- Дипломы
- Курсовые
- Рефераты
- Отчеты по практике
- Диссертации
Разработка и внедрение новых технологических процессов стабилизации конденсата — с использованием ректификационных колонн
| Код работы: | K006357 |
| Тема: | Разработка и внедрение новых технологических процессов стабилизации конденсата — с использованием ректификационных колонн |
Содержание
4
6
37
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
2.2. Характеристика исходного сырья и готовой продукции
Таблица 2.1.
Наименование сырья и готовой продукции
Номер ГОСТ
Показатели качества, обязательные для проверки
Норма (по ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ)
Область применения изготавливаемой продукции
Нефтегазоконденсатная смесь (НГКС)
СТО Газпром переработка 75-2010
Массовая доля метана и этана, %, не более
0,8
В нефтехимии для дальнейшей
переработки
Компонентный состав (С1?С5), % масс
не нормируется, определение обязательно
Массовая доля механических примесей, %, не более
0,05
Массовая концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более
100
Массовая доля воды, %, не более
0,1
Массовая концентрация серы, %, не более
0,2
Массовая доля нефти, %, не более
не нормируется, определение обязательно
Плотность, кг/м3
не нормируется, определение обязательно
Продолжение табл. 2.1.
Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ)
ТУ 38.101524-93
Углеводородный состав, (% по массе)
марка А
марка Б
Используется в качестве сырья БИИ и УПП и в нефтехимии для дальнейшей переработки.
- сумма углеводородов
С1-С2, не более
3
5
- пропан С3, не менее
15
-
- сумма углеводородов
С4-С5, не менее
45
40
- сумма углеводородов
С6 и выше, не более
15
30
Массовая доля метанола %
не норм.
не норм.
Содержание сероводорода и меркаптановой серы
(% по массе), не более
в т.ч. сероводорода, не более
0,025
0,003
0,05
0,003
Содержание свободной воды и щелочи
отсутствие
отсутствие
Внешний вид
бесцветная прозрачная жидкость
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Продолжение табл. 2.1.
Конденсат газовый стабильный (КГС)
ГОСТ Р 54389-2011
Плотность кг/м3, при температуре
Норма для нефти типа
Нефть (стабильный конденсат) подготовленная к транспортированию по магистральным нефтепроводам, наливным транспортом для поставки потребителям Российской федерации и на экспорт. Является сырьем для установки моторных топлив.
0
1
Для экономики страны
Для экспорта
Для экономики страны
Для экспорта
200С
не более 830,0
830,1-850,0
150С
не более 834,5
834,6-854,4
Выход фракций, %, не менее, до температуры:
200 °С
-
30
-
27
300 °С
-
52
-
47
350 °С
-
62
-
57
Массовая доля парафина, % не более
-
6,0
-
6,0
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Продолжение табл. 2.1.
Нефть
(Стабильный конденсат)
СТО 97152834-18-2008
Массовая доля воды, % не более
Норма для нефти группы
Нефть (стабильный конденсат) подготовленная к транспортированию по магистральным нефтепроводам, наливным транспортом для поставки потребителям Российской федерации и на экспорт. Является сырьем для установки моторных топлив.
1
2
0,5
0,5
Концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более
100
300
Массовая доля механических примесей, % не более
0,05
Давление насыщенных паров, кПа (мм.рт.ст), не более
66,7 (500)
Содержание хлорорганических соединений, млн.-1(ppm), не более
не нормируется,
определение обязательно
Массовая доля сероворода,
млн.-1(ppm)
Норма для нефти вида
1
2
20
50
Массовая доля метил- и этилмеркаптанов в сумме, млн.-1(ppm), не более
40
60
2.3. О?п?иса?н?ие тех?но?ло?г?ичес?ко?й схе?м?ы уста?но?в?к?и стаб?и?л?и?за?ц?и?и ко?н?де?нсата
Тех?но?ло?г?ичес?ка?я схе?ма уста?но?в?к?и стаб?и?л?и?за?ц?и?и ко?н?де?нсата показана на рис.2.1.
