Стабилизационная колонна. 3 страница

Действительная скорость пара в рабочем сечении:

ω = 0,72(2,36/2,6) = 0,65 м/с.

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

ω_т = ω 0,785d²/S_т = 0,65 0,785 2,6²/3,84 = 0,898 м/с.

Нижний 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 = (223380 22,4 493 1) / (98 273 3600 3,1) = 8,3м³/с

ρ _y = (М / 22,4) ((273 Р) / Т) = (93 / 22,4) ((273 5,5) / 493) = 12,64 г/м³,

S₀ = 3,14 5² = 78,5 10^-6 м².

ω^1,85 = =0,72,

ω = 0,84 м/с.

Действительная скорость пара в рабочем сечении:

ω = 0,84(3,54/3,6) = 0,826 м/с.

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

ω_т = ω 0,785d²/S_т = 0,826 0,785 3,6²/3,84 = 2,19м/с.

D = (8,3/ (0,785 0,84) ^1/2 = 3,54 м.

Принимаем D равным 3,60 м.

По диаметру колонны производится выбор тарелок – принимаем соответствующие параметры: периметр слива П, площадь слива F , площадь

прохода пара F , количество клапанов m.

Тарелка клапанная прямоточная двухпоточная типа ТКП (ОСТ 26-02-1401-76) для D = 2,60 м:

Свободное сечение колонны, м² 5,3

Рабочее сечение тарелки, м² 3,62

Периметр слива, м 3,46

Сечение перелива, м² 0,76

Шаг t, мм 100

Относительное свободное сечение тарелки, % 6,1

Число клапанов 256

Число клапанов на поток 6

Масса тарелки, кг 300

Тарелка клапанная прямоточная двухпоточная типа ТКП (ОСТ 26-02-1401-76) для D =3,60 м:

Свободное сечение колонны, м² 10,18

Рабочее сечение тарелки, м² 7,11

Периметр слива, м 4,76

Сечение перелива, м² 1,43

Шаг t, мм 100

Относительное свободное сечение тарелки, % 6,67

Число клапанов на поток 9

Масса тарелки, кг 520

Гидравлические характеристики тарелки.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление в верхней и нижней части колонны.

Верхняя часть колонны: р = Δ р_сух + Δр_G +Δ р_пж,

5) Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

р_сух = ξ(w₀² р_п) / 2 F²= 3,6 (0,898 ² ∙ 14,1) / 2 0,061² = 5,5 ∙ 10³ Па,

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

ω₀ = 0,898 м/с – скорость пара в отверстии тарелки,

F_с – доля свободного сечения тарелки.

6) Высота подпора жидкости над сливной перегородкой, м:

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 0,0475 м³/с.

Периметр сливной перегородки находится решением системы уравнений:

(П/2)² + (R-b), где R=1,8 м- радиус тарелки,

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

0,1∙3,14∙1,8² = (2/3) ∙П∙b,

1,01 = (2/3)П∙b,

П = 2;

b = 0,75.

Находим Δ h:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

h_пж = h_п + h_сл = 0,04 + 0,086 = 0,126 м.

7) Сопротивление парожидкостного слоя:

Δр_пж = 1,3 ∙ h_пж ∙p_пж ∙ g∙ К = 1,3∙0,126 ∙620∙9,81∙0,5 = 498,1 Па.

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

σ_t = σ₀ – 0.146∙t,

σ ₁₅₀ = 27 – 0,146 ∙ 150⁰ = 15,10∙10 ^{– 3} Н/м,

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

σ₀–поверхностное натяжение при нормальных условиях (σ =27*10^{– 3} н/м)

t – температура, ⁰ С.

8) Δр_с = 4∙ σ / d_Э = (4∙5,1∙10 ^{– 3} ) / 0,004 = 5,1 Па;

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

9) ΔР = ΔР_сух + ΔР_с + р_пж = 5500 + 498,1 + 5,1= 6003,2 Па

Нижняя часть колонны:

1) Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

р_сух = ξ(w₀² р_п) / 2 F²= 3,6 (2,19 ² ∙ 14,1) / 2 0,0667² = 27,36 ∙ 10³ Па,

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

ω₀ = 0,898 м/с – скорость пара в отверстии тарелки,

F_с – доля свободного сечения тарелки.

2) Поверхностное натяжение при температуре низа колонны:

σ_t = σ₀ – 0,146∙t,

σ ₂₂₀ = 27 – 0,146∙220 = 5,12∙10 ^{– 3} Н/м;

3) Δр_с = 4∙ σ / d_Э = (4∙5,12∙10 ^{– 3} ) / 0,004 = 5,12 Па.

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

=((223380∙10,2 /98) +(355550/275)) ∙179 / (3600∙750) = 1,63 м³/с;

Находим h_сл:

h_сл = (1,63 / 1,85 ∙ 2 ∙ 0,5) ^2/3 = 0,92 м.

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

h_пж = h_п + h_сл = 0,04 + 0,92 = 0,96 м.

4) Сопротивление парожидкостного слоя:

Δ р_пж = 1,3 ∙ h_пж ∙ p_пж ∙ g ∙ К = 1,3 ∙ 0,96 ∙ 750 ∙ 9,81 ∙ 0,5 = 4,6∙ 10³ Па,

5) Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

ΔР = ΔР_сух + ΔР_с + р_пж = 27360+ 5,12 + 4600 = 31965,12 Па.

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)

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 ([7], с. 107).

Н_к = (12-1) 0,5+4,32+1+2,4=13,22 м

Н = Н_к+h_в+h_н, м,

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

Н = 13,22+0,71+0,98 = 14,91 м

Расчет теплового баланса нижней колонны.

1 – сырье из емкости;

2 – питание из низа колонны;

3 – флегма;

4 – прямогонный дистиллят;

5 – кубовая жидкость (стабильная нефть).

Уравнение теплового баланса:

Q^/_F1 + Q^/_F2 + Q_R = Q_D + Q_W + Q_потерь

1 поток: G^/_F1 = 269147 кг/ч,

2 поток: G^/_F2 = 135953 кг/ч,

4 поток: G_D = 14524,5 кг/ч,

5 поток: G_W = 390576 кг/ч.

1) Тепло, вносимое питанием из низа верхней колонны:

Q^/_F2 = G^/_F2 ∙c^/_F2 ∙ t^/_F2 = (135953 ∙0,64∙147 ∙ 4,19) / 3600 = 14886,7 кВт,

где G^/_F2 – количество питания из низа верхней колонны, кг/ч;

c^/_F2 – теплоемкость смеси, ккал/(кг∙С ⁰);

t^/_F2 – температура смеси, ⁰С.

2) Тепло, вносимое флегмой:

Q_R = G_R ∙ c_R ∙ t_R = G_D ∙ R ∙ c_R ∙ t_R, кВт

где: G_R – количество флегмы, кг./ч;

G_D – количество прямогонного дистиллята, кг/ч;

R – флегмовое число;

t_R – температура смеси, ⁰С.

Q_R = (14524,5 ∙ 9,87 ∙ 0,4 ∙ 35 ∙ 4,19) / 3600 = 2335,9 кВт

3) Тепло, уходящее с прямогонным дистиллятом:

Q_D = G_D ∙ c_D ∙ t_D = G_D ∙ (R+1) ∙ (c_D ∙ t_D + r), кВт,

где: G_D – количество прямогонного дистиллята, кг./ч;

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

t_D – температура смеси, ⁰С;

r – теплота парообразования;

R – флегмовое число = 9,87.

Q_D = (14524,5 ∙ (9,87+ 1)∙(0,44 ∙150 + 70)∙4,19) / 3600 = 24990,86 кВт

4) Тепло, уходящее с кубовой жидкостью:

Q_W = G_w ∙ c_W ∙ t_W, кВт

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

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

t_w – температура смеси, ⁰С

Q_W = (390576 ∙ 0,64 ∙ 220 ∙4,19) / 3600 = 64005,9 кВт

5) Потери тепла в окружающую среду Q_потерь (5%):

Q_потерь = (Q_D + Q_W - Q^/_F2 - Q_R) ∙ 0,05, кВт

Q_потерь = (24990,86 + 64005,9 – 14886,7 – 2335,9) ∙ 0,05 = 3588,7 кВт

6) Количество тепла, вносимое питанием из емкости поз. 14:

Q^/_F1 = (Q_D + Q_W + Q_потерь) – (Q^/_F2 + Q_R), кВт

Q^/_F1 = (24990,86 + 64005,9 + 3588,7) – (14886,7 + 2335,9) = 75362,9 кВт

Q^/_F1 = G^/_F1 ∙ c^/_F1 ∙ t^/_F1 = (269147∙0,66∙ t^/_F1∙4,19)/ 3600 = 206,7 ∙ t^/_F1 кВт

206,7 ∙ t^/_F1 = 75362,9

t^/_F1 = 75362,9 / 206,7 = 364,6 ⁰С

В итоге мы имеем:

t^/_F1 =364,6 ⁰С;

Q^/_F1 = 75362,9 кВт;

Q^/_F2 = 14886,7 кВт;

Q_D = 24990,86 кВт;

Q_W = 64005,9 кВт;

Q_потерь = 3588,7 кВт.

2.5.3 Технологический расчет кожухотрубчатого теплообменного а ппарата.

Кожухотрубчатый теплообменник предназначен для охлаждения стабильной нефти за счет нагрева сырой нефти.

Отходящая стабильная нефть имеет следующие характеристики:

- количество стабильной нефти G₁ =140 кг/с;

- начальная температура t_1н – 155⁰С;

- конечная температура t_1к – 30⁰С;

- теплопроводность λ₁ = 0,15 Вт/(мК);

- динамическая вязкость μ₁ = 0,35 сП * 1*10^-3 Па*с = 0,00035 Па*с;

- теплоемкость С₁ = 1,84 кДж / (кг*К) * 1000 = 1840 Дж / (кг*К).

Сырая нефть имеет следующие характеристики:

- начальная температура t_2н – 20⁰С;

- конечная температура t_2k- 94.4⁰C

- расход G₂=235,6

- теплопроводность λ₂ = 0,15 Вт/(мК);

- динамическая вязкость μ₂ = 0,00035 Па * с;

- теплоемкость С₂ = 1,84 кДж / (кг*К) * 1000 = 1840 Дж / (кг*К).

Формулы приведены из источника [7]

Определение тепловой нагрузки:

Q = G₁ * C₁ * (t_1н - t_1к) = 140*1840*(155-30)=32200000 Вт (2.36)

Средне логарифмическая разность температур в теплообменнике

(2.37)

Ориентировочный выбор теплообменника

Примем ориентировочное значение Re=15000, соответствующее турбулентному режиму течения в трубах

. (2.38)

(2.39)

В многоходовых теплообменниках средняя движущая сила несколько меньше, чем в одноходовых, вследствие возникновения смешанного взаимного направления движения теплоносителей. Соответствующую поправку для средней разности температур определим по ([7],рис II.1 с. 20):

(2.40)

С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составит

Так как имеется 8 теплообменников в итоге получим F_ор=350 м². К этим условиям подходит один теплообменник D=1200 z=4 n=1544

Теперь имеет смысл провести уточненный расчет этого теплообменника:

(2.41)

(2.42)

В соответствии с формулой коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся по трубам турбулентно, равен

(2.43)

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве S=0,131 м², и

В соответствии с формулой коэффициент теплоотдачи к сырой нефти составит

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

(2.44)

коэффициент теплопередачи равен

(2.45)

Требуемая поверхность составляет

Масса теплообменника М_1К = 8000 кг

ГОСТ 15122 – 79 – Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников.

3. Механическая часть.

3.1 Механические расчеты верхней колонны.

1) Расчет толщины стенки корпуса ([2]. с. 110):

, где (3.1)

σ_доп = 1370 кгс/см² – допускаемое напряжение стали марки 16 ГС при t=220⁰С;

φ = 1- коэффициент прочности сварного шва;

С = 0,4 см – прибавка на коррозию.

Принимаем толщину стенки корпусов (9 с. 113) колонны S=14 мм.

2) Толщину стенки эллиптических днищ:

где: C = 0,4см,

σ_доп = 1379 кгс/см² - для стали 16 ГС.

R - радиус кривизны: R = D²/4Н,

При Н/D = 0,25 R=D,

Принимаем толщину днищ: для диаметра 2600мм: S = 16 мм.

3) Расчет оптимального диаметра штуцеров колонны

.

, (3.2)

Где d – внутренний диаметр штуцера, м;

Q – расход перекачиваемой среды, м ³/с;

ω - скорость движения потока, м/с.

- Ввод сырья из емкости и печи:

Q = q / 3600∙ρ, (3.3)

где: q – расход перекачиваемой среды, кг / ч;

ρ - плотность перекачиваемой среды, кг / м ³,

Q = 169728,5 / (3600 ∙ 850) = 0,055 м ³/с

наружный диаметр принимаем = 182 мм а толщина стенки 6 мм.

- Ввод орошения:

Q = 95746,2 / (3600 ∙ 600) = 0,044 м ³ / с

2,5) = 0,149 м

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: