Итого
|
100,0
|
-
|
100,00
|
4400,0
|
523810
,00-(4,21+21,15+24,29+17,48+7,32) = 23,55%
*отбор гудрона 25,64/22,5=1,14
Примечание. Материальный баланс рассчитан без
учета потерь и исходя из условия: число рабочих дней в году - 350,
производительность установки 4,4 млн. т/год.
1.5 Технологический расчет основной
атмосферной колонны
На основании практических и литературных
источников принимаются следующие исходные данные:
температура сырья на входе в колонну 350°С;
давление в низу колонны Pн=0,17 МПа;
количество водяного пара, подаваемого в низ
колонны 1% масс. на сырье;
количество водяного пара в отпарные колонны 1%
масс. на выводимый из отпарной колонны дистиллят;
число тарелок: в отпарной части колонны Nот=6, в
концентрационной части NБ+РТ=15, NДТ=10;
перепад давления на тарелку ∆Р=0,0008 МПа;
температура низа принимается на 20˚С ниже
температуры сырья.
1.5.1 Материальный баланс основной
атмосферной колонны
Таблица 1.6 - Материальный баланс основной
атмосферной колонны
Сырье
и продукты
|
Выход
по ИТК
|
Отбор
от потенциала
|
Фактический
выход
|
ti,
°С
|
Mi,
кг/кмоль
|
ρi
|
Взято:
|
Нефть
|
100,0
|
-
|
100,00
|
-
|
-
|
0,852
|
Получено:
|
Бензин
(нк-120)
|
4,3
|
0,98
|
4,21
|
69
|
85
|
0,701
|
РТ
(120-240)
|
21,8
|
0,97
|
21,15
|
180
|
146
|
0,794
|
ДТ
(240-350)
|
25,3
|
0,96
|
24,29
|
295
|
236
|
0,847
|
Мазут
(350+)
|
48,6
|
1.04*
|
50,40*
|
498
|
457
|
0,904
|
Итого
|
100,0
|
-
|
100,00
|
-
|
-
|
-
|
Фактический выход мазута определяется как
разность:
,0-(4,3+21,8+25,3)=48,6%
*Отбор мазута: 50,40/48,6=1,04
1.5.2 Расчет доли отгона сырья на
входе в К-1
Для повышения точности расчета нефть разбивается
на ряд узких фракций, которые принимаются за индивидуальные компоненты.
Характеристика узких фракций приведена в таблице 1.3.
Расчет ОИ производится методом подбора из
условия:
Σx i =,
(1.1)
где хFi, хi - мольная доля компонента
соответственно в сырье и жидкой фазе;
е - мольная доля отгона;- константа фазового
равновесия i-го компонента.
Порядок расчета ОИ:
. Рассчитываем число киломолей i-го компонента:
Ni=ai/Мi
. Рассчитываем мольные доли компонентов: XFi=Ni/ƩNi
. Рассчитываем упругость паров i-го компонента
(Рi) при заданной температуре (t) по формуле:
Pi=0,1*
МПа,
где bi=(tв+273)/(ti+273), tв=350°С.
. Задаемся значением мольной доли отгона:
(е=0,758);
. Рассчитываем константу фазового равновесия
i-го компонента:
где Рвх - давление на входе в колонну: (Рвх=Рн -∆P*Nот),
МПа;- величина отношения кмоли водяного пара/кмоли сырья,
Рвх=0,17-0,0008*6=0,1652 МПа.
. По формуле 1.1 рассчитываются мольные доли
компонентов в жидкой фазе сырья (Xi), находится ƩXi. Если ƩXi
получилась в пределах заданной точности, переходим к пункту 7, в противном
случае задаются новой величиной «е» и повторяют расчеты с пункта 5.
. Рассчитываем мольные доли компонентов в
паровой фазе сырья:
=Ki*Xi.
. Рассчитываем молярные массы жидкости (Мх) и
паров (Му):
Мх=ƩМi*Xi,
Му=ƩМi*Yi.
. Рассчитываем массовые доли компонентов в
жидкой и паровой фазах:
= Мi*Xi/Мх,
= Мi*Yi/Му.
. Рассчитываем удельные объемы жидкой и паровой
фаз:
Ʃ(/ρi);
Ʃ(/ρi).
Расчет удобно выполнять в виде таблицы.
Представленный ниже расчет произведен в электронных таблицах Excel на основе
исходных данных, полученных на ЭВМ.
