2.11 Внутренние материальные потоки

а) Верхняя часть колонны.

Количество флегмы, стекающей с тарелок верхней части колонны:

=R_опт·D= 5,2801·33066,60855=174595 кг/ч

Количество паров, поднимающихся с тарелок верхней части колонны:

+D=174595+33066,60855=207662 кг/ч

Объём паров:

м³/с = 20617,17 м³/ч

Плотность паров:

= 10,07228 кг/м³

Относительная плотность жидкости:

где - температурная поправка по формуле Кусакова.

Относительная плотность при температуре верха колонны:

Абсолютная плотность жидкости кг/м³

Объёмный расход жидкости:

м³/ч

б) Нижняя часть колонны.

Количество флегмы, стекающей с тарелок нижней части колонны:

174595 + 684931,50685(1 - 0,0441) = 829321 кг/ч

Количество паров, поднимающихся с тарелок нижней части колонны:

= 829321 – 651864,9 = 177456 кг/ч

Объём паров:

м³/с = 6833 м³/ч

Плотность паров:

=25,9697 кг/м³

Плотность жидкости:

где - температурная поправка по формуле Кусакова.

Относительная плотность жидкости при температуре низа колонны:

Абсолютная плотность жидкости кг/м³

Объёмный расход жидкости:

м³/ч

2.12 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. пункт 2.7.3);

,

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

= 329,45К.

= 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 13.

Таблица 13

Фракции	р15	масс% F	масс% D	масс% W	ρF	ρD	ρW
1	0,6449	2,17	44,95	0	3,364863	69,70073	0
2	0,6778	2,29	47,36	0,000146	3,378578	69,87312	0,000215
3	0,6953	0,37	6,48	0,058017	0,532144	9,319718	0,083442
4	0,7061	1,97	1,2	2,009	2,789973	1,699476	2,845206
5	0,7356	7,57	0	7,956	10,29092	0	10,81566
6	0,7736	10,39	0	10,92	13,43071	0	14,11582
7	0,8142	9,73	0	10,22	11,95038	0	12,5522
8	0,867	16,7	0	17,55	19,26182	0	20,24221
9	0,9281	48,81	0	51,29	52,59132	0	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= 492,97кДж/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=

=345555761кДж/ч = 95987,71кВт

_{QD = 33066,60855. 75,74 = 2504464,9 кДж/ч = 695,68кВт}

_{QW = 651864,89830. 590,81 = 385128300,6 кДж/ч = 106980,08кВт}

_{QХОЛ = (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 14

Тепловой баланс колонны

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