Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов
Работа из раздела: «
Технология»
Министерство образования Российской Федерации
Ангарская Государственная Техническая академия
Кафедра Химической технологии топлива
Пояснительная записка к курсовому проекту.
Тема проекта: “Блок ВП(м), установка ГК-3”
Выполнил: ст-нт гр.ТТ-99-1
Семёнов И. А.
Проверил: проф.., к.т.н.
Щелкунов Б.И.
Ангарск 2003
Содержание:
Введение 3
1. Материальный баланс 4
2. Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок
для 1-й секции 5
3. Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях 9
4. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции 11
5. Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции 21
6. Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок
для 2-й секции 23
7. Расчёт физико-химических свойств смеси. 26
8. Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции 27
9. Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32
10. Тепловой баланс колонны 33
11. Расчёт штуцеров колонны 35
12. Расчёт теплоизоляции 37
Список литературы 38
Введение
Ректификация является одним из важнейших технологических процессов
разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической,
нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях
промышленности. Это массообменный процесс, который осуществляется в
большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными
элементами. Ректификация – это наиболее полное разделение смесей жидкостей,
целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в
многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при
частичной конденсации паров. Процесс основан на том, что жидкости,
составляющие смесь, обладают различным давлением пара при одной и той же
температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и состав жидкости,
получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава
начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет содержаться больше,
чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости
концентрация труднолетучего компонента при этом должна увеличиться.
Технологический расчёт колонны
В колонну поступает 76000 кг/ч сырья (мазута).Продуктами перегонки
являются:
1. Фракция НК-350 оС (пары и газы разложения).
2. Фракция 350-500 оС (вакуумный погон).
3. Фракция 500-КК оС (гудрон).
Давление в колонне равно [pic]
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:
[pic]
2. Расход гудрона:
[pic]
3. Расход паров и газов разложения:
[pic]
Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу 2.
Таблица 2.
Материальный баланс по колонне
|Приход |Расход |
|Наименование |Расход, |Наименование |Расход, |
| |кг/ч | |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).
[pic]
Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения
фракции и рассчитывается по формуле:
[pic]
где Pатм- атмосферное давление, PНК и PВК –давление насыщенных паров
индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по
уравнению Антуана:
[pic], [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.
[pic]
Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной
425 оС.
[pic]
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле
методом последовательного приближения:
[pic]
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 [pic] по формуле:
[pic]
При температуре tD=363 оС [pic]
При температуре tW=408 оС [pic]
Средняя относительная летучесть:[pic]
Строим кривую равновесия по формуле:
[pic]
[pic]
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:
[pic]
Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия
оптимальности :[pic], где [pic]. Зависимость критерия оптимальности от
коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
[pic]
Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы
По графику определяем что [pic]. Отсюда находимо рабочее флегмовое
число: [pic]
Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем
теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.
[pic]
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:
[pic]
[pic]
Расчёт средних концентраций пара:
[pic]
[pic]
Средние температуры верха и низа:
Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из
дистиллата и куба.
[pic]
[pic]
Средние молекулярные массы пара:
[pic]
[pic]
Средние молекулярные массы жидкости:
[pic]
[pic]
Средние плотности пара:
[pic]
[pic]
Средние массовые доли:
[pic]
[pic]
Средние плотности жидкости:
Плотность НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
[pic]
Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
[pic]
Средние вязкости жидкости:
Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна [pic]
[pic][pic]
Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна [pic]
[pic][pic]
Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic]
Для верха колонны:
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic]
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:
[pic]
Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
[pic]
[pic]
Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:
К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки
К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки
1. Диапазон колебания нагрузки.
[pic]
Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.
2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
3. Диаметр нижней части:
[pic]
Верхней части:
[pic]
4. Так как диаметры оказались одинаковыми принимаем колонну одного
диаметра DК=2,4 м
Действительную скорость пара в нижней части находим:
[pic]
В верхней части:
[pic]
5. По таблице 6 [1] периметр слива [pic]и относительное сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
[pic]
6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic], по табл. 6.7
[1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:
[pic]
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:
[pic]
Для верхней части:
[pic]
7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней
частей колонны:
[pic]
[pic]
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:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Принимаем следующее диаметр:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
[pic]
Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
9. Фактор паровой нагрузки:
[pic]
Подпор жидкости над сливным порогом:
[pic]
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:
[pic]
11. Высота сливного порога:
[pic]
12. Градиент уровня жидкости на тарелке:
[pic]
13. Динамическая глубина барботажа:
[pic]
14. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
[pic]
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
[pic]
Относительное свободное сечение тарелок [pic](табл. 6.6.).
Коэффициент запаса сечения тарелок:
[pic]
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.
[pic]
[pic]
Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и
определяем скорость пара в прорезях:
[pic]
Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
[pic]
Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
[pic]
Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и
тарелка работает эффективно.
15. Фактор аэрации:
[pic]
16. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки [pic] (табл.
6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
[pic]
17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
[pic]
18. Межтарельчатый унос жидкости:
[pic]
Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
19. Площадь поперечного сечения колонны:
[pic]
Скорость жидкости в переливных устройствах:
[pic]
Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
[pic]
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:
[pic]
2. По таблице 6 [1] периметр слива [pic]и относительное сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
[pic]
3. Фактор нагрузки для верхней части колонны:
[pic]
Коэффициент поверхностного натяжения для верхней части секции:
[pic]
Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic], по табл. 6.7
[1] определяем комплекс В1:
[pic]
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:
[pic]
4. Проверяем условие допустимости скоростей пара:
[pic]
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое
расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку
большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
5. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
6. Фактор паровой нагрузки:
[pic]
Подпор жидкости над сливным порогом:
[pic]
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:
[pic]
8. Высота сливного порога:
[pic]
9. Градиент уровня жидкости на тарелке:
[pic]
10. Динамическая глубина барботажа:
[pic]
11. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
[pic]
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
[pic]
Относительное свободное сечение тарелок [pic](табл. 6.6. [1]).
Коэффициент запаса сечения тарелок:
[pic]
Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.
[pic]
[pic]
Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и
определяем скорость пара в прорезях:
[pic]
Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
[pic]
Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
[pic]
Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и
тарелка работает эффективно.
12. Фактор аэрации:
[pic]
13. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки [pic] (табл.
6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
[pic]
14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
[pic]
15. Межтарельчатый унос жидкости:
[pic]
Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
16. Площадь поперечного сечения колонны:
[pic]
Скорость жидкости в переливных устройствах:
[pic]
Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
[pic]
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: [pic]; [pic];
Свободное сечение тарелки: [pic]
Сечение перелива: [pic]
Относительная площадь для прохода паров: [pic];
Межтарельчатое расстояние: [pic]; [pic];
Количество колпачков: [pic]; [pic];
Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:
Высота парожидкостного слоя:[pic]
Фактор аэрации:[pic]
Гидравлическое сопротивление тарелки:[pic]
Межтарельчатый унос:[pic]
Скорость жидкости в переливе: [pic]
Скорость пара в колонне:[pic]
Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.
1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic]
2. Определяем общее числа единиц переноса:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Для верха колонны:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
3. Локальная эффективность контакта:
[pic]
Для верха колонны:
[pic]
4. Эффективность тарелки по Мэрфи:
[pic]
[pic]
Для верха колонны:
[pic]
[pic]
5. Действительное число тарелок:
[pic]
Для верха колонны:
[pic]
6. Рабочая высота секции для низа:
[pic]
Для верха:
[pic]
Общая рабочая высота:
[pic]
7. Общая высота секции:
[pic]
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).
[pic]
Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре
равной 295 оС.
[pic]
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле
методом последовательного приближения:
[pic]
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235 оС
Температура на входе равна: tF=308 оС
Определяем относительную летучесть [pic] по формуле:
[pic]
При температуре tD=235 оС [pic]
При температуре tW=308 оС [pic]
Средняя относительная летучесть:[pic]
Строим кривую равновесия по формуле:
[pic]
[pic]
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,501 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:
[pic]
Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия
оптимальности :[pic], где [pic]. Зависимость критерия оптимальности от
коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
[pic]
Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы
По графику определяем что [pic]. Отсюда находимо рабочее флегмовое
число: [pic]
Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем
теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.
[pic]
Рис.3 Теоретические ступени
Число теоретических тарелок NТТ=3
Расчёт физико-химических свойств смеси.
Расчёт средней концентрации жидкости:
[pic]
Расчёт средней концентрации пара:
[pic]
Расчёт средней температуры:
Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из
дистиллата.
[pic]
Средняя молекулярная масса пара:
[pic]
Средняя молекулярная масса жидкости:
[pic]
Средняя плотность пара:
[pic]
Средняя массовая доля:
[pic]
Средняя плотность жидкости:
Плотность НК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
Плотность ВК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
[pic]
Средняя вязкость жидкости:
Вязкость НК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
Вязкость ВК компонента при температур t =256 оС равна [pic]
[pic][pic]
Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic]
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:
[pic]
Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
[pic]
1. Расчёт оценочной скорости:
[pic]
2. Определяем диаметр:
[pic]
3. Принимаем колонну диаметра DК=1,0 м
Действительную скорость пара в нижней части находим:
[pic]
4. По таблице 6 [1] периметр слива [pic]и относительное сечение
перелива [pic]. Относительная активная площадь тарелки:
[pic]
5. Фактор нагрузки:
[pic]
Коэффициент поверхностного натяжения:
[pic]
Принимая минимальное расстояние между тарелками [pic], по табл. 6.7
[1] определяем комплекс В1:
[pic]
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:
[pic]
6. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней
частей колонны:
[pic]
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое
расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку
большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
7. Удельная нагрузка на перегородку:
[pic]
[pic]
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Фактор паровой нагрузки:
[pic]
Подпор жидкости над сливным порогом:
[pic]
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:
[pic]
10. Высота сливного порога:
[pic]
11. Градиент уровня жидкости на тарелке:
[pic]
12. Динамическая глубина барботажа:
[pic]
13. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
[pic]
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
[pic]
Относительное свободное сечение тарелок [pic](табл. 6.6. [1]).
Коэффициент запаса сечения тарелок:
[pic]
Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.
[pic]
[pic]
Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0023 м2 (табл. 6.10 [1]) и
определяем скорость пара в прорезях:
[pic]
Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
[pic]
Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
[pic]
Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и
тарелка работает эффективно.
14. Фактор аэрации:
[pic]
15. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки [pic] (табл.
6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
[pic]
17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
[pic]
18. Межтарельчатый унос жидкости:
[pic]
Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
19. Площадь поперечного сечения колонны:
[pic]
Скорость жидкости в переливных устройствах:
[pic]
Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
[pic]
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: [pic];
Свободное сечение тарелки: [pic]
Сечение перелива: [pic]
Относительная площадь для прохода паров: [pic];
Межтарельчатое расстояние: [pic];
Количество колпачков: [pic];
Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:
Высота парожидкостного слоя:[pic]
Фактор аэрации:[pic]
Гидравлическое сопротивление тарелки:[pic]
Межтарельчатый унос:[pic]
Скорость жидкости в переливном устройстве: [pic]
Скорость пара в колонне:[pic]
Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции.
1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:
[pic]
[pic]
2. Определяем общее числа единиц переноса:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
3. Локальная эффективность контакта:
[pic]
4. Эффективность тарелки по Мэрфи:
[pic]
[pic]
5. Действительное число тарелок:
[pic]
6. Рабочая высота секции для низа:
[pic]
7. Общая высота секции:
[pic]
Тепловой баланс колонны.
Для расчёта энтальпий углеводородов воспользуемся формулами:
Для жидких углеводородов:
[pic]
Для газообразных углеводородов:
[pic]
Расчёт 1-й секции:
Приход:
1. Паровая фаза:
а) фр. НК-350 оС
[pic]
[pic]
б) фр. 350-500 оС
[pic]
[pic]
в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)
[pic]
[pic]
2. Жидкая фаза:
а) фр. 500-КК оС
[pic]
[pic]
Расход:
1. Паровая фаза:
а) фр. НК-350 оС
[pic]
[pic]
б) фр. 350-500 оС
[pic]
[pic]
в) Водяной пар (15 ата; t = 420 оС)
[pic]
[pic]
2. Жидкая фаза:
а) фр. 500-КК оС
[pic]
[pic]
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 | |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:
[pic]
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:
[pic][pic]
Решая уравнение получаем значение температуры
[pic]
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:
[pic]
Расчёт штуцеров колонны
Расчёт диаметров штуцеров производим на основе скорости движения
потоков по формуле:
[pic]
1. Внутренний диаметр штуцера для входа исходного сырья:
Принимаем скорость движения сырья [pic]
[pic]
[pic]
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D1=0,4 м
2. Внутренний диаметр штуцера для входа водяного пара:
Принимаем скорость движения сырья [pic]
[pic]
[pic]
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D2=0,2 м
3. Внутренний диаметр штуцера для выхода гудрона:
Принимаем скорость движения сырья [pic]
[pic]
[pic]
Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D3=0,2 м
4. Внутренний диаметр штуцера для выхода вакуумного погона:
Принимаем скорость движения сырья [pic]
[pic]
[pic]
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 [pic]
[pic]
[pic]
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 [pic]
[pic]
[pic]
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 [pic]
[pic]
[pic]
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 [pic]. Температура стенки
изоляционного материала по технике безопасности не должна превышать 45 оС.
Принимаем её равной [pic]
Тепловые потери:
[pic]
Приближённо принимаем, что всё термическое сопротивление
сосредоточено в слое изоляции, тогда толщина слоя изоляционного материала
определяется уравнением:
[pic]
где [pic] теплопроводность изоляционного материала при средней
температуре; q – удельная тепловая нагрузка; [pic] - средняя температура по
колонне и температура внешней стенки изоляционного материала.
[pic]
Список литературы
1. Ульянов Б.А., Асламов А.А., Щелкунов Б.И. Ректификация бинарных и
многокомпонентных смесей: Уч. Пособие – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1999-
240 с.
2. Ульянов Б.А., Щелкунов Б. И. Гидравлика контактных тарелок: Уч.
Пособие – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1996 г.
3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: М.
1991 г.
4. Татевский А.Е. Физико-химические свойства индивидуальных
углеводородов: М. 1960г. –412 с.
5. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии:
М. 1991г.
6. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.: М. 1987
г.
7. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической
аппаратуры.: М. 1970г.
