1. 1. Сущность процесса перегонки 8 5 страница

Количество флегмы, стекающей с 25-й тарелки на 24-ю, кг/ч:

Флегмовое число на данной тарелке:

Количество нефтяных и водяных паров, поднимающихся с 24-ой тарелки, кг/ч:

Объем паров над 24-й тарелкой, м³/с:

где Т₂₄ – температура на 24-й тарелке, К;

Р₂₅ – давление под 25-й тарелкой, кПа;

М_R3 – молекулярный вес дизтоплива;

М_g25 – молекулярный вес флегмы с 25-й тарелки (табл.6).

Плотность паровой фазы над 24-й тарелкой:

Относительная плотность жидкой фазы на 25-й тарелке при рабочих условиях:

где t – температура на 25-й тарелке (табл.6),

- относительная плотность на 25-й тарелке (табл.6).

Абсолютная плотность жидкой фазы:

кг/м³

Нагрузка 25-й тарелки по жидкости:

2.7.3. Нижнее сечение колонны

Количество тепла, снимаемое первым циркуляционным орошением, кДж/ч:

Q_Ц1 = Q_ор – Q_хол – Q_Ц2

где Q_ор – количество тепла, которое необходимо снять всеми орошениями (из теплового баланса колонны К-2), кДж/ч.

Количество первого циркуляционного орошения, кг/ч:

где - энтальпия жидкой фазы, стекающей с 15-й тарелки, кДж/кг;

- энтальпия первого циркуляционного орошения, подаваемого при принятой температуре t_Ц1 = 100⁰С на 16-ю тарелку, кДж/кг.

Количество флегмы, стекающей с 15-й тарелки на 14-ю, кг/ч:

Флегмовое число на данной тарелке:

Ф₁₅ =

Количество нефтяных и водяных паров, поднимающихся с 14-ой тарелки, кг/ч:

G₁₄ = D₂ + R₃ + R₂ + g₁₅ + z₁

Объем паров над 14-й тарелкой, м³/с:

где Т₁₄ – температура на 14-й тарелке, К;

Р₁₅ – давление под 15-й тарелкой, кПа;

М_R3 – молекулярный вес дизтоплива;

М_R2 – молекулярный вес керосина;

М_g15 – молекулярный вес флегмы с 15-й тарелки (таблица 4.1).

Плотность паровой фазы над 14-й тарелкой, кг/м³

Относительная плотность жидкой фазы на 15-й тарелке при рабочих условиях:

где t – температура на 15-й тарелке (таблица 4.1),

- относительная плотность на 15-й тарелке (таблица 4.1).

Абсолютная плотность жидкой фазы, кг/м³:

Нагрузка 15-й тарелки по жидкости, м³/ч:

Результаты расчётов по всем сечениям колонны сводим в таблицу.

Таблица 2.7.1

Внутренние материальные потоки

Сечение под тарелкой	Флегмовое число	Объёмный расход паров V, м^3/с	Плотность паров rП, кг/м^3	Абсолютная плотность жидкости rЖ, кг/ м^3	Нагрузка тарелки по жидкости LЖ, м^3/ч
	2,84	2,26	3,01	652,31	31,87
	1,72	4,28	4,115	627,10	61,39
	1,72	6,00	5,44	624,88	116,82

2.8. ДИАМЕТР КОЛОННЫ

Диаметр колонны рассчитывается по наиболее нагруженному сечению по парам V, м³/с (таблица 7.1). В нашем случае это сечение под 15-й тарелкой.

Расстояние между тарелками принимается в зависимости от диаметра колонны (см. табл. 8.1). На практике указанные рекомендации не всегда выполняются. Для большинства колонн расстояния между тарелками принимаются таким образом, чтобы облегчить чистку, ремонт и инспекцию тарелок: в колоннах диаметром до 2 м – не менее 450 мм, в колоннах большего диаметра – не менее 600 мм, в местах установки люков – не менее 600 мм. Кроме этого, в колоннах с большим числом тарелок для снижения высоты колонны, её металлоёмкости и стоимости расстояние между тарелками уменьшают.

Принимаем предварительно расстояние между тарелками, затем проверяется соответствие этой величины и рассчитанным диаметром.

Таблица 8.1

Зависимость диаметра колонны и расстояния между тарелками

Диаметр колонны, м	Расстояние между тарелками, мм
до 1,0	200-300
1,0-1,6	300-450
1,8-2,0	450-500
2,2-2,6	500-600
2,8-5,0
5,5-6,4
более 6,4	800-900

Диаметр колонны (в м) рассчитывается из уравнения расхода:

где V_П – объёмный расход паров в наиболее нагруженном сечении, м³/с;

W_max – максимальная допустимая скорость паров, м/с

где С_max – коэффициент, зависящей от типа тарелки, расстояния между тарелками, нагрузки по жидкости;

r_Ж и r_П – плотность жидкой и паровой фазы в данном сечении колонны, кг/м³ (таблица 2.7.1).

С_max = K₁ ^. K₂ ^. C₁ – К₃(l – 35)

Коэффициент К₁ определяется в зависимости от конструкции тарелок:

Колпачковая тарелка...................................................................... 1,0

Тарелка из S-образных элементов................................................. 1,0

Клапанная тарелка.......................................................................... 1,15

Ситчатая и струйная тарелка......................................................... 1,2

Струйная тарелка с отбойниками.................................................. 1,4

Коэффициент К₂ зависит от типа колонны:

Атмосферные колонны................................................................... 1,0

Вакуумные колонны с промывным сепаратором в зоне питания 1,0

Вакуумные колонны без промывного сепаратора....................... 0,9

Вакуумные колонны для перегонки

пенящихся и высоковязких жидкостей......................................... 0,6

Абсорберы...................................................................................... 1,0

Десорберы...................................................................................... 1,13

Значение коэффициента С₁ определяется по графику в зависимости от принятого расстояния между тарелками (приложение 4).

Коэффициент К₃ = 5,0 для струйных тарелок, для остальных тарелок К₃ = 4,0.

Коэффициент l находится по уравнению:

,

где L_Ж – нагрузка тарелки по жидкости, м³/ч (табл.15);

n – число потоков жидкости на тарелке (принимается).

Примем к установке тарелки клапанные прямоточные, расстояние между тарелками примем 600мм, число потоков по жидкости на тарелке равным двум. Тогда К₁ = 1,15, С₁ = 1050, К₂ = 1,0, К₃ = 4,0.

Полученный диаметр далее округляют в большую сторону до ближайшего стандартного значения. Для стальных колонн рекомендованы значения диаметров, которые представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2

Стандартные значения диаметров колонн

Диаметр колонны, м
0,4	0,9	1,8	2,6	3,6	5,6	8,5
0,5	1,0	2,0	2,8	3,8	6,3	9,0
0,6	1,2	2,2	3,0	4,0	7,0	9,5
0,7	1,4	2,4	3,2	4,5	7,5	10,0
0,8	1,6	2,5	3,4	5,0	8,0	10,5

В нашем случае примем предварительно диаметр 2,8 м.

Проверяем скорость паров при принятом диаметре колонны, м/с:

Она должна находиться в пределах 0,6 - 1,15 м/с.

Расход жидкости на единицу длины слива, м³/(м ^. ч):

где W - относительная длина слива, принимается в пределах 0,65-0,75.

Полученное значение должно быть меньше максимально допустимого, которое составляет м³/(м·ч). Если нагрузка получилась больше, следует увеличить число потоков n.

Параметры W_П и L_v находятся в допустимых пределах. Следовательно, диаметр колонны 2,8 м принят верно.

2.9. УТОЧНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ВЫВОДА БОКОВЫХ ФРАКЦИЙ

2.9.1. Уточнение температуры вывода керосина.

Для уточнения температуры флегмы на 27-й тарелке, с которой отбирается керосин, составляется уравнение материального и теплового балансов по контуру на рис. 9.1 и определяется количество флегмы g₂₈, стекающей с 28-й тарелки на 27-ю.

Схема верхней секции колонны

Рис. 9.1

Уравнение материального баланса:

G₂₇ + g_хол = G₃₄ + g₂₈

где G₂₇ = D₂ + g₂₈ + z_1,2,3

G₃₄ = D₂ + g_хол + z_1,2,3

Уравнение теплового баланса:

Или:

Правая часть уравнения – это тепло, снимаемое холодным орошением Q_хол.

Тогда количество флегмы, стекающей с 28-й тарелки, кг/ч:

Для расчёта парциального давления нефтяных паров под 28-й тарелкой составляем таблицу 9.1.

Таблица 9.1

Парциальное давление паров

Поток	Массовый расход, кг/ч	Молекулярный вес, Мi	Мольный расход, кмоль/ч	Мольная доля, yi	Парциальное давление потока, Рi, кПа
D2			67,06	0,1802	25,98
g28	18714,2		145,07	0,3897	56,19
z1,2,3	2881,8		160,10	0,4301	62,02
∑	28906,0	-	372,23	1,0000	-

Молекулярный вес флегмы, стекающей с 28-й тарелки, соответствует молекулярному весу жидкости на этой тарелке (таблица 4.1).

Мольный расход определяется по выражению:

Парциальное давление потоков:

P_i=P₂₈ · y_i

где Р₂₈ – абсолютное давление под 28-й тарелкой (таблица 4.1). Р₂₈=144,2 кПа.

Парциальное давление нефтяных паров под 28-й тарелкой:

= P_D2 + P_g28 = 25,98+56,19=82,17 кПа.

В предварительном расчете температуры вывода керосина с 27-ой тарелке (раздел 4) парциальное давление нефтяных паров было принято равным атмосферному 101,3 кПа и t₂₇ = 170 °С.

Фактическое значение парциального давления составляет 82,17 кПа. Если оно значительно отличается от атмосферного (101,3 кПа), необходимо скорректировать прямую ОИ керосина на рассчитанное парциальное давление.

Производим корректировку температуры вывода керосина с 27-й тарелки. Для этого строим новую прямую ОИ керосина по методу Пирумова при давлении 82,17 кПа.

Затем определяем температуру начала ОИ – это будет новая температура вывода керосина в стриппинг с 27-й тарелки = 164°С.

Уточняем температуру вывода керосина из стриппинга, ^оС:

= 164 – 20 = 144°С

При этой температуре определяем энтальпию жидкого керосина и количество тепла, выводимое керосином из стриппинга:

кДж/ч = 1314,00 кВт

Определяем величину изменения этого тепла ∆Q_кер.

Если > Q_кер, то с керосином уходит больше тепла, чем ранее. Поэтому вторым циркуляционным орошением необходимо снимать уже меньше тепла, кДж/кг:

Если < Q_кер, то с керосином уходит меньше тепла, чем ранее. Поэтому вторым циркуляционным орошением необходимо снимать больше тепла, кДж/кг:

В нашем случае < Q_кер (1314,00 кВт < 1375,87 кВт).

кВт = 222732 кДж/кг.

Поэтому:

кДж/ч

Корректируем количество второго циркуляционного орошения, кг/ч:

2.9.2. Уточнение температуры вывода дизтоплива

Для уточнения температуры флегмы на 17-й тарелке, с которой отбирается дизтопливо, составляется уравнение материального и теплового балансов по контуру на рис. 9.2 и определяется количество флегмы g₁₈, стекающей с 18-й тарелки на 17-ю.

Схема верхних секций колонны

Рис. 9.2

Уравнение материального баланса:

G₁₇ + g_хол + z₃ = G₃₄ +R₃ + g₁₈

где

G₁₇ = D₂ +R₃ + g₁₈ + z_1,2

G₃₄ = D₂ + g_хол + z_1,2,3

Уравнение теплового баланса:

Или:

Так как Q_хол = , то количество флегмы, стекающей с 28-й тарелки, кг/ч:

Для расчёта парциального давления нефтяных паров под 18-й тарелкой составляем таблицу 9.2.

Таблица 9.2

Парциальное давление паров

Поток	Массовый расход, кг/ч	Молекулярный вес, Мi	Мольный расход, кмоль/ч	Мольная доля, yi	Парциальное давление потока, Рi, кПа
D2			67,07	0,1560	23,43
R3			98,11	0,2282	34,28
g18	23059,97		121,37	0,2823	42,40
z1,2	2581,6		143,42	0,3335	50,09
∑	-	-	429,97	1,0000	-

Молекулярный вес флегмы, стекающей с 18-й тарелки, соответствует молекулярному весу жидкости на этой тарелке (табл. 4.1).

Мольный расход определяется по выражению:

Парциальное давление потоков:

P_i=P₁₈ · y_i

где Р₁₈ – абсолютное давление под 18-й тарелкой (табл. 4.1). Р₁₈=150,2 кПа.

Парциальное давление нефтяных паров под 18-й тарелкой, кПа:

= P_D2 + P_R3 + P_g18 = 23,43 + 34,28 + 42,40 = 100,11 кПа

Сравнивается полученное значение с атмосферным 101,3 кПа. Если оно значительно отличается от него, необходимо скорректировать прямую ОИ дизтоплива на рассчитанное парциальное давление.

В нашем случае парциальное давление нефтяных паров под 18-й тарелкой незначительно отличается от атмосферного, поэтому корректировать ранее принятую температуру вывода дизтоплива с 17-й тарелке 271 °С не требуется. Не изменится и количество тепла, снимаемого первым циркуляционным орошением.

Если по расчётам происходила корректировка хотя бы одной температуры вывода боковой фракции, составляется новый, скорректированный тепловой баланс колонны К-2. В новом балансе должно выполнятся условие:

В нашем случае произошла корректировка температуры вывода керосина, поэтому составляем уточнённый тепловой баланс колонны.

Таблица 9.3

Уточнённый тепловой баланс колонны

Поток	Обозначение	Массовый расход G, кг/ч	t, ^0С	Энтальпия I, кДж/кг	Количество тепла Q, кВт
ПРИХОД:
Паровая фаза сырья	LП	56384,3		1118,79	17522,83
Жидкая фаза сырья	LЖ	58685,7		837,35	13650,13
Водяной пар	∑Z	2881,8		3273,23	2620,22
Итого	-	117951,8	-	-	33793,18
РАСХОД:
Бензин	D2			564,15	1145,54
Керосин	R3			315,15	1314,00
Дизтопливо	R2			593,87	3314,12
Мазут	R1			764,00	15420,07
Водяной пар	∑Z	2881,8		2698,78	2160,37
Итого	-	117951,8	-	-	23354,1

Q_прих – Q_расх = 33793,18 – 23354,1 = 10439,08 кВт

Условие выполняется.

2.10. РАСЧЕТ СТРИППИНГ-СЕКЦИЙ

Из совместного решения уравнений материального и теплового балансов находится нагрузка верхней тарелки каждой стриппинг-секции по паровой и жидкой фазе. Затем по максимальной паровой нагрузке определяется единый диаметр стриппинг-секций (колонны К-3).

2.10.1. Расчет стриппинг-секции керосина

Составим уравнение материального баланса потоков без учёта водяного пара (рис. 10.1):

g₂₇ = G₆ + R₃

Схема керосинового стриппинга

Рис. 10.1

где g₂₇ – количество флегмы, стекающей с 27-й тарелки в стриппинг, кг/ч;

G₆ – количество паров, уходящих с верхней, 6-й тарелки стриппинга под 27-ю тарелку атмосферной колонны, кг/ч.

Уравнение теплового баланса с учётом водяного пара:

Отсюда с учётом уравнения материального баланса находится количество нефтяных паров G₆, кг/ч:

где - энтальпия жидкости при уточнённой температуре ( = 190°С) и плотности на 27-й тарелке, кДж/кг;

- энтальпия нефтяных паров при температуре и плотности на верхней, 6-й тарелке стриппинга, кДж/кг.

Дата добавления: 2015-10-21