Реферат: Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов

Министерство образованияРоссийской Федерации

Ангарская ГосударственнаяТехническая академия

Кафедра Химической технологиитоплива

Пояснительная записка к курсовому проекту.

Тема проекта: “Блок ВП(м), установка ГК-3”

Выполнил:ст-нтгр.ТТ-99-1

СемёновИ. А.

Проверил:проф..,к.т.н.

Щелкунов Б.И.

Ангарск 2003

Содержание:

Введение 3

Материальный баланс 4 Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й секции 5 Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях 9 Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции 11 Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции 21 Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции 23 Расчёт физико-химических свойств смеси. 26 Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции 27 Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32 Тепловой баланс колонны 33 Расчёт штуцеров колонны 35 Расчёт теплоизоляции 37

Списоклитературы 38

Введение

Ректификацияявляется одним из важнейших технологических процессов разделения и очисткижидкостей и сжиженных газов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отрасляхпромышленности. Это массообменный процесс, который осуществляется в большинствеслучаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами. Ректификация– это наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимыхдруг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров сжидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров. Процесс основанна том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением пара приодной и той же температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и составжидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться отсостава начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет содержатьсябольше, чем в перегоняемой жидкости.Очевидно, что в неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего компонентапри этом должна увеличиться.

Технологический расчёт колонны

В колонну поступает 76000 кг/ч сырья (мазута).Продуктамиперегонки являются:

Фракция НК-350 оС (пары и газы разложения). Фракция 350-500 оС (вакуумный погон). Фракция 500-КК оС (гудрон).

Давление в колонне равно <img src="/cache/referats/17410/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Материальный баланс колонны

Материальныйбаланс колонны составляем на основе данных о выходах (табл. 1) продуктов изсырья.

Таблица 1.

Наименование продукта

Выход, % масс.

Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC)

34,3

Гудрон (фр. свыше 500 oC)

62,7

Газы разложения

Итого:

100

Расчёт:

1. Расход вакуумного погона:

2. Расход гудрона:

3. Расход паров и газовразложения:

Всерезультаты расчёта по колонне заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

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 секцииПриход

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

Определение рабочего флегмовогочисла и числа теоретических тарелок для 1-й секции.

Длявыполнения расчёта заменяем имеющиеся фракции углеводородов на простые алканынормального строения:

1. Фракция НК-350 оС.Так как данная фракция состоит преимущественно из паров диз. топлива, то за НКпримем 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.

Заменяемперегоняемую смесь углеводородов в 1-й секции на бинарную смесь. В качественизкокипящеко (НК) компонента принимаемн-гексакозан (С26Н54 ), а в качестве выкокипящего (ВК) — н-пентатриаконтан (С35Н72).

Производим расчёт мольныхконцентрация на входе и на выходах из секции.

Мольнуюконцентрацию на входе определяем на основе массовой концентрации, которуюрассчитали в материальном балансе 1-й секции (табл. 3).

Состав кубадистиллята определяется на основе ср. температур кипения фракции и рассчитываетсяпо формуле:

где Pатм — атмосферное давление, PНК и PВК –давление насыщенныхпаров индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются поуравнению Антуана:

<img src="/cache/referats/17410/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">, [Па.]

где A,В, С – параметры Антуана для каждого компонента. t — температура, оС.

Параметры уравнения для каждого компонента приведены втаблице 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 рассчитываютсяпри температуре равной 500 оС.

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

Температуры навыходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательногоприближения:

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

Определяемотносительную летучесть <img src="/cache/referats/17410/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> по формуле:

При температуре tD=363 оС <img src="/cache/referats/17410/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1037">

При температуре tW=408 оС<img src="/cache/referats/17410/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1038">

Средняяотносительная летучесть:<img src="/cache/referats/17410/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1039">

Строим кривуюравновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738 мол.дол.

Рассчитываем минимальное флегмовоечисло:

Оптимальное (рабочее)флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :<img src="/cache/referats/17410/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1043">, где <img src="/cache/referats/17410/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1044">

Рис.2 Зависимость критерияоптимальности от коэф-та избытка флегмы

По графикуопределяем что <img src="/cache/referats/17410/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1046"><img src="/cache/referats/17410/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1047">

Исходя израбочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое числотарелок в верхней и нижней части секции.

Рис.3 Теоретические ступени

Числотеоретических тарелок NТТ=6

Числотеоретических тарелок в нижней части NН=4

Числотеоретических тарелок в верхней части NВ=2

Расчёт физико-химических свойствсмеси в верхней и нижней частях.Расчётсредних концентраций жидкости:

Расчётсредних концентраций пара:

Средние температуры верха и низа:

Определяютсяпо 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 <img src="/cache/referats/17410/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1063">

Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image080.gif" v:shapes="_x0000_i1064">

Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1066">

Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1067">

Средние вязкости жидкости:

Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1069">

Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1070">

Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1073">

Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна <img src="/cache/referats/17410/image100.gif" v:shapes="_x0000_i1074">

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Для верха колонны:

Гидравлический расчёт колпачковыхтарелок 1-й секции.

Определяемколичество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем допущение, что расходпара во всей колонне является величиной постоянной и находится:

Определяем расход жидкости вверхней и нижней части колонны:

Для расчёта диапазонколебания нагрузки принимаем равными:

К3=0,8– коэффициент уменьшения нагрузки

К4=1,1– коэффициент увеличения нагрузки

1. Диапазонколебания нагрузки.

Такоезначение приемлемо для колпачковых тарелок.

2. Расчётоценочной скорости для нижней части:

Для верхнейчасти:

3. Диаметр нижней части:

Верхней части:

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

Действительнуюскорость пара в нижней части находим:

В верхнейчасти:

5. По таблице 6 [1] периметрслива <img src="/cache/referats/17410/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1097"><img src="/cache/referats/17410/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1098">

6. Фактор нагрузки для нижнейчасти колонны:

Для верхней части:

Коэффициент поверхностногонатяжения для нижней части колонны:

Для верхней части:

Принимая минимальное расстояниемежду тарелками <img src="/cache/referats/17410/image154.gif" v:shapes="_x0000_i1104">1 дляверхней и нижней частей колонны:

Допустимая скорость пара врабочем сечении колонны для нижней части:

Для верхней части:

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

Условие не выполняется,поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижениимаксимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор покаусловие не сойдётся. Расчёт для нижней и верхней частей колонны ведёмраздельно.

Расчёт нижней части секции:

Принимаем следующее диаметр:

Принимаем следующее диаметр:

Принимаем следующее диаметр:

Принимаем следующее диаметр:

Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:

Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:

Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:

Условие выполнилось.Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельнаянагрузка на перегородку в нижней части:

Условие не выполняется.Увеличиваем диаметр колонны:

Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:

Условие выполнилось.Продолжаем расчёт дальше.

Удельная нагрузкана перегородку в нижней части:

Условие не выполняется.Увеличиваем диаметр колонны:

Условие выполнилось.Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельнаянагрузка на перегородку в нижней части:

Условие выполнилось.Продолжаем расчёт дальше.

9. Фактор паровойнагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

10. Глубинабарботажа hб=0,03м (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]).

Высотапарожидкостного слоя на тарелках:

11. Высота сливного порога:

12. Градиент уровня жидкостина тарелке:

13. Динамическая глубинабарботажа:

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

Минимально допустимаяскорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободноесечение тарелок <img src="/cache/referats/17410/image234.gif" v:shapes="_x0000_i1144">

Так как К1<1, то пар будет проходить лишь через отдельные колпачка. Контакт пара ижидкости окажется не достаточно эффективным, но положение можно исправить,уменьшив число колпачков.

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

Максимальнаяскорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В5берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытияпрорезей колпачка:

Условие выполняется и парпроходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

15. Фактор аэрации:

16. Коэффициентгидравлического сопротивления тарелки <img src="/cache/referats/17410/image250.gif" v:shapes="_x0000_i1152"> (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическоесопротивление тарелок:

17. Коэффициентвспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

Высотасепарационного пространства между тарелками:

18. Межтарельчатый уносжидкости:

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

19. Площадьпоперечного сечения колонны:

Скорость жидкости впереливных устройствах:

Допустимая скорость жидкостив переливных устройствах:

Действительные скоростижидкости меньше допустимых. Таким образом для нижней части 1-й секции принимаемданную тарелку.

Расчёт верхней частисекции:

Дляупрощения конструкции колонны в верхней части секции принимаем тарелки того жедиаметра что и в нижней DК=3,6 м

1.Действительнуюскорость пара в верхней части:

2. По таблице 6 [1] периметрслива <img src="/cache/referats/17410/image266.gif" v:shapes="_x0000_i1160"><img src="/cache/referats/17410/image268.gif" v:shapes="_x0000_i1161">

3. Фактор нагрузки дляверхней части колонны:

Коэффициент поверхностногонатяжения для верхней части секции:

Принимая минимальноерасстояние между тарелками <img src="/cache/referats/17410/image154.gif" v:shapes="_x0000_i1165">1:

Допустимая скорость пара врабочем сечении колонны:

4. Проверяем условиедопустимости скоростей пара:

Условие выполнилось.Продолжаем расчёт дальше.

5. Удельнаянагрузка на перегородку в нижней части:

Условие выполнилось.Продолжаем расчёт дальше.

6. Фактор паровойнагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

7. Глубинабарботажа hб=0,03м (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]).

Высотапарожидкостного слоя на тарелках:

8. Высота сливного порога:

9. Градиент уровня жидкостина тарелке:

10. Динамическая глубинабарботажа:

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

Минимально допустимаяскорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободноесечение тарелок <img src="/cache/referats/17410/image234.gif" v:shapes="_x0000_i1180">

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

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

Максимальнаяскорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В5берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытияпрорезей колпачка:

Условие выполняется и парпроходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

12. Фактор аэрации:

13. Коэффициентгидравлического сопротивления тарелки <img src="/cache/referats/17410/image250.gif" v:shapes="_x0000_i1188"> (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическоесопротивление тарелок:

14. Коэффициент вспениваемостипри вакуумной перегонки мазута К5=0,75

Высотасепарационного пространства между тарелками:

15. Межтарельчатый уносжидкости:

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

16. Площадь поперечногосечения колонны:

Скорость жидкости впереливных устройствах:

Допустимая скорость жидкостив переливных устройствах:

Действительные скоростижидкости меньше допустимых.

Таким образом дляверха и низа секции принимаем одинаковую тарелку.

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

Диаметр тарелки: D = 3600 мм;

Периметр слива: lw = 2,88 м;

Высота сливногопорога: <img src="/cache/referats/17410/image330.gif" v:shapes="_x0000_i1195"><img src="/cache/referats/17410/image332.gif" v:shapes="_x0000_i1196">

Свободное сечениетарелки: <img src="/cache/referats/17410/image334.gif" v:shapes="_x0000_i1197">

еще рефераты

Еще работы по технологии

Реферат по технологии

Расчет проектируемой оснастки на пластмассовое изделие

25 Июня 2015

Реферат по технологии

Моделирование процессов переработки пластмасс

29 Августа 2013

Реферат по технологии

АСУ двухстадийного дробления замкнутого цикла

26 Июня 2015

Реферат по технологии

Внутренний водопровод и канализация жилого 7-этажного дома

26 Июня 2015