Смазочные материалы

–PAGE_BREAK–
Таблица 2  — Материальный баланс установки

Наименование продукта

% масс от сырья

G, кг/ч

G, т/сутки

G, т/год

Взято:

1.Сырье

100,0

50050,05

1201,20

400000

2.Раствор пероксида водорода

3,0

1501,50

36,04

12000

3.Пероксид водорода

1,0

500,50

12,01

4000

4.Вода

2,0

1001,00

24,02

8000

Итого:

103,0

53053,05

1273,27

424000

Получено:

1. Рафинат

72,6

37394,68

897,47

298858,25

2. Экстракт

27,9

14360,38

344,65

114768,16

3. Вода

2,5

1298,00

31,15

10373,59

Итого:

103,0

53053,05

1273,27

424000,00

     

 Расчет экстракционной колонны

Согласно литературным данным, вследствие малой растворимости селективных растворителей в рафинате, содержание их в рафинатном растворе обычно составляет 10 – 20 % (масс.).

Принимаем содержание N-метилпирролидона в рафинатном растворе 15 % (масс.).

Таблица 3 — Материальный баланс экстракционной колонны

Уравнение теплового баланса экстракционной колонны:   

Qприх= Qрасх,

где Qприх— общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Qрасх— общее количество уходящего тепла, кДж/ч.

Тепловые потоки компонентов найдем по формуле:

      , кДж/ч                                                                                                  (1)

где G— количество, кг/ч;   — энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

Энтальпии нефтепродуктов найдем по формуле Крэга:

, кДж/кг                                                          (2)

Относительную плотность определим по формуле:

                                                                                                                                                         (3)

Относительная плотность сырья по (3):

Энтальпия сырья (масляной фракции):

 

Относительная плотность рафината по (3):

Энтальпия рафината по (2):

 

Плотность экстракта найдем по правилу аддитивности:

 

где 72,2— процентное содержание рафината в сырье; 0,9012 и 0,8869 — плотности сырья  и рафината соответственно [4].

Тогда для экстракта

Относительная плотность экстракта:

Энтальпия экстракта по (2):

 

Энтальпии N-метилпирролидона [5]:

— жидкости при 100°С:  JЖ100= 190кДж/кг

— жидкости при 95°С:    JЖ95= 180кДж/кг

— жидкости при 85°С:    JЖ85= 165 кДж/кг

Тепловой баланс экстракционной колонны сведен в таблице 4
Таблица 4 — Тепловой баланс экстракционной колонны

Из уравнения теплового баланса находим тепловую нагрузку холодильника Qх.

Тепловая нагрузка холодильника составляет:

Qх=23770000– 22170000= 1590000 кДж/ч

Определяем энтальпии циркулирующего экстрактного раствора при температурах на входе и на выходе из холодильника.

Энтальпии раствора определяются как сумма его составляющих:

           , кДж/кг                                                                      (4)

где а = 0,168 b= 0,832 – массовые доли компонентов экстрактного раствора (экстракта и растворителя соответственно).

Температура вывода экстрактного раствора из экстракционной колонны составляет 85°С.

Энтальпия раствора при 85°С по (4):

 

Принимаем температуру ввода охлажденного экстрактного раствора в экстракционную колонну: t= 55°С.

Энтальпия экстракта при 55°С по  (2):

 

Энтальпия N-метилпирролидона при 55°С: J55= 106,8 кДж/кг

Энтальпия раствора при 55°С по  (4):

Определим количество циркулирующего экстрактного раствора.

                                                           (5)

Количество циркулирующего экстрактного раствора на загрузку экстракционной колонны составляет:
                                                                           (6)

Количество циркулирующего экстрактного раствора не превышает 30% от суммарного количества легкой и тяжелой фаз, следовательно, условие выполняется.

Определим конструктивные размеры экстракционной колонны.

Диаметр экстракционной колонны найдем по формуле:

                                                                                                                      (7)

где F— площадь рассчитываемого сечения аппарата, м2.

                                                                                                                         (8)

где Vсм— объем смеси, м3/ч; ω — скорость движения потоков, м3/(м2∙ч).

Принимаем скорость движения потоков ω = 20 м3/(м2∙ч).

Объем смеси найдем по формуле:

Vсм = Vр.р + Vэ.р, м3/ч                                                                                                      (9)

где Vр.р— объем рафинатного раствора, м3/ч; Vэ.р— объем экстрактного раствора, м3/ч.

Объемы растворов при соответствующих температурах найдем по формулам:

                                                                                                                   

где Gэ.р, ρэ.р — количество и плотность экстрактного раствора при температуре 85°С; Gр.р, ρр.р — количество и плотность рафинатного раствора при температуре 95°С.

Плотность веществ, при соответствующих температурах находим по формуле:

                                                          (12)

Результаты расчетов сведены в таблице 1.7.3.3.

Площадь поперечного сечения составит:

Тогда диаметр экстракционной колонны:

Выбираем значение диаметра по стандартному ряду:

DК = 3,0 м.

Рабочая высота экстракционной колонны:

Нр=h1+h2+ h3+h4+h5, м  (1.16)

где h1— высота верхнего днища до первой тарелки, м;

      h2— высота отстойной зоны рафинатного раствора, м;

      h3— высота экстракционной зоны, м.

      h4— высота отстойной зоны экстрактного раствора, м.

      h5— высота опорной части колонны, м.

Расчет ректификационной колонны

Расчет испарительной секции колонны

Материальный баланс испарительной секции ректификационной колонны К-3 представлен в таблице 5 

Таблица 5 — Материальный баланс испарительной секции

Давление в колонне поддерживается на уровне 0,13 — 0,16 МПа [11]

Принимаем давление P= 0,15 МПа.

Тверха = 210 0С;       

Тввода раф р-ра = 295 0С;  

Тниза = 260 0С

Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя и более четкого отделения N-метилпирролидона от рафината испарительная секция оборудована клапанными тарелками  – 6-7 штук [11]. Принимаем 7 тарелок.

Составляем тепловой баланс колонны с целью определения количества растворителя, поступающего на орошение.

1. Определяем тепловую нагрузку прихода:

                                                                                       (13)

                                                                                                  (14)

Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:

кДж/кг

кДж/ч

кДж/ч

Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

Тогда:  кДж/ч.

    2. Определяем тепловую нагрузку расхода:

                                                                                                   (15)                                                                                          

В паровой фазе :

кДж/ч                                                     (16)

энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

В жидкой фазе:

                                                                                                         (17)

                                                                                                             (18)

кДж/кг

кДж/ч

кДж/ч

кДж/ч

Тогда: кДж/ч

3.     Найдем тепло орошения по формуле:

 кДж/ч                                    (19)             

4.     Количество орошения:

  кг/ч                                                              (20)                          

Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 5.

Определим основные размеры испарительной секции колонны.

5.     Определение диаметра испарительной секции.

Рассчитаем количество паров, проходящих через наиболее нагруженное сечении колонны ( сечение над верхней тарелкой) [8]:
Таблица 6 — Тепловой баланс испарительной секции

Наименование потоков

G, кг/ч

Т, 0С

q, кДж/кг

Q,  кДж/ч·106

Приход:

Рафинатный раствор

43940,0

295

а) рафинат

37367,2

295

680,2

25,42

б) N-МП

6572,9

295

747,6

4,91

Итого:

43940,0

30,33

Расход:

1. Жидкая фаза

37806,6

260

22,30

а) рафинат

37367,2

260

589,2

22,02

б) N-МП

439,4

260

635,0

0,28

2.Паровая фаза

6133,5

210

N-МП

6133,5

210

993,0

6,09

Итого:

43940,0

28,39

Острое орошение

N-МП

4419,8

180

440,0

1,94

, где                                                              (21)                                                      

t– температура, 0С;

Р – давление, МПа;

G– расход компонента, кг/ч;

M– молекулярная масса компонента.

Молекулярную массу рафинатного раствора находим по правилу аддитивности:

                        (22)
Тогда:  

м3/с.
Определим допустимую линейную скорость паров [8]:

,                                                                                           (23)                                                                             

К – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации;

 и   — абсолютная плотность паров и жидкости соответственно.

Коэффициент К определяется в зависимости от расстояния между тарелками, типа тарелки и некоторых условий работы колонны. Согласно литературным данным [8], чаще всего расстояние между тарелками лежит в пределах 0,5 – 0,7 м.

Принимаем а = 0,6 м.

Коэффициент К определяем по графику зависимости Кота [8]:

К = 800

Определим плотность жидкости [9]:

                                                (24)

— поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус [9].

Определим плотность паров:

кг/м3                                                  (25)

Тогда по (1.28): м/с.

Диаметр испарительной секции колонны находим по формуле:

м.                                                                   (26)                                                         

Из стандартного ряда принимаем диаметр D= 3,2 м.

6. Определим рабочую высоту испарительной секции колонны:

          , где                                                                                             (27)                                                                               

     h1– высота от верхнего днища до первой ректификационной тарелки;

     h2– высота эвапарационной зоны;

     h3– высота слоя жидкости внизу секции.

м.                                                                                         (28)

          м, где                                                                        (29)                                      

 n– число тарелок;

ht– расстояние между тарелками.

Высоту h3принимаем равной 2 м [8].

Тогда: Hисп= 1,6+3,6+2 = 7,2 м.

Расчет отпарной секции колонны

Таблица 7 — Материальный баланс отпарной секции

Тепловой баланс отпарной секции составляем с целью определения количества растворителя, подаваемого на орошение.

Температуру входа рафинатного раствора принимаем на 5-10 0С ниже температуры выхода рафинатного раствора из испарительной секции.

Принимаем Твхода = 255 0С

Определим температуру низа колонны по формуле:

     , где                                                                                        (30)                                                                            

r– скрытая теплота испарения растворителя, кДж/кг;

c– удельная теплоемкость рафината (около 63 кДж/кг·0С).

0C.

Параметры перегретого водяного пара: P= 1,0 МПа, ТВП = 180 0С, qВП=  2845 кДж/кг.

Определим парциальное давление паров растворителя с учетом водяного пара [6]:

     , где                                                                                        (31)                                                                         

Z– количество вводимого в колону водяного пара, (3-5 %масс от рафината), кг/ч;

P– общее давление над верхней тарелкой в колонне;

GNMП – количество отгоняемого растворителя;

МNMП – молекулярная масса растворителя;

18 – молекулярная масса воды.

МПа.

Этому давлению соответствует Тверха = 119 0С.

1. Определяем тепловую нагрузку прихода:

                                                                                              (32)                                                                          

а)                                                                                              (33)

                                                                                                  (34)

Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:

573,11 кДж/кг

Тогда тепловая нагрузка рафината по (1.39):

 кДж/ч

Тепловая нагрузка N-МП:

 кДж/ч

Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

б)кДж/ч                                                          (35)

Тогда:  кДж/ч.

2. Определяем тепловую нагрузку расхода:

                                                                                                         (36)              

а)кДж/ч                                                  (37)

Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

кДж/ч

Энтальпию водяного пара находим по диаграмме.

кДж/ч                                                     (38)

б)                                                                      (39)

 кДж/кг

 кДж/ч

Тогда:  кДж/ч

3.     Найдем тепло орошения:

кДж/ч                                      (40)

4.     Количество орошения:

кг/ч                                                                (41)

Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 8.
Таблица 8 -Тепловой баланс отпарной секции

Наименование потоков

G, кг/ч

Т, 0С

q, кДж/кг

Q,  кДж/ч·106

Приход:

1. Рафинатный раствор

37806,6

255

 

21,69

а) рафинат

37367,2

255

573,11

21,42

б) N-МП

439,4

255

620

0,27

2. Водяной пар

1134,2

180

2845

3,23

Итого:

38940,7

 

 

24,91

Расход:

1. Жидкая фаза

37367,2

254,9

 

 

   а) рафинат

37367,2

254,9

572,84

21,41

2. Паровая фаза

1573,6

105

 

3,42

   а) N-МП

439,4

105

938

0,41

   б) водяной пар

1134,2

105

2648

3,00

Итого:

38940,7

 

 

24,82

Острое орошение

280,1

80

 

0,09

Определение диаметра отпарной колонны:

Рассчитаем по (1.41) количество паров, проходящих в наиболее нагруженном сечении колонны [8]:

 м3/с                                          

Рассчитаем допустимую линейную скорость паров:

Определим плотность паров по (1.31):

 кг/м3

Определим по (1.46) плотность жидкости [9]:

 кг/м3 ,                                                                         

— поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус (из таблицы) [9].

Тогда по (1.29):

Тогда диаметр колонны по (1.47):

 м

Из стандартного ряда принимаем диаметр D= 1 м.

5.     Определение высоты отпарной колонны [8].

, где                                                                               

h1– высота до первой ректификационной тарелки;

h2– высота отпаривающей зоны;

h3– высота слоя жидкости внизу секции;

h4– высота низа колонны;

h5– высота постамента колонны.

h1= 1/2D=0,5·1,0 = 0,5 м.

h2= (n-1) ·ht= (10-1) ·0,6 = 5,4 м.

h3принимаем равной 1 м.

h4определяем, исходя из запаса остатка на 300 сек.

Объем рафината внизу колонны составляет:

                                                                                                                (42)                                                                                     

Gp  — расход рафината

— плотность рафината

          Gp = 41341,34 кг/ч = 11,48 кг/сек.

                  м3/кг.

Площадь поперечного сечения:

          м                                                                           (43)                                                                                                                                 

Тогда: h4 = Vp/F= 3,51/0,78 =4,5 м.

Высоту h5принимаем равной 2 м.

Тогда: Hотп= 0,5+5,4+1+4,5+2=13,4 м.

Таким образом общая высота рафинатной колонны составляет:

          м                                                                  (44)                                                                                     

    продолжение
–PAGE_BREAK–