Проект установки газофракционирования производительностью 450 тысяч тонн в год

Выбор технологической схемы переработки нефти. Описание процесса газофракционирования. Система управления химико-технологическими процессами и строительные решения. Анализ опасных и вредных производственных факторов. Расчёт себестоимости продукции.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 31.07.2013
Размер файла 952,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Таким образом, для проектируемой установки газофракционирования выбираем экстрактор с ситчатыми тарелками, деэтанизатор с клапанными тарелками, который работает в режиме абсорбции (неполной конденсации верхнего продукта); дебутанизатор, пропановая колонна, изобутановая колонна- с клапанными тарелками.

Для выбранного основного оборудования подберем теплообменные аппараты. Наиболее характерным признаком для классификации теплообменных аппаратов является их назначение: нагрев, охлаждение, конденсация, испарение жидкостей, газов или их смесей.

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности распространение получили поверхностные рекуперативные теплообменные аппараты, позволяющие осуществлять теплообмен без смешения потоков теплоносителей. Из аппаратов этой группы в нефтепереработке наиболее широко применяются кожухотрубчатые теплообменные аппараты, аппараты воздушного охлаждения и теплообменники труба в трубе.

Выбираем кожухотрубчатые теплообменные аппараты.

Перекачка жидких продуктов является одной из основных операций, осуществляемых в технологических процессах нефтеперерабатывающей промышленности. Перекачка производится при помощи насосов, подразделяемых по принципу действия на лопастные, у которых перемещение жидкости производится непрерывным потоком за счет энергии лопасти вращающегося колеса, и объемные, у которых подача жидкости осуществляется за счет перемещения ее отдельных объемов в нагнетательный трубопровод.

Основные типы лопастных насосов центробежные, осевые, диагональные; объемных поршневые, плунжерные, винтовые, шестеренные, пластинчатые и др. Из числа лопастных насосов на нефтеперерабатывающих заводах наибольшее применение имеют центробежные, из числа объемных- поршневые(плунжерные), шестеренные, вихревые.

Центробежные насосы имеют следующие преимущества: непрерывность потока, небольшая занимаемая площадь , относительная простота конструкции и составляют основную часть насосного хозяйства нефтеперерабатывающего завода. По роду перекачиваемой жидкости центробежные насосы НПЗ подразделяются на:

-нефтяные- для перекачки нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов;

-химические- для перекачки химически активных жидкостей;

-насосы общего назначения- для перекачки воды и других жидкостей (применяются в общезаводском хозяйстве). Выбираем центробежные консольные насосы [7,8].

2.7 Расчет основного оборудования

2.7.1 Расчет изобутановой колонны газофракционирующей установки

Изобутановая колонна газофракционирующей установки.

Исходные данные.

Рассчитать изобутановую колонну газофракционирующей установки при следующих исходных данных: производительность колонны по сырью Gc=31000 кг/ч; сырье подается в аппарат в виде кипящей жидкости; температура охлаждающей воды tв=25С.

Таблица 2.12- Состав питания колонны (мольн.доли):

C3H8

изо-C4H10

норм-C4H10

C5H12+

0,005

0,323

0,670

0,002

В дистилляте должно содержаться не менее 99,0%(мольн.) изо-бутана; в остатке его содержание не должно превышать 1%(мольн.).

Обозначения основных материальных потоков изо-бутановой колонны приведено на рис 2.

Подлежащая расчету колонна входит в современную систему фракционирования на газобензиновых заводах.

Расчет количества и составов дистиллята и остатка

Расчет (до определения тепловых нагрузок конденсатора - холодильника и кипятильника колонны) ведется на 100 кмоль исходного сырья. Принимаем содержание в дистилляте самого тяжелого компонента С5Н12 и содержание в остатке самого легкого компонента С3Н8 равным нулю.

Таблица 2.13- Материальный баланс изо-бутановой колонны

Компонент

Мi

Данные по сырью

Fґґ,кмоль

, мольные доли

Мi

Fґґ1, кмоль/ч

С3Н8

44

0,50

0,005

0,22

3,50

изо-С4Н10

58

32,30

0,323

18,73

172,54

норм-С4Н10

58

67,00

0,670

38,86

358,04

С5Н12+

72

0,20

0,002

0,14

0,86

?

--

100,00

1,000

Мf= =57,95

534,94

Компонент

Данные по дистилляту

D',кмоль

уґDi, мольные доли

Мi y'

D,кмоль/ч

С3Н8

0,038

0,0012

0,052

3,52

изо-С4Н10

31,623

0,99

57,420

170,91

норм-С4Н10

0,259

0,0083

0,461

3,59

С5Н12+

0

0

0

0

?

31,940

0,995?1

МD=57,93

178,02

Компонент

Данные по остатку

R', кмоль

x'Ri, мольн.доли

Мi x'Ri

R,кмоль/ч

С3Н8

0

0

0

0

изо-С4Н10

0,323

0,01

0,278

1,720

норм-С4Н10

66,330

0,99

57,710

354,500

С5Н12+

0,002

0,0048

0,007

0,009

?

66,655

?1,0048

МR=57,99

356,229

В сырье, дистилляте и остатке заданы содержание изо-бутана, поэтому из уравнения материального баланса колонны по этому компоненту рассчитывается (кмоль) количество дистиллята:

, (2.1)

где xґf2 - мольная доля изо-бутана в сырье (таблица 2.13);

x'R2 - мольная доля изо-бутана в остатке (таблица 2.13);

уґD2 - мольная доля изо-бутана в дистилляте (таблица 2.13);

Fґ- количество сырья, кмоль.

Определяем количество остатка из уравнения материального баланса колонны:

(2.2)

Материальные балансы колонны в расчете на 100 кмоль сырья и на ее часовую производительность, соответствующие заданным условиям разделения и приведенному выше расчету, даны в таблице 2.13. Знание мольной массы сырья, рассчитанной в таблице 2.13 , позволяет найти часовую производительность колонны по сырью:

(2.3)

кмоль /ч

Давление в колонне и ее температурный режим

Давление ро в емкости орошения определяется по уравнению изотермы жидкой фазы дистиллята:

, (2.4)

где Кi - константа фазового равновесия компонента при температуре to и давлении ро в емкости орошения;

x'Di= y' Di-мольная доля компонента в дистилляте (таблица 2.13).

Таблица 2.14 -Расчет давления в емкости орошения изо-бутановой колонны

Компонент

Кi при to=35 C ро=0,38МПа

x'Di = y' Di

Кi x'

С3Н8

2,80

0,0012

0,00336

изо-С4Н10

0,97

0,9900

0,9603

норм-С4Н10

2,6

0,0083

0,02158

С5Н12+

0,35

0

0

?

_

0,9995?1,0000

0,9852?1,00

Принимаем температура to на 10C выше заданной температуры tВ охлаждающей воды(tВ=25C):

to= tВ+10 (2.5)

to= 25+10 = 35 C

Давление определяется методом подбора. Константы фазового равновесия компонентов находятся по номограмме[14] . Расчет дан в таблице 2.14. Давление в емкости орошения ро=0,38 МПа.

С учетом сопротивлений на участке между колонной и емкостью орошения принимаемое давление наверху колонны на 0,04 МПа превышает давление ро:

р D= ро + 0,04 = 0,38 + 0,04 = 0,42 МПа

С учетом сопротивлений на участке между колонной и емкостью орошения принимаемое давление наверху колонны на 0,1 МПа превышает давление ро:

рR= р D + 0,1 = 0,42 + 0,1 = 0,52 МПа

Давление в секции питания принимается равным среднему значению давлений наверху и внизу колонны:

р f =0,5 (р D+рR) = 0,5 (0,42 + 0,52) = 0,47 МПа

Расчет температуры верха колонны методом последовательного приближения по уравнению изотермы паровой фазы дистиллята:

, (2.6)

Расчет приведен в таблице 2.15.

Таблица 2.15 - Расчет температуры верха изо-бутановой колонны

Компонент

Данные для верха колонны

Кi при t D =64C р D=0,42 МПа

y'Di

y' Di /Ki

С3Н8

2,60

0,0012

0,0005

изо-С4Н10

1,00

0,9900

0,9900

норм-С4Н10

2,20

0,0083

0,0038

С5Н12+

0,0

0,0000

0,0000

?

_

0,9995??1,0000

0,9943 ?1,00

Расчет температуры сырья, при его подаче в колонну, определяем по уравнению изотермы жидкой фазы тем же методом:

, (2.7)

Расчет приведен в таблице 2.16.

Таблица 2.16- Расчет температуры сырья изо-бутановой колонны

Компонент

Данные для секции питания

Ki при tf=75C. рf=0,47 МПа

x'fi (см.табл.2.13)

y'fi= Ki x'fi

С3Н8

3,0

0,005

0,015

изо-С4Н10

1,13

0,323

0,364

норм-С4Н10

0,92

0,670

0,616

С5Н12+

0,46

0,002

0,001

?

_

1,000

0,996? ?1,000

Расчет температуры внизу колонны tR, определяем по уравнению изотермы жидкой фазы для остатка тем же методом:

, (2.8)

Расчет приведен в таблице 2.17.

Таблица 2.17 - Расчет температуры низа изо-бутановой колонны

Компонент

Данные для низа колонны

Кi при tR=80C,

рR =0,52 МПа

x'Ri

y' Ri =Ki x'Ri

С3Н8

0,000

0,0000

0,0000

изо-С4Н10

1,25

0,0048

0,00600

норм-С4Н10

0,99

0,9950

0,98500

С5Н12+

0,65

0,0001

0,00007

?

_

0,9999?1,000

0,99107 ?1,000

Минимальное флегмовое число

Этот показатель работы колонны находится по уравнению Андервуда:

, (2.9)

где б i - коэффициент относительной летучести компонента, определяемый при температуре tf =75C(мало отличающейся от средней температуры в колонне) и давлении рf =0,47 МПа согласно данным XIV [15]; - параметр, определяемый из другого уравнения Андервуда:

, (2.10)

где e'- мольная доля отгона сырья при его подаче в колонну в виде кипящей жидкости(e' = 0).

За эталонный компонент принимается С5Н12+. Расчет параметров и, проводим по методу последовательного приближения.

Таблица 2.18- Расчет параметра и для изо-бутановой колонны.

Компонент

Ki

x' fi

бi x' fi

бi -и

и=2,29

С3Н8

3,0

6,52

0,005

0,0326

4,23

0,0077

изо-С4Н10

1,13

2,46

0,323

0,7946

0,17

4,6741

норм-С4Н10

0,92

2,32

0,670

1,3400

-0,29

-4,6657

С5Н12+

0,46

1,00

0,002

0,0020

-1,29

-0,0015

?

_

_

1,000

_

_

+0,0146?0

Параметр и=2,29 соответствует месту, располагающемуся между значениями распределяющихся компонентов и по данным XIV [15].

Подстановка найденного значения параметра и = 2,29 в уравнение (2.9) дает:

12,3

Минимальное паровое число находится по уравнению Андервуда:

, (2.11)

Этот же показатель может быть найден по формуле:

, (2.12)

.

Рабочее флегмовое и паровое число

Коэффициент избытка флегмы находится по уравнению:

, (2.13)

Тогда рабочее флегмовое число будет равно:

rопт = у опт rмин (2.14)

rопт = 12,3 · 1,38 = 16,97

Эта величина близка к кратности орошения аналогичных колонн промышленных установок cогласно [10].

Рабочее паровое число отгонной части находится по формуле:

(2.15)

Количество материальных потоков, проходящих секцию питания

При расчете секции питания необходимо показать какое количество проходящих через неё потоков удовлетворяют уравнению материального баланса для укрепляющей и отгонной части аппарата. Схема потоков жидкости и пара представлена на рис.2.

Рисунок 2- Схема потоков жидкости и пара в секции питания

Рассчитываем количество флегмы, стекающей с нижней укрепляющей тарелки:

gк' = rопт D' (2.16)

gк'= 16,97 · 31,94 = 542,02 кмоль

Рассчитываем количество флегмы, стекающей на верхнюю отгонную тарелку:

gm'=gк'+gс'= gк' + F' (1-e') (2.17)

gm'= 542,02 + 100 (1-0) = 642,02 кмоль

Рассчитываем количество пара, подымающегося с верхней отгонной тарелки:

Vо'= gm'- R' (2.18)

Vо' = 642,02 - 68,06= 573,96 кмоль

Рассчитываем количество пара, поступающего на нижнюю укрепляющую тарелку:

Vm'=Vo'+Vc'= Vo+F'e' (2.19)

Vm'= 573,96+ 100 · 0 = 573,96 кмоль

Проводим проверку правильности расчетов:

gк'= Vm' - D' (2.20)

gк'= 573,96 - 31,94 = 542,02 кмоль.

Число теоретических тарелок колонны и ее частей

Минимальное число теоретических тарелок колонны находятся по уравнению Фенске-Андервуда:

, (2.21)

где x'R2, x'R3 - мольные доли изо-бутана и н-бутана в остатке (табл 2.13);

x'D2, x'D3 - мольные доли изо-бутана и н-бутана в дистилляте (табл 2.13);

Ki-константы фазового равновесия секции питания изо-бутана и н-бутана (таблица 2.16);

Это определение сделано на основе концентраций распределяющихся компонентов - изобутан и нормальный бутан в дистилляте и остатке и их констант фазового равновесия .

Число теоретических тарелок в колонне определяется эмпирическим методом Брауна - Мартина. Для этого подготавливаются необходимые данные:

для укрепляющей части:

, (2.22)

, (2.23)

для отгонной части:

(2.24)

(2.25)

Тогда на основе полученных данных имеем:

Из корреляционного графика Брауна - Мартина находим:

Откуда N= 1,43 Nмин = 1,43 · 49 = 70

Числo теоретических тарелок в укрепляющей и отгонной частях колонны определяются на основе эмпирической формулы Керкбрайда

, (2.26)

где Nr и Ns - число теоретических тарелок в укрепляющей и отгонной частях колонны;

x'f т.к.=x'f3 - мольная доля тяжелого ключевого компонента (нормальный бутан) в сырье (таблица 2.11);

x'f л.к.= x'f2 - мольная доля легкого ключевого компонента (изобутана) в сырье (таблица 2.11);

x' Rл.к.= x' R2- мольная доля легкого ключевого компонента в остатке (таблица 2.11);

x' R т.к = x' R3 - мольная доля тяжелого ключевого компонента в остатке (таблица 2.11).

Подстановка в формулу необходимых данных дает:

Выражаем Nr из формулы (2.26): Nr= 1,059 · NS

Так как из проведенного выше расчета N= Nr + Ns = 70, решение двух последних уравнений дает:

Nr = 36

Ns = 34

Тепловая нагрузка конденсатора - холодильника и количество холодного орошения

Если принять флегмовое число постоянным по высоте укрепляющей части колонны, то тепловую нагрузку конденсатора - холодильника можно найти по уравнению:

Qк =g' (HD-hD) + D' (HD- hо), (2.27)

где g' - количество горячего орошения наверху колонны, равное

g =rоптD'=16,97·178,02=3020,9 кмоль/ч;

HD - энтальпия паров дистиллята при температуре tD=64C и давлении рD=0,42 МПа, кДж/кмоль;

hD, h0 -- энтальпии конденсата дистиллята при температурах tD=64 C и tо=35 C,кДж/кмоль.

Числовые значения энтальпий определяются из графика 3.56 справочника [12].

Подстановка необходимых данных в уравнение дает:

Qк = 3020,9 (45300-20100) + 178,02 (45300-19400) =19,32 · 106 кДж/ч =5366 кВт

Определяем количество холодного орошения, подаваемого наверх колонны:

, (2.28)

.

Тепловая нагрузка кипятильника и количество парового орошения внизу отгонной части колонны

Тепловая нагрузка кипятильника определяется из уравнения теплового баланса всей колонны:

F'hf +Qp = Qк + D'hо+R'hR, (2.29)

где F'= 534,94 кмоль/ч - количество сырья;

D'=178,02 кмоль/ч - количество дистиллята (таблица 2.11);

R'=356,229 кмоль/ч - количество остатка (таблица 2.11);

hf -энтальпия сырья (кипящая жидкость) при температуре tf=75C,кДж/кмоль;

hR- энтальпия остатка при температуре tR=80C,кДж/кмоль по рис.XII[15].

Решая уравнение теплового баланса относительно величины Qp и подставляя в него необходимые данные, получим:

Qp= 19,32 · 106 + 178,02 · 19400 + 356,229 · 23700 - 534,94 · 21700 = 19,34 · 106 кДж/ч = 5372 кВт

Количество парового орошения внизу отгонной части определяется по формуле:

(2.30)

где HR - энтальпия паров орошения, поступающих из кипятильника под нижнюю отгонную тарелку, определяется как для бутана, из которого практически состоит этот поток , кДж/кмоль.

Количество парового орошения на 100 киломолей сырья составит:

, что больше количества паров над верхней отгонной тарелкой.

Тепловой баланс колонны приведен в таблице 2.19.

Таблица 2.19- Тепловой баланс изобутановой колонны

Поток тепла

Кол-во теплоносителя, кмоль/ч

Температура, C

Энтальпия, кДж/кмоль

Кол-во тепла, кДж/ч (кВт)

Приход

С сырьем (e'=0)

534,94

75

21700

3,01·106 (836)

из кипятильника

--

--

--

19,34·106 (5372)

?

534,94

--

--

22,35·106 (6208)

Расход

С дистиллятом

178,02

35

19400

1,14·106 (317)

С остатком

356,223

80

23700

1,89·106 (525)

В конденсаторе- холодильнике

--

--

--

19,32·106 (5366)

?

534,94

--

--

22,35·106 (6208)

Диаметр колонны

Диаметр колонны определяется по ее верхнему (над верхней тарелкой) и нижнему (под нижней отгонной тарелкой) сечениям.

Количество паров наверху колонны равно:

VD'=g'о+D', (2.31)

VD'= 687 + 178,02 = 865,02 кмоль/ч

Секундный объем паров составляет:

, (2.32)

Плотность паров при температуре верха колонны равна:

(2.33)

Так как дистиллят содержит 99,0%(мол.) изобутана, то без большой ошибки его конденсат можно принять за изобутан, плотность которого

pж64 =527 кг/м3 [13].

Количество паров внизу колонны составит V'R=790 кмоль/ч.

Секундный объем паров определяем по уравнению:

(2.34)

Плотность паров при температуре низа колонны равна:

(2.35)

Так как пары орошения на 99,5%(мол.) состоят из нормального бутана, их мольная масса принята равной MR=57,99.

Остаток также может быть принят за нормальный бутан, тогда его плотность при температуре tR=78C будет равна pж78=546 кг/м3 [13].

Принимая для проектирования колонны тарелки (клапанные), определим допустимую скорость паров в полном (свободном) сечении колонны по формуле:

(2.36)

Пропускная способность клапанных тарелок на 12-50% выше пропускной способности колпачковых тарелок (с круглыми колпачками).

Примем увеличение пропускной способности клапанных тарелок по отношению к колпачковым равным 40%.

Тогда скорость газов по уравнению Саудерса и Брауна определиться уравнением:

Определяем линейную скорость паров по уравнению:

(2.37)

Тогда внутренний диаметр колонны будет равен:

(2.38)

(2.39)

Определяем диаметр колонны по уравнению 2.38:

Сравним полученный диаметр колонны с результатом полученным по уравнению [с.174, 9].

(2.40)

Результаты практически одинаковы.

Согласно [с.197, 8] выбираем диаметр колонны: DK = 2400 мм. Тогда скорость пара в колонне будет:

(2.41)

0,2<0,2344<0,25

Согласно приложению 5.2 [8] принимаем клапанную тарелку D = 2400 мм, двухпоточную. Свободное сечение тарелки - 4,52 м2. Рабочее сечение тарелки - 2,93 м2. Количество клапанов на тарелке - 520 шт. Диаметр отверстий клапанов - d0 = 40 мм.

Определим геометрические размеры тарелок и переливных устройств в плане. Тарелки двух типов с центральным сливом и двумя боковыми.

Периметр слива тарелки с двумя сливными карманами равен

П = 3,3 м

Периметр одного кармана:

3,3 ч2 = 1,65 м

Определим площадь кармана являющегося сегментом окружности Ш = 2400 и хорда, которого равна 1,65 м. Находим, что площадь сегмента равна 0,37 м2 и высота сегмента 0,33 м. Вид тарелки приведен на графическом листе.

Определим площадь центрального кармана для слива жидкости:

SK = 2SБ + SЦ + Sраб (2.42)

4,52 = 2· 0,37 + SЦ + 2,93 , отсюда SЦ = 0,84 м2

Площадь центрального кармана равна 0,84 м2

Отсюда находим периметр слива и ширину кармана, как круговые сегменты.

Ширина кармана равна 0,36 м, периметр слива с одной стороны 2,37 м.

Свободное сечение тарелки определили как общую площадь клапанов:

Площадь клапанов составляет % от сечения колонны.

Скорость пара в отверстиях тарелки:

(2.43)

Скорость пара в отверстиях тарелки должна быть больше Wmin скорости пара в рабочем сечении тарелки при вступлении в беспровальный режим работы согласно [11]:

(2.44)

W0n>W0min 2,636>1,07645 м/с соответствует условию.

Определение числа тарелок и высоты колонны.

Число тарелок рассчитываем по уравнению:

n = nт/з (2.45)

Для определения среднего КПД тарелок з находим коэффициент летучести разделяемых компонентов б = Рi / Pн и динамический коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне, равной 72 оC.

б = Рi / Pн (2.46)

При этой температуре давление насыщенного пара изобутана

Р = 9348,1мм.рт.ст.

Откуда б = 9348,1 / 7035,2 = 1,328761

Динамический коэффициент вязкости при t = -20?C для нормального бутана равен , изобутана рис.II-22 [14] .

Средний коэффициент вязкости равен

Для определения вязкости веществ при t = 72?C воспользуемся уравнением

, (2.47)

(2.48)

где ma = 4 - количество атомов углерода;

mc = 10 - количество атомов водорода;

Iа и Ic принимаем согласно таблицы 6.3 [15], Iа = 50,2 Ic = 2,7

Тогда К = 4*50,2 + 10*2,7 = 227,8

Следовательно:

По рис.III-43 [14] находим

Длина пути жидкости на тарелке:

l = D-26, (2.49)

l = 2,4/2-0,33-0,18 = 0,69 м

По рис.III-44 [14] находим значение поправки на длину пути ?=0.

Средний к.п.д. тарелок по уравнению:

, (2.50)

Сравним с к.п.д. расчетным по уравнению 5.53 [8]:

(2.51)

по уравнению 5.54 [8]:

(2.52)

К.П.Д. найденное по графику рис.III-43 [14] при

равно

К.П.Д. по графику рис.III-52 [14]

Для дальнейших расчетов принимаем наименьший к.п.д.

Сравнивая полученный результат с данными типовых, стандартных тарелок К.П.Д. которых равен можно сказать, что ректификационная колонна работает в оптимальном режиме.

Число тарелок в верхней части колонны:

в укрепляющей части

в отгонной части

Общее число тарелок в аппарате 116 шт. Принимаем число тарелок с запасом 120шт [8].

Высота тарельчатой части колонны:

HТ = (n-1) hт (2.53)

HТ = (120-1) 0,6 = 71,4м

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

(2.54)

Межтарельчатый унос жидкости найдем по формуле [с.176,9]:

(2.55)

Оптимальный межтарельчатый унос жидкости определим по формуле:

(2.56)

Величина межтарельчатого уноса немного меньше оптимального.

Конструирование ректификационной колонны.

Высота тарельчатой части колонны равна HТ =71,4м.

Расстояние от нижней тарелки до днища принимается с таким учетом, чтобы количество жидкости в кубе колонны обеспечило работу в течении 10 минут приемных насосов для исключения «сброса» в случае прекращения подачи сырья.

Gw=12151,68 кг/ч = 24,8 м3/ч = 4,13 м3/мин

Над жидкостью должно быть пространство до нижней тарелки для лучшего распределения пара по сечению колонны.

Принимаем расстояние от нижней тарелки до шва соединяющего объячейку с элиптическим днищем 3000мм.

Высота полуэллипса с отбортовкой 800мм.

Высота опорной объячейки равна 6000мм, для свободного прохода под обвязкой колонны.

Расстояние от верхней тарелки до свода колонны принимаем 2400мм для лучего распределения пара и орошения под верхней тарелкой.

Опорную объячейку принимаем одинакового сечения с колонной.

Для расчетов штуцеров необходимых для обвязки колонны определимся с линейными скоростями паров и жидкостей в трубах согласно [с.177,9].

Скорость жидкости принимаем 1,2м/с.

Скорость паров принимаем 10м/с.

Диаметр штуцера определим согласно приложению 5.2 [8].

Штуцер ввода питания в колонну-200мм

Штуцер вывода паров с верха колонны-400мм

Штуцер ввода орошения в колонну-175мм

Штуцер вывода кубового остатка-175мм

Штуцер вывода кубового остатка для нагрева в кипятильнике-500мм

Штуцер ввода пара в кипятильник-600мм

Питание колонны обычно подают в 2-3 точках по высоте колонны для лучшего распределения жидкости. Питание подаем на 50,60,70 тарелки. Питание подается непосредственно в карманы.

Орошение в колонну подаем на 120 тарелку разделяя поток на две части разделительным коллектором.

Пар из кипятильника подаем под нижнюю тарелку через маточник.

Внизу колонны установим сетку для предотвращения попадания в трубопроводы посторонних предметов.

Крепление тарелок к корпусу колонны производим с помощью струсбцин крепящихся к опорным столикам.

Крепление секций между собой с помощью пружинных уголков, болтов и гаек.

Выбор металла для изготовления колонны основывается на климатических условиях работы, физико-химических свойств веществ участвующих в процессе, внешних нагрузок, параметров процесса.

Для изготовления корпуса колонны и контактных устройств, трубопровод выбираем легированную сталь марганцовистую 09Г2С 10Г2, согласно табл.6.1 [8].

Чертеж общего вида изобутановой ректификационной колонны диаметром 2400 м приведен на графическом листе 3.

Расчет кубового остатка (испарителя)

Расчет испарителя заключается в подборе типового кожухотрубного теплообменника по необходимой поверхности теплообмена с учетом потерь при теплопередаче.

Нагрев, испарения нормального бутана производим с помощью водяного пара.

Давление водяного пара Р=5,5кг/см2

Температура водяного пара при этом давлении согласно таблицы 13.8 [17] равна t=155 С и удельная теплота парообразования r=2105 Дж/кг

Найдем расход водяного пара:

(2.57)

Средний температурный напор:

800С 820С

1550С 1550С

Средняя температура водяного пара Тср=1550С

Средняя температура нормального бутана

По трубному пространству теплообменника пропускаем н-С4H10 с массовой скоростью W=41,26 г/м3с.

Тогда необходимое сечение труб:

(2.58)

Диаметр труб в теплообменниках лежат в пределах обычно 20-25 мм.

Принимаем трубы 25х25 мм и определяем количество труб в пучке:

(2.59)

К дальнейшим расчетам принимаем одноходовый кожухотрубный теплообменник с линзовым компенсатором в корпусе.

Коэффициент К принимаем исходя из экстремальных данных, в нашем случае теплообменник проходитмежду водяным паром и сжиженным газом. Согласно табл. 4.8 [15] принимаем К=300 кВт/м2К.

Необходимая площадь теплообменника:

(2.60)

Необходимая длина трубного пространства:

(2.61)

По таблице 4.11 [15] выбираем типовой испаритель ИК с трубками 25х2мм по ГОСТ 15119-79.

Диаметром 1400 мм, числом труб в пучке 1549 шт. одноходовый, с длиной труб 4 м.

Расчет воздушного холодильника-конденсатора паров изо-C4H10

В воздушном холодильнике-конденсаторе происходит охлаждение- конденсация до данной температуры паров изо-C4H10 с последующим поступлением в колонну и с установки.

Количество жидкости (пара), проходящего через конденсатор.

G=5983,32х13,8 кг/ч

По трубному пространству движется изо-C4H10 с массовой скоростью 403,26 кг/м2с.

Тогда необходимое сечение труб по формуле 2.58:

Диаметр труб примем 21 мм и определяем количество труб по формуле 2.59:

Средний температурный напор: определяем по уравнению 4.81 [15] для аппаратов с большим числом ходов теплоносителей.

, (2.62)

где

=70 0С =680С

=26 0С =70 0С

Температуру воздуха на выходе из холодильника- конденсатора принимаем:

=70 0С согласно табл. 15.1 [17] при температуре воды=260С .

Твыхода= tвозд. + =26+44= 700С

Рб=0,98

Коэффициент К принимаем согласно табл. 4.8 [15] К=30 кВт/м2К.

Необходимая площадь теплообменника по формуле 2.60:

Принимаем 3 аппарата воздушного охлаждения АВГ по три секции, в каждом число рядов труб по 8 по таблице 4.12 [15].

Коэффициент оребрения 14,6.

По 4 хода в каждой секции, длина труб 8 м.

Электродвигатели выбираем ВАСО 16-34-24, 90 кВт с частотой вращения 422 об/ мин.

3. Система управления химико-технологическими процессами

3.1 Выбор и обоснование параметров автоматического контроля, регулирования, управления и сигнализации

Процесс газофракционирования является непрерывным, пожаро - взрывоопасным. Максимальное внедрение автоматизации производства облегчает ведение непрерывного технологического процесса, снижает вероятность пожаров и взрывов на установке. Для интенсификации процесса необходимо внедрение в технологический процесс современных средств контроля температуры, давления, расхода, уровня, автоматического регулирования и управления.

В блок получения изобутана поступает бутан-изобутановая фракция, которая в результате процесса ректификации делится на фракции: н-бутана и изо-бутана.

Сырьём является кубовый продукт К-403, который под собственным давлением поступает в изобутановую колонну К-404/1,2. Постоянство расхода питания в К-404/1,2 поддерживается регулятором поз. 39-1, расположенном на перетоке из К-403 в К-404/1,2 и корректируется по уровню в колонне К-403. Непостоянство загрузки - расхода сырья орошения, подаваемого в колонны нарушает четкость работы тарелок колонны и, следовательно, качество товарных продуктов.

Постоянство температуры питания К-404/2 поддерживается регулятором температуры поз. 3-3, клапан которого установлен на линии подачи водяного пара в теплообменник Т-409.Температура поступающего из паропровода пара выводится на щит в операторную, так как при уменьшении ниже установленных норм происходит недостаточная отпарка низкокипящих компонентов из продукта рибойлера колонн и уменьшение температуры низа колонн ниже норм технологического режима.

Верхний продукт К-404/1 охлаждается в воздушных конденсаторах - холодильниках ХК-414, ХК-415, ХК-415а, предусмотренных для разгрузки холодильника Х-409 проектом установлен контроль температуры изобутановой фракции после холодильника конденсатора ХК-414, ХК-415, ХК-415а по принципиальной схеме управления скоростью вращения вентилятора холодильников. Затем проходит холодильник Х-409 захолаживается водой второй системы до 60 оС и поступает в рефлюксную емкость Е-411. Конденсат из Е-411 насосом Н-429, Н-430 подается частично на орошение в К-404/1, а балансовый избыток - изобутановая фракция через холодильник Х-404, где охлаждается водой второй системы до 40 оС и выводится с установки. При увеличении выше установленных норм температуры оборотной воды, происходит повышение температуры продуктов, уходящих после охлаждения в холодильниках и увеличение температуры верха колонны К-404/1 выше технологического режима.

Уровень в Е-411 стабилизируется регулятором уровня поз. 47-1, клапан которого установлен на линии откачки избытка изобутановой фракции с установки. Предусмотрена сигнализация при повышении уровня в Е-411 выше 80 % и понижении уровня ниже 20 %. При достижении максимального значения уровня (80%) останавливается насос подачи сырья, а при достижении минимального значения уровня (20%) останавливается насос Н-430. Давление в Е-411 поддерживается регулятором поз. 2-415, клапан которого установлен на линии сброса газа из Е-411 в линию топливного газа. Разгерметизация емкости может создать загазованность на установке и привести к аварийной ситуации.

Горячее орошение из куба К-404/1 насосом Н-427, Н-428 подается наверх К-404/2. Пары из К-404/2 по шлемовой линии поступают вниз К-404/1. Постоянство расхода горячего орошения в К-404/2 поддерживается регулятором поз. 43-1, клапан которого установлены на линии выкида насоса Н-427, Н-428 и корректируется по уровню в К-404/1 поз. 45-1.Такая схема орошения колонны позволяет получать постоянный состав дистиллята, а также обеспечивает непрерывную, безаварийную работу установки.

Предусмотрена сигнализация при отклонении уровня в К-404/1 от допустимых значений (80 % и 20 %). Так как это создает большую нагрузку на колонну и может привести к аварийной ситуации в первом случае и вызывает снижение производительности, перегрев колонны во втором. Датчик устанавливается непосредственно внизу колонны. Для регулирования уровня установлен клапан на линии выхода н-бутановой фракции с блока.

Давление в К-404/1, К-404/2 поддерживается регуляторами поз. 27-1,28-1, 29-1,30-1. Понижение давления в колонне приводит к повышению отпарки продукта в рибойлере колонны и попаданию высококипящих компонентов в продукты, получаемые с верха колонны. Повышение давления в колонне приводит к ухудшению отпарки низкокипящих компонентов из продуктов из продуктов рибойлера колонн.

Нижний продукт К-404/2, н-бутановая фракция насосом Н-425, Н-426, Н-425А подается через воздушный холодильник ХК-408, предусмотренный для разгрузки холодильника Х-405 проектом установлен контроль температуры н-бутановой фракции после холодильника-конденсатора ХК-408 по принципиальной схеме управления скоростью вращения вентилятора холодильника. Затем проходит холодильник Х-405 захолаживается оборотной водой второй системы и поступает в рефлюксную емкость Е-411. При увеличении выше установленных норм температуры оборотной воды, происходит повышение температуры продуктов, уходящих после охлаждения в холодильниках, выше норм технологического регламента.

Расход н-бутановой фракции после насосов измеряется расходомером поз. 39-1 установлен на линии в Х-408.Для поддержания норм технологического режима, что обеспечивает проектную производительность по сырью, качество получаемой продукции, проектные энергетические затраты. Для контроля за качеством н-бутана смонтирован хроматограф.

Уровень в К-404/2 стабилизируется регулятором поз. 4-406, клапан которого установлен на нагнетании насоса Н-425, Н-426, Н-425а. Предусмотрена сигнализация при повышении уровня в К-404/2 выше 80 % и понижении ниже 20 %. Так как это создает большую нагрузку на колонну и может привести к аварийной ситуации в первом случае, и вызывает снижение производительности, перегрев колонны во втором. Датчик устанавливается непосредственно внизу колонны.

Для безопасной эксплуатации установки проектом предусмотрено:

при достижении критической температуры в подшипниках (60?С) насосов и при превышении давления в трубопроводах на выкиде из насосов их остановка. Так как превышение допустимых параметров может привести к разрыву трубопровода в насосной с загоранием продуктов.

Для ведения баланса материальных потоков и отчетности, установлены расходомеры: на линии подачи сырья поз. 39-1, на линии выхода изобутановой фракции с установки в топливную сеть, поз. 42-1.

Схема автоматизации блока получения изобутана приведена на графическом листе 4.

Таблица 3.1- Параметры технологического процесса

Позиция по функциональ-ной схеме

Наименование

параметра

Контроль

Регули-рование

Пока-зания

Регис-трация

Сигнали-зация

1

2

3

4

5

6

1

Температура верха К-404/2

+

-

-

-

2

Температура питания К-404/2

+

-

-

-

3

Температура циркуляционного орошения куба в колонне К-404/2

+

+

-

+

4

Температура в кубе колонны К-404/2

+

-

-

-

5

Температура перегретого пара, подаваемого в Т-409

+

-

-

-

6

Температура верха К-404/1

+

-

-

-

7

Температура после 50 тарелки

+

+

-

-

8

Температура после 40 тарелки

+

+

-

+

9

Температура после 30 тарелки

+

+

-

-

10

Температура питания К-404/1

+

+

-

-

11

Температура в кубе колонны К-404/1

+

+

-

-

12

Температура охлаждающей воды на входе в Х-409

+

-

-

-

13

Температура изобутановой фракции после ХК-414,415,415А

+

+

-

-

14

Температура изобутановой фракции после Х-409

+

+

-

-

15

Температура охлаждающей воды на входе в Х-404

+

-

-

-

16

Температура избытка изобутановой фракции после Х-404

+

+

-

-

17

Температура картера насоса Н-425А

+

+

+

-

18

Температура картера насоса Н-425

+

+

+

-

19

Температура картера насоса Н-426

+

+

+

-

20

Температура н-бутановой фракции после ХК-408

+

+

-

-

21

Температура охлаждающей воды на входе в Х-405

+

-

-

-

22

Температура н-бутановой фракции после Х-405

+

+

-

-

23

Температура картера насоса Н-427

+

+

+

-

24

Температура картера насоса Н-428

+

+

+

-

25

Температура картера насоса Н-429

+

+

+

-

26

Температура картера насоса Н-430

+

+

+

-

27

Давление верха К-404/2

+

+

-

-

28

Давление в кубе К-404/2

+

+

-

-

29

Давление верха К-404/1

+

+

-

+

30

Давление в кубе К-404/1

+

+

-

-

31

Давление в Е-411

+

+

-

+

32

Давление после Н-425А

+

+

-

-

33

Давление после Н-425

+

+

-

-

34

Давление после Н-426

+

+

-

-

35

Давление после Н-427

+

+

-

-

36

Давление после Н-428

+

+

-

-

37

Давление после Н-429

+

+

-

-

38

Давление после Н-430

+

+

-

-

39

Расход в трубопроводе подачи сырья на установку с К-403

+

+

-

-

40

Расход в линии питания К-404/1 (пары с К-404/2)

+

+

-

+

41

Расход в линии орошения К-404/1

+

+

-

+

42

Расход изобутановой фракции в трубопроводе в топливную сеть

+

+

-

-

43

Расход в линии орошения К-404/2

+

+

-

+

44

Расход в трубопроводе н-бутановой фракции с куба К-404/2

+

+

-

-

45

Уровень в К-404/2

+

+

+

+

46

Уровень в К-404/1

+

+

+

+

47

Уровень в Е-411

+

+

+

+

48

Качество н-бутановой фракции

+

+

-

-

49

Включение электродвигателя ХК-408

-

-

-

+

50

Включение электродвигателя ХК-415А

-

-

-

+

51

Включение электродвигателя ХК-415

-

-

-

+

52

Включение электродвигателя ХК-414

-

-

-

+

3.2 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации

Газофракционирование - процесс взрывопожароопасный, поэтому автоматика должна быть выполнена во взрыво- и пожаробезопасном исполнении. По месту измерения параметра автоматизации чаще всего используют бесшкальные, герметичные, взрывопожарозащищенные приборы, которые передают информацию по дистанционной передаче на щит оператора.

Первичным прибором для измерения температур выбран термопреобразователь медный ТСМУ Метран-274 по каталогу [21]. Поскольку этот прибор обеспечивает необходимую точность измерения в требуемом диапазоне температур, подходит для жидких и газообразных химически агрессивных и неагрессивных сред, прост по конструкции и значительно дешевле своих зарубежных аналогов.

Для измерения давления используется интеллектуальный датчик избыточного давления Метран 100 Вн-ДИ-1152 взрывозащищенного исполнения по каталогу [23]. Предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Обеспечивают непрерывное преобразование давления в унифицированный токовый сигнал. Имеет относительно низкую стоимость и обеспечивают достаточную точность измерений.

Первичным прибором для измерения расхода является массовый расходомер, использующий кориолисовы силы ROTAMASS RCCST 34 принят из электронных каталогов [24]. Работает в широком диапазоне температур измеряемой среды , подходит для агрессивных сред. Кроме того хорошо зарекомендовал себя в работе, имеет высокую надежность и точность измерения.

Для измерения уровня используем преобразователь Сапфир 22-ДУ-0-2630 взрывозащищенного исполнения для непрерывное преобразование значения измеряемого уровня жидкости, как нейтральных, так и агрессивных сред в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи [18]. Так как они хорошо зарекомендовал себя в работе, имеют относительно низкую стоимость, надежны и обеспечивают достаточную точность измерений.

В качестве вторичных приборов выбран ДИСК-250 с ЭП 1324 [18] . ДИСК-250 с ЭП 1324 имеет все функции базового прибора ДИСК-250 плюс преобразование выходного токового сигна...


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.