Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Марта 2014 в 11:51, реферат
Очистка избирательными растворителями является основным процессом традиционной (сольвентной) технологии производства нефтяных масел. Она предназначена для удаления из масляных дистиллятов и деасфальтизатов смолистых веществ и полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, а также серосодержащих и металлорганических соединений. В этом процессе закладываются такие важнейшие характеристики масел как вязкостно-температурные свойства и стабильность против окисления [13].
Высота h1 (расстояние между верхней тарелкой и верхним днищем) принимается равной 0,5·D для сферического днища. В данном случае:
Число промежутков между тарелками меньше количества тарелок на единицу, поэтому h2 (высота верхней тарельчатой части колонны) равна:
Высоту эвапорационного пространства h3 принимаем равной 1 м.
Высота h4 (высота нижней тарельчатой части колонны) определяется аналогично высоте h2:
Свободное пространство между уровнем жидкости внизу колонны и нижней тарелкой необходимо для равномерного распределения паров. Высоту этого пространства принимают равной 1–2 м. Примем h5 = 1 м.
Высоту слоя жидкости в нижней части испарительной колонны можно рассчитать по ее семиминутному запасу [33]. Определим объем рафинатного раствора, принимая запас на 420 с:
Площадь поперечного сечения колонны равна:
Тогда
Общая высота колонны складывается из всех найденных высот:
H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 = 0,6 + 0,5 + 1 + 2 + 1 + 2,0 = 7,1м.
Рафинатный раствор в количестве 14043,1 кг/ч, состоящий из 98,13% масс. рафината и 1,87% масс. N-метилпирролидона, из низа колонны К-3 перетекает в отпарную колонну К-4, где остатки растворителя отгоняются острым водяным паром. Остаточное давление над верхней тарелкой колонны составляет 26,6 кПа. Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя колонна оборудована клапанными тарелками (16 штук). Рафинатный раствор подаётся на третью тарелку (считая сверху). Потерю давления на каждой тарелке примем 500 Па [27]. Тогда давление в зоне ввода сырья в колонну будет составлять 26,6 + 2·0,5 = 27,6 кПа. Давление внизу колонны составит 26,6 + 16·0,5 = 34,6 кПа.
Температура рафинатного раствора на входе в отпарную колонну принимается на 5°С ниже температуры его на выходе из испарительной колонны. Итак, эта температура составляет 247 – 5 = 242°С.
Температура низа отпарной колонны определяется как температура кубового остатка, охлажденного вследствие испарения растворителя. Искомую температуру tн можно найти из равенства:
где tвх – температура рафинатного раствора на входе в колонну, 242°С;
GN–МП – количество отгоняемого растворителя, кг/ч;
r – скрытая теплота испарения растворителя, равная 470,77 кДж/кг;
GР – количество рафината, уходящего из низа колонны, кг/ч;
c – удельная теплоемкость рафината, кДж/(кг·°С).
При данном расчёте предполагаем, что остаточное содержание N-метилпирролидона в рафинате ничтожно мало, т.е весь растворитель отгоняется от рафината водяным паром. Тогда количество отгоняемого растворителя составляет 262,4 кг/ч, а количество получаемого рафината – 13780,7 кг/ч.
Удельную теплоёмкость рафината можно ориентировочно определить по формуле Крэга [31]:
,
где – относительная плотность рафината при 15°С;
Т – температура, равная 242 + 273 = 515 К.
Плотность рафината, получаемого из фракции 420 – 500°С западно-сургутской нефти, при 20°С составляет 877 кг/м³. Относительная плотность рафината при 15°С равна:
Таким образом, температура низа отпарной колонны составляет:
Температуры верха отпарной колонны К-4 определяется как температура кипения растворителя при давлении РN–МП, где РN–МП – парциальное давления паров растворителя, которое можно рассчитать по формуле:
где М – молярная масса растворителя, равная 99 кг/кмоль;
Z – количество вводимого в колонну водяного пара, кг/ч;
p – общее давление над верхней тарелкой в колонне, равное 26,6 кПа;
18 – молярная масса воды, кг/кмоль.
Примем количество водяного пара, необходимое для полного удаления растворителя из рафината, равным 1,2% масс. на сырьё колонны, т.е. 0,012·14043,1 = 168,5 кг/ч. Тогда
Температура кипения N-метилпирролидона при давлении 5,89 кПа составляет 144°С. Таким образом, искомая температура верха колонны определена.
Материальный баланс отпарной колонны К-4 (без учёта водяного пара) представлен в таблице 8.2.1.
Таблица 8.2.1 – Материальный баланс отпарной колонны К-4
Статьи |
% масс. на нефть |
% масс. на сырьё |
Количество, кг/ч |
ПРИХОД: | |||
рафинатный раствор, в т.ч. |
4,857 |
100,00 |
14043,1 |
рафинат |
4,766 |
98,13 |
13780,7 |
N-метилпирролидон |
0,091 |
1,87 |
262,4 |
Итого: |
4,857 |
100,00 |
14043,1 |
РАСХОД: | |||
рафинат |
4,766 |
98,13 |
13780,7 |
N-метилпирролидон |
0,091 |
1,87 |
262,4 |
Итого: |
4,857 |
100,00 |
14043,1 |
Для составления теплового баланса отпарной колонны К-4 необходимо определить количество орошения – жидкого влажного N-метилпирролидона, подаваемого на верхнюю тарелку колонны для поддержания температурного режима.