Таблица 1.7 - Расчет доли отгона сырья на входе
в К-1
Фракция
|
ai
|
ti
|
Mi
|
ρi
|
Ni
|
XFi
|
Pi
|
|
н.к.-60
|
1,3
|
39
|
73
|
0,651
|
0,0178
|
0,0420
|
232,9007
|
|
60-100
|
1,5
|
80
|
90
|
0,715
|
0,0167
|
0,0393
|
16,9442
|
|
100-150
|
7,7
|
125
|
113
|
0,758
|
0,0682
|
0,1608
|
4,5081
|
|
150-200
|
8,8
|
175
|
143
|
0,792
|
0,0615
|
0,1452
|
1,8560
|
|
200-250
|
8,8
|
225
|
178
|
0,818
|
0,0494
|
0,1167
|
0,8555
|
|
250-300
|
11,2
|
275
|
218
|
0,839
|
0,0514
|
0,1212
|
0,3797
|
|
300-350
|
12,1
|
325
|
263
|
0,858
|
0,0460
|
0,1086
|
0,1581
|
|
350-400
|
9,8
|
375
|
313
|
0,874
|
0,0313
|
0,0739
|
0,0626
|
|
400-450
|
8,6
|
425
|
368
|
0,888
|
0,0234
|
0,0551
|
0,0240
|
|
450-500
|
7,7
|
475
|
428
|
0,901
|
0,0180
|
0,0425
|
0,0091
|
|
500+
|
22,5
|
573
|
560
|
0,924
|
0,0402
|
0,0948
|
0,0014
|
|
Σ
|
100
|
|
|
|
0,4238
|
1,0000
|
|
|
Фракция
|
Ki
|
Ki-1
|
e*(Ki-1)
|
1+e*(Ki-1)
|
Xi
|
Yi
|
|
н.к-60
|
1653,5490
|
1652,5490
|
1252,6321
|
1253,6321
|
0,00003
|
0,0554
|
|
60-100
|
120,3005
|
119,3005
|
90,4298
|
91,4298
|
0,00043
|
0,0517
|
|
100-150
|
32,0068
|
31,0068
|
23,5032
|
24,5032
|
0,00656
|
0,2100
|
|
150-200
|
13,1770
|
12,1770
|
9,2302
|
10,2302
|
0,01419
|
0,1870
|
|
200-250
|
6,0739
|
5,0739
|
3,8460
|
4,8460
|
0,02407
|
0,1462
|
|
250-300
|
2,6955
|
1,6955
|
1,2852
|
2,2852
|
0,05305
|
0,1430
|
|
300-350
|
1,1227
|
0,1227
|
0,0930
|
1,0930
|
0,09932
|
0,1115
|
|
350-400
|
0,4444
|
-0,5556
|
-0,4211
|
0,5789
|
0,12762
|
0,0567
|
|
400-450
|
0,1706
|
-0,8294
|
-0,6287
|
0,3713
|
0,14850
|
0,0253
|
|
450-500
|
0,0648
|
-0,9352
|
-0,7089
|
0,2911
|
0,14581
|
0,0094
|
|
500+
|
0,0099
|
-0,9901
|
-0,7505
|
0,2495
|
0,37995
|
0,0038
|
|
Σ
|
|
|
|
|
0,99953
|
0,9964
|
|
Фракция
|
Mi*Xi
|
Mi*Yi
|
|
|
/ρi
|
/ρi
|
н.к-60
|
0,0024
|
4,0458
|
0,00001
|
0,02261
|
0,00001
|
0,03473
|
60-100
|
0,0387
|
4,6568
|
0,00009
|
0,02603
|
0,00013
|
0,03640
|
100-150
|
0,7414
|
23,7314
|
0,00179
|
0,13263
|
0,00236
|
0,17498
|
150-200
|
2,0296
|
26,7442
|
0,00490
|
0,14947
|
0,00618
|
0,18873
|
200-250
|
4,2846
|
26,0243
|
0,01034
|
0,14545
|
0,01264
|
0,17781
|
250-300
|
11,5640
|
31,1708
|
0,02790
|
0,17421
|
0,03325
|
0,20764
|
300-350
|
26,1201
|
29,3251
|
0,06301
|
0,16390
|
0,07344
|
0,19102
|
350-400
|
39,9456
|
17,7518
|
0,09636
|
0,09921
|
0,11025
|
0,11352
|
400-450
|
54,6473
|
0,13182
|
0,05211
|
0,14845
|
0,05868
|
450-500
|
62,4071
|
4,0440
|
0,15054
|
0,02260
|
0,16708
|
0,02509
|
500+
|
212,7735
|
2,1065
|
0,51326
|
0,01177
|
0,55547
|
0,01274
|
Σ
|
414,5545
|
178,9234
|
1,00000
|
1,00000
|
1,10925
|
1,22134
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовая доля отгона рассчитывается по уравнению
eM=e*My/(My*e+Mx*(1-e)),
eM=0,758*178,9234/(178,9234*0,758+414,5545*(1-0,758)=0,575.
