3.1.5 Расчет диаметра колонны

Для расчета диаметра ректификационной колонны необходимо опреде­лить объемный расход паров (м³/ч) в тех сечениях колонны, где они образу­ются. Объемный максимальный расход паров образуется в точке ввода сы­рья в колонну. [16]

D=1,128* (G_п/V_л)^0,5,

где

G_п – объемный расход паров (углеводородов) и водяного пара, м³/ч

V_л - допустимая линейная скорость паров, м/с.

Объемный расход паров :

G_п = (22,4*Т*0,101*∑ G_i/М_i)/(273*Р*3600),

где

Т – температура системы, К;

Р – давление в системе, МПа;

G_i – расход компонента, кг/ч;

Мi – молярная масса компонента, кг/кмоль.

Объёмный расход паров:

G_п=22,4*643*0,101*(5200/18+584,3491) /(273*0,010*3600)=129,255 м³/ч,

где

Температура в точке ввода сырья 643 K;

Давление в точке ввода сырья 10 кПа;

584,3491 – молярный расход паровой фазы (таблица 7), кмоль/ч;

5200 – общий массовый расход водяного пара, кг/ч;

18 – молярная масса водяного пара, кг/кмоль;

По практическим данным принимаем допустимую линейную скорость паров равную 4 м/с [4]

Диаметр колонны в месте ввода сырья равен:

D =1,128* (129,255/4)^0,5=6,41 м

По ГОСТ 21944-76 (СТ СЭВ 3029-81) диаметр принимается 6,5 м.

Диаметр колонны вверху, определяется аналогично.

Объёмный расход паров:

G_п=22,4*343*0,101*(5200/18+2400/101) /(273*0,0071*3600)= 34,77 м³/ч,

где температура выхода паров 343 K;

давление вверху колонны 7,1 кПа;

2400 – массовый расход паровой фазы (таблица 3.1.1), кг/ч;

101 – молярная масса паровой фазы, кг/кмоль;

5200 – общий массовый расход водяного пара, кг/ч;

18 – молярная масса водяного пара, кг/кмоль;

Диаметр колонны вверху колонны равен:

D =1,128* (34,77/4)^0,5=3,325 м

Диаметр верха колонны принимаем 3,4 м.

Диаметр куба колонны определяем, исходя из количества подаваемого водяного пара:

Объёмный расход паров:

G_п=22,4*673*0,101*(4000/18)/(273*0,013*3600)= 26,483 м³/ч,

где

Температура входа водяного пара 673 K;

Давление в кубе 13 кПа;

4000 – общий массовый расход водяного пара, кг/ч;

18 – молярная масса водяного пара, кг/кмоль;

Диаметр куба колонны равен:

D =1,128* (26,483/4)^0,5=2,9 м

Принимаем диаметр куба колонны 3,0 м.

3.1.6 Расчет теплового баланса вакуумной колонны

Из опытных данных известно что на оро­шение пакетов насадки необхо­димо жидкости в количестве не менее 2 м³/ч∙м² (на сечение колонны) [8]. Из расчетов диаметра, приведенных выше диаметр средней части колонны равен 6,5 м, верхней 3,4 м.

Расчет орошения секции фракционирования.

Расход фракции <360^оС, поступающей на второй пакет с от­борной та­релки:

- принимаем равным 20 т/ч

Расчет орошения секции промывки.

Расход фракции 360-560^оС, поступающей на четвертый пакет с отборной тарелки:

- принимаем равным 60 т/ч

Расход верхнего циркуляционного орошения, по практическим данным, должен быть 6-8 кратным по отношению к количеству фракции <360^оС, выводимой с установки. Принимаем кратность ВЦО равной 7: 17560*7=122920 кг/ч. Температуру ВЦО принимаем равным 60^оС.

Расход нижнего циркуляционного орошения, по практическим данным, должен быть 3-4-х кратным по отношению к количеству фракции 360-560^оС, выво­димой с установки. Принимаем кратность НЦО равной 3,5: 166880*3,5=584080 кг/ч. Температуру НЦО принимаем равным 200^оС.

Рассчитаем энтальпии жидких и парообразных потоков по следующим формулам [14]:

Количество тепла на поток рассчитаем по формуле:

Результаты расчетов представим в таблице 12:

Таблица 12 Характеристика потоков вакуумной колонны

Поток	Расход, кг/час	Температура, оС	Энтальпия пара Iп, кДж/кг	Энтальпия жидко­сти Iж, кДж/кг	Количество тепла на поток Qi, кВт
ПРИХОД
Мазут-сырье в зону питания	400000	370	1093,73*0,6863(е)	883,35*0,3137 (1-е)	114192,64
Водяной пар с сырьем	1200	370	3221,1	-	1073,70
Водяной пар в куб колонны	4000	400	3266,9	-	3629,89
Орошение 2-го пакета насадки	20000	180	-	387,95	2155,28
Орошение 4-го пакета насадки	60000	285	-	651,71	10861,83
Верхнее ЦО	?	60	-	116,36	?
Нижнее ЦО	?	200	-	427,07	?
ИТОГО:					131913,34
РАСХОД
Пары верха К-1	2400	70	151,73	-	101,15
Вод. пар верха К-1	5200	70	2687,0	-	3881,22
Фракция <360оС	37560	180	-	387,95	4047,61
Фракция 360-560оС	226880	285	-	651,71	41072,21
Гудрон	173160	370	-	861,71	41448,25
Верхнее ЦО	?	180	-	387,95	?
Нижнее ЦО	?	285	-	651,71	?
ИТОГО:					90550,45
Избыток тепла:					41362,89

Избыток тепла в колонне снимается верхним и нижним циркуляцион­ными орошениями. Принимая, что ВЦО снимает 25%, НЦО – 75% от всего избытка тепла получим следующие расходы орошений (табл. 13):

Таблица 13 Расходы циркуляционных орошений

Поток (расход-приход)	Расход, кг/час	ΔТ,оС	ΔН пара, кДж/кг	ΔН жидкости, кДж/кг	Количество тепла на поток Qi, кВт
Верхнее ЦО	137069	120	-	271,59	10340,72
Нижнее ЦО	497150	85	-	224,64	31022,17

Для недопущения дальнейшего термического разложения гудрона и снижения отложений кокса в кубовой части колонны гудрон необходимо ох­ладить до температуры, не превышающей 350^оС. Поэтому предусматриваем подачу части охлажденного гудрона – «квенча» с температурой 270^оС в куб колонны. Результат расчета расхода «квенча» в куб колонны представлен в таблице 14:

Таблица 14 Характеристика потоков вакуумной колонны

Поток	Расход, кг/час	Температура, оС	Энтальпия пара Iп, кДж/кг	Энтальпия жидко­сти Iж, кДж/кг	Количество тепла на поток Qi, кВт
1	2	3	4	5	6
ПРИХОД
Гудрон	173160	370	-	861,71	41448,25
«квенч»	46000	270	-	582,82	7442,82
ИТОГО:					48891,07
РАСХОД
Продолжение таблицы 14
1	2	3	4	5	6
Гудрон	173160	350	-	803,2	38633,92
«квенч»	46000	350	-	803,2	10257,15
ИТОГО:					48891,07