Расчет однократного испарения (доли отгона)
Сырья на входе в колонну
Расчет заключается в определении доли паровой фазы (доли отгона), образующейся при нагреве нефти до заданной температуры.
Исходя из материального баланса для любого компонента нефти, имеем:
(5)
где e' - мольная доля отгона;
Fi' , y'i , xi' - мольные доли рассматриваемого компонента в сырье (F'i ), паровой (y'i ) и жидкой (x'i) фазах.
По закону Рауля: 
, (6)
где ki - константа фазового равновесия компонента, которую можно
определить из выражения:
, (7)
Pi - упругость i -го компонента при заданной температуре;
П - общее давление системы.
Решая уравнение (2) совместно с уравнением (1) относительно x'i , имеем:
(8)
Учитывая, что сумма мольных долей всех компонентов в жидкой фазе должна быть равна единице, получается выражение:
(9)
Решение данного уравнения осуществляется методом подбора мольной доли отгона "e' "
Порядок расчета однократного испарения заключается в следующем:
1) нефть разбивается на ряд узких нефтяных фракций (F1 - 28-50 0С;
F2 - 50-1000С; F3 - 100-150 0С и т.д.).
Если в схеме установки предусмотрена колонна предварительного испарения, то началом кипения первой фракции будет конец кипения выделяемой фракции в колонне предварительного испарения. Например, в К-1 выделяется фракция н.к.- 85 0С, тогда разбивку нефти на узкие фракции для колонны К-2 необходимо начать 85 - 100 0С, 100 - 150 0С и т.д.;
2) для удобства расчет однократного испарения ведется на 100 кг нефти;
3) по построенным кривым разгонки нефти, либо по табл. 8 –«Разгонка (ИТК) Никольской нефти в аппарате АРН-2 и характеристика узких фракций» находят:
· Fi (кг i-го компонента по ИТК),
· Мi (средняя молекулярная масса),
· Ti (средняя температура кипения),
· 
(средняя плотность);
4) определяется число киломолей i-го компонента ( Ni ):
; (10)
5) мольную долю i-го компонента ( 
) 
; (11)
6) упругость паров i-го компонента при температуре ( pi ) определяется по таблице (см. приложение);
7) константа фазового равновесия определяется по формуле 
; (12)
8) из уравнения (9) находят мольную долю отгона e'. Для этого задаются значением e' и рассчитывают мольные доли i-го компонента в паровой ( 
) и жидкой фазах ( 
);
9) рассчитывается сумма мольных долей i-го компонента в паровой ( ) и жидкой фазах ( ). Если полученная сумма не равна 1, задаются новым значением доли отгона e', и расчет повторяют. Значение e' считается найденным достаточно точно, если сумма мольных долей в паровой о жидкой фазах равны 1+ 0,005;
10) находят молекулярные массы паровой 
и жидкой
( 
) фаз;
11) массовая доля i-го компонента в паровой и жидкой фазах определяется:
| |
| |
, 
(13)
 |
12) удельный объем паровой и жидкой фаз находится из выражений:
, 
, (14)
Все расчеты по однократному испарению следует выполнять в виде таблицы 13.