Плотность пара рассчитывается по уравнению:
ρy=1/ Ʃ(/ρi)
= 1/1,22134 = 0,819.
Плотность жидкости:
ρх=1/ Ʃ(/ρi)=1/1,10925=0,902.
1.5.3 Расчет температуры вывода
бокового погона в зоне вывода дизельного топлива
Рисунок 1.1 - К расчету температуры вывода
бокового погона в зоне вывода дизельного топлива: F - сырье, g - флегма, G -
пары, в.п. - водяной пар, Mф - мазут фактический
Температура бокового погона определяется методом
подбора: задаются количеством флегмы "g" и ее составом (Х принятое).
Последующими расчетами доказывают правильность принятого состава флегмы.
Количество флегмы рекомендуется принимать в пределах 15-20 кг.
. Принимаем количество флегмы g=15,0 кг. Состав
флегмы массовый (Х принятое):
Б=0,0012,
РТ=0,0544,
ДТ= (1-0,0012-0,0544)=0,9444.
. Рассчитывается количество компонентов во
флегме:
Бg=15,0*0,0012=0,018 кг,
РТg=15,0*0,0544=0,816 кг,
ДТg=15,0*0,9444=14,166 кг.
Составим уравнение материального баланса по
обозначенному на рисунке 1.3 контуру:
F+g+в.п.=G+Мф.
Подставим в это выражение величину:
=Бф+РТф+ДТф+Мф,
где Бф, РТф, ДТф, Мф - соответственно
фактические выходы бензина, реактивного топлива, дизельного топлива и мазута
(эти данные берутся из таблицы 1.6).
После подстановки и сокращения Мф получим:
=(Бф+Бg)+(РТф+РТg)+(ДТф+ДТg)+в.п.
. Рассчитывается количество компонентов в парах:
БG = 4,21+0,018 =4,228 кг, РТG= 21,15+0,816
=21,966 кг, ДТG= 24,29+14,166 =38,456 кг, в.п.= 100*0,01 = 1 кг (1% на сырьё).
. Рассчитывается давление в зоне вывода бокового
погона:
РДТ=Рн-(No+NДТ)*∆Р,
РДТ=0,17-(6+10)*0,0008=0,1572 МПа.
Температура паров рассчитывается методом подбора
из условия конца ОИ: ∑Yi/Ki=1.
Все расчеты сведем в таблицу 1.8:
Таблица 1.8 - Расчет температуры паров G
Компонент
|
кг
|
Mi
|
ti
|
ρi
|
Ni
|
Yi
|
Б
|
4,228
|
85
|
69
|
0,701
|
0,049741
|
0,118800
|
РТ
|
21,966
|
146
|
180
|
0,794
|
0,150452
|
0,359333
|
ДТ
|
38,456
|
236
|
295
|
0,847
|
0,162949
|
0,389181
|
В.П.
|
1
|
18
|
-
|
-
|
0,055556
|
0,132686
|
Σ
|
|
|
|
|
0,418698
|
1,000000
|
tG=276°С
|
Pi
|
Ki
|
Xi
|
Mi*Xi
|
xрасчетное
|
5,6564
|
35,9821883
|
0,003302
|
0,2806
|
0,0012
|
0,6654
|
4,232824427
|
0,084892
|
12,3942
|
0,0544
|
0,0671
|
0,426844784
|
0,911762
|
215,1757
|
0,9444
|
-
|
∞
|
0
|
0
|
0,0000
|
|
|
0,999955
|
227,8506
|
1,0000
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Константа фазового равновесия водяного пара
принимается "∞" из условия, что конденсация водяного пара
недопустима (в случае конденсации создается аварийная ситуация) и,
следовательно, Хв.п.=Yв.п./Кв.п.=0, а так как Yв.п. ≠0, поэтому Хв.п.=0
только при Кв.п. =∞.
По данным расчета делается вывод: принятый
состав флегмы близок к расчетному, поэтому можно переходить к составлению
теплового баланса по контуру, обозначенному на рисунке 1.3.
Уравнение теплового баланса по обозначенному
контуру:
+Qg=QG+QM+Qпцо1,
где Qf, Qg - тепло, вносимое сырьем и флегмой;,
Qm - тепло, выносимое парами и мазутом;ПЦО1 - тепло, снимаемое промежуточным
циркуляционным орошением под тарелкой вывода бокового погона.
Водяной пар в тепловом балансе не учитывается.
Приход тепла:
. С сырьем:
= F*JF,
где F=100 кг
Энтальпия парожидкостной смеси сырья
рассчитывается по формуле:
JF=j*eмас
+ i*(l-eмас),
где j, i - соответственно энтальпии паров и
жидкости, рассчитываемые по формулам:
i = 4,187*(0,403*t+0,000405*t2)/ (ρx)0,5
кДж/кг
(1.2)= 4,187*[(50,2+0,109*t+0,00014*t2)*(4-ρy)-73,8],
кДж/кг
(1.3)
где t, ρx,
ρy
- соответственно температура, плотности жидкости и пара. Этот расчет
осуществлен на ЭВМ.=988 кДж/кг=988*100=98800 кДж/кг
. С флегмой:
Температура флегмы (а это и есть температура
вывода бокового погона) рассчитывается по уравнению:
tg=tG-(tF-tG)/Nдт;
tg=276-(350-276)/10=269˚С.
Плотность флегмы:
Энтальпия флегмы ig
рассчитывается по формуле 1.2 с использованием значений tg и ρg:
i = 4,187*(0,403*269+0,000405*2692)/
(0,844)0,5 =626,6 кДж/кг
Qg=g*ig,
=15,0*626,6=9390 кДж
Итого: приход теплапpиx = Qf +
Qg=98800+9390=108190 кДж
Расход тепла:
. С мазутом (ρ
мазута из таблицы 1.6):= tF-20=350-20=330˚С
= Мф* iМ
М рассчитывается по формуле
1.2:м=4,187*(0,403*330+0,000405*3302)/ (0,904)0,5 = 780 кДж/кг=50,4*780=39306
кДж
. С парами G:= G*JG.
Количество углеводородных паров:
= БG + РТG + ДТG
=4,228+21,966+38,456=64,65 кг
Плотность углеводородных паров:
рассчитывается по формуле
1.3:=4,187*[(50,2+0,109*276+0,00014*2762)*(4-0,817)-73,8]=903
кДж/кг=64,65*903=58376 кДж
Расход тепла:
= QM + QG
=39306+58377=97683 кДж
Из теплового баланса рассчитывается тепло,
снимаемое промежуточным циркуляционным орошением:пцо1= Qприх - Qpacxпцо1= 108190
- 97683=10517 кДж.
1.5.4 Расчет отпарной колонны
дизельного топлива
Расчет отпарной колонны заключается в
итерационном подборе количества флегмы "gст", поступающей в аппарат
из основной колонны, и определении температуры дизтоплива, уходящего с низа
отпарной колонны.
Рисунок 1.2 - К расчету отпарной колонны
дизтоплива: G - пары; g - флегма; в.п. - водяной пар; ДТф - дизтопливо
фактическое
Рассчитывается количество водяного пара,
подаваемого в низ колонныв.п. = ДТф*0,01 = 24,29*0,01 = 0,2429 кг
Температура верха отпарной колонны принимается
на 5˚С ниже температуры флегмы tGст =tgст - 5 = 269 - 5=264˚С.
. Принимаем gст = 28,24 кг
Принимаем, что с верха отпарной колонны уходят
полностью бензин, реактивное топливо, водяной пар и часть дизельного топлива.
