Проект установки селективной очистки масел фенолом мощностью по сырью 300 тыс. т/год

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт промышленных технологий и инжиниринга

Кафедра переработки нефти и газа

Курсовая работа

«Проект установки селективной очистки масел фенолом мощностью по сырью 300 тыс. т/год»

Руководитель:

доцент, к.т.н.

Скворцова Е.Н.

Разработчик:

студент группы ХТмбзу-13-1

Колганова Е.О.

Тюмень 2016



Реферат

Цель работы - изучение процесса селективной очистки масел фенолом.

В процессе работы изучена процесс селективной очистки масел, изучено влияние оперативных параметров на эффективность процессов очистки, рассчитан материальный и тепловой баланс экстракционной колонны.

В результате была подобрана экстракционная колонна и рассчитаны ее основные размеры: диаметр и высота.



Содержание

Реферат

Определения, обозначения и сокращения

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Краткая характеристика процесса селективной очистки масел

1.2 Влияние оперативных параметров на эффективность процессов очистки масел фенолом

2. Технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы установки селективной очистки

2.2 Материальный баланс экстракционной колонны

2.3 Тепловой баланс экстракционной колонны

2.4 Определение основных размеров экстракционной колонны

2.4.1 Определение диаметра экстракционной колонны

2.4.2 Определение высоты экстракционной колонны

Заключение

Список использованных источников



Определения, обозначения и сокращения

- относительная плотность при температуре воды и вещества равной 15 °С;

- относительная плотность вещества;

_с -температура ввода сырья, °С

_ф - температура ввода фенола, °С

_ф.в. - температура ввода фенольной воды,°С

t_в- температура верха колонны, °С;

- температура низа колонны, °С;

t_рец- температура рециркулята, °С

а - поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус.

H - высота экстракционной колонны, м;

D - диаметр экстракционной колонны, м;

F - поверхность теплообмена, м².



Введение

В настоящее время широкое применение получил процесс селективной очистки масляных дистиллятов.

В результате процесса селективной очистки из масляных дистиллятов извлекаются такие нежелательные компоненты, как непредельные углеводороды, серосодержащие и азотсодержащие, полициклические ароматические и нефтяно-ароматические соединения с короткими боковыми цепями, а также смолистые вещества. Улучшаются важные эксплуатационные свойства масел: стабильность против окисления и вязкостно-температурные свойства. Очищенный продукт имеет меньшие плотность, вязкость, кислотность и коксуемость по сравнению с исходным сырьём. Кроме того, повышается температура застывания, и полученный продукт менее интенсивно окрашен.[7]

Селективную очистку проводят при помощи селективных растворителей. Таковыми являются фенол, фурфурол, N-метилпиролидон.

Эффективность селективной очистки обусловлена: качеством сырья, природой и расходом растворителя, температурой процесса, кратностью обработки и конструктивными особенностями оформления блока экстракции.

Целью курсового проекта является расчет материального и теплового баланса экстракционной колонны, расчет основных размеров колонны (диаметр и высота).



1. Литературный обзор

1.1 Краткая характеристика процесса селективной очистки масел

Назначение процессов селективной очистки -- удаление смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов из масел с целью повышения их индекса вязкости и снижения коксуемости (по признаку извлечения нежелательного компонента его можно назвать процессом деароматизации масел).

Сырьем процессов служат масляные дистилляты, получаемые при вакуумной перегонке мазутов, и деасфальтизаты гудронов.

Целевые продукты процессов -- рафинаты -- направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел.

Побочные продукты селективной очистки - экстракты - используются как сырье для производства битумов, технического углерода, нефтяных коксов, пластификаторов каучуков в резиновой и шинной промышленности, как компонент котельного топлива.

В качестве растворителей на ранних этапах развития процессов селективной очистки масел использовались анилин, нитробензол, жидкий сернистый ангидрид, хлорекс (в, в'-дихлорэтиловый эфир) и др.

Основными промышленными растворителями в настоящее время являются фенол, фурфурол и находящий все большее применение N-метилпирролидон (NМП).

1.2 Влияние оперативных параметров на эффективность процессов очистки масел фенолом

Качество сырья. Поскольку целевым назначением процесса очистки масел избирательными растворителями является повышение индекса вязкости, то качество сырья следует рассматривать в первую очередь с точки зрения содержания в нем высокоиндексных компонентов.

Известно, что в масляных фракциях нефтей парафино-нафтенового основания содержится больше углеводородов, обеспечивающих высокий индекс вязкости, чем в соответствующих фракциях тяжелых высокоароматизированных нефтей. Поэтому, с точки зрения производства масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами, первые нефти являются более предпочтительным исходным сырьем, чем вторые. Наоборот, высокая концентрация в исходном сырье смолистых и гетероорганических соединений, а также полициклических ароматических углеводородов, характеризующихся отрицательным индексом вязкости и подлежащих удалению при очистке, делает нецелесообразным использование такого сырья. фенол селективный масло

Существенное влияние на качество базовых масел и на технико-экономические показатели процессов селективной очистки оказывает фракционный состав сырья. При очистке масляных фракций, выкипающих в широком интервале температур, вместе с низкоиндексными компонентами удаляются и приближающиеся к ним по растворимости низкокипящие ценные углеводороды сырья. В то же время часть полициклических углеводородов, имеющих высокие КТР, остается в рафинате. Чем уже температуры выкипания дистиллятных фракций, тем более эффективно проходит их очистка селективным растворителем.

При очистке деасфальтизатов важную роль играет глубина деасфальтизации, оцениваемая коксуемостью. Очевидно, что легче «деароматизировать» деасфальтизат с низким содержанием полициклических ароматических углеводородов, то есть деасфальтизат с меньшей коксуемостью. Поэтому коксуемость деасфальтизатов не должна превышать 1,2 % мас. (предпочтительно около 1,0 % мас.).

Природа растворителя. В настоящее время в мировой нефтепереработке для селективной очистки масел применяются в основном следующие три избирательных растворителя: фенол, фурфурол и N-метилпирролидон. Для процесса используем фенол.

Фенол по растворяющей способности значительно превосходит фурфурол, поэтому очистка масел фенолом производится при меньшем расходе растворителя и при более низких температурах.

При очистке масел фенолом достаточно полно извлекаются полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями. В значительно меньшей степени извлекаются фенолом смолистые соединения. Практически совсем не растворимы в феноле асфальтены, поэтому остаточные продукты (гудроны, полугудроны) должны быть предварительно деасфальтизированы.

При фенольной очистке масляные фракции одновременно обессериваются и деазотируются в результате их удаления в составе поли-циклических углеводородов и смол.

Сравнительно низкая плотность и высокая температура плавления, вязкость и поверхностное натяжение фенола при температурах очистки, относящиеся к его недостаткам, затрудняют массообмен и способствуют образованию эмульсии. В результате при очистке масел фенолом не могут быть использованы высокоэффективные экстракционные аппараты, в частности роторно-дисковые контакторы, хорошо зарекомендовавшие себя при очистке фурфуролом.

Кратность растворителя. Количество растворителя подбирается в зависимости от качества сырья и требуемого качества рафината. Чем выше содержание низкоиндексных компонентов в сырье, тем выше должна быть кратность растворителя к сырью. Аналогично, ужесточение требований к качеству рафината требует увеличения расхода растворителя. При прочих равных условиях деароматизация дистиллятного сырья широкого фракционного состава, по сравнению с сырьем более узкого фракционного состава, требует большей кратности растворителя. При селективной очистке деасфальтизатов требуемая кратность растворителя симбатно возрастает с повышением их коксуемости.

Увеличение кратности растворителя к сырью сопровождается дополнительным растворением компонентов сырья и переходом их в экстрактный раствор. Поэтому выход рафината с увеличением кратности растворителя монотонно снижается, а его индекс вязкости и стабильность против окисления повышаются. Однако улучшение качества масел наблюдается лишь до определенного момента, после которого как индекс вязкости, так и стабильность против окисления ухудшаются.

