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
Материальный баланс 4
Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й секции 5
Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях 9
Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции 11
Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции 21
Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции 23
Расчёт физико-химических свойств смеси. 26
Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции 27
Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32
Тепловой баланс колонны 33
Расчёт штуцеров колонны 35
Расчёт теплоизоляции 37
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
Фракция НК-350 оС (пары и газы разложения).
Фракция 350-500 оС (вакуумный погон).
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
Ульянов Б.А., Асламов А.А., Щелкунов Б.И. Ректификация бинарных и многокомпонентных смесей Уч. Пособие – Иркутск Изд-во ИрГТУ, 1999-240 с.
Ульянов Б.А., Щелкунов Б. И. Гидравлика контактных тарелок Уч. Пособие – Иркутск Изд-во ИрГТУ, 1996 г.
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии М. 1991 г.
Татевский А.Е. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов М. 1960г. –412 с.
Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии М. 1991г.
Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. М. 1987 г.
Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. М. 1970г.