Расчет вакуумной колонны установки АВТ по переработке русской нефти мощностью 10 млн. т/год

Во избежании процесса разложения сырья, температура нагрева мазута в трубчатой печи не должна превышать 400ОС. Время пребывания сырья в печи должно быть ограничено, с этой целью в последние трубы по ходу мазута вводится водяной пар (до 1% на сырьё).

Обычно на установках замеряется температура на выходе из печи, а перепад между печью и колонной зависит от длины трансферной линии, скорости потока, качества теплоизоляции и т.д. Ориентировочное значение перепада температуры – 20ОС.

Учитывая всё вышеизложенное, принимаем температуру сырья на входе в колонну 380˚С.

Температура низа колонны определяется температурой ввода сырья в колонну и расходом водяного пара подаваемого в низ колонны. По литературным данным разность температур между выходом сырья из печи и низом колонны составляет 30-60ОС. Принимаем температуру гудрона, выводимого с низа колонны равной 360˚С.

Температура верха колонны зависит от расхода и температуры верхнего орошения, подаваемого на верхнюю тарелку конденсационной секции. С увеличением отбора тепла верхним орошением, температура верха колонны снижается, и уменьшаются потери нефтепродукта уносимого из колонны газами разложения и водяными парами. На практике поддерживают температуру 70-90˚С. Зададимся температурой верха колонны 80˚С.

 

 

Температура вывода бокового погона зависит от фракционного состава дистиллята, остаточного давления на тарелке вывода бокового погона, расхода водяного пара и распределения орошения по высоте колонны. Для предварительных расчётов температуру вывода отдельных дистиллятов принимаем следующей:

• компонент дизтоплива     – 170˚С,
• вакуумный газойль           – 320˚С.

Температуру вывода флегмы с тарелок промежуточных циркуляционных орошений принимаем из условия равномерного перепада температур на тарелках в отдельных секциях колонны. Разность температур между встречными потоками паров и флегмы оцениваем равной 25˚С.

 

 

 

4. Физические характеристики потоков.

Для последующих технологических расчётов необходимо знать значения плотности и молекулярные массы отдельных потоков.

Плотности мазута, гудрона и фракции 350-470 известны по справочным данным.

=0,9490

=0,9656

=0,9360

Плотность компонента ДТ найдём по формуле:

=0,8935

 

 

Плотности флегмы и паров в отдельных сечениях колонны приняты ориентировочно из предположения равномерного изменения плотности от тарелки к тарелке

Поток	t50%	r420	Мол. масса
Сырьё в колонну Компонент дизтоплива Вакуумный газойль Гудрон Флегма с 15-й тарелки «  с 10-й  » «  с 8-й  » Пары с 4-й тарелки	― 328 398 ― ―  ―  ― ― ―	0,9490 0,8935 0,9360 0,9656 0,9015 0,9360 0,9395 0,9400	441 257 383 600 292 383 412 -

 

 

5. Определение доли отгона при вводе сырья в колонну.

Расчёт доли отгона ведется с учётом парциального давления водяного пара, который подаётся в змеевик трубчатой печи.

При заданном составе сырья и молекулярной массе узких нефтяных фракций находим молярные концентрации отдельных  фракций в сырье.

 

Пределы кипения фракций, ˚С	˚С	М	xFi	ni	x’Fi
315 – 350 350 – 400 400 – 450 450 – 470 выше 470	328 375 425 460 600	257 326 418 457 550	4,0 17,1 21,6 7,2 50,1	1,556 5,245 5,167 1,575 9,109	0,0687 0,2315 0,2281 0,0695 0,4021
ИТОГО	―	―	100,00	22,654	1,0000

 

Молекулярная масса сырья:

МF =

.

 

Относительный мольный расход водяного пара к сырью определяем по формуле:

,

где z0 – количество водяного пара, приходящего с сырьём (1% масс),

z0=0,01 • 443014,5 = 4430 кг/ч,

.

Расчёт доли отгона проводится при температуре ввода сырья в колонну tF = 380˚C и давлении 0,01173 МПа.

 

Определение доли отгона на входе сырья в колонну

tF=380˚C, π=0,01173 МПа, Z’/F’=0,2452

 

 

Пределы кипения	x’Fi	М	Рi		К -1	e'(Кi -1)	1+e'(Кi -1)	x*i	y*i
315-350	0,069	257,000	0,289	30,673	29,673	16,708	17,708	0,004	0,119
350-400	0,232	326,000	0,121	12,827	11,827	6,660	7,660	0,030	0,388
400-450	0,228	418,000	0,044	4,700	3,700	2,083	3,083	0,074	0,348
450-470	0,070	457,000	0,021	2,208	1,208	0,680	1,680	0,041	0,091
>470	0,402	550,000	0,001	0,063	-0,937	-0,527	0,473	0,851	0,054
ИТОГО	1,000							1,000	1,000

Расчетные уравнения:       

x*i = =1    y*i = =1               ,    

В результате расчета найдена мольная доля отгона e’=0,5631

 

Молекулярная масса сырья MF = Σ x’Fi • Mi= 441,

жидкой фазы  Mx = Σ x’i • Mi = 529,

паровой фазы My= Σ y’i • Mi = 374.

Массовая доля отгона e = e’ • = 0,5631 0,477

Количество паровой и жидкой фаз, полученных при ОИ:

кг/ч    кг/ч 

  Расход в.п., подаваемого под нижнюю тарелку колонны принимаем 2% на сырье, z1=8860 кг/ч

Тогда общий расход пара Z=13290 кг/ч

 

 

6. Тепловой баланс колонны.

Для составления теплового баланса колонны необходимо найти плотность паровой и жидкой фаз при вводе сырья в колонну и количества водяного пара, поступающего в колонну.

Плотность паровой фазы при находим по кривым разгонки мазута

r420п=0,935

Плотность жидкой фазы вычисляем по правилу смешения:

r420ж = 0,962

 

Приходные и расходные статьи теплового баланса колонны

Потоки	G, кг/ч	r420	t,˚C	qt , кДж/кг	Q, МДж/ч
Приход Мазут а) паровая фаза б) жидкая фаза Водяной пар а) в низ колонны б) с сырьём	211317,9 231696,6   8860,0 4430,0	0,935 0,962   ― ―	380 380   400 380	1123,26 896,48   3270,00 3240,00	237364,9 207711,4   28972,2 14353,2
ИТОГО	456304,5	―	―	―	488401,7
Расход Газы разложения Ком-т дизтоплива Вакуум. газойль Гудрон Водяной пар	1018,9 9923,5 210564,8 221507,3 13290,0	М = 44 0, 8935 0, 9360 0, 9656 ―	80 170 320 360 80	530,00 359,68 726,53 820,36 2650,00	540,0 3569,3 152981,6 181715,7 35218,5
ИТОГО	456304,5	―	―	―	374025,2

 

 

7. Выбор схемы орошения в колонне.

Тепло в вакуумной колонне, предназначенное для образования жидкого горячего орошения при частичной конденсации паров в колонне, можно снять на верхних конденсационных тарелках или совместно на верхних конденсационных тарелках и промежуточными циркуляционными орошениями.

При отводе тепла совместно на верхних конденсационных тарелках и промежуточными циркуляционными орошениями нагрузки колонны по паровой и жидкой фазам по высоте выравниваются, при этом диаметр колонны будет меньше. Тепло промежуточных циркуляционных орошений используется для нагрева сырья при высоком температурном напоре.

Тепло отводимое из колонны орошением:

 

ΔQ = Qпр – Qрасх = 488401,7– 374025,2 = 114376,5 МДж/ч.

 

Опыт эксплуатации вакуумных колонн показал, что наиболее благоприятные условия работы наблюдаются при наибольшем отводе тепла в верху колонны. В этом случае возрастает флегмовое число в верхней секции колонны, что обеспечивает надёжное погоноразделение верхнего и последующих боковых погонов.

Определим количество циркулирующей жидкости на конденсационных тарелках, необходимое для конденсации нефтяных паров и охлаждения инертных газов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество нефтяных паров, поступающих на нижнюю тарелку конденсационной секции, определяется из материального баланса.

G16 = D3 + g17 ,

где g17 – количество горячего орошения, стекающего с 17-й тарелки.

 

Задаёмся значением флегмового числа под 17-й тарелкой равным 6 и найдём количество орошения, стекающего из конденсационной секции:

g17 = D3 • 6 = 9923,5 • 6= 59541 кг/ч

G16=9923,5+59541=69464.5 кг/ч

 

Количество инертных газов, выводимых с верха колонны,

Gин = Gг + zоб =1018,9+13290=14308,9 кг/ч

 

Давление насыщенных паров компонента дизтоплива находим при температуре Tп = 80˚С по нижеприведённым формулам.

Р = 101323 • (EXP(0,794 • Y0))

Y0 =            ,f(t) = : f(ti) = ,

где t и ti – соответственно заданная температура системы и температура кипения фракции, ˚С.

f(t) =     f(ti) =

Y0 =

,

Р = 101323 • (EXP(0,794 • ( – 10,66 )) = 2,14 Па.

Молярная концентрация паров на верху колонны:

ya’ =

,

где πв – абсолютное давление в верху колонны, Па.

Находим число молей и массу нефтяных паров:

,