4. 4. 4. Определение основных размеров колонны к-1

Диаметр колонны К-1 определяется по свободному сечению, через которое проходит максимальный объем паров. Объем паров вычисляется на основе уравнения Менделеева-Клапейрона:

, где

N – число молей в выбранном сечении (отношение массы G к молекулярной массе M);

t (⁰С) и P (МПа) – температура и давление в выбранном сечении.

Для колонны предварительного испарения К-1, работающей с подачей холодного испаряющегося орошения, таким сечением является сечение под верхней тарелкой [5].

В данном случае орошение G_ор уносит из колонны тепло Q_ор = 34212526 кДж/ч. В результате отвода тепла орошение конденсирует на верхней тарелке часть паров, поднимающихся ему навстречу. Конденсат или, что то же, горячее орошение стекает на расположенную ниже тарелку, где, встречая более горячие пары, испаряется и образует под тарелкой, с которой отводится верхнее орошение, количество паров G_пар, равное количеству горячего орошения G_гор.ор.. В этом случае

G_гор.ор. = = = 112146,5 кг/ч, где

t – температура под верхней тарелкой, которая может быть принята равной температуре верха колонны (155 ^оС).

Объем паров под тарелкой будет равен суммарному объему паров горячего орошения и паров балансового бензина, находящихся в этом сечении, при этом количество паров над верхней тарелкой равняется суммарному количеству балансового бензина G_б и горячего орошения G_гор.ор.:

G_пар = G_б + G_гор.ор.= 174366 кг/ч

При этом: N = , где

М_б – молекулярная масса бензина н.к.(28)–85⁰С.

Вычислим М_б по формуле Воинова, для этого предварительно определим среднюю температуру кипения указанной фракции:

t_ср = =56,5 ⁰С, тогда

М_б = 60 + 0,3  t_ср + 0,001 t_ср ² = 60 + 0, 3  56,5 + 0,001 56,5² = 80,14225  80

Рассчитаем объем паров, подставив в указанную выше формулу значения температуры и давления на верху колонны К-1:

= = 4,34 м³/с

Поперечное сечение колонны вычислим по формуле: , где w – линейная скорость паров, м/с. Допустимая линейная скорость паров для отбензинивающих колонн составляет 0,61,5 м/с [9]. Примем w = 1,0 м/с. Тогда: = 4,34 м².

Диаметр колонны рассчитывается по уравнению:

D = = 5,52 м

В нефтяной промышленности принят нормальный ряд диаметров, который предусматривает равномерное увеличение площади поперечного сечения колонны при переходе от одного диаметра к другому [15]:

- от 1,0 до 4,0 – через 0,2 м;

- от 4,0 до 6,0 – через 0,5 м;

- далее 6,4; 7,0; 8,0; 9,0 м.

В соответствии с этими данными принимаем значение диаметра атмосферной колонны К-1, равное D = 6 м.

Расстояние между тарелками должно обеспечивать:

• легкость монтажа, ревизии и ремонта тарелок;

• осаждение основной части капель, уносимых паром с нижележащей тарелки;

• подпор для нормального стока флегмы по сливным трубам без захлебывания.

В зависимости от диаметра колонны D принимается:

D, м	1,0 1,6	1,6 2,0	2,0 2,4	> 2,4
Hт, мм	350 400	400 500	500 600	> 600

Одновременное увеличение диаметра и расстояния между тарелками связано в основном с необходимостью монтажа громоздких деталей. Так как рассчитанный диаметр колонны составляет 2,8 м, то принимаем расстояние между тарелками Н_т = 600 мм.

Высота колонны определяется числом тарелок и расстоянием между ними, остальные размеры принимаются на основании опыта работы промышленных установок.

Нормальные наружные люки для ревизии и ремонта размещают через несколько тарелок, в этом сечении расстояние между тарелками должно быть не менее 0,6 м. Примем это значение равным Н_люк = 800 мм.

Общее число тарелок в колонне N_общ складывается из числа тарелок в концентрационной N_конц и в отгонной N_отг секциях. Значение N_конц определяется по перепаду температуры между сечением ввода сырья (194 ⁰С) и верхним сечением (155 ⁰С), исходя из перепада температуры между соседними тарелками в 5-10 ⁰С [5]. Получим тарелок. На основе опыта эксплуатации аналогичных атмосферных колонн в отгонной секции К-1 принимают от 4 до 8 тарелок. Примем N_отг = 4 тарелки. Тогда: N_общ = 6 + 4 = 10 тарелок.

Расстояние между верхней тарелкой и верхним днищем колонны может быть принято равным половине диаметра колонны, то есть h₁ = 6 / 2 = 3 м.

Высота концентрационной части колонны определяется в зависимости от числа тарелок (n = 6) по выражению:

h₂ = (n – 1)  H_т = (6 – 1)  0,600 = 3,0 м

Высота питательной секции колонны принимается 0,8 1,2 м в соответствии с соотношением:

h₃ = (2  3)  H_т = 2  0,600 = 1,2 м

Высоту отгонной части считают аналогично h₂, а именно:

h₄ = (n – 1)  H_т = (4 – 1)  0,600 = 1,8 м

Расстояние от уровня жидкости внизу колонны до нижней тарелки принимают равным h₅ = 1  2 м, чтобы пар равномерно распределялся по сечению колонны.

Высоту низа колонны определяют с учетом необходимого запаса жидкости в случае прекращения подачи сырья в колонну. Запас жидкости (полуотбензиненной нефти – остатка колонны К-1) определяется из соотношения:

V_ост = 44,6 м³/ч, где

– абсолютная плотность остатка при температуре низа колонны (224 ⁰С), кг/ м³:

= 902 – 0,633  (224 – 20) = 772,868  773

 = 3 мин = 0,05 ч – запас времени, ч.

Отсюда высота, занимаемая жидким остатком:

h₆ = м

Обычно расстояние от отбойных пластин и сеток до тарелок принимается равным 0,6 0,75 расстояния между тарелками. Высота отпарной части колонны составляет 4 5 м для создания подпора жидкости к насосу.

Высота постамента составляет 4 5 м. Примем h₇ = 4 м.

При расчете высоты концентрационной секции колонны следует учитывать, что через 3 тарелки по высоте колонны установлено 2 люка для обеспечения монтажа и ремонта тарелок. В этих сечениях принимаем расстояние между тарелками Н_т = 800 мм.

Т огда h₂ = 3,0 + 2 0,2 = 3,4 м.

Полезная высота колонны Н_пол рассчитывается без учета высоты опорной обечайки h₇ и составляет:

Н_пол = = 3,0 + 3,4 + 1,2 + 1,8 + 2,0 + 7,3 = 18,7 м.

Полная высота колонны:

Н_кол = Н_пол + h₇ = 18,7 + 4,0 = 22,7 м.

На рис. 9 представлена схема для расчета высоты колонны К-2, где приняты следующие размеры:

h₁ = 3,0 м;

h₂ = 3,4 м;

h₃ = 1,2 м;

h₄ = 1,8 м;

h₅ = 2,0 м;

h₆ = 7,3 м;

h₇ = 4,0 м;

Н_кол = 22,7 м.