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                                                                                              37

Список 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 колонны

            Материальный баланс колонны составляем на основеданных о выходах (табл. 1) продуктов из сырья.

Таблица 1.

Наименование продукта

Выход, % масс.

Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC)

34,3

Гудрон (фр. свыше 500 oC)

62,7 Газы разложения 3

Итого:

100

Расчёт:

1. Расход вакуумного погона:

/>

2. Расход гудрона:

/>

3. Расход паров и газовразложения:

/>

            Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу2.

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 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 40,5

Расчёт 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 флегмы

            По 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 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 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 флегмы

            По 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 ступени

            Число 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

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 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 24546565

Итого:

 

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.
еще рефераты
Еще работы по технологии