Температура в верху колонны и температуры вывода боковых погонов в данном примере определяем графическим методом. Для этого строим кривые ИТК и линии ОИ при атмосферном давлении соответствующих фракций и затем с помощью сетки Максвелла строим линии ОИ фракций при их парциальных давлениях, определенных в табл. 6.7-6.10.
Парциальное давление фракции 105-180оС составляет 0,114 МПа.
Парциальное давление фракции 180-230оС составляет 0,072 МПа.
Парциальное давление фракции 230-290оС составляет 0,067 МПа.
Парциальное давление фракции 290-350оС составляет 0,050 МПа.
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 105-180оС приведены в табл. 6.11. Кривые ИТК, линии ОИ, построенные при атмосферном давлении и соответствующих парциальных давлениях представлены на рис. 6.4. – 6.7.
Таблица 6.11.
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 105-1800С
| Температура выкипания, 0С | Выход, % масс. | |||
| на нефть | на фракцию | суммарный | ||
| 1. | 105-110 | 0,8 | 5,1 | 5,1 |
| 2. | 110-120 | 1,7 | 10,8 | 15,9 |
| 3. | 120-130 | 2,1 | 13,4 | 29,3 |
| 4. | 130-140 | 2,3 | 14,6 | 43,9 |
| 5. | 140-150 | 2,5 | 15,9 | 59,9 |
| 6. | 150-160 | 2,0 | 12,7 | 72,6 |
| 7. | 160-170 | 2,0 | 12,7 | 85,4 |
| 8. | 170-180 | 2,3 | 14,6 | 100,0 |
| Итого | 15,7 | 100,0 | - |
Строим линии ОИ фракции 105-180оС (рис. 6.4), для чего по кривой ИТК фракции 105-180оС (см. рис. 6.4) находим следующие температуры:
= 1150С, 
= 1440С, 
= 1580С
Рассчитываем тангенс угла наклона кривой ИТК:
ÐИТК = 
= 0,72.
С помощью графика Обрядчикова-Смидович получаем
0% (НОИ) Þ 32% (ИТК);
100% (КОИ) Þ 60 % (ИТК).
Затем по кривой ИТК получаем температуры отвечающие НОИ (32 % ИТК) и КОИ (60 % ИТК) и, соединяя полученные точки, получаем линию ОИ фракции 105-180оС при атмосферном давлении (см. рис. 6.4):
= 1320С и 
= 1500С.
С помощью сетки Максвелла строим линию ОИ при давлении 0,114 МПа:
= 1370С и = 1570С.
| Кривая ИТК и линии ОИ фракции 105-180оС при давлениях 0,1 МПа и 0,114 МПа. |
|
| Рис. 6.4. |
Данные для построения кривой ИТК фракции 180-230оС приведены в табл. 6.12. Кривая ИТК и линии ОИ при атмосферном давлении и парциальном давлении фракции (0,072 МПа), построенные на основании данных табл. 6.12 представлены на рис. 6.5.
Таблица 6.12.
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 180-2300С
| Температура выкипания, 0С | Выход, % масс. | |||
| на нефть | на фракцию | суммарный | ||
| 1. | 180-185 | 1,1 | 10,9 | 10,9 |
| 2. | 185-190 | 1,2 | 11,9 | 22,8 |
| 3. | 190-195 | 1,2 | 11,9 | 34,7 |
| 4. | 195-200 | 1,2 | 11,9 | 46,5 |
| 5. | 200-205 | 1,0 | 9,9 | 56,4 |
| 6. | 205-210 | 1,1 | 10,9 | 67,3 |
| 7. | 210-215 | 0,8 | 7,9 | 75,2 |
| 8. | 215-220 | 0,8 | 7,9 | 83,2 |
| 9. | 220-225 | 0,8 | 7,9 | 91,1 |
| 10. | 225-230 | 0,9 | 8,9 | 100,0 |
| Итого | 10,1 | 100,0 | - |
| Кривая ИТК и линии ОИ фракции 180-230оС при давлениях 0,1 МПа и 0,072 МПа. |
|
| Рис. 6.5. |
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 230-290оС приведены в табл. 6.13. Кривая ИТК и линии ОИ при атмосферном давлении и парциальном давлении фракции 230-290оС представлены на рис. 6.6.
Таблица 6.13.
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 230-290ºС
| Температура выкипания, 0С | Выход, % масс. | |||
| на нефть | на фракцию | суммарный | ||
| 1. | 230-235 | 1,0 | 8,0 | 8,0 |
| 2. | 235-240 | 1,1 | 8,8 | 16,8 |
| 3. | 240-245 | 1,3 | 10,4 | 27,2 |
| 4. | 245-250 | 1,4 | 11,2 | 38,4 |
| 5. | 250-255 | 1,0 | 8,0 | 46,4 |
| 6. | 255-260 | 1,0 | 8,0 | 54,4 |
| 7. | 260-265 | 0,8 | 6,4 | 60,8 |
| 8. | 265-270 | 0,9 | 7,2 | 68,0 |
| 9. | 270-275 | 1,0 | 8,0 | 76,0 |
| 10. | 275-280 | 1,0 | 8,0 | 84,0 |
| 11. | 280-285 | 1,0 | 8,0 | 92,0 |
| 12. | 285-290 | 1,0 | 8,0 | 100,0 |
| Итого | 12,5 | 100,0 | – |
| Кривая ИТК и линии ОИ фракции 230-290оС при давлениях 0,1 МПа и 0,067 МПа. |
|
| Рис. 6.6. |
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 290-350оС приведена в табл. 6.14. Кривая ИТК и линии ОИ при атмосферном давлении и парциальном давлении фракции 290-350оС представлены на рис. 6.7.
