Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

Курсовая работа по дисциплине

«Процессы и аппараты нефтегазопереработки»

Расчет ректификационной колонны

Выполнил студ. гр. БМЗ 10‒01 Л.Р. Бирдегулов

Проверил канд. техн. наук, доц. С. С. Хайрудинова

Уфа 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 6

1 Литературный обзор 7

2 Технологический расчет колонны непрерывного действия 10

2.1 Описание технологической схемы 10

2.2 Материальный баланс ректификационной колонны 10

3 Построение кривых изобар пара и жидкости 12

3.1 Расчет однократного испарения бинарной смеси 12

3.2 Построение зависимости диаграммы насыщенных паров от температуры, построение изобары, комбинированной диаграммы и диаграммы. 13

3.3 Построение линий рабочих концентраций, графическое определение числа теоретических и действительных тарелок 14

3.4 Определение среднего массового расхода по жидкости 16

3.5 Определение среднего массового расхода по пару 17

4 Расчет ректификационной колонны на ЭВМ 18

5 Расчет высоты колонны 20

6 Определение скорости пара и расчет диаметра ректификационной колонны 20

7 Расчет диаметра штуцеров 24

8 Расчет теплового баланса ректификационной колонны 29

9 Расчет конденсатора‒холодильника 31

10 Расчет кипятильника 33

Заключение 34 Список использованных источников 35

Приложение А 36

Приложение Б 37

Приложение В 39

Приложение Г 41

Приложение Д 42

Приложение Е 43

Приложение Ж 44

ВВЕДЕНИЕ

В условиях постоянного расширения нефтеперерабатывающей промышленности, повышение требований к качеству нефтепродуктов обусловило необходимость использования различных колонн при переработке нефти и газа, в процессах, как ректификации, абсорбции, адсорбции, экстракции и др.

Для осуществления этих процессов при переработке нефти и газа требуется высококачественная аппаратура, способная работать в широком интервале изменения рабочих параметров. Это предъявляет высокие требования к расчету аппаратов и обоснованию рабочих параметров процесса.

В ректификационных колоннах массообменные или диффузионные процессы играют важную роль при переработке нефти, различных углеводородных и других смесей. Путем ректификации из нефти получают различные продукты: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, масляные фракции, узкие (по температурам кипения) бензиновые фракции. Все массообменные процессы применяются для разделения смесей. При ректификации сжиженных газов выделяют этилен, этан, пропан, бутан и другие компоненты. Путем перегонки в вакууме получают специальные масла.

1 Литературный обзор

Перегонка с ректификацией ‒ наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах ‒ ректификационных колоннах ‒ путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах) или ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло ‒ и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспреде­ляются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость ‒ высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут одинаковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями рав­новесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей.

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая – нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока ‒ отгонной, или исчерпывающей секцией. Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта: ректификат (дистиллят) ‒ выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток ‒ нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.

Для разделения бинарных или многокомпонентных смесей на 2 компонента достаточно одной простой колонны (если не предъявляются сверхвысокие требования к чистоте продукта). Для разделения же многокомпонентных непрерывных или дискретных смесей на более чем 2 компонента (фракции) может применяться одна сложная колонна либо система простых или сложных колонн, соединенных между собой в определенной последовательности прямыми или обратными паровыми или жидкими потоками. Выбор конкретной схемы и рабочих параметров процессов перегонки определяется технико‒экономическими и технологическими расчетами с учетом заданных требований по ассортименту и четкости разделения, термостабильности сырья и продуктов, возможности использования доступных и дешевых хладоагентов, теплоносителей и т.п.

В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья.

Тарелка, на которую подается сырье для разделения, называется тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колоны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина, газофракционирования на установках крекинга и гидрогенизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефти, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов. Выбор давления в ректификационной колонне обусловлен главным образом необходимым температурным режимом. Давление в колонне повышается по сравнению с атмосферным, когда необходимо повысить температуру в колонне, или понижается путем создания вакуума, когда температура должна быть снижена. Необходимость повышения температуры, а, следовательно, и давления в ректификационных колоннах возникает при разделении компонентов с низкими температурами кипения. Путем подбора соответствующего давления в колонне обеспечивают такой температурный режим, при котором для конденсации паров ректификата можно использовать дешевые и доступные хладагенты ‒ воду и атмосферный воздух. Давление в ректификационной колонне влияет на производительность. С увеличением давления удельная производительность возрастает. Однако при этом необходима большая толщина стенки корпуса колонны, кроме того увеличиваются затраты на перекачку сырья.