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*(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

₁₅¹⁵ = 1,03∙М/(44,29+М),

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

₁₅¹⁵ = 1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6526

₄^93,5=₁₅¹⁵-(93,5-15)∙=0,6526-93∙0,000962= 0,5771

_ж(93,5°С)= 577,1 кг/м³

б) Плотность паровой фазы

_п=_о∙Т₀∙Р/(Т∙Р₀) [15],

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

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

П олучаем,

V_л= 0,305∙300∙((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.

1. Расчет высоты колонны

Рис. 6. К расчету высоты колонны четкой ректификации.

h₁ = ½D=½∙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)∙600/3600

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

=(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=D²/4=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

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):

₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙154/(44,29+154)=0,7999;

Н^п=b∙(4 - ₁₅¹⁵) – 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):

₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙339/(44,29+339)=0,9110;

Н^ж =а/(₁₅¹⁵)^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/(₁₅¹⁵)^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):

₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙195/(44,29+195)=0,8394;

Н^п=b∙(4 - ₁₅¹⁵) – 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):

₁₅¹⁵=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙562/(44,29+562)=0,9548;

Н^ж =а/(₁₅¹⁵)^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/(₁₅¹⁵)^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

9 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ (ЭВМ)

В ТЕПЛООБМЕННИКЕ «НЕФТЬ-ДТ»

Произведём расчёт коэффициента теплопередачи теплообменника Т-204 с помощью программы “Ktepper”. Для этого на основании количества и свойств нефти и ДТ подготовим исходные данные для расчёта.

Расход теплоносителей:

G_н=357143∙0,5=178571,5 кг/ч — расход нефти, теплоноситель 1.

G_дт=357143∙0,1613=57607 кг/ч — расход ДТ через теплообменник по одному потоку, теплоноситель 2;

Средние температуры теплоносителей:

Физические свойства теплоносителей:

– относительные плотности нефти:

- относительные плотности ДТ:

определим кинематические вязкости:

и — для нефти, тогда можно составить систему уравнений из формулы и определить A и B.

отсюда .

и — для ДТ, тогда можно составить систему уравнений из формулы и определить A и B.

отсюда .

Принимаем кожухотрубчатый теплообменник в соответствии с ГОСТ 15122–79 [13]. Заносим необходимые данные в таблицу 9.1.

таблица 9.1 исходные данные для расчёта коэффициента теплопередачи

Результаты расчёта теплообменника по программе “Ktepper” представлены в таблице 9.2.

таблица 9.2 - Результаты расчёта теплообменника

----------------------------------------------------------------