Расчет нагрузки сечений колонны по парам и жидкости

 

Диаметр колонны рассчитываем с учетом максимальной нагрузки по парам и жидкости. Для определения нагрузки рассматриваем несколько сечений колонны (рис. 6.8).

Сечение I-I - сечение под верхней тарелкой.

 

Эскиз сечения I-I.

Рис. 6.9.

 

Составляем материальный баланс по парам и жидкости в сечении I-I (рис. 6.9).

Нагрузка по парам:

G_I-I = G_105-180 + g_гоо,

где G_I-I - поток паров, проходящий через сечение I-I, кг/ч;

G_105-180 - количество паров фракции 105-180^оС, G_105-180 = 17,4 кг/ч (см. табл. 6.5).

g_гоо – расход горячего орошения (внутренней флегмы), возникающего от острого орошения, кг.

Горячее орошение от острого (g_гоо) образуется в результате контакта поднимающихся паров с острым орошением в верхней части колонны. Наиболее тяжелые компоненты паров конденсируются и образуют флегму – горячее орошение от острого. Рассчитаем количество горячего орошения по формуле:

 

,

где g_гоо - расход горячего от острого орошения, кг/ч;

H_верх - энтальпия паров в верху колонны, кДж/кг;

h_вход – энтальпия острого орошения, кДж/кг;

- энтальпия паров при температуре в сечении I-I, кДж/кг;

- энтальпия горячего орошения (флегмы) при температуре в сечении I-I, кДж/кг;

Нагрузка по жидкости:

g_I-I = g_гоо,

Температуру в сечении I-I (сечении под верхней тарелкой) найдем из уравнения

t_I-I = t_верха + Dt,

где t_верха – температура в верху колонны, ºС;

Δt – перепад температуры на одну тарелку, ºС.

Dt = = ≈ 2,0^оС.

t_I-I = 157 + 2 = 159^оС

.

Определим энтальпии фракции 105-180^оС ( = 0,755, = 0,759)

Н₁₅₇ = 651 кДж/кг; h₃₀ = 60 кДж/кг;

Н₁₅₉ = 655 кДж/кг; h₁₅₉ = 357 кДж/кг;

g_оо = 34,8 кг/ч (табл. 6.15).

= 69,0 кг/ч

G_I-I = 17,4 + 69,0 = 86,4 кг/ч.

g_I-I = g_гоо. = 69,0 кг/ч.

 

Сечение II-II - сечение между вводом и выводом первого циркуляционного орошения.

Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении II-II (рис. 6.10).

Нагрузка по парам:

G_II-II = G_105-180 + G_180-230 + G_фл.180-230 + g_цо1,

где G_II-II - поток паров, проходящий через сечение II-II, кг/ч;

G_180-230 - количество паров фракции 180-230^оС, G_180-230 = 11,5 кг/ч (см. табл. 6.15).

G_фл.180-230 - количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-230^оС, кг/ч.

Принимаем, что количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-230^оС остается постоянным до тарелки вывода фракции 230-280^оС, изменяется только ее состав. G_фл.180-230 = 23,0 кг/ч (см. п. 6.2.5);

g_г.ц.о.I – горячее орошение, возникающее от первого циркуляционного орошения, кг/ч.

,

где DQ₁ - тепло, снимаемое первым циркуляционным орошением (ЦО1), кДж/ч;

DQ₁ = g_цо1 × (h₁₉₁ – h₁₃₀) = 18,3 × (440 – 277) = 2982,9 кДж/ч,

Н_t и h_t - энтальпия паров и жидкости ЦО1 при температуре 191^оС.

 

Эскиз сечения II-II.

Рис. 6.10.

 

Условно принимаем, что плотность ЦО1 равна плотности фракции 180-230^оС ( = 0,795, = 0,799). Энтальпии паров и жидкости ЦО1 равны:

Н₁₉₁ = 711 кДж/кг; h₁₉₁ = 430 кДж/кг;

= 10,6 кг

G_II-II = 17,4 + 11,5 + 23,0 + 10,6 = 62,5 кг/ч.

Нагрузка по жидкости

g_II-II = G_фл.180-230 + g_цо1 + g_гцо1,

где g_II-II - поток жидкости, проходящий через сечение II-II, кг/ч;

g_цо1 - расход ЦО1, кг/ч; g_цо1 = 17,25 кг/ч.

g_II-II = 23,0 + 18,3 + 10,6 = 51,9 кг.

Рассчитывать нагрузку в сечении над тарелкой вывода ЦО1 нет смысла, поскольку это сечение имеет нагрузку по парам такую же, а по жидкости меньше на g_цо1, чем в сечении II - II.

Сечение III-III – сечение между тарелкой вывода и ввода второго циркуляционного орошения.

Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении III-III (рис. 6.11).

Нагрузка по парам:

G _III-III = G_105-180 + G_180-230 + G_230-290 + G_фл.230-290 + g_гцо2,

где G_III-III - поток паров, проходящий через сечение III-III, кг/ч;

G_230-290 - количество паров фракции 230-290^оС, G_230-290 = 14,1 кг/ч (см. табл. 6.15);

G_фл.230-290 - количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-290^оС, кг/ч. Принимаем, что количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-290^оС остается постоянным до тарелки вывода фракции 290-350^оС, изменяется только ее состав. G_фл.230-290 = 28,2 кг/ч (см. п. 6.2.5);

g_гцо2 – горячее орошение, возникающее от второго циркуляционного орошения, кг/ч.

,

где DQ₂ - тепло, снимаемое вторым циркуляционным орошением (ЦО2), кДж/ч; DQ₂ = g_цо2 × (h₂₃₈ – h₁₆₀) = 18,3 × (548 – 345) = 3714,9 кДж/ч;

Н_t и h_t - энтальпия паров и жидкости ЦО2 при температуре t=238^оС.

Условно принимаем, что плотность ЦО2 равна плотности фракции 230-290^оС ( = 0,820, = 0,824). Энтальпии паров и жидкости ЦО2 равны

Н₂₃₈ = 809 кДж/кг; h₂₃₈ = 548 кДж/кг;

= 14,2 кг/ч.

 

Эскиз сечения III-III.

Рис. 6.11.

 

G_III-III = 17,4 + 11,5 + 14,1 + 28,2 + 14,2 = 85,4 кг/ч.

Нагрузка по жидкости:

g_III-III = G_фл.230-290 + g_цо2 + g_гцо2,

где g_III-III - поток жидкости, проходящий через сечение III-III, кг/ч.

g_III-III = 28,2 + 18,3 + 14,2 = 60,7 кг/ч.

 

Сечение IV-IV - сечение между тарелкой вывода и ввода третьего циркуляционного орошения.

Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении IV-IV (рис. 6.12).

Нагрузка по парам:

G _IV-IV = G_105-180 + G_180-230 + G_230-290 + G_290-350 + G_фл290-350 + g_гцо3,

где G_IV-IV - поток паров, проходящий через сечение IV-IV, кг/ч;

G_290-350 - количество паров фракции 290-350^оС, G_290-350 = 12,6 кг/ч (см. табл. 6.15);

G_фл290-350 - количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 280-350^оС, кг/ч. Принимаем, что количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 290-350^оС остается постоянным до тарелки ввода сырья в колонну, изменяется только ее состав. G_фл290-350 = 25,2 кг/ч (см. п. 6.2.5);

g_гцо3 – горячее орошение, возникающее от второго циркуляционного орошения, кг/ч. Оно рассчитывается по формуле:

,

где DQ₃ - тепло, снимаемое третьим циркуляционным орошением (ЦО3), кДж/ч; DQ₃ = g_цо3 × (h₂₉₅ – h₂₂₀) = 18,3 × (701 – 493) = 3806,4 кДж/ч.

Н_t и h_t - энтальпия паров и жидкости ЦО3 при температуре t=295^оС.

Условно принимаем, что плотность ЦО3 равна плотности фракции 290-350^оС ( = 0,843, = 0,847). Энтальпии паров и жидкости ЦО3 равны

Н₂₉₅ = 939 кДж/кг; h₂₉₅ = 701 кДж/кг;

= 16,0 кг/ч.

G _IV-IV = 17,4 + 11,5 + 14,1 + 12,6 + 25,2 + 16,5 = 96,8 кг/ч.

 

Эскиз сечения IV-IV.

Рис. 6.12.

 

Нагрузка по жидкости:

g_IV-IV = G_фл290-350 + g_цо3 + g_гцо3.

где g_IV-IV - поток жидкости, проходящий через сечение IV-IV, кг/ч.

g_IV-IV = 25,2 + 18,3 + 16,0 = 59,5 кг/ч.

 

Сечение V-V - сечение в зоне питания.

Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении V-V (рис. 6.13).

Нагрузка по парам:

G_V-V = L + G_фл290-350 – g_м,

где L - расход сырья на входе в колонну, кг/ч;

g_м - расход мазута, кг/ч.

G_V-V = 100 + 25,2 – 44,4 = 80,8 кг/ч.

Нагрузка по жидкости:

g_V-V = L × (1 – ē) + G_фл290-350,

где ē - массовая доля отгона.

 

Эскиз сечения V-V.

Рис. 6.13.

 

g_V-V = 100 × (1 – 0,556) + 25,2 = 69,6 кг/ч.

В табл. 6.16 представлены нагрузки по парам и жидкостям в различных сечениях колонны.

Таблица 6.16

Сечение	Нагрузка сечения, кг
по парам	по жидкости
I – I	86,4	69,0
II – II	62,5	51,9
III – III	85,4	60,7
IV – IV	96,8	59,5
V – V	80,8	69,6