--PAGE_BREAK--Материальный баланс по колонне
Приход
Расход
Наименование
Расход, кг/ч
Наименование
Расход, кг/ч
Мазут
76000
Пары разложения
2280
Вакуумный погон
26068
Гудрон
47652
Итого:
76000
Итого:
76000
Считаем материальный баланс по каждой секции:
Таблица 3.
Материальный баланс 1-й секции
Приход
Расход
Наименование
%
кг/ч
Наименование
%
кг/ч
Мазут
(пар.фаза)
(пар.фаза)
Пары разложения
37,30
2280
Пары разложения
37,30
2280
Вакуумный погон
26068
Вакуумный погон
26068
(жидкая фаза)
Гудрон
62,70
47652
Гудрон
62,70
47652
Итого:
100
76000
Итого:
100
76000
Таблица 4.
Материальный баланс 2-й секции
Приход
Расход
Наименование
%
кг/ч
Наименование
%
кг/ч
(пар.фаза)
(пар.фаза)
Пары разложения
8,04
2280
Пары разложения
8,04
2280
Вакуумный погон
91,96
26068
(жидкая фаза)
Вакуумный погон
91,96
26068
Итого:
100
28348
Итого:
100
28348
продолжение
--PAGE_BREAK--Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й секции.
Для выполнения расчёта заменяем имеющиеся фракции углеводородов на простые алканы нормального строения:
1. Фракция НК-350 оС. Так как данная фракция состоит преимущественно из паров диз. топлива, то за НК примем температуру равную 240 оC. Средняя температура равна: (350+240)/2=295оС.
Принимаем: н-гексадекан (С16Н34 ), tкип=287 оС, М=226 кг/кмоль.
2. Фракция 350-500 оС. tср=(350+500)/2 = 425 оС.
Принимаем: н-гексакозан (С26Н54 ), tкип=417 оС, М=366 кг/кмоль.
3. Фракция 500-КК оС
Принимаем: н-пентатриаконтан (С35Н72), tкип=511 оС, М=492 кг/кмоль.
Заменяем перегоняемую смесь углеводородов в 1-й секции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексакозан (С26Н54 ), а в качестве выкокипящего (ВК) — н-пентатриаконтан (С35Н72).
Производим расчёт мольных концентрация на входе и на выходах из секции.
Мольную концентрацию на входе определяем на основе массовой концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 1-й секции (табл. 3).
Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения фракции и рассчитывается по формуле:
где Pатм — атмосферное давление, PНК и PВК –давление насыщенных паров индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по уравнению Антуана:
, [Па.]
где A, В, С – параметры Антуана для каждого компонента. t — температура, оС.
Параметры уравнения для каждого компонента приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Параметры уравнения Антуана
Наименование
Коэф-нты
А
В
С
н-гексадекан
7,03044
1831,317
154,528
н-гексакозан
7,62867
2434,747
96,1
н-пентатриаконтан
5,778045
1598,23
40,5
Расчёт состава куба: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 500 оС.
Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 425 оС.
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=363 оС
Температура на выходе из куба равна: tW=408 оС
Температура на входе равна: tF=376 оС
Определяем относительную летучесть по формуле:
При температуре tD=363 оС
При температуре tW=408 оС
Средняя относительная летучесть:
Строим кривую равновесия по формуле:
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,738 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:
Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :, где . Зависимость критерия оптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
продолжение
--PAGE_BREAK--Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы
По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:
Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.
Рис.3 Теоретические ступени
Число теоретических тарелок NТТ=6
Число теоретических тарелок в нижней части NН=4
Число теоретических тарелок в верхней части NВ=2
Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях. Расчёт средних концентраций жидкости:
Расчёт средних концентраций пара:
Средние температуры верха и низа:
Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата и куба.
Средние молекулярные массы пара:
Средние молекулярные массы жидкости:
Средние плотности пара:
Средние массовые доли:
Средние плотности жидкости:
Плотность НК компонента при температур tН=388 оС равна
Плотность ВК компонента при температур tН=388 оС равна
Плотность НК компонента при температур tВ=369 оС равна
Плотность ВК компонента при температур tВ=369 оС равна
Средние вязкости жидкости:
Вязкость НК компонента при температур tН=388 оС равна
Вязкость ВК компонента при температур tН=388 оС равна
Вязкость НК компонента при температур tВ=369 оС равна
Вязкость ВК компонента при температур tВ=369 оС равна
Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
Для верха колонны:
продолжение
--PAGE_BREAK--Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции.
Определяем количество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем допущение, что расход пара во всей колонне является величиной постоянной и находится:
Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:
К3=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки
К4=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки
1. Диапазон колебания нагрузки.
Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.
2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:
Для верхней части:
3. Диаметр нижней части:
Верхней части:
4. Так как диаметры оказались одинаковыми принимаем колонну одного диаметра DК=2,4 м
Действительную скорость пара в нижней части находим:
В верхней части:
5. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:
6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:
Для верхней части:
Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:
Для верхней части:
Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1 для верхней и нижней частей колонны:
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:
Для верхней части:
7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся. Расчёт для нижней и верхней частей колонны ведём раздельно.
Расчёт нижней части секции:
Принимаем следующее диаметр:
Принимаем следующее диаметр:
Принимаем следующее диаметр:
Принимаем следующее диаметр:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
9. Фактор паровой нагрузки:
Подпор жидкости над сливным порогом:
10. Глубина барботажа hб=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h3=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,018 м (табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
11. Высота сливного порога:
12. Градиент уровня жидкости на тарелке:
13. Динамическая глубина барботажа:
14. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6.). Коэффициент запаса сечения тарелок:
Так как К1
Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:
Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.
15. Фактор аэрации:
16. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки (табл. 6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
18. Межтарельчатый унос жидкости:
Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
19. Площадь поперечного сечения колонны:
Скорость жидкости в переливных устройствах:
Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
Действительные скорости жидкости меньше допустимых. Таким образом для нижней части 1-й секции принимаем данную тарелку.
Расчёт верхней части секции:
Для упрощения конструкции колонны в верхней части секции принимаем тарелки того же диаметра что и в нижней DК= 3,6 м
1.Действительную скорость пара в верхней части:
2. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:
3. Фактор нагрузки для верхней части колонны:
Коэффициент поверхностного натяжения для верхней части секции:
Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1:
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:
4. Проверяем условие допустимости скоростей пара:
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
5. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
6. Фактор паровой нагрузки:
Подпор жидкости над сливным порогом:
7. Глубина барботажа hб=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h3=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,018 м (табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
8. Высота сливного порога:
9. Градиент уровня жидкости на тарелке:
10. Динамическая глубина барботажа:
11. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:
Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.
Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0046 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:
Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.
12. Фактор аэрации:
13. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки (табл. 6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
15. Межтарельчатый унос жидкости:
Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
16. Площадь поперечного сечения колонны:
Скорость жидкости в переливных устройствах:
Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
Действительные скорости жидкости меньше допустимых.
Таким образом для верха и низа секции принимаем одинаковую тарелку.
Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет следующие характеристики:
Диаметр тарелки: D = 3600 мм;
Периметр слива: lw = 2,88 м;
Высота сливного порога: ; ;
Свободное сечение тарелки:
Сечение перелива:
Относительная площадь для прохода паров: ;
Межтарельчатое расстояние: ; ;
Количество колпачков: ; ;
Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:
Высота парожидкостного слоя:
Фактор аэрации:
Гидравлическое сопротивление тарелки:
Межтарельчатый унос:
Скорость жидкости в переливе:
Скорость пара в колонне:
продолжение
--PAGE_BREAK--Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.
1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:
2. Определяем общее числа единиц переноса:
Для верха колонны:
3. Локальная эффективность контакта:
Для верха колонны:
4. Эффективность тарелки по Мэрфи:
Для верха колонны:
5. Действительное число тарелок:
Для верха колонны:
6. Рабочая высота секции для низа:
Для верха:
Общая рабочая высота:
7. Общая высота секции:
Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции.
Расчёт второй секции колонны производим только для верхней части.
Заменяем перегоняемую смесь углеводородов во 2-й секции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексадекан (С16Н34 ), а в качестве выкокипящего (ВК) —: н-гексакозан (С26Н54 ).
Производим расчёт мольных концентрация на входе и на выходах из секции.
Мольную концентрацию на входе определяем на основе массовой концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 2-й секции (табл. 3).
Расчёт состава дистиллата: PНК и PВК рассчитываются при температуре равной 295 оС.
Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:
Температура на выходе из дистиллата равна: tD=235 оС
Температура на входе равна: tF=308 оС
Определяем относительную летучесть по формуле:
При температуре tD=235 оС
При температуре tW=308 оС
Средняя относительная летучесть:
Строим кривую равновесия по формуле:
Рис.1 Кривая равновесия
Состав пара уходящего с питательной тарелки равен yf=0,501 мол.дол.
Рассчитываем минимальное флегмовое число:
Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :, где . Зависимость критерия оптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.
продолжение
--PAGE_BREAK--Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы
По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:
Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.
Рис.3 Теоретические ступени
Число теоретических тарелок NТТ=3
Расчёт физико-химических свойств смеси. Расчёт средней концентрации жидкости:
Расчёт средней концентрации пара:
Расчёт средней температуры:
Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата.
Средняя молекулярная масса пара:
Средняя молекулярная масса жидкости:
Средняя плотность пара:
Средняя массовая доля:
Средняя плотность жидкости:
Плотность НК компонента при температур t =256 оС равна
Плотность ВК компонента при температур t=256 оС равна
Средняя вязкость жидкости:
Вязкость НК компонента при температур t =256 оС равна
Вязкость ВК компонента при температур t =256 оС равна
Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:
Для низа колонны:
Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции.
Определяем количество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем допущение, что расход пара во всей колонне является величиной постоянной и находится:
Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:
1. Расчёт оценочной скорости:
2. Определяем диаметр:
3. Принимаем колонну диаметра DК=1,0 м
Действительную скорость пара в нижней части находим:
4. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:
5. Фактор нагрузки:
Коэффициент поверхностного натяжения:
Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В1:
Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:
6. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:
Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Увеличиваем межтарельчатое расстояние:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
7. Удельная нагрузка на перегородку:
Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.
8. Фактор паровой нагрузки:
Подпор жидкости над сливным порогом:
9. Глубина барботажа hб=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h3=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h4=0,01 м (табл. 6.8. [1]).
Высота парожидкостного слоя на тарелках:
10. Высота сливного порога:
11. Градиент уровня жидкости на тарелке:
12. Динамическая глубина барботажа:
13. Значение комплекса В2 (табл. 6.9. [1]):
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:
Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:
Так как К1 >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.
Выбираем площадь прорезей колпачка S3 =0,0023 м2 (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:
Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:
Коэффициент В5 берётся по табл. 6.11. [1].
Степень открытия прорезей колпачка:
Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.
14. Фактор аэрации:
15. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки (табл. 6.13 [1]).
Гидравлическое сопротивление тарелок:
17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К5=0,75
Высота сепарационного пространства между тарелками:
18. Межтарельчатый унос жидкости:
Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.
19. Площадь поперечного сечения колонны:
Скорость жидкости в переливных устройствах:
Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:
Действительная скорость жидкости меньше допустимых. Таким образом для 2-й секции принимаем данную тарелку.
Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет следующие характеристики:
Диаметр тарелки: D = 1000 мм;
Периметр слива: lw = 0,683м;
Высота сливного порога: ;
Свободное сечение тарелки:
Сечение перелива:
Относительная площадь для прохода паров: ;
Межтарельчатое расстояние: ;
Количество колпачков: ;
Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:
Высота парожидкостного слоя:
Фактор аэрации:
Гидравлическое сопротивление тарелки:
Межтарельчатый унос:
Скорость жидкости в переливном устройстве:
Скорость пара в колонне:
продолжение
--PAGE_BREAK--