Расчет установки по первичной переработки нефти

Бф = 40 х0,005 = 0,20 кг/с

Кф = 40 х  0,05 = 2,00 кг/с

Д.т.ф =  40 х 0,945 = 37,80 кг/с

Поскольку количество водяного пара входящего и выходящего из контура одинаково, то в уравнении их можно сократить, тогда количество сырья будет равно:

                                              L = Б + К + Д.т  + М                      ( 5.12 )

Отсюда :

                                            G = Бп + Кп + Д.т. п                          (5.13)

Количество компонентов  в парах:

Бп = Бф + БL;

Кп = Кф + КL;

Д.т.п = Д.т.ф + Д.т.L

где БL, КL, Д.т.L находим  из таблицы материального баланса колонны К-2 ( табл. 3.2)

Бп = 0,20 + 10,14= 10,34 кг /с;

Кп =2,00 + 8,14 = 10,14 кг/с;

Д.т.п = 37,80 + 8,64 = 46,44 кг/с

Тогда количество паров  будет равно:

G = 10,34 + 10,14 + 46,44 = 66,92 кг/с

 

Массовые доли компонентов будут  равны:

м_б.п = Бп / G = 10,34 / 66,92 = 0,1545

м _к.п. =  Кп / G = 10,14 / 66,92 = 0,1515

м _д.т.п = Д.т.п / G = 46,44 / 66,92 = 0,6940

м_б.п + м _к.п. + м _д.т.п = 0,1545+ 0,1515+ 0,6940= 1,0000

Давление фракции дизельного топлива:

                                      Р_Д.т. = Р_вх - n х /\ Р ( МПа )                     (5.14 )

где n - число тарелок  в секции дизельного топлива;

Р_вв - давление ввода ;

/\ Р - перепад давления на одну  тарелку. 

Р_Д.т. = 0,18 - 14 х ( 5 х 133,3 х 10^-6) = 0,16 МПа

Парциальное давление углеводородных фракций:

                                Бп/ М_б + Кп/М_к + Д.т.п / М_д.т

                  Ру = -----------------------------------------------    х Р_Д.т       (5.15)

                          Бп/ М_б + Кп/М_к + Д.т.п / М_д.т + G_В.П. / М_В

 

                           10,34/75 + 10,14/150 + 46,44/242

       Ру =     ------------------------------------- ----------     х0,16= 0,125 МПа

                      10,34/75 + 10,14/150 + 46,44/242+ 2 / 18

 

Исходные данные и  результаты расчетов приведены в  таблицах 5.9, 5.10

 

Производим пересчет состава жидкой фазы через мольный:

                                                гб х Мб

                       Бж.ф. = ----------------------------------------                  ( 5.16 )

              гб х Мб+ гк х Мк + гд.т.  х Мд.т.

                                          0,013317 х 75

         Бж.ф. = ---------------------------------------------------------  = 0,004

          0,013317 х 75 + 0,032180 х 150 + 0,954501 х242

                                                  0,032180 х 150

      Бк.ф. = -----------------------------------------------------------     = 0,03

   0,013317 х 75 + 0,032180 х 150 + 0,954501 х242

                                                0,954501 х 242

        Бд.т.ф. = ---------------------------------------- ------------------= 0,969

                       0,013317 х 75 + 0,032180 х 150 + 0,954501 х242

Принятый состав флегмы близко к  расчетному, значит температура паров определена правильно.

Уравнение теплового баланса контура 1 запишется следующим образом:

                                       QL + Qg = QG + QR                                 (5.17)

где QL , Qg - тепло, вносимое сырьем и  флегмой;

QG , QR - тепло выносимое парами  и остатком, соответственно.

Или можно записать так

                 GL х qL + Gg x qg = GG x qG + GR x qR                     (5.18)

где Gi - количество сырья, орошения, паров  и остатка, кг;

qi - теплосодержания указанных компонентов,  кДж / кг.

Т сырья 350 + 273 = 623 К

Рж₄²⁰ = 0,935    ;                                        Рп₄²⁰ = 0,829

                                Р₁₅ ^{15 =} Р ₄²⁰ + 5 х а , где                                      (5.19)

а - средняя температурная  поправка, для подсчета плотности  жидких нефтепродуктов.

qж = 802,06 кДж/кг                                    qп 1076,32 кДж/кг

                                  qL = qп х е + qж х ( 1 - е ) , где                        (5.20)

е - доля отгона

qL = 961,44 кДж/кг

Т низа = 330 + 273 =603К

Рж₄²⁰ = 0,942;  а = 0,000633

Рж₁₅¹⁵ = 0,942 + 5 х 0,000633 = 0,9042

qR = 730,99 кДж/кг

Тб.п. = 290 + 273 = 563 К

Рп₄²⁰ =0,829;              а = 0,000765

Рп₁₅¹⁵ =0,829 + 5 х 0,000765 = 0,8128

qG = 876,95 кДж/кг

Тg = 258 + 273 = 531 К

Рж₄²⁰ = 0,837 ;                      а = 0,00725

Рж₁₅¹⁵ = 0,837 + 5 х 0,00725 = 0,8406

qg = 601,02 кДж/кг

100 х 961,44 + 40 х 601,02 = 26,92 х 750,99 + 70,87 х 876,95

114176,6 = 108407

Процент ошибки равен:

                                         Qрасх - Q прих.

                             /\Q =   -----------------------                                       (5.21)

                                               Qрасх

                                           114176,6 - 108407

                               /\Q =   ------------------------  х 100 = 4,96 %

                                                      114176,6

Так как процент ошибки лежит в допустимых пределах, значит температура дизельной фракции посчитана правильно.

 

5.3 Расчет  теплового  баланса  колонны К-2

При составлении теплового  баланса колонны К-2 следует учесть тепло, вносимое водяным паром, за счет подачи его вниз колонны для отпаривания легких углеводородов из мазута, а также учитываем тепло вносимое водяным паром, поступающим из отпарных колонн: керосиновой дизельной фракции.  Данные расчетов приведены в таблице 5.11.

Количество несбалансированного  тепла отводится из контура промежуточным циркуляционным орошением ( пцо ).

                                       Gпцо = Q прих - Qрасх                              (5.22)

Gпцо =260784596 - 243463228 = 17321368 кДж/ч

Температуру острого орошения принимаем равной 40⁰С. Избыточное тепло необходимо снять циркуляционным орошением. Принимаем два циркуляционных орошения. Первое циркуляционное орошение по дизельной  фракции, с температурой вывода 300⁰С и ввода 70⁰С.

Второе - керосиновой фракции, с температурой вывода 220⁰С и ввода - 70⁰С.

 

Таблица 5.11 - Тепловой баланс колонны К - 2

 

Наименование потоков	кг/ч	выход на нефть % масс	Р420	t , 0C	Энтальпия, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход: нефть орошение водяной пар	344270 32017 9605	100,00      9,30       2,79	0,874 0,734      -	350 40 400	945 84 3278,3	235993780     1950900   22839916
Итого:	385892					260784596
Расход: дистиллят керосин дизельное топливо мазут водяной пар	36580 25476 26509 262840 9605	10,14 8,14 8,64 70,87   2,79	0,734 0,791 0,847 0,942      -	115,18 200,00 289,74 330,12 105,18	590,0 525,0 966,0 968,0 2414,9	23427064   26614854   54761042 121835720   16824608
Итого:	361010					243463228

 

Количество циркуляционного  орошения в секции керосиновой фракции составляет:

                                                     Qпцо / 2

                                   Gц.ор = ------------------                             (5.23)

                                                    qt₁   -       qt₂

 

Для керосина при t₁ = 220⁰ С и t₂ = 70⁰С, Р₄²⁰ = 0,791 по графику определяем

q пцо₁ = 546 кДж/кг ; q пцо₂ =80 кДж/кг

                                         17321368

                       Gц.ор = ------------------ = 37169,9 кг/с 

                                           546 - 80

 

Количество орошения в секции дизельного топлива составляет: при t₁ = 300⁰ С и t₂ = 70⁰С, Р₄²⁰ = 0,847

q пцо₁ = 987 кДж/кг ; q пцо₂ =84 кДж/кг

                                        17321368

                       Gц.ор = ------------------ = 19637 кг/с

                                           987 - 84

 

 

5.4 Расчет диаметра  колонны

 

Диаметр колонны определяют в зависимости от максимального  расхода паров и их допустимой скорости в свободном сечении колонны.

                            ______________

                  D = \/ 4 х Vп / П х Uд                                                       (5.24)

 

где Vп - объем паров , м/с ;

Uд - допустимая линейная  скорость движения паров, м/с.

Объем паров проходящих в 1 час через сечение колонны, м³ /ч

 

                        ( t + 273)          1              Gб + g          Gвп

V_п =       22,4   ------------  х ------ х {    -----------   + -------    }        (5.25)

                            273                Р                  Мб            Мвп

                              

где t - температура верха  колонны, ⁰ С;

G_i - расход компанента пара, кг/ч

Р- давление верха колонны, мПа

                       388             0,1             30,33          5,97

V_п =  22,4   ------------  х ------ х { -----------   + ------- } = 15,596 м³/ч

                       273             0,14              107            18

Допустимая  линейная скорость движения паров

                   0,305                   ____________        

U_д.л. =        ---------- х К х \/  (р_ж - р_п ) / р_п                                         (5.25)

                     3600

 

где К - коэффициент зависящий  от расстояния между тарелками и  условий ректификации.

р_ж и р_п - абсолютная плотность соответственно паров и жидкости; кг/м³. р_ж = 0,739 кг/м³

                              273          Р            Мп

                 Рп =     ------  х    ----   х    -------                                        (5.26)

                                  Т           0,1          22,4

 

р_ж -= р²⁰₄ - ( t - 20 )L = 0,878 - ( 95 - 20 ) х 0,000673 = 828 кг/м³

L =  0,000673   [ 6]

                         U_д.л. = 0,305 / 3600 х К \/(р_ж - р_п ) / р_п ;                    (5.27)                     

U_д.п. = 0,305 / 3600 х 500 х \/ (828 - 1,4)/1,4 = 1,03 м/с

Диаметр колонны:

                     D= \/ 4 V_п / П U_д.п = 1,128 \/ V/ U   ; м                          (5.28)

D= 1,128 \/ 1,3 х 4 / 1,03 = 1,3 м

по ГОСТу принимаем D = 1,4 м [ 6 ]

 

 

 

5.5 Расчет высоты колонны

Принимаем число тарелок  равное 25 [4] Расстояние между тарелками 0,5 м [ 6 ]

Общая высота колонны:

                             Н = h( N-2) + h₁+h₂+h₃+h₄+h₅ ; м                 ( 5.29)

где h - расстояние между  тарелками, равное 0,5 м.

N- число тарелок, равное 25.

h₁ - высота питательной секции;

h₁ =  h х 3 ; м               h₁ = 0,5 х3 = 1,5 м

h₂ - расстояние между отбойником и вышестоящей тарелкой, м

h₂ = 1/2 D = 1/2 х 1,3 = 0,65 м

h₃ - расстояние от уровня жидкости внизу колонны до нижней тарелки, принимаем 2 м.

h₄ высота низа колонны, м;

Высота низа колонны рассчитывают, исходя из десятиминутного запаса продукта внизу колонны необходимого для нормальной работы насоса.

Объем продукта внизу  колонны соответствует:

V_пр = 262840 х 10 / 878 х 60 = 0,9 м³

Площадь поперечного  сечения колонны

F= 3,14 х 1,3²/ 4 = 1,3 м²

h₄ = V_пр / F = 0.,9/1,3 = 0,7 м

h₅- высота юбки, принимаем h₅ = 4 м [ 6]

Общая высота колонны  составит:

H= 0,5 ( 25 - 2 ) + 1,5 + 0,65 + 2,0 + 0,7 + 4 = 20,4 м

 

5. 6 Расчет сырьевого  теплообменника

 

 

Для расчета принимаем  теплообменник, теплоносителем которого является гудрон. пусть температура нефти, выходящей из теплообменника равна 200⁰ С. Количество тепла, отданное горячим потоком равно количеству тепла, принятого холодным потоком.

Находим энтальпии потоков  в зависимости от температуры  и плотности.  

I₄₉₀ = 1649 кДж / кг;

I₄₀₀ = 1124 кДж / кг;

I₂₀₀ = 504 кДж / кг;

Составляем тепловой баланс

                             Q = G₁ ( It₁  - It₂ ) n = G₂( I t₃ - It₄ )                      (5.30)    где Q - тепловая нагрузка аппарата, кДж/кг;

G₁, G₂ - количество горячего и холодного теплоносителя, кг/ч;

It₁ , It₂ - энтальпия горячнго теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, кДж/кг;

n - КПД теплообменника; принимаем 0,96;

I t₃ , It₄ - энтальпии холодного теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, кДж / кг.

G_к ( It₁₆₀  - It₇₀ ) n = G_н( I t₃ - It₃₀ )

 

47,387 х ( 1649 - 1124 ) = 102,124 х  (512 - It₃  ) х 0,95