I_tд – энтальпия паров фракции (НК-85)⁰С при температуре верха колонны, кДж/кг;

i_tд - энтальпия жидкости фракции (НК-85)⁰С при температуре верха колонны, кДж/кг.

Определяем скорость паров W, м/с, по формуле

W = ,

где К – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации (определяется по рис. 21 А.Г. Сарданашвили, с. 55);

ρ_ж – плотность обессоленной и обезвоженной нефти при температуре ввода, кг/м3;

ρ_п – плотность паров, кг/м³.

Определяем плотность обессоленной о обезвоженной нефти при температуре ввода , кг/м³, по формуле

= ,

где – относительная плотность нефти;

Т – температура ввода сырья, К.

Определяем плотность паров ρ_п, кг/м³, по формуле

ρ_п = ,

где G_о – количество паровой фазы сырья, кг/с;

G₂ – количество паров, поступающих в питательную секцию с верхней тарелки отгонной части.

Определяем высоту колонны К1 Н,м, по формуле

Н = h₁+h₂+h₃+h₄+h₅+h₆,

где h₁ – расстояние от верхнего днища до верхней тарелки концентрационной части, м;

h₂ – высота, занимаемая тарелками концентрационной части, м;

h₃ – высота питательной секции, м;

h₄ – высота, занимаемая тарелками отгонной части, м;

h₅ – расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой отгонной части, м;

h₆ – высота юбки, м.

Определяем высоту от верхнего днища до верхней тарелки концентрационной части h₁ , м, по формуле

h₁ = 0,5 ∙ D + 0,2,

где D – диаметр верха колонны, м.

Определяем высоту, занимаемую тарелками концентрационной части h₂ , м, по формуле

h₂= (n_т.к - 1) ∙а,

где n_т.к – число тарелок в концентрационной части;

а – расстояние между тарелками, принимаем 0,6 м.

Определяем высоту питательной секции h₃, м, по формуле

h₃= 3 ∙ а

Определяем высоту, занимаемую тарелками отгонной части h₄, м, по формуле

h₄= (n_т.о - 1) ∙а,

где n_т.о – число тарелок отгонной части;

а – расстояние между тарелками, м.

Определяем высоту от нижнего днища до нижней тарелки отгонной части h₅, м, по формуле

h₅= ,

где R – массовый расход полуотбензиненной нефти , кг/с;

h _ж– запас жидкости (принимают, исходя из 5-10 – минутного запаса продукта внизу колонны, необходимо для нормальной работы насоса), принимаем 7 минутный запас, мин.;

D – диаметр колонны, м;

- плотность полуотбензиненной нефти при температуре низа колонны, кг/м³.

Определяем плотность полуотбензиненной нефти, , кг/м³, по формуле

= ,

где – относительная плотность полуотбензиненной нефти;

Т – температура ввода сырья, К.

Высоту юбки h₆, принимаем из практических данных 4 м.

13