Модернизация установки Депарафинизация с целью снижения энергопоребления

3.3 Расчет колонн  регенерации  растворителя из раствора депарафинированного  масла [15]

 

Производительность блока регенерации  – 66566,7 кг/ч

Состав растворителя – 60% МЭК + 40% толуол

Количество растворителя – 51166,7 кг/ч

               В том числе :   толуола 51166,7*0,4=20466,7 кг/ч 

                                         МЭК     51166,7 *0,6=30700 кг/ч

Молекулярная масса  депарафинированного масла определяется по уравнению [16]:

          М=44,29*ρ /(1030-ρ )

          ρ =ρ +5000*α=884+5000*0,00066=887,3кг/м³ 
 М=44,29*887,3/(1030-887,3)=275,39

 

На основании количества составных частей фильтрата и  их молекулярных масс составляем состав фильтрата.

 

3.3.1 Расчет первой отгонной колонны

 

Таблица 3.1 - Состав сырья первой отгонной колонны

Компоненты	кг/ч	масс. доля	мол. масса	кмоль/ч	мол. доля
Депмасло	15400	0,231	275,39	55,92	0,079
Толуол	20466,7	0,308	92,13	222,15	0,316
МЭК	30700	0,461	72,10	425,8	0,605
Итого:	66566,7	1,000		703,87	1,000

 

На основании практических данных принимается температура  ввода сырья в первую отгонную колонну 115⁰С. Для обеспечения доли отгона паров больше нуля в этой колонне необходимо иметь давление меньше суммы парциальных давлений компонентов сырьевой смеси, т.е.

    П_пр=ΣP_i*α_i^/         (19)

    где P_i – давление насыщенных паров i-компонента при 124⁰С;

α_i^/ - мольная доля i- компонента

      Давление насыщенных паров толуола в интервале 100 - 165⁰С определяется по уравнению:

            lg Р = 7,160 – 2202/(43+T)                             (20)

      Давление насыщенных паров МЭК в интервале 106 - 160⁰С определяется по уравнению:

            lg Р = 7,22 – 2059/(43+T)      (21)

 

            П_пр=143,04*0,316+347,1*0,605=255,2 кПа

              где 347,1 ; 143,04 – давление насыщенных паров МЭК и толуола                                        соответственно при 115⁰С

       Следовательно  принимаем давление в первой  отгонной колонне 200 кПа.

     

Доля отгона паров  и состав паров в первой отгонной колонне.

  Доля отгона паров определяется на основе уравнения изотермы парожидкостного потока

         Σ α_i^/*К_i/(1+е^/*(К_i-1))=1                                                       (21)

    где α_i^/ - мольная доля i-компонента в сырье колонны;

           К_i – константа фазового равновесия i-компонента К_i=P_i/П

           е^/ - мольная доля отгона.

    Так как давление насыщенных паров депмасла равно  0, то уравнение (21) превращается в квадратное относительно доли отгона  е^/.

     Мольная доля каждого компонента в парах определяется по уравнению

          (22)

   При данном составе сырья, давлении и температуре мольная доля отгона составляет 0,45.

 

Таблица 3.2 - Состав паров  первой отгонной колонны

Компоненты	Pi	Кi	αi/	yi/
Депмасло	0	0	0,079	0
Толуол	135,83	0,65	0,316	0,244
МЭК	330,44	1,578	0,605	0,756
Итого:			1,000	1,000

 

Таблица  3.3 - Материальный баланс первой отгонной колонны

Компоненты	мол. масса	кмоль/ч	мол. доля	кг/ч	мас. доля
Приход:
Депмасло	275,39	55,92	0,079	15400	0,231
Толуол	92,13	222,15	0,316	20466,7	0,308
МЭК	72,10	425,8	0,605	30700	0,461
Итого:		703,87	1,000	66566,7	1,000
Расход:
1. пары в т. ч.		316,74	1,000	24384,88	1,000
Толуол	92,13	77,28	0,244	7119,81	0,292
МЭК	72,10	239,46	0,756	17265,07	0,708
2. жидкость		387,13	1,000	42181,79	1,000
Депмасло	275,39	55,92	0,144	15399,81	0,365
Толуол	92,13	144,87	0,374	13346,87	0,316
МЭК	72,10	186,34	0,482	13435,11	0,319
Итого:				66266,7

      

Как видно из таблицы 25 в первой отгонной колонне отгоняется

    24384,88*100/(20466,7+30700)=47,7 %масс. растворителя

 

        

 

  3.3.2 Расчет второй  отгонной колонны

 

  Сырьем для второй отгонной колонны является жидкая фаза первой  колонны

 

Таблица 3.4 - Состав сырья второй отгонной колонны

Компоненты	кг/ч	Масс. доля	мол. масса	Кмоль/ч	мол. доля
Депмасло	15399,81	0,365	275,39	55,92	0,144
Толуол	13346,87	0,316	92,13	144,87	0,374
МЭК	13435,11	0,319	72,10	186,34	0,482
Итого:	42181,79	1,000		387,13	1,000

  Принимается температура ввода сырья в вторую отгонную колонну 180⁰С и давление 300 кПа.

Доля отгона паров и  состав паров во  второй отгонной колонне.

  Доля отгона паров определяется на основе уравнения изотермы парожидкостного потока

  Σ α_i^/*К_i/(1+е^/*(К_i-1))=1                                                      

     где α_i^/ - мольная доля i-компонента в сырье колонны;

                 К_i – константа фазового равновесия i-компонента К_i=P_i/П

                 е^/ - мольная доля отгона.

    Так как давление насыщенных паров депмасла равно  0, то уравнение (21) превращается в квадратное относительно доли отгона  е^/.

 

    Мольная доля каждого компонента в парах определяется по уравнению

  

   При данном составе сырья, давлении и температуре мольная доля отгона составляет 0,76.

 

  Таблица 3.5 - Состав паров второй отгонной колонны

Компоненты	Pi	Кi	αi/	yi/
Депмасло	0	0	0,144	0
Толуол	525,39	1,75	0,374	0,412
МЭК	1171,63	3,91	0,482	0,588
Итого:			1,000	1,000

      

 

 

 

 

 

 

Таблица  3.6 - Материальный баланс второй отгонной колонны

Компоненты	мол. масса	кмоль/ч	мол. доля	кг/ч	мас. доля
Приход:
Депмасло	275,39	55,92	0,144	15399,81	0,365
Толуол	92,13	144,87	0,374	13346,87	0,316
МЭК	72,10	186,34	0,482	13435,11	0,319
Итого:		387,13	1,000	42181,79	1,000
Расход:
1. пары в т. ч.		294,22	1,000	23641,30	1,000
Толуол	92,13	121,22	0,412	11168,00	0,472
МЭК	72,10	173,00	0,588	12473,30	0,528
2. жидкость		92,91	1,000	18540,49	1,000
Депмасло	275,39	55,92	0,602	15399,81	0,831
Толуол	92,13	23,65	0,255	2178,87	0,118
МЭК	72,10	13,34	0,143	961,81	0,052
Итого:		387,13		42181,79

      

Как видно из таблицы 28 во второй отгонной колонне отгоняется

    23641,3*100/(20466,7+30700)=46,2 %масс. растворителя

 

3.3.3 Расчет  третьей   отгонной колонны

 

   Сырьем для третьей отгонной колонны является жидкая фаза второй колонны

 

Таблица 3.7 - Состав сырья третьей отгонной колонны

Компоненты	кг/ч	Масс. доля	мол. масса	кмоль/ч	мол. доля
Депмасло	15399,81	0,831	275,39	55,92	0,602
Толуол	2178,87	0,118	92,13	23,65	0,255
МЭК	961,81	0,052	72,10	13,34	0,143
Итого:	18540,49	1,000		92,91	1,000

          

  На основании практических данных принимается температура ввода сырья в третью отгонную колонну 170⁰С и давление 120 кПа.

Доля отгона паров  и состав паров в третьей отгонной колонне.

  Доля отгона паров определяется на основе уравнения изотермы парожидкостного потока

         Σ α_i^/*К_i/(1+е^/*(К_i-1))=1                                                      

    где α_i^/ - мольная доля i-компонента в сырье колонны;

          К_i – константа фазового равновесия i-компонента К_i=P_i/П

          е^/ - мольная доля отгона.

    Так как давление насыщенных паров депмасла равно  0, то уравнение (21) превращается в квадратное относительно доли отгона  е^/.

     Мольная доля каждого компонента в парах определяется по уравнению

 

   При данном составе сырья, давлении и температуре мольная доля отгона составляет 0,29.

 

  Таблица 3.8 - Состав паров третьей отгонной колонны

Компоненты	Pi	Кi	αi/	yi/
Депмасло	0	0	0,602	0
Толуол	425,73	3,87	0,255	0,574
МЭК	962,44	8,75	0,143	0,426
Итого:			1,000	1,000