Физико-химические свойства сырья

№ компонента	Пределы выкипания фракции	% масс.	tср, C	Мi	% мольн.
1	28-58	2,09	43,0	65,057	5,62427	0,667814
2	58-72	2,13	65,0	72,845	5,12050	0,687682
3	72-85	1,99	78,5	78,103	4,45738	0,702087
4	85-102	2,77	93,5	84,373	5,74712	0,713809
5	102-140	7,77	121,0	97,037	14,03947	0,736061
6	140-180	8,73	160,0	117,590	13,00545	0,777088
7	180-240	13,64	210,0	148,390	16,11139	0,823778
8	240-350	23,55	295,0	212,225	19,44219	0,869474
9	350-К.К.	37,33	-	397,500	16,45224	0,915580
Итого	-	100	-	-	100	-

Пересчет массовых долей в мольные ведём по формуле:

 

Результаты расчётов физико-химических свойств сырья отбензинивающей колонны приведены в табл.2.

 

МИНИМАЛЬНОЕ ЧИСЛО ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК

Проведём расчет методом температурной границы деления смеси.

Для этого определяем мольный отбор дистиллята Е' по отношению к сырью:

,

где D' и F' – мольный расход дистиллята и сырья в колонне, кмоль/ч.

В нашем случае Е' принимаем равным сумме мольных долей первых трёх фракций, которые должны пойти в дистиллят:

 

Е' = 0,15202

 

Определяем самую тяжелую фракцию, которая должна пойти в дистиллят – это третья фракция 72-85^оС. Задаемся степенью извлечения этой фракции в дистиллят φ_D3 = 0,85. Это означает, что 85% этой фракции от потенциального её содержания в нефти пойдёт в дистиллят. В общем случае, чем выше степень извлечения фракции, тем больше требуется теоретических тарелок в колонне.

 Степень извлечения этой фракции в остаток φ_W3:

 

φ_W3 =1 - φ_D3 = 0,15

 

Содержание данной фракции в дистилляте и в остатке рассчитываем по формулам:

 

 = 0,85·4,45738/0,15202= 0,24923

=0,15·4,45738/(1-0,15202)= 0,00788

Рассчитываем коэффициент распределения ψ_i этой фракции:

= 31,60878

Принимаем среднее давление в колонне P_ср=4,5 ат = 0,45 МПа.

Определяем температурную границу деления смеси. Температурная граница – это значение температуры Т_Е, находящееся между значениями температур кипения при рабочих условиях двух фракций, лежащих по разные стороны воображаемой линии деления нефти. Эти фракции называются ключевыми. В первом приближении значение Т_Е можно найти как среднее арифметическое между температурами кипения этих ключевых фракций.

В нашем случае ключевыми фракциями являются третья и четвёртая фракции: 72-85^оС и 85-102^оС. При среднем давлении в колонне Р_ср находим температуры кипения этих фракций - Т₃ и Т₄. Для расчётов используем уравнение Ашворта.

Определяем функцию f(Т_о) всех фракций по формуле:

 

,

 

где Т_о – средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении (табл.2), К

Например, для первой фракции 28-58^оС:

 

 7,4281630

 

Результаты расчетов для всех фракций приведены в табл. 3.

Таблица 3

Значения параметра f(Т_о) фракций

 

Параметр	Значение параметра
f(T0)1	7,4281630
f(T0)2	6,6299711
f(T0)3	6,2005121
f(T0)4	5,7691102
f(T0)5	5,0837524
f(T0)6	4,2968571
f(T0)7	3,5191702
f(T0)8	2,5855713
f(T0)9	1,5689269

Вычисляем параметр f(Т) для ключевых фракций по формуле:

 

,

 

где Р_ср – среднее давление в колонне, ат

 

= 4,68922

 

=4,36297

 

Температура кипения фракции при данном давлении:

 

, К

 

Получаем Т₃ = 412,38 К, Т₄ = 429,34 К.

