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
где nz и nг – число молей водяного пара и газов разложения,
na – число молей нефтяных паров.
nz =
nг =
na =
Молекулярная масса нефтяных паров ДТ MD = 257 кг/кмоль
D3’ – пары компонента дизтоплива, присутствие которых определяется условиями равновесия с жидкостью на верхней тарелке:
D3’= 257 • 0,31 = 78,5 кг/ч.
Выход компонента дизтоплива, выводимого с 17-й тарелки, соответственно уменьшится:
D3’’=D3 – D3’ = 9923,5– 78,5 =9845 кг/ч.
Количество тепла, снимаемого верхним орошением, вычисляется из материального и теплового балансов конденсационной секции:
Мат. Баланс:
G16=g17+ D3’’+D3’+Gг
Тепловой баланс:
(g17+ D3’’+D3’+Gг)•HT16 + zоб•it16= (g17+ D3’’)•ht17 +(D3’+Gг )•Htв + zоб•it16 +Qв.ох
Принятые температуры: t17=170OC, T16=180 OC
Тогда Qв.ох=(g17+ D3’’+D3’+Gг)•HT16 – (g17+ D3’’)•ht17 – (D3’+Gг )•Htв =
(59541 + 9845 + 78,5 + 14308,9) • 738,8 – (59541 + 9845) • 384,2 –
(78,5 + 14308,9) • 533,4=27565,7 МДж/ч
Температуру подаваемого орошения принимаем tхол=70 OC
Кол-во орошения:
gц =
Тепло, отводимое 1-м и 2-м циркуляционными орошениями:
Q1ЦО + Q2ЦО = ΔQ – Qв.ох. = 114376,5-27656,7= 86719,8 МДж/ч
Принимаем распределение отводимого тепла между 1-м и 2-м циркуляционными орошениями в отношении 2,5 к 2,0
Q1ЦО =
Q2ЦО = 38542,1 МДж/ч.
Температура на тарелках вывода боковых погонов соответствует температуре начала однократного испарения жидкости, находящейся на данной тарелке при парциальном давлении нефтяных паров на этой тарелке.
Для дальнейшего расчета определим расход 1-го циркуляционного орошения:
g1ЦО =
Температуру жидкости на тарелке отбора фракции вакуумного газойля находим как температуру однократного испарения этой жидкости при парциальном давлении нефтяных паров на 10-й тарелке.
Из теплового и материального балансов по верхнему контуру над 10-й тарелкой определяем количество горячего орошения, стекающего на 10-ю тарелку.
t11= 290˚C; T10= 315˚C; r420фл= 0,9015; М= 292.
К определению парциального давления нефтяных паров
Давление на 10-й тарелке 9530 Па.
Продукты |
G |
Mi |
ni=Gi/Mi |
yi' |
Pi= π *yi' | |
Газы разложения |
1018,9 |
44 |
23,16 |
0,0148 |
141 | |
Компонент ДТ |
9923,5 |
257 |
38,61 |
0,0246 |
235 | |
Горячее орошение |
224048 |
292 |
767,29 |
0,4895 |
4665 | |
Водяной пар |
13290 |
18 |
738,33 |
0,4711 |
4489 | |
ИТОГО |
248280,4 |
- |
1567,39 |
1,0000 |
9530 | |
Общая величина парциального давления нефтяных паров на 10-й тарелке:
Рнп = 235+4665 = 4900 Па.
К определению tнОИ и tкОИ дистиллятов при 0,1 МПа
Продукты |
Температура по ИТК, ˚С |
tgα, |
t50ИТК, ˚С |
Температура по ОИ, ˚С | ||
t10 |
t70 |
tнОИ |
tкОИ | |||
Вакуумный газойль |
362 |
437 |
1,25 |
415 |
393 |
424 |
Точка пересечения кривых ОИ и ИТК при π = 0,1 МПа, tпер = 405˚С.
Разность температур в точке пересечения кривых ОИ и ИТК при изменении парциального давления нефтяных паров:
Δt = 405 – 295 = 110˚C.
Температура начала ОИ вакуумного газойля при Рн.п.= 4900 Па:
tнОИ = 393 – 110 =283˚C.
Тепло, отводимое фракцией вакуумного газойля при уточнённой температуре:
QD = 210564,8 • 634,33 = 133624,6 МДж/ч
тогда
ΔQD = 152981,6 - 133624,6=19357 МДж/ч.
Соответственно изменим количество тепла отводимого 2-м циркуляционным орошением:
Q2ЦО = 38542,1 +19357 = 57899,1 МДж/ч.
Расход 2-го циркуляционного орошения:
g2ЦО =
Уточнённый тепловой баланс 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 ― |
80 170 283 360 80 |
530,00 359,68 634,33 820,36 2650,00 |
540,0 3569,3 133624,6 181715,7 35218,5 |
ИТОГО |
456304,5 |
― |
― |
― |
354668,1 |
Тепло, отводимое орошениями
Потоки |
G, кг/ч |
t, ˚C |
qt , кДж/ч |
Q, МДж/ч | ||
выход |
вход |
выход |
вход | |||
|
Верхнее орошение 1-е ЦО 2-е ЦО |
124021,1 208651,8 115336,9 |
170 190 300 |
70 90 110 |
384,2 407,7 705,4 |
161,7 176,8 213,5 |
27656,7 48177,7 57899,1 |
ВСЕГО |
― |
― |
― |
― |
― |
133733,6 |
ИТОГО |
― |
― |
― |
― |
― |
488401,7 |
Определение нагрузок тарелок необходимо для выбора диаметра колонны, расчёта свободного сечения тарелок и гидравлического расчёта тарелок.
Из совместного решения материального и теплового балансов в отдельных сечениях находим нагрузки тарелок по паровой и жидкой фазам:
20-я тарелка
Т19 = 100˚С; t20 = 75˚C; r420фл = 0,8935; М = 257.
Горячее орошение на 19-ю тарелку:
g20 =
Изменение энтальпии водяного пара и газов разложения на отдельной тарелке незначительное, поэтому в расчёте горячего орошения это не учитывается.
Количество нефтяных паров:
Gн. п. = 157704 – 153476 = 4228 кг/ч.
Количество нефтяных и водяных паров под 20-й тарелкой:
Gп =g20 – gц + zоб + D3’ + Gг = 127421,1 – 124021,1 +13290+1018,9+78,5= 17787 кг/ч.
Объём паров под тарелкой:
Плотность паров:
rп =
Плотность жидкости при t20 = 75˚C rж = 864 кг/м3, тогда количество жидкости, стекающей с 20-й тарелки:
Lж =
15-я тарелка
Т14 = 215˚С; t16 = 190˚C; r420фл = 0,9015; М = 292.
Количество жидкости стекающей на 15-ю тарелку:
= 204313 кг/ч
Количество нефтяных и водяных паров под 15-й тарелкой:
Gп =g15 + zоб + D3’ + D3 + Gг = 204313 +13290+9923,5+1018,9=
=228544,4 кг/ч
Объём паров под тарелкой:
Плотность паров:
rп =
Плотность жидкости при t = 190˚C rж = 809 кг/м3, тогда количество жидкости стекающей с 15-й тарелки:
Lж =
4-я тарелка
Из материального и теплового балансов отгонной части колонны находим нагрузки по парам и жидкости
g5 + gF = G4 +W1 ,
g5• qжt5 + gF• qжtF= G4 qпt4 +W1 qжt1 ,
Принимаем t5=360˚C, T4=370˚C
Из теплового и материального балансов количество жидкости, стекающей с 5-й на 4-ю тарелку:
Из материального баланса количество паров, поднимающихся с 4-й на 5-ю тарелку:
G4 = gF - W1 + g5 =231696,6 – 221507,3 + 58472 =68661,3 кг/ч.
Нагрузка 4-й тарелки по жидкости:
g5 + gF =58472 + 231696,6 =290168,6 кг/ч
Плотность флегмы, поступающей на 4-ю тарелку:
r420 = 0,994
r370˚= 739 кг/м3.
Объём жидкости:
Lж =
Объём паров:
Плотность паров:
rп =
Диаметр колонны определяется по наиболее нагруженной тарелке по паровой фазе.
Вакуумная колонна условно делится на три пояса: верхний пояс для конденсационных тарелок, средний – для концентрационных и нижний – для отгонных.
Максимальная скорость паров:
wмакс = Cмакс •
где Cмакс – коэффициент, зависящий от типа тарелок, расстояния между ними, нагрузки по жидкости на единицу длины слива, плотности паров и жидкости.
Cмакс = 8,47•10-5 • (К1 •К2 •С1 – С2 •(l - 35)) ,
При расстоянии между тарелками более 350 мм коэффициент К2 = 1,0, К1 для клапанных тарелок принимаем 1,2, С1 определяется по графику, в зависимости от расстояния между тарелками, С2 для клапанных балластных тарелок равен 4,0.
Значение l находят из следующего выражения:
l=
где Lж – нагрузка тарелки по жидкости, м3/ч;
V1 – объём паров в данном сечении, м3/с;
р – число потоков жидкости на тарелке.
Для конденсационной части наиболее нагруженной является 17-я тарелка, тогда при расстоянии между тарелками 600 мм С1= 765, К2 = 1,0, К1=1,2, С2=4,0.
l=
Cмакс = 8,47•10-5 • (1,2 •1,0 •765 – 4,0 •(27,9 – 35)) = 0,016,
wмакс = 0,016 •
Диаметр верхнего пояса:
D =
Согласно нормалям на тарелки принимаем Dв= 6 м; сечение колонны Sк= 28,27 м2, тарелки двухпоточные по жидкости.
Для концентрационной части наиболее нагруженной является 15-я тарелка, тогда при расстоянии между тарелками 800 мм С1= 870, К2 = 1,0, К1=1,2, С2=4,0.
l=
Cмакс = 8,47•10-5 • (1,2 •1,0 •870 – 4,0 •(44,64 – 35)) = 0,0851
wмакс = 0,0851 •
Диаметр концентрационной части:
D =
Согласно нормалям на тарелки принимаем Dср= 8 м; сечение колонны Sк= 50,27 м2, относительная площадь прохода паров Fсв= 0,163, длина бокового слива В= 5,13 м, тарелки двухпоточные по жидкости.
Для отгонной части:
Максимально-допустимая скорость паров на 4-й тарелке тогда при расстоянии между тарелками 600 мм С1= 765, К2 = 1,0, К1=1,2, С2=4,0.
l=
Cмакс = 8,47•10-5 • (1,2 •1,0 •765– 4,0 •(48,37 – 35)) = 0,0725,
wмакс = 0,0725 •
Диаметр нижнего пояса:
D =
Для отгонной части принимаем диаметр Dн= 5,5 м, Sк= 23,75 м2
а) Трубчатая печь для нагрева мазута
Трубчатые печи предназначены для нагрева сырья (продукта) за счёт тепла выделяющегося при сжигании топлива. В печах обычно имеются камеры двух типов – радиантные и конвекционные. Существуют различные конструкции трубчатых печей, отличающиеся способом передачи тепла количеством топочных камер, способом сжигания топлива, формой камеры сгорания, расположением труб змеевика. Производительность трубчатых печей на НПЗ колеблется в широких пределах и достигает 1000 т/ч. Разработаны проекты трубчатых печей типа З, Г, В и Ц.
Полезная тепловая нагрузка печи (Qпол , кДж/ч) складывается из тепла, затраченного на нагрев и испарение сырья, на перегрев водяного пара:
Qпол =Qнагр + Qисп + Qпер.в.п.
Тепло, необходимое для нагрева сырья:
Qнагр = GF • (1 – e) • (qжвых – qжвх )
Qнагр = 443014,5 • 0,523 • (892,28 – 782,75) = 25,37 • 106 кДж/ч.
Тепло, необходимое для испарения сырья:
Qисп = GF • e • (qпвых – qжвх ),
Qисп = 443014,5 • 0,477 • (1123,26 – 782,75) = 72,05 • 106 кДж/ч.
Тепло, необходимое для перегрева водяного пара:
Qпер.в.п.= L • (x • l + C • (t2 – t1 )),
где L – количество перегреваемого водяного пара, кг/ч;
х – влажность насыщенного водяного пара;
l – теплота испарения воды, кДж/кг;
C – теплоёмкость, кДж/(кг • град);
t2 – температура перегретого водяного пара, ˚С;
t1 – температура насыщенного водяного пара, ˚С.
Qпер.в.п.= 8860 • (0,02 • 2260,98 + 2,09 • (400 – 120)) = 7,42 • 106 кДж/ч
Полезная тепловая нагрузка печи: