Расчет колонны выделения фракции 120-128 (стр. 2 из 4)

d15x= Σ Xi'* d15i = 0,777 кг/м³

d15y= 0,771 кг/м³

5.9 Определяем массовые доли xi и yi

5.10. Определяем массовую долю отгона

e = e'*(My/MF) = 0,435 * (120,57/123,38) = 0,425

6. Определение температуры продуктов в верхнем и нижнем сечении колонны

Давление насыщенных паров узких нефтяных фракций при умеренных давлениях в системе может быть рассчитано по уравнению Ашворта:

Значения вспомогательной функции от рабочей температуры f(Ti) и средних температур выкипания узких фракций f(T_срi) определяются из соотношения:

Константы фазового равновесия компонентов:

K_Pi = P⁰_i / P

Температуры верха и низа колонны определяются как корни уравнений численным методом Ньютона – Рафсона:

g (T) = ∑ (y_Di / K_i_,в) – 1 = 0,

g (T) = ∑ (K_i_,н×x_i) – 1 = 0

Итерационная формула для определения улучшенного значения корня выглядит следующим образом:

T⁽^r⁺¹⁾ = T⁽^r⁾ - g (T⁽^r⁾)/ g' (T⁽^r⁾), где r – номер итерации.

Для упрощения расчетов примем:

g' (T) ≈ [g(T+∆T) – g(T)] / ∆T, ∆T = 0,001×Т

В качестве начального приближения примем значение температуры в секции питания (120 ºС).

6.1. Температура верха колонны

Из условия: P_в = 0,22 МПа

Фракция	f(T_i)	y_Di'	r = 1, T⁽^r⁾ = 180 °С				r = 2, T⁽^r⁾ = 118,59°С
Фракция	f(T_i)	y_Di'	P_i, МПа	K_Pi	y_Di'/ K_Pi	T⁽^r⁺¹⁾	K_Pi	y_Di'/ K_Pi	T⁽^r⁺¹⁾
102-120	5,32	0,72	0,478	2,17	0,3311		0,56	1,2762
120-124	5,06	0,154	0,379	1,72	0,085		0,42	0,3674
124-128	4,97	0,074	0,347	1,58	0,0469		0,38	0,197
					Σ0,4675	118,59°С		1,8406	135,94 °С

Фракция	r = 3, T⁽^r⁾ = 135,94 °С			r = 4, T⁽^r⁾ = 142,6 °С
Фракция	K_Pi	y_Di'/ K_Pi	T⁽^r⁺¹⁾	K_Pi	y_Di'/ K_Pi	T⁽^r⁺¹⁾
102-120	0,87	0,8294		1,01	0,7109
120-124	0,66	0,2343		0,77	0,1994
124-128	0,59	0,1248		0,70	0,1059
		1,1885	142,6°С		1,0163	143,296°С

Фракция	r = 4, T⁽^r⁾ = 143,296 °С
Фракция	K_Pi	y_Di'/ K_Pi	T⁽^r⁺¹⁾
102-120	1,03	0,6998
120-124	0,79	0,1961
124-128	0,71	0,1042
		1,0001	143,3°С

Результаты расчетов

t_B = 143,3°С ; f(143,3+273) = 4,611

Фракция	f(T_i)	y_Di'	P_i, МПа	K_Pi	y_Di'/ K_Pi
102-120	5,32	0,72	0,226	1,03	0,7
120-124	5,06	0,154	0,173	0,79	0,196
124-128	4,97	0,074	0,156	0,71	0,104
∑		1			1

6.2. Температура низа колонны

Из условия Pн = 0,28 МПа

Фракция	f(Ti)	xWi'	r = 1, T⁽^r⁾ = 180 °С				r = 2, T⁽^r⁾ = 196,24 °С
Фракция	f(Ti)	xWi'	Pi, МПа	Kpi	xWi'* Kpi	T⁽^r⁺¹⁾	Kpi	xWi'* Kpi	T⁽^r⁺¹⁾
120-124	5,06	0,018	0,379	1,35	0,024		2,84	0,0512
124-128	4,97	0,047	0,346	1,24	0,058		2,64	0,1241
128-150	4,70	0,410	0,262	0,94	0,384		2,08	0,8538
150-179	4,22	0,525	0,147	0,52	0,275		1,27	0,6656
∑					0,742	196,24		1,69	199,3

r = 3, T⁽^r⁾ = 199,3 °С			r = 1, T⁽^r⁾ = 194,71 °С			r = 1, T⁽^r⁾ = 194,53°С
Kpi	xWi'* Kpi	T⁽^r⁺¹⁾	Kpi	xWi'* Kpi	T⁽^r⁺¹⁾	Kpi	xWi'* Kpi	T⁽^r⁺¹⁾
1,92	0,0346		1,77	0,0319		1,77	0,0318
1,78	0, 834		1,64	0,0769		1,63	0,0766
1,37	0,5613		1,26	0,5147		1,25	0,5130
0,8	0,4181		0,72	0,3799		0,72	0,3785
∑	1,097	194,71		1,0034	194,53		1	194,53

Результаты расчетов T_Н = 194,5°С ; f(194,5+273) = 3,737

Фракция	f(T_i)	xWi'	P_i, МПа	K_Pi	xWi'*K_Pi
120-124	5,06	0,018	0,495	1,77	0,032
124-128	4,97	0,047	0,456	1,63	0,07
128-150	4,70	0,410	0,350	1,25	0,513
150-179	4,22	0,525	0,202	0,72	0,379
∑		1			1

7. Определение флегмового числа

Рн = 0,28 МПа Рв = 0,22 МПа РF = 0,25 МПа

tн = 194,5 ºC tв = 143,3 ºC tF = 180 ºC

7.1 Определяем значения коэффициентов относительной летучести

Фракция	αiв	αiн	αiF	αi
102-120	3,81	3,06	3,24	3,36
120-124	2,95	2,45	2,56	2,65
124-128	2,68	2,26	2,36	2,43
128-150	1,96	1,73	1,78	1,82
150-179	1	1	1	1

Находим среднее геометрическое значение коэффициентов относительной летучести

7.2. Определяем значения вспомогательного параметра уравнения Андервуда

Σ αi* XFi' / (αi - θ) = e'

Корень уравнения будем оттискивать на участке 2,65< θ <2,43

Зададимся значениями θ: 2, 3. И найдем при этих значениях величину

Σ αi* XFi' / (αi - θ) = e'

e'(2) = 0,516 + 0,224 + 0,305 – 3,023 – 0,383 = - 2,36.

e'(3) = 1,951 – 0,416 – 0,23 – 0,461 – 0,192 = 0,65

θ = 2,94

7.3. Определяем минимальное флегмовое число

Rmin = 6,176 – 1,407 – 0,353 – 1 = 3,42

7.4. Определяем min и рабочее число теоретических тарелок

Nmin = 0,735/0,038 – 1 = 18,34

Рабочее число

N =(0,4+18,34)/(1-0,4) = 31,23

Рассчитываем min и рабочее число тарелок для укрепляющей секции.

Nmin(укр) = 6,96

Nукр = (0,4 + 6,96)/(1 - 0,4) = 12,27

Для отгонной секции

Nотг = 18,96

8. Тепловой баланс

	Фаза	d15i	t, ºC	i, кДж/кг	Расход, кг/час	Q, кДж/час
Приход тепла Питание: Пар Жидкость Пар + жидкость Доп. в куб	П Ж ПЖ	0,771 0,777	180 180	696,7 408,2 530,8	214480	11,4010^7 11,4510^7
Расход тепла Дистиллят Остаток Доп. сверху	Ж Ж	0,753 0,782 0,753	143,3 194,5 80	325,4 446,4 169,0	50641,1 163838,9	1,6510^7 7,3010^7 13,9*10^7

8.1. Рассчитываем энтальпии основных потоков

8.2. Рассчитываем энтальпию парожидкостного питания

Температура холодного острого орошения – 80 ºC. Потери в окружающую среду принимаем 5% от общего количества расходуемого тепла и с учетом этого находим дополнительное количество тепла, которое следует подвести в куб колонны

QВ = 1,05*(QD + QW + Qd – QF) = 11,45*10^7 кДж/час

9. Расчет величин внутренних потоков жидкости и пара в колонне (в массовых долях)

Укрепляющая секция

Gв = D*(R + 1) = 50641,1*5,97 = 302327,4 кг/час

Lв = Gв – D = 251686,3 кг/час

Отгонная секция

Gн = Qв/(itн(пара) - itн(жидкости)) = 11,45*10^7/(725,6 – 446,4) = 410100,3 кг/час

Lн = Gн + W = 573939,2 кг/час

10. Предварительный расчет диаметра колонны

10.1. Укрепляющая часть колонны

Выбор типа тарелки.

К тарельчатым массообменным устройствам предъявляются следующие основные требования: низкая металлоемкость; высокая производительность, высокая эффективность (т.е. высокий коэффициент полезного действия практической тарелки); малое гидравлическое сопротивление тарелки; широкий диапазон устойчивой работы (тарелка должна эффективно работать как при больших, так и при малых нагрузках по жидкости и пару).