Количество орошения Gор (кг/с) определяется по формуле:
где QРР – количество тепла, поступающего в колонну с сырьём – рафинатным раствором, кВт;
QВП – количество тепла, поступающего в колонну с водяным паром, кВт;
QР – количество тепла, уходящего из колонны с рафинатом, кВт;
QП+МП – количество тепла, уходящего из колонны с влажными парами растворителя, кВт;
– энтальпия смеси паров растворителя и водяного пара при температуре верха колонны (144ºС), равная 1567,3 кДж/кг;
– энтальпия жидкого орошения, имеющего температуру 60ºС [15], равная 237,98 кДж/кг.
ПРИХОД ТЕПЛА:
1) Тепло, вводимое с сырьем, находится по формуле [31]:
где GРР – количество сырья, кг/ч;
– энтальпия жидкого сырья при 242ºС, равная 539,2 кДж/кг.
2) Тепло, вводимое с водяным паром, определяется по формуле:
где – энтальпия перегретого водяного пара давлением 4·105 Па при температуре 300ºС, равная 3068,7 кДж/кг (см. приложение 20 [31]).
РАСХОД ТЕПЛА:
1) Тепло, уносимое рафинатом из куба К-4, находится по формуле:
где GР – количество рафината, кг/ч;
– энтальпия жидкого рафината при 238°С, кДж/кг.
где а = 498,024 кДж/кг при 238ºС (см. приложение 14 [31]).
2) Тепло, уносимое смесью паров N-метилпирролидона и водяного пара из верхней части РДК, находится по формуле:
где GП+МП – расход смеси паров, равный 262,4 + 168,5 = 430,9 кг/ч;
– энтальпия смеси паров при 60°С, равная 1567,3 кДж/кг.
Итак, количество орошения Gор (кг/с) по формуле (35):
Тепловой баланс колонны К-4 представлен в таблице 8.2.2.
Таблица 8.2.2 – Тепловой баланс отпарной колонны К-4
Статьи |
t, 0С |
G, кг/ч |
Н, кДж/кг |
Q, кВт |
ПРИХОД: | ||||
сырьё |
242 |
14043,1 |
539,2 |
|
водяной пар |
300 |
168,5 |
3068,7 |
|
жидкое орошение |
60 |
74,7 |
237,98 |
4,93 |
Итого: |
– |
2251,9 | ||
РАСХОД: | ||||
смесь паров растворителя и водяного пара |
144 |
505,6 |
1567,3 |
220,12 |
рафинат |
238 |
13780,7 |
530,77 |
2031,78 |
Итого: |
– |
2251,9 | ||
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА КОЛОННЫ
Расчёт основных геометрических размеров испарительной колонны К-4 проводим по методике, предложенной в литературном источнике [31].
Расчётным сечением в колонне будет её верхнее сечение, так как через него проходит в единицу времени наибольший объём паров. Температура в этом сечении Т = 144 + 273 = 417 К, давление составляет 0,0266 МПа. Количество паров N-метилпирролидона (М = 99 кг/кмоль) равно 308,8 кг/ч, количество водяного пара (М = 18 кг/кмоль) равно 196,8 кг/ч. Определим объемный расход паров по формуле (29):
Допустимую линейную скорость паров рассчитаем по уравнению Саудерса и Брауна). В этом уравнении коэффициент С определяется по графику (см. рисунок 3.6 [31]) для вакуумных колонн, работающих без подачи водяного пара, при расстоянии между тарелками, равном 500 мм: С = 520.
Плотность жидкого орошения при 144ºС составляет 876,3 кг/м³.
Vл=
Согласно формуле (28):
Основываясь на практических данных, по стандартному ряду диаметров колонных аппаратов принимаем диаметр колонны:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ
Высота колонны рассчитывается в зависимости от числа, типа контактных устройств и расстояния между ними. Она складывается из нескольких составляющих.
Высота h1 (расстояние между верхней тарелкой и верхним днищем) принимается равной 0,5·D для сферического днища. В данном случае:
h1 = 0,5×1 = 0,5 м.
Число промежутков между тарелками меньше количества тарелок на единицу, поэтому h2 (высота верхней тарельчатой части колонны) равна:
Высоту эвапорационного пространства h3 принимаем равной 1 м.
Высота h4 (высота нижней тарельчатой части колонны) определяется аналогично высоте h2:
Свободное пространство между уровнем жидкости внизу колонны и нижней тарелкой необходимо для равномерного распределения паров. Высоту этого пространства принимают равной 1–2 м. Примем h5 = 1 м.
Высоту слоя жидкости в нижней части испарительной колонны можно рассчитать по ее семиминутному запасу [33]. Определим объем рафината, принимая запас на 420 с:
Площадь поперечного сечения колонны равна:
Тогда
Общая высота колонны складывается из всех найденных высот:
H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 = 0,5 + 0,5 + 1 + 6,5 + 1 + 2,8 = 12,3 м.
Рафинатный раствор с температурой 70ºС, выходящий из верхней части РДК, нагревается горячим рафинатом, выходящим из отпарной колонны К-4, до 140ºС. Затем он поступает в печь П-1, где нагревается до 260ºС.
Полезная тепловая нагрузка печи определяется по формуле:
,
где Gс – расход рафинатного раствора, кг/ч;
Информация о работе Выбор и обоснование технологической схемы установки