Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов

Министерство образования Российской Федерации

Ангарская Государственная Техническая академия

Кафедра Химической технологии топлива

Пояснительная записка к курсовому проекту.

Тема проекта: “Блок ВП(м), установка ГК-3”

Выполнил: ст-нт гр.ТТ-99-1

Семёнов И. А.

Проверил: проф.., к.т.н.

Щелкунов Б.И.

Ангарск 2003

Содержание:

Введение 3

1. Материальный баланс 4

2. Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок

для 1-й секции 5

3. Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях 9

4. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции 11

5. Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции 21

6. Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок

для 2-й секции 23

7. Расчёт физико-химических свойств смеси. 26

8. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции 27

9. Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32

10. Тепловой баланс колонны 33

11. Расчёт штуцеров колонны 35

12. Расчёт теплоизоляции 37

Список литературы 38

Введение

Ректификация является одним из важнейших технологических процессов

разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической,

нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях

промышленности. Это массообменный процесс, который осуществляется в

большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными

элементами. Ректификация – это наиболее полное разделение смесей жидкостей,

целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в

многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при

частичной конденсации паров. Процесс основан на том, что жидкости,

составляющие смесь, обладают различным давлением пара при одной и той же

температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и состав жидкости,

получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава

начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет содержаться больше,

чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости

концентрация труднолетучего компонента при этом должна увеличиться.

Технологический расчёт колонны

В колонну поступает 76000 кг/ч сырья (мазута).Продуктами перегонки

являются:

1. Фракция НК-350 оС (пары и газы разложения).

2. Фракция 350-500 оС (вакуумный погон).

3. Фракция 500-КК оС (гудрон).

Давление в колонне равно [pic]

Материальный баланс колонны

Материальный баланс колонны составляем на основе данных о выходах

(табл. 1) продуктов из сырья.

Таблица 1.

|Наименование продукта |Выход, % масс. |

|Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC) |34,3 |

|Гудрон (фр. свыше 500 oC) |62,7 |

|Газы разложения |3 |

|Итого: |100 |

Расчёт:

1. Расход вакуумного погона:

[pic]

2. Расход гудрона:

[pic]

3. Расход паров и газов разложения:

[pic]

Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

Материальный баланс по колонне

|Приход |Расход |

| |кг/ч | |кг/ч |

|Мазут |76000 |Пары разложения |2280 |

| | |Вакуумный погон |26068 |

| | |Гудрон |47652 |

|Итого: |76000 |Итого: |76000 |

Считаем материальный баланс по каждой секции:

Таблица 3.

Материальный баланс 1-й секции

|Приход |Расход |

|Наименование |% |кг/ч |Наименование |% |кг/ч |

|(пар.фаза) | | |Пары разложения |37,30 |2280 |

|Пары разложения |37,30 |2280 |Вакуумный погон | |26068 |

|Гудрон |62,70 |47652 |Гудрон |62,70 |47652 |

|Итого: |100 |76000 |Итого: |100 |76000 |

Таблица 4.

Материальный баланс 2-й секции

|Приход |Расход |

|Наименование |% |кг/ч |Наименование |% |кг/ч |

|Пары разложения |8,04 |2280 |Пары разложения |8,04 |2280 |

|Вакуумный погон |91,96 |26068 |(жидкая фаза) | | |

| | | |Вакуумный погон |91,96 |26068 |

|Итого: |100 |28348 |Итого: |100 |28348 |

Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й

секции.

Для выполнения расчёта заменяем имеющиеся фракции углеводородов на

простые алканы нормального строения:

1. Фракция НК-350 оС. Так как данная фракция состоит преимущественно

из паров диз. топлива, то за НК примем температуру равную 240 оC. Средняя

температура равна: (350+240)/2=295 оС.

Принимаем: н-гексадекан (С16Н34 ), tкип=287 оС, М=226 кг/кмоль.

2. Фракция 350-500 оС. tср=(350+500)/2 = 425 оС.

Принимаем: н-гексакозан (С26Н54 ), tкип=417 оС, М=366 кг/кмоль.

3. Фракция 500-КК оС

Принимаем: н-пентатриаконтан (С35Н72), tкип=511 оС, М=492 кг/кмоль.

Заменяем перегоняемую смесь углеводородов в 1-й секции на бинарную

смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексакозан

(С26Н54 ), а в качестве выкокипящего (ВК) - н-пентатриаконтан (С35Н72).

Производим расчёт мольных концентрация на входе и на выходах из

секции.

Мольную концентрацию на входе определяем на основе массовой

концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 1-й секции (табл.

3).

[pic]

Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения

фракции и рассчитывается по формуле:

[pic]

где Pатм- атмосферное давление, PНК и PВК –давление насыщенных паров

индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по

уравнению Антуана:

[pic], [Па.]

где A, В, С – параметры Антуана для каждого компонента. t- температура, оС.

Параметры уравнения для каждого компонента приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Параметры уравнения Антуана

|Наименование |Коэф-нты |

| |А |В |С |

|н-гексадекан |7,03044 |1831,317 |154,528 |

|н-гексакозан |7,62867 |2434,747 |96,1 |

|н-пентатриаконтан |5,778045 |1598,23 |40,5 |

Расчёт состава куба: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 500

оС.

[pic]

Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной

425 оС.

[pic]

Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле

методом последовательного приближения:

[pic]

Температура на выходе из дистиллата равна: tD=363 оС

Температура на выходе из куба равна: tW=408 оС

Температура на входе равна: tF=376 оС

Определяем относительную летучесть [pic] по формуле:

[pic]

При температуре tD=363 оС [pic]

При температуре tW=408 оС [pic]

Средняя относительная летучесть:[pic]

Строим кривую равновесия по формуле:

[pic]

Рис.1 Кривая равновесия

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738 мол.дол.

Рассчитываем минимальное флегмовое число:

[pic]

Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия

оптимальности :[pic], где [pic]. Зависимость критерия оптимальности от

коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.

[pic]

Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы

По графику определяем что [pic]. Отсюда находимо рабочее флегмовое

число: [pic]

Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем

теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

[pic]

Рис.3 Теоретические ступени

Число теоретических тарелок NТТ=6

Число теоретических тарелок в нижней части NН=4

Число теоретических тарелок в верхней части NВ=2

Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях.

Расчёт средних концентраций жидкости:

[pic]

Расчёт средних концентраций пара:

[pic]

Средние температуры верха и низа:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из

дистиллата и куба.

[pic]

Средние молекулярные массы пара:

[pic]

Средние молекулярные массы жидкости:

[pic]

Средние плотности пара:

[pic]

Средние массовые доли:

[pic]

Средние плотности жидкости:

Плотность НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]

Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]

[pic]

Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]

Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]

[pic]

Средние вязкости жидкости:

Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]

Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]

[pic][pic]

Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]

Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]

[pic][pic]

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

[pic]

[pic][pic]

[pic]

Для верха колонны:

[pic]

[pic][pic]

[pic]

Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции.

Определяем количество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем

допущение, что расход пара во всей колонне является величиной постоянной и

находится:

[pic]

Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

[pic]

Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:

К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки

К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки

1. Диапазон колебания нагрузки.

[pic]

Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.

2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:

[pic]

Для верхней части:

[pic]

3. Диаметр нижней части:

[pic]

Верхней части:

[pic]

4. Так как диаметры оказались одинаковыми принимаем колонну одного

диаметра DК=2,4 м

Действительную скорость пара в нижней части находим:

[pic]

В верхней части:

[pic]

5. По таблице 6 [1] периметр слива [pic]и относительное сечение

перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:

[pic]

6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:

[pic]

Для верхней части:

[pic]

Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:

[pic]

Для верхней части:

[pic]

Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic], по табл. 6.7

[1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:

[pic]

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:

[pic]

Для верхней части:

[pic]

7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней

частей колонны:

[pic]

Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое

расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку

большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся. Расчёт для нижней и

верхней частей колонны ведём раздельно.

Расчёт нижней части секции:

[pic]

Принимаем следующее диаметр:

[pic]

Принимаем следующее диаметр:

[pic]

Принимаем следующее диаметр:

[pic]

Принимаем следующее диаметр:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

[pic]

Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

[pic]

Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

[pic]

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

[pic]

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

9. Фактор паровой нагрузки:

[pic]

Подпор жидкости над сливным порогом:

[pic]

10. Глубина барботажа hб=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези

колпачка h3=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,018 м

(табл. 6.8. [1]).

Высота парожидкостного слоя на тарелках:

[pic]

11. Высота сливного порога:

[pic]

12. Градиент уровня жидкости на тарелке:

[pic]

13. Динамическая глубина барботажа:

[pic]

14. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):

[pic]

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

[pic]

Относительное свободное сечение тарелок [pic](табл. 6.6.).

Коэффициент запаса сечения тарелок:

[pic]

Так как К1 1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.

[pic]

Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и

определяем скорость пара в прорезях:

[pic]

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

[pic]

Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

[pic]

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и

тарелка работает эффективно.

12. Фактор аэрации:

[pic]

13. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки [pic] (табл.

6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

[pic]

14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

[pic]

15. Межтарельчатый унос жидкости:

[pic]

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

16. Площадь поперечного сечения колонны:

[pic]

Скорость жидкости в переливных устройствах:

[pic]

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

[pic]

Действительные скорости жидкости меньше допустимых.

Таким образом для верха и низа секции принимаем одинаковую тарелку.

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов

Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов

ИНТЕРЕСНОЕ