Расчет нагрузки сечений колонны по парам и жидкости
Диаметр колонны рассчитываем с учетом максимальной нагрузки по парам и жидкости. Для определения нагрузки рассматриваем несколько сечений колонны (рис. 6.8).
Сечение I-I - сечение под верхней тарелкой.
Эскиз сечения I-I. |
Рис. 6.9. |
Составляем материальный баланс по парам и жидкости в сечении I-I (рис. 6.9).
Нагрузка по парам:
GI-I = G105-180 + gгоо,
где GI-I - поток паров, проходящий через сечение I-I, кг/ч;
G105-180 - количество паров фракции 105-180оС, G105-180 = 17,4 кг/ч (см. табл. 6.5).
gгоо – расход горячего орошения (внутренней флегмы), возникающего от острого орошения, кг.
Горячее орошение от острого (gгоо) образуется в результате контакта поднимающихся паров с острым орошением в верхней части колонны. Наиболее тяжелые компоненты паров конденсируются и образуют флегму – горячее орошение от острого. Рассчитаем количество горячего орошения по формуле:
,
где gгоо - расход горячего от острого орошения, кг/ч;
Hверх - энтальпия паров в верху колонны, кДж/кг;
hвход – энтальпия острого орошения, кДж/кг;
- энтальпия паров при температуре в сечении I-I, кДж/кг;
- энтальпия горячего орошения (флегмы) при температуре в сечении I-I, кДж/кг;
Нагрузка по жидкости:
gI-I = gгоо,
Температуру в сечении I-I (сечении под верхней тарелкой) найдем из уравнения
tI-I = tверха + Dt,
где tверха – температура в верху колонны, ºС;
Δt – перепад температуры на одну тарелку, ºС.
Dt = = ≈ 2,0оС.
tI-I = 157 + 2 = 159оС
.
Определим энтальпии фракции 105-180оС ( = 0,755, = 0,759)
Н157 = 651 кДж/кг; h30 = 60 кДж/кг;
Н159 = 655 кДж/кг; h159 = 357 кДж/кг;
gоо = 34,8 кг/ч (табл. 6.15).
= 69,0 кг/ч
GI-I = 17,4 + 69,0 = 86,4 кг/ч.
gI-I = gгоо. = 69,0 кг/ч.
Сечение II-II - сечение между вводом и выводом первого циркуляционного орошения.
Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении II-II (рис. 6.10).
Нагрузка по парам:
GII-II = G105-180 + G180-230 + Gфл.180-230 + gцо1,
где GII-II - поток паров, проходящий через сечение II-II, кг/ч;
G180-230 - количество паров фракции 180-230оС, G180-230 = 11,5 кг/ч (см. табл. 6.15).
Gфл.180-230 - количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-230оС, кг/ч.
Принимаем, что количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-230оС остается постоянным до тарелки вывода фракции 230-280оС, изменяется только ее состав. Gфл.180-230 = 23,0 кг/ч (см. п. 6.2.5);
gг.ц.о.I – горячее орошение, возникающее от первого циркуляционного орошения, кг/ч.
,
где DQ1 - тепло, снимаемое первым циркуляционным орошением (ЦО1), кДж/ч;
DQ1 = gцо1 × (h191 – h130) = 18,3 × (440 – 277) = 2982,9 кДж/ч,
Нt и ht - энтальпия паров и жидкости ЦО1 при температуре 191оС.
Эскиз сечения II-II. |
Рис. 6.10. |
Условно принимаем, что плотность ЦО1 равна плотности фракции 180-230оС ( = 0,795, = 0,799). Энтальпии паров и жидкости ЦО1 равны:
Н191 = 711 кДж/кг; h191 = 430 кДж/кг;
= 10,6 кг
GII-II = 17,4 + 11,5 + 23,0 + 10,6 = 62,5 кг/ч.
Нагрузка по жидкости
gII-II = Gфл.180-230 + gцо1 + gгцо1,
где gII-II - поток жидкости, проходящий через сечение II-II, кг/ч;
gцо1 - расход ЦО1, кг/ч; gцо1 = 17,25 кг/ч.
gII-II = 23,0 + 18,3 + 10,6 = 51,9 кг.
Рассчитывать нагрузку в сечении над тарелкой вывода ЦО1 нет смысла, поскольку это сечение имеет нагрузку по парам такую же, а по жидкости меньше на gцо1, чем в сечении II - II.
Сечение III-III – сечение между тарелкой вывода и ввода второго циркуляционного орошения.
Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении III-III (рис. 6.11).
