Установка первичной переработки нефти (стр. 5 из 8)
На основании материальных балансов отдельных колонн составляем материальный баланс установки в целом, представленный в таблице 5.5.
Таблица 5.5 - Материальный баланс установки АВТ-3
| Название | % масс. на нефть | Расход | |
| т/год | кг/ч | ||
| Взято: | |||
| Нефть | 100,00 | 3000000 | 357143 |
| Получено: | |||
| Сухой газ | 0,03 | 1000 | 107 |
| Рефлюкс | 0,97 | 29000 | 3464 |
| Бензин нк-70С | 2,1 | 63000 | 7500 |
| Бензин 70-140С | 6,8 | 204000 | 24286 |
| Бензин 140-180оС | 4,6 | 138000 | 16429 |
| фр.180-360С | 22,03 | 661000 | 78678 |
| Газы разложения | 0,01 | 400 | 45 |
| Вакуумный газойль | 2,87 | 86100 | 10250 |
| фр.360-450С | 12,50 | 375000 | 44643 |
| фр.450-550 | 10,55 | 316300 | 37670 |
| Гудрон (>550С) | 37,54 | 1126200 | 134071 |
| Итого: | 100 | 3000000 | 357143 |
6 Расчет доли отгона сырья на входе в проектируемую колонну
Расчет был выполнен с применением ЭВМ по программе “Оil”.
Исходные данные для расчета взяты на основании потенциального содержания компонентов в нефти пп. 1, 2 и 5 и табл. 23 [4].
Таблица 6.1 - Состав смеси на входе в колону К-4.
| Компонент (фракция) | Масс. доля компонента в нефти | Количество компонента в смеси, кг/ч | Массовая доля компонента в смеси, xi |
| 28-62°С | 0,018 | 6429 | 0,2022 |
| 62-85°С | 0,016 | 5714 | 0,1798 |
| 85-105°С | 0,019 | 6786 | 0,2135 |
| 105-140°С | 0,036 | 12857 | 0,4045 |
| Итого: | 0,089 | 31786 | 1,0000 |
Доля отгона паров сырья на входе в колонну считается удовлетворительной, если выполняется требование:
е ≥ ∑ хi
где е – массовая доля отгона сырья;
хi - массовая доля i-фракции (кроме остатка), выводимой из данной колонны.
х62-70=(7500-6429)/31786=0,0357
∑хi=0,2022+0,0337=0,2359 масс. доли [табл. 5.4, 6.1].
Для проведения расчета необходимо задаться следующими данными:
температура на входе в колонну равна 140 °С;
давление на входе в колонну равно 350 кПа;
Результаты расчета представлены в таблицах 6.2-6.5. Полученная доля отгона равна 0,53 , т.е. выполняется выше указанное требование.
Пpoгpaммa << OIL >>
Иcxoдныe дaнныe:
Pacxoд нeфти или фpaкции G= 31786 Kг/чac
Pacxoд вoдянoгo пapa Z= 0 Kг/чac
Плoтнocть ocтaткa P19= 975.2000122070312 Kг/M^3
Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 350 KПa
Teмпepaтуpa oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 140 ^C
Peзультaты pacчeтa:
Maccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1= .5313714146614075
Moльнaя дoля oтгoнa пapoв e= .5538401007652283
Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 92.75214385986328
Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 97.42301177978516
Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 88.98929595947266
| Taблицa 6.2 - Cocтaв жидкoй фaзы | |||||||||
| кoмпoнeнты | мoльн.дoли | мacc.дoли | Kмoль/чac | Kг/чac | |||||
| 28–62 62–85 85–105 105–140 | 0.1269065 0.1538792 0.2214296 0.4977849 | 0.0982886 0.1354418 0.2153627 0.5509069 | 19.4038 23.5279 33.8562 76.1105 | 1464.0900 2017.5182 3208.0059 8206.2148 | |||||
| CУMMA | 1.0000 | 1.0000 | 152.8985 | 14895.8291 | |||||
| Taблицa 6.3 - Cocтaв пapoвoй фaзы | |||||||||
| кoмпoнeнты | мoльн.дoли | мacc.дoли | Kмoль/чac | Kг/чac | |||||
| 28–62 62–85 85–105 105–140 | 0.3465537 0.2271902 0.1989686 0.2272860 | 0.2938418 0.2189205 0.2118572 0.2753804 | 65.7759 43.1207 37.7643 43.1389 | 4963.0391 3697.6047 3578.3049 4651.2227 | |||||
| CУMMA | 1.0000 | 1.0000 | 189.7998 | 16890.1719 | |||||
| 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)=0,130Будем 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 k1и 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]: