2. Определение температурного режима основной ректификационной колонны к-2 (температура входа и выхода балансовых потоков. Показать графически).

Составлению теплового баланса колонны предшествует определение температурного режима колонны, поддержание которого обеспечивает получение дистиллята и остатка требуемого качества. Важнейшими точками контроля являются температуры поступающего сырья и продуктов ректификации, покидающих ректификационную колонну. Для определения температурного режима колонны необходимо иметь лабораторные данные по фракционному составу всех потоков, входящих в колонну и выходящих из нее. На основании этих данных строятся кривые истинных температур кипения (ИТК), полученные методом постепенного испарения. Затем кривые ИТК перестраиваются в кривые однократного испарения (ОИ), так как именно метод одно­кратного испарения применяется в промышленных условиях. Существуют различные графические методы построения кривых однократного испарения:

- по методу Обрядчикова и Смидович

- по методу Нельсона и Харви определяют тангенс угла на­клона кривой ИТК, затем по графику определяют тангенс угла наклона кривой ОИ. По кривой 3 определяют Δt — разность между 50%-ными точками на кривых ИТК и ОИ, т. е. Δt=t^ИТК₅₀- t^ОИ₅₀

Из уравнения находят значение и вычисляют температуры начала и конца ОИ:

Через полученные точки начала и конца ОИ проводят прямую одно­кратного испарения.

- по методу Пирумова;

Для нахождения точки на кривой ОИ, которая соответ­ствует температуре входа или выхода потока, необходимо знать его фазовое состояние.

Перед входом в колонну рекомендуется нагревать сырье до такой температуры, которая создает долю отгона на 0,05—0,07 больше, чем отбор дистиллятов. В большинстве случаев эта температура находится пределах 330—370 °С в зависимости от качества нефти.

Головной (верхний) погон (в данном случае н.к. — 180 °С) выходит из колонны полностью в паровой фазе. Температура выхода этой фракции (температура верха) должна соответствовать 100 % отгона по кривой ОИ, построенной для данной фракции.

Боковой (180—350 °С) и нижний (остаток выше 350 °С) потоки вы ходят из колонны в жидкой фазе, поэтому температуры вывода эти потоков определяются температурой начала однократного испарении при нулевой доле отгона выводимой фракции и остатка соответственно.

Подача водяного пара или испаряющего агента в низ колонны и отпарные секции приводит к снижению парциального давления углеводородов, поэтому температуры вывода всех продуктов на 10—20 °С ниже, чем температуры, найденные по кривой ОИ.

Определение температурного режима графическими методами (по кривым ОИ и ИТК) носит приближенный характер. Более точные значения температурных параметров определяются расчетными методами. При их использовании необходимо задаваться температурами входа выхода всех потоков в колонне (обычно эти температуры соответствую 50—70 % выкипания данного потока).

Принятые температуры уточняются методом последовательного приближения при условии обеспечения фазового равновесия в колонне.

Температуру вывода верхнего погона (верха колонны) можно рас считать по уравнению

где х^, — мольная доля /-того компонента дистиллята; K_t — константа фазового равновесия /-того компонента при давлении в колонне до 0,4 МПа.

Константа К, рассчитывается по уравнению K_t = Pi/ P₀ а при более высоком давлении определяется с учетом неидеальности компонентов,т.е. по летучести компонентов и смеси:

К_i= f_i/ f_D= ζiPi/ζ_D P₀

где f_i и f_D — летучести (фугитивности) / —того компонента и смеси паров вверху колонны; ζi — коэффициент летучести компонентов при температуре и давлении вверху колонны

ζ_D - коэффициент летучести смеси компонентов паровой фазы при температуре и давлении вверху колонны; Рi — давление паров компонента при температуре верха; Po — общее давление вверху колонны.

Летучести (фугитивности) и их коэффициенты для компонентов и их смесей определяются по специальным методикам и графикам.

При наличии острого орошения температура верха колонны также определяется концом однократного испарения фракции, уходящей с верха колонны, но с учетом фракционного состава орошения и его ко­личества.

При подаче тепла в низ колонны циркулирующим через нагреватель или печь нижним продуктом (при полном или частичном испарении) температура низа колонны определяется по началу однократного испа­рения продукта, уходящего с низа колонны, решением уравнения:

При неполном испарении нижнего продукта и возврата под ниж­нюю тарелку только испарившейся части температура низа колонны также определяется температурой начала однократного испарения нижнего продукта, но с учетом фракционного состава и количества возвращаемого потока.

Расчет температурного режима сложной колонны имеет некоторые особенности.

При расчете температурного режима сложной колонны для опреде­ления температур боковых погонов А. К. Мановян на основе линейной связи между фракционным составом и температурой выхода дистилля­та из колонны предлагает эмпирический график зависимости между температурой 50 % выкипания и температурой выхода дистиллята из основной (сложной) колонны (рис.а). С. Г. Рогачев и Н. Л. Горе­лова для атмосферной и вакуумной колонны на основании заводских данных установили эмпирическую линейную связь между плотностью фракции и температурой ее выхода из колонны (рис. б). При изве­стной плотности боковых дистиллятов задача определения температур погонов значительно упрощается.

При расчете температурного режима вакуумной колонны необходи­мо учитывать отклонения паровой и жидкой фаз от законов идеального газа в силу значительных молекулярных масс компонентов мазута. Из­вестно, что чем выше молекулярная масса вещества, тем больше откло­нение в поведении вещества от законов идеального газа, даже в услови­ях вакуума.

Рис. . Зависимость температуры выхода потоков из колонны от температуры е пания 50 % (об.) дистиллята (а) и от плотности этих потоков (б):

/ — жидкие боковые дистилляты; 2—пары вверху колонны (заштрихованы области ; усредненных фактических значений); 3 — дистилляты вакуумных колонн; 4 — дистилляты атмосферных колонн