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) Так как в схеме установки предусмотрена колонна предварительного испарения, то началом кипения первой фракции будет конец кипения выделяемой фракции в колонне предварительного испарения.

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);

Определяется число киломолей i-го компонента (N_i):

; (10)

Мольную долю i-го компонента ():

; (11)

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

Константа фазового равновесия определяется по формуле:

; (12)

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 ();

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;

Находят молекулярные массы паровой и жидкой фаз: ()

 

Массовая доля i-го компонента в паровой и жидкой фазах определяется:

, (13)

Удельный объем паровой и жидкой фаз находится из выражений:

, , (14)

Все расчеты представлены в 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
28-500С	3,7	30	69,9	0,618	0,0529	0,135	210,64
50-1000С	3,8	82	91,32	0,649	0,0416	0,106	10,314
100-1500С	7,2	135	131	0,662	0,055	0,184	2,9
150-2000С	7,5	177	174	0,688	0,043	0,145	1,427
200-2500С	6	226	217	0,710	0,028	0,093	0,655
250-3000С	11,5	276	278	0,738	0,0414	0,139	0,277
300-3500С	8,5	327	326	0,761	0,026	0,0875	0,1
350-4000С	7,5	375	370	0,786	0,0203	0,068	0,0413
400-4500С	8,8	423	423	0,812	0,021	0,069	0,017
450-5000С	7,7	479	480	0,835	0,016	0,054	0,005
500-5500С	8,5	530	528	0,859	0,016	0,054	0,0023
550-6000С	7,5	580	575	0,886	0,013	0,044	0,00078
600-6500С	8,6	617	623	0,907	0,14	0,046	0,00013
6500С и выше	3,2	655	653	0,931	0,05	0,0164	0,00011
ИТОГО	100				0,2981	1,00

 

 

Продолжение табл. 13

Фракция	Кi	Кi-1	Принято e'=0,68	x'i	y'i
			e' (Ki - 1)	1+e' (Ki - 1)
28-500С	1053,212	1052,212	715,5	716,5	0,00019	0,198
50-1000С	51,57	50,57	34,39	35,39	0,003	0,154
100-1500С	14,5	13,5	9,18	10,18	0,014	0,199
150-2000С	7,14	6,14	4,171	5,171	0,0212	0,151
200-2500С	3,27	2,27	1,546	2,546	0,028	0,09
250-3000С	1,39	0,39	0,262	1,262	0,83	0,116
300-3500С	0,5	-0,5	-0,34	0,66	0,1	0,05
350-4000С	0,206	-0,794	-0,54	0,46	0,112	0,023
400-4500С	0,085	-0,915	-0,62	0,38	0,14	0,012
450-5000С	0,025	-0,975	-0,66	0,34	0,121	0,003
500-5500С	0,0115	-0,9885	-0,67	0,33	0,125	0,00143
550-6000С	0,0039	-0,9961	-0,677	0,323	0,103	0,0004
600-6500С	0,00065	-0,99935	-0,67956	0,320442	0,11	0,00007
6500С и выше	0,00055	-0,99945	-0,67963	0,320374	0,04	0,00002
ИТОГО					1,00	1,00

 

Продолжение табл. 13

Фракция	Mi xi	Miyi	xi	yi
28-500С	0,132	13,85	0,00029	0,084	0,00005	0,136
50-1000С	0,273	14,103	0,00061	0,0856	0,00095	0,1319
100-1500С	1,801	26,117	0,004	0,1585	0,0061	0,24
150-2000С	3,669	26,35	0,0083	0,1599	0,012	0,233
200-2500С	6,0009	19,647	0,0135	0,1193	0,019	0,168
250-3000С	23,199	32,152	0,052	0,195	0,07	0,265
300-3500С	32,799	16,399	0,074	0,0996	0,0967	0,131
350-4000С	41,494	8,562	0,093	0,052	0,118	0,066
400-4500С	59,36	5,025	0,133	0,031	0,164	0,038
450-5000С	58,171	1,463	0,1305	0,00888	0,156	0,011
500-5500С	66,04	0,756	0,148	0,0045	0,172	0,0053
550-6000С	59,198	0,23	0,133	0,0014	0,15	0,0016
600-6500С	68,35	0,044	0,153	0,00027	0,169	0,0003
6500С и выше	25,437	0,014	0,057	0,000085	0,061	0,00009
ИТОГО	445,8277	164,716	1,00	1,00	1,1965	1,425

Массовая доля отгона

=0,884

Плотность паровой и жидкой фазы

ρ(у)= 0,702 ρ(х)= 0,836

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

						TВ = 69
Фракция	кг по ИТК	Мi	Тi	кг моль Ni		Рi	ki
28-74	3,5			0,0343	0,21785	0,1399	1,23	0,17
74-120	3,5			0,0337	0,21366	0,1399	0,257	0,83
в.п.	1,612			0,0895	0,56849	-	∞
				0,1575	1,000

 

= 0,17-43*0,0007=0,1399

Р_В.П. =× Р_В. х× У_В.П х× 7600, мм рт. ст.= 0,1399*0,56849*7600=604.441

=

Так как значение Т_К выше температуры верха колонны(93.178>69), то расчет температуры верха К-2 необходимо вести с учетом подачи в колонну острого орошения.

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

 

								TВ = 86
Фракция бензина	кг по ИТК	Кол-во орош., кг	Сумм. кол-во, кг	М	Т	кг моль Ni		Рi	ki
28-74	3,5	15,0	18,5			0,181373	0,404	0,277	1,98	0,204
74-120	3,5	15,0	18,5			0,177885	0,396	0,07	0,498	0,796
в.п.	1,6	-	1,61			0,089543	0,2	-	¥
						0,4488	1,00

Р_В.П. =× Р_В. х× У_В.П х× 7600, мм рт. ст.= 0,1399*0,199517*7600=212,1345

=

Так как значение Т_К ниже температуры верха колонны(67,89<86), то можно приступить к определению количества тепла, снимаемого циркуляционным орошением, которое находится из теплового баланса.