Проект установки ЭЛОУ-АВТ (стр. 6 из 9)
Давление на тарелке вывода фракции 230-280 оС:
Р240-280 = Рверха +∆РТ ∙ (n4+ n5) =0,140+0,00066 ∙ (10+12) =0,155 Мпа
Давление на тарелке вывода фракции 280-350оС:
Р280-350 = Рверха+∆РТ ∙ (n3+n5 + n4 ) =0,140+ 0,00066 ∙ (10+12+10) = 0,161 Мпа
Давление на входе в колонну:
Рвхода = Рверха +∆РТ ∙ (n5 +n4+n3+n2 ) =0,140+ 0,00066 ∙ (12+10+10 +6) = 0,165Мпа
Давление по высоте колонны распределяется следующим образом:
Рверха = 0,140 Мпа;
Р180-230=0,148Мпа;
Р230-280 = 0,155 Мпа;
Р280-350 = 0,161 Мпа;
Рвхода = 0,165 Мпа.
6.2.4 РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЯНОГО ПАРА
По заводским данным колебания расхода водяного пара составляют 1,6 – 2,3% масс. в расчете на сырье основной атмосферной колонны, что в среднем составляет 2% масс. на отводимый продукт. Для удобства проведения расчетов количество водяного пара и флегмы определяем на 100 кг сырья.
Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть колонны, найдем из выражения:
Zниза = gМ ∙ 0,02,
где Zниза - расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть колонны, кг;
gМ – расход мазута. Для нашего расчета gМ = 64,5 кг (см табл. 6.4); 0,02 – расход водяного пара, в долях от единицы.
Zниза = gМ ∙ 0,02 = 64,5∙0,02 =1,29 кг.
Расход водяного пара, подаваемого в стриппинг-колонну К-2/3, служащую для вывода фракции 280-350 оС:
ZК-2/3 = g280-350 ∙ 0,02 =10,7 ∙0,02 = 0,214 кг.
Расход водяного пара, подаваемого в стриппинг-колонну К-2/2 (вывод фракции 230-2800С):
ZК-2/2 = g 230-280 ∙ 0,02 = 7,3 ∙0,02 = 0,146 кг.
Расход водяного пара, подаваемого в стриппинг-колонну К-2/1 (вывод фракции 180-2300С):
ZК-2/1 = g180-230 ∙ 0,02 = 7,8 ∙0,02 = 0,156 кг.
Определим количество водяного пара по высоте колонны.
Количество водяного пара на тарелке отбора фракции 280-3500С:
Z280-350 = Zниза = 1,29 кг.
Количество водяного пара на тарелке отбора фракции 230-2800С:
Z230-280 = Zниза + ZК-2/3 = 1,29 + 0,214 = 1,504 кг.
Количество водяного пара на тарелке отбора фракции 180-2300С:
Z180-230 = Zниза + ZК-2/3 +ZК-2/2 = 1,29 + 0,214 + 0,146 = 1,65 кг.
Количество водяного пара в верху колонны:
Zверха= Zниза+ ZК-2/3+ZК-2/2+ZК-2/1=1,29 + 0,214 + 0,146 +0,156 =1,806 кг.
6.2.5 РАСЧЕТ РАСХОДА ФЛЕГМЫ ПО ВЫСОТЕ КОЛОННЫ
Задаемся флегмовым числом и принимаем условно, что оно по колонне не меняется. Примем флегмовое число равным 2.
Количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 280-3500С
gфл 280-350 = g280-350 ∙ 2 = 10,7 ∙ 2 = 21,4 кг.
Количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-2800С:
gфл 230-280 = g 230-280 ∙ 2 = 7,3 ∙ 2 = 14,6 кг.
Количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-2300С:
gфл 180-230 = g 180-230 ∙ 2 = 7,8 ∙ 2 = 15,6 кг.