Нагрузка по парам:
G III-III = G105-180 + G180-230 + G230-290 + Gфл.230-290 + gгцо2,
где GIII-III - поток паров, проходящий через сечение III-III, кг/ч;
G230-290 - количество паров фракции 230-290оС, G230-290 = 14,1 кг/ч (см. табл. 6.15);
Gфл.230-290 - количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-290оС, кг/ч. Принимаем, что количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 230-290оС остается постоянным до тарелки вывода фракции 290-350оС, изменяется только ее состав. Gфл.230-290 = 28,2 кг/ч (см. п. 6.2.5);
gгцо2 – горячее орошение, возникающее от второго циркуляционного орошения, кг/ч.
,
где DQ2 - тепло, снимаемое вторым циркуляционным орошением (ЦО2), кДж/ч; DQ2 = gцо2 × (h238 – h160) = 18,3 × (548 – 345) = 3714,9 кДж/ч;
Нt и ht - энтальпия паров и жидкости ЦО2 при температуре t=238оС.
Условно принимаем, что плотность ЦО2 равна плотности фракции 230-290оС ( = 0,820, = 0,824). Энтальпии паров и жидкости ЦО2 равны
Н238 = 809 кДж/кг; h238 = 548 кДж/кг;
= 14,2 кг/ч.
Эскиз сечения III-III. |
Рис. 6.11. |
GIII-III = 17,4 + 11,5 + 14,1 + 28,2 + 14,2 = 85,4 кг/ч.
Нагрузка по жидкости:
gIII-III = Gфл.230-290 + gцо2 + gгцо2,
где gIII-III - поток жидкости, проходящий через сечение III-III, кг/ч.
gIII-III = 28,2 + 18,3 + 14,2 = 60,7 кг/ч.
Сечение IV-IV - сечение между тарелкой вывода и ввода третьего циркуляционного орошения.
Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении IV-IV (рис. 6.12).
Нагрузка по парам:
G IV-IV = G105-180 + G180-230 + G230-290 + G290-350 + Gфл290-350 + gгцо3,
где GIV-IV - поток паров, проходящий через сечение IV-IV, кг/ч;
G290-350 - количество паров фракции 290-350оС, G290-350 = 12,6 кг/ч (см. табл. 6.15);
Gфл290-350 - количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 280-350оС, кг/ч. Принимаем, что количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 290-350оС остается постоянным до тарелки ввода сырья в колонну, изменяется только ее состав. Gфл290-350 = 25,2 кг/ч (см. п. 6.2.5);
gгцо3 – горячее орошение, возникающее от второго циркуляционного орошения, кг/ч. Оно рассчитывается по формуле:
,
где DQ3 - тепло, снимаемое третьим циркуляционным орошением (ЦО3), кДж/ч; DQ3 = gцо3 × (h295 – h220) = 18,3 × (701 – 493) = 3806,4 кДж/ч.
Нt и ht - энтальпия паров и жидкости ЦО3 при температуре t=295оС.
Условно принимаем, что плотность ЦО3 равна плотности фракции 290-350оС ( = 0,843, = 0,847). Энтальпии паров и жидкости ЦО3 равны
Н295 = 939 кДж/кг; h295 = 701 кДж/кг;
= 16,0 кг/ч.
G IV-IV = 17,4 + 11,5 + 14,1 + 12,6 + 25,2 + 16,5 = 96,8 кг/ч.
Эскиз сечения IV-IV. |
Рис. 6.12. |
Нагрузка по жидкости:
gIV-IV = Gфл290-350 + gцо3 + gгцо3.
где gIV-IV - поток жидкости, проходящий через сечение IV-IV, кг/ч.
gIV-IV = 25,2 + 18,3 + 16,0 = 59,5 кг/ч.
Сечение V-V - сечение в зоне питания.
Составим материальный баланс по парам и жидкости в сечении V-V (рис. 6.13).
Нагрузка по парам:
GV-V = L + Gфл290-350 – gм,
где L - расход сырья на входе в колонну, кг/ч;
gм - расход мазута, кг/ч.
GV-V = 100 + 25,2 – 44,4 = 80,8 кг/ч.
Нагрузка по жидкости:
gV-V = L × (1 – ē) + Gфл290-350,
где ē - массовая доля отгона.
Эскиз сечения V-V. |
Рис. 6.13. |
gV-V = 100 × (1 – 0,556) + 25,2 = 69,6 кг/ч.
В табл. 6.16 представлены нагрузки по парам и жидкостям в различных сечениях колонны.
Таблица 6.16
Сечение | Нагрузка сечения, кг | |
по парам | по жидкости | |
I – I | 86,4 | 69,0 |
II – II | 62,5 | 51,9 |
III – III | 85,4 | 60,7 |
IV – IV | 96,8 | 59,5 |
V – V | 80,8 | 69,6 |