Задачи для решения

1. Определить диаметр и высоту экстракционной колонны установки деасфальтизации гудрона жидким пропаном производительностью 500 т/сут сырья. Плотность сырья (гудрона) =948 кг/м³, отношение веса пропана к весу гудрона равно 4:1, температура в верху экстракционной части 55 ˚С, давление в колонне 32 ат. Выход деасфальтизата составляет 64 % на исходное сырье. Масляный раствор состоит из 15 % деасфальтизата и 85 % пропана. Плотность деасфальтизата =920 кг/м³.

2. Определить производительность установки деасфальтизации гудрона пропаном при следующих условиях: диаметр экстракционной колонны равен 5 м; температура верха экстракционной части колонны равна 80 ˚С, низа 75 ˚С; плотность при 20 ˚С равна =980 кг/м³; соотношение пропан:гудрон равно 5:1.

3. Определить производительность установки деасфальтизации гудрона пропаном при следующих условиях: диаметр экстракционной колонны равен 3,5 м; температура верха экстракционной части колонны равна 75 ˚С, низа 60 ˚С; плотность при 20 ˚С равна =965 кг/м³; соотношение пропан:гудрон равно 3:1.

Практическое занятие №3 Тема: Расчет испарителя пропана (3 часа)

Испарители масляного и битумного растворов представляют собой полые цилиндры диаметром 1,8 м, длиной 6,8 м и толщиной стенки 2,4 см. Эти аппараты являются котлонадзорными и рассчитаны на рабочее давление в корпусе 25 атм при 150 ˚С. В корпусе испарителя помещен трубный пучок, поверхность нагрева которого равна 200 м². В трубный пучок испарителя вводится масляный или битумный раствор. Растворы нагреваются до требуемой температуры и при этом испаряется определенное количество пропана. Газообразный пропан с верха испарителя отводится в конденсатор-холодильник.

Концентрация пропана (весовая) в масляном и битумном растворах постепенно снижается от 0,85-0,65 до 0,045-0,050. Весовая концентрация пропана х в уходящем из испарителя масляном растворе определяется формулой

(3.1)

где М₁- молекулярный вес пропана, равный 44;

М₂- молекулярный вес масла (деасфальтизата);

К – константа равновесия пропана при данных температуре и давлении.

Константой равновесия называется отношение молекулярной концентрации компонента в газовой фазе к молекулярной концентрации данного компонента в жидкой фазе

(3.2)

где у — молекулярная концентрация компонента в газовой фазе;

х₁^/ — молекулярная концентрация компонента в жидкой фазе.

Как было показано выше, величина константы равновесия зави­сит от температуры и давления. С повышением температуры вели­чина К увеличивается, а с повышением давления уменьшается.

Тепловая нагрузка испарителя, т. е. количество тепла, отдавае­могo теплоносителем (водяным паром) раствору в течение часа, определяется следующим образом.

Обозначим часовое количество раствора (масляного или битум­ного), поступающего в испаритель, буквой G_р, весовую концентра­цию пропана в растворе, поступающем в испаритель, х₁, весовую кон­центрацию масла или битума 1 — х₁, весовую концентрацию пропана в уходящем из испарителя растворе х₂, весовую концентрацию масля или битума в этом же растворе 1— х₂, теплосодержание перегретого пара пропана при температуре выходящего

на испарителя пропана t₂ q , теплосодержание жидкого пропана при температуре по­ступающего в испаритель раствора t₁ q , теплосодержание жид­кого пропана при температуре уходящего из испарителя раствора t₂ q , теплосодержание деасфальтизата I (масла) или битума при t₁ q , при температуре t₂ q тогда:

часовое количество пропана в растворе, поступающем в испаритель, равно G_рx₁ ;

часовое количество деасфальтизата битума в растворе, посту­пающем в испаритель:

G_р(1-x₁);

часовое количество раствора, уходящего из испарителя:

G_{р ;} (3.3a)

часовое количество пропана в уходящем растворе

G_р (3.3 б)

Часовое количество паров пропана, уходящих с верха испарителя:

(3.3 в)

В испаритель поступает тепло:

1) с раствором, состоящим из пропана и масла:

(3.3 г)

2) с водяным паром Q.

Из растворителя уходит тепло:

1. с раствором

(3.3 д)

2. с перегретыми парами пропана

(3.3 е)

3. теряется в атмосферу (3-5 % от количества тепла, внесенного водяным паром)

Q_n=0,03-0,05Q

Тепловой баланс испарителя:

Из теплового баланса испарителя определяем количество тепла, внесенного водяным паром в испаритель в течение часа:

(3.4)

Расход водяного пара в испарителе q определяется формулой

(3.5)

где qⁿ - теплосодержание водяного пара, поступающего в трубный пучок испарителя, в ккал/кг;

q^ж – теплосодержание парового конденсата при выходе из трубного пучка испарителя в ккал/кг.

Коэффициент теплопередачи k поверхности трубного пучка испарителя определяется из формулы

ккал/м²·ч·град (3.6)

где Q – тепловая нагрузка испарителя в ккал/ч;

F – поверхность трубного пучка в м²;

Δt_cp – средняя разность температур.

Пример 1. Определить весовую концентрацию пропана в масляном рас­творе при температуре 80° С и давлении 20 am, если молекулярный вес масла (деасфальтизата) равен 400.

Решение. Определяем величину константы равновесия пропана при температуре 80° С и давлении 20 am

К = 1,26.

По формуле (3.6) определяем весовую концентрацию пропана в масляном растворе