Таблица 6.14.
Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 290-3500С
| Температура выкипания, 0С | Выход, % масс. | |||
| на нефть | на фракцию | суммарный | ||
| 1. | 290-300 | 2,40 | 21,2 | 21,2 |
| 2. | 300-310 | 2,00 | 17,7 | 38,9 |
| 3. | 310-320 | 2,00 | 17,7 | 56,6 |
| 4. | 320-330 | 1,80 | 15,9 | 72,6 |
| 5. | 330-340 | 1,60 | 14,2 | 86,7 |
| 6. | 340-350 | 1,50 | 13,3 | 100,0 |
| Итого | 11,3 | 100,0 | – |
| Кривая ИТК и линии ОИ фракции 290-350оС при давлениях 0,1 МПа и 0,05 МПа. |
|
| Рис. 6.7. |
В результате проведенных построений мы получаем следующие температуры:
- для фракции 105-180оС = 1570С;
- для фракции 180-230оС = 1820С;
- для фракции 230-290оС = 2280С;
- для фракции 290-350оС = 2780С.
Тепловой баланс колонны.
Целью расчета теплового баланса основной колонны является определение количества теплоты, которое необходимо вывести из колонны циркуляционными орошениями и расход циркуляционных орошений. Тепловой баланс основной ректификационной колонны приведен в табл. 6.15. При его составлении следует учесть следующее.
1. Сырье колонны (отбензиненная нефть) поступает в нее в виде парожидкостной смеси. Распределение вещества по паровой и жидкой фазам определяется расчетной массовой долей отгона, полученной в результате расчетов в п. 12.6 настоящего проекта. В нашем примере эта величина равна 0,556. Следовательно на 100 кг сырья в колонну поступает 55,6 кг паровой фазы и 44,4 кг жидкой фазы.
2. Расчетная доля отгона равна теоретической доле отгона или несколько превышает ее. Следовательно, количество жидкой фазы, поступающей в сырье основной колонны равно количеству мазута в сырье (так как теоретическая доля отгона равна доле светлых нефтепродуктов в отбензиненной нефти) или несколько ниже его. Так как испаряются в первую очередь легкие компоненты фракции, то в нашем примере плотность мазута должна быть немного ниже плотности жидкой фазы, поступающей в колонну, что и имеет место в действительности.
3. Тепло водяного пара при составлении баланса не учитываем, так как принято считать, что оно компенсирует тепловые потери в окружающую среду.
Энтальпию жидких нефтепродуктов рассчитываем по формуле
где 
, данную величину в интервалах температур от 0 до 500ºС определяем по приложению 8 [2].
Энтальпию нефтяных паров при атмосферном давлении рассчитываем по формуле
,
где 
, данную величину в интервалах температур от 0 до 500ºС определяем по приложению 9 [2].
Таблица 6.15.
Материальный и тепловой баланс колонны К-2.
| Статьи баланса | Расход* | 
| Средняя температурная поправка на один градус (a) | 
| Температура, оС | Энтальпия, кДж/кг | Количество теплоты, Q, 103, кДж | |
| паров (Н) | жидкости (h) | |||||||
| Приход: | ||||||||
| Нефть, в том числе: | ||||||||
| - пары | 55,6 | 0,8047 | 0,000765 | 0,809 | – | 60,44 | ||
| - жидкость | 44,4 | 0,8873 | 0,000660 | 0,891 | – | 36,90 | ||
| Острое орошение | 34,8 | 0,755 | 0,000831 | 0,759 | – | 2,09 | ||
| Итого | 134,8 | – | – | – | – | – | – | 99,43 |
| Расход: | ||||||||
| Фр. 105-180оС + острое орошение | 52,2 | 0,755 | 0,000831 | 0,759 | – | 33,98 | ||
| Фр. 180-230оС | 11,5 | 0,795 | 0,000778 | 0,799 | – | 4,67 | ||
| Фр. 230-290оС | 14,1 | 0,820 | 0,000738 | 0,824 | – | 7,35 | ||
| Фр. 290-350оС | 12,6 | 0,843 | 0,000712 | 0,847 | – | 8,22 | ||
| Мазут | 44,4 | 0,898 | 0,000647 | 0,901 | – | 34,68 | ||
| Итого | 134,8 | – | – | – | – | – | – | 88,9 |
* - Продолжаем вести расчет на 100 кг сырья.
На основании данных, приведенных в табл. 6.15 находим дебаланс тепла, то есть относительную разность между количеством тепла, приносимым в колонну и количеством тепла, выводимого из колонны с фракциями. По величине дебаланса тепла судят о необходимости циркуляционных орошений. Дебаланс находим по следующей формуле
×100,
где D - дебаланс тепла, % отн.;
Qприх - количество тепла, приносимое в колонну потоками сырья и острого орошения, кДж; в нашем примере Qприх = 99,43 × 103 кДж;
Qрасх - количество тепла, выводимое из колонны с мазутом, верхним, нижним и боковыми погонами, кДж; Qрасх = 88,9 × 103 кДж.
×100 = 10,6% отн.
Расхождение между теплом, вносимым в колонну и выводимым из нее более 1 %, следовательно необходимо предусмотреть циркуляционное орошение.