Таблица 13 - Расчет доли отгона сырья на входе в колонну при 330 0С
И 0,2 МПа
| Фракция | Fi | Ti | Mi | Плотность
| Ni | Fi' | Pi330 |
| 28-50 | 7,1 | 38 | 70 | 0638 | 0,1014 | 0,1754 | 104,194 |
| 50-100 | 9,3 | 75 | 97 | 0,708 | 0,0959 | 0,1658 | 13,122 |
| … | |||||||
| … | |||||||
| 400-450 | 7,9 | 426 | 378 | 0,904 | 0,0209 | 0,0361 | 0,015 |
| 450 и выше | 19,0 | 507 | 413 | 0,932 | 0,0460 | 0,0196 | 0,003 |
| ИТОГО | 100,0 | 1,0000 |
Продолжение табл. 13
| Фракция | Кi | Кi-1 | Принято e'=0,849 | x'i | y'i | |
| e' (K i - 1) | 1+e' (K i - 1) | |||||
| 28-50 | 520,968 | 519,968 | 441,406 | 442,406 | 0,0004 | 0,2066 |
| 50-100 | 65,611 | 64,611 | 54,849 | 55,849 | 0,0030 | 0,1948 |
| … | ||||||
| … | ||||||
| 400-450 | 0,075 | -0,925 | -0,785 | 0,215 | 0,1682 | 0,0127 |
| 450 и выше | 0,025 | -0,975 | -0,836 | 0,164 | 0,4859 | 0,0073 |
| ИТОГО | 1,0000 | 1,0000 |
Продолжение табл. 13
| Фракция | Mi xi | Mi yi | xi | yi |  
| 
|
| 28-50 | 0,028 | 14,461 | 0,0001 | 0,1030 | 0,0001 | 0,1614 |
| 50-100 | 0,288 | 18,897 | 0,0008 | 0,1346 | 0,0011 | 0,1901 |
| … | ||||||
| … | ||||||
| 400-450 | 63,565 | 4,783 | 0,1787 | 0,0341 | 0,1977 | 0,0377 |
| 450 и выше | 250,657 | 2,999 | 0,5641 | 0,0214 | 0,6053 | 0,0229 |
| ИТОГО | 355,710 | 14,440 | 1,0000 | 1,0000 | 1,1008 | 1,2806 |
При решении методом подбора полезно воспользоваться графиком зависимости 
от e'.
 |
Массовая доля отгона определяется из уравнения
(15)
Плотность паровой и жидкой фаз определяется из выражений
| |
| |
| |
| |
; 
, (16)
Полученные значения в дальнейшем используются для расчета величин теплосодержания потоков.
В случае расчета доли отгона на ЭВМ необходимо составить таблицу исходных данных, принятых для машинной программы.
Таблица 14 - Исходные данные для расчета доли отгона на входе в
колонну на ЭВМ "ДЗ-28"
| Номер компонента | 21ДАТА | 26ДАТА | 31ДАТА | 36ДАТА | N= |
| А (1) | Т (1) | М (1) | Д (1) | P= | |
| А (2) | Т (2) | М (2) | Д (2) | T= Z= | |
| . . . | . . . | . . . | . . . | . . . | |
| N | А (N) | Т (N) | М (N) | Д (N) | F=100 |
где А(1), Т(1), М(1), Д(1) - соответственно массовая доля, температура кипения, молекулярная масса и плотность компонента; N - число компонентов; Р - давление, МПа; Т - температура сырья,0С; Z - кол. водяного пара, % на сырье; Р - количество сырья, кг/100 кг исходного сырья. Исходные данные, вносимые в эту таблицу, находят аналогично указанному в п.п.5.4.
Ниже приведен образец расчета доли отгона на входе в К-2.
N - число компонентов, Р - давление, Т - температура сырья
КОЛ. СЫРЬЯ 100,00 N 10 T 330 P .200 Д ,816
Таблица 15 - Расчет доли отгона
| МАССА, КГ | ПЛОТН. | ТЕМП. КИП. | МОЛ.МАС. | УПР. ПАРОВ | ||||
| 7.10 | .6380 | 38.0 | 70.0 | 104.1936 | ||||
| 9.30 | .7080 | 75.0 | 97.0 | 13.1221 | ||||
| 9.60 | .7560 | 126.0 | 115.0 | 3.3952 | ||||
| 10.60 | 175.0 | 140.0 | 1.4730 | |||||
| 9.60 | .8170 | 225.0 | 177.0 | .6586 | ||||
| 9.80 | .8420 | 275.0 | 225.0 | .2781 | ||||
| 8.80 | .8670 | 326.0 | 278.0 | .1080 | ||||
| 8.30 | .8850 | 375.0 | 328.0 | .0416 | ||||
| 7.90 | .9040 | 426.0 | 378.0 | .0150 | ||||
| 19.00 | .9320 | 507.0 | 413.0 | .0030 |
МОЛ. ДОЛЯ ОТГОНА .8489 МАС ДОЛЯ ОТГОНА .6893
ПЛОТНОСТЬ ПАРОВОЙ ФАЗЫ .7808, ЖИДКОЙ ФАЗЫ .9084
ЭНТ ЖИДК 777.96 ЭНТ ПАРА 1057.94 ЭНТ СЫРЬЯ 970.94
Расчет температуры верха