Проект установки первичной переработки Дмитриевской нефти

Общее давление на тарелке вывода фр. 180-240°С находим из уравнения:

Pl80-240 = Рв + n4·ΔРт

Pl80-240 = 170 + 10·0,6 = 176 кПа

Общее давление на тарелке вывода фр. 240-350°С:

Р240-350 = Рв + (n3 + n4)·ΔРт = 170 + (12 + 10)·0,6 = 183,2 кПа

Давление в зоне питания (Рэв) колонны:

Рэв = Рв + (n4 + n3 + n2)·ΔРт = 170 + (10 + 12 + 10)·0,6 = 189,2 кПа

Давление внизу колонны:

Рн = Рэв + n1·ΔРт = 189,2 + 4∙0,6 = 191,6 кПа

Расчет расхода водяного пара Расход водяного пара в основной атмосферной колонне колеблется в

пределах 1,6-2,8 % масс. на загрузку колонны по сырью. Принимаем расход водяного пара равным 2% масс. на отбираемые фракции. Дальнейший расчет ведем на 100 кг сырья. Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть колонны, находим из выражения:

низа = gМ ·0,02

где gM - расход мазута; gM = 54,7 кг;

,02 - расход водяного пара, в долях от единицы.низа = 54,7·0,02 = 1,094

кг

Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть отпарной колонны (стриппинга) К-2/2:

/2 = g240-350 • 0,02 = 18,6 • 0,02 = 0,372 кг

где g240-350 - расход фракции 240-350°С, кг; g240-350= 18,6 кг. Расход водяного пара, подаваемого в нижнюю часть отпарной колонны

К-2/1:

/1= g180-240 • 0,02 = 10,8 • 0,02 = 0,216 кг

где g180-240 - расход фракции 180-240°С, кг; g180-240 =10,8 кг. Определим количество водяного пара по высоте колонны.

Количество водяного пара на тарелке отбора фракции 240-350°С:-350 = Zниза = 1,094 кг

Количество водяного пара на тарелке отбора фракции 180-240°С:-240 = Zниза + ZK-2/2 = 1,094 + 0,372 = 1,466 кг

Количество водяного пара на верху колонны:

Zверха = Zниза + ZK-2/2 + ZK-2/1 = 1,094 + 0,372 + 0,216 = 1,682 кг Расчет количества флегмы по высоте колонны В ректификационной колонне на тарелках осуществляется контакт

поднимающихся по колонне паров со стекающей жидкостью (флегмой). Флегма создается в результате того, что часть верхнего продукта простой колонны возвращается в жидком состоянии на верхнюю тарелку и стекает на нижележащие. Отношение количества орошающей жидкости к количеству дистиллята данной простой колонны называется флегмовым числом. Чем выше флегмовое число, тем более высокой четкости ректификации удается добиться. При расчете колонны принимаем условно, что флегмовое число по высоте колонны одинаково и равно двум.

Количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 240-350°С, определяем по формуле:

gфл240-350 = g240-350 ·2 = 18,6 · 2 = 37,2 кг

Количество флегмы, стекающей с тарелки вывода фракции 180-240°С:

gфл180-240 = g180-240 ·2 = 10,8 · 2 = 21,6 кг

Количество флегмы вверху колонны:

gфл120-180 = g120-180 ·2 = 15,9 · 2 = 31,8 кг

Определение доли отгона отбензиненной нефти Температура нагрева нефти в печи перед атмосферной колонной

находится в пределах 320-370°С. Для определения температуры нагрева нефти необходимо рассчитать процесс однократного испарения сырья.

Принимаем температуру отбензиненной нефти на входе в колонну равной tон = 350°C.

С помощью кривой ИТК для отбензиненной нефти и ОИ при температуре tон = 350°C и давлении эвапорационного пространства Рэв = 189,2 кПа = 1419 мм рт. ст. определяем долю отгона еон = 0,756.

Определение температуры низа колонны Колонна работает с вводом водяного пара в ее нижнюю часть, где

происходит испарение наиболее легкой части углеводородов, на что тратится теплота и температура мазута снижается на 10-25°С по отношению к температуре входа сырья в зону питания. Количество водяного пара, подаваемого в низ атмосферной колонны, составляет 2% масс. на мазут. С помощью графической зависимости разницы температур tон-tм от количества водяного пара (в % масс.) определяем температуру низа колонны:

tон-tм = 17°Cн = tм = 350 - 17 = 333°С

Расчет температур вывода боковых погонов Расчет парциального давления фракций

Таблица 4.1.3.

Определение температуры вывода боковых погонов и температуры на верху колонны

Температура вверху колонны и температуры вывода боковых погонов определяем графическим методом. Для этого строим кривые ИТК и линии ОИ при атмосферном давлении соответствующих фракции и затем с помощью графика Кокса строим линии ОИ фракций при их парциальных давлениях.

Парциальное давление фракции 120-180°С составляет 131,206 кПа. Парциальное давление фракции 180-240°С составляет 84,0048 кПа. Парциальное давление фракции 240-350°С составляет 90,75728 кПа. В результате построений получены следующие температуры:

- температура вверху колонны °С (фр. 120-180°С) температура вывода фракции 180-240°С °С

температура вывода фракции 240-350°С °С. Тепловой баланс колонны Целью расчета теплового баланса основной колонны является

определение количества теплоты, которое необходимо вывести из колонны циркуляционными орошениями и расход циркуляционных орошений. Тепловой баланс основной атмосферной колонны приведен в табл. 4.1.6.

Таблица 4.1.6. Материальный и тепловой баланс атмосферной колонны

На основании данных, приведенных в табл. 4.1.6., находим дебаланс теплоты, то есть относительную разность между количеством тепла, приносимым в колонну и количеством тепла, выводимого из колонны с фракциями. Дебаланс находим по следующей формуле:

где - дебаланс теплоты, % отн.;

Qприх - количество теплоты, вводимое в колонну потоками сырья и острого орошения, кДж/ч; в нашем примере Qnpих = 106,260714 • 103 кДж/ч; Qpacx - количество теплоты, выводимое из колонны с мазутом,

верхним и боковыми погонами, кДж/ч; Qpacx = 90,81764 • 103 кДж/ч.

Выбор числа и расхода циркуляционных орошений В атмосферной колонне два циркуляционных орошения (первое или

верхнее - ЦО 1, второе или нижнее - ЦО 2). Температуры вывода циркуляционных орошений определим, учитывая величины перепада температур на одну тарелку по формуле:

где - температура вывода циркуляционного орошения, °С;

- температура вывода соответствующего бокового погона, °С;

- перепад температуры на одну тарелку, °С.

Перепад температуры на одну тарелку между тарелками вывода фракций 180-240 и 240-350°С:

Перепад температуры на одну тарелку между тарелками вывода фракций 240-350°C и зоной питания:

Температуры вывода циркуляционных орошений:

Температуры ввода циркуляционных орошений в колонну принимаем на 50°C ниже температур вывода циркуляционных орошений:

Рассчитаем расход циркуляционных орошений, для чего требуется знать количество теплоты, которое необходимо вывести из колонны:

кДж Теплоту, снимаемую циркуляционным орошением, находим по

формуле:

ΔQi - тепло, снимаемое циркуляционным орошением, кДж/ч; gцo - расход циркуляционного орошения, кг/ч;

htвыв.цо - энтальпия циркуляционного орошения, выводимого из колонны, кДж/ч;

htвв.цо - энтальпия циркуляционного орошения, вводимого в колонну, кДж/ч.

Примем, что расход циркуляционных орошений одинаков по массе (gцo1 = gцo2 = gцoi)

Отсюда находим среднее значение gцoi gцo1 = gцo2 = 57,6 кг/ч

кДж/ч

кДж/ч Проверка:

кДж/ч

Определение основных размеров колонны Расчет нагрузки сечений колонны по парам и жидкости

Диаметр колонны рассчитываем с учетом максимальной нагрузки по парам и жидкости. Для определения нагрузки рассматриваем несколько сечений колонны.

Сечение I-I , сечение под верхней тарелкой

Составляем материальный баланс по парам и жидкости в сечении I-I. Нагрузка по парам

g1-1 = G120-180 + g гoo

где g1-1 - поток паров, проходящий через сечение I-I, кг; G120-180 - расход паров фракции 120-180°С; G120-180 =15,9 кг;

gгoo - расход горячего орошения (внутренней флегмы), возникающего от острого орошения, кг.

Горячее орошение от острого (gгoo) образуется в результате контакта поднимающихся паров с острым орошением в верхней части колонны. Наиболее тяжелые компоненты паров конденсируются и образуют флегму - горячее орошение от острого. Рассчитаем количество горячего орошения по формуле:

где gгoo - расход горячего орошения от острого, кг; Нверх - энтальпия паров вверху колонны, кДж/кг; Hвход - энтальпия острого орошения, кДж/кг;

- энтальпия паров при температуре в сечении I-I, кДж/кг;

- энтальпия горячего орошения (флегмы) при температуре в сечении I-I, кДж/кг;

Нагрузка по жидкости:

Температуру в сечении I-I (сечении под верхней тарелкой) найдем из уравнения:

где tI-I - температура в сечении I-I, °С; tверха - температура вверху колонны, °С; Δt - перепад тсмператур на одну тарелку, °С.

Определим энтальпии фракции 120-180°С (): Н206,8 = 757,97 кДж/кг; h30 = 59,67 кДж/кг;

Н170,08 = 677,34 кДж/кг; h170,08 = 384,50 кДж/кг;оо = 31,8 кг.

Сечение II-II, между вводом и выводом первого циркуляционного орошения

Нагрузка по парам: