Стабилизационная колонна. 2 страница

р = Δ р_сух + Δ р_G + Δ р_пж, (2.15)

1) Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

р_сух = ξ(w₀² р_п) / 2 F= 3,6 (1,06 ² ∙ 14,9) / 2∙0,771 = 390,9 Па, (2.16)

где: ξ= 3,6 – коэффициент сопротивления клапанных тарелок,

ω₀ =1,06 м/с – скорость пара в отверстии тарелки.

Верхняя часть колонны:

Высота подпора жидкости над сливной перегородкой, м:

(2.17)

где: V -максимальный расход жидкости в колонне, м /с;

к = ρ_пж/ρ_ж- отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, (к=0,5).

V 0,095 м³/с. (2.18)

Периметр сливной перегородки находится решением системы уравнений:

(П/2)²+(R-b), где R=1,3 м- радиус тарелки,

(2/3)∙П∙b- приближенное значение площади сегмента,

0,1∙3,14∙1,3²=(2/3) ∙П∙b,

0,35=(2/3)П∙b,

П=1,9;

b=0,35.

Находим Δ h:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

h_пж = h_п + h_сл = 0,04 + 0,14 = 0,18 м. (2.19)

2) Сопротивление парожидкостного слоя:

Δр_пж = 1,3 ∙ h_пж ∙ p_пж ∙ g.∙ К = 1,3 ∙ 0,18 ∙ 800 ∙ 9,81 ∙ 0,5 = 918,2 Па. (2.20)

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

σ_t = σ₀ – 0,146 ∙ t, (2.21)

σ ₆₇ = 26 – 0,146 ∙ 130⁰ = 16,2∙ 10 ^{– 3} Н/м,

где: σ_t – поверхностное натяжение при температуре t, ⁰ С;

σ₀ – поверхностное натяжение при нормальных условиях = 26*10^{– 3} н/м;

t – температура, ⁰ С.

3) Δр_с = 4 ∙ 𝜎 / d_Э = (4 ∙ 16,2 ∙ 10 ^{– 3} ) / 0,004 = 16,2 Па; (2.22)

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

4) ΔР = ΔР_сух + ΔР_с + р_пж = 390,9 + 16,2 + 765,2= 1172,3 Па (2.23)

Нижняя часть колонны:

Поверхностное натяжение при температуре низа колонны:

σ_t = σ₀ – 0.146 ∙ t,

σ ₁₅₁ = 26 – 0.146 ∙ 151 = 4∙ 10 ^{– 3} Н/м;

1) Δр_с = 4 ∙ 𝜎 / d_Э = (4 ∙ 4∙ 10 ^{– 3} ) / 0,004 = 4 Па.

V_ж = ((С_D ∙ R / M_D) + (G_F / M_F)) ∙ M_ср/ p_ж =

=((33775,5∙7,4 /55) +(169728,5/124,25))∙79,04 / (3600 ∙ 800) = 0,16 м³/с;

Находим h_сл:

h_сл = (0,16 / 1,85 ∙ 1,9 ∙ 0,5) ^2/3 = 0,2 м.

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

h_пж = h_п + h_сл = 0,04 + 0,2 = 0,24 м.

2) Сопротивление парожидкостного слоя:

Δ р_пж = 1,3 ∙ h_пж ∙ p_пж ∙ g ∙ К = 1,3 ∙ 0,24 ∙ 800 ∙ 9,81 ∙ 0,5 = 1224,3 Па

3) Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

ΔР = ΔР_сух + ΔР_с + р_пж = 390,9 + 4 + 1224,3 = 1619,2 Па.

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0,4 м необходимое для нормальной работы тарелок условие h > 1,8 (ΔР / ρ_ж g),

0,5 > 0,37.

1,8 (ΔР / ρ_ж g) = (1,8 ∙ 1619,2) / (800 ∙ 9,81) = 0,37.

Следовательно выше указанное условие соблюдается.

Расчет высоты колонны.

Высоту тарельчатой части колонны определяют по формуле

Н_к = (N-1)H+z_в+z_н, м ([7] фор. VII.46 с. 135) (2.24)

где: Н- расстояние между тарелками, м;

z_в,z_н – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м. Выбор значений z_в,z_н (3 с. 107).

Н_к=(32-1)∙0,5+4,6+1,8+2,4=24,3 м

Н = Н_к + h_в + h_н, м, (2.25)

где h_в,h_н – высота днища верха низа соответственно, м

Н = 24,3 + 1,01 + 1,01 = 26,32 м

Расчет теплового баланса верхней колонны.

2 – флегма;

3 – верхний продукт;

4 – нижний продукт.

