Ф едеральное агентство по образованию

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский Государственный Технический Университет»

Кафедра «Химическая технология и промышленная экология»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

по курсу: «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии»

на тему:

«Расчет теплообменной установки

для подогрева сырья ректификационной колонны»

Задание 6

Выполнил: студент 3-НТФ-11 Бурдин Ю.В.

Руководитель: доцент Измайлов В.Д.

Самара 2011 г.

Содержание

Федеральное агентство по образованию 1

Российской Федерации 1

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования 1

«Самарский Государственный Технический Университет» 1

Самара 2011 г. 2

1. Введение 3

2. Описание технологической схемы 4

3. Исходные данные 6

4. Описание конструкции проектируемого аппарата. 7

5. Технологический расчет 11

5.1. Пересчёт массовых концентраций компонентов в мольные 11

5.2. Определение температуры начала кипения смеси 12

5.3. Выбор температуры и давления водяного пара 13

5.4. Определение средней разности температур 14

5.5. Нахождение теплофизических свойств потоков при их средних температурах 14

5.6. Определение тепловой нагрузки и расхода пара 15

5.7. Приближённая оценка коэффициента теплопередачи и ориентировочной поверхности теплообмена 15

5.8. Определение коэффициента теплопередачи для нагреваемого сырья 16

5.9. Определение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к трубам трубного пучка 17

5.10. Определение коэффициента теплопередачи 17

5.11. Определение расчётной площади поверхности теплопередачи и запаса площади 18

5.12. Определение диаметра штуцеров 18

6. Определение гидравлического сопротивления трубного пространства 19

7. Заключение 20

Список использованной литературы 21

1. Введение

Современные процессы нефтехимии и нефтепереработки протекают в широком интервале температур и давлений. Так, процессы депарафинизации масел проводятся при температуре -60, а пиролиз этана - при 900 °С. Перегонка тяжёлых нефтяных остатков проводится при глубоком вакууме, а полимеризация этилена при давлении 150 МПа.

Развитие технологических процессов идёт по пути создания устано­вок большой единичной мощности. В настоящее время эксплуатируются установки первичной переработки нефти (установки АВТ) мощностью более 10 млн т в год, газоперерабатывающие комплексы мощностью 54 млрд кубометров газа. Число аппаратов таких установок довольно вели­ко. Так, установка по производству этилена-пропилена мощностью 400 тыс. т в год (ЭП-400) включает в себя 40 колонн, 250 теплообменных ап­паратов, 50 ёмкостей, печи, компрессоры, насосы и другое оборудование.

Все технологические процессы протекают в требуемом направлении только при определённых температурах, которые достигаются путём подвода или отвода теплоты. Для реализации этих процессов использу­ются специальные аппараты, называемые теплообменными или просто теплообменниками. Доля теплообменных аппаратов очень значительна и составляет 30-40 % от веса всего установленного оборудования.

Процессы теплообмена могут протекать как без изменения агрегат­ного состояния (нагревание или охлаждение), так и сопровождаться его изменением (конденсация, кипение). Большую часть составляют процес­сы без изменения агрегатного состояния.

На современном этапе развитие нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности характеризуется значительным ростом объемов добычи и переработки нефти и газа, расширением ассортимента и повышением качества выпускаемой продукции, строительством установок большой единичной мощности, увеличением глубины переработки нефти. Технологическое и аппаратурное оформление промышленных процессов крайне многообразно. Во многих производственных процессах требуется разделить исходное сырье на составляющие компоненты, производить нагрев и охлаждение продуктов, осуществлять механическое разделение различных фаз системы. При этом одинаковые по своей физической природе процессы могут применяться на различных стадиях технологического процесса, обеспечивая получение продукции требуемых качества и свойств.

В данном курсовом проекте необходимо проанализировать и рассчитать процесс теплообмена, найти наивыгоднейшие его параметры, а также подобрать и рассчитать аппаратуру, необходимую для проведения этого процесса.

2. Описание технологической схемы

В процессах теплообмена с целью полезного использования теплоты потоков может использоваться их различная обвязка. Это иллюстрирует схема бинарной ректификации (рис. 1).

Сырьё колонны К-1 (смесь бензола и толуола) из ёмкости ЕС насо­сом Н-1 подаётся в подогреватель сырья Т-1, Т-2 или Т-3 (в зависимости от выбранного теплоносителя). Назначение подогревателя - нагреть сы­рьё до температуры начала кипения. Нагретое сырьё поступает в зону питания ректификационной колонны.

В ходе процесса ректификации пар, поднимающийся из куба колон­ны, многократно контактирует со стекающей с верха жидкостью (флег­мой). Контакт происходит на специальных устройствах, называемых та­релками. На тарелку приходят пар и жидкость, причём температура пара на 0,5-2°С выше температуры жидкости.

В результате этого контакта их температуры выравниваются, при этом часть пара конденсируется, а часть жидкости испаряется, причём из пара конденсируется высококипящий компонент (ВКК, в нашем примере толуол), а из жидкости испаряется низкокипящий (НКК, в нашем приме­ре - бензол).

Такой контакт жидкой и паровой фаз протекает на каждой тарелке. В результате пар, дойдя до верха, обогащается НКК, а жидкость, уходящая с низа, - ВКК.

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной установки с утилизацией теплоты потоков:

К-1 - ректификационная колонна; ЕС - ёмкость сырья (ёмкость питания); РЕ - рефлюксная ёмкость; ЕД - ёмкость для сбора дистиллята; ЕК - ёмкость для сбора кубовой жидкости; Н-1 и Н-2 - насосы; Т-1 - подогреватель сырья

горячей водой; Т-2 - подогреватель сырья насыщенным водяным паром; Т-3 - рекуперативный подогреватель сырья отходящей кубовой жидкостью; Т-4 - кипятильник; Т-5 - конденсатор (дефлегматор); Т-6 - холодильник дистиллята; Т-7 - холодильник кубовой жидкости.

Продуктами процесса ректификации являются дистиллят (верхний продукт) и кубовый остаток (нижний продукт). При разделении двухкомпонентной (бинарной) смеси в качестве дистиллята отбирается прак­тически чистый НКК (в рассматриваемом случае - бензол), а в качестве кубового остатка - практически чистый ВКК (толуол).

Уходящие с верха колонны пары НКК конденсируются в теплооб­меннике Т-5. Образовавшаяся жидкая фаза поступает в рефлюксную ём­кость РЕ, откуда самотёком поступает на приём насоса Н-2. После насо­са Н-2 жидкая фаза делится на два потока: один поступает на орошение ректификационной колонны, а второй охлаждается в холодильнике Т-6 и отводится в ёмкость ЕД — сборник товарного дистиллята. Паровой поток в колонне создаётся за счёт испарения части кубовой жидкости в кипя­тильнике Т-4.

Второй продукт ректификации кубовый остаток - охлаждается во­дой в холодильнике Т-7 и отводится в ёмкость сбора остатка ЕК. Так как количество отводимой теплоты в холодильнике значительно, с целью его рационального использования можно направить поток кубовой жидкости в рекуперативный теплообменник Т-3 для нагрева сырья. Это позволит, во-первых, снизить расход хладоагента и, во-вторых, уменьшить затраты теплоносителя на нагрев питания.