Тепловой баланс колонны

Рассмотрим способ отвода тепла в колонне холодным испаряющимся орошением, как наиболее распространённым в нефтепереработке. Пары дистиллята при этом поступают в конденсатор-холодильник (обычно сначала воздушный, затем водяной), где происходит их конденсация и дальнейшее охлаждение конденсата до температур 30-40^оС. Часть холодного конденсата далее подаётся как орошение на верхнюю тарелку, остальное количество отводится как верхний продукт колонны.

Уравнение теплового баланса колонны в этом случае будет иметь вид:

,

где Q_F – тепло, поступающее в колонну с сырьём, кВт;

Q_B – тепло, подводимое в низ колонны, кВт;

Q_D – тепло, отводимое из колонны с дистиллятом, кВт;

Q_W – тепло, отводимое из колонны с остатком, кВт;

Q_ХОЛ – тепло, отводимое в конденсаторе-холодильнике, кВт;

Q_ПОТ – потери тепла в окружающую среду, кВт.

где F, F_ж, F_п – массовый расход сырья, жидкой и паровой фаз сырья, кг/ч;

i_Fж – энтальпия жидкой фазы сырья, кДж/кг;

I_Fп – энтальпия паровой фазы сырья, кДж/кг;

е = 0,0441 – массовая доля отгона сырья (см. раздел 7);

,

где D – массовый расход дистиллята, кг/ч;

i_хол – энтальпия холодного дистиллята при температуре его отвода после конденсатора-холодильника, кДж/кг;

,

где W – массовый расход остатка, кг/ч;

i_W – энтальпия остатка при температуре при температуре его отвода из колонны 257,63^ОС, кДж/кг;

,

где L_ор - количество холодного орошения, подаваемого в колонну, кг/ч;

I_D – энтальпия паров дистиллята при температуре верха колонны 112,04^оС.

,

где R_опт = 5,30 - оптимальное флегмовое число;

i_конд – энтальпия жидкого дистиллята при температуре его конденсации, кДж/кг;

Q_конд – теплота конденсации паров дистиллята. Для светлых нефтепродуктов эту величину можно рассчитать по уравнению Крэга:

, кДж/кг.

где Т_ср.м. – средняя молекулярная температура кипения дистиллята, К;

В общем случае средняя молекулярная температура кипения смеси рассчитывается по формуле:

,

где Т_i – среднеарифметическая температура кипения узкой фракции в смеси, К:

x_i` - мольная доля узкой фракции в смеси.

В нашем случае средняя молекулярная температура кипения дистиллята:

Т_ср.м. = 314,5 ^. 0,48692 + 341,5 ^. 0,44644 + 356,5 ^. 0,05662 + 366 ^. 0,01002

= 329,45 К.

= 346,33 кДж/кг.

Примем температуру дистиллята после конденсатора-холодильника и, следовательно, температуру подачи орошения t_хол = 35°C.

Энтальпии жидких нефтепродуктов при соответствующих температурах рассчитываются по уравнению Крэга:

, кДж/кг.

Энтальпии паров нефтепродуктов рассчитываются по уравнению Уэйра и Итона:

, кДж/кг.

Плотность находят по формуле:

Результаты расчета плотности приведены в таблице:

Таблица

Фракции	р15	масс% F	масс% D	масс% W	ρF	ρD	ρW
	0,6449	2,17	44,95		3,364863	69,70073
	0,6778	2,29	47,36	0,000146	3,378578	69,87312	0,000215
	0,6953	0,37	6,48	0,058017	0,532144	9,319718	0,083442
	0,7061	1,97	1,2	2,009	2,789973	1,699476	2,845206
	0,7356	7,57		7,956	10,29092		10,81566
	0,7736	10,39		10,92	13,43071		14,11582
	0,8142	9,73		10,22	11,95038		12,5522
	0,867	16,7		17,55	19,26182		20,24221
	0,9281	48,81		51,29	52,59132		55,26344
∑	̶	-	-	-	117,5907	150,593	115,9182
				ρ	0,850407	0,664041	0,862677

Например, энтальпия жидкой фазы сырья, поступающего в колонну при 220^ОС:

кДж/кг.

Результаты расчёта энтальпий потоков:

iF = 492,97 кДж/кг		при tF = 220°C
iD = 259,17 кДж/кг		при tD = 112,04°C
iW = 590,81 кДж/кг		при tW = 257,63°C
iхол = 75,74 кДж/кг		при tхол = 35 °C
IF = 754,68 кДж/кг		при tF = 220°C
ID = 587,21 кДж/кг		при tD = 112,04°C
IW = 841,80 кДж/кг		при tW = 257,63°C
Iхол = 447,69 кДж/кг		при tхол = 35°C

Количество холодного орошения:

кг/ч

Рассчитываем тепловые потоки:

Q_F = 684931,50685 ^. 0,0441 ^. 754,68 + 684931,50685 ^. (1-0,0441) ^. 492,97 =

345555761 кДж/ч = 95987,71кВт

Q_D = 33066,60855 ^. 75,74 = 2504464,9 кДж/ч = 695,68 кВт

Q_W= 651864,89830 ^. 590,81 = 385128300,6 кДж/ч = 106980,08 кВт

Q_ХОЛ= (33066,60855 + 112401,51) ^. (587,21 – 75,74) = 74402578,59 кДж/ч =20667,38 кВт

Примем потери тепла в колоне 5%:

Q_пот = (695,68 + 106980,08 + 20667,38)^.5/95 = 6754,90 кВт

Тепло, необходимое подвести в низ колонны:

Q_B = 135098,04 – 95987,71= 39110,33 кВт

Таблица 11

Тепловой баланс колоны

Поток	t, °С	Энтальпия, кДж/кг	Расход, кг/ч	Количество тепла, кВт
ПРИХОД:
С сырьём:
паровая фаза	220,0	754,68	684931,50685	6332,0753
жидкая фаза	220,0	492,67		89655,6360
В низ колонны				39110,33
Итого				135098,04
РАСХОД:
С дистиллятом	35,0	75,74	33066,60855	695,68
С остатком	257,63	582,25	651864,89830	106980,08
В конденсаторе				20667,38
Потери				6754,90
Итого				135098,04

Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. 672 с.

Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа. Учеб. пособие. — Мн.: Выш. шк., 1989.

М. А. Самборская, Ю.Б. Швалев Технологическое проектирование тарельчатых колонн фракционирования нефти: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам «Основы научных исследований и проектирование», «Технологическое проектирование и типовое оборудование нефтехимических процессов» для студентов направления 240100 «Химическая технология и биотехнология» и специальностей 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и 240802 «Процессы и аппараты химических производств и химическая кибернетика».

– Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 48 с.

Дата добавления: 2015-10-24