Определение расхода «глухого» пара в окончательном дистилляторе и перегревателе мисцеллы

Расход «глухого» пара Д_гп может быть определен из теплового баланса и зоны десорбции.

где G_mu — производительность аппарата по конечному продукту (для перегревателя это мисцелла, а для окончательного дистиллятора — масло), кг/ч; с_мц — удельная теплоемкость продукта (определяется по формулам 10.12−10.14 при t_cp= (t_cH + t_k)/2), кДж/(кг • град); t_cH, t_k — температура продукта в конце зоны самоиспарения и на выходе из дистиллятора, °С; Б^ — количество отгоняемого растворителя в зоне десорбции, кг/ч; г — удельная теплота парообразования бензина (определяется по формуле 10.17.

при температуре t_cp = (t_CH + Ц)/2), кДж/кг; i, i_k — теплосодержание «глухого» пара на входе и конденсата на выходе (определяется из таблиц водяного пара в зависимости от параметров пара), кДж/кг; i₍, i₂ — соответственно, теплосодержание водяного пара на входе (определяется из таблиц водяного пара в зависимости от параметров пара) и на выходе из зоны десорбции. В случае перегретого пара i, — i₂ = c_n^B(t, —1₂).

Ориентировочно в окончательном дистилляторе расход пара (глухого и острого в сумме, кг/ч) составит.

здесь G'₂ — масса выходящей мисцеллы, кг/ч; с'₂ — удельная теплоемкость выходящей мисцеллы, кДж/(кг • К); t'₂ — температура выходящей мисцеллы, °С; Б' — масса бензина, испарившегося за счет теплоты глухого пара, кг/ч; i₆ⁿ — энтальпия паров бензина, кДж/кг; G', — масса поступающей мисцеллы, кг/ч; с', — удельная теплоемкость поступающей мисцеллы, кДж/(кг • К); t', — температура поступающей мисцеллы, *С; Б" — масса бензина, испарившегося за счет теплоты острого пара, кг/ч; г — теплота испарения бензина, кДж/кг; t_nep — температура острого перегретого пара, °С; t — температура отходящих паров, °С.

Энтальпия паров бензина (кДж/кг) iⁿ₆ = с_б t + г, где с_б — удельная теплоемкость жидкого бензина при температуре t_cp, кДж/(кг • К); t_cp — средняя температура кипения бензина, °С: t_cp = (t_H + t_K)/2 (здесь t_H — температура кипения мисцеллы при начальной ее концентрации и при установленном давлении в дистилляторе, °С; t_K — то же, но при конечной концентрации мисцеллы); г — удельная теплота парообразования бензина при температуре t_cp, кДж/кг.

Расчет аппарата предварительной дистилляции с принудительной циркуляцией (первый корпус дистилляционной установки к линии МЭЗ).

Рис. 10.11. Аппарат с принудительной циркуляцией.

На рис. 10.11 представлена схема рассчитываемого аппарата.

Исходные данные для расчета:

S, — расход исходной мисцеллы, кг/ч;

К, Kj — соответственно, концентрация мисцеллы на входе и на выходе аппарата, %;

t, — температура исходной мисцеллы, °С;

Р — давление в сепараторе, МПа; п — кратность циркуляции, обеспечиваемая насосом.

Расчет потока испарившегося бензина на ступени проводится по формуле 10.3, а потока отходящей мисцеллы — по формуле 10.4.

Материальные потоки в циркуляционном контуре (обозначения см. на рис. 10.11):

Определение температуры мисцеллы t₄ после насоса (после смешения потоков S, и S₃) проводится решением уравнения теплового баланса.

Удельная теплоемкость мисцеллы с, с₂ и с₄ находится по формулам 10.12−10.14 при соответствующих температурах потоков. Температура t₂ находится по формуле 10.18. Так как с₄ зависит от искомой температуры t₄, то, учитывая формулы 10.12−10.14, уравнение 10.46 может быть преобразовано к виду.

Определение температуры мисцеллы после теплообменника-экономайзера проводится решением уравнения теплового баланса сепаратора.

Здесь г рассчитывается по формуле (10.17) при температуре t₂. Так как с₅ зависит от искомой температуры t₅, то, учитывая формулы 10.12—10.14 уравнение 10.48 может быть преобразовано к виду.

Проверку возможности достижения температуры t₅ делают сравнением ее с температурой кипения мисцеллы 1_кмп при условиях процесса в теплообменнике-экономайзере. Расчет t_Kmi ведут по формуле 10.18. Концентрацию мисцеллы принимают равной К₄, а давление.

где АР = p_MUgH • 10″ ⁶ (МПа) — дополнительный перепад давления за счет гидростатического столба жидкости (мисцеллы концентрации К₅, %) между теплообменником-экономайзером и сепаратором (высота Н, м). Плотность мисцеллы определяют по формуле.

где р_м = 938 — 0,68t₅ — плотность масла, кг/м³; р_б= 728 — 0,88t₅— плотность бензина, кг/м³.

Если t₅< t_Knn, то процесс осуществим, а если t₅ > t_Mn, то нет, и необходимо увеличить высоту Н в проектируемой установке.

В заключение определяется количество требуемого тепла для обеспечения процесса дистилляции в аппарате.

где с_{4 5} — удельная теплоемкость мисцеллы концентрации К₄при средней температуре t_cp= (t₅+1₄)/2, кДж/(кг • град).

В дистилляционных установках к линии МЭЗ тепло Q подводится с парами бензина из тостера.

Рис. 10.12. Аппарат с естественной циркуляцией.

Расчет аппарата предварительной дистилляции с естественной циркуляцией (второй корпус дистилляционной установки к линии МЭЗ). На рис. 10.12 представлена схема рассчитываемого аппарата.

Исходные данные для расчета: S, — расход исходной мисцеллы, кг/ч; К, —концентрация мисцеллы, соответственно, на входе и на выходе из аппарата, %; t, — температура исходной мисцеллы, ^eC; Р — давление в сепараторе, МПа.

Расчет потока испарившегося бензина на ступени проводится по формуле 10.3, а потока отходящей мисцеллы — по формуле 10.4.

Материальные потоки в циркуляционном контуре связаны системой уравнений теплового и материального баланса:

Из этой системы уравнений можно получить соотношение.

Устанавливающаяся кратность циркуляции в контуре может быть также выражена из системы уравнений 10.52−10.54:

С другой стороны, концентрация мисцеллы К₃, нагреваемой в выносном теплообменнике, также зависит от соотношения потоков в циркуляционном контуре.

и кратность циркуляции связана с концентрациями мисцеллы К₅, К,.

Если приравнять выражения для кратности циркуляции 10.57 и 10.59 и учесть формулы 10.12—10.14, то получим формулу для определения t₅

где, а = 1,69; b = 0,419; с = 1,97; d = 0,397.

Концентрацией мисцеллы К₅ на выходе из теплообменника задаются (К₅ принимается на 2−5% меньше К^).

Температуру мисцеллы перед поступлением в выносной теплообменник t₄ можно получить из уравнения теплового баланса.

с учетом формул 10.12−10.14, соотношения 10.59, а также S₄= S,+S₃, K₄=K_S

Принятая концентрация К₅ проверяется из сравнения получающего потока мисцеллы через теплообменник S₅ по уравнению 10.55 и возможностей теплообменника по нагреву мисцеллы.

где к — коэффициент теплопередачи: к = 35 Вт/(м² • град); F — поверхность нагрева: F = nd_TLn_r; At_cp — средняя разность температур: At_cp = t₅— (t₄ -1₅)/2; c_{4 5} — удельная теплоемкость мисцеллы, определяется по формулам 10.12−10.14 при t_cp = (t₄ +t₅)/2 и концентрации мисцеллы К₅.

Расхождение в S₅, рассчитанных по формулам 10.55 и 10.63, допускается не более 5—8%.

В заключение определяют требуемое количество тепла и соответствующий расход пара.

где i_n, i_k — соответственно, энтальпия греющего пара и конденсата при заданных параметрах, кДж/кг.