Реферат: Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов
Министерство образованияРоссийской Федерации
Ангарская ГосударственнаяТехническая академия
Кафедра Химической технологиитоплива
Пояснительнаязаписка к курсовому проекту.
Темапроекта: “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 37Список литературы 38
Введение
Ректификация является одним из важнейшихтехнологических процессов разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов вхимической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отрасляхпромышленности. Это массообменный процесс, который осуществляется в большинствеслучаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами. Ректификация– это наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимыхдруг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров сжидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров. Процесс основанна том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением пара приодной и той же температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и составжидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться отсостава начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет содержатьсябольше, чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкостиконцентрация труднолетучего компонента при этом должна увеличиться.
Технологический расчётколонны
В колонну поступает 76000 кг/ч сырья (мазута).Продуктамиперегонки 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 колонныМатериальный баланс колонны составляем на основеданных о выходах (табл. 1) продуктов из сырья.
Таблица 1.
Наименование продукта
Выход, % масс.
Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC)
34,3Гудрон (фр. свыше 500 oC)
62,7 Газы разложения 3Итого:
100
Расчёт:
1. Расход вакуумного погона:
/>
2. Расход гудрона:
/>
3. Расход паров и газовразложения:
/>
Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу2.
Таблица 2.
Материальный баланс по колоннеПриход
Расход
Наименование
Расход, кг/ч
Наименование
Расход, кг/ч
Мазут 76000 Пары разложения 2280 Вакуумный погон 26068 Гудрон 47652Итого:
76000
Итого:
76000
Считаем материальный баланс по каждой секции:
Таблица 3.
Материальный баланс 1-й секцииПриход
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 47652Итого:
100
76000
Итого:
100
76000
Таблица 4.
Материальный баланс 2-й секции ПриходРасход
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 26068Итого:
100
28348
Итого:
100
28348
Определение рабочего флегмовогочисла и числа теоретических тарелок для 1-й секции.Для выполнения расчёта заменяем имеющиеся фракцииуглеводородов на простые алканы нормального строения:
1. Фракция НК-350 оС.Так как данная фракция состоит преимущественно из паров диз. топлива, то за НКпримем температуру равную 240 оC. Средняятемпература равна: (350+240)/2=295оС.
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-йсекции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаемн-гексакозан (С26Н54 ), а в качестве выкокипящего (ВК) — н-пентатриаконтан (С35Н72).
Производим расчёт мольныхконцентрация на входе и на выходах из секции.
Мольную концентрацию на входе определяем наоснове массовой концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 1-йсекции (табл. 3).
/>
Состав куба дистиллята определяется на основеср. температур кипения фракции и рассчитывается по формуле:
/>
где Pатм — атмосферноедавление, PНК и PВК–давление насыщенных паров индивидуальных компонентов при температурефракции, определяются по уравнению Антуана:
/>, [Па.]
где A, В, С – параметры Антуана длякаждого компонента. t- температура, оС.
Параметры уравнения для каждого компонента приведены втаблице 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 40,5Расчёт состава куба: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 500 оС.
/>
Расчёт состава дистиллата: PНК иPВК рассчитываются при температуре равной425 оС.
/>
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяемпо формуле методом последовательного приближения:
/>
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=363оС
Температура на выходе из куба равна: tW=408оС
Температура на входе равна: tF=376оС
Определяем относительную летучесть /> по формуле:
/>
При температуре tD=363 оС />
При температуре tW=408оС />
Средняя относительная летучесть:/>
Строим кривую равновесия по формуле:
/>
/>
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовоечисло:
/>
Оптимальное (рабочее) флегмовоечисло определяем на основе критерия оптимальности :/>, где />. Зависимость критерияоптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
/>
Рис.2 Зависимость критерияоптимальности от коэф-та избытка флегмыПо графику определяем что />. Отсюда находимо рабочеефлегмовое число: />
Исходя из рабочего флегмового числа строимрабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней частисекции.
/>
Рис.3 Теоретические ступениЧисло теоретических тарелок NТТ=6
Число теоретических тарелок в нижней части NН=4
Число теоретических тарелок в верхней части NВ=2
Расчёт физико-химических свойствсмеси в верхней и нижней частях.Расчёт средних концентрацийжидкости:/>
/>
Расчёт средних концентрацийпара:/>
/>
Средние температуры верха и низа:
Определяются по той же формуле что итемпературы 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=388оС равна />
Плотность ВК компонента при температур tН=388оС равна />
/>
Плотность НК компонента при температур tВ=369оС равна />
Плотность ВК компонента при температур tВ=369оС равна />
/>
Средние вязкости жидкости:
Вязкость НК компонента при температур tН=388оС равна />
Вязкость ВК компонента при температур tН=388оС равна />
/>/>
Вязкость НК компонента при температур tВ=369оС равна />
Вязкость ВК компонента при температур tВ=369оС равна />
/>/>
Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
/>
/>
/>/>
/>
Для верха колонны:
/>
/>
/>/>
/>
Гидравлический расчёт колпачковыхтарелок 1-й секции.Определяем количество пара поднимающегося вверхпо колонне. Примем допущение, что расход пара во всей колонне являетсявеличиной постоянной и находится:
/>
Определяем расходжидкости в верхней и нижней части колонны:
/>
/>
Для расчёта диапазонколебания нагрузки принимаем равными:
К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки
К4=1,1 – коэффициент увеличениянагрузки
1. Диапазон колебания нагрузки.
/>
Такое значение приемлемо для колпачковыхтарелок.
2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:
/>
Для верхней части:
/>
3. Диаметр нижней части:
/>
Верхней части:
/>
4. Так как диаметрыоказались одинаковыми принимаем колонну одного диаметра DК=2,4м
Действительную скорость пара в нижней частинаходим:
/>
В верхней части:
/>
5. По таблице 6 [1]периметр слива />и относительноесечение перелива />. Относительнаяактивная площадь тарелки:
/>
6. Фактор нагрузки для нижнейчасти колонны:
/>
Для верхней части:
/>
Коэффициент поверхностногонатяжения для нижней части колонны:
/>
Для верхней части:
/>
Принимая минимальное расстояниемежду тарелками />, по табл. 6.7 [1]определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:
/>
Допустимая скорость пара врабочем сечении колонны для нижней части:
/>
Для верхней части:
/>
7. Проверяем условиедопустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:
/>
/>
Условие не выполняется, поэтомунеобходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижениимаксимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор покаусловие не сойдётся. Расчёт для нижней и верхней частей колонны ведёмраздельно.
Расчёт нижней части секции:
/>
/>
Принимаем следующее диаметр:
/>
/>
Принимаем следующее диаметр:
/>
/>
Принимаем следующее диаметр:
/>
/>
Принимаем следующее диаметр:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
/>
/>
Условие не выполняется.Увеличиваем диаметр колонны:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
/>
Условие не выполняется.Увеличиваем диаметр колонны:
/>
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
9. Фактор паровой нагрузки:
/>
Подпор жидкости над сливным порогом:
/>
10. Глубина барботажа hб=0,03м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h3=0,02м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,018м (табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
/>
11. Высота сливного порога:
/>
12. Градиент уровня жидкости натарелке:
/>
13. Динамическая глубинабарботажа:
/>
14. Значение комплекса В2(табл. 6.9. [1]):
/>
Минимально допустимая скоростьпара в свободном сечении тарелок:
/>
Относительное свободное сечениетарелок />(табл. 6.6.). Коэффициентзапаса сечения тарелок:
/>
Так как К1 <1, то пар будет проходитьлишь через отдельные колпачка. Контакт пара и жидкости окажется не достаточноэффективным, 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 В5берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
/>
Условие выполняется и парпроходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.
15. Фактор аэрации:
/>
16. Коэффициент гидравлическогосопротивления тарелки /> (табл. 6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
/>
17. Коэффициент вспениваемостипри вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
/>
18. Межтарельчатый уносжидкости:
/>
Величина не превышает 0,1кг/кг. Продолжаем расчёт.
19. Площадь поперечного сечения колонны:
/>
Скорость жидкости в переливныхустройствах:
/>
Допустимая скорость жидкости впереливных устройствах:
/>
Действительные скоростижидкости меньше допустимых. Таким образом для нижней части 1-й секции принимаемданную тарелку.
Расчёт верхней частисекции:
Для упрощения конструкции колонны вверхней 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 относительноесечение перелива />. Относительнаяактивная площадь тарелки:
/>
3. Фактор нагрузки для верхнейчасти колонны:
/>
Коэффициент поверхностногонатяжения для верхней части секции:
/>
Принимая минимальное расстояниемежду тарелками />, по табл. 6.7 [1]определяем комплекс В1:
/>
Допустимая скорость пара врабочем сечении колонны:
/>
4. Проверяем условиедопустимости скоростей пара:
/>
Условие не выполняется, поэтомунеобходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижениимаксимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор покаусловие не сойдётся.
/>
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
5. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
6. Фактор паровой нагрузки:
/>
Подпор жидкости над сливным порогом:
/>
7. Глубина барботажа hб=0,03м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h3=0,02м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,018м (табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
/>
8. Высота сливного порога:
/>
9. Градиент уровня жидкости натарелке:
/>
10. Динамическая глубинабарботажа:
/>
11. Значение комплекса В2(табл. 6.9. [1]):
/>
Минимально допустимая скоростьпара в свободном сечении тарелок:
/>
Относительное свободное сечениетарелок />(табл. 6.6. [1]). Коэффициентзапаса сечения тарелок:
/>
Так как К1 >1, то пар будет проходитьчерез 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 В5берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
/>
Условие выполняется и парпроходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.
12. Фактор аэрации:
/>
13. Коэффициент гидравлическогосопротивления тарелки /> (табл. 6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
/>
14. Коэффициент вспениваемостипри вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
/>
15. Межтарельчатый уносжидкости:
/>
Величина не превышает 0,1кг/кг. Продолжаем расчёт.
16. Площадь поперечного сечения колонны:
/>
Скорость жидкости в переливныхустройствах:
/>
Допустимая скорость жидкости впереливных устройствах:
/>
Действительные скоростижидкости меньше допустимых.
Таким образом для верха и низа секции принимаемодинаковую 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 ивысоты 1-й секции.1. Определяем значение критерия Фурье дляколпачковой тарелки:
/>
/>
/>/>
/>
2. Определяем общее числа единиц переноса:
/>
/>
/>
/>
Для верха колонны:
/>
/>
/>
/>
3. Локальнаяэффективность контакта:
/>
Для верха колонны:
/>
4. Эффективность тарелкипо Мэрфи:
/>
/>
Для верха колонны:
/>
/>
5. Действительное числотарелок:
/>
Для верха колонны:
/>
6. Рабочая высота секциидля низа:
/>
Для верха:
/>
Общая рабочая высота:
/>
7. Общая высота секции:
/>
Определениерабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции.
Расчёт второй секции колонны производим толькодля верхней части.
Заменяем перегоняемую смесь углеводородов во 2-йсекции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаемн-гексадекан (С16Н34 ), а в качестве выкокипящего (ВК) — : н-гексакозан (С26Н54 ).
Производим расчёт мольныхконцентрация на входе и на выходах из секции.
Мольную концентрацию на входе определяем наоснове массовой концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 2-йсекции (табл. 3).
/>
Расчёт состава дистиллата: PНК и PВКрассчитываются при температуре равной 295 оС.
/>
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяемпо формуле методом последовательного приближения:
/>
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235оС
Температура на входе равна: tF=308оС
Определяем относительную летучесть /> по формуле:
/>
При температуре tD=235 оС />
При температуре tW=308оС />
Средняя относительная летучесть:/>
Строим кривую равновесия по формуле:
/>
/>
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,501мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовоечисло:
/>
Оптимальное (рабочее) флегмовоечисло определяем на основе критерия оптимальности :/>, где />. Зависимость критерияоптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
/>
Рис.2 Зависимость критерияоптимальности от коэф-та избытка флегмыПо графику определяем что />. Отсюда находимо рабочеефлегмовое число: />
Исходя из рабочего флегмового числа строимрабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней частисекции.
/>
Рис.3 Теоретические ступениЧисло теоретических тарелок NТТ=3
Расчёт физико-химических свойствсмеси.Расчёт средней концентрации жидкости:/>
Расчёт средней концентрации пара:/>
Расчёт средней температуры:
Определяются по той же формуле что итемпературы 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<sub/>=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 колпачковыхтарелок 2-й секции.Определяем количество пара поднимающегося вверхпо колонне. Примем допущение, что расход пара во всей колонне являетсявеличиной постоянной и находится:
/>
Определяем расходжидкости в верхней и нижней части колонны:
/>
1. Расчёт оценочной скорости:
/>
2. Определяем диаметр:
/>
3. Принимаем колонну диаметраDК=1,0 м
Действительную скорость пара в нижней частинаходим:
/>
4. По таблице 6 [1]периметр слива />и относительноесечение перелива />. Относительнаяактивная площадь тарелки:
/>
5. Фактор нагрузки:
/>
Коэффициент поверхностногонатяжения:
/>
Принимая минимальное расстояниемежду тарелками />, по табл. 6.7 [1]определяем комплекс В1:
/>
Допустимая скорость пара врабочем сечении колонны:
/>
6. Проверяем условие допустимостискоростей пара для верхней и нижней частей колонны:
/>
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличиватьмежтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения приниматьтарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Увеличиваем межтарельчатоерасстояние:
/>
/>
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
7. Удельная нагрузка на перегородку:
/>
/>
Условие выполнилось. Продолжаемрасчёт дальше.
8. Фактор паровой нагрузки:
/>
Подпор жидкости над сливным порогом:
/>
9. Глубина барботажа hб=0,03м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h3=0,02м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,01м (табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
/>
10. Высота сливного порога:
/>
11. Градиент уровня жидкости натарелке:
/>
12. Динамическая глубинабарботажа:
/>
13. Значение комплекса В2(табл. 6.9. [1]):
/>
Минимально допустимая скоростьпара в свободном сечении тарелок:
/>
Относительное свободное сечениетарелок />(табл. 6.6. [1]). Коэффициентзапаса сечения тарелок:
/>
Так как К1 >1, то пар будет проходитьчерез 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 В5берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
/>
Условие выполняется и парпроходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.
14. Фактор аэрации:
/>
15. Коэффициент гидравлическогосопротивления тарелки /> (табл. 6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
/>
17. Коэффициент вспениваемостипри вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
/>
18. Межтарельчатый уносжидкости:
/>
Величина не превышает 0,1кг/кг. Продолжаем расчёт.
19. Площадь поперечного сечения колонны:
/>
Скорость жидкости в переливныхустройствах:
/>
Допустимая скорость жидкости впереливных устройствах:
/>
Действительная скоростьжидкости меньше допустимых. Таким образом для 2-й секции принимаем даннуютарелку.
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 ивысоты 2-й секции.1. Определяем значение критерия Фурье дляколпачковой тарелки:
/>
/>
2. Определяем общее числа единиц переноса:
/>
/>
/>
/>
3. Локальнаяэффективность контакта:
/>
4. Эффективность тарелкипо Мэрфи:
/>
/>
5. Действительное числотарелок:
/>
6. Рабочая высота секциидля низа:
/>
7. Общая высота секции:
/>
Тепловой баланс колонны.
Для расчёта энтальпий углеводородоввоспользуемся формулами:
Для жидких углеводородов:
/>
Для газообразныхуглеводородов:
/>
Расчёт 1-й секции:
Приход:
1. Паровая фаза:
а) фр. НК-350 оС
/>
/>
б) фр.350-500 оС
/>
/>
в) Водянойпар (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 расчётазаносим в таблицу 6.
Таблица 6.
Тепловой баланс1-й секции колонны
ПриходРасход
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 3224291,24нк — 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 16412000Итого:
81000
104893456,6
Итого:
81000
99064196,4
Избыток тепла в 1-й секции составляет:
/>
Расчёт 2-й секции производим по такой же схеме и результатывыводим в таблицу 7.
Таблица 7.
Тепловой баланс2-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 24546565Итого:
33348
55583574,8
Итого:
33348
39705601,7
Избыток тепла в 1-й секции составляет:
/>
Избытки тепла в секциях снимаютсяза счёт циркуляционных орошений.
В качестве НЦО примем флегму 1-й секции.
Температуру, до которой необходимо охладитьфлегму, найдём из энтальпии возвращаемой флегмы:
/>/>
Решая уравнение получаемзначение температуры
/>
t = 255 оС
Избыток тепла во второй секции снимаем за счётподачи охлаждённой флегмы до 40 оС, а так же за счёт ВЦО:
Расход ВЦО найдём по уравнению:
/>
Расчёт штуцеров колонны
Расчёт диаметров штуцеров производим на основескорости движения потоков по формуле:
/>
1. Внутренний диаметр штуцера длявхода исходного сырья:
Принимаем скорость движения сырья />
/>
/>
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D1=0,4 м
2. Внутренний диаметр штуцера длявхода водяного пара:
Принимаем скорость движения сырья />
/>
/>
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D2=0,2 м
3. Внутренний диаметр штуцера длявыхода гудрона:
Принимаем скорость движения сырья />
/>
/>
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D3=0,2 м
4. Внутренний диаметр штуцера длявыхода вакуумного погона:
Принимаем скорость движения сырья />
/>
/>
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D4=0,15 м
5. Внутренний диаметр штуцера длявхода флегмы в 1-ю секцию:
Принимаем скорость движения сырья />
/>
/>
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D5=0,125 м
6. Внутренний диаметр штуцера длявыхода паров углеводородов с верха колонны:
Принимаем скорость движения сырья />
/>
/>
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D6=0,25 м
7. Внутренний диаметр штуцера длявхода 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 примемминеральную вату.
Принимаем температуру окружающего воздуха tо=20 оС и ветер, движущийся соскоростью w=10 м/с. Так же принимаем коэффициенттеплоотдачи от изоляционного материала в окружающую среду />. Температура стенки изоляционногоматериала по технике безопасности не должна превышать 45 оС. Принимаемеё равной />
Тепловые потери:
/>
Приближённо принимаем,что всё термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, тогда толщинаслоя изоляционного материала определяется уравнением:
/>
где /> теплопроводностьизоляционного материала при средней температуре; q –удельная тепловая нагрузка; /> -средняя температура по колонне и температура внешней стенки изоляционногоматериала.
/>
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.