--PAGE_BREAK--
Таблица 2 — Материальный баланс установки
Наименование продукта
% масс от сырья
G, кг/ч
G, т/сутки
G, т/год
Взято:
1.Сырье
100,0
50050,05
1201,20
400000
2.Раствор пероксида водорода
3,0
1501,50
36,04
12000
3.Пероксид водорода
1,0
500,50
12,01
4000
4.Вода
2,0
1001,00
24,02
8000
Итого:
103,0
53053,05
1273,27
424000
Получено:
1. Рафинат
72,6
37394,68
897,47
298858,25
2. Экстракт
27,9
14360,38
344,65
114768,16
3. Вода
2,5
1298,00
31,15
10373,59
Итого:
103,0
53053,05
1273,27
424000,00
Расчет экстракционной колонны
Согласно литературным данным, вследствие малой растворимости селективных растворителей в рафинате, содержание их в рафинатном растворе обычно составляет 10 – 20 % (масс.).
Принимаем содержание N-метилпирролидона в рафинатном растворе 15 % (масс.).
Таблица 3 — Материальный баланс экстракционной колонны
Уравнение теплового баланса экстракционной колонны:
Qприх= Qрасх,
где Qприх— общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Qрасх— общее количество уходящего тепла, кДж/ч.
Тепловые потоки компонентов найдем по формуле:
, кДж/ч (1)
где G— количество, кг/ч; — энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.
Энтальпии нефтепродуктов найдем по формуле Крэга:
, кДж/кг (2)
Относительную плотность определим по формуле:
(3)
Относительная плотность сырья по (3):
Энтальпия сырья (масляной фракции):
Относительная плотность рафината по (3):
Энтальпия рафината по (2):
Плотность экстракта найдем по правилу аддитивности:
где 72,2— процентное содержание рафината в сырье; 0,9012 и 0,8869 — плотности сырья и рафината соответственно [4].
Тогда для экстракта
Относительная плотность экстракта:
Энтальпия экстракта по (2):
Энтальпии N-метилпирролидона [5]:
— жидкости при 100°С: JЖ100= 190кДж/кг
— жидкости при 95°С: JЖ95= 180кДж/кг
— жидкости при 85°С: JЖ85= 165 кДж/кг
Тепловой баланс экстракционной колонны сведен в таблице 4
Таблица 4 — Тепловой баланс экстракционной колонны
Из уравнения теплового баланса находим тепловую нагрузку холодильника Qх.
Тепловая нагрузка холодильника составляет:
Qх=23770000– 22170000= 1590000 кДж/ч
Определяем энтальпии циркулирующего экстрактного раствора при температурах на входе и на выходе из холодильника.
Энтальпии раствора определяются как сумма его составляющих:
, кДж/кг (4)
где а = 0,168 b= 0,832 – массовые доли компонентов экстрактного раствора (экстракта и растворителя соответственно).
Температура вывода экстрактного раствора из экстракционной колонны составляет 85°С.
Энтальпия раствора при 85°С по (4):
Принимаем температуру ввода охлажденного экстрактного раствора в экстракционную колонну: t= 55°С.
Энтальпия экстракта при 55°С по (2):
Энтальпия N-метилпирролидона при 55°С: J55= 106,8 кДж/кг
Энтальпия раствора при 55°С по (4):
Определим количество циркулирующего экстрактного раствора.
(5)
Количество циркулирующего экстрактного раствора на загрузку экстракционной колонны составляет:
(6)
Количество циркулирующего экстрактного раствора не превышает 30% от суммарного количества легкой и тяжелой фаз, следовательно, условие выполняется.
Определим конструктивные размеры экстракционной колонны.
Диаметр экстракционной колонны найдем по формуле:
(7)
где F— площадь рассчитываемого сечения аппарата, м2.
(8)
где Vсм— объем смеси, м3/ч; ω — скорость движения потоков, м3/(м2∙ч).
Принимаем скорость движения потоков ω = 20 м3/(м2∙ч).
Объем смеси найдем по формуле:
Vсм = Vр.р + Vэ.р, м3/ч (9)
где Vр.р— объем рафинатного раствора, м3/ч; Vэ.р— объем экстрактного раствора, м3/ч.
Объемы растворов при соответствующих температурах найдем по формулам:
где Gэ.р, ρэ.р — количество и плотность экстрактного раствора при температуре 85°С; Gр.р, ρр.р — количество и плотность рафинатного раствора при температуре 95°С.
Плотность веществ, при соответствующих температурах находим по формуле:
(12)
Результаты расчетов сведены в таблице 1.7.3.3.
Площадь поперечного сечения составит:
Тогда диаметр экстракционной колонны:
Выбираем значение диаметра по стандартному ряду:
DК = 3,0 м.
Рабочая высота экстракционной колонны:
Нр=h1+h2+ h3+h4+h5, м (1.16)
где h1— высота верхнего днища до первой тарелки, м;
h2— высота отстойной зоны рафинатного раствора, м;
h3— высота экстракционной зоны, м.
h4— высота отстойной зоны экстрактного раствора, м.
h5— высота опорной части колонны, м.
Расчет ректификационной колонны
Расчет испарительной секции колонны
Материальный баланс испарительной секции ректификационной колонны К-3 представлен в таблице 5
Таблица 5 — Материальный баланс испарительной секции
Давление в колонне поддерживается на уровне 0,13 — 0,16 МПа [11]
Принимаем давление P= 0,15 МПа.
Тверха = 210 0С;
Тввода раф р-ра = 295 0С;
Тниза = 260 0С
Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя и более четкого отделения N-метилпирролидона от рафината испарительная секция оборудована клапанными тарелками – 6-7 штук [11]. Принимаем 7 тарелок.
Составляем тепловой баланс колонны с целью определения количества растворителя, поступающего на орошение.
1. Определяем тепловую нагрузку прихода:
(13)
(14)
Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:
кДж/кг
кДж/ч
кДж/ч
Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]
Тогда: кДж/ч.
2. Определяем тепловую нагрузку расхода:
(15)
В паровой фазе :
кДж/ч (16)
энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]
В жидкой фазе:
(17)
(18)
кДж/кг
кДж/ч
кДж/ч
кДж/ч
Тогда: кДж/ч
3. Найдем тепло орошения по формуле:
кДж/ч (19)
4. Количество орошения:
кг/ч (20)
Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 5.
Определим основные размеры испарительной секции колонны.
5. Определение диаметра испарительной секции.
Рассчитаем количество паров, проходящих через наиболее нагруженное сечении колонны ( сечение над верхней тарелкой) [8]:
Таблица 6 — Тепловой баланс испарительной секции
Наименование потоков
G, кг/ч
Т, 0С
q, кДж/кг
Q, кДж/ч·106
Приход:
Рафинатный раствор
43940,0
295
а) рафинат
37367,2
295
680,2
25,42
б) N-МП
6572,9
295
747,6
4,91
Итого:
43940,0
30,33
Расход:
1. Жидкая фаза
37806,6
260
22,30
а) рафинат
37367,2
260
589,2
22,02
б) N-МП
439,4
260
635,0
0,28
2.Паровая фаза
6133,5
210
N-МП
6133,5
210
993,0
6,09
Итого:
43940,0
28,39
Острое орошение
N-МП
4419,8
180
440,0
1,94
, где (21)
t– температура, 0С;
Р – давление, МПа;
G– расход компонента, кг/ч;
M– молекулярная масса компонента.
Молекулярную массу рафинатного раствора находим по правилу аддитивности:
(22)
Тогда:
м3/с.
Определим допустимую линейную скорость паров [8]:
, (23)
К – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации;
и — абсолютная плотность паров и жидкости соответственно.
Коэффициент К определяется в зависимости от расстояния между тарелками, типа тарелки и некоторых условий работы колонны. Согласно литературным данным [8], чаще всего расстояние между тарелками лежит в пределах 0,5 – 0,7 м.
Принимаем а = 0,6 м.
Коэффициент К определяем по графику зависимости Кота [8]:
К = 800
Определим плотность жидкости [9]:
(24)
— поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус [9].
Определим плотность паров:
кг/м3 (25)
Тогда по (1.28): м/с.
Диаметр испарительной секции колонны находим по формуле:
м. (26)
Из стандартного ряда принимаем диаметр D= 3,2 м.
6. Определим рабочую высоту испарительной секции колонны:
, где (27)
h1– высота от верхнего днища до первой ректификационной тарелки;
h2– высота эвапарационной зоны;
h3– высота слоя жидкости внизу секции.
м. (28)
м, где (29)
n– число тарелок;
ht– расстояние между тарелками.
Высоту h3принимаем равной 2 м [8].
Тогда: Hисп= 1,6+3,6+2 = 7,2 м.
Расчет отпарной секции колонны
Таблица 7 — Материальный баланс отпарной секции
Тепловой баланс отпарной секции составляем с целью определения количества растворителя, подаваемого на орошение.
Температуру входа рафинатного раствора принимаем на 5-10 0С ниже температуры выхода рафинатного раствора из испарительной секции.
Принимаем Твхода = 255 0С
Определим температуру низа колонны по формуле:
, где (30)
r– скрытая теплота испарения растворителя, кДж/кг;
c– удельная теплоемкость рафината (около 63 кДж/кг·0С).
0C.
Параметры перегретого водяного пара: P= 1,0 МПа, ТВП = 180 0С, qВП= 2845 кДж/кг.
Определим парциальное давление паров растворителя с учетом водяного пара [6]:
, где (31)
Z– количество вводимого в колону водяного пара, (3-5 %масс от рафината), кг/ч;
P– общее давление над верхней тарелкой в колонне;
GNMП – количество отгоняемого растворителя;
МNMП – молекулярная масса растворителя;
18 – молекулярная масса воды.
МПа.
Этому давлению соответствует Тверха = 119 0С.
1. Определяем тепловую нагрузку прихода:
(32)
а) (33)
(34)
Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:
573,11 кДж/кг
Тогда тепловая нагрузка рафината по (1.39):
кДж/ч
Тепловая нагрузка N-МП:
кДж/ч
Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]
б)кДж/ч (35)
Тогда: кДж/ч.
2. Определяем тепловую нагрузку расхода:
(36)
а)кДж/ч (37)
Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]
кДж/ч
Энтальпию водяного пара находим по диаграмме.
кДж/ч (38)
б) (39)
кДж/кг
кДж/ч
Тогда: кДж/ч
3. Найдем тепло орошения:
кДж/ч (40)
4. Количество орошения:
кг/ч (41)
Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 8.
Таблица 8 -Тепловой баланс отпарной секции
Наименование потоков
G, кг/ч
Т, 0С
q, кДж/кг
Q, кДж/ч·106
Приход:
1. Рафинатный раствор
37806,6
255
21,69
а) рафинат
37367,2
255
573,11
21,42
б) N-МП
439,4
255
620
0,27
2. Водяной пар
1134,2
180
2845
3,23
Итого:
38940,7
24,91
Расход:
1. Жидкая фаза
37367,2
254,9
а) рафинат
37367,2
254,9
572,84
21,41
2. Паровая фаза
1573,6
105
3,42
а) N-МП
439,4
105
938
0,41
б) водяной пар
1134,2
105
2648
3,00
Итого:
38940,7
24,82
Острое орошение
280,1
80
0,09
Определение диаметра отпарной колонны:
Рассчитаем по (1.41) количество паров, проходящих в наиболее нагруженном сечении колонны [8]:
м3/с
Рассчитаем допустимую линейную скорость паров:
Определим плотность паров по (1.31):
кг/м3
Определим по (1.46) плотность жидкости [9]:
кг/м3 ,
— поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус (из таблицы) [9].
Тогда по (1.29):
Тогда диаметр колонны по (1.47):
м
Из стандартного ряда принимаем диаметр D= 1 м.
5. Определение высоты отпарной колонны [8].
, где
h1– высота до первой ректификационной тарелки;
h2– высота отпаривающей зоны;
h3– высота слоя жидкости внизу секции;
h4– высота низа колонны;
h5– высота постамента колонны.
h1= 1/2D=0,5·1,0 = 0,5 м.
h2= (n-1) ·ht= (10-1) ·0,6 = 5,4 м.
h3принимаем равной 1 м.
h4определяем, исходя из запаса остатка на 300 сек.
Объем рафината внизу колонны составляет:
(42)
Gp — расход рафината
— плотность рафината
Gp = 41341,34 кг/ч = 11,48 кг/сек.
м3/кг.
Площадь поперечного сечения:
м (43)
Тогда: h4 = Vp/F= 3,51/0,78 =4,5 м.
Высоту h5принимаем равной 2 м.
Тогда: Hотп= 0,5+5,4+1+4,5+2=13,4 м.
Таким образом общая высота рафинатной колонны составляет:
м (44)
продолжение
--PAGE_BREAK--