Автор: Пользователь скрыл имя, 11 Октября 2015 в 18:04, курсовая работа
Нефть, поступающая на установку АВТ, подвергается разделению в три ступени – на первой ступени отгоняют легкую бензиновую фракцию в отбензинивающей колонне, на второй – выделяют светлые компоненты в атмосферной колонне, а остаток, мазут, поступающий на вакуумную перегонку, перерабатывают по топливному или масляному варианту
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:
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.
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:
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 - |
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
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 |
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: