Энергетический баланс колонны

Таблица 4- Энергетический баланс колонны К-2

Наименование	, кг/с		, оС (К)	(i), кДж/кг	, кВт
Приход 1.Отбензиненная нефть 1.1 с паровой частью 1.2 с жидкой частью 2. с острым орошением 3. с водяным паром	67,59 55,30 10,12 1,8	0,898 0,898 0,748	340 (613) 340 (613) 60 (333) 420 (693)	1085,57 898,33 124,14 3280,3
Итого		--	--	--	130232+
Расход 1. с бензином 2. с керосином 3. с дизельным топливом 4. с мазутом 5. с водяным паром 6. с острым орошением 7. с циркуляционным орошением	5,95 9,83 20,55 81,91 1,80 10,12   71,00	0,748 0,814 0,867 0,919 -- 0,748   0,814	160(433) 181(454) 268(541) 340(613) -- 160(433)   181(454)	659,64 398,5 614,83 802,38 2874,3 659,64   401,16
Итого	--	--	--	--	52950+

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Расчетная часть

Исходные данные

Производительность установки 3900000 т/год

Число рабочих дней 340 дней

7.1 Составление материального баланса установки первичной переработки нефти АВТ-5

Таблица 5 - Материальный баланс установки АВТ-5

7.2 Составление материального баланса блока ректификации на установке АВТ-5

Для того, чтобы составить материальный баланс блока ректификации (ректификационной колонны К-2) на установке АВТ-5, составляем материальный баланс отбензинивающей колонны К-1

Таблица 6 – Материальный баланс отбензинивающей колонны К-1

Таблица 7 –Материальный баланс ректификационной колонны К-2

Дополнительные исходные данные:

Давление питательной секции колонны К-2 - 0,18 МПа

В колонне К-2 40 тарелок (тарелки двусливные желобчатые)

Гидравлическое сопротивление желобчатых тарелок составляет 0,0009 МПа

Ввод отбензиненной нефти в колонну осуществляется на 6-ю тарелку, температура ввода отбензиненной нефти 360 ^оС

С верха колонны К2 выводится бензин фр.(85-180) ^оС

Вывод дизельного топлива зимнего фр. (180-260) ^оС осуществляется с 28 тарелки

Вывод дизельного топлива летнего фр. (260-350) ^оС с 15 тарелки

С низа колонны выводится мазут.

7.3 Определение температурного режима ректификационной колонны К-2 установки первичной переработки нефти АВТ-5

7.3.1 Расчет давления в основных сечениях колонны

Давление ввода и вывода фракций , МПа, в колонне К-2 определяем по формуле

,

где - давление питательной секции колонны К-2, МПа;

- число тарелок;

- гидравлическое сопротивление тарелок, МПа.

МПа

МПа

МПа

7.3.2 Расчет доли отгона питательной части колонны К-2

Строим ИТК нефти по разгонке нефти

Таблица 8 - Разгонка нефти

Продолжение таблицы 8

(см. рисунок 1)

Принимаем температуру ввода отбензиненной нефти 360 ^оС. Затем строим ИТК отбензиненной нефти.

ИТК отбензиненной нефти строим по разгонке отбензиненной нефти

Таблица 9 - Разгонка отбензиненной нефти

Продолжение таблицы 9

(см. рисунок 2)

Для построения ОИ при атмосферном давлении 0,1 МПа находим тангенс угла наклона кривой ИТК отбензиненной нефти , по формуле

, (3., с. 42)

где - температура вывода фракции при 70 % отгона, ^оС;

- температура вывода фракции при 10 % отгона, ^оС.

=160 ^оС

=400 ^оС

=480 ^оС

По графику Обрядчикова и Смидович находим начало и конец отгона по кривой ИТК, соответствующие температуре начала и конца ОИ

Начало отгона- 4 % масс Конец отгона- 79 % масс.

Температура начала ОИ - 113 ^оС Температура конца ОИ - 515 ^оС

По ОИ при давлении ввода сырья в колонну и температуре ввода отбензиненной нефти в К-2 находим долю отгона долю отгона отбензиненной нефти =0,55

7.3.3 Построение кривых ИТК И ОИ при атмосферном и парциальном давлениях по разгонке фракций

Построение кривых ИТК И ОИ (при атмосферном и парциальном давлениях) бензина фр. (85-180) ^оС

Таблица 10 - Разгонка бензина фр. (85-180) ^оС

(см. рисунок 3)

Для построения ОИ при атмосферном давлении 0,1 МПа находим тангенс угла наклона кривой ИТК бензина

=97 ^оС

=134 ^оС

=154 ^оС

По графику Обрядчикова и Смидович находим начало и конец отгона по кривой ИТК,

соответствующие температуре начала и конца ОИ

Начало отгона- 27 % масс Конец отгона- 64 % масс.

Температура начала ОИ - 110 ^оС Температура конца ОИ - 148 ^оС

Находим парциальное давление вывода бензина из колонны К-2 , МПа, по формуле

, (1, с.48)

где - давление вывода бензина фр. (85-180) ^оС, МПа;

- количество бензина, водяного пара, острого орошения, кг/с;

- молекулярная масса бензина, выводимого из колонны К-2

Находим молекулярную массу фракций , выводимых из колонны К-2, по формуле Войнова

, (1, с.13)

где - средняя температура вводимых фракций, ^оС;

60, 0,3, 0,001- коэффициенты.

Среднюю температуру фракций рассчитываем по формуле

,

где - начальная температура выкипания фракции, ^оС;

- конечная температура выкипания фракции, ^оС.

^оС

^оС

^оС

Находим количество острого орошения, подаваемого в колонну К-2 , по формуле

,

где -количество флегмы (принимаем 1,7)

5,95*1,7=10,12 кг/с

Количество перегретого водяного пара принимаем 1,5 % на отбензиненную нефть

кг/с

Теперь находим парциальное давление бензина

МПа

Строим ОИ бензина при парциальном давлении 0,38 МПа, по графику Кокса.

По ОИ при 0,38 МПа определяем температуру верха колонны К2 =160 ^оС

Построение кривых ИТК И ОИ (при атмосферном и парциальном давлениях) керосина фр.(180-240) ^оС

Таблица 11 - Разгонка керосина фр.(180-240) ^оС

(см. рисунок 4)

Для построения ОИ при атмосферном давлении 0,1 МПа находим тангенс угла наклона кривой ИТК керосина

=185 ^оС

=210 ^оС

=225 ^оС

Начало отгона- 41 % масс, Конец отгона- 83 % масс.

Температура начала ОИ - 205 ^оС Температура конца ОИ - 233 ^оС

Находим парциальное давление вывода керосина из колонны К-2 , МПа, по формуле

, (1, с.48)

где - давление вывода керосина из колонны К-2, МПа;

- количество бензина, керосина, водяного пара, кг/с;

- молекулярная масса бензина, керосина

МПа

Строим ОИ керосина при парциальном давлении 0,042 МПа, по графику Кокса.

По ОИ при 0,042 МПа определяем температуру вывода керосина из колонны К-2 =181 ^оС

Построение кривых ИТК И ОИ (при атмосферном и парциальном давлениях) дизельного топлива фр.(240-350) ^оС

Таблица 12- Разгонка дизельного топлива фр.(240-350) ^оС

(см. рисунок 5)

Для построения ОИ при атмосферном давлении 0,1 МПа находим тангенс угла наклона кривой ИТК дизельного топлива

=252 ^оС

=300 ^оС

=320 ^оС

По графику Обрядчикова и Смидович находим начало и конец отгона по кривой ИТК, соответствующие температуре начала и конца ОИ

Начало отгона- 46 % масс, Конец отгона- 68 % масс.

Температура начала ОИ - 294 ^оС Температура конца ОИ - 318 ^оС

Находим парциальное давление вывода дизельного топлива из колонны К-2 , МПа, по формуле

, (1, с.48)

где - давление вывода дизельного топлива из колонны К-2, МПа;

- количество бензина, керосина, дизельного топлива, водяного пара, кг/с;

- молекулярная масса бензина, керосина, дизельного топлива

МПа

Строим ОИ дизельного топлива при парциальном давлении 0,045 МПа, по графику Кокса.

По ОИ при 0,045 МПа определяем температуру вывода дизельного топлива из колонны =268 ^оС

7.3.4 Температурный режим ректификационной колонны К-2

Таблица 13- Температурный режим колонны К-2

Температуру низа колонны принимаем на 10-30 ^оС ниже температуры ввода сырья в колонну К-2 =340 ^оС

7.4 Тепловой баланс ректификационной колонны К-2 установки первичной переработки нефти АВТ-5

Находим плотность фракций , по формуле Крэга

Плотность отбензиненной нефти , находим по формуле

(1, с. 10)

7.4.1 Расчет тепла с приходящими потоками

Приход тепла с входящим в колонну компонентами, рассчитываем по формуле

, (1, с.63)

где -количество вводимых фракций, кг/с;

- энтальпия вводимых фракций в паровом (жидком) состоянии, кДж/кг

Приход тепла с паровой фазой сырья , кВт, определяем по формуле

(1, с.63)

кДж/кг кДж/кг (2, с.335)

кДж/кг

кВт

Приход тепла с жидкой фазой сырья , кВт, определяем по формуле

(1, с.63)

кДж/кг кДж/кг (2, с.330)

кДж/кг

кВт

Приход тепла с водяным паром , кВт, определяем по формуле

кДж/кг

=3280,3 кДж/кг (1, с 236) кВт

Приход тепла с острым орошением , кВт, определяем по формуле

кДж/кг кДж/кг (2, с.330)

кДж/кг

кВт

Определяем общий приход тепла

кВт

2.4.1 Расчет тепла с уходящими потоками

Унос тепла с выводимыми из колонны компонентами, , кВт, рассчитываем по формуле

, (1, с.63)

где -количество выводимых фракций, кг/с

- энтальпия выводимых фракций в (жидком) состоянии, кДж/кг

Унос тепла с бензином , кВт, определяем о формуле

кДж/кг кДж/кг (2, с.330)

кДж/кг

кВт

Унос тепла с острым орошением , кВт, определяем по формуле

кДж/кг кДж/кг (2, с.330)

кДж/кг

кВт

Унос тепла с керосином , кВт, определяем по формуле

кДж/кг кДж/кг (2, с.330)

кДж/кг кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кВт

Унос тепла с дизельным топливом по , кВт, определяем по формуле

кДж/кг кДж/кг (2, с.330)

кДж/кг

кВт

Унос тепла с мазутом, кВт, определяем по формуле

кДж/кг кДж/кг (2, с.331)

кДж/кг

кВт

Унос тепла с водяным паром , кВт определяем по формуле

=2874,3 кДж/кг, (1, с 236)

кВт

Определяем общий расход тепла

кВт

Унос тепла с циркуляционным орошением , кВт, определяем по формуле

= -

130232+ = 98053 +

- =130232-98053=32179 кВт

Определяем количество циркуляционного орошения , кг/с, по формуле

,

где - количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением, кВт;

- энтальпия циркуляционного орошения, кДж/кг

Энтальпию циркуляционного орошения , кДж/кг, определяем по формуле

,

где - энтальпия циркуляционного орошения, при температуре вывода из колонны 181 ^оС (454К), кДж/кг;

- энтальпия циркуляционного орошения, при температуре ввода в колонну 70 ^оС (343К), кДж/кг

кДж/кг

кг/с

Данные сводим в таблицу 10

Таблица 14- Тепловой баланс колонны К-2

Наименование	, кг/с		, оС (К)	(i), кДж/кг	, кВт
Приход 1.Отбензиненная нефть 1.1 с паровой частью 1.2 с жидкой частью 2. с острым орошением 3. с водяным паром	67,59 55,30 10,12 1,8	0,898 0,898 0,748	340 (613) 340 (613) 60 (333) 420 (693)	1085,57 898,33 124,14 3280,3
Итого		--	--	--	130232+
Расход 1. с бензином 2. с керосином 3. с дизельным топливом 4. с мазутом 5. с водяным паром 6. с острым орошением 7. с циркуляционным орошением	5,95 9,83 20,55 81,91 1,80 10,12   71,00	0,748 0,814 0,867 0,919 -- 0,748   0,814	160(433) 181(454) 268(541) 340(613) -- 160(433)   181(454)	659,64 398,5 614,83 802,38 2874,3 659,64   401,16
Итого	--	--	--	--	52950+

7.5 Определение основных размеров колонны К-2 установки первичной переработки нефти АВТ-5

7.5.1Определение диаметра колонны (в питательной секции)

Диаметр питательной секции колонны , м, определяем по формуле

, (1, с.56)

где - объемный расход паров, м³/с;

- постоянная ( =3,14);

- допустимая скорость паров, м²/с.

Объемный расход паров , м³/с, определяем по формуле

, (1, с.54)

где - температура ввода сырья, ^оС;

- атмосферное давление, МПа;

- давление в питательной секции колонны, МПа;

- количество сырья в паровой фазе (в питательной секции), кг/с;

- количество водяного пара, подаваемого в питательную секцию, кг/с;

- количество паров, поступающее с 1 тарелки отгонной части колонны, кг/с;

- молекулярная масса, г/моль.

