основной ректификационной колонны К-2

Температура верха колонны рассчитывается из условия конца однократного испарения паров, уходящих с верха колонны:

, (17)

где y^'_i - мольная доля i-го компонента в парах;

k_i - константа фазового равновесия i-го компонента при давлении и температуре верха , (18)

где Р_i- упругость паров i-го компонента при температуре верха колонны, МПа;

Р_b - давление верха колонны, МПа.

Расчет производится с определением количества водяного пара, выходящего из К-2:

, (19)

где G₁, G₂, G₃ - соответственно количество водяного пара, подаваемого вниз К-2 (2-3 % на мазут), в отпарные колонны РТ и ДТ (1-1,2 % на выводимый продукт).

Далее определяется давление на верху К-2:

, МПа, (20)

где Р_н - давление в нижней части колонны, МПа;

n - число тарелок в колонне;

Dp - перепад давления на одной тарелке, МПа.

Выводимая из К-2 бензиновая фракция разбивается на 2-3 узкие фракции в равном пропорциональном отношении по массе. Например, на долю фракции 85 - 120 ⁰С приходится 6,8 кг. Эта фракция разбивается на две равные части по 3,4 кг, тогда фракционный состав узких фракций будет 85 - 102 ⁰С и 102 - 120 ⁰С. По кривым разгонки находят их характеристики (М_i, T_i). Расчет температуры верха К-2 ведется методом подбора. Для этого задается конкретная температура верха, и вычисляется сумма отношений У_i / К_i /. Если не соблюдается, ниже приведенное условие, следует принять другую температуру верха колонны и провести расчет еще раз. Результаты расчета сводятся в табл.16.

Таблица 16 - Расчет температуры верха К-2 (при циркуляционном

Орошении)

						T_В =
Фракция	кг по ИТК	М_i	Т_i	кг моль N_i		Р_i	k_i

85-102	3,4
102-120	3,4
в.п.	G_В.П.				y_в.п.

					1,000

Температура верха считается найденной, если соблюдается условие

При найденной температуре верха К-2 необходимо определить температуру конденсации водяного пара Т_К, для чего определяют парциальное давление водяного пара Р_В.П.:

Р_В.П.=× Р_В. х × У_В.П х × 7600, мм рт. ст.

где Р_В - давление наверху К-2, МПа;

У_В.П - мольная доля водяного пара (находится из табл. 16)

Определив Р_В.П., находят температуру конденсации водяного пара Т_К.

, ⁰С. (21)

Если значение Т_К ниже температуры верха колонны на 10 ⁰С и более, то можно приступить к определению количества тепла, снимаемого циркуляционным орошением, которое находится из теплового баланса. Если разница между Т_К и Т_В меньше 10 ⁰С, то расчет температуры верха К-2 необходимо вести с учетом подачи в колонну острого орошения. Общая методика расчета в этом случае не меняется, для чего принимается количество острого орошения g_ор= 30 кг, температуру орошения 40 ⁰С, количество водяного пара прежним (G_В.П.). Количество острого орошения разбивается на равные доли пропорционально количеству узких фракций в бензине и расчет температуры верха сводится в табл.17

Таблица 17 - Расчет температуры верха К-2 (при остром орошении)

						T_В =
Фракция бензина	кг по ИТК	Кол-во орош., кг	Сумм. кол-во, кг	кг моль N_i		Р_i	k_i

85-102	3,4	15,0	18,4
102-120	3,4	15,0	18,4
в.п.	G_В.П.	-	G_В.П.			-	_¥

					1,000

Температура верха считается найденной, если соблюдается условие приведенное в предыдущем расчете.

5.6 Расчет теплового баланса основной ректификационной колонны

После определения температуры верха колоны К-2 определяют количество тепла, снимаемого острым орошением, циркуляционными орошениями в зонах вывода РТ и ДТ. Схема потоков колонны К-2 с упомянутыми орошениями приведена на рисунке 6 (Приложение).

Для составления теплового баланса необходимо рассчитать температуру вывода потоков РТ и ДТ из отпарных колонн. Для расчета указанных температур используются эмпирические формулы (22) и (23).

Температура вывода РТ

, (22)

где Т - температура сырья, поступающего в колонну, ⁰С;

N₁, N₂, N₃ - соответственно число тарелок от ввода сырья до вывода дизельного топлива, от вывода ДТ до РТ, от вывода РТ до вывода бензина. Это количество тарелок следует принять в соответствии с рис.6.

Т_В - температура верха колонны, ⁰С

Температура вывода ДТ

, (23)

Уравнение топливного баланса колонны К-2 в общем виде можно выразить следующим образом:

Q_прих = Q_расх (24)

где Q_прих - количество тепла, вносимого сырьем Q _F в колонну, кДж;

Q_расх - количество тепла, снимаемое мазутом Q_м, дизельным топливом Q_дт, реактивным топливом Q_рт, парами бензина Q_б и острым орошением Q_ор, кДж

Q_расх. = Q_м + Q_дт + Q_рт + Q_б + Q_ор + Q_цо (25)

По разнице Q_прих = Q_расх найдем количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением.Количество тепла, вносимое сырьем Q _F в колонну, рассчитывается по уравнению

, кДж(26)

где F - количество сырья, поступившего в К-2, кг;

J^t, i^t - теплосодержание паров и жидкости при температуре ввода сырья, кДж / кг;

e^м - массовая доля отгона.

Величину теплосодержания можно определить по эмпирическим формулам

(27)

(28)

где t - температура, при которой определяется теплосодержание, ⁰С;

r _y, r _x - плотности паров и жидкости (используются данные расчетов плотностей паровой и жидкой фаз по данным табл.13).

Количество тепла, снимаемое потоком мазута:

, кДж (29)

где М - количество мазута, кг;

i _м -теплосодержание мазута при температуре низа колонны, кДж/кг

t _м - температура мазута, выводимого из колонны, ⁰С

; (30)

i _м - находят по уравнению (28) в зависимости от температуры t _м и плотности r_м мазута (табл.11 или 12).

Количество тепла, снимаемое потоком дизельного топлива:

, кДж (31)

Количество тепла, снимаемое потоком реактивного топлива:

, кДж (32)

Количество тепла, снимаемое парами бензина:

, кДж (33)

где Б - количество бензина, выводимого из К-2, кг;

-теплосодержание паров при температуре верха К-2 и плотности паров бензина определяется по уравнению (27), кДж /кг

Количество тепла, снимаемое острым орошением:

, кДж (34)

где g_ор - количество орошения, подаваемое в колонну К-2, кг;

- теплосодержание паров при температуре верха К-2, кДж/кг;

i⁴⁰ - теплосодержание бензина при температуре охлаждения

(40⁰С), кДж / кг

При расчете теплосодержания паров бензина следует использовать значение плотности этого потока определенное расчетом и приведенным в табл. 13. При расчете теплосодержания потоков РТ и ДТ следует использовать значение плотностей этих потоков из табл.11 или 12.

Количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением Q_цо в зоне вывода реактивного и дизельного топлива, определяется из выражения

Q_цо = Q_прих - Q_расх (35)

Значение Q_цо разбивается на и на .в соотношении 60 %: 40 %.

Для наглядности полученные результаты расчета теплового баланса следует привести на схеме основной ректификационной колонны, изображенной на рис.6.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Значение упругости паров

Упругость паров i-го компонента рассчитывается по формуле

где ; t₁ - температура системы; t₂ - средняя температура i-го компонента

В_i

P_i

В_i

P_i

В_i

P_i

В_i

P_i

2,00

244,34306

1,65

7,33605

1,34

1,42679

0,99

0,08895

1,99

210,64232

1,64

6,93845

1,33

1,35203

0,98

0,07889

1,98

182,23989

1,63

6,52626

1,32

1,28020

0,97

0,06974

1,97

158,22127

1,62

6,14593

1,31

1,21117

0,96

0,06147

1,96

137,84190

1,61

5,79436

1,30

1,14482

0,95

0,05400

1,95

120,49361

1,60

5,46875

1,29

1,08105

0,94

0,04729

1,94

105,67798

1,59

5,16663

1,28

1,01978

0,93

0,04127

1,93

92,98527

1,58

4,88578

1,27

0,96092

0,92

0,03589

1,92

82,07755

1,57

4,62424

1,26

0,90440

0,91

0,03111

1,91

72,67525

1,56

4,38023

1,25

0,85016

0,90

0,02687

1,90

64,54640

1,55

4,15218

1,24

0,79813

0,89

0,02312

1,89

57,49793

1,54

3,93866

1,23

0,74826

0,88

0,01982

1,88

51,36869

1,53

3,73840

1,22

0,70050

0,87

0,01693

1,87

46,02378

1,52

3,55025

1,21

0,65481

0,86

0,01441

1,86

41,34995

1,51

3,37318

1,20

0,61114

0,85

0,01222

1,85

37,25186

1,50

3,20627

1,19

0,56946

0,84

0,01031

1,84

33,64904

1,49

3,04867

1,18

0,52972

0,83

0,00867

1,83

30,47337

1,48

2,89963

1,17

0,49189

0,82

0,00726

1,82

27,66704

1,47

2,75847

1,16

0,45592

0,81

0,00606

1,81

25,18087

1,46

2,62457

1,15

0,52179

0,80

0,00503

1,80

22,97291

1,45

2,49738

1,14

0,38944

0,78

0,00343

1,79

21,00729

1,44

2,37639

1,13

0,35885

0,76

0,00229

1,78

19,25324

1,43

2,21615

1,12

0,32997

0,74

0,00151

1,77

17,68436

1,42

2,15125

1,11

0,30277

0,73

0,00121

1,76

16,27787

1,41

2,04633

1,10

0,27718

0,72

0,00097

1,75

15,01412

1,40

1,94604

1,09

0,25318

0,71

0,00078

1,74

13,87612

1,39

1,85009

1,08

0,23072

0,70

0,00062

1,73

12,84911

1,42

2,15125

1,07

0,20974

1,72

11,92028

1,41

2,04633

1,06

0,19019

1,71

11,07847

1,40

1,94604

1,05

0,17203

1,70

10,31393

1,39

1,85009

1,04

0,15519

1,69

9,61814

1,38

1,75821

1,03

0,13963

1,68

8,98363

1,37

1,67014

1,02

0,12528

1,67

8,40484

1,36

1,58568

1,01

0,11209

1,66

7,87301

1,35

1,50462

1,00

0,10000

Продолжение

Рис. 6. Схема материальных потоков колонны К-2