Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов

Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет

следующие характеристики:

Диаметр тарелки: D = 3600 мм;

Периметр слива: lw = 2,88 м;

Высота сливного порога: [pic]; [pic];

Свободное сечение тарелки: [pic]

Сечение перелива: [pic]

Относительная площадь для прохода паров: [pic];

Межтарельчатое расстояние: [pic]; [pic];

Количество колпачков: [pic]; [pic];

Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

Высота парожидкостного слоя:[pic]

Фактор аэрации:[pic]

Гидравлическое сопротивление тарелки:[pic]

Межтарельчатый унос:[pic]

Скорость жидкости в переливе: [pic]

Скорость пара в колонне:[pic]

Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.

1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

[pic]

[pic][pic]

[pic]

2. Определяем общее числа единиц переноса:

[pic]

Для верха колонны:

[pic]

3. Локальная эффективность контакта:

[pic]

Для верха колонны:

[pic]

4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

[pic]

Для верха колонны:

[pic]

5. Действительное число тарелок:

[pic]

Для верха колонны:

[pic]

6. Рабочая высота секции для низа:

[pic]

Для верха:

[pic]

Общая рабочая высота:

[pic]

7. Общая высота секции:

[pic]

Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й

секции.

Расчёт второй секции колонны производим только для верхней части.

Заменяем перегоняемую смесь углеводородов во 2-й секции на бинарную

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

(С16Н34 ), а в качестве выкокипящего (ВК) - : н-гексакозан (С26Н54 ).

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 2-й секции (табл.

3).

[pic]

Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре

равной 295 оС.

[pic]

Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле

методом последовательного приближения:

[pic]

Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235 оС

Температура на входе равна: tF=308 оС

Определяем относительную летучесть [pic] по формуле:

[pic]

При температуре tD=235 оС [pic]

При температуре tW=308 оС [pic]

Средняя относительная летучесть:[pic]

Строим кривую равновесия по формуле:

[pic]

Рис.1 Кривая равновесия

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,501 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=3

Расчёт физико-химических свойств смеси.

Расчёт средней концентрации жидкости:

[pic]

Расчёт средней концентрации пара:

[pic]

Расчёт средней температуры:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из

дистиллата.

[pic]

Средняя молекулярная масса пара:

[pic]

Средняя молекулярная масса жидкости:

[pic]

Средняя плотность пара:

[pic]

Средняя массовая доля:

[pic]

Средняя плотность жидкости:

Плотность НК компонента при температур t =256 оС равна [pic]

Плотность ВК компонента при температур t =256 оС равна [pic]

[pic]

Средняя вязкость жидкости:

Вязкость НК компонента при температур t =256 оС равна [pic]

Вязкость ВК компонента при температур t =256 оС равна [pic]

[pic][pic]

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

[pic]

[pic][pic]

[pic]

Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-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]

1. Расчёт оценочной скорости:

[pic]

2. Определяем диаметр:

[pic]

3. Принимаем колонну диаметра DК=1,0 м

Действительную скорость пара в нижней части находим:

[pic]

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

перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:

[pic]

5. Фактор нагрузки:

[pic]

Коэффициент поверхностного натяжения:

[pic]

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

[1] определяем комплекс В1:

[pic]

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

[pic]

6. 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.

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

[pic]

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

7. Удельная нагрузка на перегородку:

[pic]

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Фактор паровой нагрузки:

[pic]

Подпор жидкости над сливным порогом:

[pic]

9. 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=0,01 м

(табл. 6.8. [1]).

Высота парожидкостного слоя на тарелках:

[pic]

10. Высота сливного порога:

[pic]

11. Градиент уровня жидкости на тарелке:

[pic]

12. Динамическая глубина барботажа:

[pic]

13. 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. [1]).

Коэффициент запаса сечения тарелок:

[pic]

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

[pic]

Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0023 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.

14. Фактор аэрации:

[pic]

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

6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

[pic]

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

Высота сепарационного пространства между тарелками:

[pic]

18. Межтарельчатый унос жидкости:

[pic]

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

19. Площадь поперечного сечения колонны:

[pic]

Скорость жидкости в переливных устройствах:

[pic]

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

[pic]

Действительная скорость жидкости меньше допустимых. Таким образом для

2-й секции принимаем данную тарелку.

Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет

следующие характеристики:

Диаметр тарелки: D = 1000 мм;

Периметр слива: lw = 0,683м;

Высота сливного порога: [pic];

Свободное сечение тарелки: [pic]

Сечение перелива: [pic]

Относительная площадь для прохода паров: [pic];

Межтарельчатое расстояние: [pic];

Количество колпачков: [pic];

Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

Высота парожидкостного слоя:[pic]

Фактор аэрации:[pic]

Гидравлическое сопротивление тарелки:[pic]

Межтарельчатый унос:[pic]

Скорость жидкости в переливном устройстве: [pic]

Скорость пара в колонне:[pic]

Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции.

1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

[pic]

2. Определяем общее числа единиц переноса:

[pic]

3. Локальная эффективность контакта:

[pic]

4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

[pic]

5. Действительное число тарелок:

[pic]

6. Рабочая высота секции для низа:

[pic]

7. Общая высота секции:

[pic]

Тепловой баланс колонны.

Для расчёта энтальпий углеводородов воспользуемся формулами:

Для жидких углеводородов:

[pic]

Для газообразных углеводородов:

[pic]

Расчёт 1-й секции:

Приход:

1. Паровая фаза:

а) фр. НК-350 оС

[pic]

б) фр. 350-500 оС

[pic]

в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)

[pic]

2. Жидкая фаза:

а) фр. 500-КК оС

[pic]

Расход:

1. Паровая фаза:

а) фр. НК-350 оС

[pic]

б) фр. 350-500 оС

[pic]

в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)

[pic]

2. Жидкая фаза:

а) фр. 500-КК оС

[pic]

Результаты расчёта заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

Тепловой баланс 1-й секции колонны

|Приход |Расход |

Наименование |t, oC |кг/ч |кДж/кг |кДж/ч |Наименование |t, oC |кг/ч |кДж/кг

|2280 |1414,16 |3224291,24 |нк - 350 |100 |2280 |749,797 |1709537 | |фр.

350 - 500 |385 |26068 |1384,91 |36101783,6 |Вод. пар |100 |5000 |2689,9

|13449500 | |Вод. пар |385 |5000 |3251,5 |16257500 |Жидкая фаза | | | | |

| | | | | |фр. 350 - 500 |385 |26068 |941,64 |24546565 | |Итого: | |33348

| |55583574,8 |Итого: | |33348 | |39705601,7 | |

Избыток тепла в 1-й секции составляет:

[pic]

Избытки тепла в секциях снимаются за счёт циркуляционных орошений.

В качестве НЦО примем флегму 1-й секции.

Температуру, до которой необходимо охладить флегму, найдём из

энтальпии возвращаемой флегмы:

[pic][pic]

Решая уравнение получаем значение температуры

[pic]

t = 255 оС

Избыток тепла во второй секции снимаем за счёт подачи охлаждённой

флегмы до 40 оС, а так же за счёт ВЦО:

Расход ВЦО найдём по уравнению:

[pic]

Расчёт штуцеров колонны

Расчёт диаметров штуцеров производим на основе скорости движения

потоков по формуле:

[pic]

1. Внутренний диаметр штуцера для входа исходного сырья: