ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ

КОЛОННЫ

Основные параметры технологического режима колонны – температура и давление. Давление в процессе ректификации существенно влияет не работу колонны. С увеличением давления ужесточается её температурный режим. С изменением давления в колонне изменяются и другие факторы, например относительная летучесть компонентов, производительность, размеры и др.

Ректификацию в атмосферных колоннах проводят при атмосферном давлении или при несколько более высоком (на величину гидравлических сопротивлений, которые преодолевает поток паров при движении по высоте колонны, шлемовым трубам, конденсатору – холодильнику и др.) и при повышенном. Повышать давление в колонне необходимо при разделении компонентов с низкими температурами кипения.

Для определения температурного режима ректификационных колонн необходимо иметь кривые истинных температур кипения (ИТК) и однократного испарения (ОИ) как для исходного сырья, так и для выходящих из колонны фракций.

Цель расчёта: рассчитать температурный режим, определить основные размеры колонны, размеры внутренних устройств, материальные и тепловые потоки в колонне.

Для расчета колонны необходимо располагать следующими данными

- производительность колонны;

- плотность сырья ;

- давление в колонне.

1 – сырьё; 2 – дистиллят; 3 – остаток.

Рисунок 1 – Эскиз ректификационной колонны

1 Определение температурного режима колонны

Для определения температурного режима колонны настоятельно рекомендуется использовать компьютерные программы (например, Microsoft Excel, либо MatCad), либо воспользоваться методом графической интерполяции.

1.1 Определить температуру ввода сырья

Сырье поступает в колонну в парожидкостном состоянии с заданной мольной долей отгона е. Температура потока определяется подбором температуры, при которой удовлетворяется следующее равенство:

, (1)

где - константа фазового равновесия; (2)

p_i – давление насыщенного пара компонента, МПа;

р – общее давление в колонне, МПа;

е – мольная доля отгона, принимается от 0 до 1;

x_i – массовая доля i – того компонента.

Молекулярную массу фракций определяем по формуле Войнова:

, (3)

где t_ср – средняя температура кипения фракции, ^оС.

Давление насыщенных паров определяется либо по графику Кокса – приложение 7 [1], либо по формуле Ашворта:

, (4)

где f(T) – функция температуры ввода сырья;

f(T_о) – функция от температуры кипения фракции.

Функцию f(T) можно отыскать в приложении 9 [1].

Для определения температуры ввода сырья при заданной доле отгона необходимо разбить исходную нефтяную фракцию на 3 – 6 более узких фракций. Для определения температуры ввода сырья при неизвестной доле отгона желательно подбирать температуру ввода сырья в диапазоне средних температур кипения дистиллята и остатка, долю отгона желательно принимать ближе к значению 0,5.

1.2 Определить температуру верха колонны

Температуру верха колонны подбирают таким образом, чтобы удовлетворялось равенство

, (5)

где y_i – массовая доля i – того компонента в паровой фазе;

k_i – константа фазового равновесия.

1.3 Определить температуру низа колонны

Температуру верха колонны подбирают таким образом, чтобы удовлетворялось равенство

, (6)

где x_i – массовая доля i – того компонента;

k_i – константа фазового равновесия.

2 Определение флегмового числа (кратности орошения)

Флегмовое число (кратность циркуляции), то есть отношение количества орошения, подаваемого в верхнюю часть колонны, к количеству дистиллята.

Флегмовое число можно принять исходя из практических данных по справочнику [2] таблица 5.13.

3 Определение теплового баланса колонны

Учитывается все тепло, вносимое в колонну и выносимое из нее. Согласно закону сохранения энергии, можно написать (без учета потерь тепла в окружающую среду)

, (7)

3.1 Определить тепло, вводимое в колонну сырьем, нагретым до t_ввода.

Сырье поступает в парожидкостном состоянии, тепло, вносимое в колонну равно

, (8)

где G_c – количество сырья, кг/ч;

– энтальпия паров нефтепродукта на входе, кДж/кг;

– энтальпия жидкости нефтепродукта на входе, кДж/кг;

– массовая доля отгона.

Энтальпия паров нефтепродукта определяется по одной из следующих формул:

, (9)

, (9.1)

где Т – температура паров, К;

- относительная плотность;

а – коэффициент, зависящий от температуры паров, его значение можно найти в приложении 21 [1].

Если плотность дана в , то для пересчета плотности можно воспользоваться формулой

, (10)

где а – средняя температурная поправка, приложение 1 [1].

Энтальпия жидкого нефтепродукта определяется по одной из следующих формул:

, (11)

, (11.1)

где Т – температура жидких нефтепродуктов.

- относительная плотность.

а – коэффициент, зависящий от температуры жидкости, его значение можно найти в приложении 20 [1].

Массовую долю отгона рассчитывают исходя из мольной доли отгона е

, (12)

, (13)

где - суммарное значение из 6 графы таблицы 1.

3.2 Определить общее количество тепла, вводимого в колонну

, (14)

3.3 Определить тепло, выводимое из колонны с парами дистиллята при t_верха.

, (15)

где D – количество дистиллята, кг/ч;

– энтальпия паров дистиллята при температуре верха, кДж/кг.

По формуле 9 определяем энтальпию паров дистиллята.

3.4 Определить тепло, выводимое из колонны с жидким остатком.

, (16)

где R – количество остатка, кг/ч;

– энтальпия остатка при температуре низа, кДж/кг.

По формуле 10 определяем энтальпию остатка при температуре низа.

3.5 Определить количество тепла, выводимое из колонны орошением

, (17)

где L – количество флегмы,

. (18)

По формуле 10 определяем энтальпию флегмы при температуре орошения.

3.6 Определить потери тепла в окружающую среду

Учитывается коэффициент потерь, который берется от количества тепла горячей струи.

3.7 Определить общее количество тепла, выводимого из колонны

, (19)

3.8 Подставляя полученные данные в равенство, получаем

, (20)

. (21)

3.9 Количество подаваемой горячей струи

, (22)

где - энтальпия горячей струи, кДж/кг.

По формуле 9 определяем энтальпию паров горячей струи.