Расчет однократного испарения (доли отгона)

Сырья на входе в колонну

 

Расчет заключается в определении доли паровой фазы (доли отгона), образующейся при нагреве нефти до заданной температуры.

Исходя из материального баланса для любого компонента нефти, имеем:

(5)

где e^' - мольная доля отгона;

F_i^', y^'_i, x_i^' - мольные доли рассматриваемого компонента в сырье (F^'_i ), паровой (y^'_i) и жидкой (x^'_i) фазах.

По закону Рауля: , (6)

где k_i - константа фазового равновесия компонента, которую можно

определить из выражения:

, (7)

P_i - упругость i -го компонента при заданной температуре;

П - общее давление системы.

 

Решая уравнение (2) совместно с уравнением (1) относительно x^'_i, имеем:

(8)

Учитывая, что сумма мольных долей всех компонентов в жидкой фазе должна быть равна единице, получается выражение:

(9)

Решение данного уравнения осуществляется методом подбора мольной доли отгона "e^' "

Порядок расчета однократного испарения заключается в следующем:

1) нефть разбивается на ряд узких нефтяных фракций (F₁ - 28-50 ⁰С;

F₂ - 50-100⁰С; F₃ - 100-150 ⁰С и т.д.).

Если в схеме установки предусмотрена колонна предварительного испарения, то началом кипения первой фракции будет конец кипения выделяемой фракции в колонне предварительного испарения. Например, в К-1 выделяется фракция н.к.- 85 ⁰С, тогда разбивку нефти на узкие фракции для колонны К-2 необходимо начать 85 - 100 ⁰С, 100 - 150 ⁰С и т.д.;

2) для удобства расчет однократного испарения ведется на 100 кг нефти;

3) по построенным кривым разгонки нефти, либо по табл. 8 –«Разгонка (ИТК) Никольской нефти в аппарате АРН-2 и характеристика узких фракций» находят:

· F_i (кг i-го компонента по ИТК),

· М_i (средняя молекулярная масса),

· T_i (средняя температура кипения),

· (средняя плотность);

4) определяется число киломолей i-го компонента (N_i):

; (10)

5) мольную долю i-го компонента () ; (11)

6) упругость паров i-го компонента при температуре (p_i) определяется по таблице (см. приложение);

7) константа фазового равновесия определяется по формуле ; ( 12 )

8) из уравнения (9) находят мольную долю отгона e^'. Для этого задаются значением e^' и рассчитывают мольные доли i-го компонента в паровой () и жидкой фазах ();

9) рассчитывается сумма мольных долей i-го компонента в паровой () и жидкой фазах (). Если полученная сумма не равна 1, задаются новым значением доли отгона e^', и расчет повторяют. Значение e^' считается найденным достаточно точно, если сумма мольных долей в паровой о жидкой фазах равны 1+ 0,005;

10) находят молекулярные массы паровой и жидкой

() фаз;

11) массовая доля i-го компонента в паровой и жидкой фазах определяется:

, ( 13 )

12) удельный объем паровой и жидкой фаз находится из выражений:

, , (14)

 

Все расчеты по однократному испарению следует выполнять в виде таблицы 13.

Таблица 13 - Расчет доли отгона сырья на входе в колонну при 330 ⁰С

И 0,2 МПа

 

Фракция	Fi	Ti	Mi	Плотность	Ni	Fi'	Pi330
28-50	7,1	38	70	0638	0,1014	0,1754	104,194
50-100	9,3	75	97	0,708	0,0959	0,1658	13,122
…
…
400-450	7,9	426	378	0,904	0,0209	0,0361	0,015
450 и выше	19,0	507	413	0,932	0,0460	0,0196	0,003
ИТОГО	100,0					1,0000

Продолжение табл. 13

Фракция	Кi	Кi-1	Принято e'=0,849	x'i	y'i
			e' (K i - 1)	1+e' (K i - 1)
28-50	520,968	519,968	441,406	442,406	0,0004	0,2066
50-100	65,611	64,611	54,849	55,849	0,0030	0,1948
…
…
400-450	0,075	-0,925	-0,785	0,215	0,1682	0,0127
450 и выше	0,025	-0,975	-0,836	0,164	0,4859	0,0073
ИТОГО					1,0000	1,0000

Продолжение табл. 13

Фракция	Mi xi	Mi yi	xi	yi
28-50	0,028	14,461	0,0001	0,1030	0,0001	0,1614
50-100	0,288	18,897	0,0008	0,1346	0,0011	0,1901
…
…
400-450	63,565	4,783	0,1787	0,0341	0,1977	0,0377
450 и выше	250,657	2,999	0,5641	0,0214	0,6053	0,0229
ИТОГО	355,710	14,440	1,0000	1,0000	1,1008	1,2806

При решении методом подбора полезно воспользоваться графиком зависимости от e^'.

 

Массовая доля отгона определяется из уравнения

( 15 )

Плотность паровой и жидкой фаз определяется из выражений

; , ( 16 )

Полученные значения в дальнейшем используются для расчета величин теплосодержания потоков.

В случае расчета доли отгона на ЭВМ необходимо составить таблицу исходных данных, принятых для машинной программы.

Таблица 14 - Исходные данные для расчета доли отгона на входе в

колонну на ЭВМ "ДЗ-28"

Номер компонента	21ДАТА	26ДАТА	31ДАТА	36ДАТА	N=
	А (1)	Т (1)	М (1)	Д (1)	P=
	А (2)	Т (2)	М (2)	Д (2)	T= Z=
...	...	...	...	...
N	А (N)	Т (N)	М (N)	Д (N)	F=100

 

 

где А(1), Т(1), М(1), Д(1) - соответственно массовая доля, температура кипения, молекулярная масса и плотность компонента; N - число компонентов; Р - давление, МПа; Т - температура сырья,⁰С; Z - кол. водяного пара, % на сырье; Р - количество сырья, кг/100 кг исходного сырья. Исходные данные, вносимые в эту таблицу, находят аналогично указанному в п.п.5.4.

Ниже приведен образец расчета доли отгона на входе в К-2.

 

N - число компонентов, Р - давление, Т - температура сырья

КОЛ. СЫРЬЯ 100,00 N 10 T 330 P.200 Д,816

Таблица 15 - Расчет доли отгона

МАССА, КГ	ПЛОТН.	ТЕМП. КИП.	МОЛ.МАС.	УПР. ПАРОВ
7.10		.6380	38.0		70.0		104.1936
9.30		.7080	75.0		97.0		13.1221
9.60		.7560	126.0		115.0		3.3952
10.60			175.0		140.0		1.4730
9.60		.8170	225.0		177.0		.6586
9.80		.8420	275.0		225.0		.2781
8.80		.8670	326.0		278.0		.1080
8.30		.8850	375.0		328.0		.0416
7.90		.9040	426.0		378.0		.0150
19.00		.9320	507.0		413.0		.0030

 

МОЛ. ДОЛЯ ОТГОНА.8489 МАС ДОЛЯ ОТГОНА.6893

ПЛОТНОСТЬ ПАРОВОЙ ФАЗЫ.7808, ЖИДКОЙ ФАЗЫ.9084

ЭНТ ЖИДК 777.96 ЭНТ ПАРА 1057.94 ЭНТ СЫРЬЯ 970.94

 

Расчет температуры верха