Р?ис.2.1 Технологическая схема установки стабилизации конденсата
Нефтегазоконденсатная смесь (НГКС) поступает на технологическую нитку из общего коллектора. НГКС проходит последовательно трубное пространство теплообменников Т-1/1,2, г?де на?г?ре?ваетс?я до те?м?пе?рату?р?ы 80-120°С об?рат?н?ы?м пото?ко?м стаб?и?л?ь?но?го ко?н?де?нсата, в?ыхо?д?я?щ?и?м и?з кубо?во?й част?и стаб?и?л?и?зато?ра К-1. На?г?ретая до температуры 80-120°С НГКС поступает в среднюю часть стабилизатора К-1.
Колонна стабилизации К-1 предназначена для разделения НГКС на стабильный конденсат (СК) и широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ) путе?м ре?кт?иф?и?ка?ц?и?и. Ко?ло?н?на К-1 п?ре?дста?в?л?яет собо?й ве?рт?и?ка?л?ь?н?ы?й ц?и?л?и?н?д?р?ичес?к?и?й а?п?па?рат, в?нут?р?и кото?ро?го рас?по?ло?же?н?ы 27 массооб?ме?н?н?ых к?ла?па?н?н?ых тарелок с перекрестным сливом.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Разделение НКГС в стабилизаторе К-1 осуществляется:
- при давлении 6-12 кгс/см2;
- температуре куба не более 235°С;
- температуре верха не более 95°С.
Пары ШФЛУ с верха стабилизатора К-1 на?п?ра?в?л?яютс?я в па?ра?л?ле?л?ь?но работаю?щ?ие во?з?ду?ш?н?ые хо?ло?д?и?л?ь?н?и?к?и ВХ-1/1,2 г?де ох?ла?ж?даютс?я до те?м?пе?рату?р?ы 25?60°С, ко?н?де?нс?и?руютс?я и посту?пают в емкость орошения Е-1. На воздушных холодильниках смонтирована система орошения химически очищенной водой трубных пучков холодильников-конденсаторов в летний период года для уменьшения количества сбросных газо?в. С?ко?н?де?нс?и?ро?ва?н?ное и ох?ла?ж?де?н?ное до те?м?пе?рату?р?ы 25?60°C ШФЛУ посту?пает в е?м?кост?ь о?ро?ше?н?и?я Е-1. Нес?ко?н?де?нс?и?ро?ва?н?н?ые га?з?ы с е?м?кост?и о?ро?ше?н?и?я Е-1 выводятся по коллектору со всех технологических ниток на узел утилизации сбросного газа УСК-1. Уровень жидкой фазы в емкости Е-1 регулируется клапаном-регулятором, смонтированным на трубопроводе вывода ШФЛУ с ка?ж?до?й тех?но?ло?г?ичес?ко?й н?ит?к?и и посту?пает на п?р?ие?м насосо?в Н-2/1,2, част?ич?но по?даетс?я на ве?рх?нюю та?ре?л?ку стаб?и?л?и?зато?ра К-1 в качест?ве ост?ро?го орошения для поддержания температурного режима верха стабилизатора. Балансовое количество ШФЛУ направляется на БИИ и УПП для дальнейшей переработки или выводится в качестве готовой продукции в парки товарно-сырьево?й ба?з?ы ШФЛУ-3,4.
Д?л?я по?д?де?р?жа?н?и?я необхо?д?и?мо?го те?м?пе?рату?р?но?го ре?ж?и?ма стаб?и?л?и?зато?ра К-1 п?ро?и?з?во?д?итс?я ц?и?р?ку?л?я?ц?и?я посто?я?н?но?го ко?л?ичест?ва кубо?во?й жидкости насосами Н-1/1,2 через печь П-1 и возврат парожидкостной смеси в нижнюю часть стабилизатора под нижнюю тарелку. С куба стабилизатора К-1 под давлением в колонне выводится балансовое количество стабильного ко?н?де?нсата, кото?р?ы?й пос?ле?до?вате?л?ь?но п?рохо?д?ит ме?жт?руб?ное п?рост?ра?нст?во те?п?лооб?ме?н?н?и?ко?в Т-1/1,2, от?дает те?п?ло НКГС и ох?ла?ж?даетс?я до те?м?пе?рату?р?ы не выше 40°С, поступает в общий коллектор, по которому выводится в СП УМТ.
