Технология

Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов


                Министерство образования Российской Федерации
               Ангарская Государственная Техническая академия
                    Кафедра Химической технологии топлива



                 Пояснительная записка к курсовому проекту.
                 Тема проекта: “Блок ВП(м), установка ГК-3”



                                           Выполнил: ст-нт гр.ТТ-99-1
                                                       Семёнов И. А.
                                           Проверил: проф.., к.т.н.
                                                       Щелкунов Б.И.



                                Ангарск 2003
                                 Содержание:

  Введение 3
   1. Материальный баланс    4
   2.  Определение рабочего флегмового числа и числа  теоретических  тарелок
      для 1-й секции   5
   3. Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях   9
   4. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции    11
   5. Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции  21
   6. Определение рабочего флегмового числа и  числа  теоретических  тарелок
      для 2-й секции   23
   7. Расчёт физико-химических свойств смеси.      26
   8. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции    27
   9. Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32
  10. Тепловой баланс колонны     33
  11. Расчёт штуцеров колонны     35
  12. Расчёт теплоизоляции   37
   Список литературы   38

                                  Введение

      Ректификация является одним  из  важнейших  технологических  процессов
разделения  и  очистки   жидкостей   и   сжиженных   газов   в   химической,
нефтехимической,    фармацевтической,    пищевой    и    других     отраслях
промышленности.  Это  массообменный  процесс,   который   осуществляется   в
большинстве  случаев  в  противоточных  колонных  аппаратах  с   контактными
элементами. Ректификация – это наиболее полное разделение смесей  жидкостей,
целиком или  частично  растворимых  друг  в  друге.  Процесс  заключается  в
многократном взаимодействии паров с  жидкостью  –  флегмой,  полученной  при
частичной  конденсации  паров.  Процесс  основан  на  том,   что   жидкости,
составляющие смесь, обладают различным давлением пара при  одной  и  той  же
температуре. Поэтому  состав  пара,  а  следовательно,  и  состав  жидкости,
получающейся при конденсации пара, будут  несколько  отличаться  от  состава
начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет  содержаться  больше,
чем  в  перегоняемой  жидкости.  Очевидно,  что  в  неиспарившейся  жидкости
концентрация труднолетучего компонента при этом должна увеличиться.

                       Технологический расчёт колонны

В  колонну  поступает  76000  кг/ч   сырья   (мазута).Продуктами   перегонки
являются:
   1. Фракция НК-350 оС (пары и газы разложения).
   2. Фракция 350-500 оС (вакуумный погон).
   3. Фракция 500-КК оС (гудрон).
   Давление в колонне равно [pic]

                         Материальный баланс колонны


      Материальный баланс колонны составляем  на  основе  данных  о  выходах
(табл. 1) продуктов из сырья.
                                                                  Таблица 1.
|Наименование продукта                                 |Выход, % масс.     |
|Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC)                    |34,3               |
|Гудрон (фр. свыше 500 oC)                             |62,7               |
|Газы разложения                                       |3                  |
|Итого:                                                |100                |

Расчёт:
      1. Расход вакуумного погона:
      [pic]
      2. Расход гудрона:
      [pic]
      3. Расход паров и газов разложения:
      [pic]
      Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу 2.

                                                                  Таблица 2.

                       Материальный баланс по колонне


|Приход                              |Расход                              |
|Наименование            |Расход,   |Наименование            |Расход,   |
|                        |кг/ч      |                        |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)          |      |      |
|(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)          |      |      |(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 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=295 оС.
      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).
                                    [pic]
      Состав куба дистиллята определяется на основе ср.  температур  кипения
фракции и рассчитывается по формуле:
                                    [pic]
где Pатм- атмосферное  давление,  PНК   и  PВК  –давление  насыщенных  паров
индивидуальных  компонентов  при  температуре   фракции,   определяются   по
уравнению Антуана:
                                [pic], [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                              |
|                                   |А           |В           |С          |
|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.
                                    [pic]
Расчёт состава дистиллата: PНК  и PВК рассчитываются при температуре  равной
425 оС.
                                    [pic]
      Температуры на выходе из  дистиллата  и  куба  определяем  по  формуле
методом последовательного приближения:
                                    [pic]
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 [pic] по формуле:
                                    [pic]
      При температуре tD=363 оС  [pic]
      При температуре tW=408 оС [pic]
      Средняя относительная летучесть:[pic]
      Строим кривую равновесия по формуле:
                                    [pic]
                                    [pic]
                           Рис.1 Кривая равновесия

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

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

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


      По графику определяем что [pic].  Отсюда  находимо  рабочее  флегмовое
число: [pic]
      Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и  определяем
теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

[pic]

                         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:

                                    [pic]
                                    [pic]

Расчёт средних концентраций пара:

                                    [pic]
                                    [pic]
Средние температуры верха и низа:
      Определяются по  той  же  формуле  что  и  температуры  на  выходе  из
дистиллата и куба.
      [pic]
      [pic]
Средние молекулярные массы пара:
                                    [pic]
                                    [pic]
Средние молекулярные массы жидкости:
                                    [pic]
                                    [pic]
Средние плотности пара:
                                    [pic]
                                    [pic]
Средние массовые доли:
                                    [pic]
                                    [pic]
Средние плотности жидкости:
Плотность НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
                                    [pic]
Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
                                    [pic]
Средние вязкости жидкости:
Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
[pic][pic]
Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
[pic][pic]

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
[pic]
[pic]
                                 [pic][pic]
                                    [pic]

Для верха колонны:
[pic]
[pic]

                                 [pic][pic]
                                    [pic]



            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:
                                    [pic]
      Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:
      К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки
      К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки

      1. Диапазон колебания нагрузки.
                                    [pic]
      Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.
      2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:
                                    [pic]
      Для верхней части:
                                    [pic]
      3. Диаметр нижней части:
                                    [pic]
      Верхней части:
                                    [pic]
      4. Так как диаметры оказались  одинаковыми  принимаем  колонну  одного
диаметра DК=2,4 м
      Действительную скорость пара в нижней части находим:
                                    [pic]
      В верхней части:
                                    [pic]
      5. По таблице  6  [1]  периметр  слива  [pic]и  относительное  сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
                                    [pic]
      6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:
                                    [pic]
      Для верхней части:
                                    [pic]
      Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:
                                    [pic]
      Для верхней части:
                                    [pic]
      Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic],  по  табл.  6.7
[1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:
                                    [pic]
      Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:
                                    [pic]
      Для верхней части:
                                    [pic]
      7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и  нижней
частей колонны:
                                    [pic]
                                    [pic]

      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:

                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем следующее диаметр:
                                    [pic]
                                    [pic]

      Принимаем следующее диаметр:
                                    [pic]
                                    [pic]

      Принимаем следующее диаметр:
                                    [pic]
                                    [pic]

      Принимаем следующее диаметр:
                                    [pic]
                                    [pic]

      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]

      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

      8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

                                    [pic]
                                    [pic]
      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

                                    [pic]
                                    [pic]
      Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

      Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
                                    [pic]

      Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

                                    [pic]
                                    [pic]
      Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

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

      9. Фактор паровой нагрузки:
                                    [pic]
      Подпор жидкости над сливным порогом:
                                    [pic]
      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:
                                    [pic]
      11. Высота сливного порога:
                                    [pic]
      12. Градиент уровня жидкости на тарелке:
                                    [pic]
      13. Динамическая глубина барботажа:
                                    [pic]
      14. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
                                    [pic]
      Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
                                    [pic]
        Относительное   свободное   сечение   тарелок   [pic](табл.   6.6.).
Коэффициент запаса сечения тарелок:
                                    [pic]
      Так как К1 <1, то пар будет проходить лишь через  отдельные  колпачка.
Контакт пара и жидкости окажется не  достаточно  эффективным,  но  положение
можно исправить, уменьшив число колпачков.
                                    [pic]
                                    [pic]
      Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл.  6.10  [1])  и
определяем скорость пара в прорезях:
                                    [pic]
      Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
                                    [pic]
      Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
      Степень открытия прорезей колпачка:
                                    [pic]
      Условие выполняется и  пар  проходит  через  все  сечения  прорезей  и
тарелка работает эффективно.
      15. Фактор аэрации:
                                    [pic]
      16. Коэффициент гидравлического  сопротивления  тарелки  [pic]  (табл.
6.13 [1]).
      Гидравлическое сопротивление тарелок:
                                    [pic]
      17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
      Высота сепарационного пространства между тарелками:
                                    [pic]
      18. Межтарельчатый унос жидкости:
                                    [pic]
      Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
      19. Площадь поперечного сечения колонны:
                                    [pic]
      Скорость жидкости в переливных устройствах:
                                    [pic]
      Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
                                    [pic]

      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:
                                    [pic]
      2. По таблице  6  [1]  периметр  слива  [pic]и  относительное  сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
                                    [pic]
      3. Фактор нагрузки для верхней части колонны:
                                    [pic]
      Коэффициент поверхностного натяжения для верхней части секции:
                                    [pic]
      Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic],  по  табл.  6.7
[1] определяем комплекс В1:
                                    [pic]
      Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:
                                    [pic]
      4. Проверяем условие допустимости скоростей пара:

                                    [pic]

      Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать  межтарельчатое
расстояние,  а  при  достижении  максимального  значения  принимать  тарелку
большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.

