Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Пренебрегая тепловыми потерями в окружающую среду, можно записать

,[(3.10), 15].

где Ф_вх и Ф_вых - тепловой поток, соответственно входящий и выходящий из колонны, Вт (1 Вт = 1 Дж/с).

Тепловой поток поступает в колонну:

с сырьем, нагретым до температуры t ₀, подачи сырья в парожидкостном состоянии с массовой долей отгона е.

1) ,

где  - энтальпия паров сырья, Дж/кг;  - энтальпия жидкости сырья, кДж/кг;

а) Н^п=b*(4 - r₁₅¹⁵) – 308,99,

где b – коэффициент [табл. 16, 15], кДж/кг; при 140°С b=285,75 кДж/кг (здесь и далее [15]).

r₁₅¹⁵ – относительная плотность нефтепродукта расчитывается по преобразованной формуле Крэга:

r₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М),

где М- молярная масса паровой фазы на входе в колонну.

r₁₅¹⁵=1,03∙88,99/(44,29+88,99)=0,6877;

Н^п =276,62∙(4 – 0,6877) – 308,99=637,5 кДж/кг;

б) Н^ж=а/(r₁₅¹⁵) ^0,5,

где а – коэффициент [табл. 14, 15], кДж/кг. При 140°С а=237,61 кДж/кг.

r₁₅¹⁵=1,03∙97,42/(44,29+97,42)=0,7081

Н^ж =269,66/0,7081 ^0,5=320,46 кДж/кг

=15,527∙10⁶ кДж/ч=4316,93 кВт

 

2) с горячей струей Ф_г.с вниз колонны.

3) с верхним орошением - Ф_ор.

орошающая жидкость входит в колонну с температурой t _ор=40^оС. Следовательно,

,

где G_ор=R∙G_D,  - энтальпия жидкости дистиллята.

Н^ж=а/(r₁₅¹⁵)^0,5,

а=70,26 кДж/кг.

где М- молярная масса орошения: М=75,5∙0,87+84,2∙0,13=76,6.

r₁₅¹⁵=1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6526

Н^ж =70,26/0,6526 ^0,5=86,91 кДж/кг

Ф_ор=2∙7500∙86,91=1,304∙10⁶ кДж/ч=365,125 кВт

 

Суммарный тепловой поток, входящий колонну,

=(15,527+1,304)∙10⁶ +ΔФ_гс кДж/ч

 

Тепловой поток выходит из колонны:

1) с парами дистиллята

,

где  - энтальпия паров дистиллята, кДж/кг;

при t=94 ⁰С:

b=259,02 кДж/кг.

r₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М),

где М- молярная масса орошения: М=71,4∙0,342+77,9∙0,528+84,2∙0,13=76,5.

r₁₅¹⁵=1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6523

r₁₅¹⁵ =0,6523 – относительная плотность паров дистиллята;

Н^п =259,02∙(4 – 0,6523) – 308,99=558,1 кДж/кг;

Ф_D=7500∙558,1=4,186∙10⁶ кДж/ч=1162,708 кВт;

Пары дистиллята на орошение (кратность R=2):

2∙7500∙558,1=8,372∙10⁶ кДж/кг=2325,417 кВт

 

2) с жидким нижним продуктом

,

где  -энтальпия жидкого остатка при t=154°С, кДж/кг;

а=300,32 кДж/кг.

r₁₅¹⁵ – относительная плотность нефтепродукта, равная 0,7151

Н^ж =300,32/0,7151 ^0,5=355,14 кДж/кг

24286∙355,14=8,625∙10⁶ кДж/ч=2395,833 кВт

 

Суммарный тепловой поток, покидающий колонну,

Ф_вых=Ф_D+Ф_Dор+Ф_W+Ф_ор=(4,164+8,372+8,625)∙10⁶ кДж/ч=21,161∙10⁶ кДж/ч=

=5878,056 кВт.

ΔФ_гс=Ф_вых-Ф₀=(21,161-15,527-1,304)∙10⁶=4,33∙10⁶ кДж/ч

 

ΔФ_гс=

Находим энтальпии продуктов в колонне по формулам 1.16 и 1.17 [15]:

 

1. Расход «горячей струи» (не должен превышать 30% от прихода тепла в колонну)

Зададимся следующими данными:

температура – 200 ^оС

энтальпия «горячей струи» по формуле Уира и Иттона

расход «горячей струи» G_гс=4,33∙10⁶/(758,41-355,14)=10756 кг/ч

 

Таблица 7.3 - Тепловой баланс колонны К-4

Продукт	t, °С	G, кг/ч	I, кДж/кг	Ф, кВт

Приход

Сырье 140       Паровая фаза 140 16890 637,5 2990,938 Жидкая фаза 140 14896 320,46 1325,992 Орошение (кратность 2) 40 15000 86,91 362,125 Горячая струя 200 10756 758,41 2265,961 2. Итого   57542   6945,016

Расход

Жидкая фаза:         Фр. 70-180 ^оС 154 35042 355,14 3456,893 Паровая фаза:         Фр. Нк-70 ^оС 94 22500 558,1 3488,125 3. Итого   57542   6945,018

 

ΔQ=Q_п-Q_р=6945,016-6945,018=0,002 кВт.

Дисбаланс тепла компенсируется изменением расхода орошения в процессе эксплуатации колонны

 

7.4 Расчет диаметра колонны

 

Диаметр колонны можно определить по уравнению [15]:

D= ,

Где G_п – объемный расход паров, м³/с

 V_л  - допустимая линейная скорость паров, м/с.

Для расчета диаметра ректификационной колонны необходимо определить объемный расход паров (м³/с) в тех сечениях колонны где они образуются. 

Объемный расход паров [15]:

G_п = 22,4∙Т∙0,101∙∑ (G_i/М_i)/(273∙Р)/3600,

где Т – температура системы, К;

Р – давление в системе, МПа;

G_i – расход компонента, кг/ч;

Мi – молекулярная масса компонента кг/кмоль.

 

Определение объемного расхода паров в точке ввода сырья:

Температура в точке ввода сырья 140⁰С

Давление в точке ввода сырья 350 кПа

Расход паров 16890 кг/ч

Молекулярная масса паров 88,99 кг/кмоль

Тогда объёмный расход паров:

G_п=22,4∙(140+273)∙0,101∙(16890/(3600∙88,99))/(273∙0,350)=0,516 м³/с,

 

Определение объемного расхода паров в точке ввода горячей струи:

Температура в точке ввода горячей струи 200⁰С

Давление в точке ввода горячей струи 356 кПа

Расход паров 10756 кг/ч (табл. 7.3)

Молекулярная масса паров 100,6 кг/кмоль

Тогда объёмный расход паров:

G_п=22,4∙(200+273)∙0,101∙(10756/(3600∙100,6))/(273∙0,356)=0,327 м³/с,

 

Определение объемного расхода паров в точке вывода паров дистиллята:

Температура в точке вывода паров дистиллята 93,5⁰С

Давление в точке вывода паров дистиллята 341 кПа

Расход паров: фр нк-70^оС+орошение 7500+15000=22500 кг/ч (табл. 7.3).

Молекулярная масса паров 76,5 кг/кмоль

Тогда объёмный расход паров:

G_п=22,4∙(93,5+273)∙0,101∙(22500/(3600∙76,5))/(273∙0,341)=0,73 м³/с,

 

Дальнейшее определение диаметра производим по максимальному расходу паров т.е. G_п=0,73 м³/с.

 

Допустимая линейная скорость паров [15]:

 

V_л= (0,305*С*Ö(ρ_ж – ρ_п)/ ρ_п )/3600,

где С – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации; С=300 [15];

ρ_ж , ρ_п – абсолютная плотность соответственно жидкости и паров, кг/м³.

а) Плотность жидкой фазы

r₁₅¹⁵ = 1,03∙М/(44,29+М),

где М – молярная масса паровой фазы, кг/кмоль.

r₁₅¹⁵ = 1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6526

r₄^93,5=r₁₅¹⁵-(93,5-15)∙a=0,6526-93∙0,000962= 0,5771

r_ж(93,5°С)= 577,1 кг/м³

б) Плотность паровой фазы

r_п=r_о∙Т₀∙Р/(Т∙Р₀) [15],

где r_о – плотность пара при нормальных условиях, кг/м³

r_п=76,6∙273∙0,341/(22,4∙381∙0,101)=0,86 кг/м³

Получаем,

V_л= 0,305∙300∙Ö((577,1-0,86) / 0,86) /3600=0,66 м/с

Соответственно диаметр колонны равен:

D =

По ГОСТ 21944-76 принимаем диаметр 1,3 м.

7.7 Расчет высоты колонны

 

Рис. 6. К расчету высоты колонны четкой ректификации.

 

h₁ = ЅD=Ѕ∙1,3=0,65 м

h₂=(n_в-1)∙h_т=(36-1)∙0,25=8,75 м

h₃= h_т∙3=0,25∙3=0,75 м

h₄=(n_н-1)∙ h_т=(24-1)∙0,25=5,75 м

h₅=1,5 м

Высоту слоя жидкости в нижней части колонны рассчитывают по её запасу на 10 минуты, необходимому для обеспечения нормальной работы насоса. Принимая запас на 600 с, объем кубового остатка с учётом расхода горячей струи составит:

V=(G_к+G_гс)∙600/3600r

Где r - плотность кубового остатка при температуре внизу колонны, кг/м³:

r=(0,7151-0,000884∙(154-15))∙1000=679,7 кг/м³

тогда

V=(24286+5621)∙600/(3600∙679,7)=7,33 м³

Площадь поперечного сечения колонны:

S=pD²/4=0,785∙1,3²=1,33 м²

тогда

h₆=V/S=7,33/1,33=5,6 м.

Высоту юбки h₇ принимают, исходя из практических данных, равной 4 м.

Общая высота колонны составляет:

H=h₁+ h₂+ h₃+ h₄+ h₅+ h₆+ h₇ =0,65+8,75+0,75+5,75+1,5+5,6+4=27,00 м

 

8 Расчет полезной тепловой нагрузки печи атмосферного блока

Печь атмосферного блока для нагрева и частичного испарения отбензиненной нефти подаваемой в колонну К-2 и «горячей струи» для подогрева низа колонны К-1. В расчете используем доли отгона, найденные с помощью ПЭВМ. Количество теплоты Q_пол.(кВт), затрачиваемой на нагрев и частичное испарение отбензиненной нефти, определяется по формуле [12]:

Q_пол.=G_c∙(е∙Нt₂^п+(1-е)∙ Нt₂^ж- Нt₁^ж)/3600,

где G_с – расход сырья, кг/ч;

е – массовая доля отгона отбензиненной нефти на выходе из печи;

Нt₁^ж, Нt₂^ж, Нt₂^п – энтальпия жидкой и паровой фаз отбензиненной нефти при температурах на входе (t₁) и выходе (t₂) из печи, кДж/кг.

Зададимся следующими данными для расчета:

- температура нефти на входе в печь- 260 ^оС;

- температура выхода «горячей струи» в К-1 – 330 ^оС;

- температура выхода нефти в К-2 – 360 ^оС;

- давление в колонне К-1 – 350 кПа;

- давление в колонне К-2 – 150 кПа;

- расход «горячей струи» в К-1 (30% на сырье) – 329500∙0,3=98850 кг/ч;

Таблица 8.1. - Для нахождения доли отгона в печи атмосферного блока

Номер компонента	Компоненты, фракции	Массовая доля компонента в нефти, xi	Массовая доля компонента в смеси, xi
11	105-140°С	0,0216	0,0233
12	140-180°С	0,046	0,0499
13	180-210°С	0,039	0,0423
14	210-310°С	0,138	0,1496
15	310-360°С	0,072	0,078
16	360-400°С	0,061	0,0661
17	400-450°С	0,064	0,0694
18	450-500°С	0,062	0,0672
19	>500°С	0,419	0,4542
	Итого:	0,9226	1,0000

Найденные доли отгона:

Поток в К-1

 

             Peзультaты pacчeтa:

 

Мaccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1= .1237363666296005

Мoльнaя дoля oтгoнa пapoв e= .2630500495433807

Мoлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 326.7590942382812

Мoлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 388.5292358398438

Мoлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 153.7045288085938

 

- энтальпия паровой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи в колонну К-1 (330⁰С):

r₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙154/(44,29+154)=0,7999;

Н^п=b∙(4 - r₁₅¹⁵) – 308,99=425,15∙(4 – 0,7999) – 308,99=1051,52 кДж/кг;

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи в колонну К-2 (330⁰С):

r₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙339/(44,29+339)=0,9110;

Н^ж =а/(r₁₅¹⁵)^0,5=742,00/0,9110^0,5=777,40 кДж/кг

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной нефти на входе в печь при температуре 260⁰С (температура куба колонны К-1):

=0,9752+0,00270=0,9779

Н^ж =а/(r₁₅¹⁵)^0,5=533,75/0,9779^0,5=539,75 кДж/кг

Q_{пол. К-1}= 98850∙(0,124∙1051,52+(1-0,124)∙777,40-539,75)=26,852∙10⁶ кДж

 

Поток в К-2

             Peзультaты pacчeтa:

 

Maccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1= .3821409940719604

Moльнaя дoля oтгoнa пapoв e= .6407902240753174

Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 326.7590637207031

Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 562.0350952148438

Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 194.8656921386719

 

 

- энтальпия паровой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи в колонну К-2 (360⁰С):

r₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙195/(44,29+195)=0,8394;

Н^п=b∙(4 - r₁₅¹⁵) – 308,99=450,76∙(4 – 0,8394) – 308,99=1115,70 кДж/кг

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи в колонну К-2 (360⁰С):

r₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙562/(44,29+562)=0,9548;

Н^ж =а/(r₁₅¹⁵)^0,5=827,81/0,9548^0,5=847,20 кДж/кг

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной нефти на входе в печь при температуре 260⁰С (температура куба колонны К-1):

=0,9752+0,00270=0,9779

Н^ж =а/(r₁₅¹⁵)^0,5=533,75/0,9779^0,5=539,75 кДж/кг

 

Q_пол.К-2= 329500∙(0,382∙1115,70+(1-0,382)∙847,20-539,75)=135,101∙10⁶ кДж

Теплопроизводительность трубчатой печи (Q_п, МВт) определяется по уравнению [12]:

Q_п= (Q_пол.К-1+ Q_пол.К-2)/η,

где η – КПД печи, равное 0,85  [12].

Q_п=(26,852+135,101)∙10⁶/(3600∙0,85)=52926 кВт