1. 1. Сущность процесса перегонки 8 4 страница

Аналогично по данным таблицы 4.7 строятся прямые ОИ для керосина и дизтоплива (рис. 4.1).

Далее корректируем прямую ОИ бензина на его парциальное давление наверху колонны. Задаёмся расходом водяного пара в низ колонны (Z₁) 3% масс. от мазута и в стриппинг-секции (Z₂ и Z₃) 2% масс. от бокового погона:

Z₁ = 0,03 · R₁ = 0,03 · 72660=2179,8 кг/ч

Z₂ = 0,02 · R₂ = 0,02 · 20090=401,8 кг/ч

Z₃ = 0,02 · R₃ = 0,02 · 50380 = 300,2 кг/ч

Общий расход водяного пара:

Принимаем предварительно кратность холодного орошения вверху колонны 3:1. Тогда количество острого холодного орошения:

g_xол = 3 · D₂ = 3 · 7310 = 21930 кг/ч

Парциальное давление бензиновых паров наверху колонны:

где p – абсолютное давление наверху колонны, кПа

и - молекулярный вес бензина D₂ и воды.

= 87,67 кПа

Далее корректируем прямую ОИ бензина на давление 87,67 кПа. Новая прямая ОИ будет параллельна старой и располагаться выше, если давление выше атмосферного (101,3 кПа) или ниже, если давление ниже атмосферного.

Поэтому для построения новой ОИ достаточно найти одну точку, через которую и проводят прямую, параллельную старой ОИ. Для этого по методу Пирумова находим температуру, соответствующую точке пересечения ИТК и ОИ бензина.

Далее по графику Кокса находим точку пересечения данной температуры (на оси ординат) и атмосферного давления (на оси абцисс). Переносим эту точку строго параллельно находящимся на графике наклонным прямым до пересечения с вертикальной линией, соответствующей парциальному давлению бензина. Полученная точка соответствует новой температуре, на которую и переносится точка пересечения ИТК и ОИ. Через эту точку проводим прямую, параллельную старой ОИ. Это и будет прямая ОИ бензина для давления 87,67 кПа.

Температура верха колонны соответствует температуре конца прямой ОИ бензина при давлении 87,67 кПа.

По графику t_верха = 110⁰С. Эта температура соответствует температуре верхней, 34-ой тарелки, т.е. t₃₄ = 110⁰С.

Температура вывода керосина с 27-ой тарелки соответствует температуре начала ОИ керосина. По графику t₂₇ = 170⁰С.

Температура вывода дизтоплива с 17-ой тарелки соответствует температуре начала ОИ дизтоплива. По графику t₁₇ = 271⁰С.

Температура сырья на входе в колонну составляет, как правило, 340-360°С, что соответствует температуре отгона светлых фракций. Примем температуру сырья на входе в колонну 355°С, т.е. t_Lо = 355⁰С.

Температуры вывода керосина и дизтоплива из стриппинг-секций будут ниже температур вывода этих фракций с 27 и 17 тарелок за счёт эффекта водяного пара, который приводит к активному испарению лёгких фракций и поглощению тепла. Перепад температур в стриппингах зависит от расхода водяного пара и примерно оценивается величиной, равной (7 - 10)С_п, где С_п – расход водяного пара в % масс. Для тяжелых фракций перепад ниже, чем для лёгких. Примем перепад температур в керосиновом стриппинге 20⁰, в дизельном стриппинге 15⁰.

Тогда температура вывода керосина из стриппинга:

t_кер = 170 – 20 = 150⁰С

Эта температура соответствует температуре нижней 1-й тарелки керосинового стриппинга.

Температура вывода дизтоплива из стриппинга:

t_дт = 271 – 15 = 256⁰С

Эта температура соответствует температуре нижней 1-й тарелки дизельного стриппинга.

Температура вывода мазута с низа колонны принимается на 15-25⁰ ниже температуры ввода сырья (также за счёт эффекта испарения лёгких фракций в присутствии водяного пара). Примем температуру вывода мазута:

t_маз = 355 – 25 = 330⁰С

Эта температура соответствует температуре нижней 1-й тарелки основной колонны.

Так как сырьё колонны поступает на 6-ю тарелку, то температура на этой тарелке t₆ = 355⁰С.

Полученные таким образом температуры на соответствующих тарелках вносим в таблицы 4.1 и 4.2. Остальные температуры на тарелках определяем аналогично плотности из расчёта равномерного перепада по каждому сечению.

Примем также температуру холодного орошения вверху колонны t_хол = 35°С, температуру ввода второго циркуляционного орошения (на 26-ю тарелку) t_Ц2 = 70°С, температуру первого циркуляционного орошения (на 16-ю тарелку) t_Ц1 = 100°С.

2.5. ДОЛЯ ОТГОНА СЫРЬЯ НА ВХОДЕ В КОЛОННУ

Доля отгона сырья позволяет определить количество паровой и жидкой фазы полуотбензиненной нефти на входе в колонну. Это необходимо для расчёта теплового баланса колонны.

Рассчитать долю отгона можно аналитическим способом по методу А.М.Трегубова. Это трудоёмкий метод.

Наиболее простой способ - графический. Для этого сначала составляем таблицу 5.1 и строим по её данным (рис.2.4.1) кривую ИТК полуотбензиненной нефти (аналогично построению ИТК светлых фракций). Конец кипения сырья можно принять в пределах 600⁰С.

Таблица 5.1

Выход узких фракций полуотбензиненной нефти

Пределы кипения узких фракций, ^0С	Выход узких фракций на нефть, % масс.	Выход узких фракций на полуотбензиненную нефть, % масс.	Суммарный выход узких фракций, % масс.
85-89	0,268	0,28	0,28
89-111	2,420	2,55	2,83
111-131	2,380	2,51	5,34
131-155	2,550	2,69	8,03
155-174	2,620	2,76	10,79
174-190	2,620	2,76	13,55
190-210	2,210	2,33	15,88
210-223	2,650	2,79	18,67
223-247	2,760	2,91	21,58
247-265	2,720	2,87	24,45
265-285	2,730	2,88	27,33
285-300	2,720	2,87	30,20
300-317	2,860	3,01	33,21
317-333	3,310	3,49	36,70
333-348	2,860	3,01	39,71
348-365	2,690	2,84	42,55
365-384	2,900	3,06	45,61
384-402	3,040	3,20	48,81
402-423	2,760	2,91	51,72
423-444	2,930	3,09	54,81
444-467	3,070	3,24	58,05
467-485	3,070	3,24	61,29
485-500	3,520	3,71	65,00
Остаток	33,20	35,00	100,00
Сумма	94,858		-

Далее по данным кривой ИТК сырья, по графику Обрядчикова и Смидович составляем таблицы 5.2 и 5.3 и строим прямую ОИ полуотбензиненной нефти.

Таблица 5.2

Характеристика кривой ИТК полуотбензиненной нефти

Фракция	Температура отгона по кривой ИТК, ^0С	Тангенс угла наклона (t70-t10)/60
10%	50%	70%
85-К.К.				5,77

Таблица 5.3

Параметры прямой ОИ полуотбензиненной нефти

Фракция	Процент ИТК, соответствующий началу ОИ – 0% масс.	Процент ИТК, соответствующий концу ОИ – 100% масс.	Температура, соответствующая началу ОИ	Температура, соответствующая концу ОИ
85-К.К.

Полученная прямая ОИ сырья соответствует атмосферному давлению – 101,3 кПа. Но в зоне питания, под 7-ой тарелкой, давление составляет 156,8 кПа. Поэтому корректируем прямую ОИ сырья по графику Кокса на давление 156,8 кПа (рис. 4.1).

По полученной новой ОИ определяем долю отгона. Для этого на оси ординат находим точку, соответствующую температуре ввода сырья (355⁰С), проводим от неё горизонталь до пересечения с прямой ОИ. От полученной точки пересечения проводим вертикаль на ось абсцисс. Получаем процент отгона сырья – 49%. Т.е. доля отгона полуотбензиненной нефти при 355⁰С и 156,8 кПа составляет е = 0,49.

2.6. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЛОННЫ

Тепловой баланс колонны рассчитывается с целью определения количества тепла, которое необходимо снять орошениями.

Приходные и расходные статьи теплового баланса приведены в таблице 6.1. Потери тепла в окружающую среду не внесены в тепловой баланс, это дает некоторый запас при определении тепла, снимаемого орошениями в колонне.

Энтальпию углеводородных паровых I^П и жидкостных I^Ж потоков рассчитываем по формулам:

, кДж/кг

где Т – температура потока, К

– относительная плотность потока.

, кДж/кг

Энтальпия перегретого водяного пара приведена в приложении 2.

Количество паровой фазы сырья:

L_П = L₀ · е = 115070· 0,49 = 56384,3 кг/ч.

Количество жидкой фазы сырья:

L_Ж = L₀ – L_п = 115070 – 56384,3 = 58685,7 кг/ч.

Энтальпию водяного пара определяем по приложению 3 на входе в колонну при температуре 400⁰С и давлении 6ат, на выходе из колонны при температуре 110⁰С и давлении 1ат (интерполяцией).

Энтальпию по формуле для парового потока рассчитываем только для бензина и паровой фазы сырья. Остальные потоки – по формуле для жидкости.

Относительную плотность паровой фазы сырья рассчитаем с учётом того, что в её составе находятся в основном светлые фракции:

Энтальпия паровой фазы сырья при 355 ⁰С:

Относительную плотность для жидкой фазы сырья можно принять равной плотности мазута , тогда

Таблица 6.1

Тепловой баланс колонны

Поток	Обозна- чение	Массовый расход G, кг/ч	t, ^0С	Энтальпия I, кДж/кг	Количество тепла Q, кВт
ПРИХОД:
Паровая фаза сырья	LП	56384,3		1118,79	17522,83
Жидкая фаза сырья	LЖ	58685,7		837,35	13650,13
Водяной пар	∑Z	2881,8		3273,23	2620,22
Итого	-	117951,8	-	-	33793,18
РАСХОД:
Бензин	D2			564,15	1145,54
Керосин	R3			329,99	1375,87
Дизтопливо	R2			593,87	3314,12
Мазут	R1			764,00	15420,07
Водяной пар	∑Z	2881,8		2698,78	2160,37
Итого	-	117951,8	-	-	23415,97

Для бензина при 110 ⁰С:

Для керосина при 150 ⁰С:

Для дизельного топлива при 256 ⁰С:

Для мазута при 330 ⁰С:

Количество тепла в кВт для каждого потока определяем по формуле:

Общее количество тепла, которое необходимо снять орошениями в колонне:

Q_ор = Q_прих – Q_расход = 33793,18 – 23415,97 = 10377,21 кВт =

= 37357956 кДж/кг

Этот избыток тепла в колонне снимается острым холодным орошением вверху колонны и двумя промежуточными циркуляционными орошениями под тарелками отбора боковых фракций.

2.7. ВНУТРЕННИЕ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ПОТОКИ В КОЛОННЕ

2.7.1. Верхнее сечение колонны

Из совместного решения материального и теплового баланса третьей простой колонны при условии, что с 27-й тарелки вся флегма перетекает в стриппинг-секцию керосина, можно определить количество холодного орошения g_хол, подаваемого на верхнюю тарелку.

Материальный баланс третьей простой колонны (по контуру на рис. 7.1):

Схема третьей простой колонны

Рис. 7.1

G₂₆ + z₃ + g_хол = G₃₄ + R₃,

где G₂₆ и G₃₄– нефтяные и водяные пары, поднимающиеся с 26-й и 34-й тарелки.

G₂₆ = D₂ + R₃ + z₁ + z₂

G₃₄ = D₂ + g_хол + z₁ + z₂+ z₃

Введём обозначения:

z_1,2 = z₁ + z₂

z_1,2,3 = z₁ + z₂ + z₃

На основе материального баланса составляем тепловой баланс:

Количество холодного орошения g_хол, кг/ч:

В данном уравнении числитель – это тепло, снимаемое холодным остроиспаряющимся орошением Q_хол:

, кДж/ч

Тогда

,

В приведённых уравнениях:

и - энтальпия нефтяных паров с 26-й и с 34-й тарелки соответственно, кДж/кг. Рассчитывается в зависимости от плотности и температуры на соответствующих тарелках;

I_кер – энтальпия жидкого керосина на выходе из стриппинга (из теплового баланса), кДж/кг;

I_хол – энтальпия холодного орошения, кДж/кг. Рассчитывается при принятой температуре холодного орошения t_хол = 35⁰С и плотности бензина D₂,

- энтальпия водяного пара на входе в керосиновый стриппинг при 400^оС (из теплового баланса), кДж/кг;

и - энтальпия водяного пара, поднимающегося с 26-й и 34-й тарелки соответственно, кДж/кг. Определяется по приложению 2 при давлении 1 ат интерполяцией в зависимости от температуры на тарелке.

Для определения флегмового числа Ф₃₄ вверху колонны найдем количество флегмы, стекающей с 34-й тарелки, кг/ч.

Для этого составим материальный баланс по контуру на рисунке. 7.2:

Схема потоков верхней части колонны

Рис. 7.2

G₃₃ + g_хол = G₃₄ + g_34, где

G₃₃ = D₂ + g_хол + g₃₄ + z₁ + z₂ + z₃

G₃₄ = D₂ + g_хол + z₁ + z₂ + z₃

Тепловой баланс по этому контуру:

D₂ + g_хол + g₃₄ + z_1,2,3 + g_холI_хол = D₂ + g_хол + z_1,2,3 + g₃₄

Преобразуем это уравнение:

g₃₄( - )=g_хол ( - I_хол) + D₂ ( - ) + z_1,2,3 ( - )

Так как изменение энтальпии нефтяных и водяных паров на двух соседних 33 и 34-й тарелках незначительное, этим можно пренебречь:

С учетом этих допущений находим количество флегмы, кг/ч:

где - энтальпия нефтяных паров, поднимающихся с 33-й тарелки, кДж/кг. Рассчитывается при температуре и плотности на 33-й тарелки.

- энтальпия жидкости, стекающей с 34-й тарелки, кДж/кг.

Флегмовое число в данном сечении колонны:

Количество всех нефтяных и водяных паров наверху колонны, кг/ч:

G_в = D₂ + g_хол + z_1,2,3

Объемный расход паров наверху колонны, м³/с:

М_D2 – молекулярный вес тяжёлого бензина,

Т₃₄ – температура на 34-й тарелке, К,

Р_В – давление наверху колонны, кПа.

Плотность паровой фазы наверху колонны, кг/м³:

Относительная плотность жидкой фазы наверху колонны при температуре верха:

где t – температура верха, т.е. 34-й тарелки (табл.4.1),

- относительная плотность на 34-й тарелке (табл.4.1).

Абсолютная плотность жидкой фазы, кг/м³:

Нагрузка верхней тарелки по жидкости, м³/ч:

2.7.2. Среднее сечение колонны

Из совместного решения материального и теплового баланса 2-й простой колонны при условии, что с 17-й тарелки вся флегма перетекает в стриппинг-секцию дизтоплива, можно определить количество тепла Q_Ц2, снимаемого вторым циркуляционным орошением.

Материальный баланс 2-й простой колонны (по контуру на рис. 7.3):

Схема второй простой колонны

Рис. 7.3

G₁₆ + z₂ + g_Ц2 = G₂₆ + R₂ + g_25(ор)

где G₁₆ и G₂₆– нефтяные и водяные пары, поднимающиеся с 16-й и 26-й тарелки.

G₁₆ = D₂ + R₃ + R₂ + z₁

G₂₆ = D₂ + R₃ + z₁ + z₂

g_25(ор) – количество жидкой фазы, стекающей с 25-й тарелки в холодильник второго орошения, кг/ч.

g_Ц2 – количество второго циркуляционного орошения, поступающего из холодильника на 26-ю тарелку, кг/ч.

Очевидно, что массовый расход

g_25(ор) = g_Ц2

Тепловой баланс 2-ой простой колонны:

Где - энтальпия нефтяных паров, поднимающихся с 16-й тарелки, кДж/кг;

- энтальпия водяных паров, поднимающихся с 16-й тарелки, кДж/кг;

- энтальпия второго циркуляционного орошения, подаваемого при принятой температуре t_Ц2 = 70⁰С на 26-ю тарелку, кДж/кг;

- энтальпия жидкой флегмы, стекающей с 25-й тарелки в холодильник второго орошения, кДж/кг;

I_ДТ – энтальпия жидкого дизельного топлива, стекающего с низа стриппинга (из теплового баланса колонны), кДж/кг.

Из данного уравнения находится количество второго циркуляционного орошения, кг/ч:

Числитель данного уравнения – количество тепла Q_Ц2, снимаемого вторым циркуляционным орошением. Тогда

, кг/ч

Дата добавления: 2015-10-21