2.4. Материальный баланс установки
Компонент
% массовый
тыс.т/год
кг/ч
П?р?ихо?д: Нестаб?и?л?ь?на?я га?зо?ко?н?де?нсат?на?я с?мес?ь
100
5500,0
674019,61
Расхо?д:
Ш?и?ро?ка?я ф?ра?к?ц?и?я ле?г?к?их у?г?ле?во?до?ро?до?в
31,3
1721,5
210968,14
Стаб?и?л?ь?н?ы?й ко?н?де?нсат
68,7
3778,5
463051,47
Ито?го:
100,0
5500,0
674019,61
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Таблица 2.2.
Так как проектируемая установка имеет большую мощность по сырью, то целесообразно спроектировать пять параллельно работающих технологических ниток с равной загрузкой. Поэтому дал?ь?не?й?ш?и?й расчет бу?де?м вест?и д?л?я о?д?но?й тех?но?ло?г?ичес?ко?й н?ит?к?и.
2.5. Мате?р?иа?л?ь?н?ы?й ба?ла?нс ко?ло?н?н?ы
Таб?л?и?ца 2.3.
Ко?м?по?не?нт
% массо?в?ы?й
т?ыс.т/?го?д
?к?г/ч
Приход: Нестабильная газоконденсатная смесь
100,0
1100,0
134803,92
Расход:
Широкая фракция легких углеводородов
31,3
344,3
42193,00
Стабильный конденсат
68,7
755,7
92610,29
Итого:
100,0
1100,0
134803,92
2.6. Расчет основного оборудования
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Пять первых компонентов C1, C2, C3, i-C4, n-C4 отбираем в качестве дистиллята, а остальные – в качестве остатка (стабильного конденсата).
Молекулярную массу Мi каждого компонента определяем по формуле Воинова [14, с.8]:
(2.1)
где Т –температура кипения компонента, ?С.
Относительную плотность компонента определяем через молекулярную массу по формуле Крэга [14, с.8]:
(2.2)
Относительную плотность компонента определяем по уравнению аддитивности [14, с.9]:
(2.3)
где хi и - массовая доля и плотность i-ого компонента.
Температуру компонентов C1 ? n-C5 берем из справочных данных, а температуру фракции С6 и выше определяем как среднюю температуру кипения данной фракции по производственным данным.
Таблица 2.4.
Физико-химические свойства сырья
№ компо-нента
Компо-
нент
% масс.
t, С
Мi
% мольн.
1
С1
0,02
-161,60
39
0,03
0,4822
2
С2
0,59
-88,60
39
0,99
0,4802
3
С3
12,73
-42,09
44
18,68
0,5136
4
i-C4
7,24
-11,73
50
9,38
0,5456
5
n-C4
10,61
0,50
53
13,00
0,5599
6
i-C5
5,63
27,85
60
6,04
0,5937
7
n-C5
5,15
36,07
63
5,30
0,6040
8
C6+
58,03
84,50
81
46,57
0,6646
Итого
-
100,00
-
-
100,00
-
Пересчет массовых долей в мольные ведем по формуле:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
(2.4)
Результаты расчетов физико-химических свойств сырья отбензинивающей колонны приведены в таблице 2.4.
2.6.1. Минимальное число теоретических тарелок
Проведем расчет методом температурной границы деления смеси. Для этого определяем мольный отбор дистиллята Е’ по отношению к сырью:
(2.5)
где D’ и F’ – мольный расход дистиллята и сырья в колонне, кмоль/ч.
В данном случае E’ принимаем равным сумме мольных долей первых пяти компонентов, которые должны пойти в дистиллят:
E’=0,4209
Определяем самый тяжелый компонент, который должен пойти в дистиллят - это н-бутан. Задаемся степенью извлечения этого компонента в дистиллят ?D5 = 0,95. Это означает, что 95% этой фракции от потенциального его содержания в конденсате пойдёт в дистиллят. В общем случае, чем выше степень извлечения фракции, тем больше требуется теоретических тарелок в колонне.
Степень извлечения этой фракции в остаток ?W5:
?W5 =1-?D5 =1- 0,95 = 0,05
Содержание данного компонента в дистилляте и в остатке рассчитываем по формулам [14, с.12]:
(2.6)
(2.7)
X'D5 =0,95 * 13,00 / (0,4209 * 100) = 0,293
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
X'W5=0,05 * 13,00 / ((1-0,4209) * 100) = 0,011
Рассчитываем коэффициент распределения этого компонента:
(2.8)
Принимаем среднее давление в колонне Рср=12 ат = 1,2 МПа
Определяем температурную границу деления смеси. Температурная граница - это значение температуры те, находящееся между значениями температур кипения при рабочих условиях двух компонентов, лежащих по разные стороны воображаемой линии деления смеси. Эти компоненты называются ключевыми. В первом приближении значение ТЕ можно найти как среднее арифметическое между температурами кипения этих, ключевых компонентов.
В моем случае ключевыми компонентами являются пятый и шестой компонент: 0,5°С и 27,85°С. При среднем давлении в колонне Рср находим температуры кипения этих компонентов – T5 и Т6. Для расчётов используем уравнение Ашворта [14, с.13].
Определяем функцию f(T0) всех фракций по формуле:
(2.9)
где Т0 - температура кипения компонента при атмосферном давлении (табл.2.5), °С.
Например, для первого компонента:
Результаты расчетов для всех компонентов приведены в таблице 2.5:
Таблица 2.5.
Значения параметра f(T0) фракций
Параметр
Значение параметра
f(Т0)1
30,725
f(Т0)2
17,055
f(Т0)3
12,291
f(Т0)4
10,137
f(Т0)5
9,421
f(Т0)6
8,062
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Продолжение табл.2.5.
f(Т0)7
7,709
f(Т0)8
6,023
Вычисляем параметр f(T) для ключевых компонентов по формуле:
(2.10)
где Рср - среднее давление в колонне, ат
f (Т)5 = 9,421 * = 5,627
f (Т)6 = 8,062 * = 4,815
Температура кипения фракции при данном давлении:
, К (2.11)
Получаем Т5 = 371,8 К, Т6 = 406,3 К.
Истинная величина ТЕ находится между Т5 и Т6 и определяется методом подбора такого её значения, которое удовлетворяет следующим условиям:
ТЕ =394,0 К
f (TE)= 5,08375
Рассчитываем при температуре ТЕ коэффициенты относительной летучести , всех компонентов [14, с.15]:
(2.12)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
где Рi, - давление насыщенных паров компонента определяем по уравнению Ашворта при температуре ТЕ, ат [14, с.15]:
(2.13)
Например, для первого компонента:
Результаты расчетов представлены в таблице 2.6:
Таблица 2.6.
Коэффициенты относительной летучести компонентов при температуре тЕ
Обозначение параметра
Значение параметра
14,3676
6,3381
3,1072
1,8064
1,4275
0,8143
0,6814
0,2181
Определяем минимальное число теоретических тарелок в колонне:
(2.14)
2.7. Состав дистиллята и остатка
Находим коэффициенты распределения всех компонентов :
(2.15)
Например, для первого компонента:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Рассчитываем составы дистиллята и остатка по формулам:
(2.16)
(2.17)
Например, для первого компонента:
При верном подборе ТЕ выполняются условия:
Результаты расчета составов дистиллята и остатка занесены в таблицу 2.7:
Таблица 2.7.
Состав дистиллята и остатка
№
Компо-
нент
Рi, ат
1
С1
172,411
14,3676
40872571604,795
0,001
0,000
2
С2
76,057
6,3381
22528877,523
0,023
0,000
3
С3
37,286
3,1072
32674,772
0,444
0,000
4
i-C4
21,677
1,8064
226,294
0,222
0,001
5
n-C4
17,131
1,4275
26,143
0,293
0,011
6
i-C5
9,771
0,8143
0,152
0,014
0,094
7
n-C5
8,176
0,6814
0,030
0,003
0,090
8
C6+
2,617
0,2181
0,000
0,000
0,804
Сумма
-
-
-
-
1,000
1,000
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
2.8. Материальный баланс колонны
Таблица 2.8.
Компонент
Сырье
% мольн.
кмоль/ч
% масс
кг/ч
тыс. т/г
С1
0,03
0,569
0,02
36,76
0,30
С2
0,99
16,776
0,59
1084,56
8,85
С3
18,68
361,970
12,73
23400,74
190,95
i-C4
9,38
205,865
7,24
13308,82
108,60
n-C4
13,00
301,689
10,61
19503,68
159,15
i-C5
6,04
160,086
5,63
10349,26
84,45
n-C5
5,30
146,437
5,15
9466,91
77,25
C6+
46,57
1650,047
58,03
106672,79
870,45
итого
100,00
2843,438
100,00
183823,53
1500,00
Компонент
Дистиллят
% мольн.
кмоль/ч
% масс
кг/ч
тыс. т/г
С1
0,08
0,943
0,06
36,76
0,03
С2
2,34
28,036
1,89
1084,56
8,85
С3
44,39
531,240
40,69
23399,75
190,94
i-C4
22,16
265,194
23,00
13228,39
107,94
n-C4
29,35
351,229
32,22
18528,49
151,19
i-C5
1,43
17,086
1,79
1029,58
8,40
n-C5
0,27
3,182
0,35
199,84
1,63
C6+
0,00
0,001
0,00
0,07
0,00
итого
100,00
1196,762
100,00
57507,43
469,26
Компонент
Остаток
% мольн.
кмоль/ч
% масс
кг/ч
тыс. т/г
С1
0,00
0,000
0,00
0,00
0,00
С2
0,00
0,000
0,00
0,00
0,00
С3
0,00
0,022
0,00
1,72
0,01
i-C4
0,10
1,612
0,06
123,69
1,01
n-C4
1,12
18,486
0,77
1418,04
11,57
i-C5
9,39
154,666
7,38
11864,42
96,81
n-C5
8,96
147,555
7,34
11318,90
92,36
C6+
80,42
1324,185
84,45
101577,93
828,88
итого
100,00
1646,676
100,00
126304,70
1030,65
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Средняя молекулярная масса дистиллята [14, с.17]:
(2.18)
Относительная плотность дистиллята:
(2.19)
Средняя молекулярная масса остатка:
(2.20)
Относительная плотность остатка:
(2.21)
2.9. Температурный режим колонны
Температура верха Тверха колонны рассчитывается как температура конденсации насыщенных паров дистиллята на выходе из колонны.
Таблица 2.9.
Расчет температуры верха колонны
134,7632
11,7185
0,0001
48,7967
4,2432
0,0055
20,1416
1,7514
0,2534
10,2736
0,8934
0,2480
7,6705
0,6670
0,4400
3,8209
0,3323
0,0430
3,0627
0,2663
0,0100
0,7446
0,0647
0,0000
Итого
1,0000
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Расчет ведется путем подбора такой температуры, при которой уравнение изотермы паровой фазы превращается в тождество [14, с.23]:
(2.22)
где Pi- давление насыщенных паров при Тверха , по уравнению Ашворта,
Рверха –давление вверху колонны, примем равным 11,5 ат.
Искомая температура Тверха = 347,92 K
Температура низа Тниза колонны рассчитывается как температура кипения остатка. Расчет ведется путем подбора такой температуры, при которой уравнение изотермы жидкой фазы превращается в тождество:
(2.23)
Pi- давление насыщенных паров при Тниза ,
Рниза–давление внизу колонны, примем равным 12,5 ат.
Искомая температура Тниза =471,51K
Таблица 2.10.
Расчет температуры низа колонны
Pi
ki
228,5981
18,2878
0,0000
126,4276
10,1142
0,0000
75,4706
6,0376
0,0000
50,9695
4,0776
0,0002
42,9855
3,4388
0,0033
28,6325
2,2906
0,0410
25,1681
2,0135
0,0445
11,0342
0,8827
0,9110
Итого
-
1,0000
Температура ввода сырья в колонну составляет обычно 100 - 120°С. Примем Тввода = ТF = 383K = 110°С. При такой температуре сырьё находится в паро
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
жидкостном состоянии, поэтому необходимо определить долю отгона сырья, состав паровой и жидкой фазы его.
Расчет доли отгона производим по методу A.M. Трегубова [14, с.25]. Для этого путём последовательного приближения подбираем такое значение мольной доли отгона сырья е', при котором выполняется тождество:
где е' - мольная доля отгона,
X’Fi –мольная доля отдельного компонента в сырье колонны;
xi’, yi’ - мольные доли отгона отдельных компонентов в сырье, в жидкой и паровой фазах сырья;
Мi - молекулярный вес отдельных компонентов;
ki – константа фазового равновесия отдельного компонента при температуре и давлении сырья на входе:
(2.24)
где РF - абсолютное давление в зоне питания, примем его равным среднему давлению в колонне 12 ат или 1200 кПа;
Рi - давление насыщенных паров отдельных компонентов при температуре ввода сырья, по уравнению Ашворта;
Т - температура при которой определяется давление паров, 383 К;
Тср - средняя температура кипения компонентов, К.
Молекулярные веса компонентов Мi вычисляем по формуле Воинова.
По данным таблицы 9 средний молекулярный вес газового конденсата:
(2.25)
Молекулярный вес паровой фазы:
Му =Мi= 50 (2.26)
Массовая доля отгона [14, с.27]:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
(2.27)
Таблица 2.11.
Расчет доли отгона сырья на входе в колонну
Компонент
X`Fi
Mi
y`i=1
x`i
My=y`i*Mi
Mx=x`i*Mi
С1
0,0003
39
0,0037
0,0003
0,1450
0,0106
С2
0,0099
39
0,0526
0,0091
2,0350
0,3527
С3
0,1868
44
0,4951
0,1815
21,8058
7,9935
i-C4
0,0938
50
0,1434
0,0930
7,1543
4,6375
n-C4
0,1300
53
0,1561
0,1296
8,2336
6,8353
i-C5
0,0604
60
0,0406
0,0607
2,4441
3,6605
n-C5
0,0530
63
0,0296
0,0534
1,8575
3,3550
C6+
0,4657
81
0,0790
0,4724
6,3626
38,0574
1,0000
1,0000
1,0000
50,0380
64,9025
Искомая величина е'= 0,0023.
2.10. Минимальное флегмовое число
Минимальное флегмовое число Rmin определяется по уравнениям Андервуда [14, с.28]:
(2.28)
(2.29)
где - коэффициент относительной летучести по отношению к ключевому компоненту:
(2.30)
где Рi - давление насыщенных паров при температуре ввода сырья;
Pk - давление насыщенных паров ключевого компонента (которым задавались в начале расчета);
- корень уравнения Андервуда. Обычно его величина находится между значениями , ключевых компонентов.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
В общем случае при увеличении левая часть уравнения возрастает.
q - отношение количества тепла Q, которое надо сообщить сырью, чтобы перевести его в парообразное состояние, к скрытой теплоте испарения сырья Qисп:
(2.31)
или
(2.32)
где JC - энтальпия сырья при температуре ввода;
JП - энтальпия насыщенных паров сырья;
Jж - энтальпия кипящей жидкости сырья.
При расчёте минимального флегмового числа возможны следующие варианты:
а) Если сырьё вводится при температуре кипения, то е'=0 и q=l.
б) Если сырьё вводится в виде холодной жидкости, не доведенной до температуры кипения, то q>l.
в) Если сырьё вводится в виде насыщенных паров, то е'=1 и q=0.
г) Если сырьё вводится в виде перегретых паров, то q<0.
д) Если сырьё вводится в виде парожидкостной смеси, то 0<е'<1 и l-q=
В нашем случае 1-g==0,0023. Методом подбора находим из первого уравнения Андервуда корень , подставляем его во второе уравнение и определяем Rmin [14, с.30]:
0,62198
1,7225-1=0,7225 (2.33)
Результаты расчета приведены в таблице 2.12:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Таблица 2.12.
Расчёт минимального флегмового числа
№ компо-нента
при
1
0,0003
163,6629
11,3223
0,0004
0,0008
0,0008
2
0,0099
69,2469
4,7905
0,0113
0,0234
0,0269
3
0,1868
32,7352
2,2646
0,2576
0,4439
0,6120
4
0,0938
18,5124
1,2807
0,1824
0,2216
0,4308
5
0,1300
14,4549
1,0000
0,3440
0,2935
0,7764
6
0,0604
8,0123
0,5543
-0,4947
0,0143
-0,1169
7
0,0530
6,6439
0,4596
-0,1501
0,0027
-0,0075
8
0,4657
2,0062
0,1388
-0,1338
0,0000
0,0000
Сумма
1,0000
-
-
0,0171
1,0000
1,7225
2.11. Оптимальное флегмовое число.
Оптимальное число теоретических тарелок
Приведем два способа расчета оптимального флегмового числа.
Графический способ Джиллиленда [14, с.30]:
а) Задаемся коэффициентом избытка флегмы:
б) Рассчитываем флегмовые числа:
(2.34)
Например, R1=1,5 * 0,7225= 1,08
в) находим параметр Хi :
(2.35)
Например,
г) Находим параметр Yi:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
(2.36)
Например,
д) Находим число теоретических тарелок N из уравнения:
(2.37)
Например,
е) Находим величину Ni(Ri+1)
Например, N1(R1+1)=18,70 * (1,08+1)=39,0
Расчеты приведены в таблице 2.13:
Таблица 2.13.
Расчет параметров Rопт и Nопт
Ri
xi
yi
Ni
Ni(Ri+1)
1,5
1,08
0,173
0,484
18,70
39,0
1,6
1,16
0,201
0,460
17,82
38,4
1,7
1,23
0,227
0,438
17,09
38,1
1,8
1,30
0,251
0,418
16,48
37,9
1,9
1,37
0,274
0,400
15,96
37,9
2,0
1,44
0,295
0,384
15,51
37,9
2,1
1,52
0,316
0,369
15,13
38,1
2,2
1,59
0,335
0,356
14,78
38,3
2,3
1,66
0,353
0,343
14,48
38,5
ж) График зависимости Ni(Ri+1) от f(Ri) изображен на рис.2.2.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Рис. 2.2 график зависимости Ni(Ri+1) от f(Ri).
Минимум на полученной кривой соответствует искомым параметрам:
Rопт=1,30;
Nопт=16,48;
.
Аналитический вариант расчета (по приближенным числам) [14, с.33]:
(2.38)
(2.39)
Таким образом, оба способа дают довольно близкие результаты. Принимаем к дальнейшим расчетам данные более точного графического способа.
2.12. Место ввода сырья в колонну. Рабочее число тарелок
Определяем минимальное число теоретических тарелок в концентрационной части колонны [14, с.33]:
(2.40)
где ?5 и ?6 - коэффициенты относительной летучести компонентов при температуре ввода сырья.
Оптимальное число теоретических тарелок в верхней части колонны:
(2.41)
Отсюда:
Рабочее число тарелок в колонне:
(2.42)
где - к.п.д. тарелки, примем равным 0,5, тогда
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Рабочее число тарелок в верхней части колонны:
(2.43)
В нижней, исчерпывающей части колонны, таким образом, будет:
33-14= 19 тарелок.
2.13. Внутренние материальные потоки
а) Верхняя часть колонны:
Количество флегмы, стекающей с тарелок верхней части колонны:
кг/ч (2.44)
Количество паров, поднимающихся с тарелок верхней части колонны:
кг/ч (2.45)
Объем паров:
(2.46)
Плотность паров:
(2.47)
Относительная плотность при температуре верха колонны:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
25
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
(2.48)
где ?=0,00114 – температурная поправка по формуле Кусакова.
Абсолютная плотность жидкости кг/м3
Объемный расход жидкости:
м3/ч (2.49)
б) Нижняя часть колонны:
Количество флегмы, стекающей с тарелок нижней части колонны:
(2.50)
кг/ч
Количество паров, поднимающихся с тарелок нижней части колонны:
кг/ч (2.51)
Объем паров:
(2.52)
Плотность паров:
(2.53)
Относительная плотность при температуре низа колонны:
(2.54)
где =0,00098 – температурная поправка по формуле Кусакова.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
26
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Абсолютная плотность жидкости кг/м3
Объемный расход жидкости:
м3/ч (2.55)
2.14. Тепловой баланс колонны
Рассмотрим способ отвода тепла в колонне холодным испаряющемся орошением, как наиболее распространенным в нефтепереработке. Пары дистиллята при этом поступают в конденсатор-холодильник, где происходит их конденсация и дальнейшее охлаждение конденсата до температур 30-400С. Часть холодного орошения далее подается на верхнюю тарелку, остальное
количество отводится как верхний продукт колонны [14, с.37].
Уравнение теплового баланса колонны в этом случае будет иметь вид:
(2.56)
где QF – тепло, поступающее в колонну с сырьем, кВт;
QB – тепло, подводимое в низ колонны, кВт;
QD – тепло, отводимое из колонны с дистиллятом, кВт;
QW – тепло, отводимое из колонны с остатком, кВт;
QХОЛ – тепло, отводимое в конденсаторе-холодильнике, кВт;
QПОТ – потери тепла в окружающую среду, кВт.
(2.57)
(2.58)
(2.59)
где F, Fж, Fп – массовый расход сырья, жидкой и паровой фаз сырья, кг/ч;
iFж – энтальпия жидкой фазы сырья, кДж/кг;
IFп – энтальпия паровой фазы сырья, кДж/кг;
е=0,00132 – массовая доля отгона сырья.
(2.60)
где D – массовый расход дистиллята, кг/ч;
iХОЛ – энтальпия холодного дистиллята при температуре его отвода после конденсатора-холодильника, кДж/кг;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
(2.61)
где W – массовый расход остатка, кг/ч;
iW – энтальпия остатка при температуре его отвода из колонны 188,9270С, кДж/кг;
(2.62)
где Lор – количество холодного орошения, подаваемого в колонну, кг/ч
ID – энтальпия паров дистиллята при температуре верха колонны 76,7320С.
(2.63)
где Rопт=1,3717– оптимальное флегмовое число;
iконд – энтальпия жидкого дистиллята при температуре его конденсации, кДж/кг;
Qконд – теплота конденсации паров дистиллята. Для светлых нефтепродуктов эту величину можно рассчитать по уравнению Крега:
, кДж/кг (2.64)
где Тср.м. – средняя молекулярная температура кипения дистиллята, К.
В общем случае средняя молекулярная температура кипения смеси рассчитывается по формуле:
(2.65)
где Тi –среднеарифметическая температура кипения компонента в смеси, К;
Хi’ – мольная доля компонента в смеси.
В данном случае средняя молекулярная температура кипения дистиллята:
Тср.м.=250,19К
кДж/кг
Примем температуру дистиллята после конденсатора-холодильника и, следовательно, температуру подачи орошения tхол=350С.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
28
ДП.240403.250/121а.015.2015.00.ПЗ
Энтальпия жидких нефтепродуктов при соответствующих температура....................... |
Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"
| Узнать цену | Каталог работ |
Похожие работы:
