Расчет доли отгона сырья на входе в проектируемую колонну

 

Расчет был выполнен с применением ЭВМ по программе “Оil”.

Исходные данные для расчета взяты на основании потенциального содержания компонентов в нефти пп. 1, 2 и 5 и табл. 23 [4].

Таблица 6.1 - Состав смеси на входе в колону К-4.

Компонент (фракция)	Масс. доля компонента в нефти	Количество компонента в смеси, кг/ч	Массовая доля компонента в смеси, xi
28-62°С	0,018		0,2022
62-85°С	0,016		0,1798
85-105°С	0,019		0,2135
105-140°С	0,036		0,4045
Итого:			1,0000

 

Доля отгона паров сырья на входе в колонну считается удовлетворительной, если выполняется требование:

е ≥ ∑ хi

где е – массовая доля отгона сырья;

хi - массовая доля i-фракции (кроме остатка), выводимой из данной колонны.

х62-70=(7500-6429)/31786=0,0357

∑хi=0,2022+0,0337=0,2359 масс. доли [табл. 5.4, 6.1].

Для проведения расчета необходимо задаться следующими данными:

температура на входе в колонну равна 140 °С;

давление на входе в колонну равно 350 кПа;

Результаты расчета представлены в таблицах 6.2-6.5. Полученная доля отгона равна 0,53, т.е. выполняется выше указанное требование.

Пpoгpaммa << OIL >>

 

Иcxoдныe дaнныe:

 

Pacxoд нeфти или фpaкции G= 31786 Kг/чac

Pacxoд вoдянoгo пapa Z= 0 Kг/чac

Плoтнocть ocтaткa P19= 975.2000122070312 Kг/M^3

Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 350 KПa

Teмпepaтуpa oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 140 ^C

 

Peзультaты pacчeтa:

 

Maccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1=.5313714146614075

Moльнaя дoля oтгoнa пapoв e=.5538401007652283

Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 92.75214385986328

Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 97.42301177978516

Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 88.98929595947266

 

Taблицa 6.2 - Cocтaв жидкoй фaзы

 

кoмпoнeнты	мoльн.дoли	мacc.дoли	Kмoль/чac	Kг/чac
28–62 62–85 85–105 105–140	0.1269065 0.1538792 0.2214296 0.4977849	0.0982886 0.1354418 0.2153627 0.5509069	19.4038 23.5279 33.8562 76.1105	1464.0900 2017.5182 3208.0059 8206.2148
CУMMA	1.0000	1.0000	152.8985	14895.8291

 

Taблицa 6.3 - Cocтaв пapoвoй фaзы

 

кoмпoнeнты	мoльн.дoли	мacc.дoли	Kмoль/чac	Kг/чac
28–62 62–85 85–105 105–140	0.3465537 0.2271902 0.1989686 0.2272860	0.2938418 0.2189205 0.2118572 0.2753804	65.7759 43.1207 37.7643 43.1389	4963.0391 3697.6047 3578.3049 4651.2227
CУMMA	1.0000	1.0000	189.7998	16890.1719

 

Taблицa 6.4 - Иcxoднaя cмecь

 

кoмпoнeнты	мoльн.дoли	мacc.дoли	Kмoль/чac	Kг/чac
28–62 62–85 85–105 105–140	0.2485560 0.1944819 0.2089899 0.3479721	0.2022000 0.1798000 0.2135000 0.4045000	85.1797 66.6486 71.6205 119.2494	6427.1289 5715.1230 6786.3105 12857.4375
CУMMA	1.000	1.000	342.6982	31786.0000

 

Taблицa 6.5 - Moлeкуляpныe мaccы, дaвлeния нacыщeныx пapoв и кoнcтaнт paвнoвecия кoмпoнeнтoв

 

кoмпoнeнты	мoлeк. мacca	Pi, KПa	Ki
28–62 62–85 85–105 105–140	75.4538 85.7501 94.7538 107.8197	9.557715E+02 5.167460E+02 3.144969E+02 1.598080E+02	2.730776E+00 1.476417E+00 8.985626E-01 4.565942E-01

 

Технологический расчет колонны

 

На основании практических данных по установке АВТ [6] колонна четкой ректификации бензина снабжена клапанными тарелками. Число тарелок: 60 (36 тарелок над зоной ввода сырья и 24 тарелок под зоной ввода сырья, гидравлическое сопротивление тарелки – 250 Па). Расстояние между тарелками принимается равным 0,25 метра. Давление на входе в колонну принято равным 350 кПа; за счет гидравлического сопротивления тарелок давление равно:

внизу колонны 350+24∙0,25=356 кПа,

вверху – 350-36∙0,25=341 кПа.

 

Расчёт температуры вверху колонны К-4

 

В колонну четкой ректификации подается бензиновая фракция 28-180°С. Целевыми продуктами являются фракции 28-70°С и 70-180°С. Фракция 28-70°С состоит из фр. 28-40оС – 0,62 %(масс.) на нефть, фр. 40-62оС – 2,26-0,62=1,64 %(масс.) на нефть [табл. 23, 2]; расход фракции 40-62оС составит 357143∙0,0113=4035 кг/ч, а расход фр. 28-40 оС – 6429-4035=2394 кг/ч и 7500-6429=1071 кг/ч фр. 62-70оС.

 

Молекулярные массы фракций находим по формуле Воинова [15]:

М28-40=60+0,3∙(28+40)/2+0,001∙((28+40)/2)2=71,4;

М40-62=60+0,3∙(40+62)/2+0,001∙((40+62)/2)2=77,9;

М62-70=60+0,3∙(62+70)/2+0,001∙((62+70)/2)2=84,2.

Раход фракций составляет:

G’28-40=2394/71,4=33,53 кмоль/ч;

G’40-62=4035/77,9=51,80 кмоль/ч;

G’62-70=(7500-6429)/84,2=12,72 кмоль/ч

Отсюда молярные доли компонентов:

=33,53/(33,53+51,80+12,72)=0,342;

=51,80/(33,53+51,80+12,72)=0,528

=12,72/(33,53+51,80+12,72)=0,130

Будем рассматривать каждую узкую бензиновую фракцию как отдельный компонент и вести расчет для двухкомпонентной системы. Тогда выражение (3.2) [15] можно записать в виде

.

Чтобы найти константы фазового равновесия k1 и k2, необходимо вначале определить давление насыщенных паров компонентов. Для этого используем формулу Ашворта [(1.5) 15], приняв в качестве температур кипения компонентов средние арифметические температуры начала и конца кипения фракций.

По графику Кокса [15] находим средние температуры кипения фракций при давлении 341 кПа:

фр. 28-40°С – 345 К (72 оС);

фр. 40-62°С – 345 К (85 оС);

фр. 62-70°С – 384 К (111 оС);

0,342∙345+0,528∙358+0,13∙384=357К (84 оС)

Значение функции температуры по формуле [15]:

 

;

поэтому зададимся температурой 93,5°С, близкой к средней температуре кипения фракции:

;

Давления насыщенных паров компонентов по формуле Ашворта:

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙

где Т-температура вверху колонны, К;

Т0- температура кипения фракции при атмосферном давлении, К

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙ рHi=497,0 кПа;

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙ рHi=322,4 кПа;

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙ рHi=216,5 кПа;

Все расчеты сведем в таблицу.

 

Таблица 7.1. К расчету температуры верха колонны.

Фракция, °С	Средняя температура кипения при атм.давлении, °С	Температура верха колонны, °С		, кПа
28-40			0,342	497,0	1,46	0,23
40-62			0,528	322,4	0,95	0,56
62-70			0,13	216,5	0,63	0,21
			Итого			1,00

 

Равенство (3.2) выполнено, следовательно, температура верха колонны подобрана верно и составляет 94°С.