Истинная величина Т_Е находится между Т₃ и Т₄ и определяется методом подбора такого её значения, которое удовлетворяет следующим условиям:

            

 

428,216 К    

 

f(T_E)= 4,38361

 

Рассчитываем при температуре T_E коэффициенты относительной летучести a_i всех фракций:

;  

где Р_i – давление насыщенных паров фракции определяем по уравнению Ашворта при температуре T_E, ат:

 

;

 

Например, для первой фракции:

 

₁= =2,78758

 

Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4

Коэффициенты относительной летучести фракций при температуре Т_Е

 

Обозначение параметра	Значение параметра
1	2,78758
2	1,79813
3	1,35547
4	0,97816
5	0,51985
6	0,19619
7	0,04881
8	0,00304
9	0,00000345

 

Определяем минимальное число теоретических тарелок в колонне:

 

= lg(31,60878)/lg(1,35547)=11,35433

 

СОСТАВ ДИСТИЛЛЯТА И ОСТАТКА

Находим коэффициенты распределения всех фракций _i:

 

 

Например, для первой фракции:

 

=113568,3604

 

Рассчитываем составы дистиллята и остатка по формулам:

 

 

Например, для первой фракции:

 

 

При верном подборе Т_Е выполняются условия:

 

Результаты расчета составов дистиллята и остатка представлены в табл.5.

Таблица 5

Состав дистиллята и остатка

 

№	Пределы выкипания фракции	Рi, ат	ai	Yi
1	28-58	12,54411	2,78758	113568,360	0,36995	3,257.10-6
2	58-72	8,09158	1,79813	782,20603	0,33444	0,00043
3	72-85	6,09963	1,35547	31,60878	0,24923	0,00788
4	85-102	4,40172	0,97816	0,77823	0,04629	0,05948
5	102-140	2,33933	0,51985	0,00059	0,00010	0,16555
6	140-180	0,88285	0,19619	0	0	0,15337
7	180-240	0,21963	0,04881	0	0	0,19000
8	240-350	0,01369	0,00304	0	0	0,22928
9	350-к.к.	1,556.10-5	3,45.10-6	0	0	0,19402
S	-	-	-	-	1,00000	1,00000

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС КОЛОННЫ

Таблица 6

Материальный баланс колонны

ФРАКЦИЯ

С Ы Р Ь Ё

% мольн.

кмоль/ч

% масс.

кг/ч

тыс т/г

28-58

5,62427

236,04052

2,08843

15356,08824

125,30568

58-72

5,12050

214,89827

2,12898

15654,26471

127,73880

72-85

4,45738

187,06836

1,98705

14610,64706

119,22288

85-102

5,74712

241,19664

2,76767

20350,54412

166,06044

102-140

14,03947

589,21173

7,77585

57175,33824

466,55076

140-180

13,00545

545,81585

8,72882

64182,48529

523,72908

180-240

16,11139

676,16674

13,64575

100336,38235

818,74488

240-350

19,44219

815,95470

23,55057

173165,98529

1413,03444

350-К.К.

16,45224

690,47140

37,32688

274462,38235

2239,61304

Итого

100

4196,82420

100

735294,11765

6000

 

ФРАКЦИЯ	Д И С Т И Л Л Я Т
	% мольн.	кмоль/ч	% масс.	кг/ч	тыс т/г
28-58	36,99471	236,02893	33,51556	15355,33404	125,29953
58-72	33,44424	213,37665	33,92609	15543,42239	126,83433
72-85	24,92262	159,00811	27,10663	12419,05000	101,33945
85-102	4,62866	29,53116	5,43842	2491,64030	20,33178
102-140	0,00984	0,06277	0,01329	6,09086	0,04970
140-180	0	0	0	0	0
180-240	0	0	0	0	0
240-350	0	0	0	0	0
350-К.К.	0	0	0	0	0
Итого	100	638,008	100	45815,538	373,855

 

ФРАКЦИЯ	О С Т А Т О К
	% мольн.	кмоль/ч	% масс.	кг/ч	тыс т/г
28-58	0,00033	0,01159	0,00011	0,75419	0,00615
58-72	0,04276	1,52162	0,01608	110,84232	0,90447
72-85	0,78847	28,06025	0,31786	2191,59706	17,88343
85-102	5,94764	211,66547	2,59020	17858,90382	145,72866
102-140	16,55463	589,14896	8,29166	57169,24738	466,50106
140-180	15,33700	545,81584	9,30884	64182,48519	523,72908
180-240	18,99976	676,16674	14,55250	100336,38235	818,74488
240-350	22,92769	815,95470	25,11550	173165,98529	1413,03444
350-К.К.	19,40171	690,47140	39,80724	274462,38235	2239,61304
Итого	100	3558,817	100	689478,580	5626,145

Средняя молекулярная масса дистиллята:

=71,81

Относительная плотность дистиллята:

 =0,6860

Средняя молекулярная масса остатка:

=193,74

Относительная плотность остатка:

=0,8520

 

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ КОЛОННЫ

 

Температура верха Т_верха колонны рассчитывается как температура конденсации насыщенных паров дистиллята на выходе из колонны.

Таблица 7