                                    [pic]
                                    [pic]
      Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

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

      6. Фактор паровой нагрузки:
                                    [pic]
      Подпор жидкости над сливным порогом:
                                    [pic]
      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:
                                    [pic]
      8. Высота сливного порога:
                                    [pic]
      9. Градиент уровня жидкости на тарелке:
                                    [pic]
      10. Динамическая глубина барботажа:
                                    [pic]
      11. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
                                    [pic]
      Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
                                    [pic]
       Относительное  свободное  сечение  тарелок  [pic](табл.  6.6.   [1]).
Коэффициент запаса сечения тарелок:
                                    [pic]
      Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.
                                    [pic]
                                    [pic]
      Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл.  6.10  [1])  и
определяем скорость пара в прорезях:
                                    [pic]
      Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
                                    [pic]
      Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
      Степень открытия прорезей колпачка:
                                    [pic]
      Условие выполняется и  пар  проходит  через  все  сечения  прорезей  и
тарелка работает эффективно.
      12. Фактор аэрации:
                                    [pic]
      13. Коэффициент гидравлического  сопротивления  тарелки  [pic]  (табл.
6.13 [1]).
      Гидравлическое сопротивление тарелок:
                                    [pic]
      14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
      Высота сепарационного пространства между тарелками:
                                    [pic]
      15. Межтарельчатый унос жидкости:
                                    [pic]
      Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
      16. Площадь поперечного сечения колонны:

                                    [pic]
      Скорость жидкости в переливных устройствах:

                                    [pic]

      Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

                                    [pic]

      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: [pic]; [pic];
      Свободное сечение тарелки: [pic]
      Сечение перелива: [pic]
      Относительная площадь для прохода паров: [pic];
      Межтарельчатое расстояние: [pic]; [pic];
      Количество колпачков: [pic]; [pic];

      Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:
      Высота парожидкостного слоя:[pic]
      Фактор аэрации:[pic]
      Гидравлическое сопротивление тарелки:[pic]
      Межтарельчатый унос:[pic]
      Скорость жидкости в переливе: [pic]
      Скорость пара в колонне:[pic]


              Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.


      1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:
                                    [pic]
                                    [pic]
                                 [pic][pic]
                                    [pic]
      2. Определяем общее числа единиц переноса:
                                    [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Для верха колонны:
                                    [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      3. Локальная эффективность контакта:
                                    [pic]
      Для верха колонны:
                                    [pic]
      4. Эффективность тарелки по Мэрфи:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Для верха колонны:
                                    [pic]
                                    [pic]
      5. Действительное число тарелок:
                                    [pic]
      Для верха колонны:
                                    [pic]
      6. Рабочая высота секции для низа:
                                    [pic]
      Для верха:
                                    [pic]
      Общая рабочая высота:
                                    [pic]
      7. Общая высота секции:
                                    [pic]
 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).
                                    [pic]
      Расчёт состава дистиллата: PНК  и PВК рассчитываются  при  температуре
равной 295 оС.
                                    [pic]
      Температуры на выходе из  дистиллата  и  куба  определяем  по  формуле
методом последовательного приближения:
                                    [pic]
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235 оС
Температура на входе равна: tF=308 оС

      Определяем относительную летучесть [pic] по формуле:
                                    [pic]
      При температуре tD=235 оС  [pic]
      При температуре tW=308 оС [pic]
      Средняя относительная летучесть:[pic]
      Строим кривую равновесия по формуле:
                                    [pic]
                                    [pic]
                           Рис.1 Кривая равновесия

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,501 мол.дол.

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

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


      По графику определяем что [pic].  Отсюда  находимо  рабочее  флегмовое
число: [pic]
      Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и  определяем
теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

[pic]

                         Рис.3 Теоретические ступени


      Число теоретических тарелок NТТ=3

                   Расчёт физико-химических свойств смеси.


Расчёт средней концентрации жидкости:

                                    [pic]

Расчёт средней концентрации пара:

                                    [pic]
Расчёт средней температуры:
      Определяются по  той  же  формуле  что  и  температуры  на  выходе  из
дистиллата.
      [pic]
Средняя молекулярная масса пара:
                                    [pic]
Средняя молекулярная масса жидкости:
                                    [pic]
Средняя плотность пара:
                                    [pic]
Средняя массовая доля:
                                    [pic]
Средняя плотность жидкости:
Плотность НК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
                                    [pic]
Средняя вязкость жидкости:
Вязкость НК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
[pic][pic]

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
[pic]
[pic]
                                 [pic][pic]
                                    [pic]


            Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции.


      Определяем количество пара поднимающегося  вверх  по  колонне.  Примем
допущение, что расход пара во всей колонне является величиной  постоянной  и
находится:
                                    [pic]
      Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
                                    [pic]

      1. Расчёт оценочной скорости:
                                    [pic]
      2. Определяем диаметр:
                                    [pic]
      3. Принимаем колонну диаметра DК=1,0 м
      Действительную скорость пара в нижней части находим:
                                    [pic]
      4. По таблице  6  [1]  периметр  слива  [pic]и  относительное  сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
                                    [pic]
      5. Фактор нагрузки:
                                    [pic]
      Коэффициент поверхностного натяжения:
                                    [pic]
      Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic],  по  табл.  6.7
[1] определяем комплекс В1:
                                    [pic]
      Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:
                                    [pic]

      6. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и  нижней
частей колонны:
                                    [pic]
      Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать  межтарельчатое
расстояние,  а  при  достижении  максимального  значения  принимать  тарелку
большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.

                                    [pic]
                                    [pic]
      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
                                    [pic]
                                    [pic]

      Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

      7. Удельная нагрузка на перегородку:
                                    [pic]
                                    [pic]
      Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

      8. Фактор паровой нагрузки:
                                    [pic]
      Подпор жидкости над сливным порогом:
                                    [pic]
      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:
                                    [pic]
      10. Высота сливного порога:
                                    [pic]
      11. Градиент уровня жидкости на тарелке:
                                    [pic]
      12. Динамическая глубина барботажа:
                                    [pic]
      13. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
                                    [pic]
      Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
                                    [pic]
       Относительное  свободное  сечение  тарелок  [pic](табл.  6.6.   [1]).
Коэффициент запаса сечения тарелок:
                                    [pic]
      Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.
                                    [pic]
                                    [pic]
      Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0023 м2 (табл.  6.10  [1])  и
определяем скорость пара в прорезях:
                                    [pic]
      Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
                                    [pic]
      Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
      Степень открытия прорезей колпачка:
                                    [pic]
      Условие выполняется и  пар  проходит  через  все  сечения  прорезей  и
тарелка работает эффективно.
      14. Фактор аэрации:
                                    [pic]

      15. Коэффициент гидравлического  сопротивления  тарелки  [pic]  (табл.
6.13 [1]).
      Гидравлическое сопротивление тарелок:
                                    [pic]
      17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
      Высота сепарационного пространства между тарелками:
                                    [pic]
      18. Межтарельчатый унос жидкости:
                                    [pic]
      Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
      19. Площадь поперечного сечения колонны:
                                    [pic]
      Скорость жидкости в переливных устройствах:
                                    [pic]
      Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
                                    [pic]

      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: [pic];
      Свободное сечение тарелки: [pic]
      Сечение перелива: [pic]
      Относительная площадь для прохода паров: [pic];
      Межтарельчатое расстояние: [pic];
      Количество колпачков: [pic];

      Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:
      Высота парожидкостного слоя:[pic]
      Фактор аэрации:[pic]
      Гидравлическое сопротивление тарелки:[pic]
      Межтарельчатый унос:[pic]
      Скорость жидкости в переливном устройстве: [pic]
      Скорость пара в колонне:[pic]


              Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции.


      1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:
                                    [pic]
                                    [pic]

      2. Определяем общее числа единиц переноса:
                                    [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]

      3. Локальная эффективность контакта:
                                    [pic]

      4. Эффективность тарелки по Мэрфи:
                                    [pic]
                                    [pic]
      5. Действительное число тарелок:
                                    [pic]
      6. Рабочая высота секции для низа:
                                    [pic]
      7. Общая высота секции:
                                    [pic]

                          Тепловой баланс колонны.


      Для расчёта энтальпий углеводородов воспользуемся формулами:
      Для жидких углеводородов:
                                    [pic]
      Для газообразных углеводородов:
                                    [pic]
      Расчёт 1-й секции:

      Приход:
      1. Паровая фаза:
            а) фр. НК-350 оС
                                    [pic]
                                    [pic]
            б) фр. 350-500 оС
                                    [pic]
                                    [pic]
            в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)
                                    [pic]
                                    [pic]
      2. Жидкая фаза:
            а) фр. 500-КК оС
                                    [pic]
                                    [pic]

      Расход:
      1. Паровая фаза:
            а) фр. НК-350 оС
                                    [pic]
                                    [pic]
            б) фр. 350-500 оС
                                    [pic]
                                    [pic]
           в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)
                                    [pic]
                                    [pic]
      2. Жидкая фаза:
            а) фр. 500-КК оС
                                    [pic]
                                    [pic]
      Результаты расчёта заносим в таблицу 6.

                                                                  Таблица 6.
                     Тепловой баланс 1-й секции колонны

|Приход                                  |Расход                                 |


 Наименование |t, oC |кг/ч |кДж/кг |кДж/ч |Наименование |t, oC |кг/ч |кДж/кг
   |кДж/ч | |Паровая фаза: | | | | |Паровая фаза: | | | | | |нк - 350 |385
|2280 |1414,16 |3224291,24 |нк - 350 |100 |2280  |749,797  |1709537  |  |фр.
   350 - 500 |385 |26068 |1384,91 |36101783,6 |Вод. пар |100 |5000 |2689,9
|13449500 | |Вод. пар |385 |5000 |3251,5 |16257500 |Жидкая фаза | |  |  |  |
 |  | | | | |фр. 350 - 500 |385 |26068 |941,64 |24546565 | |Итого: | |33348
| |55583574,8 |Итого: | |33348 | |39705601,7 | |
Избыток тепла в 1-й секции составляет:
                                    [pic]

      Избытки тепла в секциях снимаются за счёт циркуляционных орошений.
      В качестве НЦО примем флегму 1-й секции.
       Температуру,  до  которой  необходимо  охладить  флегму,  найдём   из
энтальпии возвращаемой флегмы:
                                 [pic][pic]
      Решая уравнение получаем значение температуры
                                    [pic]
           t = 255 оС

      Избыток тепла во второй секции  снимаем  за  счёт  подачи  охлаждённой
флегмы до 40 оС, а так же за счёт ВЦО:
      Расход ВЦО найдём по уравнению:
                                    [pic]


                           Расчёт штуцеров колонны


      Расчёт диаметров  штуцеров  производим  на  основе  скорости  движения
потоков по формуле:
                                    [pic]

      1. Внутренний диаметр штуцера для входа исходного сырья:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D1=0,4 м

      2. Внутренний диаметр штуцера для входа водяного пара:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D2=0,2 м

      3. Внутренний диаметр штуцера для выхода гудрона:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D3=0,2 м

      4. Внутренний диаметр штуцера для выхода вакуумного погона:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D4=0,15 м

      5. Внутренний диаметр штуцера для входа флегмы в 1-ю секцию:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D5=0,125 м

      6. Внутренний диаметр штуцера для выхода паров углеводородов  с  верха
колонны:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D6=0,25 м

      7. Внутренний диаметр штуцера для входа флегмы во 2-ю секцию:
      Принимаем скорость движения сырья [pic]
                                    [pic]
                                    [pic]
      Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D7=0,04 м


                            Расчёт теплоизоляции


      В качестве теплоизолирующего материала примем минеральную вату.
       Принимаем  температуру  окружающего  воздуха  tо=20   оС   и   ветер,
движущийся со скоростью w=10 м/с. Так же принимаем  коэффициент  теплоотдачи
от изоляционного материала в  окружающую  среду  [pic].  Температура  стенки
изоляционного материала по технике безопасности не должна превышать  45  оС.
Принимаем её равной [pic]
      Тепловые потери:
                                    [pic]
        Приближённо   принимаем,   что   всё    термическое    сопротивление
сосредоточено в слое изоляции, тогда толщина  слоя  изоляционного  материала
определяется уравнением:
                                    [pic]
       где  [pic]  теплопроводность  изоляционного  материала  при   средней
температуре; q – удельная тепловая нагрузка; [pic] - средняя температура  по
колонне и температура внешней стенки изоляционного материала.

                                    [pic]
                              Список литературы

   1. Ульянов Б.А., Асламов А.А.,  Щелкунов  Б.И.  Ректификация  бинарных  и
      многокомпонентных смесей: Уч. Пособие – Иркутск: Изд-во  ИрГТУ,  1999-
      240 с.
   2. Ульянов Б.А.,  Щелкунов  Б.  И.  Гидравлика  контактных  тарелок:  Уч.
      Пособие – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1996 г.
   3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: М.
      1991 г.
   4.   Татевский    А.Е.    Физико-химические    свойства    индивидуальных
      углеводородов: М. 1960г. –412 с.
   5. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии:
      М. 1991г.
   6. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.: М.  1987
      г.
   7.  Толчинский  А.Р.  Основы   конструирования   и   расчёта   химической
      аппаратуры.: М. 1970г.


смотреть на рефераты похожие на "Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов "