Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов
Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов
Министерство образования Российской Федерации
Ангарская Государственная Техническая академия
Кафедра Химической технологии топлива
Пояснительная записка к курсовому проекту.
Тема проекта: “Блок ВП(м), установка ГК-3”
Выполнил: ст-нт гр.ТТ-99-1
Семёнов И. А.
Проверил: проф.., к.т.н.
Щелкунов Б.И.
Ангарск 2003
Содержание:
Введение 3
1. Материальный баланс 4
2. Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок
для 1-й секции 5
3. Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях 9
4. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции 11
5. Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции 21
6. Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок
для 2-й секции 23
7. Расчёт физико-химических свойств смеси. 26
8. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции 27
9. Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32
10. Тепловой баланс колонны 33
11. Расчёт штуцеров колонны 35
12. Расчёт теплоизоляции 37
Список литературы 38
Введение
Ректификация является одним из важнейших технологических процессов
разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической,
нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях
промышленности. Это массообменный процесс, который осуществляется в
большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными
элементами. Ректификация – это наиболее полное разделение смесей жидкостей,
целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в
многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при
частичной конденсации паров. Процесс основан на том, что жидкости,
составляющие смесь, обладают различным давлением пара при одной и той же
температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и состав жидкости,
получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава
начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет содержаться больше,
чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости
концентрация труднолетучего компонента при этом должна увеличиться.
Технологический расчёт колонны
В колонну поступает 76000 кг/ч сырья (мазута).Продуктами перегонки
являются:
1. Фракция НК-350 оС (пары и газы разложения).
2. Фракция 350-500 оС (вакуумный погон).
3. Фракция 500-КК оС (гудрон).
Давление в колонне равно [pic]
Материальный баланс колонны
Материальный баланс колонны составляем на основе данных о выходах
(табл. 1) продуктов из сырья.
Таблица 1.
|Наименование продукта |Выход, % масс. |
|Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC) |34,3 |
|Гудрон (фр. свыше 500 oC) |62,7 |
|Газы разложения |3 |
|Итого: |100 |
Расчёт:
1. Расход вакуумного погона:
[pic]
2. Расход гудрона:
[pic]
3. Расход паров и газов разложения:
[pic]
Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу 2.
Таблица 2.
Материальный баланс по колонне
|Приход |Расход |
|Наименование |Расход, |Наименование |Расход, |
| |кг/ч | |кг/ч |
|Мазут |76000 |Пары разложения |2280 |
| | |Вакуумный погон |26068 |
| | |Гудрон |47652 |
|Итого: |76000 |Итого: |76000 |
Считаем материальный баланс по каждой секции:
Таблица 3.
Материальный баланс 1-й секции
|Приход |Расход |
|Наименование |% |кг/ч |Наименование |% |кг/ч |
|Мазут | | |(пар.фаза) | | |
|(пар.фаза) | | |Пары разложения |37,30 |2280 |
|Пары разложения |37,30 |2280 |Вакуумный погон | |26068 |
|Вакуумный погон | |26068 |(жидкая фаза) | | |
|Гудрон |62,70 |47652 |Гудрон |62,70 |47652 |
|Итого: |100 |76000 |Итого: |100 |76000 |
Таблица 4.
Материальный баланс 2-й секции
|Приход |Расход |
|Наименование |% |кг/ч |Наименование |% |кг/ч |
|(пар.фаза) | | |(пар.фаза) | | |
|Пары разложения |8,04 |2280 |Пары разложения |8,04 |2280 |
|Вакуумный погон |91,96 |26068 |(жидкая фаза) | | |
| | | |Вакуумный погон |91,96 |26068 |
|Итого: |100 |28348 |Итого: |100 |28348 |
Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й
секции.
Для выполнения расчёта заменяем имеющиеся фракции углеводородов на
простые алканы нормального строения:
1. Фракция НК-350 оС. Так как данная фракция состоит преимущественно
из паров диз. топлива, то за НК примем температуру равную 240 оC. Средняя
температура равна: (350+240)/2=295 оС.
Принимаем: н-гексадекан (С16Н34 ), tкип=287 оС, М=226 кг/кмоль.
2. Фракция 350-500 оС. tср=(350+500)/2 = 425 оС.
Принимаем: н-гексакозан (С26Н54 ), tкип=417 оС, М=366 кг/кмоль.
3. Фракция 500-КК оС
Принимаем: н-пентатриаконтан (С35Н72), tкип=511 оС, М=492 кг/кмоль.
Заменяем перегоняемую смесь углеводородов в 1-й секции на бинарную
смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексакозан
(С26Н54 ), а в качестве выкокипящего (ВК) - н-пентатриаконтан (С35Н72).
Производим расчёт мольных концентрация на входе и на выходах из
секции.
Мольную концентрацию на входе определяем на основе массовой
концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 1-й секции (табл.
3).
[pic]
Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения
фракции и рассчитывается по формуле:
[pic]
где Pатм- атмосферное давление, PНК и PВК –давление насыщенных паров
индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по
уравнению Антуана:
[pic], [Па.]
где A, В, С – параметры Антуана для каждого компонента. t- температура, оС.
Параметры уравнения для каждого компонента приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Параметры уравнения Антуана
|Наименование |Коэф-нты |
| |А |В |С |
|н-гексадекан |7,03044 |1831,317 |154,528 |
|н-гексакозан |7,62867 |2434,747 |96,1 |
|н-пентатриаконтан |5,778045 |1598,23 |40,5 |
Расчёт состава куба: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 500
оС.
[pic]
Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной
425 оС.
[pic]
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле
методом последовательного приближения:
[pic]
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=363 оС
Температура на выходе из куба равна: tW=408 оС
Температура на входе равна: tF=376 оС
Определяем относительную летучесть [pic] по формуле:
[pic]
При температуре tD=363 оС [pic]
При температуре tW=408 оС [pic]
Средняя относительная летучесть:[pic]
Строим кривую равновесия по формуле:
[pic]
[pic]
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:
[pic]
Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия
оптимальности :[pic], где [pic]. Зависимость критерия оптимальности от
коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
[pic]
Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы
По графику определяем что [pic]. Отсюда находимо рабочее флегмовое
число: [pic]
Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем
теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.
[pic]
Рис.3 Теоретические ступени
Число теоретических тарелок NТТ=6
Число теоретических тарелок в нижней части NН=4
Число теоретических тарелок в верхней части NВ=2
Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях.
Расчёт средних концентраций жидкости:
[pic]
[pic]
Расчёт средних концентраций пара:
[pic]
[pic]
Средние температуры верха и низа:
Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из
дистиллата и куба.
[pic]
[pic]
Средние молекулярные массы пара:
[pic]
[pic]
Средние молекулярные массы жидкости:
[pic]
[pic]
Средние плотности пара:
[pic]
[pic]
Средние массовые доли:
[pic]
[pic]
Средние плотности жидкости:
Плотность НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
[pic]
Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
[pic]
Средние вязкости жидкости:
Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
[pic][pic]
Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
[pic][pic]
Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic]
Для верха колонны:
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic]
Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции.
Определяем количество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем
допущение, что расход пара во всей колонне является величиной постоянной и
находится:
[pic]
Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
[pic]
[pic]
Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:
К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки
К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки
1. Диапазон колебания нагрузки.
[pic]
Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.
2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
3. Диаметр нижней части:
[pic]
Верхней части:
[pic]
4. Так как диаметры оказались одинаковыми принимаем колонну одного
диаметра DК=2,4 м
Действительную скорость пара в нижней части находим:
[pic]
В верхней части:
[pic]
5. По таблице 6 [1] периметр слива [pic]и относительное сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
[pic]
6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic], по табл. 6.7
[1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:
[pic]
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней
частей колонны:
[pic]
[pic]
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое
расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку
большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся. Расчёт для нижней и
верхней частей колонны ведём раздельно.
Расчёт нижней части секции:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
[pic]
Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
9. Фактор паровой нагрузки:
[pic]
Подпор жидкости над сливным порогом:
[pic]
10. Глубина барботажа hб=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези
колпачка h3=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,018 м
(табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
[pic]
11. Высота сливного порога:
[pic]
12. Градиент уровня жидкости на тарелке:
[pic]
13. Динамическая глубина барботажа:
[pic]
14. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
[pic]
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
[pic]
Относительное свободное сечение тарелок [pic](табл. 6.6.).
Страницы: 1, 2
|