Снижение индекса вязкости происходит в результате ухудшения избирательности растворения в области предкритического растворения (то есть вблизи КТР), а ухудшение стабильности против окисления связано с эффектом переочистки, то есть чрезмерным удалением из масел полициклических ароматических углеводородов и смол, являющихся естественными ингибиторами окисления. Поэтому в тех случаях, когда к индексу вязкости предъявляются ординарные требования, процесс очистки следует проводить с получением рафината с наиболее высокой стабильностью против окисления. Установлено, что расход фенола в этом случае составляет 150…200 % для дистиллятного и 300…400 % для остаточного сырья. В тех же случаях, когда к индексу вязкости предъявляются повышенные требования, рафинат следует переочищать, а стабильность против окисления повысить введением антиокислительных присадок.

Температурный режим экстракции подбирается в зависимости от КТР сырья и требуемого качества рафината.

Чем выше температура кипения сырья, тем выше величина его КТР и тем при более высокой температуре можно его очищать. Повышенное содержание асфальто-смолистых веществ и полициклических аромати-ческих углеводородов понижает КТР и требует более низкой температуры экстракции. Практически температура очистки поддерживаетсяна 10…25 °С ниже КТР сырья в зависимости от требуемого качества рафината и составляет 55…70 °С для дистиллятного сырья, 75…95 °С для деасфальтизатов при очистке фенолом, 60…90 и 95…115 °С соответственно при использовании фурфурола.

Повышение температуры очистки приводит к улучшению качества рафината и снижению его выхода вследствие увеличения растворяющей способности растворителя и соответственно более полного извлечения низкоиндексных компонентов сырья. Однако избирательность разделения при этом ухудшается, особенно в области предкритических температур. Поэтому на практике целесообразно избегать применения температур, близких к КТР, а регулирование качества осуществлять путем увеличения кратности растворителя, подбором оптимального температурного градиента экстракции, методом возбуждения рисайкла и другими приемами.

Как и в процессе деасфальтизации, для улучшения четкости разделения процесс селективной очистки масел целесообразно вести при высоком температурном градиенте. На установках фурфурольной очистки масел градиент экстракции поддерживают на уровне 30…40 °С, а на фенольной всего 10…20 °С. Различие в температурных условиях экстракции предопределяется плотностью применяемости растворителя.

Если температура верха экстракционной колонны ограничивается критической температурой растворения, то температура низа - вязкостными свойствами экстрактного раствора.

Влияние рециркуляции. Одним из эффективных способов повышения четкости разделения масляных компонентов является возбуждение или ввод рециркулята в экстракционную колонну. В результате нарушения при этом межфазного равновесия усиливаются массообменные переходы из одной фазы в другую: из экстрактного раствора выделяются высокоиндексные компоненты как наименее растворимые в данном растворителе, увеличивая выход рафината; из рафинатного раствора переходят в экстрактный компоненты с более низким индексом вязкости, что приводит к повышению качества paфината. Расход рециркулята увеличивается и при повышении температурного градиента экстракции. Однако слишком большой градиент может привести к снижению эффективности процесса. При очистке фенолом возбуждение рециркулята достигается добавлением фенольной воды в отстойную зону колонны или прямо в экстрактную фазу в количестве до 7 %, в результате понижается растворяющая способность, но повышается избирательность растворителя.

На установках очистки масел фурфуролом возбуждение рециркулята осуществляется путем рециркуляции экстракта в нижнюю часть экстракционной колонны. Количество рециркулируемого экстракта зависит от природы сырья и составляет от 30 до 70 % мас. на исходном сырье. Использование антирастворителей типа воды в данном случае оказалось не эффективным из-за низкой растворяющей способности фурфурола.

В тех случаях, когда растворяющая способность растворителя достаточно высока, для создания рециркулята можно использовать дополнительный растворитель, не смешивающийся с основным полярным растворителем, обладающий хорошей растворяющей способностью по отношению к высокоиндексным компонентам масляного сырья. Например, в комбинированном процессе деасфальтизации и селективной очистки гудронов, получившем название дуосол-процесса, используются смешанные растворители пропан и фенол (с добавкой крезола). Пропан в этом процессе выполняет роль растворителя рафината и осадителя асфальтосмолистых веществ, а смесь фенола с крезолом -- растворителя низкоиндексных компонентов.



2. Технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы установки селективной очистки масел фенолом

Назначение установки очистки нефтяных масляных фракций -- получение рафината путем удаления из сырья нежелательных компонентов при помощи фенола.

Технологическая схема представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Технологическая схема

Выход рафината зависит от качества исходного сырья и глубины очистки.

В качестве сырья используется масляный дистиллят или деасфальтизат.

Наряду с получением целевого продукта в процессе образуется экстракт.

Основные секции установки следующие: абсорбции сырьем фенола из паров азеотропной смеси фенол -- вода, экстракции, регенерации фенола из рафинатного раствора и регенерации фенола из экстрактного раствора.

Дистиллятное или остаточное сырье насосом Н-1 подается через теплообменник ПД-1, где оно нагревается примерно до 90°С, и паровой подогреватель ТО-1 на верхнюю тарелку К-7. При входе в абсорбер температура сырья равна 110--115°С. Подача сырья регулируется в зависимости от уровня жидкости в нижней части абсорбера регулятором уровня.

Под нижнюю тарелку абсорбера вводятся пары азеотропной смеси. Нисходящий поток сырья, встречаясь с поднимающимися парами, абсорбирует из них фенол. Пары воды по выходе из абсорбера поступают в конденсатор-холодильник КХ-1, образовавшийся конденсат используется для производства перегретого водяного пара в системе «водного контура» (на схеме не показано).

Сырье с абсорбированным в нем фенолом забирается с низа К-7 насосом Н-2 и через холодильник ТО-2 направляется в среднюю часть экстракционной колонны К-1 насадочного или тарельчатого типа. Температура верха колонны, поддерживаемая примерно на 8--12°С ниже критической температуры растворения, обычно не превышает 115°С для остаточного сырья и 50 °С для маловязкого дистиллятного сырья. Создаваемый температурный градиент между верхом и низом колонны составляет 10--30°С. Обычно кратность фенола к сырью колеблется в пределах 1,2--2,2 при очистке масляных дистиллятов и 2,5--4,0 при очистке деасфальтизатов.

На верх колонны К-1 насосом из приемника подается фенол, предварительно нагретый в паровом подогревателе до температуры на 4--8°С выше температуры уходящего рафинатного раствора. Для увеличения отбора рафината (путем снижения растворяющей способности фенола) в нижнюю часть колонны насосом (на схеме не показан) вводится из приемника фенольная вода, соответствующая в данном случае составу азеотропной смеси. Количество фенольной воды в зависимости от сырья составляет 2--10 % (масс.) на фенол.

Для равномерного распределения потоков по сечению колонны все жидкости в нее вводятся через горизонтальные трубчатые распределители. Температура в верхней части колонны регулируется в основном за счет изменения температуры нагрева фенола. Регулируя количество экстрактного раствора - рециркулята, которое не должно превышать 30 % (масс.) общей загрузки колонны, подаваемого насосом через холодильник, поддерживают требуемую температуру низа экстракционной колонны.

В колонне К-1 образуются два слоя: рафинатный и экстрактный. Уровень раздела фаз поддерживается в колонне при помощи межфазового регулятора, установленного немного выше ввода сырья в колонну. Рафинатный раствор, содержащий до 20 % (масс.) фенола, на выходе из колонны К-1 сверху собирается в промежуточном приемнике П-1. Экстрактный раствор, состоящий из экстракта, фенола и практически всей вводимой в колонну воды, отводится с низа колонны К-1 насосом Н-3 в секцию регенерации растворителя. Из приемника П-1 рафинатный раствор насосом подается в секцию регенерации растворителя через теплообменник ПД-2 (греющая среда -- уходящий горячий рафинат) в змеевик трубчатой печи ПЧ-1. С температурой 270--290°С парожидкостная смесь поступает в испарительную рафинатную колонну К-2. Здесь отделяется основное количество фенола в виде паров. Для предотвращения уноса рафината с парами фенола колонна оборудована ректификационными тарелками (6--7 штук), орошаемыми фенолом. Пары фенола, уходящие с верха колонны К-2, конденсируются в теплообменнике ТО-5. Конденсат после холодильника собирается в приемнике сухого фенола.

