Курсовая работа: Расчет материального баланса установки АВТ. Проектирование аппарата вторичной перегонки бензина К-5

7. Конструктивный расчёт колонны вторичной перегонки бензина К-5

7.1 Расчёт количества тарелок колонны К-5

В К-5 вводится фракция 105-1800С (G = 49632,35 кг/ч; t = 1500C; ρ = 0,758 кг/м3),

сверху выходит фракция 105-1400С (G = 22426,47 кг/ч; t = 1320C; ρ = 0,738 кг/м3),

снизу фракция 140-1800С (G = 27205,88 кг/ч; t = 1730C; ρ = 0,774 кг/м3).

7.1.1 Определение М легкокипящего компонента (фракция 105-1400С) по формуле Войнова

 (7.1.1.1)

По ИТК (Приложение А) находим tcp. Для фракции 105-1400С tср = 1230С.

7.1.2 Определение углеводорода, соответствующего М = 112,03 г/моль

 

С8Н18 (октан) углеводород, соответствующий фракции 105-1400С.

7.1.3 По формуле (3.1.1.1) определеям М высококипящего компонента (фракция 140-1800С)

По ИТК находим tcp. Для фракции 140-1800С tср = 1600С.

7.1.4 Определение углеводорода, соответствующего М = 133,6г/моль

 

С10Н22 (декан) углеводород, соответствующий фракции 140-1800С.

Таким образом, разделение фракции105– 1800С в колонне К-5 эквивалентно разделению бинарной смеси октан – декан.

7.1.5 Расчет плотностей фракций 105 – 1800С, 105 – 1400С и 140 – 1800С.

Из формулы Крэга

 

следует

 (7.1.5.1.1)

7.1.5.1 Расчет плотности фракции 105 – 1800С

()

7.1.5.2 Расчет плотности фракции 105-1400С

7.1.5.1 Расчет плотности фракции 140 – 1800С

7.1.6 Построение кривой равновесия бинарной смеси октан - декан

Используя график Кокса определим давления насыщенных паров октана - декана. По этим данным построим кривую равновесия смеси (Приложение Б)

Таблица 17

Равновесный состав бинарной смеси октан - декан

Температура, 0С
130	760	195	1	1
138	980	260	0,69	0,89
149	1250	480	0,36	0,59
165	1850	610	0,12	0,29
170	2000	760	0	0

нефть перегонка атмосферный бензин

Таблица 18

Определение состава смеси, состава дистиллята и кубового остатка

Приход	%	кг/час	т/год	Расход	%	кг/час	т/год
1051800С	100	49632,35	405000	Фр. 105-1400С	45,19	22426,47	183000
				Фр. 140-1800С	54,81	27205,88	222000

Исходя из материального баланса следует: состав исходной смеси xF=45,5%

Четкость ректификации – 97% Þ состав дистиллята xP=97%; состав кубового остатка xW=3%

7.1.8 Пересчет массовых концентраций в мольные

7.1.8.1 Пересчет массовой концентрации исходной смеси в мольную

 (7.1.8.1.1)

7.1.8.2 Пересчет массовой концентрации дистиллята в мольную

(7.1.8.1.2)

7.1.8.3 Пересчет массовой концентрации кубового остатка в мольную

 (7.1.8.1.3)

7.1.9 Расчет расходов дистиллята и кубового остатка:

7.1.9.1 Расчет расхода дистиллята, кг/ч

 (7.1.9.1.1)

7.1.9.2 Расчет расхода кубового остатка, кг/ч

 (7.1.9.2.1)

7.1.10 Расчет флегмового числа

7.1.10.1 Расчет минимального флегмового числа

, (7.1.10.1.1)

где - мольная концентрация пара, находящегося в равновесии с исходной смесью.

По диаграмме y - x находим (при ХF = 0,5)  = 0,73 мол.дол.

7.1.10.2 Расчет рабочего флегмового числа

Обычно принимают оптимальное значение рабочего флегмового числа:

 (7.1.10.2.1)

Примем .

7.1.11 Построение рабочих линий укрепляющей и исчерпывающих частей колонны К-5

7.1.11.1 Определение отрезка b на оси ординат

 (7.1.11.1.1)

.

7.1.11.2 Расчет уравнения рабочей линии для укрепляющей части колонны

 (7.1.11.2.1)

7.1.11.3 Уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны

 (7.1.11.3.1)

где f – отношение количества исходной смеси к количеству дистиллята.

7.1.11.4 Расчет расхода исходной смеси, (кмоль/час)

 (7.1.11.4.1)

7.1.11.5 Расчет расхода дистиллята (кмоль/ч)

 (7.1.11.5.1)

Вписыванием тарелок между рабочей и равновесной линиями нахожу число тарелок – 10. Учитывая небольшую эффективность тарелок по Мэрфри (и практические данные) примем 34 тарелок. Из них: в укрепляющей части – 14 тарелок, в исчерпывающей – 20 тарелок.

7.2 Определение диаметра колонны

Диаметр колонны определяется в зависимости от максимального расхода паров и их допустимой скорости в свободном сечении колонны.

 (7.2.1)

Выбираем сечение в верхней части колонны

7.2.1 Расчет объёма паров проходящих за час через сечение колонны

Давление в колонне: Р = 0,13 МПа:

, (7.2.1.1)

где Т – температура системы, К;

Р – давление в системе, МПа;

Gi – расход компонента, кг/ч;

Мi – молекулярная масса компонентов;

Z – коэффициент сжимаемости.

7.2.1.1 Определяем приведенные температуру и давление для фр. 105-1400С (С8Н18 октан, t = 1320C = 405К; ρ = 0,738 кг/м3).

 (7.2.1.1.1)

 (7.2.1.1.2)

По известным величинам средней температуры кипения и плотности находим значения Ткр и Ркр

Тогда по формулам (7.2.1.1.1) и (7.2.1.1.2) получаем

7.2.1.2 Коэффициент сжимаемости определяем по графику в зависимости от приведенных температур и давлений

Z = 1,0

Находим объём паров проходящих за час через сечение колонны по формуле (7.2.1.1)

7.2.2 Расчет допустимой скорости паров, м/с

 (7.2.2.1)

где К – коэффициент зависящий от расстояния между тарелками в колонне и условий ректификации (при расстоянии 0,6м К = 740).

ρж – плотность жидкости (738 кг/м3);

ρп – плотность паров.

 (7.2.2.2)

Рассчитываем по формуле (7.2.2.1) допустимую скорость паров

Отсюда по формуле (7.2.1) находим

Принимаем ближайший стандартный диаметр колонны по ГОСТ 16453-70 DСТ = 2,6 м.

7.2.3 Выбор тарелки:

По каталогу для колонны диаметром 2600мм выбираем ситчатую однопоточную тарелку ТС-Р со следующими конструктивными размерами:

- свободное сечение колонны, м2 5,3

- рабочее сечение тарелки, м2 4,787

- диаметр отверстия, мм 8

- шаг между отверстиями, мм

- относительное свободное сечение тарелки,% 16,7

- сечение перелива, м2 0,258

- высота переливной перегородки, мм 30

- относительная площадь перелива,% 4,88

- масса, кг 200

Сетчатые тарелки представляют собой перфорированные полотна с отверстиями диаметром 2-8мм, снабженные переточными устройствами. Эти тарелки более просты по устройству, но обладают более узким диапазоном устойчивой работы. При малых нагрузках по пару жидкость протекает через отверстия, а при больших – уносится потоком газа на вышележащие тарелки. Кроме того, нормальная работа ситчатых тарелок возможна только при условии сохранения чистоты отверстий. Поэтому применение таких тарелок допустимо лишь при разделении жидких смесей, не содержащих взвешенных твердых частиц и не образующих осадки в ходе процесса.

7.3  Определение высоты колонны

Примем расстояние между тарелками 0,6м.

 (7.1.1)

7.3.1 Определение расстояния от верхнего днища до первой ректификационной тарелки h1, м

7.3.2 Определение высот укрепляющей и исчерпывающей частей колонны h2 и h4, м

где а – расстояние между тарелками (0,6 м)

7.3.3 Определение расстояния между укрепляющей и исчерпывающей частями колонны h3

h3 берут из расчета расстояния между тремя тарелками

7.3.4 Определение расстояния между нижней тарелкой и жидкостью h5

h5 принимают равной 2 м.

7.3.5 Определение высоты жидкости h6, м

Высоту h6 определяют, исходя из запаса остатка на 600 с. Объём фр. 140 – 1800С внизу колонны составляет:

Площадь поперечного сечения колонны, м2:

7.3.6 Высоту опоры h7 принимают, исходя из практических данных, равной 4 м.

Общая высота колонны К-5 по формуле (3.1.1) составляет:

8. Гидравлический расчет

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны DРК определяют по формуле:

, (8.1)

где DРВ и DРН – гидравлическое сопротивление одной тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых:

, (8.2)

где DРС – сопротивление сухой тарелки;

DРГ-Ж – сопротивление газо – жидкостного слоя на тарелках;

DРs - сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения;

8.1 Расчет сопротивления сухой тарелки:

, (8.1.1)

где x - коэффициент сопротивления (для ситчатой тарелки x = 1,1-2,0)

w - скорость пара в рабочем сечении тарелки;

FC - cвободное сечение тарелки (16,7%);

ρy – средняя плотность паров;

8.1.1 Расчет средней плотности паров, кг/м3

 (8.1.1.1)

8.1.1.1 Расчет плотности паров в верхней части колонны

8.1.1.2 Расчет плотности паров в нижней части колонны

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9