Расчет однократного испарения сырья

Расчет однократного испарения (ОИ) многокомпонентной сме­си заключается в определении доли паров, образующихся при нагревании исходной смеси до заданной температуры. Эта величина получила название доли отгона сырья при его однократном испарении. Помимо доли отгона опреде­ляют составы паровой и жидкой фаз, получаемых в ус­ловиях однократного испарения, и энтальпию парожидкостной смеси исходного сырья.

Расчет ведут в следующей последовательности:

Определим давление насыщенных паров компонентов сырья. В случае узких нефтяных фракций давление насыщенных паров удобно определять по уравнению Ашворта:

(3.1)

где p_i ¾ давление насыщенных паров, Па;

t ¾ температура сырья (температура однократного испарения), ⁰С;

t_i ¾ средняя температура кипения углеводородной фракции, ⁰С.

Функцию f(t) находят из уравнения:

(3.2)

По этому же уравнению, подставляя t_i вместо t, рассчитывают и функцию f(t_i).

При температуре выхода сырья из печи:

Для фракции н.к. ¾ 85 ⁰С:

МПа

Результаты расчета давлений насыщенных паров узких нефтяных фракций представлены в табл. 3.2.

По рассчитанным значениям давлений насыщенных паров определим величины констант равновесия. Для нефтяных углеводородов при невысоких давления константа равновесия определяется из соотношения:

(3.3)

где Кp_i ¾ константа фазового равновесия;

p_i ¾ давление насыщенных паров, Па;

p_i ¾ давление, при котором производится однократное испарение (давление в системе), Па.

Значение мольной доли отгона е^/ находится как корень уравнения:

(3.4)

или

(3.5)

где Кp_i ¾ константы фазового равновесия компонентов смеси;

¾ мольные доли компонентов в сырье;

, ¾ мольные доли компонентов в паровой фазе и равновесной жидкости.

Рисунок 6 - Вспомогательный график для расчета мольной доли отгона

Корень уравнения (3.4) (или (3.5)) ограничен неравенством и, как правило, его находят методом последовательных приближений, подбирая такое значение е^/, которое с заданной точностью превращает уравнение (3.4) (или (3.5)) в тождество.

Оценочное значение доли отгона е^/ можно получить, построив графическую зависимость функции при различных значениях е^/. В нашем случае корнем уравнения (3.4) является величина е^/ = 0.5 (точное значение е^/ = 0.51).

Результаты расчета мольной доли отгона представлены в таблице 3.2 и на рисунке 6.

Дальнейшие расчеты сводятся к определению значений энтальпий компонентов сырья в паровой и жидкой фазе при температуре выхода сырья из печи (320 ⁰С), а также энтальпий компонентов сырья в жидкой фазе при температуре его подачи в печь (180 ⁰С).

Последовательность расчета такова (результаты сведены в таблице 3.3):

1. Средние молекулярные массы паровой и жидкой фаз M_y и M_x рассчитываются по формулам:

(3.6)

и

(3.7)

2. Определяется значение массовой доли отгона:

или (3.8)

3. Мольные концентрации компонентов пересчитывают в массовые:

(3.9)

и

(3.10)

Таблица 3.2

Результаты расчета мольной доли отгона

Фракция		f(T)	pi, МПа	Kpi	Величина при различных значениях мольной доли отгона
	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
н.к. ¾ 85	0.063	6.368	4.707	18.587	0.063	0.023	0.014	0.010	0.008	0.006	0.005	0.004	0.004	0.004	0.003
85 ¾ 105	0.046	5.724	3.635	14.354	0.046	0.020	0.013	0.009	0.007	0.006	0.005	0.005	0.004	0.004	0.003
105 ¾ 230	0.054	5.161	2.750	10.858	0.054	0.027	0.018	0.014	0.011	0.009	0.008	0.007	0.006	0.005	0.005
130 ¾ 280	0.108	4.385	1.665	6.576	0.108	0.069	0.051	0.040	0.033	0.028	0.025	0.022	0.020	0.018	0.016
180 ¾ 230	0.119	3.586	0.792	3.129	0.119	0.098	0.084	0.073	0.064	0.058	0.052	0.048	0.044	0.041	0.038
230 ¾ 280	0.149	2.975	0.345	1.361	0.149	0.144	0.139	0.135	0.131	0.127	0.123	0.119	0.116	0.113	0.110
280 ¾ 350	0.230	2.414	0.112	0.442	0.230	0.243	0.259	0.276	0.296	0.319	0.345	0.377	0.415	0.462	0.520
350 ¾ 420	0.099	1.920	0.026	0.103	0.099	0.109	0.121	0.136	0.155	0.180	0.215	0.267	0.352	0.517	0.968
420 ¾ 500	0.055	1.521	0.006	0.025	0.055	0.061	0.068	0.078	0.090	0.107	0.133	0.173	0.250	0.450	2.233
500 ¾ к.к.	0.076	0.810	0.003	0.012	0.076	0.085	0.095	0.109	0.126	0.151	0.188	0.248	0.364	0.688	6.131
		0.880	0.862	0.879	0.922	0.992	1.099	1.271	1.576	2.3	10.03

Таблица 3.3

Результаты расчета процесса однократного испарения сырья

Фракция	Содержание компонентов
в сырье	в жидкой фазе	и паровой фазе
Начало кипения, 0С	Конец кипения, 0С	Средняя температура кипения, 0С	Массовое, xF	Мольное, x/F	Массовое, x	Мольное, x/	Массовое, y	Мольное, y/
			0.022	0.063	0.002	0.006	0.003	0.117
			0.018	0.046	0.002	0.006	0.004	0.085
		117.5	0.023	0.054	0.003	0.009	0.006	0.097
			0.056	0.107	0.011	0.028	0.022	0.184
			0.078	0.119	0.027	0.057	0.057	0.179
			0.121	0.149	0.075	0.126	0.157	0.172
			0.239	0.23	0.245	0.321	0.512	0.142
			0.135	0.099	0.182	0.183	0.381	0.019
			0.093	0.055	0.136	0.109	0.284	0.003
			0.215	0.076	0.317	0.154	0.664	0.002
Сумма мольных долей

4. Определяют относительные плотности компонентов паровой и равновесной ей жидкой фаз d_y и d_x при 15 ⁰С:

(3.11)

и

(3.12)

5. Значения энтальпий компонентов сырья в паровой и жидкой фазе при температуре выхода сырья из печи (320 ⁰С), а также энтальпий компонентов сырья в жидкой фазе при температуре его подачи в печь (180 ⁰С) находятся по уравнениям:

6. Энтальпию парожидкостной смеси, полученной в результате однократного испарения сырья, находят по формуле:

7. Определим количество теплоты, передаваемое в печи сырью (полезную тепловую нагрузку печи):