Рафинат с небольшим (2--3 % масс.) содержанием фенола перетекает в рафинатную отпарную колонну К-2, где остатки фенола отгоняются острым водяным паром. Пары воды и фенола с верха колонны К-2 поступают в аппарат воздушного охлаждения; конденсат собирается в приемнике и насосом подкачивается к экстрактному раствору перед теплообменником. Рафинат, содержащий не более 0,005 % (масс.) фенола, насосом направляется через теплообменник и концевой холодильник в резервуар.

Отводимый из колонны 10 экстрактный раствор подается насосом через теплообменник (нагрев горячим фенолом, уходящим из кипятильник) и теплообменник в сушильную колонну К-4. При поступлении в эту колонну температура экстрактного раствора равна 150--160°С. Колонна К-4 разделена полуглухой тарелкой на две части: верхнюю, снабженную 12 тарелками, и нижнюю -- кубовую. В колонне К-4 обезвоживается экстрактный раствор и присоединяемый к нему водно-фенольный конденсат.

Из этой колонны сверху уходят пары азеотропной смеси (около 91 % масс. воды, остальное -- фенол), а снизу -- безводный раствор, состоящий из экстракта и основной массы фенола. Часть паров азеотропной смеси, уходящей с верха колонны, направляется в абсорбер, а остальное количество поступает в аппарат воздушного охлаждения. Образовавшийся здесь конденсат -- фенольная, вода -- поступает в приемник .

Экстрактный раствор, собирающийся на полуглухой тарелке в колонне, перетекает в кипятильник. Здесь он нагревается конденсирующимися парами фенола, выходящими из колонны. В испарительную экстракционную колонну К-5 поступает обезвоженный экстрактный раствор, забираемый из сушильной колонны К-4 насосом и направляемый им в змеевики печи ПЧ-2 для нагрева до 250--280 °С. Часть раствора рециркулирует между низом колонны и вторым змеевиком печи . Осуществляя насосом циркуляцию раствора через змеевик в печи , повышают температуру низа экстрактной колонны примерно до 330 °С. Тем самым достигается низкое содержание фенола в остаточном продукте колонны. Конструктивно колонна К-5 оформлена аналогично колонне К-4. Колонна работает при избыточном давлении 0,2--0,3 МПа. Температура верха колонны равна температуре кипения фенола при рабочем давлении; в зависимости от последнего она колеблется в пределах 230--240 °С. В качестве орошения на верхнюю тарелку колонны подается фенол. С низа колонны экстрактный раствор, содержащий 2--5 % (масс.) фенола, самотеком поступает в отпарную колонну К-6, где он продувается водяным паром.

Выходящие из колонны пары фенола являются теплоносителем для кипятильника; после него регенерированный фенол поступает через теплообменник и холодильник в приемник сухого фенола. Пары фенола и воды, выходящие из колонны, конденсируются в аппарате; конденсат вместе с экстрактным раствором подается в сушильную колонну К-4. По выходе из колонны К-6 экстракт направляется насосом через теплообменник и концевой холодильник в резервуар.

2.2 Материальный баланс экстракционной колонны

Данные для расчета материального баланса:

Производительность установки селективной очистки по сырью:

300 тыс. т/год.

Число дней работы установки в год составляет 340 дней.

Кратность фенола к сырью 2:1.

Выход продуктов:

- рафинат - 56%

- экстракт - 44%

Материальный баланс приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Материальный баланс экстракционной колонны

Статья	% мас. от сырья	т/год	т/сутки	кг/ч
Взято:
Сырье (маловязкий дистиллят)	100	300000	882,4	36765
Фенол	200	600000	1764,7	73529
Всего:	300	900000	2647,1	110294
Получено:
Рафинатный раствор:	64	192000	564,7	23529
-рафинат	56	168000	494,1	20588
-фенол	8	24000	70,6	2941
Экстрактный раствор:	236	708000	2082,4	86765
-экстракт	44	132000	388,2	16176
-фенол	192	576000	1694,1	70588
Всего:	300	900000	2647,1	110294

2.3 Тепловой баланс экстракционной колонны

Тепловой баланс колонны составляется с целью определения количества рециркулята. Уравнение теплового баланса колонны:

(2.1)

где - общее количество приходящего тепла, Вт; - общее количество уходящего тепла, Вт.

Принимаем следующий температурный режим колонны для расчета:

,

,

,

Тепловые потоки компонентов найдем по формуле:

, (2.2)

где - тепловой поток, Вт, -- расход, кг/с; - энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

Энтальпии веществ найдем по упрощенному уравнению Крэга:

(2.3)

где , посчитан в справочной литературе

Относительную плотность найдем по формуле:

(2.4)

где 5а - поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус

Количество тепла, вводимое с сырьем:

t = 90^оС

,

кДж/кг

Q_с = 10,21 кг/с Ч 169,95кДж/кг = 1735,6 кВт = 1735600 Вт

Количество тепла, вводимое с фенолом: t = 60^оС

,

кДж/кг

Q_ф = 20,42 кг/с Ч 103,68 кДж/кг = 2117,647 кВт = 2117647 Вт

Количество тепла, вводимое с фенольной водой:

Количество фенольной воды составляет 8-12% мас. на сырье. Ее состав: фенол 8%, вода 92%

G_ф.в. = 367650,08 = 2941,2 кг/ч;

G_ф = 2941,2 0,08 = 235,3 кг/ч;

G_в = 2941,2 0,92 = 2705,9 кг/ч;

кДж/кг;

кДж/кг;

Q_{ф.в .}= G_в Ч J^в + G_ф Ч J^ф = 0,75 Ч 210 + 0,07 Ч 85,61 = 163,439 кВт = 163439 Вт

Количества тепла, выводимое с рафинатным раствором:

t = 75^оС

X_раф. = G_i / G_{раф. р-р} = = 0,87

X_ф. = G_i / G_раф.р-р = = 0,13

,

= 136,36 = 141,5 кДж/кг;

= 136,36 = 131,7 кДж/кг;

Q_раф.р = 5,72 Ч 141,5 Ч 0,87 = 708,078 кВт = 708078 Вт

Q_ф = 0,82 Ч 131,7 Ч 0,13 = 13,450 кВт = 13450 Вт

Количество тепла, выводимое с экстрактным раствором:

t= 60^оС

Х_экстр. = G_i / G_{экстр.р-р} + G_в = = 0,18

Х_ф. = = 0,79

Х_в. = = 0,03

,

= 107,38 = 107,3 кДж/кг;

= 107,38 = 103,7 кДж/кг;

= = 252 кДж/кг;

Q_ф = 19,61 Ч 103,7 Ч 0,79 = 1600,000 кВт = 1600000 Вт

Q_в = 0,75 Ч 252 Ч 0,03 = 5,713 кВт = 5713 Вт

Q_экст.р = 4,49 Ч 107,3 Ч 0,18 = 86,945 кВт = 86945 Вт

Тепловой баланс процесса представлен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Тепловой баланс экстракционной колонны

Поток	t, оС	G, кг/с	J, кДж/кг	Q, Вт
Приход:
Сырье	90	10,21	169,95	1735600
Фенол	60	20,42	103,68	2117647
1	2	0,82	-	163439
Фенольная вода:	50	0,07	85,61	5595
а) фенол	50	0,75	210,00	157843
б) вода	50	0,75	210,00	157843
Всего:		32,27		4016686
Расход:
Рафинатный раствор:	75	6,54	-	708078
а) рафинат	75	5,72	141,60	694628
б) фенол	75	0,82	131,70	13450
Экстрактный раствор:	60	24,85	-	1692658
а)фенол	60	19,61	103,70	1600000
б) вода	60	0,75	252,00	5713
в) экстракт	60	4,49	107,50	86945
Всего:		31,39		2400736+Qрец

Определим количество рециркулята:

G_рец. = , (2.5)

Q = = 4016686 - 2400736 = 1615950 Вт

Плотность смеси:

_смеси = , (2.6)

где х_i - доля компонента в растворе;_i - плотность компонента при данной температуре, ^оС.

х_{i(экстр)} = = = 0,19

х_i(ф) = = = 0,81

_смеси = = 1,06 кг/м³

= 1,06 + 0,00257 = 1,062

= 79,46 = 77,14 кДж/кг

G_рец = = = 20,95 кг/с.

2.4 Определение основных размеров экстракционной колонны

2.4.1 Определение диаметра экстракционной колонны

Диаметр экстракционной колонны D определяется из следующей формулы:

, (2.7)

(2.8)

где D - диаметр экстракционной колонны, м; G_c-производительность установки по сырью, кг/ч; _с-плотность сырья при температуре экстрагирования в кг/м³; G_ф -количество фенола, вводимого в экстракционную колонну, кг/ч; _ф-плотность фенола при средней температуре в экстракционной колонне, кг/м³; V - скорость потока смеси в экстракционной части колонны, х=10-12 м³/м²*ч. Принимаем допустимую скорость потоков в колонне V = 10 м³/м²*ч.

Средняя температура потока в экстракционной колонне:

,

Плотность сырья и фенола при средней температуре в колонне находим по формуле Менделеева:

,

где - средняя температурная поправка относительной плотности на один градус.

Плотность сырья при 67,5 °C:

кг/мі

Плотность фенола при 67,5 °С:

кг/мі

G_ф = 73529 кг/ч (из таблицы 2.2)

Где G_ф -часовое количество фенола, вводимого в экстракционную колонну.

Диаметр экстракционной колоны равен:

,

Согласно нормальному ряду, принятому в нефтяной промышленности по ГОСТ 21944-76 (СТ СЭВ 3020-81)выбираем диаметр колонны равным 4,00 м.

2.4.2 Определение высоты экстракционной колонны

Объемные расходы рафинатного и экстрактного растворов определяются по формулам:

V_р.р. = + = = 25,03 м³/ч,

V_э.р. = = = 83,84 м³/ч,

Где G_раф - часовое количество рафината в кг/ч; _раф - плотность рафината при температуре на верху колонны в кг/м³; х - весовая концентрация рафината в рафинатном растворе; G_э - количество экстракта в кг/ч; _э - плотность экстракта при температуре в низу колонны в кг/м³; - плотность фенола при температуре на верху колонны в кг/м³; - плотность фенола при температуре внизу колонны в кг/м³.

Высоту отстойной части колонны для рафинатного раствора определяем по формуле:

h₁ = = = 2,39 м,

где V_р.р. - объемный расход рафинатного раствора в м³/ч; - время отстаивания рафинатного раствора в отстойной части колонны;=1,2ч1,5 ч; F - площадь поперечного сечения колонны в м²

,

F ==12,56 м

Высоту отстойной части колонны для экстрактного раствора определяем по формуле:

h₂= = = 4,99 м

где V_э.р. - объемный расход экстрактного раствора в м³/ч; - время отстаивания экстрактног раствора в отстойной части колонны;=0,5ч1,0 ч;

В экстракционной колонне 21 тарелка, расстояние между ними 0,7 м, тогда высота, занятая контактными устройствами:

h₃ = (n-1) h_т = (21-1)0,7 =14 м

(здесь n- число тарелок; h_т - расстояние между тарелками в м);

Высота всей колонны:

,

где - расстояние между верхней тарелкой и днищем колонны (высота отстойной части для рафинатного раствора) в м; - высота отстойной части для экстрактного раствора в м (расстояние от днища колонны до нижней тарелки); - высота, занятая контактными устройствами, м.



Заключение

В ходе курсового проекта был рассчитан материальный и тепловой баланс экстракционной колонны, а также основные размеры колонны (диаметр и высота.

Получены следующие результаты:

Диаметр колонны равен 4м;

Высота колонны 21,38 м.



Список использованных источников

1. Ахметов, С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа : учебное пособие / С.А. Ахметов, М.Х. Ишмияров, А.А. Кауфман. - СПб : Недра, 2009. - 832 с.;

2. Казакова Л.П., Крейн С.Е. Физико-химические основы производства нефтяных масел. М.: Химия. 1978. 320 с.;

3. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа : учебное пособие для студентов вузов / под ред. Б. И. Бондаренко ; РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. - Москва : РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003. - 202 с.;

4. Справочник нефтепереработчика / Под ред. Ластовкина Г.А. - Л.: Химия, 1986;

5. Нефти СССР. Справочник: Т-4. Нефти Средней Азии, Казахстана, Сибири и о. Сахалин. М.: Химия. 1974.

Размещено на Allbest.ru

...