Расчет температуры верха основной ректификационной колонны К-2

Определяем массовую долю отгона из уравнения:

 

Определяем плотность  паровой и жидкой фаз из выражений:

ρ_y=1/

; ρ_x=1/ .

Получаем ρ_y=1/ 1,2050=0,829; ρ_x=1/1,1257=0,888.

Полученные значения в  дальнейшем используются для расчета  величин теплосодержания потоков.

 

1. Расчет температуры верха основной ректификационной колонны К-2

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

,

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

k_i - константа фазового равновесия i-го компонента при давлении и температуре верха

,

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

Р_b - давление верха колонны, МПа.

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

,

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

G1=0,02*Мм; G2=0,01*Мдт; G3= 0,01*Мрт

Gв.п.= 0,02*Мм+0,01*Мдт+0,01*Мрт = 0,02*36,0+0,01*25,0+0,01*21,0=1,18 кг

Определяем давление на верху К-2:

, МПа

где Р_н - давление в нижней части колонны, МПа; n - число тарелок в колонне;

Dp - перепад давления на одной тарелке, МПа.

Рн=0,18 МПа; n=46; Dp=0,0007 МПа.

Pв=0,18-46*0,0007=0,1478 МПа.

Выводимую из К-2 бензиновую фракцию разбиваем на 2 узкие фракции в равном пропорциональном отношении по массе.

На долю фракции 85 - 120 ⁰С приходится 6,0 кг. Эта фракция разбиваем на две равные части по 3,0 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.

Температура верха считается  найденной, если соблюдается условие

Результаты расчета сводятся в таблицу 16.

Таблица 14. Расчет температуры верха К-2 (при циркуляционном орошении)

						TВ = 111
Фракция	кг по ИТК	Мi	Тi	кг моль Ni		Рi	ki
85-102	3,0	85	93,5	0,2117	0,4786	0,156	1,0548	0,4537
102-120	3,0	109	111	0,1651	0,3732	0,100	0,6766	0,5516
в.п.	1,18	18	-	0,0655	0,1481	-	¥	0
ИТОГО				0,4424	1,0000			1,004

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.* У_В.П * 7600,  мм рт. ст.

где Р_В - давление наверху К-2 , МПа;

У_В.П - мольная доля водяного пара (находится из таблицы 14)

Р_В.П. = 0,148*0,148* 7600=166,357  мм. рт. ст.

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

, ⁰С.

= 333,33-273 = 60,33⁰С.

Разница между Т_К  ниже температуры верха Т_В больше чем на 10⁰С, приступаем к определению количество тепла, снимаемого циркуляционным орошением, которое находим из теплового баланса.

 

2. Расчет теплового баланса основной ректификационной колонны

Для составления теплового  баланса рассчитаем температуру вывода потоков РТ и ДТ из отпарных колонн. Для расчета указанных температур используем эмпирические формулы.

Температура вывода РТ

,

Температура вывода ДТ

,

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.

Т_В - температура верха колонны, ⁰С

Рассчитаем  температуру вывода РТ:

Дано: Т=350°С; Тв=111°С; N1=10; N2=12; N3=15.

= 207,89°С

Рассчитаем  температуру вывода РТ:

=285,40°С

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

Q _прих = Q _расх

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

      По разнице  Q _прих = Q _расх найдем количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением. Количество тепла, вносимое сырьем Q _F  в колонну, рассчитываем по уравнению

  , кДж

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  определяем по эмпирическим формулам:

 кДж/кг

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

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

Рассчитываем величину теплосодержания:

t=350°C; ρx=0,888 ; ρy=0,829

Рассчитываем количество тепла, вносимое сырьем:

F=88,0кг; e_м=0,68;

= 88,0*(1091,72*0,883+847,152*(1-0,883)) =

= 93553,28 кДж

Количество тепла, снимаемое  потоком мазута: 

, кДж

где М - количество мазута, кг;

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

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

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

;

Рассчитываем количество тепла, вносимое потоком мазута:

t_м=335°С; P_M=0,882 г/см³;  М=36,0 кг

_{=36,0*804,526 = 28962,95 (кДж)}

Количество тепла, снимаемое  потоком дизельного топлива:

, кДж

Рассчитываем количество тепла, вносимое потоком дизельного топлива:

tдт=284,40°С; P_дт=0,824 г/см³;  Мдт=25,0 кг

_{QДТ = 25,1*679,753 = 17861,8 (кДж)}

Количество тепла, снимаемое  потоком реактивного топлива:

, кДж

Рассчитываем количество тепла, вносимое потоком реактивного  топлива:

tрт=207,89°С; P_рт=0,778 г/см³;  Мрт=21,0 кг

_{QРТ = 21,0*480,784 = 10096,46 (кДж)}

Количество тепла, снимаемое  парами бензина:

, кДж 

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

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

tб=111°С; P_б=0,731 г/см³;  М_б=6,0 кг

 _{QБ = 6,0*567,314 = 3403,884 (кДж)}

Количество тепла, снимаемое  острым орошением:

, кДж

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

Рассчитаем количество тепла, снимаемое острым орошением:

g _ор = 30 кг;

_{= 30*(567,314-82,124) =14555,7 (кДж)}

Количество тепла, снимаемое  циркуляционным орошением Q _цо в зоне вывода реактивного и дизельного топлива, определяем из выражения

Q _цо = Q _прих - Q _расх

Q _цо = Q _F – Q _м – Q _дт – Q _рт – Q _б – Q _ор

Рассчитаем количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением:

Q _цо = 93553,28 –28962,95 –17861,8–10096,46–3403,884–14555,7 =

= 18672,486 (кДж)

Значение Q _цо разбивается на   и на в соотношении 60 % : 40 %.

Q _цо = 18672,486 (кДж)

Q _{цо РТ} = 0,6* 18672,486 = 11203,5 (кДж) 

Q _{цо ДТ} = 0,4* 15854 = 7469 (кДж).