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄ + Q_5, (2.26)

1 поток: G_c = 169728,5 кг/ч,

2 поток: G_фл. = 95746,2 кг/ч,

3 поток: G_D = 33775,5 кг/ч,

4 поток: G_W = 135953 кг/ч.

Тепло, вносимое сырьем:

Q₁ = G_c ∙ c₁ t₁ = (169728,5 ∙ 0,66 ∙ t₁ ∙ 4,19) / 3600 = 130,38 ∙ t₁ кВт (2.27)

где: G_c – количество сырья, кг/ч;

с₁ – теплоемкость смеси, ккал/(кг∙⁰С);

t₁ – температура смеси, ⁰С.

Тепло, вносимое орошением:

Q₂ = G_фл ∙ c₂ ∙ t₂ = (95746,2 ∙ 7,4 ∙ 0,4 ∙ 40 ∙ 4,19) / 3600 = 13194,3 кВт (2.28)

где: G_фл – количество флегмы, кг/ч;

с₂ – теплоемкость смеси, ккал/(кг∙С ⁰);

t₂ – температура смеси, ⁰С;

R – флегмовое число = 7,4.

Тепло, уходящее с ШФЛУ:

Q₃ = (G_D ∙ (R+1)∙(с_D∙t_D+r) ∙ 4,19) / 3600 (2.29)

Q₃ = (33775,5 ∙(7,4+1)∙(0.44∙84+70)∙4,19) / 3600 = 35319,45 кВт,

где: G_D – количество дистиллята, кг/ч;

с_D – теплоемкость смеси, ккал/(кг∙С ⁰);

t_D – температура дистиллята, ⁰С;

R – флегмовое число = 7,4;

r – теплота испарения, кДж/кг.

Тепло, уходящее с кубовой жидкостью:

Q₄ = G_w ∙ c₄ ∙ t₄ = (135953∙0,64∙150 ∙ 4,19) / 3600 = 15190,5 кВт (2.29)

где: G_w – количество кубовой жидкости, кг/ч;

с₄ – теплоемкость смеси, ккал.

Потери тепла в окружающую среду Q₆ :

Q_{1 ∙} t₁ = (Q₃ + Q₄ - Q₂) = 37315,65 (2.30)

Q₅ найдем из уравнения:

37315,65 100%

x 5%, x = (37315,65∙ 5) / 100 = 1865,78 кВт (2.31)

Q₅ = 1865,78 кВт.

В итоге получаем: Q₁ = 130,38 ∙ t₁ кВт

Q₂ = 13194,3 кВт

Q₃ = 35319,45 кВт

Q₄ = 15190,5 кВт

Q₅ = 1865,78 кВт

Q₁ ∙ t₁ = Q₃ + Q₄ + Q₅ - Q₂ = 39181,43 кВт,

130,38 ∙ t₁ = 39181,43

t₁ = 36481,2 / 130,38 = 300,5 ⁰С (2.32)

2.5.2 Технологический расчет нижней колонны.

В колонну из емкости и верхней колонны нефть поступает в количестве 405100 кг/час. Материальный баланс стабилизационной колонны предоставлен в таблице 2.3.

Материальный баланс колонны.

Примем следующие условные обозначения:

F-исходная смесь,

D-дистиллят,

R- кубовый остаток

X_i,Y_i-мольные доли компонентов соответственно в жидкости и паре.

Данные по расчету колонны состав сырья (в процентах масс.) см. ниже.

Фракции: С₂ - н-С₄ – 0,87%,

и-С₅ – н-С₅ – 1,55%,

нк 53 – 2,64%,

63 – 130 – 12,01%,

130 - 200 - 11,20%,

200 – 250 - 71,67%.

D=14524,5 кг/ч.

Решение ведется по источнику ([2] стр. 7-13).

Таблица 2.9

3)

F=D+R,

F∙ci=D∙ yi +R∙ xi,

Принимаем:

y =0, x₁=0.

Подставим исходные значения в уравнение:

405100∙0,0087 =14524,5∙у ,

405100∙0,0155 =14524,5∙у + 390576∙x₂,

405100∙0,0264 =14524,5∙у₃ + 390576∙x₃,

405100∙0,1201 =14524,5∙у + 390576∙x ,

405100∙0,1126 =14524,5∙у + 390576∙x ,

405100∙0,7176 = 0 + 390576∙x .

Отсюда, имеем в мольных долях:

у = 0,333,

x = 0,736.

Решим систему уравнений:

Принимаем: у =0,266; у =0,19; у₄=0,12; у₅=0,09;

Решив систему уравнений, получим:

7509,3 = 3359,6 + 390576∙x₂,

12790 = 2399,7 + 390576∙x₃,

58184,8 = 1515,6 + 390576∙x ,

54551,3 = 1136,7 + 390576∙x , ^{получим}

x₂= 0,009,

x₃=0,022,

x₄= 0,120,

x₅= 0,113.

Рабочее давление – Р_раб = 6 кгс/см² (атм);

Расчетное давление принимаем: Р_расч= 9 кгс/см²(атм).

Давление верха колонны: Р_в=Р+0,2 = 6+0,2 = 6,2 атм = 0,608 МПа,

Давление низа колонны: Р_н = Р + 0,5 атм = 6+0,5 = 6,5 атм = 0,638 МПа.

Среднее давление в колонне:Р_ср = (Р_в+ Р_н)/2 = (0,608+0,638)/2 = 0,623 МПа.

Температура низа колонны: t_н=220° С,.

Средняя температура в колонне: t_ср = (t_в+ t_н)/2 = (150+220)/2 = 185 °C.

Давление насыщенных паров нефтепродуктов, имеющих сложный состав, находят используя аналитический метод (формулу Антуана для нахождения

величин Р_н.п1, Р_н.п2 и формулу Ашворта для нахождения Р_н.п3, Р_н.п4, Р_н.п5, Р_н.п6).

, ([1], стр. 90), (2.33)

Выразим отсюда значение Р_н.п, получим уравнение:

Р_н.п1.= , где

А, В, С – константы, взяты из справочника.

Р_н.п1 = = 3,42∙10³ мм рт.ст,

Р_н.п2.= = 400,93 мм рт ст.

(Баг., стр. 30) (2.34)

(2.35)

После преобразований получим:

Р_н.п = , где n=

Р_н.п3. = = 0,348 атм,

Р_н.п4.= = 0,101 атм,

Р_н.п5.= = 0,043 атм,

Р_н.п6.= = 0,033 атм.

Мольная степень отгона при подаче его в нижнюю колонну.

Мольная степень отгона сырья е при подаче его в колонну рассчитывается при температуре и давлении подачи питания.

Степень отгона рассчитывается при средних арифметических температуре и давлении между верхом и низом колонны. ([2]. стр.72)

(2.36)

,

,

,

,

,

,

Таблица 2.10

			0,001	1E-07	1E-08	1E-10	1E-13
еs	89,5673	1,0009	1,0019	1,0009	1,0009	1,0009	1,0009

Степень отгона приблизительно равна е =1∙10^-9.

Коэффициенты разделения ([2], стр. 48, рис1.20):

k₁=1,46,

k₂=0,8,

Минимальное число ступеней разделения вычислим по формуле

(Баг. стр.357):

= 6,24

Предельное:

1)

Отношения:

2) Минимальное паровое число:

Где U = 1,35 U_min + 0,35 = 1,35 7,05 + 0,35 = 9,87.

По корреляционному графику Джиллиленда (Баг, стр.412) определим действительное число тарелок, для чего рассчитаем комплексы:

U=19,87,

U_min=7,05.

Тогда:
, отсюда найдем:

N = 11,3 12- число действительных тарелок.

Расчет диаметров колонны.

Расчет ведется по ([7],стр.110-112,131-135).

Верхний диаметр определяется по уравнению:

D = (V / (0,785 ω))^1/2 ,

где V- расход пара, м³/с;

ω – скорость пара, м/с

Расход пара определяется по формуле:

V = (G_D (R+1) 22,4 T P₀) / (M_D T₀ 3600 P₁), м³/с

где G_D – количество дистиллята, кг/ч;

Т, Т₀ – температура в системе, К (Т₀ = 273⁰ К);

М_D – молекулярная масса дистиллята;

P₁, Р₀ – давление в системе, атм. (Р₀ = 1 атм.)

V = (14524,5 (9,87+1) 22,4 423 1) / (93 273 3600 5,2) = 3,15м³/с

ω ^1,85= , м/с,

где G - масса клапана,(G=109,3 10^-6 кг),

S₀ - площадь отверстия под клапаном, м².

ξ- коэффициент сопротивления,(ξ=3).

ρ _y – плотность пара, кг/м³.

М – молекулярная масса.

ρ _y = (М / 22,4) ((233 Р) / Т) = (93 / 22,4) ((273 6,2) / 423) = 16,61 кг/м³,

S₀ = 3,14 5² = 78,5 10^-6 м².

ω^1,85 = = 0,548,

ω = 0,72 м/с.

D = (3,15/ (0,785 ∙ 0,72) ^1/2 = 2,36 м.

Принимаем D равным 2,60 м.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: