Установка первичной переработки нефти

           - низ колонны : 185 + 6·0,5 = 188кПа

 

7.2 Материальный баланс основной  колонны К-2

 

Продукты	%масс. на сырьё	%масс. на нефть	кг/ч
Взято: нефть отбензиненная Получено: фр.85-180°С фр.180-270°С фр.270-360°С мазут (>360°С)	100,00     10,2 16,46 15,67 57,67	92,65     9,45 15,25 14,52 53,43	681249,9     69485,28 112132,34 106764,69 392867,59
Итого:	100,00	92,65	681249,9

 

 

7.3 Расчёт  доли отгона сырья на входе  в колонну

Доля отгона сырья на входе в колонну К-2 равна е = 0,5241

 

7.4 Температура  верха колонны

Сверху колонны  выходят пары фракции 85 – 180⁰С и весь водяной пар, который подают в колонну и стриппинги. Вследствие подачи водяного пара парциальное давление данной фракции понижается.

Молярный расход паров  фракции:

= , 

Где: G – массовый расход паров, кг/ч

М – средняя молярная масса  фракции 85 – 180⁰С

, 

где: t_ср.мол - среднемолярная температура кипения фракции, ⁰С

t_ср.мол = 132,5°С, соответственно, М = 117,31 кг/кмоль;

Принимаем кратность орошения равную 3.

_тогда:

= кмоль/ч

Молярный расход водяного пара:

=681249,9·0,02 +112132,34 ·0,01 +106764,69 ·0,01 =15813,97кг/ч

 кмоль/ч

Мольная доля фракции в  парах:

Парциальное давление фракции  в парах:

Р = 169·0,73 = 123,37 кПа

Определяем температуру  верха колонны по уравнению изотермы паровой фазы:

, 

где: - мольная доля i-го компонента в смеси;

- константа фазового равновесия  i-го компонента.

Принимаем температуру  верха колонны Т = 151,5⁰С и по формуле Ашворта находим давление насыщенных паров каждой фракции при этой температуре

, 

где: f(T) – функция температуры, при которой определяется давление насыщенных паров;

f(T₀) – функция средней температуры кипения фракции;

- давление насыщенных паров,  Па

Из [5] находим значения этих функций:

f₀(95)=5,7284; f₀(122,5)=5,0498; f₀(160)=4,297; f(151,5)=4,4525

Находим константу  К для каждой фракции:

Результаты  расчета заносим в таблицу 7.1. Фракцию 85 – 180⁰С, которая выходит вверху колонны, разбиваем на составляющие.

 

Таблица 7.1 – Результаты расчета давления насыщенных паров фракции 85-180⁰С

Фракция	Массовая доля компонента,	tср.мол, 0С	М, кг/кмоль	Мольная доля компонента,	Рнi, кПа	Кi=Рнi/Р
85 – 105	0,1524	95,00	97,53	0,1875	391,308	3,17
105 – 140	0,2921	122,5	111,76	0,3136	206,67	1,675
140-180	0,5555	160	133,60	0,4989	81,59	0,66

Проверяем, удовлетворяет  ли принятая температура условию, при  котором 

Температура подобрана верно и равна 151,5⁰С.

 

7.5 Температура  вывода боковых продуктов

Принимаем, что массовое соотношение между  жидкостью, отбираемой с тарелки, и  жидкостью, стекающей с тарелки, равно 1:1, т.е. кратность внутреннего  орошения равна 1. Поэтому можно принять, что расход паров в этом сечении  будет вдвое больше потенциального содержания в нефти данной фракции.

Определяем  температуры вывода боковых продуктов  по уравнению изотермы жидкой фазы:

                                           , где

- мольная доля i-го компонента в смеси;

- константа фазового равновесия  i-го компонента.

 

7.5.1 Температура вывода фракции  180-270⁰С

Через сечение  колонны в зоне вывода фракции 180-270⁰С проходят пары фракции 85 – 180⁰С, пары фракции 180-270⁰С и водяной пар(кроме пара, подаваемого в стриппинги К-2/1 ).

Молярный расход паров  фракции 180-270⁰С:

 кмоль/ч

Молярный расход водяного пара:

 кмоль/ч

Мольная доля фракции в  парах:

Парциальное давление фракции  в парах:

Р = 175·0,47= 82,25 кПа

Принимаем температуру  вывода фракции 180-270⁰С Т = 210⁰С и по формуле Ашворта находим давление насыщенных паров каждой фракции при этой температуре

Из [6] находим значения функций:

f(195)=3,730; f(240)=3,144; f(210)=3,519.

Результаты  расчета давления насыщенных паров  фракций заносим в таблицу 7.2. Фракцию 180 – 270⁰С разбиваем на составляющие:

Таблица 7.2 – Результаты расчета давления насыщенных паров фракции 180-270⁰С

Фракция, 0С	Массовая доля компонента,	tср.мол, 0С	М, кг/кмоль	Мольная доля компонента,	Рнi, кПа	Кi=Рнi/Р
180 – 210	0,3119	195	156,5	0,363	142,15	1,728
210 – 270	0,6801	240	189,6	0,637	50,125	0,609

 

Находим константу  К для каждой фракции:

Проверяем, удовлетворяет  ли принятая температура условию, при  котором 

Температура подобрана верно и равна 210⁰С.

7.5.2 Температура вывода фракции  270-360⁰С

Через сечение  колонны в зоне вывода фракции 270-360⁰С проходят пары фракции 85 – 180⁰С ( =592,32 кмоль/ч – потенциальное содержание), пары фракции 180-270⁰С ( =629,52 кмоль/ч – потенциальное содержание), пары фракции 270-360⁰С и водяной пар, подаваемый вниз колонны.

Молярный расход паров  фракции 270-360⁰С:

 кмоль/ч

Молярный расход водяного пара:

 кмоль/ч

Мольная доля фракции в  парах:

Парциальное давление фракции  в парах:

Р = 180·0,298 =53,64 кПа

Принимаем температуру  вывода фракции 270-360⁰С Т = 280⁰С и по формуле Ашворта находим давление насыщенных паров каждой фракции при этой температуре

Из [6] находим значения функций:

f(290)=2,630; f(335)=2,260; f(280)=2,724

Находим константу  К для каждой фракции:

Результаты  расчета заносим в таблицу 7.3 Фракцию 270 – 360⁰С разбиваем на составляющие:

Таблица 7.3 – Результаты расчета давления насыщенных паров фракции 270-360⁰С

Фракция, 0С	Массовая доля компонента,	tср.мол, 0С	М, кг/кмоль	Мольная доля компонента,	Рнi, кПа	Кi=Рнi/Р
270 – 310	0,4204	290	231,1	0,4612	81,808	1,525
310 – 360	0,5796	335	272,7	0,5388	30,783	0,574

 

Проверяем, удовлетворяет  ли принятая температура условию, при  котором 

Температура подобрана верно и равна 280⁰С.

 

7.6 Температура  низа колонны

Температуру низа колонны принимаем на 20⁰С ниже температуры ввода сырья и равной 340⁰С.

7.7 Температуры  выводов и вводов циркуляционных  орошений

Принимаем, что  циркуляционные орошения выводятся  на три тарелки ниже тарелки отбора боковых фракций. На этих тарелках градиент температур максимальный. Принимаем  температуры вывода циркуляционных орошений на 20 выше температур вывода дистиллятных фракций(перепад на 1 тарелку - 7⁰С, выводим на 3 тарелки ниже). Охлаждаем циркуляционные орошения на 90-100⁰С.

7.6.1 ПЦО-1 К-2

- вывод: 210 + 20 = 230

- ввод: 130⁰С

7.6.2 ПЦО-2 К-2

- вывод: 280 + 20 =300

- ввод: 200⁰С

7.6.3 Острое  орошение

- вывод : 151,5⁰С.

- ввод : 40⁰С.

 

7.8 Тепловой  баланс колонны

На  основе материального баланса рассчитаем тепловой баланс атмосферной колонны  К-2, а расчёты сведём в таблицы. Тепловой баланс учитывает всё количество тепла вносимого в колонну  и выносимого из неё. Согласно закону сохранения энергии, тогда можно  написать (без учёта потерь тепла  в окружающую среду):

 

Колонну разбиваем  на три контура (А,Б,В), далее составляем тепловой баланс по контурам как это  описано в [6]. Схема контуров представлена на рисунке 7.1

Рис.7.1 – Схема  контуров колонны К-2

При определении  температур вывода боковых пагонов, а также верхнего и нижнего  продуктов были определены их молярные массы. Заносим основные данные в  таблицу 7.4.

Таблица 7.4 — Молярные массы и относительные  плотности продуктов 

Компонент	М,кг/кмоль	ρ
Сырьё:      паровая фаза	192,62	0,8374
жидкая фаза	659,26	0,965
85-180 0С	117,31	0,748
180-270 0С	178,13	0,825
270-360 0С	253,73	0,877
>360 0С(мазут)	-	0,973

 

Относительная плотность в таблице рассчитана по формуле Крэга исходя из молярной массы продукта [6]:

Энтальпии продуктов  рассчитывались:

—для жидких продуктов по формуле Крэга

 где

 а = (0,0017·Т²  + 0,762·Т – 334,25) – определяем  по таблице[6]  

Т – среднемолярная температура кипения фракции, К

—для паров  по формуле Уира и Иттона

,где

b = (129,58 + 0,134·Т + 0,00059·Т²) - определяем по таблице[6]

Расчёт теплового  баланса проводим по контурам.

Схема контуров колонны К-2 представлена на рисунке.

 

Результаты  расчётов заносим в таблицы 7.5–7.7.

Таблица 7.5 — Тепловой баланс контура «А»

Продукт	t,°С	G, кг/ч	Ht, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход
Паровая фаза:
Отбензиненная нефть	360	357027,41	1116,58	398,65·106
Водяной пар К-2	400	13625	3264,6	44,48·106
Жидкая фаза:
Отбензиненная нефть	360	324222,44	843	273,31·106
Итого:	-	-	-	716,44·106
Расход
Паровая фаза:
85-1800С	280	69485,28	940,5	65,35·106
180-2700С	280	112132,34	911	102,14·106
270-3600С	280	106764,69	891	95,12·106
Водяной пар К-2	280	13625,0	2702,4	36,82·106
Жидкая фаза:
Мазут(>3600С)	340	392867,59	781	306,83·106
Итого:	-	-	-	606,26·106