Молекулярную массу отбензиненной нефти , г/моль, находим по формуле Крэга

г/моль

м³/с

Максимально допустимую скорость паров , м²/с, определяем по формуле

, (1, с.55)

где - плотность жидкости, кг/м³;

- плотность пара, кг/м³;

- коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками ( =800, при расстоянии между тарелками 700 мм). (1, с.55)

Плотность паров , кг/м³, определяем по формуле

кг/м³

кг/м³

м/с

м

Согласно ГОСТ 9617 принимаем диаметр колонны 4600 мм

7.5.2 Диаметр верха колонны , м, определяем по формуле

, (1, с.56)

где - объемный расход паров в концентрационной части колонны, м³/с;

- постоянная ( =3,14);

- допустимая скорость паров, м²/с.

Объемный расход паров в концентрационной части колонны , м³/с, определяем по формуле

, (1, с.54)

где - температура верха колонны, ^оС;

- атмосферное давление, МПа;

- давление верха колонны, МПа.

м³/с

Плотность паров , кг/м³, определяем по формуле

кг/м³

кг/м³

м/с

м

7.5.3 Высоту колонны Н, м определяем по формуле

Н=h₁+h₂+h₃+h₄+h₅ (1, с.58)

Определяем высоту от верхнего днища до верхней тарелки концентрационной части колонны h₁, м, по формуле

h₁=0,5* +0,2

h₁=0,5 * 3+ 0,2 =1,7 м

Определяем высоту, занимаемую тарелками концентрационной части колонны h₂, м, по формуле

h₂=h_т.к*(n_т.к-1),

где h_т.к- расстояние между тарелками концентрационной части колонны К-2, м;

n_т.к- число тарелок концентрационной части колонны.

h₂=0,7* (34 - 1) = 23,1 м (1, с.57)

Высоту, занимаемую тарелками отгонной части колонны, h₄, м, определяем по формуле

h₄= h_т.о*(n_т.о-1), (1, с.57)

где h_т.о- расстояние между тарелками отгонной части колонны К-2, м;

n_т.о- число тарелок отгонной части колонны.

h₄= 0,7*(6-1)=3

Высоту от нижнего днища до нижней тарелки отгонной части колонны h₅, м, определяем по формуле

h₅= ,

где - количество остатка, кг/с;

- запас жидкости, ( =5-10), мин;

- плотность остатка при температуре низа колонны

кг/м³

h₃=3* h_т.к (1, с.57)

h₃=3* 0,7=1,8 м

h₅= м

Н=1,7+23,1+1,8+3+4,15=33 м

7.5.4Определение гидравлического сопротивления тарелок

Сопротивление орошаемой тарелки , Па, определяем по формуле

,

где - потеря напора на сухой тарелке, Па;

- потеря напора в слое жидкости, Па.

Потерю напора на сухой тарелке , Па, находим по формуле

,

где - сопротивление сухой тарелки, Па, (принимаем 4,5 Па);

- линейная скорость паров, м²/с.

Линейная скорость паров , м²/с, определяем по формуле

,

где - свободное сечение тарелки (принимаем 13 %)

м/с

Па

Потерю напора в слое жидкости , Па, определяем по формуле

,

где - глубина погружения, мм (принимаем 0,25 мм);

- высота напора жидкости под водосливом, м.

,

где - коэффициент, зависящий от формы сливной планки;

- расход жидкости на единицу длины водослива, кг/м²с.

,

где - объем жидкости, перетекающей на тарелке, м³/с;

- длина сливной перегородки, м

,

где - количество жидкой части сырья, кг/с;

- количество острого орошения по высоте колонны, кг/с.

м³/с

Из практических данных принимаем =4,7

кг/м²с

м

Определяем потерю напора в слое жидкости , Па, по формуле

Па

Общее гидравлическое сопротивление тарелки , Па, по формуле

Па

Заключение

Согласно расчету, ректификационная колонна К-2 на установке первичной переработки нефти должна иметь следующие параметры:

1. диаметр колонны (по питательной секции) 4600 мм;

2. диаметр верха колонны 3000 мм;

3. общую высоту колонны 33000 мм;

4. гидравлическое сопротивление тарелок 515 Па