Технологический расчёт установки вакуумной перегонки мазута. Материальный баланс колонны. Материальный баланс по фракциям

Температура низа стриппинг – секции зависит от расхода водяного пара и температуры вывода бокового погона. Принимаем температуру низа стриппинг – секции 250˚С.

Температуру вывода флегмы с тарелок промежуточных циркуляционных орошений принимаем из условия равномерного перепада температур на тарелках в отдельных секциях колонны. Разность температур между встречными потоками паров и флегмы оцениваем равной 25˚С.

Физические характеристики потоков.

Для последующих технологических расчётов необходимо знать значения плотности и молекулярной массы отдельных потоков.

Плотности и молекулярные массы компонента дизтоплива и вакуумного газойля найдём по кривым разгонки мазута (рис. 4.) и справочным данным.

Плотности флегмы и паров в отдельных сечениях колонны приняты ориентировочно из предположения равномерного изменения плотности от тарелки к тарелке (табл.2.3.).

Плотность гудрона найдём по формуле:

,

=0,9901.

Определение доли отгона при вводе сырья в колонну.

Расчёт доли отгона производили по методике А.М.Трегубова с учётом парциального давления водяного пара, который подаётся в змеевик трубчатой печи.

При заданном составе сырья и молекулярной массе узких нефтяных фракций находим молярные концентрации отдельных  фракций в сырье.

Молекулярная масса сырья:

М_F = .

Расчёт доли отгона проводится при температуре ввода сырья в колонну t_F = 380˚C и давлении 0,0117 МПа.

Таблица 2.3.

Физические характеристики потоков

Поток	t50%	r420	Мол. масса
Сырьё в колонну Компонент дизтоплива Вакуумный газойль Гудрон Флегма с 15-й тарелки «  с 10-й  » «  с 8-й  » «  с 5-й  » Пары с 4-й тарелки	― 328 398 ― ― ― ― ― ―	0,9343 0,8690 0,8962 0,9901 0,8740 0,8963 0,8986 0,9265 0,8950	415 266 350 570 282 347 358 ― 380

Таблица 2.4.

Пересчёт массовых концентраций в мольные

Пределы кипения фракций, ˚С	˚С	М	xFi • 103	ni	x’Fi
315 – 350 350 – 400 400 – 450 450 – 470 выше 470	328 375 425 460 600	266 315 373 421 550	4,00 27,50 18,22 9,04 41,23	1,5050 8,7313 4,8849 2,1482 7,4962	0,0608 0,3526 0,1972 0,0867 0,3027
ИТОГО	―	―	100,00	34,7655	1,0000

Относительный мольный расход водяного пара к сырью определяем по формуле:

,

где z₀ – количество водяного пара приходящего с сырьём,

z₀=0,01 • 503000 = 5030 кг/ч,

.

Расчёт доли отгона проводили на ЭВМ, последовательность и результаты расчёта сведены в таблице 2.5.

Количество паровой и жидкой фаз, полученных при однократном испарении сырья на вводе сырья в колонну, составляет:

G_F = e • F = 0,605 • 503000 = 304315 кг/ч,

G_F = (1 – e) • F = 0,395 • 503000 = 198685 кг/ч.

Таблица 2.5.

Определение доли отгона на входе сырья в колонну

t_F=380˚C, π=0,0117 МПа, e’= 0,6967, Z’/F’=0,2243

Пределы кипения фракций, ˚С	x’Fi	Рi							x*i	y*i
315 – 350 350 – 400 400 – 450 450 – 470 выше 470	0,0608 0,3526 0,1972 0,0867 0,3027	0,2889 0,1208 0,0443 0,0208 0,0006	24,6325 10,3013 3,7741 1,7732 0,0509	23,6325 9,3013 2,7741 0,7732 - 0,9491	16,4648 6,4802 1,9327 0,5387 -0,6612	17,4648 7,4802 2,9327 2,5387 0,3388	5,5257 2,3108 0,8466 0,3978 0,0114	22,9905 9,7910 3,7793 1,9365 0,3502	0,0026 0,0360 0,0522 0,0448 0,8644	0,0861 0,4904 0,2604 0,1050 0,0581
ИТОГО	1,0000	―	―	―	―	―	―	―	1,0000	1,0000

где  Р_i – давление насыщенных паров отдельных фракций на входе в колонну, МПа;

Z’и F’ – число молей водяного пара и сырья на входе в колонну.

x*_I =,

y*_i = ,

Парциальное давление нефтяных паров Σр_i = Σp_i • x’_i = 0,008873.

Молекулярная масса сырья M_F = Σ x’_Fi • M_i= 404,

жидкой фазы  M_x = Σ x’_i • M_i = 526,

паровой фазы M_y= Σ y’_i • M_i = 351.

Массовая доля отгона e = e’ • = 0,6967.

Тепловой баланс колонны.

Для составления теплового баланса колонны необходимо найти плотность паровой и жидкой фаз при вводе сырья в колонну и количества водяного пара, поступающего в колонну.

Плотность паровой фазы при массовой доле отгона равной 0,605 находим по кривым разгонки мазута (см. рис. 1.).

r₄²⁰_п=0,922.

Плотность жидкой фазы вычисляем по правилу смешения:

r₄²⁰_ж = 0,9538.

Принимаем расход водяного пара в низ колонны равным 2% на сырьё и в стриппинг – секцию 1% на отбираемый погон.

z = 0,02 • 503000 = 10060 кг/ч,

z₁ = 0,01 • 266590 = 2666 кг/ч,

z_об = 5030 + 2666 + 10060 = 17756 кг/ч.

Таблица 2.6.

Приходные и расходные статьи теплового баланса колонны

Потоки	G, кг/ч	r420	t,˚C	qt , кДж/кг	Q
					ГДж/ч	кВт
Приход Мазут а) паровая фаза б) жидкая фаза Водяной пар а) в низ колонны и стриппинг б) с сырьём	304315 198685 12726 5030	0,922 0,9538 ― ―	380 380 400 380	1128,26 905,97 3273 3238	343,346 180,003 41,652 16,287	95374,0 50000,7 11570,1 4524,2
ИТОГО	520756	―	―	―	581,288	161469,0
Расход Газы разложения Ком-т дизтоплива Вакуум. газойль Гудрон Водяной пар	1509 15090 266590 219811 17756	М = 44 0,8690 0,8962 0,9901 ―	80 170 250 360 80	533 359,68 556,73 830,36 2650	0,804 5,428 148,421 182,522 47,053	223,4 1507,7 41228,1 50700,6 13070,4
ИТОГО	520756	―	―	―	384,229	106730,2

Выбор схемы орошения в колонне.

Тепло в вакуумной колонне, предназначенное для образования жидкого горячего орошения при частичной конденсации паров в колонне, можно снять на верхних конденсационных тарелках или совместно на верхних конденсационных тарелках и промежуточными циркуляционными орошениями.

При отводе тепла совместно на верхних конденсационных тарелках и промежуточными циркуляционными орошениями нагрузки колонны по паровой и жидкой фазам по высоте выравниваются, при этом диаметр колонны будет меньше. Тепло промежуточных циркуляционных орошений используется для нагрева сырья при высоком температурном напоре.

Тепло отводимое из колонны орошением,

ΔQ = Q_пр – Q_расх = (581,288 – 384,229) • 10⁶ = 197,060 • 10⁶ кДж/ч.

Опыт эксплуатации вакуумных колонн показал, что наиболее благоприятные условия работы наблюдаются при наибольшем отводе тепла в верху колонны. В этом случае возрастает флегмовое число в верхней секции колонны, что обеспечивает надёжное погоноразделение верхнего и последующих боковых погонов.

Определим количество циркулирующей жидкости на конденсационных тарелках, необходимое для конденсации нефтяных паров и охлаждения инертных газов.

 

Рис.7. Схема конденсационной секции колонны.

Количество нефтяных паров, поступающих на нижнюю тарелку конденсационной секции, определяется из материального баланса.

G_п = D₃ + g₁₇ ,

где g₁₇ – количество горячего орошения, стекающего с 17-й тарелки.

Задаёмся значением флегмового числа под 17-й тарелкой равным 6 и найдём и найдём количество орошения, стекающего из конденсационной секции:

G_п = D₃ • (1+6) = 15090 • 7 = 105630 кг/ч.

Количество инертных газов, выводимых с верха колонны,

G_ин = G_г + z_об ,

D₃’ – пары компонента дизтоплива, присутствие которых определяется условиями равновесия с жидкостью на верхней тарелке, кг/ч.

Давление насыщенных паров компонента дизтоплива находим при температуре T_п= 80˚С по нижеприведённым формулам.

Р = 101323 • (EXP(0,794 • Y₀)),

Y₀ = ,

f(t) = : f(t_i) =  ,

где t и t_i – соответственно заданная температура системы и температура кипения фракции, ˚С.

f(t) = ,

f(t_i) =,

Y₀ =  ,

Р = 101323 • (EXP(0,794 • ( – 10,66 )) = 2,14 Па.

Молярная концентрация паров на верху колонны:

y_a’ =  ,

где π_в – абсолютное давление в верху колонны, Па.

Находим число молей и массу нефтяных паров:

,

где n_zиn_г – число молей водяного пара и газов разложения,

n_a – число молей нефтяных паров.

n_z = ,

n_г = ,

n_a =кмоль.

Молекулярная масса нефтяных паров M_D = 266 кг/кмоль, тогда: