Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов скачать бесплатно на Диплом IQ

–PAGE_BREAK–Материальный баланс по колонне

Приход

Расход

Наименование

Расход, кг/ч

Наименование

Расход, 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)

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)

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

продолжение
–PAGE_BREAK–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=295оС.

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).

Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения фракции и рассчитывается по формуле:

где Pатм — атмосферное давление, PНК и PВК –давление насыщенных паров индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по уравнению Антуана:

, [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

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.

Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 425 оС.

Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:

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 по формуле:

При температуре tD=363 оС

При температуре tW=408 оС

Средняя относительная летучесть:

Строим кривую равновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:

Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :, где . Зависимость критерия оптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.

продолжение
–PAGE_BREAK–Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы

По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:

Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

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:

Расчёт средних концентраций пара:

Средние температуры верха и низа:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата и куба.

Средние молекулярные массы пара:

Средние молекулярные массы жидкости:

Средние плотности пара:

Средние массовые доли:

Средние плотности жидкости:

Плотность НК компонента при температур tН=388 оС равна

Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна

Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна

Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна

Средние вязкости жидкости:

Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна

Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна

Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна

Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Для верха колонны:

продолжение
–PAGE_BREAK–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:

Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:

К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки

К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки
1. Диапазон колебания нагрузки.

Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.

2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:

Для верхней части:

3. Диаметр нижней части:

Верхней части:

4. Так как диаметры оказались одинаковыми принимаем колонну одного диаметра DК=2,4 м

Действительную скорость пара в нижней части находим:

В верхней части:

5. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:

Для верхней части:

Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:

Для верхней части:

Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:

Для верхней части:

7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:

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:

Принимаем следующее диаметр:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
9. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

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:

11. Высота сливного порога:

12. Градиент уровня жидкости на тарелке:

13. Динамическая глубина барботажа:

14. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6.). Коэффициент запаса сечения тарелок:

Так как К1

Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

15. Фактор аэрации:

16. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

18. Межтарельчатый унос жидкости:

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

19. Площадь поперечного сечения колонны:

Скорость жидкости в переливных устройствах:

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

            Действительные скорости жидкости меньше допустимых. Таким образом для нижней части 1-й секции принимаем данную тарелку.
            Расчёт верхней части секции:
            Для упрощения конструкции колонны в верхней части секции принимаем тарелки того же диаметра что и в нижней DК= 3,6 м

1.Действительную скорость пара в верхней части:

2. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

3. Фактор нагрузки для верхней части колонны:

Коэффициент поверхностного натяжения для верхней части секции:

Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

4. Проверяем условие допустимости скоростей пара:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
5. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
6. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

7. 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:

8. Высота сливного порога:

9. Градиент уровня жидкости на тарелке:

10. Динамическая глубина барботажа:

11. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:

Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.

Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

12. Фактор аэрации:

13. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

15. Межтарельчатый унос жидкости:

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

16. Площадь поперечного сечения колонны:

Скорость жидкости в переливных устройствах:

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

Действительные скорости жидкости меньше допустимых.

            Таким образом для верха и низа секции принимаем одинаковую тарелку.
            Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет следующие характеристики:
            Диаметр тарелки: D = 3600 мм;

Периметр слива: lw = 2,88 м;

Высота сливного порога: ; ;

Свободное сечение тарелки:

Сечение перелива:

Относительная площадь для прохода паров: ;

Межтарельчатое расстояние: ; ;

Количество колпачков: ; ;
Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

Высота парожидкостного слоя:

Фактор аэрации:

Гидравлическое сопротивление тарелки:

Межтарельчатый унос:

Скорость жидкости в переливе:

Скорость пара в колонне:

продолжение
–PAGE_BREAK–Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.

1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

2. Определяем общее числа единиц переноса:

Для верха колонны:

3. Локальная эффективность контакта:

Для верха колонны:

4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

Для верха колонны:

5. Действительное число тарелок:

Для верха колонны:

6. Рабочая высота секции для низа:

Для верха:

Общая рабочая высота:

7. Общая высота секции:

Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции.

Расчёт второй секции колонны производим только для верхней части.

Заменяем перегоняемую смесь углеводородов во 2-й секции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексадекан (С16Н34 ), а в качестве выкокипящего (ВК) —: н-гексакозан (С26Н54 ).

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 2-й секции (табл. 3).

Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 295 оС.

Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:

Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235 оС

Температура на входе равна: tF=308 оС

Определяем относительную летучесть по формуле:

При температуре tD=235 оС

При температуре tW=308 оС

Средняя относительная летучесть:

Строим кривую равновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,501 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:

продолжение
–PAGE_BREAK–Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы

По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:

Рис.3 Теоретические ступени

Число теоретических тарелок NТТ=3
Расчёт физико-химических свойств смеси. Расчёт средней концентрации жидкости:

Расчёт средней концентрации пара:

Расчёт средней температуры:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата.

Средняя молекулярная масса пара:

Средняя молекулярная масса жидкости:

Средняя плотность пара:

Средняя массовая доля:

Средняя плотность жидкости:

Плотность НК компонента при температур t =256 оС равна

Плотность ВК компонента при температур t=256 оС равна

Средняя вязкость жидкости:

Вязкость НК компонента при температур t =256 оС равна

Вязкость ВК компонента при температур t =256 оС равна

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции.

Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

1. Расчёт оценочной скорости:

2. Определяем диаметр:

3. Принимаем колонну диаметра DК=1,0 м

Действительную скорость пара в нижней части находим:

4. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

5. Фактор нагрузки:

Коэффициент поверхностного натяжения:

Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

6. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

7. Удельная нагрузка на перегородку:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

9. 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=0,01 м (табл. 6.8. [1]).

Высота парожидкостного слоя на тарелках:

10. Высота сливного порога:

11. Градиент уровня жидкости на тарелке:

12. Динамическая глубина барботажа:

13. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:

Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.

Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0023 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

14. Фактор аэрации:

15. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

18. Межтарельчатый унос жидкости:

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

19. Площадь поперечного сечения колонны:

Скорость жидкости в переливных устройствах:

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

Действительная скорость жидкости меньше допустимых. Таким образом для 2-й секции принимаем данную тарелку.

Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет следующие характеристики:

Диаметр тарелки: D = 1000 мм;

Периметр слива: lw = 0,683м;

Высота сливного порога: ;

Свободное сечение тарелки:

Сечение перелива:

Относительная площадь для прохода паров: ;

Межтарельчатое расстояние: ;

Количество колпачков: ;
Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

Высота парожидкостного слоя:

Фактор аэрации:

Гидравлическое сопротивление тарелки:

Межтарельчатый унос:

Скорость жидкости в переливном устройстве:

Скорость пара в колонне:

продолжение
–PAGE_BREAK–

Похожие работы