Расчеты для определения основных параметров отбензинивающей колонны с клапанными тарелками
Принципиальная схема работы ректификационной колонны. Химические свойства сырья, состав дистиллята и остатка. Особенности температурного режима колонны, внутренние материальные потоки. Технологическая схема ректификационных колонн нефтяной установки.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 19.11.2017 |
Размер файла | 2,8 M |
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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
10
Задание
Проведём технологический расчет отбензинивающей колонны мощностью 6 млн т в год по Гуронской нефти, разгонка (ИТК) которой представлены в Таблице 1, физико-химические показатели в Таблице 2. В качестве дистиллята предусмотрим отбор фракции легкого бензина н.к.-85оС.
Цель работы:
Провести технологические и конструкторские расчеты для определения основных параметров отбензинивающей колонны с клапарными тарелками.
Дополнительные указания:
Выполнить расчет материального баланса отбензинивающей колонны, тепловой баланс, найти температуру низа и верха колонны, массовую долю отгона, диаметр и высоту колонны.
Содержание пояснительной записки
Введение
1. Технологическая часть
1.1 Технологическая схема установки ЭЛОУ АТ-6
1.2 Принципиальная схема работы ректификационной колонны
1.3 Технологическая схема ректификационных колонн установки ЭЛОУ АТ-6
2. Расчетная часть
2.1 Исходные данные для расчета
2.2 Характеристика нефти по ГОСТ Р 51858-2002
2.3 Физико-химические свойства сырья
2.4 Минимальное число теоретических тарелок
2.5 Состав дистиллята и остатка
2.6 Материальный баланс колонны
2.7 Температурный режим колонны
2.7.1 Расчет температуры верха колонны
2.7.2 Расчет температуры низа колонны
2.7.3 Расчёт доли отгона сырья на входе в колонну
2.8 Минимальное флегмовое число
2.9 Оптимальное флегмовое число. Оптимальное число теоретических тарелок
2.10 Место ввода сырья в колонну. Рабочее число тарелок.
2.11 Внутренние материальные потоки
2.12 Тепловой баланс колонны
2.13 Диаметр колонны
2.14 Высота колонны
Заключение
Литература
Приложение 1
Введение
Атмосферная перегонка нефти. Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых, ароматических и других углеводородов с различными молекулярными массами и температурами кипения. Так же в нефти содержаться сернистые, кислород и азотсодержащие органические соединения. И поэтому, для получения из нефти товарных продуктов различного назначения, применяют методы разделения нефти на фракции или группы углеводородов. И при необходимости, изменяют их химический состав, дальнейшим проведением каталитических и термических процессов.
Различают первичные и вторичные методы переработки нефти. Первичными процессами называют процессы разделения нефти на более или менее однородные фракции без химического преобразования входящих в неё веществ. Основным приёмом разделения является дистилляция (перегонка) - процесс разделения жидких веществ по температурам их кипения. Атмосферная перегонка относится к первичному процессу и отсюда можно выделить основное её назначение - разделить нефть на фракции, и использовать максимальные возможности нефти по количеству и качеству получаемых исходных продуктов.
Атмосферную перегонку можно осуществить следующими способами:
· с однократным испарением в трубчатой, печи и разделением отгона в одной ректификационной колонне;
· двухкратным испарением и разделением в двух ректификационных колоннах -- в колонне предварительного испарения (эвапораторе) с отделением легких бензиновых фракций и в основной колонне;
· Постепенным испарением.
Сырьём установки атмосферной перегонки может служить как нефть , так и газовый конденсат. Физико-химические свойства нефтей и составляющих их фракций оказывают влияние на выбор технологии получения нефтепродуктов. Поэтому, при определении направления переработки нефти нужно стремиться по возможности максимально, полезно использовать индивидуальные природные особенности её химического состава. [1]
1. Технологическая часть
1.1 Технологическая схема установки ЭЛОУ АТ-6
Спроектированная ВНИПИнефтью установка ЭЛОУ АТ-6 мощностью 6 млн.т/год является не только укрупненной, но и комбинированной, так как имеет в своем составе электродегидраторы, осуществляющие процесс электрообессоливания.
Сырая нефть из линии I (Рисунок 1) насосами 1 прокачивается двумя потоками через группу теплообменников 2 и электродегидраторы 3, затем через группу теплообменников 4 и по линии II подается в колону предварительного отбензинивания нефти 5. Обессоливание на установках производят в две ступени.
На электродегидраторы перовой ступени поступает нефть в смеси с 2%-ным раствором деэмульгатора и щелочной водой (с электродегидраторов второй ступени). Частично обезвоженная и обессоленная нефть с верха электродегидраторов первой ступени поступает в электродегидраторы второй ступени, перед которыми в поток нефти через инжекторы подается насосом холодная вода. Отстоявшуюся щелочную воду из электродегидраторов второй ступени насосом перекачивают на электродегидраторы первой ступени, где она смешивается с нефтью и деэмульгатором. Нефть в смеси с реагентами и водой вводиться в электродегидраторы снизу через маточники-распылители, создающие равномерный поток нефти, направленный вверх.в электрическом поле высокого напряжения электродегидратов происходит разрушение эмульсии с разделением на нефть и воду.
С низа колоны преварительного отбензинивания 5 частично отбензининую нефть насосами 1 по линиям IV подают в печь 13. Часть нагретой отбензиненой нефти в виде «горячей струи» по линии III возвращается в колону предварительного отбензинивания 5, а основное ее количество поступает в реакционную колону 12, связанную с двумя отпарными колоннами 10 и 11, из которых соответственно по линиям VIIи VIII выводятся керосиновые и дизельные фракции. Для регулирования температуры начала кипения этих фракций в низ колонн 11 и 12 вводят перегретый пар. С низа ректификационной колонны 12 мазут по линии IX насосом 1 прокачивается через теплообменники (для нагрева нефти), после которых его выводят с установки.
