Расчёт колонны стабилизации

Материальный баланс колонны стабилизации рассчитываем исходя из того что, массообмен на тарелках будет происходить не полностью.

Таблица 2.20

Материальный баланс колонны К-4.

Приход	% мас.	тыс.т/год	т/сутки	кг/ч
Водород	0,00	0,06	0,17
Сероводород	0,22	3,51	10,47
Метан	0,02	0,34	1,02
Этан	0,26	4,29	12,81
Пропан	0,55	8,91	26,59
Бутаны	0,29	4,75	14,19
изо-бутан	0,27	4,36	13,02
изо-пентан	0,27	4,38	13,08
Пентан	0,42	6,83	20,39
н-гексан	0,24	3,86	11,54
Бензин-отгон	2,40	38,94	116,24
Гидрогенизат	95,05	1541,55	4601,66
Итого	100,00	1621,79	4841,17
Расход
Газ	0,55	8,92	26,63
Рефлюкс	0,98	15,89	47,44
Бензин-отгон	3,25	52,71	157,34
Ст. гидрогенизат	95,22	1544,27	4609,76
Итого	100,00	1621,79	4841,17

Таблица 2.21

Состав и определение температуры на входе в колонну К-1 при давлении 0,17МПа.

№	Компоненты	Gi. Кг/ч	Мi	tcр		Хоi %мас.	К1 при 149ºС	К2 при 260ºС
	Водород		2,00	—	3,54	0,00	365,00	230,00
	Сероводород		34,00	—	12,83	0,01	45,00	60,00
	Метан		16,00	—	2,65	0,00	195,00	130,00
	Этан		30,00	—	17,79	0,02	55,00	70,00
	Пропан		44,00	—	25,18	0,03	16,00	32,00
	Бутаны		58,00	—	10,20	0,01	11,00	28,00
	изо-бутан		58,00	—	9,35	0,01	5,00	15,00
	изо-пентан		72,00	25,00	7,57	0,01	3,00	11,00
	Пентан		72,00	30,00	11,80	0,01	1,55	8,00
	н-гексан		86,00	60,00	5,59	0,01	1,25	6,00
	Бензин-отгон		197,00	123,50	24,59	0,02	0,56	3,50
	Гидрогенизат		222,00	246,00	863,67	0,87	0,30	2,50
	Итого		—	—	994,75	1,00	—	—

Таблица 2.22

Материальный и тепловой балансы колонны К-1

Статьи баланса	Кг/ч	Температура, ºC	Энтальпия, кДж/кг	Количество теплоты, 10^6 кДж/ч
Н	h
Приход:	—	—	—	—	—
Гидрогенизат
нестабильный		—	—	—	—
В том числе:	—	—	—	—	—
— газы		190,00	1100,00	—	5,65
— бензин-отгон		190,00	470,00	—	2,28
— дизельное топливо		190,00	—	330,00	63,27
Острое орошение		40,00	—	180,00	1,66
Итого		—	—	—	72,86
Расход:	—	—	—	—	—
Газы		138,00	890,00	—	4,57
Бензин-отгон + острое орошение		138,00	260,00	—	3,65
Стабильное гидроочищенное дизельное топливо		280,00	—	620,00	118,88
Итого		—	—	—	127,10

Рассчитаем количество тепла, которое необходимо ввести в низ колонны по формуле

ΔQ = Q_PACX. – Q_ПРИХ. = 127,10·10⁶ – 72,86·10⁶ = 54,24·10⁶ кДж/ч.

Расчет теплообменника «ГСС-ГПС»

Сырьевые теплообменники предназначены для нагрева газосырьевой смеси продуктами реакции, выходящими из реактора.

Исходные данные для расчета:

- Расход ГСС – 213500 кг/ч,

в том числе: сырье – 199005 кг/ч

ЦВСГ – 13499 кг/ч

СВСГ – 996 кг/ч

- Расход ГПС – 213500 кг/ч

в том числе: дизельное топливо – 192179 кг/ч

бензин-отгон – 5016 кг/ч

УВГ – 756 кг/ч

сероводород – 2050кг/ч

ЦВСГ – 13499 кг/ч

- Температура ГСС на входе в теплообменник - 50°С

- Температура ГПС на входе в теплообменник - 375°С

- Темпераутура ГПС на выходе из теплообменника - 180°С

Схема теплообмена

380°С 180°С

t_x °С

Температуру нагрева ГСС определяем из теплового баланса теплообменника:

Q_пр=Q_расх.

Рассчитываем с помощью ПВЭМ мольную долю отгона для ГПС при 6,8 МПа и 150°С. Принимаем, что сырье при 50°С находится полностью в жидкой фазе. Результаты расчета приведены в табл.5.21. Материальный баланс ГПС на выходе из теплообменника дан в табл.5.27. Принимаем, что при 375°С ГПС находится в паровой фазе.

Количество принятого и переданного в теплообменнике тепла найдем по формулам:

Энтальпия жидкого нефтепродукта вычисляем по формуле:

,

где -количество принятого тепла, кДж/кг;

- расход дизельного топлива при 375°С

=192179кг/ч

- энтальпия дизельного топлива при 375°С

=1133 кДж/кг

- расход дизельного топлива при 150°С

=3104 кг/ч

=448 кДж/кг

- расход дизельного топлива в жидкой фазе, кг/ч;

=189075 кг/ч

- энтальпия дизельного топлива в жидкой фазе, кДж/кг;

=318,3 кДж/кг;

- расход бензин-отгона в парах при 375°С

=5016 кг/ч

- энтальпия бензин-отгона в парах при 375°С

=1208 кДж/кг

- расход бензин-отгона в парах при 180°С;

- энтальпия бензин-отгона в парах при 180°С;

=537 кДж/кг;

- расход бензин-отгона в жидкой фазе при 180°С;

=115 кг/ч;

- энтальпия бензин-отгона в жидкой фазе, кДж/кг;

= 335,2 кДж/кг;

- расход сероводорода топлива при 375°С;

= 2050 кг/ч;

- энтальпия сероводорода при 375°С

= 406 кДж/кг

- энтальпия сероводорода топлива при 180°С;

= 152 кДж/кг;

- расход ЦВСГ топлива при 375°С;

= 13499 кг/ч;

- энтальпия ЦВСГ при 375°С

= 5062 кДж/кг

- энтальпия ЦВСГ при 150°С;

= 2024 кДж/кг;

- расход УВГ топлива при 375°С;

= 756 кг/ч;

- энтальпия УВГ при 375°С

= 2170 кДж/кг

- энтальпия УВГ при 180°С;

= 1042 кДж/кг;

- расход сырья при температуре t_x, кг/ч;

- энтальпия сырья при температуре t_x, кДж/кг;

- расход сырья в жидкой фазе при температуре t_x, кг/ч;

- энтальпия сырья в жидкой фазе при температуре t_x, кДж/ч;

- расход сырья в жидкой фазе при 50°С, кг/ч;

= 199005 кг/ч;

- энтальпия сырья в жидкой фазе при 50°С, кДж/кг;

= 96,8 кДж/кг;

- энтальпия ЦВСГ при температуре t_x

- энтальпия ЦВСГ при 50°С;

= 484,8 кДж/кг

- расход СВСГ, кг/ч;

= 996 кг/ч;

- энтальпия СВСГ при температуре t_x

- энтальпия СВСГ при 50°С;

= 273,6 кДж/кг

h - КПД теплообменника;

h=0,95

Таблица 2.23

Определение состава паровой и жидкой фаз газопродуктовой смеси на выходе из теплообменника ГСС-ГПС при 180°С и 6,8 МПа

Наименование	Расход, кг/ч	Мi, кмоль/кг	Ni, кмоль/ч	Xoi=Ni/ΣNi	Кi	Кi-1	Xi=X0i/1+е (Кi-1)	Yi=Ki-Xi
Водород		2,00	2301,46	0,64	17,00	16,00	0,05	0,89
Сероводород		34,00	60,29	0,02	1,70	0,70	0,01	0,02
Метан		16,00	96,78	0,03	12,00	11,00	0,00	0,04
Этан		30,00	70,86	0,02	2,80	1,80	0,01	0,02
Пропан		44,00	50,67	0,01	1,60	0,60	0,01	0,02
Бутаны		58,00	13,93	0,00	0,95	-0,05	0,00	0,00
изо-бутан		59,00	13,69	0,00	0,80	-0,20	0,00	0,00
изо-пентан		72,00	9,02	0,00	0,08	-0,92	0,01	0,00
Пентан		72,00	13,50	0,00	0,04	-0,96	0,01	0,00
н-гексан		86,00	5,95	0,00	0,03	-0,97	0,01	0,00
Бензин-отгон		106,77	46,98	0,01	0,01	-0,99	0,04	0,00
Гидрогенизат		209,15	918,86	0,26	0,01	-0,99	0,84	0,01
Итого			3601,98	1,00			1,00	1,00

мольная доля отгона равна 0,701

Таблица 2.24

Материальный баланс однократного испарения газопродуктовой смеси на выходе из теплообменника ГСС-ГПС при 180°С и 6,8 МПа

Компоненты	Мi, кг/ кмоль	Приход	Расход
Парожидкостная смесь	Паровая фаза	Жидкая фаза
Расход, кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля	Расход кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля	Расход кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля
Водород	2,00		0,02	2301,46	0,64		0,29	2245,14	0,89		0,00	56,31	0,05
Сероводород	34,00		0,01	60,29	0,02		0,10	48,20	0,02		0,00	12,09	0,01
Метан	16,00		0,01	96,78	0,03		0,09	93,46	0,04		0,00	3,32	0,00
Этан	30,00		0,01	70,86	0,02		0,12	61,49	0,02		0,00	9,36	0,01
Пропан	44,00		0,01	50,67	0,01		0,11	40,01	0,02		0,00	10,66	0,01
Бутаны	58,00		0,00	13,93	0,00		0,04	9,61	0,00		0,00	4,31	0,00
изо-бутан	59,00		0,00	13,69	0,00		0,03	8,93	0,00		0,00	4,76	0,00
изо-пентан	72,00		0,00	9,02	0,00		0,01	1,42	0,00		0,00	7,59	0,01
Пентан	72,00		0,00	13,50	0,00		0,01	1,16	0,00		0,00	12,34	0,01
н-гексан	86,00		0,00	5,95	0,00		0,00	0,35	0,00		0,00	5,59	0,01
Бензин-отгон	106,77		0,02	46,98	0,01		0,01	1,08	0,00		0,02	45,90	0,04
Гидрогенизат	209,15		0,90	918,86	0,26		0,20	14,84	0,01		0,96	904,02	0,84
Итого			1,00	3601,98	1,00		1,00	2525,20	1,00		1,00	1076,77	1,00

Температуру нагрева ГСС в теплообменнике найдем методом подбора с помощью уравнения:

где - количество тепла ГСС при температуре t_x, кДж/ч;

Для нахождения температуры t_x построим зависимость (рис. 5.5). Задаемся t_x=200°С и t_x=300°С и рассчитываем долю отгона ГСС при этих температурах и давлении 7,0 МПа с помощью ПВЭМ. Результаты расчетов даны в табл.5.18-5.21

Рассчитаем количество переданного тепла при 200°С по формуле:

где - расход сырья при температуре 200°С, кг/ч;

=13072 кг/ч;

- энтальпия сырья при температуре 200°С, кДж/кг;

=591,3 кДж/кг;

- расход сырья в жидкой фазе при температуре 200°С, кг/ч;

=185933 кг/ч;

- энтальпия сырья в жидкой фазе при температуре 200°С, кДж/ч;

=466,9 кДж/кг;

- расход сырья в жидкой фазе при 50°С, кг/ч;

= 199005 кг/ч;

- энтальпия сырья в жидкой фазе при 50°С, кДж/кг;

= 96,8 кДж/кг;

- энтальпия ЦВСГ при температуре 200°С, кДж/ч;

=1278,2 кДж/кг;

- энтальпия ЦВСГ при 50°С;

= 484,8 кДж/кг

- расход СВСГ, кг/ч;

= 996 кг/ч;

- энтальпия СВСГ при температуре 200°С, кДж/ч;

=1455,4 кДж/кг;

- энтальпия СВСГ при 50°С;

= 273,6 кДж/кг

Рассчитаем количество переданного тепла при 300°С по формуле:

где - расход сырья при температуре 300°С, кг/ч;

=60537 кг/ч;

- энтальпия сырья при температуре 200°С, кДж/кг;

=955,3 кДж/кг;

- расход сырья в жидкой фазе при температуре 300°С, кг/ч;

=138468 кг/ч;

- энтальпия сырья в жидкой фазе при температуре 300°С, кДж/ч;

=759 кДж/кг;

- расход сырья в жидкой фазе при 50°С, кг/ч;

= 199005 кг/ч;

- энтальпия сырья в жидкой фазе при 50°С, кДж/кг;

= 96,8 кДж/кг;

- энтальпия ЦВСГ при температуре 300°С, кДж/ч;

=1776,8 кДж/кг;

- энтальпия ЦВСГ при 50°С;

= 484,8 кДж/кг

- расход СВСГ, кг/ч;

= 996 кг/ч;

- энтальпия СВСГ при температуре 300°С, кДж/ч;

=2063 кДж/кг;

- энтальпия СВСГ при 50°С;

= 273,6 кДж/кг

Рис. 2.8

По рис. 5.10 t_x=265°С

Определяем поверхность теплообмена по формуле:

F= ,

где F – поверхность теплообмена, м²;

Q – тепловая нагрузка, кДж/ч;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м ×К;

Tср. – средняя логарифмическая разность температур.

Дальнейший расчёт поверхности теплообмена ведём по Qгпс.

Схема теплообмена

375°С 180°С

265°С °С

Dtmin = 110°C Dtmax = 130°C

определяем среднюю разность температур из уравнения

tср = ,

где tср – средняя разность температур, °С.

tср = = 120°С.

Определяем поверхность теплообмена по формуле

F = ,

где F – поверхность теплообмена, м2;

Q – тепловая нагрузка ГПС, Q = 133,5×10 кДж/ч;

К – коэффициент теплопередачи, К = 211 Вm/м²×К;

tср – средняя разность температур, tср = 112,5°С.

F = = 1 464 м .

По найденному значению общей площади поверхности теплообмена выбираем горизонтальный, цилиндрический кожухотрубчатый аппарат, одноходовой по трубному и межтрубному пространству.

Характеристика теплообменника:

Температура в корпусе - З80°С

Температура в трубках - 429°С

Поверхность теплообмена-по межтрубному пространству - 1 пучка 710 м²

Длина т/о в сборе 11120 мм

Таблица 2.25

Определение состава паровой и жидкой фаз газосырьевой смеси на входе в теплообменник ГСС-ГПС при 200°С и 6,8 МПа

Наименование	Расход, кг/ч	Мi, кмоль/кг	Ni, кмоль/ч	Xoi=Ni/ΣNi	Кi	Кi-1	Xi=X0i/1+е (Кi-1)	Yi=Ki-Xi
Водород		2,00	2730,91	0,69	11,50	10,50	0,08	0,91
Метан		16,00	78,68	0,02	8,50	7,50	0,00	0,03
Этан		30,00	66,77	0,02	3,30	2,30	0,01	0,02
Пропан		44,00	47,65	0,01	2,10	1,10	0,01	0,01
Бутаны		58,00	13,41	0,00	1,20	0,20	0,00	0,00
изо-бутан		59,00	13,18	0,00	1,49	0,49	0,00	0,00
изо-пентан		72,00	8,92	0,00	0,70	-0,30	0,00	0,00
Пентан		72,00	13,41	0,00	0,50	-0,50	0,01	0,00
н-гексан		86,00	5,95	0,00	0,40	-0,60	0,00	0,00
Сырье		209,15	951,49	0,24	0,02	-0,98	0,89	0,02
Итого			3930,37	1,00			1,00	1,00

мольная доля отгона равна 0,746

Таблица 2.26

Материальный баланс однократного испарения газосырьевой смеси на входе в теплообменника ГСС-ГПС при 200°С и 6,8 МПа

Компоненты	Мi, кг/ кмоль	Приход	Расход
Парожидкостная смесь	Паровая фаза	Жидкая фаза
Расход, кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля	Расход кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля	Расход кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля
Водород	2,00		0,03	2730,91	0,69		0,21	2652,18	0,91		0,00	78,73	0,08
Метан	16,00		0,01	78,68	0,02		0,05	75,64	0,03		0,00	3,04	0,00
Этан	30,00		0,01	66,77	0,02		0,07	60,51	0,02		0,00	6,26	0,01
Пропан	44,00		0,01	47,65	0,01		0,07	40,98	0,01		0,00	6,66	0,01
Бутаны	58,00		0,00	13,41	0,00		0,02	10,44	0,00		0,00	2,97	0,00
изо-бутан	59,00		0,00	13,18	0,00		0,02	10,72	0,00		0,00	2,46	0,00
изо-пентан	72,00		0,00	8,92	0,00		0,02	6,00	0,00		0,00	2,93	0,00
Пентан	72,00		0,00	13,41	0,00		0,02	7,97	0,00		0,00	5,44	0,01
н-гексан	86,00		0,00	5,95	0,00		0,01	3,21	0,00		0,00	2,74	0,00
Сырье	209,15		0,93	951,49	0,24		0,51	62,50	0,02		0,99	888,99	0,89
Итого			1,00	3930,37	1,00		1,00	2930,10	1,00		1,00	1000,27	1,00

Таблица 2.27

Определение состава паровой и жидкой фаз газосырьевой смеси на входе в теплообменник ГСС-ГПС при 300°С и 6,8 МПа

Наименование	Расход, кг/ч	Мi, кмоль/кг	Ni, кмоль/ч	Xoi=Ni/ΣNi	Кi	Кi-1	Xi=X0i/1+е (Кi-1)	Yi=Ki-Xi
Водород		2,00	2730,91	0,69	12,00	11,00	0,07	0,84
Метан		16,00	78,68	0,02	7,20	6,20	0,00	0,02
Этан		30,00	66,77	0,02	3,66	2,66	0,01	0,02
Пропан		44,00	47,65	0,01	2,60	1,60	0,01	0,01
Бутаны		58,00	13,41	0,00	2,10	1,10	0,00	0,00
изо-бутан		59,00	13,18	0,00	1,90	0,90	0,00	0,00
изо-пентан		72,00	8,92	0,00	1,30	0,30	0,00	0,00
Пентан		72,00	13,41	0,00	1,10	0,10	0,00	0,00
н-гексан		86,00	5,95	0,00	0,60	-0,40	0,00	0,00
сырье		209,15	951,49	0,24	0,10	-0,90	0,90	0,09
Итого			3930,37	1,00			1,00	1,00

мольная доля отгона равна 0,814

Таблица 2.28

Материальный баланс однократного испарения газосырьевой смеси на входе в теплообменник ГСС-ГПС при 300°С и 6,8 МПа

Компоненты	Мi, кг/ кмоль	Приход	Расход
Парожидкостная смесь	Паровая фаза	Жидкая фаза
Расход, кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля	Расход кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля	Расход кг/ч	Массовая доля	кмоль/ч	Мольная доля
Водород	2,00		0,03	2730,91	0,69		0,07	2679,83	0,84		0,00	51,08	0,07
Метан	16,00		0,01	78,68	0,02		0,02	76,26	0,02		0,00	2,42	0,00
Этан	30,00		0,01	66,77	0,02		0,03	62,85	0,02		0,00	3,93	0,01
Пропан	44,00		0,01	47,65	0,01		0,03	43,79	0,01		0,00	3,85	0,01
Бутаны	58,00		0,00	13,41	0,00		0,01	12,09	0,00		0,00	1,32	0,00
изо-бутан	59,00		0,00	13,18	0,00		0,01	11,76	0,00		0,00	1,42	0,00
изо-пентан	72,00		0,00	8,92	0,00		0,01	7,59	0,00		0,00	1,34	0,00
Пентан	72,00		0,00	13,41	0,00		0,01	11,10	0,00		0,00	2,31	0,00
н-гексан	86,00		0,00	5,95	0,00		0,01	4,31	0,00		0,00	1,64	0,00
Сырье	209,15		0,93	951,49	0,24		0,82	289,44	0,09		0,99	662,05	0,90
Итого			1,00	3930,37	1,00		1,00	3198,72	1,00		1,00	731,65	1,00

Дата добавления: 2015-07-14