Количество флегмы в верху колонны:
gфл 00 = g 120-180 ∙ 2 = 9,7 ∙ 2 = 19,4 кг.
6.2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА СЫРЬЯ НА ВХОДЕ В КОЛОННУ
Теоретическая доля отгона (ēт) будет следующей:
ēт=0,097+0,078+0,073+0,107=0,355.
Температура нагрева нефти должна обеспечить величину фактической доли отгона равной или на 0,001-0,003 больше теоретической.
Температура нагрева нефти в печи перед колонной К-2 находится в пределах 320-3700С.Для определения температуры нагрева нефти необходимо рассчитать процесс однократного испарения сырья.
Расчет процесса однократного испарения сырья колонны ведем при условии испарения в трубах печи. Принимаем давление на 0,03 Мпа выше, чем в питательной зоне.
Рр=Рвхода +0,03=0,165+0,03=0,195Мпа.
Продолжаем вести расчет на 100 кг сырья.
При принятом давлении задаемся температурой нагрева нефти и методом подбора с использованием ПЭВМ находим молярную долю (ер), при которой соблюдаются равенства:
где хi – молярная концентрация компонентов жидкой фазы;
уi – молярная концентрация компонентов паровой фазы;
ai – молярная концентрация компонентов сырья;
ер – молярная доля отгона;
Кi – константа фазового равновесия.
Зная молярную долю отгона рассчитываем массовую долю отгона из соотношения
,где ēр – массовая доля отгона (расчетная);
Му – молярная масса паровой фазы;
Мс – молярная масса сырья.
В табл.6.6. указаны результаты расчета молярной доли.
Исходные данные для расчета доли отгона:
| Компонент сырья колонны | Молярные концентрации | Константы фазового равновесия |
| 1. фр.120-1670С | 0,1722 | 19,4872 |
| 2. фр.167-2140С | 0,1389 | 10,7692 |
| 3. фр.214-2610С | 0,1149 | 4,8718 |
| 4. фр.261-3080С | 0,0977 | 2,1538 |
| 5. фр.308-3550С | 0,0781 | 1,0769 |
| 6. фр.355-4020С | 0,0693 | 0,4359 |
| 7. фр.402-4490С | 0,0688 | 0,1692 |
| 8. фр.449-5000С | 0,0709 | 0,0067 |
| 9. фр. выше 5000С | 0,1892 | 0,0077 |
| Сумма молярных долей | 1,0000 | - |
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НА ПЭВМ
Молярная доля отгона е = 0,5437 при 370ºС и 0,195 МПа.
СОСТАВ ФАЗ
| Компонент сырья колонны | Жидкая фаза | Газовая фаза |
| 1. фр.120-1670С | 0,0156 | 0,3037 |
| 2. фр.167-2140С | 0,0220 | 0,2369 |
| 3. фр.214-2610С | 0,0370 | 0,1803 |
| 4. фр.261-3080С | 0,0600 | 0,1293 |
| 5. фр.308-3550С | 0,0750 | 0,0808 |
| 6. фр.355-4020С | 0,0999 | 0,0436 |
| 7. фр.402-4490С | 0,1255 | 0,0212 |
| 8. фр.449-5000С | 0,1541 | 0,0010 |
| 9. фр. выше 5000С | 0,4109 | 0,0032 |
| Сумма молярных долей | 1,0000 | 1,0000 |
Таблица 6.6
Определение молярной доли отгона нефти на входе в колонну при температуре 370оС и давлении 0,195 Мпа
| № п/п | Пределы выкипания фракции, 0С | Выход фракций (фактический) на сырье установки, % масс. | Выход фракций на сырье колонны (Gi), % масс. | Мi |  ,кмоль |  | Средняя температура кипения фракции, оС | Давление насыщенных паров фракции при 370оС, Мпа (Рi) |  |  |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | 120-167 | 7,0 | 8,0 | 129 | 0,062 | 0,1722 | 143 | 3,8 | 19,4872 | 0,0156 |
| 2 | 167-214 | 7,0 | 8,0 | 160 | 0,050 | 0,1389 | 191 | 2,1 | 10,7692 | 0,0220 |
| 3 | 214-261 | 6,7 | 7,6 | 185 | 0,041 | 0,1149 | 237 | 0,95 | 4,8718 | 0,0370 |
| 4 | 261-308 | 6,8 | 7,7 | 221 | 0,035 | 0,0977 | 284 | 0,42 | 2,1538 | 0,0600 |
| 5 | 308-355 | 6,5 | 7,4 | 264 | 0,028 | 0,0781 | 331 | 0,21 | 1,0769 | 0,0750 |
| 6 | 355-402 | 6,7 | 7,6 | 307 | 0,025 | 0,0693 | 380 | 0,085 | 0,4359 | 0,0999 |
| 7 | 402-449 | 7,5 | 8,5 | 346 | 0,025 | 0,0688 | 426 | 0,033 | 0,1692 | 0,1255 |
| 8 | 449-500 | 8,8 | 10,0 | 394 | 0,025 | 0,0709 | 478 | 0,0013 | 0,0067 | 0,1541 |
| 9 | >500 | 31,0 | 35,2 | 520 | 0,068 | 0,1892 | 568 | 0,0015 | 0,0077 | 0,4109 |
| Итого | - | 88,0 | 100,0 | – | 0,358 | 1,0000 | - | – | - | 1,0000 |
| № п/п | уi=Ki×хi | Mi×yi |  | Mi×хi |  |  | ri |  |  |  |
| 1 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
| 1 | 0,3037 | 39,2 | 0,214 | 2,0 | 0,005 | 0,080 | 0,753 | 0,007 | 0,284 | 0,106 |
| 2 | 0,2369 | 37,9 | 0,207 | 3,5 | 0,009 | 0,080 | 0,788 | 0,011 | 0,263 | 0,102 |
| 3 | 0,1803 | 33,4 | 0,182 | 6,8 | 0,017 | 0,076 | 0,820 | 0,021 | 0,222 | 0,093 |
| 4 | 0,1293 | 28,6 | 0,156 | 13,3 | 0,034 | 0,077 | 0,847 | 0,040 | 0,184 | 0,091 |
| 5 | 0,0808 | 21,3 | 0,116 | 19,8 | 0,050 | 0,074 | 0,866 | 0,058 | 0,135 | 0,086 |
| 6 | 0,0436 | 13,4 | 0,073 | 30,7 | 0,078 | 0,076 | 0,882 | 0,088 | 0,083 | 0,086 |
| 7 | 0,0212 | 7,3 | 0,040 | 43,4 | 0,110 | 0,085 | 0,901 | 0,122 | 0,045 | 0,094 |
| 8 | 0,0010 | 0,4 | 0,002 | 60,7 | 0,154 | 0,100 | 0,920 | 0,168 | 0,002 | 0,107 |
| 9 | 0,0032 | 1,6 | 0,009 | 213,7 | 0,542 | 0,352 | 1,010 | 0,537 | 0,009 | 0,349 |
| Итого | 1,0000 | 183,1 | 1,000 | 393,9 | 1,000 | 1,000 | - | 1,052 | 1,226 | 1,114 |
Определим массовую долю отгона нефти – сырья колонны К-2 при температуре 370ºС и давлении 0,195 Мпа.
Массовая доля отгона (ēр) сырья основной колонны, полученная в результате расчета, должна быть несколько больше или равна теоретической доле отгона ēт. В нашем примере ēт =0,355, а ēр =0,356. Следовательно, температуру нагрева сырья на входе в колонну определили верно.
Проверку правильности расчета проводим, определяя плотность сырья колонны из соотношения:
где
.Определим плотность сырья по данным табл. 6.6 (колонка 21):
Полученное значение плотности сырья колонны и определенное ранее совпадают.