Пары с верха колонны предварительного отбензинивания 5 и ректификационной колонны 12 самостоятельными потоками проходят последовательно конденсаторы воздушного охлаждения 6, холодильники 7 и поступают в газосепараторы 8. С верха обоих газосепараторов сухой газ по линии VIвыводят в газовую сеть завода. Часть конденсата с их низа используют для острого орошения (иногда применяется только циркуляционное орошение), а основная часть из обоих газосепараторов стекает в емкость 9 для широкой бензиновой фракции (н.к. 180 или 190 оС), откуда она насосом 1, пройдя теплообменник 16, подается в стабилизационную колонну 14. Для дополнительного ввода тепла в стабилизационную колону в ее нижней части по змеевику прокачивают теплоноситель (иногда устанавливают выносной кипятильник с паровым пространством).
Пары с верха стабилизационной колонны 14 проходят холодильник 7, и образующийся конденсат - сжиженный газ (С3 - С4) - накапливается в газосепараторах 8, откуда часть его поступает на орошение (иногда применяется циркуляционное орошение), а большая часть по линии XIIвыводят с установки. Стабильная широкая фракция по линии XIXпоступает в блок 15 вторичной ее переработки, из которого отдельные узкие фракции выводят с установки по линиям XIII - XVII. Суммарный отбор прямогонных дистиллятных фракций зависит в основном от потенциального содержания их в перерабатываемой нефти. [2]
Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема ЭЛОУ АТ-6:
I - сырая нефть;II - обессоленная нефть;III - «горячая струя»; IV-отбензиненная нефть;V - орошение (острое);VI - сухой газ;VII - керосиновая фракция;VIII - дизельная фракция;IX - мазут;X - широкая бензиновая фракция; XI - флегма для циркуляционного орошения;XII - газовая головка (сжиженные газы);XIII - фракция н.к. 62оС;XIV - фракция 62-85оС;XV - фракция 85-140оС; XVI - фракция 140-180оС;XVII - фракция 180-190оС;XVIII - теплоноситель; XIX - стабильная широкая бензиновая фракция; 1 - насосы; 2, 4, 16 - теплообменники; 3 - электродегидраторы; 5 - отбензинивающая колонна; 6 - конденсаторы воздушного охлаждения; 7 - холодильники; 8 - газосепараторы; 9 - емкость для широкой бензиновой фракции (н.к. 180 или 190 оС); 10, 11 - отпарные колонны; 12 - ректификационная колонна; 13 - печь; 14 - стабилизационная колонна; 15 - блок вторичной переработки.
1.2 Принципиальная схема работы ректификационной колонны
Схема работы ректификационной колонны приведена на Рисунке 2. Как видно из рисунка, в среднюю часть колонны поступает подлежащее ректификации сырье F с температурой tF и составом хр. При входе в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образующиеся пары GF состава yF и жидкость, состава xF, находящиеся в равновесии, то есть имеющие одинаковую температуру и давление. На каждой n-й тарелке обеспечивается контакт между парами Gn_r поступающими на данную тарелку, и жидкостью (флегмой) gn+1, стекающей на эту тарелку.
Рисунок 2 - Принципиальная схема работы ректификационной колонны
В результате контакта этих встречных потоков изменяются составы паровой и жидкой фаз. При этом пары обогащаются НКК, а жидкость - ВКК. Пары , уходящие с n-й тарелки, будут богаче НКК, чем пары ,а жидкостьg будет богаче ВКК по сравнению с жидкостью . Уходящие с тарелки n потоки паров и жидкости будут находиться в равновесии. При этом пары , поступающие на вышележащую тарелку n+1, вновь вступают в контакт с соответствующим потоком жидкости, поступающим с тарелки , а жидкость уходит на тарелку n-1, где вновь происходит контакт фаз. Подобное контактирование будет происходить до тех пор, пока пар наверху колонны не приобретет заданный состав по содержанию НКК , а жидкость W внизу колонны не достигнет состава .
Отбираемый с верха колонны продукт D, обогащенный НКК, называется ректификатом или дистиллятом, а снизу колонны продукт W - остатком или нижним донным продуктом.
Подобный процесс происходит в том случае, если жидкость, находящаяся на одном горизонтальном уровне с паром, например, и , содержит больше НКК, чем жидкость , равновесная с этим паром . При постоянном давлении в колонне этот уровень будет обеспечиваться, если температура жидкости будет ниже, чем температура паров , то есть если температура в колонне будет уменьшаться в направлении движения потока паров (вверх) и возрастать в направлении потока жидкости (флегмы) вниз. Самая низкая температура будет вверху колонны, а самая высокая - внизу колонны. Часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания или эвапорационным пространством.
Часть колонны, находящаяся выше ввода сырья, называется концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода - отпарной или отгонной. В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс ректификации. Поскольку для ректификации необходимо два потока, состоящих из одних и тех же компонентов, но разного состава, из верхней части отводят тепло , а в нижней части подводят тепло . В результате при конденсации паров наверху колонны образуется поток жидкости (флегмы, орошения), а в отгонной части колонны образуется восходящий поток паров.
Различают колонны простые, для разделения сырья на два компонента (дистиллят и остаток), и сложные, для получения из того же сырья трех и более компонентов. В этом случае продукты выводятся в виде боковых погонов через отпарные секции.
К группе ректификационных колонн относятся следующие аппараты современных установок АТ и АВТ: предварительный испаритель или отбензинивающая колонна, основная ректификационная колонна, отпарные колонны, стабилизаторы, колонны вторичной перегонки, абсорберы-десорберы, вакуумные колонны и т.д.
Колонна представляет собой вертикальный стальной цилиндрический аппарат с внутренними устройствами для осуществления процесса ректификации - тарелками. Количество тарелок в каждой колонне рассчитывается в зависимости от ряда факторов: необходимого количества продуктов разделения, четкости разделения их (четкости ректификации), кратности орошения, допустимой скорости паров в колонне.
Размеры колонны зависят от заданной производительности, фракционного состава нефти, количества тарелок, давления, температуры, системы и количества орошения и других факторов.
Для строгого соблюдения режима и условий, обеспечивающих нормальный процесс ректификации, необходимо правильно эксплуатировать колонны. Важнейшими факторами режима являются: температура, давление, количество орошения и расход водяного пара в отгонной и отпарных секциях.
Температуру в колонне контролируют в нескольких точках: в зоне ввода нефти, в нижней части на выходе мазута или гудрона, в верхней части на выходе паров и в линиях отбора боковых фракций.
Постоянство температуры в зоне ввода сырья обеспечивается регулированием его нагрева в трубчатой печи. Наряду с другими точками контроля, это один из важнейших факторов, влияющих на полноту испарения и обеспечение необходимого теплового баланса всей колонны для отбора требуемых целевых продуктов.
Температура в нижней части колонны влияет на полноту отбора целевых фракций из мазута или гудрона. Ее поддерживают за счет дополнительного подвода тепла либо через термосифонные теплообменники (на газофракционирующих установках), рибойлеры (на установках вторичной ректификации бензина), либо за счет тепла «горячей струи» (в колонне атмосферной перегонки). Для снижения температуры низа колонн и одновременного обеспечения необходимой отпарки светлых или масляных компонентов из остаточного продукта вниз атмосферных и вакуумных колонн вводят перегретый водяной пар.
Заданная температура в верхней части колонн обеспечивает получение дистиллята, например, бензина определенного фракционного состава по температуре его конца кипения. Постоянство ее соблюдается за счет подачи острого орошения. Изменяя его расход или температуру, можно регулировать и температуру верхней части колонны, а, следовательно, и качество дистиллята. Температуры на тарелках отбора боковых продуктов обеспечивают заданное качество боковых продуктов: авиакеросина и дизельных фракций в атмосферных или масляных фракций в вакуумных колоннах. Поддержание необходимых температур на тарелках отбора боковых продуктов достигают за счет организации циркуляционных орошений. Изменяя их расход или температуру, можно регулировать температуры отбора боковых фракций в заданных пределах. Качество боковых погонов регулируют также использованием стриппингов.
Повышенное давление в ректификационных колоннах используют для ректификации газообразных углеводородов (пропан, бутан) при температуре верха колонн 45-55°C, чтобы конденсацию этих продуктов можно было осуществлять водой, а не специальными хладагентами, что потребовалось бы при атмосферном давлении.
При этом в колоннах для ректификации газообразных углеводородов поддерживается давление от 0,3-0,4 до 2,45 МПа. Давление в колоннах позволяет повысить их удельную производительность по парам, а, следовательно, уменьшить их диаметры. Таким образом, выбор давления в колоннах для проведения процесса ректификации требует обоснованного расчета. Давление в различных сечениях колонны зависит от гидравлического сопротивления, возникающего при прохождении паров через тарелки, то есть от конструкции тарелок. В атмосферных колоннах, оборудованных тарелками колпачкового типа или с S-образными элементами, перепад давления составляет 2-5 мм рт. ст. на каждую тарелку. Клапанные тарелки дают меньшее сопротивление. Значительное уменьшение (в 5-7 раз) сопротивления в колонне обеспечивается применением насадок. Для наблюдения за температурой, давлением, расходами орошения отбираемых продуктов и водяного пара служат контрольно-измерительные приборы, автоматические анализаторы качества. Показания этих приборов позволяют следить за ходом процесса ректификации, качеством продуктов и своевременно устранять возможные отклонения от заданного режима. [3]
1.3 Технологическая схема ректификационных колонн установки ЭЛОУ АТ-6
Отбензинивающая колонна К-1 (Рисунок 3) входит в состав установки АТ с двукратным испарением нефти (Рисунок 1). Эта схема технологически гибкая и работоспособная при любом фракционном составе нефти. Благодаря удалению в колонне К-1 лёгких бензиновых фракций в змеевиках печи, в теплообменниках не создается большого давления и основная колонна К-2 не перегружается по парам. [5]
Рисунок 3 - Технологическая схема ректификационных колонн установки ЭЛОУ АТ-6
2. Расчетная часть
Технологический расчет процессов ректификации выполняется с целью определения технологического режима процесса, основных размеров аппарата и его внутренних устройств, обеспечивающих заданную четкость разделения исходного сырья при заданной производительности. Технологический режим процесса определяется рабочим давлением в аппарате, температурами всех внешних потоков, удельным расходом тепла на частичное испарение остатка и холода на конденсацию паров в верхней части колонны, флегмовым числом. Основными размерами аппарата являются его диаметр и высота, зависящие главным образом от типа контактного устройства в колоне.[4]
2.1 Исходные данные для расчета
Проведём технологический расчет отбензинивающей колонны мощностью 6 млн т в год по Гуронской нефти, разгонка (ИТК) которой представлены в Таблице 1. В качестве дистиллята предусмотрим отбор фракции легкого бензина н.к.-85оС.
Таблица 1
Разгонка (ИТК) Гуронской нефти [6]
Номер фракции |
Температура выкипания фракции при 101,3 кПа, °С |
Выход (на нефть), % |
Молекулярный вес фракций (Мi) |
|||
отдельных фракций |
суммарный |
|||||
1 |
до 28 (газ до С4) |
2,14 |
2,14 |
- |
- |
|
2 |
28-55 |
2,17 |
4,31 |
0,6441 |
- |
|
3 |
55-82 |
2,29 |
6,60 |
0,6623 |
- |
|
4 |
82-101 |
2,34 |
8,94 |
0,6819 |
- |
|
5 |
101-113 |
2,39 |
11,33 |
0,7101 |
104 |
|
6 |
113-128 |
2,46 |
13,79 |
0,7227 |
112 |
|
7 |
128-139 |
2,53 |
16,32 |
0,7359 |
122 |
|
8 |
139-150 |
2,58 |
18,90 |
0,7471 |
132 |
|
9 |
150-156 |
2,51 |
21,41 |
0,7587 |
143 |
|
10 |
156-167 |
2,63 |
24,04 |
0,7715 |
155 |
|
11 |
167-179 |
2,67 |
26,71 |
0,7804 |
168 |
|
12 |
179-194 |
2,71 |
29,42 |
0,7896 |
174 |
|
13 |
194-212 |
2,96 |
32,38 |
0,8010 |
182 |
|
14 |
212-228 |
2,78 |
35,16 |
0,8122 |
190 |
|
15 |
228-248 |
2,74 |
37,90 |
0,8204 |
203 |
|
16 |
248-269 |
2,78 |
40,68 |
0,8291 |
217 |
|
17 |
269-285 |
2,81 |
43,49 |
0,8342 |
232 |
|
18 |
285-301 |
2,86 |
46,35 |
0,8409 |
244 |
|
19 |
301-321 |
2,92 |
49,27 |
0,8477 |
258 |
|
20 |
321-339 |
2,78 |
52,05 |
0,8535 |
273 |
|
21 |
339-358 |
2,85 |
54,90 |
0,8603 |
292 |
|
22 |
358-378 |
2,93 |
57,83 |
0,8679 |
309 |
|
23 |
378-399 |
2,96 |
60,79 |
0,8754 |
321 |
|
24 |
399-418 |
2,94 |
63,73 |
0,8817 |
335 |
|
25 |
418-435 |
3,07 |
66,80 |
0,8892 |
348 |
|
26 |
435-454 |
3,12 |
69,92 |
0,8977 |
362 |
|
27 |
454-480 |
3,16 |
73,08 |
0,9086 |
376 |
|
28 |
480-508 |
3,22 |
76,30 |
0,9175 |
389 |
|
29 |
508-532 |
3,24 |
79,54 |
0,9283 |
401 |
|
30 |
532-560 |
3,36 |
82,90 |
0,9409 |
414 |
|
31 |
остаток |
17,10 |
100,00 |
- |
- |
Таблица 2
Физико-химическая характеристика Гуронской нефти
Нефть |
20, мм2/с |
50, мм2/с |
Давление насыщенных паров при 38°С, кПа |
Содержание, % масс. |
|||||
серы |
смол силикагелевых |
асфальтенов |
воды |
||||||
Гуронская |
0,8406 |
7,56 |
3,74 |
42,8 |
1,22 |
9,74 |
1,78 |
0,46 |
2.2 Характеристика нефти по ГОСТ Р 51858-2002
Выбор технологической схемы первичной и последующей переработки нефти в большой степени зависит от её качества. Данные о Гуронской нефти взяты в справочной литературе [6]. Показатели качества нефти представлены в Таблицах 1 и 2.
Гуронская нефть, почтавляемая для экспорта, с массовой долей серы 1,22% (класс 2, сернистая); с плотностью при 20оС 840,6 кг/м3, с выходом фракции до тнмпературы 200оС 28,4 % об., до температуры 360оС 55,1% об., с массовой долей парафина 4,6 % масс. (тип 1э); с массовой долей воды 0,46%, с массовой концентрацией хлористых солей 57 мг/дм3, с давлением насыщенных паров 42,8 кПа (321,03 мм.рт.ст), (группа 1); с массовой долей сероводорода 13 ррм, легких меркаптанов 19 ррм (вид 1) обозначется «Нефть 2.1э.1.1 ГОСТ Р 51858-2002» [7]
Данная нефть соответствует «ГОСТ Р 51858-2002.Нефть. Общие технические условия.»
2.3 Физико-химические свойства сырья
Нефть и её фракции представляют собой сложную многокомпонентную смесь. Смесь углеводородов одного гомологического ряда, как правило, подчиняется законам идеальных растворов, но в присутствии углеводородов других классов её свойства в той или иной степени отклоняются от свойств идеальных растворов, подчиняющихся законам Рауля и Дальтона. Эти явления из-за их сложности недостаточно изучены, в связи с чем процессы перегонки и ректификации смесей рассчитывают, используя законы идеальных растворов. Для инженерных расчетов точность такого способа допустима.
Другое допущение, принимаемое в расчетах, связано с тем, что в нефти и её фракциях содержится чрезмерно большое число компонентов. При расчете процессов перегонки и ректификации наличие большого числа компонентов в смеси приводит к громоздким вычислениям. Поэтому в технологических расчетах состав и свойства нефти, её фракций представляются более упрощенно. Для этого исходную нефть по кривой ИТК разбивают на фракции, выкипающие в узком интервале температур. Каждую узкую фракцию рассматривают как условный компонент с температурой кипения, равной средней температуре кипения фракции. Чем на большее число узких фракций разбита нефть, тем точнее результаты вычислений, но расчет становится более громоздким и трудоёмким. По рекомендации А.А.Кондратьева, для получения удовлетворительных результатов нефть разбивают не менее чем на шесть узких фракций.
Разобьём нефть на 9 фракций (компонентов): 28-55оС, 55-82оС, 82-85оС 85-101оС, 101-140оС, 140-180оС, 180-240оС, 240-350оС и 350-К.К. Три первые фракции 28-55оС, 55-82оС и 82-85оС отбираем в качестве дистиллята и шесть остальных - в качестве остатка (полуотбензиненной нефти).
Пересчет массовой доли пропорционально фракциям рассчитываем по формуле:
Где tк, tн - конечная и начальная температура диапазона из которого выделена фракция;
tкi, tнi- конечная и начальная температура выделенной фракции;
?X - сумма массовых долей диапазона фракций.
Среднюю температуру кипения компонента tср определяем как среднее арифметическое между начальной и конечной температурой кипения фракции.
Молекулярную массу Мi каждого компонента (фракции) можно определить по данным Таблицы 1 или по формуле Воинова:
где tср - средняя температура кипения фракции, oC.
Относительную плотность компонента определяем через молекулярную массу по формуле Крэга:
Пересчет массовых долей в мольные ведём по формуле:
Результаты расчётов физико-химических свойств сырья отбензинивающей колонны приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Физико-химические свойства сырья
№ компонента |
Пределы выкипания фракции |
% масс. |
tср, oC |
Мi |
% мольн. |
||
1 |
28-55 |
2,17 |
41,5 |
74,172 |
6,14 |
0,6449 |
|
2 |
55-82 |
2,29 |
68,5 |
85,242 |
5,63 |
0,6778 |
|
3 |
82-85 |
0,37 |
83,5 |
92,022 |
0,84 |
0,6953 |
|
4 |
85-101 |
1,97 |
93,0 |
96,549 |
4,28 |
0,7061 |
|
5 |
101-140 |
7,57 |
120,5 |
110,670 |
14,35 |
0,7356 |
|
6 |
140-180 |
10,39 |
160,0 |
133,600 |
16,31 |
0,7736 |
|
7 |
180-240 |
9,73 |
210,0 |
167,100 |
12,21 |
0,8142 |
|
8 |
240-350 |
16,70 |
295,0 |
235,525 |
14,87 |
0,8670 |
|
9 |
350-К.К. |
48,81 |
455,0 |
403,525 |
25,37 |
0,9281 |
|
Итого |
- |
100 |
- |
- |
100 |
- |
2.4 Минимальное число теоретических тарелок
Проведём расчет методом температурной границы деления смеси.
Для этого определяем мольный отбор дистиллята Е' по отношению к сырью:
,
где D' и F' - мольный расход дистиллята и сырья в колонне, кмоль/ч.
В нашем случае Е' принимаем равным сумме мольных долей первых трёх фракций, которые должны пойти в дистиллят:
Е' = 6,14+5,63+0,84=12,61%мольн.=0,1261кмоль/ч
Определяем самую тяжелую фракцию, которая должна пойти в дистиллят - это третья фракция 82-85оС. Задаемся степенью извлечения этой фракции в дистиллят цD3 = 0,85. Это означает, что 85% этой фракции от потенциального её содержания в нефти пойдёт в дистиллят. В общем случае, чем выше степень извлечения фракции, тем больше требуется теоретических тарелок в колонне.
Степень извлечения этой фракции в остаток цW3:
цW3 =1 - цD3 = 0,15
Содержание данной фракции в дистилляте и в остатке рассчитываем по формулам:
= 0,85·0,84/0,1261= 0,056622
=0,15·0,84/(1-0,1261)= 0,001442
Рассчитываем коэффициент распределения шiэтой фракции:
Принимаем среднее давление в колонне Pср=4,5 ат = 0,45 МПа.
Определяем температурную границу деления смеси. Температурная граница - это значение температуры ТЕ, находящееся между значениями температур кипения при рабочих условиях двух фракций, лежащих по разные стороны воображаемой линии деления нефти. Эти фракции называются ключевыми. В первом приближении значение ТЕ можно найти как среднее арифметическое между температурами кипения этих ключевых фракций.
В нашем случае ключевыми фракциями являются третья и четвёртая фракции: 82-85оС и 85-101оС. При среднем давлении в колонне Рср находим температуры кипения этих фракций - Т3 и Т4. Для расчётов используем уравнение Ашворта.
Определяем функцию f(То) всех фракций по формуле:
,
где То - средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении (Таблица 3), К
Например, для первой фракции 28-55оС:
7,487588
Результаты расчетов для всех фракций приведены в Таблице 4.
Таблица 4
Значения параметра f(То) фракций
Параметр |
Значение параметра |
|
f(T0)1 |
7,487588 |
|
f(T0)2 |
6,514580 |
|
f(T0)3 |
6,051664 |
|
f(T0)4 |
5,782779 |
|
f(T0)5 |
5,095140 |
|
f(T0)6 |
4,296857 |
|
f(T0)7 |
3,519170 |
|
f(T0)8 |
2,585571 |
|
f(T0)9 |
1,545104 |
Вычисляем параметр f(Т) для ключевых фракций по формуле:
,
где Рср - среднее давление в колонне, ат
= 4,576656
=4,373308
Температура кипения фракции при данном давлении:
, К
Получаем Т3 = 418,04 К, Т4 = 428,78 К.
Истинная величина ТЕ находится между Т3 и Т4 и определяется методом подбора такого её значения, которое удовлетворяет следующим условиям:
Расчет выполняется с помощью программы MicrosoftExcel.
425,608 К
f(TE)= 4,431962
Рассчитываем при температуре TE коэффициенты относительной летучести iвсех фракций:
;
где Рi - давление насыщенных паров фракции определяем по уравнению Ашворта при температуре TE, ат:
;
Например, для первой фракции:
1==2,757239
Результаты расчетов представлены в Таблице 5.
Таблица 5
Коэффициенты относительной летучести фракций при температуре ТЕ
Обозначение параметра |
Значение параметра |
|
1 |
2,75724 |
|
2 |
1,59788 |
|
3 |
1,15899 |
|
4 |
0,93933 |
|
5 |
0,49615 |
|
6 |
0,18303 |
|
7 |
0,04484 |
|
8 |
0,00271 |
|
9 |
0,00000219 |
Определяем минимальное число теоретических тарелок в колонне:
= lg(39,2663)/lg(1,15899)=24,87629
2.5 Состав дистиллята и остатка
Находим коэффициенты распределения всех фракций i :
Например, для первой фракции:
=90650291160
Рассчитываем составы дистиллята и остатка по формулам:
Например, для первой фракции:
При верном подборе ТЕ выполняются условия:
Результаты расчета составов дистиллята и остатка представлены в Таблица 6.
Таблица 6
Состав дистиллята и остатка
№ |
Пределы выкипания фракции |
Рi, ат |
i |
i |
|||
1 |
28-55 |
12,4076 |
2,75724 |
90650291160 |
0,48692 |
0 |
|
2 |
55-82 |
7,19047 |
1,59788 |
115730 |
0,44644 |
3,9.10-6 |
|
3 |
82-85 |
5,21543 |
1,15899 |
39,2663 |
0,05662 |
0,00144 |
|
4 |
85-101 |
4,22697 |
0,93933 |
0,21076 |
0,01002 |
0,04753 |
|
5 |
101-140 |
2,23268 |
0,49615 |
0 |
0 |
0,16421 |
|
6 |
140-180 |
0,82363 |
0,18303 |
0 |
0 |
0,18663 |
|
7 |
180-240 |
0,20178 |
0,04484 |
0 |
0 |
0,13972 |
|
8 |
240-350 |
0,01219 |
0,00271 |
0 |
0 |
0,17016 |
|
9 |
350-к.к. |
9,8.10-6 |
2,19.10-6 |
0 |
0 |
0,29031 |
|
- |
- |
- |
- |
1,00000 |
1,00000 |
2.6 Материальный баланс колонны
Пересчет мольных долей в массовые ведем по формуле:
Составляем материальный баланс для определения количеств и состава веществ, участвующих в процессах ректификации.
Материальный баланс колонны выражается формулой:
где GF--производительность установки по исходной смеси, GД -производительность установки по дистилляту, GW-- производительность установки по кубовому остатку.
Материальный баланс :
где хF, xД, хW-- массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте, кубовом остатке соответственно.
Преобразуем выражение:
684931,50685·2,17=(684931,50685-GW)44,94871+ GW ·0
1486301,36986=30786787,67126 - GW ·44,94871
85,68=263,16- GW ·85,5,
GW =651864,8983 кг/ч
Определим расход дистиллята, кг/ч.
GД=GF -GW
GД =684931,50685-651864,8983=33066,60855 кг/ч.
Перевод массого расхода в мольный:
Gi(кг/ч)=Мi·Ni(кмоль/ч)
Массовая доля равна:
Мольная доля равна:
Расчет материального баланса отбензинивающей колонны представлен в Таблице 7.
Таблица 7
Материальный баланс колонны
ФРАКЦИЯ |
СЫРЬЁ |
|||||
%мольн. |
кмоль/ч |
%масс. |
кг/ч |
тыст/г |
||
28-55 |
6,14 |
200,3858 |
2,17 |
14863,01370 |
130,2 |
|
55-82 |
5,63 |
184,0047 |
2,29 |
15684,93151 |
137,4 |
|
82-85 |
0,84 |
27,53957 |
0,37 |
2534,246575 |
22,2 |
|
85-101 |
4,28 |
139,7544 |
1,97 |
13493,15068 |
118,2 |
|
101-140 |
14,35 |
468,5038 |
7,57 |
51849,31507 |
454,2 |
|
140-180 |
16,31 |
532,6675 |
10,39 |
71164,38356 |
623,4 |
|
180-240 |
12,21 |
398,8261 |
9,73 |
66643,83562 |
583,8 |
|
240-350 |
14,87 |
485,6536 |
16,70 |
114383,56160 |
1002 |
|
350-К.К. |
25,37 |
828,4866 |
48,81 |
334315,06850 |
2928,6 |
|
Итого |
100 |
3265,8221 |
100 |
684931,50685 |
6000 |
ФРАКЦИЯ |
ДИСТИЛЛЯТ |
|||||
%мольн. |
кмоль/ч |
%масс. |
кг/ч |
тыст/г |
||
28-55 |
48,692 |
200,3858 |
44,94871 |
14863,01398 |
130,20000 |
|
55-82 |
44,644 |
183,7267 |
47,36269 |
15661,23530 |
137,19242 |
|
82-85 |
5,662 |
23,30125 |
6,48457 |
2144,22738 |
18,78343 |
|
85-101 |
1,002 |
4,123605 |
1,204024 |
398,12990 |
3,48762 |
|
101-140 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
140-180 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
180-240 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
240-350 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
350-К.К. |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Итого |
100 |
298,78564 |
100 |
33066,60855 |
289,66347 |
ФРАКЦИЯ |
О С Т А Т О К |
|||||
%мольн. |
кмоль/ч |
%масс. |
кг/ч |
тыст/г |
||
28-55 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00000 |
|
55-82 |
0,00039 |
0,01116 |
0,000146 |
0,95172 |
0,00834 |
|
82-85 |
0,144 |
4,10980 |
0,058017 |
378,19246 |
3,31297 |
|
85-101 |
4,753 |
135,65284 |
2,009181 |
13097,14568 |
114,73100 |
|
101-140 |
16,421 |
468,66306 |
7,956701 |
51866,94088 |
454,35440 |
|
140-180 |
18,663 |
532,65071 |
10,9167 |
71162,13535 |
623,38031 |
|
180-240 |
13,972 |
398,76733 |
10,22206 |
66634,02102 |
583,71402 |
|
240-350 |
17,016 |
485,64454 |
17,5468 |
114381,42997 |
1001,98133 |
|
350-К.К. |
29,031 |
828,55845 |
51,29039 |
334344,04861 |
2928,85387 |
|
Итого |
100 |
2854,05790 |
100 |
651864,89830 |
5710,33653 |
Средняя молекулярная масса дистиллята:
=80,35
Относительная плотность дистиллята:
=0,6640
Средняя молекулярная масса остатка:
=228,40
Относительная плотность остатка:
=0,8627
2.7 Температурный режим колонны
2.7.1 Расчет температуры верха колонны
Температура верха Тверха колонны рассчитывается как температура конденсации насыщенных паров дистиллята на выходе из колонны.
Давление насыщенных паров находиться по формуле Ашворта:
Где Pi - давление насыщенных паров при Т, Па; То - средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении. [3]
Температура верха колоны близка к температуре кипения 1 фракции.
Расчёт ведётся путём подбора такой температуры, при которой уравнение изотермы паровой фазы превращается в тождество:
где ,
Pi - давление насыщенных паров при Тверха, по уравнению Ашворта,
Рверха - давление вверху колонны, примем равным 4 ат.
4ат. = 392266 Па
Расчет выполняется с помощью программы MicrosoftExcel.
Результаты расчета представлены в таблице 8.
