Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны
Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны
Технологические параметры работы ректификационных колонн.
Лекция 2. Расчет ректификационных колонн установок первичной переработки нефти.
2.1 Технологические параметры.
Ректификация является основным процессом нефтепереработки. Она предназначена для разделения нефти на фракции, стабилизации получаемых продуктов, выделения некоторых индивидуальных углеводородов, отгонки растворителей и т.п.
На процесс ректификации главное влияние оказывают два параметра - температура и давление. В зависимости от рабочего давления различают три типа ректификационных колонн: работающие под вакуумом, при повышенном и при атмосферном давлении.
Технологический режим ректификационных колонн первичной переработки нефти зависит также от типа перерабатываемой нефти. Для колонн атмосферно-вакуумной установки АВТ-6 ориентировочные нормы технологического режима следующие:
Колонны Температура, °С Давление, кПа
Отбензинивающая К-1:
верх 100-140 400-450
низ 220-240
Основная атмосферная К-2:
верх 120-150 120-150
низ 330-350
Вакуумная К-10
верх 90-110 5-8
низ 350-380
Определение температур подачи сырья в ректификационные колонны, а также вывода продуктов является сложной задачей. Существуют графические и аналитические способы определения этих температур. Графические основаны на использовании кривых истинных температур кипения (ИТК) и однократного испарения (ОИ). В дальнейшем по кривым ОИ определяют температуру выходящих из ректификационной колонны потоков: жидких − по нулевому отгону, паровых − по 100%-му отгону.
Материальный баланс. Материальный баланс ректификационной колонны составляется исходя из равенства количеств подаваемого сырья и выходящих продуктов и выражается обычно массовым или объемным расходом. На рисунке 2.1 приведена схема материальных потоков в колонне, буквами GO, GD и GW на ней обозначено количество соответственно сырья, дистиллята и остатка. Для этого случая материальный баланс колонны при стабильном режиме запишется
GO=GD + GW. (2.1)
Рисунок 2.1 Схема материальных и тепловых потоков в ректификационной колонне
Для любого i-го компонента он примет форму
(2.2)
где − массовые доли компонента i в сырье, дистилляте и остатке.
Совместное решение равенства (3.7) и (3.8) дает уравнение
(2.3)
Состав и количество сырья, т.е. величины GO и обычно известны.
Принимая в соответствии с заданными требованиями степень чистоты продуктов (величины и ), определяют количество дистиллята и остатка.
Тепловой баланс. Пренебрегая тепловыми потерями в окружающую
среду, можно записать
Фвх =Фвых, (2.4)
где Фвх и Фвых − тепловой поток, соответственно входящий и выходящий из колонны, Вт (1 Вт = 1 Дж/с).
Тепловой поток поступает в колонну (см. рис.2.1):
1) с сырьем, нагретым до температуры t0, в случае подачи сырья в виде жидкости
Фо=Go,
где − энтальпия жидкого сырья, Дж/кг; в случае подачи сырья в паро-жидкостном состоянии с массовой долей отгона е.
где − энтальпия паров сырья, Дж/кг;
2) с испаряющим агентом (водяным паром) Фв.п или горячей струей Фг.с способа подогрева низе колонны будет равен:
или
Тепловой поток выходит из колонны:
1) с парами дистиллята
где - энтальпия паров дистиллята, дж/кг
2) с жидким нижним продуктом
где −энтальпия жидкого остатка, Дж/кг;
3) с верхним орошение − Фор.
Пары орошения, покидающие колонну, имеют ту же температуру, что и пары дистиллята, − tD, и после их конденсации орошающая жидкость входит в колонну с температурой tор. Следовательно,
Суммарный тепловой поток, покидающий колонну,
Тогда равенство (2.4) запишется в виде
Для сложной колонны, работающей с отводом боковых продуктов, их теплота должна быть учтена в статье расхода. В такие колонны теплота вносится, как правило, больше, и ее избыток снимается циркуляционными орошениями. При этом по дефициту теплового баланса определяется необходимое число орошений, количество циркулирующей жидкости и степень ее охлаждения.
Материальный и тепловой баланс представляют обычно в виде таблиц который будет рассмотрен при решении практических задач.