Переработка девонской нефти

 

Taблицa 6.4 - Иcxoднaя cмecь
кoмпoнeнты	мoльн.дoли	мacc.дoли		Kмoль/чac	Kг/чac
28–62  62–85  85–105  105–140	0.2485560  0.1944819  0.2089899  0.3479721	0.2022000  0.1798000  0.2135000  0.4045000		85.1797  66.6486  71.6205  119.2494	6427.1289  5715.1230  6786.3105  12857.4375
CУMMA	1.000	1.000		342.6982	31786.0000

 

Taблицa 6.5 - Moлeкуляpныe мaccы, дaвлeния  нacыщeныx пapoв и кoнcтaнт paвнoвecия  кoмпoнeнтoв

кoмпoнeнты	мoлeк. мacca		Pi , KПa	Ki
28–62  62–85  85–105  105–140	75.4538  85.7501  94.7538  107.8197		9.557715E+02  5.167460E+02  3.144969E+02  1.598080E+02	2.730776E+00  1.476417E+00  8.985626E-01  4.565942E-01

 

 

7  Технологический расчет  колонны

 

На основании практических данных по установке АВТ [6] колонна четкой ректификации бензина снабжена клапанными тарелками. Число тарелок: 60 (36 тарелок над зоной ввода сырья и 24 тарелок под зоной ввода сырья, гидравлическое сопротивление тарелки – 250 Па). Расстояние между тарелками принимается равным 0,25 метра. Давление на входе в колонну принято равным 350 кПа; за счет гидравлического сопротивления тарелок давление равно:

внизу колонны 350+24∙0,25=356 кПа,

вверху – 350-36∙0,25=341 кПа.

 

7.1  Расчёт температуры  вверху колонны К-4

 

В колонну четкой ректификации подается бензиновая фракция 28-180°С. Целевыми продуктами являются фракции 28-70°С и 70-180°С. Фракция 28-70°С состоит из фр. 28-40оС – 0,62 %(масс.) на нефть, фр. 40-62оС – 2,26-0,62=1,64 %(масс.) на нефть [табл. 23, 2]; расход фракции 40-62оС составит 357143∙0,0113=4035 кг/ч, а расход фр. 28-40 оС – 6429-4035=2394 кг/ч и 7500-6429=1071 кг/ч фр. 62-70оС.

 

Молекулярные массы фракций находим по формуле Воинова [15]:

М28-40=60+0,3∙(28+40)/2+0,001∙((28+40)/2)2=71,4;

М40-62=60+0,3∙(40+62)/2+0,001∙((40+62)/2)2=77,9;

М62-70=60+0,3∙(62+70)/2+0,001∙((62+70)/2)2=84,2.

Раход фракций составляет:

G’28-40=2394/71,4=33,53 кмоль/ч;

G’40-62=4035/77,9=51,80 кмоль/ч;

G’62-70=(7500-6429)/84,2=12,72 кмоль/ч

Отсюда молярные доли компонентов:

=33,53/(33,53+51,80+12,72)=0,342;

=51,80/(33,53+51,80+12,72)=0,528

=12,72/(33,53+51,80+12,72)=0,130

Будем рассматривать каждую узкую бензиновую фракцию как отдельный компонент и вести расчет для двухкомпонентной системы. Тогда выражение (3.2) [15] можно записать в виде

.

Чтобы найти константы фазового равновесия k1 и k2, необходимо вначале определить давление насыщенных паров компонентов. Для этого используем формулу Ашворта [(1.5) 15], приняв в качестве температур кипения компонентов средние арифметические температуры начала и конца кипения фракций.

По графику Кокса [15] находим средние температуры кипения фракций при давлении 341 кПа:

фр. 28-40°С – 345 К (72 оС);

фр. 40-62°С – 345 К (85 оС);

фр. 62-70°С – 384 К (111 оС);

0,342∙345+0,528∙358+0,13∙384=357К (84 оС)

Значение функции температуры по формуле [15]:

 

;

поэтому зададимся температурой 93,5°С, близкой к средней температуре кипения фракции:

;

Давления насыщенных паров компонентов по формуле Ашворта:

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙

где Т-температура вверху колонны, К;

      Т0- температура кипения фракции при атмосферном давлении, К

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙   рHi=497,0 кПа;

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙   рHi=322,4 кПа;

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙   рHi=216,5 кПа;

Все расчеты сведем в таблицу.

 

Таблица 7.1. К расчету температуры верха колонны.

Фракция, °С	Средняя температура кипения при атм.давлении, °С	Температура верха колонны, °С		, кПа
28-40	34	94	0,342	497,0	1,46	0,23
40-62	51	94	0,528	322,4	0,95	0,56
62-70	66	94	0,13	216,5	0,63	0,21
			Итого			1,00

 

Равенство (3.2) выполнено, следовательно, температура верха колонны подобрана верно и составляет 94°С.

 

7.2  Расчёт температуры  внизу колонны К-4

 

Температура внизу колонны определяется по изотерме жидкой фазы [(3.1), 15]:

S ki∙xi’=1

где ki-константа фазового равновесия i-компонента в остатке колонны при температуре внизу колонны;

xi’ - мольная доля i-компонента в остатке;

Молекулярные массы фракций находим по формуле Воинова [15]:

М 70-85=60+0,3∙(70+85)/2+0,001∙((70+85)/2)2=89,3;

М 85-105=60+0,3∙(85+105)/2+0,001∙((85+105)/2)2=97,5;

М 105-140=60+0,3∙(105+140)/2+0,001∙((105+140)/2)2=111,8.

Раход фракций составляет:

G’70-85=(24286-6786-12857)/89,3=51,99 кмоль/ч;

G’28-62=6786/75,5/97,5=69,60 кмоль/ч;

G’62-70=12857/111,8=112,58 кмоль/ч

Отсюда молярные доли компонентов:

=51,99/234,17=0,222;

=69,60/234,17=0,297;

=112,58/234,17=0,481;

Будем рассматривать каждую узкую бензиновую фракцию как отдельный компонент и вести расчет для двухкомпонентной системы. Тогда выражение (3.1) [15] можно записать в виде

.

Чтобы найти константы фазового равновесия k1, k2 и k3, необходимо вначале определить давление насыщенных паров компонентов. Для этого используем формулу Ашворта [(1.5) 15], приняв в качестве температур кипения компонентов средние арифметические температуры начала и конца кипения фракций.

По графику Кокса [15] находим средние температуры кипения фракций при давлении 356 кПа:

фр. 70-85°С – 402 К (129 оС);

фр. 85-105°С – 417 К (144 оС);

фр. 105-140°С – 445 К (172 оС);

0,222∙402+0,297∙417+0,481∙445=427К (154 оС)

Значение функции температуры по формуле [15]:

 

;

поэтому зададимся температурой 154°С, близкой к средней температуре кипения фракции:

;

Давления насыщенных паров компонентов по формуле Ашворта:

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙

где Т-температура вверху колонны, К;

      Т0- температура кипения фракции при атмосферном давлении, К

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙   рHi=587,4 кПа;

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙   рHi=407,1 кПа;

lg(pнi-3158)=7,6715-2,68∙   рHi=218,6 кПа;

 

Все расчеты сведем в таблицу.

 

 

Таблица 7.2. К расчету температуры низа колонны.

Фракция, °С	Средняя температура кипения при атм.давлении, °С	Температура низа колонны, °С		, кПа
70-85	77,5	209	0,222	587,4	1,65	0,37
85-105	95	209	0,297	407,1	1,14	0,34
105-140	122,5	209	0,481	218,6	0,61	0,29
			Итого			1,00

 

Равенство (3.1) выполнено, следовательно, температура верха колонны подобрана верно и составляет 154°С.

 

7.3  Расчет теплового  баланса ректификационной колонны

 

Пренебрегая тепловыми потерями в окружающую среду, можно записать

,[(3.10), 15].

где Фвх и Фвых - тепловой поток, соответственно входящий и выходящий из колонны, Вт (1 Вт = 1 Дж/с).

 

Тепловой поток поступает в колонну:

с сырьем, нагретым до температуры t0, подачи сырья в парожидкостном состоянии с массовой долей отгона е.

1) ,

где - энтальпия паров сырья, Дж/кг; - энтальпия жидкости сырья, кДж/кг;

а) Нп=b*(4 - r1515) – 308,99,

где  b – коэффициент [табл. 16, 15], кДж/кг; при 140°С b=285,75 кДж/кг (здесь и далее [15]).

r1515 – относительная плотность нефтепродукта расчитывается по преобразованной формуле Крэга:

r1515=1,03∙М/(44,29+М),

где М- молярная масса паровой фазы на входе в колонну.

r1515=1,03∙88,99/(44,29+88,99)=0,6877;

Нп =276,62∙(4 – 0,6877) – 308,99=637,5 кДж/кг;

б) Нж=а/(r1515) 0,5,

где а – коэффициент [табл. 14, 15], кДж/кг. При 140°С а=237,61 кДж/кг.

r1515=1,03∙97,42/(44,29+97,42)=0,7081

Нж =269,66/0,7081 0,5=320,46 кДж/кг

=15,527∙106 кДж/ч=4316,93 кВт

 

2) с горячей струей Фг.с вниз колонны.

3) с верхним орошением - Фор.

орошающая жидкость входит в колонну с температурой tор=40оС. Следовательно,

,

где Gор=R∙GD, - энтальпия жидкости дистиллята.

Нж=а/(r1515)0,5,

а=70,26 кДж/кг.

где М- молярная масса орошения: М=75,5∙0,87+84,2∙0,13=76,6.

r1515=1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6526

Нж =70,26/0,6526 0,5=86,91 кДж/кг

Фор=2∙7500∙86,91=1,304∙106 кДж/ч=365,125 кВт

 

Суммарный тепловой поток, входящий колонну,

=(15,527+1,304)∙106 +ΔФгс кДж/ч

 

Тепловой поток выходит из колонны:

1) с парами дистиллята

,

где - энтальпия паров дистиллята, кДж/кг;

при t=94 0С:

b=259,02 кДж/кг.

r1515=1,03∙М/(44,29+М),

где М- молярная масса орошения: М=71,4∙0,342+77,9∙0,528+84,2∙0,13=76,5.

r1515=1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6523

r1515 =0,6523 – относительная плотность паров дистиллята;

Нп =259,02∙(4 – 0,6523) – 308,99=558,1 кДж/кг;

ФD=7500∙558,1=4,186∙106 кДж/ч=1162,708 кВт;

Пары дистиллята на орошение (кратность R=2):

2∙7500∙558,1=8,372∙106 кДж/кг=2325,417 кВт

 

2) с жидким нижним продуктом

,

где -энтальпия жидкого остатка при t=154°С, кДж/кг;

а=300,32 кДж/кг.

r1515 – относительная плотность нефтепродукта, равная 0,7151

Нж =300,32/0,7151 0,5=355,14 кДж/кг

24286∙355,14=8,625∙106 кДж/ч=2395,833 кВт

 

Суммарный тепловой поток, покидающий колонну,

Фвых=ФD+ФDор+ФW+Фор=(4,164+8,372+8,625)∙106 кДж/ч=21,161∙106 кДж/ч=

=5878,056 кВт.

 

ΔФгс=Фвых-Ф0=(21,161-15,527-1,304)∙106=4,33∙106 кДж/ч

 

ΔФгс=

Находим энтальпии продуктов в колонне по формулам 1.16 и 1.17 [15]:

 

1. Расход «горячей струи» (не должен превышать 30% от прихода тепла в колонну)

Зададимся следующими данными:

температура – 200 оС

энтальпия «горячей струи» по формуле Уира и Иттона

 

расход «горячей струи» Gгс=4,33∙106/(758,41-355,14)=10756 кг/ч

 

Таблица 7.3 - Тепловой баланс колонны К-4

Продукт	t, °С	G, кг/ч	I, кДж/кг	Ф, кВт
Приход
Сырье	140
Паровая фаза	140	16890	637,5	2990,938
Жидкая фаза	140	14896	320,46	1325,992
Орошение (кратность 2)	40	15000	86,91	362,125
Горячая струя	200	10756	758,41	2265,961
Итого		57542		6945,016
Расход
Жидкая фаза:
Фр. 70-180 оС	154	35042	355,14	3456,893
Паровая фаза:
Фр. Нк-70 оС	94	22500	558,1	3488,125
Итого		57542		6945,018