Таблица 8
Расчет температуры верха колонны
Pi, Па |
ki |
||
601314,8 |
1,532926 |
0,317641 |
|
314923,3 |
0,802831 |
0,556082 |
|
215604,2 |
0,549638 |
0,103013 |
|
168448,1 |
0,429423 |
0,023334 |
|
80276,12 |
0,204647 |
0 |
|
26593,42 |
0,067794 |
0 |
|
7525,769 |
0,019185 |
0 |
|
3310,988 |
0,008441 |
0 |
|
Итого |
- |
1,00000 |
Искомая температура Тверха=385,04 К = 112,04ОС.
2.7.2 Расчет температуры низа колонны
Температура низа Тниза колонны рассчитывается как температура кипения остатка. Расчёт ведётся путём подбора такой температуры, при которой уравнение изотермы жидкой фазы превращается в тождество:
где ,
Pi - давление насыщенных паров при Тниза ,
Рниза - давление внизу колонны, примем равным 5 ат.
5ат. = 490332,5 Па
Расчет выполняется с помощью программы MicrosoftExcel.
Результаты расчета представлены в таблице 9.
Таблица 9
Расчёт температуры низа колонны
Pi, Па |
Кi |
||
4134187 |
8,431395 |
0 |
|
2876710 |
5,866855 |
2,29E-05 |
|
2323893 |
4,739423 |
0,006825 |
|
2021086 |
4,121868 |
0,195912 |
|
1322843 |
2,697849 |
0,443014 |
|
682855,1 |
1,392637 |
0,259908 |
|
269771,1 |
0,55018 |
0,076871 |
|
44370,86 |
0,090491 |
0,015398 |
|
3518,429 |
0,007176 |
0,002083 |
|
Итого |
- |
1,00000 |
Искомая температура Тниза=530,63 К =257,63ОС.
2.7.3 Расчёт доли отгона сырья на входе в колонну
Температура ввода сырья в отбензинивающую колонну составляет обычно 200-220оС. Примем
= 493 К = 220ОС
При такой температуре сырьё находится в парожидкостном состоянии, поэтому необходимо определить долю отгона сырья, состав паровой и жидкой фазы его.
Расчет доли отгона производим по методу А.М. Трегубова. Для этого путём последовательного приближения подбираем такое значение мольной доли отгона сырья e`, при котором выполняется тождество:
Где e` - мольная доля отгона;
сi - массовая доля отдельных фракций в нефти;
ci`, xi`, yi` - мольные доли отгона отдельных фракций в сырье, в жидкой и паровой фазах сырья;
Мi - молекулярный вес отдельных фракций;
Рвх- абсолютное давление в зоне питания, примем его равным среднему давлению в колонне 4,5 ат или 441,299 кПа;
Pi - давление насыщенных паров отдельных фракций при температуре ввода сырья, по уравнению Ашворта;
Т - температура при которой определяется давление паров, 493 К;
Тср- средняя температура кипения фракции, К.
Расчеты сведены в Таблицу 10.
Таблица 10
Расчёт доли отгона сырья на входе в колонну
Компо- ненты |
tcр |
Mi |
ci, |
|
Pi, кПа |
-1 |
+1 |
||||||
28-55 |
41,5 |
74,172 |
0,0217 |
0,292563 |
0,0614 |
2880,5 |
6,52732 |
5,5273 |
0,5917 |
1,5917 |
0,040762 |
0,266067 |
|
55-82 |
68,5 |
85,242 |
0,0229 |
0,268647 |
0,0563 |
1899,397 |
4,304104 |
3,3041 |
0,3896 |
1,3896 |
0,043219 |
0,186021 |
|
82-85 |
83,5 |
92,022 |
0,0037 |
0,040208 |
0,0084 |
1486,668 |
3,368845 |
2,3688 |
0,2912 |
1,2912 |
0,006902 |
0,023253 |
|
85-101 |
93,0 |
96,549 |
0,0197 |
0,204041 |
0,0428 |
1266,539 |
2,870025 |
1,8700 |
0,2014 |
1,2014 |
0,036541 |
0,104873 |
|
101-140 |
120,5 |
110,670 |
0,0757 |
0,684016 |
0,1435 |
778,7836 |
1,764753 |
0,7648 |
0,0804 |
1,0804 |
0,134106 |
0,236663 |
|
140-180 |
160,0 |
133,600 |
0,1039 |
0,777695 |
0,1631 |
365,0801 |
0,827285 |
-0,1727 |
-0,0212 |
0,9788 |
0,165722 |
0,137099 |
|
180-240 |
210,0 |
167,100 |
0,0973 |
0,582286 |
0,1221 |
126,6666 |
0,287031 |
-0,7130 |
-0,0808 |
0,9192 |
0,130631 |
0,037495 |
|
240-350 |
295,0 |
235,525 |
0,1670 |
0,709054 |
0,1487 |
17,61843 |
0,039924 |
-0,9601 |
-0,1081 |
0,8919 |
0,163038 |
0,006509 |
|
350-К.К. |
455,0 |
403,525 |
0,4881 |
1,20959 |
0,2537 |
3,22047 |
0,007298 |
-0,9927 |
-0,1117 |
0,8883 |
0,279077 |
0,002037 |
|
Итого |
- |
- |
1,0000 |
4,7681 |
1,0000 |
- |
- |
- |
- |
- |
1,0000 |
1,0000 |
Искомая величина е`=0,0916.
Молекулярные веса компонентов Mi вычисляем по формуле Воинова. По данным таблицы 10 средний молекулярный вес нефти:
Молекулярный вес паровой фазы:
My==100,985
Массовая доля отгона:
2.8 Минимальное флегмовое число
Минимальное флегмовое число Rmin определяется по уравнениям Андервуда:
отбензинивающий колонна нефть тарелка
где бi - коэффициент относительной летучести по отношению к ключевому компоненту
где Pi - давление насыщенных паров при температуре вводасырья;
Pk - давление насыщенных паров ключевого компонента (ление 3 фракции = 1486,7кПа);
- корень уравнения Андервуда. Обычно его величина находится между значениями i ключевых компонентов. В общем случае при увеличении левая часть уравнения возрастает.
q - отношение количества тепла Q, которое надо сообщить сырью, чтобы перевести его в парообразное состояние, к скрытой теплоте испарения сырья Qисп:
или
где JC - энтальпия сырья при температуре ввода;
JП - энтальпия насыщенных паров сырья;
JЖ - энтальпия кипящей жидкости сырья.
При расчёте минимального флегмового числа возможны следующие варианты:
а) Если сырьё вводится при температуре кипения, то e`=0 и q=1.
б) Если сырьё вводится в виде холодной жидкости, не доведенной до температуры кипения, то q>1.
в) Если сырьё вводится в виде насыщенных паров, то e`=1 и q=0.
г) Если сырьё вводится в виде перегретых паров, то q<0.
д) Если сырьё вводится в виде парожидкостной смеси,
то 0<e`<1 и 1-q=e`....
Подобные документы
Понятие и технологическая схема процесса ректификации, назначение ректификационных колонн. Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси бензол-толуол с определением основных геометрических размеров колонного аппарата.
курсовая работа [250,6 K], добавлен 17.01.2011Технологический расчет отбензинивающей колонны мощностью 6 млн т в год по нефти. Коэффициенты относительной летучести фракций. Состав дистиллята и остатков. Материальный баланс колонны. Температурный режим колонны. Расчёт доли отгона сырья на входе.
курсовая работа [366,8 K], добавлен 16.02.2015Материальный баланс колонны ректификационной установки. Построение диаграммы фазового равновесия. Число теоретических тарелок колонны, расход пара и флегмы в колонне. Внутренние материальные потоки. Расчет площади поверхности кипятильника и дефлегматора.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 11.05.2015Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон-вода. Материальный баланс колонны. Скорость пара и диаметр колонны. Гидравлический расчет тарелок, определение их числа и высоты колонны. Тепловой расчет установки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.05.2011Технологические и конструкторские расчеты основных параметров ректификационной колонны: составление материального баланса, расчет давления в колонне; построение диаграммы фазового равновесия. Определение линейной скорости паров, тепловой баланс колонны.
курсовая работа [330,8 K], добавлен 06.03.2013Расчет ректификационной колонны с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси ацетон – бензол. Определение геометрических параметров колонны, гидравлического сопротивления и тепловых балансов. Расчет вспомогательного оборудования установки.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.06.2023Технологическая схема тарельчатой ситчатой ректификационной колонны. Свойства рабочих сред. Материальный баланс, определение рабочего флегмового числа. Расчет гидравлического сопротивления насадки. Тепловой расчет установки, холодильника дистиллята.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.09.2014Конструкции ректификационных колонн, предназначенных для разделения жидких смесей различной температуры кипения. Выбор конструкционных материалов и расчет на прочность узлов и деталей ректификационной колонны. Демонтаж, монтаж и ремонт оборудования.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 01.04.2011Классификация и типы нефти по различным признакам, выбор направления переработки и этапы данного технологического процесса. Очистка от примесей, способы регулирования температурного режима. Определение параметров используемой ректификационной колонны.
курсовая работа [566,9 K], добавлен 26.02.2015Изучение ректификации как процесса многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Определение параметров и разработка проекта ректификационной тарельчатой колонны с ситчатыми тарелками для разделения смеси бензол - уксусная кислота.
курсовая работа [235,2 K], добавлен 20.08.2011Расчет бражной колонны, зависимость геометрических размеров бражной колонны от количества продукта-дистиллята, и абсолютной температуры пара. Создание математической модели бражной колонны и выяснение влияния продукта-дистиллята и температуры пара.
дипломная работа [20,0 K], добавлен 21.07.2008Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси "вода - уксусная кислота". Технологическая схема и ее описание. Подбор конструкционного материала. Подробный расчет ректификационной колонны и холодильника дистиллята.
курсовая работа [738,6 K], добавлен 23.03.2015Гидравлический и тепловой расчет массообменного аппарата. Определение необходимой концентрации смеси, дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса ректификации. Расчет диаметра колонны, средней концентрации толуола в паре и жидкости.
курсовая работа [171,0 K], добавлен 27.06.2016Понятие процесса ректификации. Расчет материального баланса процесса. Определение минимального флегмового числа. Конструктивный расчёт ректификационной колонны. Определение геометрических характеристик трубопровода. Технологическая схема ректификации.
курсовая работа [272,4 K], добавлен 03.01.2010Схема ректификационной стабилизационной колонны. Материальный и тепловой баланс в расчете на 500000 т сырья. Определение давлений, температур и числа тарелок в ней. Расчет флегмового и парового чисел. Определение основных размеров колонны стабилизации.
курсовая работа [290,3 K], добавлен 08.06.2013Материальный баланс ректификационной колонны непрерывного действия для разделения ацетона и воды, рабочее флегмовое число. Коэффициенты диффузии в жидкости для верхней и нижней частей колонны. Анализ коэффициента массопередачи и расчет высоты колонны.
курсовая работа [107,7 K], добавлен 20.07.2015Сравнительная характеристика аппаратов. Расчет ректификационной колонны для разделения смеси трихлорэтан-дихлорэтан. Технологическая обвязка аппарата по ГОСТу. Техника безопасности при обслуживании оборудования. Физико-технические свойства веществ.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 05.06.2010Групповой состав и физико-химические свойства масляных погонов, деасфальтизата и базовых масел на их основе. Материальный баланс установки селективной очистки, технологическая схема установки. Расчет системы регенерации растворителя, отпарной колонны.
курсовая работа [236,6 K], добавлен 06.11.2013Технологическая схема ректификационной установки для разделения смеси вода – уксусная кислота. Физико-химические характеристики продукта. Определение скорости пара и диаметра колонны. Технологический расчет аппарата. Физические свойства уксусной кислоты.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 17.02.2015Основы процесса ректификации. Физико-химические свойства нефти и составляющих ее фракций. Выбор варианта переработки нефти. Расчет материального баланса и температурного режима установки. Определение теплового баланса вакуумной колонны и теплообменника.
курсовая работа [127,6 K], добавлен 09.03.2012