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

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:

2. Расход гудрона:

3. Расход паров и газов разложения:

            Все результаты 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)
(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).

            Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения фракции и рассчитывается по формуле:

где Pатм- атмосферное давление, PНК  и PВК –давление насыщенных паров индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по уравнению Антуана:

, [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.

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

            Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:

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  по формуле:

            При температуре tD=363 оС 

            При температуре tW=408 оС

            Средняя относительная летучесть:

            Строим кривую равновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия

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

Рассчитываем минимальное флегмовое число:

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

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

            По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:

            Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

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:

Расчёт средних концентраций пара:

Средние температуры верха и низа:

            Определяются по 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

Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна

Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна

Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна

Средние вязкости жидкости:

Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна

Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна

Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна

Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Для верха колонны:

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:

            Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

            Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:

            К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки

            К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки

            1. Диапазон колебания нагрузки.

            Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.

            2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:

            Для верхней части:

            3. Диаметр нижней части:

            Верхней части:

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

            Действительную скорость пара в нижней части находим:

            В верхней части:

            5. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

            6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:

            Для верхней части:

            Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:

            Для верхней части:

            Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:

            Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:

            Для верхней части:

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

            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:

            Принимаем следующее диаметр:

            Принимаем следующее диаметр:

            Принимаем следующее диаметр:

            Принимаем следующее диаметр:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

           

            8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

            Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

            Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

            Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

 

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

            8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

            9. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

            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:

            11. Высота сливного порога:

            12. Градиент уровня жидкости на тарелке:

            13. Динамическая глубина барботажа:

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

            Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

            Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6.). Коэффициент запаса сечения тарелок:

            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.

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

            Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

            Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

            Степень открытия прорезей колпачка:

            Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

            15. Фактор аэрации:

            16. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки  (табл. 6.13 [1]).

            Гидравлическое сопротивление тарелок:

            17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

            Высота сепарационного пространства между тарелками:

            18. Межтарельчатый унос жидкости:

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

            19. Площадь поперечного сечения колонны:

            Скорость жидкости в переливных устройствах:

            Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

            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:

            2. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

            3. Фактор нагрузки для верхней части колонны:

            Коэффициент поверхностного натяжения для верхней части секции:

            Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1:

            Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

            4. Проверяем условие допустимости скоростей пара:

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

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

            5. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

            6. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

            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:

            8. Высота сливного порога:

            9. Градиент уровня жидкости на тарелке:

            10. Динамическая глубина барботажа:

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

            Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

            Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:

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

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

            Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

            Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

            Степень открытия прорезей колпачка:

            Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

            12. Фактор аэрации:

            13. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки  (табл. 6.13 [1]).

            Гидравлическое сопротивление тарелок:

            14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

            Высота сепарационного пространства между тарелками:

            15. Межтарельчатый унос жидкости:

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

            16. Площадь поперечного сечения колонны:

            Скорость жидкости в переливных устройствах:

            Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

            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: ; ;

            Свободное сечение тарелки:

            Сечение перелива:

            Относительная площадь для прохода паров: ;

            Межтарельчатое расстояние: ; ;

            Количество колпачков: ; ;

            Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

            Высота парожидкостного слоя:

            Фактор аэрации:

            Гидравлическое сопротивление тарелки:

Межтарельчатый унос:

            Скорость жидкости в переливе:

            Скорость пара в колонне:

Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.

            1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

            2. Определяем общее числа единиц переноса:

            Для верха колонны:

            3. Локальная эффективность контакта:

            Для верха колонны:

            4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

            Для верха колонны:

            5. Действительное число тарелок:

            Для верха колонны:

            6. Рабочая высота секции для низа:

            Для верха:

            Общая рабочая высота:

            7. Общая высота секции:


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).

 

Расчёт состава дистиллата: PНК  и PВК рассчитываются при температуре равной 295 оС.

            Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:

Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235 оС

Температура на входе равна: tF=308 оС

           

            Определяем относительную летучесть  по формуле:

            При температуре tD=235 оС 

            При температуре tW=308 оС

            Средняя относительная летучесть:

            Строим кривую равновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия

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

Рассчитываем минимальное флегмовое число:

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

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

            По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:

            Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

Рис.3 Теоретические ступени

            Число теоретических тарелок NТТ=3

Расчёт физико-химических свойств смеси.

Расчёт средней концентрации жидкости:

Расчёт средней концентрации пара:

Расчёт средней температуры:

            Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата.

Средняя молекулярная масса пара:

Средняя молекулярная масса жидкости:

Средняя плотность пара:

Средняя массовая доля:

Средняя плотность жидкости:

Плотность НК компонента при температур t =256 оС равна

Плотность ВК компонента при температур t =256 оС равна

Средняя вязкость жидкости:

Вязкость НК компонента при температур t =256 оС равна

Вязкость ВК компонента при температур t =256 оС равна

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

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:

            Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

            1. Расчёт оценочной скорости:

            2. Определяем диаметр:

            3. Принимаем колонну диаметра DК=1,0 м

            Действительную скорость пара в нижней части находим:

            4. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

            5. Фактор нагрузки:

            Коэффициент поверхностного натяжения:

            Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1:

            Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

6. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:

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

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

           

            7. Удельная нагрузка на перегородку:

            Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

            8. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

            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:

            10. Высота сливного порога:

            11. Градиент уровня жидкости на тарелке:

            12. Динамическая глубина барботажа:

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

            Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

            Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:

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

            Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0023 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

            Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

            Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].

            Степень открытия прорезей колпачка:

            Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

            14. Фактор аэрации:

            15. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки  (табл. 6.13 [1]).

            Гидравлическое сопротивление тарелок:

            17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75

            Высота сепарационного пространства между тарелками:

            18. Межтарельчатый унос жидкости:

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

            19. Площадь поперечного сечения колонны:

            Скорость жидкости в переливных устройствах:

            Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

            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: ;

            Свободное сечение тарелки:

            Сечение перелива:

            Относительная площадь для прохода паров: ;

            Межтарельчатое расстояние: ;

            Количество колпачков: ;

            Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

            Высота парожидкостного слоя:

            Фактор аэрации:

            Гидравлическое сопротивление тарелки:

Межтарельчатый унос:

            Скорость жидкости в переливном устройстве:

            Скорость пара в колонне:

Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции.

            1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

            2. Определяем общее числа единиц переноса:

            3. Локальная эффективность контакта:

            4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

            5. Действительное число тарелок:

            6. Рабочая высота секции для низа:

            7. Общая высота секции:

Тепловой баланс колонны.

           

            Для расчёта энтальпий углеводородов воспользуемся формулами:

            Для жидких углеводородов:

            Для газообразных углеводородов:

            Расчёт 1-й секции:

            Приход:

            1. Паровая фаза:

                        а) фр. НК-350 оС

                        б) фр. 350-500 оС

                        в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)

            2. Жидкая фаза:

                        а) фр. 500-КК оС

            Расход:

            1. Паровая фаза:

                        а) фр. НК-350 оС

                        б) фр. 350-500 оС

в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)

            2. Жидкая фаза:

                        а) фр. 500-КК оС

            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

Мазут Паровая фаза:
Паровая фаза: нк - 350 385 2280 1414,163 3224291,24

нк - 350 оС

420 2280 1516,414 3457423,97 фр. 350 - 500 385 26068 1384,908 36101783,6
фр. 350 – 500 420 26068 1485,149 38714861,93 Вод. пар 385 5000 3251,5 16257500
Жидкая фаза: Жидкая фаза
Гудрон 420 47652 971,820 46309170,65 Гудрон 400 47652 912,462 43480621,5
Вод. пар 480 5000 3282,4 16412000

Итого:

 

81000

 

104893456,6

Итого:

 

81000

 

99064196,4

 

Избыток тепла в 1-й секции составляет:

Расчёт 2-й секции производим по такой же схеме и результаты выводим в таблицу 7.

Таблица 7.

Тепловой баланс 2-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:

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:

            Решая уравнение получаем значение температуры

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:

 

Расчёт штуцеров колонны

           

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

1. Внутренний диаметр штуцера для входа исходного сырья:

            Принимаем скорость движения сырья

            Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D1=0,4 м

2. Внутренний диаметр штуцера для входа водяного пара:

            Принимаем скорость движения сырья

            Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D2=0,2 м

3. Внутренний диаметр штуцера для выхода гудрона:

            Принимаем скорость движения сырья

            Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D3=0,2 м

4. Внутренний диаметр штуцера для выхода вакуумного погона:

            Принимаем скорость движения сырья

            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

            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

            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

            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 . Температура стенки изоляционного материала по технике безопасности не должна превышать 45 оС. Принимаем её равной

            Тепловые потери:

            Приближённо принимаем, что всё термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, тогда толщина слоя изоляционного материала определяется уравнением:

            где  теплопроводность изоляционного материала при средней температуре; q – удельная тепловая нагрузка;  - средняя температура по колонне и температура внешней стенки изоляционного материала.


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.