. Рассчитываем количество углеводородных
компонентов в парах Gст (состав gст принимается из таблицы 1.8 равным Храсч):
Б=28,24*0,0012= 0,033888 кг
РТ= 28,24*0,0544= 1,536256 кг
ДТ=28,24*0,09444-24,29= 2,379856 кг,
где 24,29 - количество ДТф, уходящего с низа
отпарной колонны.=0,033888+1,536256+2,379856=3,95 кг
. Определяем, находятся ли пары данного состава
в состоянии насыщения. Расчет сводится в таблицу:
Таблица 1.9 - Проверка насыщенности паров Gст
Компонент
|
кг
в парах
|
Mi
|
Ni
|
Yi
|
t=264
Pдт=0,1572 МПа
|
|
|
|
|
|
Pi
|
Ki
|
Xi
|
Б
|
0,033888
|
85
|
0,000399
|
0,011556
|
4,6287
|
29,44466
|
0,000392
|
РТ
|
1,536256
|
146
|
0,010522
|
0,304998
|
0,5511
|
3,505725
|
0,087
|
ДТ
|
2,379856
|
236
|
0,010084
|
0,292297
|
0,0508
|
0,323155
|
0,904511
|
В.П.
|
0,2429
|
18
|
0,013494
|
0,391148
|
-
|
∞
|
0
|
Σ
|
3,95
|
|
0,0345
|
1
|
|
|
0,991904
|
При выполнении условия для последнего столбца
(ΣXi=1
с достаточной точностью) таблицы можно сделать вывод, что пар Gст насыщенный, а
значит количество gст принято правильно.
. Расчет температуры вывода ДТф
Уравнение теплового баланса отпарной колонны:
ст = QGct + QДТ
ДТ = Qgcт - QGстДТ = ДТф*iДТ = gcт*i - Gct*J
откуда iДТ= (g*i - Gct *J)/ ДТф
Для определения энтальпии паров Gct необходимо
предварительно рассчитать плотность паров по формуле 1.4, а затем использовать
формулу 1.3. Энтальпия i=ig берется из расчета теплового баланса нижнего
контура основной колонны.
= 4,187 *
[(50,2+0,109*264+0,00014*2642)*(4-0,824)-73,8] = 870,9 кДж/кгДТ=28,24*626,61 -
3,95*870,9 =14255 кДжДТ = 14255/24,29=587 кДж/кг
Зная плотность ДТ и энтальпию iДТ, можно
рассчитать его температуру из квадратного уравнения:
,000405*tДТ2 +0,403*tДТ -iДТ*(ρДТ)0,5/4,187
= 0ДТ = [-0,403+(0,4032 + 0,000405* iдт*(ρДТ)0,5/4,187)0,5]
/0,00081 (1.5)ДТ =
[-0,403+(0,4032+4*0,000405*587*(0,847)0,5/4,187)0,5]/0,00081= 254,83°С
Примем tДТ = 255°С.
1.5.5 Расчет температуры верха
колонны К-1
Температура верха рассчитывается из условия
конца ОИ паров, уходящих с верха колонны ∑Yi/Ki=1.
Для повышения точности расчета бензиновая
фракция разбивается на две более узкие фракции.
Рассчитываем количество водяного пара, уходящего
с верха колонны:
GВП=GH+GДТ,
где GH, GДТ - соответственно количество водяного
пара, подаваемого в низ К-1 и отпарную колонну ДТ.в.п.= 1+0,2429=1,2429 кг
Рассчитывается давление верха колонны:
РВ=РН-(NOТ+NРТ+NДТ+NБ)*∆P
РВ= 0,17-(6+10+15)*0,0008=0,1452 МПа
Рассчитывается упругость паров i-гo компонента
(Pi) при заданной температуре верха (tв) по формуле:
,
где bi = (tв+273)/(ti+273).
Дальнейший расчет представлен в таблице 1.10:
Таблица 1.10 - К расчету температуры верха при
циркуляционном орошении
Компонент
|
кг
|
ti
|
Mi
|
Ni
|
Yi
|
Принимаем
tв=76°С
|
|
|
|
|
|
|
Pi
|
Ki
|
Yi/Ki
|
Б(нк-120)
|
4,3
|
69
|
85
|
0,0506
|
0,18619
|
1,27116
|
8,7546
|
0,0213
|
РТ1(120-180)
|
11,8
|
150
|
128
|
0,0922
|
0,33929
|
0,20213
|
1,3921
|
0,2437
|
РТ2(180-240)
|
10
|
210
|
167
|
0,0599
|
0,22039
|
0,04344
|
0,2992
|
0,7366
|
В.П.
|
1,2429
|
-
|
18
|
0,0691
|
0,25414
|
-
|
∞
|
-
|
Σ
|
17,3429
|
|
|
0,2717
|
1,00000
|
|
|
1,0016
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитываем парциальное давление водяного пара
Рв.п. = Рв*YВ.П.*7600, мм рт.ст.
Рв.п. =0,1452*0,25414*7600=280,44 мм рт.ст.
Рассчитывается температура конденсации водяного
пара tк:к = [1 / (0,00397 - 0,0004455 * log(PВ.П.))] - 273, °Ск = [1 / (0,00397
- 0,0004455 * log(280,44))] - 273 =74,3°С
,0-74,3=103,7 °С
(tв - tк) > 10°С, опасности конденсации
водяного пара не возникает, следовательно, можно использовать циркуляционное
орошение.
Далее составляем полный тепловой баланс колонны.
Уравнение теплового баланса колонны при циркуляционном орошении:
= QБ + QМ + QДТ2 + QДТ1 + QПЦО1 + QВЦО.
Приход тепла:
С сырьем QF=98800 кДж
Расход тепла:
. С парами бензина QБ = Бф*JБ
где JБ - энтальпия паров бензина, рассчитывается
по формуле 1.3 с использованием плотности Б и температуры верха
колонныБ=4,187*[(50,2+0,109*178+0,00014*1782) * (4-0,701)-73,8]=713,7 кДж/кгБ =
4,21*713,7=3005 кДж
. С парами РТ QРТ = РТФ*JРТ
где JРТ - энтальпия паров РТ, рассчитывается по
формуле 1.3 с использованием плотности РТ и температуры верха
колонныРТ=4,187*[(50,2+0,109*178+0,00014*1782) * (4-0,794)-73,8]=684,9 кДж/кгРТ
= 21,15*684,9=14484 кДж
. С мазутом QM =39306 кДж
. С ДТ QДТ=14255 кДж
. С ПЦО1 QПЦО1 = 8059 кДж
Из теплового баланса определяется QВЦО.ВЦО=
QF-QБ- QРТ- QМ- QДТ- QПЦО1ВЦО =98800-3005-14484-39306-14255-8059=17233 кДжВЦО
=17233 кДж
1.5.6 Расчет диаметра колонны
Рисунок 1.3 - К расчету диаметра колонны
. Рассчитывается количество горячего орошения:
г.ор. = QВЦО /(jtвсм -itвсм),
где itвсм - энтальпия смеси жидких бензина и реактивного
топлива при температуре верха, рассчитывается по плотности смеси бензина с РТ и
температуре верха.всм определяется из уравнения 1,3:
твсм = 4,187*[(50,2+0,109*tв+0,00014*tв2)*(4-ρсм)-73,8],
кДж/кг
ρсм рассчитывается
из уравнения:
твсм =
4,187*[(50,2+0,109*178+0,00014*1782)*(4-0,777)-73,8]=690,11 кДж/кгвсм
определяется из уравнения 1,2:всм = 4,187*(0,403*178+0,000405*1782)/(0,777)0,5
=401,68 кДж/кгг.op. = 17233/(690,11-401,68)=59,75 кг
. Рассчитывается количество углеводородных
паров, поступающих под верхнюю тарелку:
= Бф+РТ1ф+РТ2ф+gг.op.
=4,3+11,8+10,0+59,75=85,85 кг
. Рассчитывается секундный объем паров, м3/с:
=(G/МСМ +
GВ.П./18)*22,4*(0,1/Pв)*(tв+273)*КП/273/3600
где МСМ - молярная масса смеси бензина и РТ,
которая рассчитывается по формуле:
КП - коэффициент производительности.
КП равен производительности установки по нефти в
кг/ч, деленной на 100 (т.к. все расчеты были выполнены на 100 кг исходной
нефти),
КП = 5238 кг/(ч∙100)= (85,85 /128,8 +
1,2429/18)*22,4*(0,1 /0,1452)*(178+273)*52358 /273 /3600 = 27,28 м3/с
. Рассчитывается плотность смеси при температуре
верха, кг/м3:
ρсмтв = (ρсм
- (0,001828-0,00132* ρсм)*(tв -
20))*1000
ρсмтв = (0,777 -
(0,001828-0,00132*0,777)*(178 - 20))*1000=650,25 кг/м3
. Рассчитывается плотность паров, кг/м3:
ρП = (G+Gвп)*Кп / Vc
/ 3600
ρП =
(85,85+1,2429)*5238 / 27,28 / 3600 = 4,65 кг/м3
. Рассчитывается допустимая скорость паров по
формуле
где С - коэффициент, зависящий от типа тарелок,
расстояния между тарелками и нагрузки тарелок по жидкости.
С = 675доп = =
0,674 м/с.
. Рассчитывается диаметр колонны:
р = ,
Dр = =
7,18 м
Расчетный диаметр округляется до ближайшего
стандартного в большую сторону. Принимаем D = 7,5 м.
2. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОСНОВНЫХ
АППАРАТОВ И ОБОРУДОВАНИЯ
.1 Расчет атмосферной печи
Рассчитывается тепловая нагрузка печи:
п =100*(JF - iт/о.)*Кп, кДж/ч
где JF - энтальпия нефти на выходе из печи
(известна из расчета ОИ);т/о - энтальпия нефти после теплообменников
(расчитывается при температуре 180…220°С по формуле 1.2, принимаем температуру
200°С).т/о = 4,187*(0,403*200+0,000405*2002)/(0,876)0,5 = 433 кДж/кгп =
100*(988-433)*5238 = 290694511 кДж/ч
Рассчитаем в других размерностях:
/4,187 = 69427875 ккал/ч
/(1000*3600)=80,75 МВт
В зависимости от тепловой нагрузки выбирается
стандартная печь и определяется число печей. Ставим печь типа СКВ1 с
производительностью 75,6 Гкал/ч. Техническая характеристика печи приведена в
таблице 2.1
Таблица 2.1 - Техническая характеристика печи
типа СКВ1
Показатель
|
СКВ1
|
Радиантные
трубы поверхность нагрева, м2 рабочая длина, м
|
2100
12,6
|
Количество
секций
|
7
|
Теплопроизводительность:
МВт Гкал/ч
|
87,7
75,6
|
Печь СКВ1 - печь свободного вертикального
сжигания комбинированного топлива, коробчатая, с вертикальным расположением
труб змеевика в камере радиации. Под каждой камерой радиации расположена своя
камера конвекции с горизонтальными трубами.
Принимаем КПД печи η=0,85,
теплотворную способность топлива и
рассчитываем расход топлива GT:
= QП / /
η, кг/ч
= 69427875/10500/0,85 = 7779 кг/ч
нефть разгонка топливо охлаждение
2.2 Расчет конденсатора воздушного
охлаждения
Рассчитывается тепловая нагрузка
(холодопроизводительность) аппарата при остром орошении, кДж:
кво = (Бф+gор)*(jtв - i40)+Gв.п*(jz - 4,187*40),
где jtв - энтальпия паров бензина;- энтальпия
водяного пара при температуре верха;- энтальпия жидкого бензина при 40 оС,
рассчитывается по формуле 1.2.
= 4,187*[606, 5 + 0,305*tк + 0,5*(tв - tк)]
= 4,187*[606,5 + 0,305∙90+ 0,5* (100-90)]
=2675,3 кДж/кгор = Бф*5 = 4,3*5 = 21,5 кг= 4,187*(0,403*40+0,000405*402)/
(0,701)0,5 =83,85 кДж/кг= (4,3+21,5)*(554,3-83,85) + 1,2429*(2675,3-4,187*40) =
15255 кДж
Составляется схема теплообмена:
°C 40 °C
°C 25 °C
∆t1 = 40 °С ∆t2 = 15 °С
Рассчитывается средняя разность температур (∆tcp),
°С:
(∆t1 / ∆t2)> 2, ∆ tcp = (∆t1
-∆ t2) / (2,3 * log(∆t1 /∆ t2), °С,
∆ tcp =(40-15)/(2,3log(40/15)) = 25,5 °С
Рассчитывается поверхность охлаждения:
= Qkbo*Kп / (Ктп*∆tcp) , м2,
где Ктп - коэффициент теплопередачи, принимается
из литературных данных, Ктп = 29,17 Вт/(м2 *град) =105 кДж/(м2*ч*град).=
(15255*5238)/(105*25,5) = 29823 м2
Из справочников выбираем поверхность
стандартного аппарата Fo=7500 м2 и рассчитывается число аппаратов Naп = F /
Fo.п =29823/7500 = 4,995 = 4 аппарата.
Таблица 2.2 - Характеристика зигзагообразных
аппаратов воздушного охлаждения (ОСТ 26-02-1521-77)
Число
рядов труб
|
Коэффициент
оребрения
|
Полная
поверхность теплообмена, м2
|
8
|
22
|
7500
|
2.3 Расчет теплообменника
«дизтопливо-нефть»
Принимаются следующие исходные данные:
нефть делится на два потока по 50 кг;
температура ДТ на выходе из теплообменника 100˚С;
температура нефти на входе в теплообменник 40˚С.
Составляется схема теплообмена:
°C 100 °C40 °C
∆t1 ∆t2
Количество передаваемого потоком дизтоплива
тепла:
=ДТФ*(iДТ-i100),
где iдт берется из расчетов, i100
рассчитывается= 4,187*(0,403*100+0,000405*1002)/ (0,847)0,5 =201,77 кДж/кг=
24,29*(568,88-201,77) = 9354 кДж
Рассчитывается энтальпия нефти при 40°С=
4,187*(0,403*40+0,000405*402)/(0,876)0,5 =75,01 кДж/кг
Затем определяется энтальпия нефти на выходе из
теплообменника:
=i40+Q*η/50,
где η
- к.п.д. теплообменника (принимается 0,97).= 75,01+9354*0,97/50=257 кДж/кг
Зная энтальпию нефти и плотность, можно
рассчитать температуру tx по формуле 1.5:х = [-0,403+(0,4032 + 4∙0,000405*257*(0,876)0,5/
4,187)0,5] / 0,00081= 126,3˚С
∆t1 = 257-126,3=130,7°С
∆t2 = 100-40=60°С
Рассчитывается средняя разность температур ∆tcp:
(∆t1 / ∆t2) > 2, ∆ tcp = (∆t1
- ∆t2) / [2,3 ∙ log(∆t1 /∆t2)], °С
∆ tcp = (130,7-60) / [2,3*log(130,7/60)]
=90,6°С
Рассчитывается поверхность теплообмена:
= QТ/О*Kп / (Ктп*∆tcp),
где Ктп = 175 Вт/(м2*град) = 630
кДж/(м2*ч*град), принимаем из= 9354*5238/ (630*90,6) = 858,1 м2
Из справочных данных выбирается поверхность
стандартного аппарата Fo=864 м2 и рассчитывается число аппаратов:
п = F / Fo
п=858,1/864=0,993п округляется до целого числа в
большую сторону. Naп=1.
Таблица 2.3 - Характеристика кожухотрубчатых
теплообменников с плавающей головкой (ГОСТ 14245-79)
Диаметр,
мм
|
Число
ходов по трубам
|
Поверхность
при длине труб 9000 мм и расположении их в решетке по вершинам треугольников,
м2
|
кожуха
|
труб
|
|
|
1200
|
20
|
4
|
864
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе рассчитана и спроектирована
установка АВТ для переработки Южно-Аламышикской нефти.
Для заданной нефти произведен расчет кривых
разгонки (истинных температур кипения, молекулярной массы и относительной
плотности), выбор и обоснование ассортимента получаемых продуктов, выбор и
обоснование технологической схемы установки. Построенные кривые разгонки и
технологическая схема установки АВТ приведены в пояснительной записке.
В ходе технологического расчета основной
атмосферной рассчитан процесс однократного испарения в зоне питания колонны
(еМ=0,582), осуществила расчёт температуры верха колонны (87,6˚С),
температуры вывода бокового погона в зоне вывода дизельного топлива (262˚С),
рассчитана отпарная колонна, составлен покомпонентный материальный и тепловой
балансы колонны.
В проектном расчете определен диаметр колонны (6
м), подобрана атмосферная печь, конденсаторы воздушного охлаждения и теплообменник.
В общем, выполнение курсового проекта
способствовало дальнейшему углублению моих знаний в области первичной перегонки
нефти. Кроме того, при выполнении курсового проекта, закреплены знания о
схематическом начертании типовых аппаратов и машин, а также приобретены
дополнительные навыки работы в прикладных программах Microsoft.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нефти
СССР: Справочник. - Т.3. - М.: Химия, 1972. - 392с.
. Фасхутдинов
Р.А., Фасхутдинов Р.Р. Методические указания по выполнению курсовой работы по
АВТ. - Уфа: УГНТУ, 2004.- 39с.
. Танатаров
М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. Технологические расчеты установок
переработки нефти. - М.: Химия, 1987.- 352с.
. Ахметов
С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов.
Уфа: Гилем, 2002. 672 с.
Похожие работы на - Переработка нефти на атмосферно-вакуумных трубчатых установках
|