Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Сарданашвили А.Г. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа учеб. пособие для студентов нефт. спец. вузов

.pdf
Скачиваний:
238
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.43 Mб
Скачать

отпарных колонн (второй и третьей фракций) поступает их 1140 и 2310 кг/ч. Давление Я = 1,5 am. Перепад давления на тарелку принять 3 мм рт. ст. Определить диаметр колонны.

Материальный и тепловой балансы

Материальный и тепловой балансы составляют для установив­ шегося режима колонны, учитывая, что сумма материальных и теп­ ловых потоков, поступающих в колонну, равна сумме материальных и тепловых потоков, покидающих ее.

Материальный баланс колонны может быть составлен в весовых единицах или процентах [5—7]. Результаты расчета материального баланса колонны для ректификации сложных смесей сводят в таб­ лицу:

Взято

 

 

 

Получено

 

Продукт

°С

вес. % кг/ч

Продукт

°С

вес. % кг/ч

 

 

 

Верхний

 

 

 

 

Боковой

 

 

 

 

№ 1

 

 

 

 

№ 2

 

Всего . . .

 

 

Всего . . .

 

На рис. 28 дана схема

колонны со следующими обозначениями:

G — количество

сырья,

кг/ч; D

— количество ректификата, кг/ч;

R — количество остатка, кг/ч. Материальный баланс при установив­

шемся режиме

колонны

можно

записать следующим

образом:

 

 

G=D

+ R

(60)

Материальный баланс колонны по компоненту і представляется уравнением:

 

 

Gxol = Dy.D +

RxiR

(61)

где хоі, уiD,

х.^ — весовые доли компонента

і в сырье, ректификате

и остатке.

При расчете колонны

величины

G и хоі известны.

Задаваясь

четкостью

ректификации,

определяют

величину D. Дл я

этой цели

пользуются уравнением, полученным после совместного решения равенств (60) и (61):

G R D

Тепловой баланс колонны учитывает все количество тепла, вно­ симого в колонну и выносимого из нее. Согласно закону сохранения энергии, можно написать (без учета потерь тепла в окружающую среду):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2<2вх =

ясгвых

 

 

 

 

(62)

где

2 Q B X

— суммарное количество тепла, входящего в

колонну, ккал/ч;

 

 

2<2вых — суммарное количество тепла, выходящего из колонны,

ккал/ч..

 

Т е п л о в в о д и т с я в к о л о н н у

 

 

 

 

(см. рис. 28):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

с. сырьем,

нагретым до

температуры

 

 

 

 

t9

(Qc ,

 

ккал/ч):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 op

 

 

 

 

 

 

Qc -

G//„

 

 

 

 

 

 

 

 

где

It

— энтальпия

сырья,

ккал/кг.

 

 

 

 

 

 

 

Если

идет

частичное

испарение и доля

 

 

 

 

отгона

 

равна е, то

количество

тепла, вно­

 

 

 

 

симого

в

колонну,

составляет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qc

=

 

 

GeIl+G(\-e)I%

 

 

 

 

 

 

 

2)

с

водяным паром, подаваемым на от-

 

 

 

 

парку,

или горячей

струей (£?„.„,

ккал/ч).

Ц

Рис. 28.

Схема

мате­

 

Общее

количество

тепла,

вводимого

в

 

риальных

потоков

колонну,

составляет:

 

 

 

 

 

в

ректификационной

 

 

 

QBx =

Ge^0

+

O ( l - e ) / < * +

Q B . n

 

 

колонне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т е п л о в ы в о д и т с я

и з

к о л о н н ы

(см.

рис.

28):

 

1)

с

парами

ректификата

(QD,

ккал/ч):

 

 

 

 

 

2)

с

жидким

остатком

(QR,

ккал/ч):

 

 

 

 

 

3) с верхним орошением (Qo p , ккал/ч).

Общее количество тепла, выводимого из колонны, составляет:

«Заых = QD +

QR +

=

+

Щв

+

RifP R + Qop

(63)

Qc +

Ов.п =QopD

 

QR

+

Qo

 

илиПодставляя полученные значения в равенство (62), получают:

Gell + G (1 - e) / £ + QB .„ = D/?D + RI?R + Qop

(64)

61

где

е

— весовая доля

отгона;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/"0,

lf0

— энтальпия

паров

и жидкой

части

сырья

при температуре

входа

в

 

 

колонну,

ккал/кг;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

— температура

нагрева

сырья,

°С;

 

 

 

 

 

 

 

 

IfD

— энтальпия

паров

ректификата

при температуре

верха

колонны,

 

 

ккал/кг;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Ж{^

— энтальпия

жидкого остатка при температуре

низа колонны,

ккал/кг.

Пример 1. В ректификационную

колонну

подается нагретая

до

360 °С нефть в количестве

351 800 кг/ч

(df

=

0,875)

и водяной пар

 

 

 

 

в

количестве

9490

кг/ч

(Я = 3

am, t

=

 

 

 

 

400 °С).

В

результате ректификации

полу­

 

 

 

 

чают

28,6

т/ч

бензиновой фракции

 

=

 

 

 

 

0,712),

60

т/ч

керосиновой

(df> =

0,776),

 

 

 

 

63,3

т/ч

фракции

 

дизельного

топлива

 

 

 

 

(df = 0,8553) и 199,9 т/ч мазута

(df

=

 

 

 

 

0,9672). Определить

необходимое

количест­

 

 

 

 

во подаваемого в колонну циркуляционного

 

 

 

 

орошения.

Температурный режим

колонны

 

 

 

 

дан на

рис. 29.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗЬО'С

Рис. 29.

Схема

колонны

 

к Примеру

1:

I

— нефть;

/ / — бензин и во­

дяной пар; / / / — керосин;

IV

д и з е л ь н о е

топливо; V —

 

водяной

пар;

VI — мазут .

При составлении теплового баланса сле­ дует учесть тепло, вносимое водяным па­ ром, поступающим из отпарных колонн: фракции дизельного топлива — 1266 кг/ч и керосиновой фракции — 1200 кг/ч. Кроме того, за счет подачи водяного пара вниз колонны от мазута отпаривается 5300 кг/ч бензиновой, 8800 кг/ч керосиновой и 8800 кг/ч дизельной фракции.

Решение. Составляют тепловой баланс по секциям и данные вносят в таблицы.

Разность между теплом, входящим в сек­ цию дизельного топлива и выходящим из нее, составляет:

AQX = 85 180 000 — 79 362 000 = 5 818 000 ккал/ч

Разность между теплом, входящим в секцию керосиновой фрак­ ции и выходящим из нее, составляет:

Д<22 = 42 960 000 — 32 870 000 = 10 090 000 ккал/ч

Разность между теплом, входящим в секцию бензиновой фраю ции и выходящим из нее, составляет:

&Q3 = 22 456 000 — 16 495 000 = 5 961 000 ккал/ч

Взято

Продукт

 

і,

о,

Л

Q,

 

 

°С

кг/ч

ккал/кг

ккал/ч

Сырье

 

 

 

 

 

 

 

 

паровая

фаза—фрак­

360

 

 

 

 

 

ции

 

 

 

 

 

 

 

бензиновая . . .

23

300

272

6 340

000

керосиновая . . .

51

200

269

13 800

000

дизельная

. . . .

 

54

500

260

14 161

000

жидкая

фаза—мазут

360

221

800

205

45 400

000

 

 

 

400

7 024

780

5 479000

 

И т о г о . . .

 

 

 

 

85 180

000

Получено

 

Продукт

 

t,

о,

 

Л

ккал/ч

 

 

 

°С

кг/ч

ккал/кг

 

Жидкая

фаза—мазут . .

340

199

900

190

37 389

000

Паровая

фаза—фракции

315

 

 

 

 

 

бензиновая

. . . .

28

600

250

7 150

000

керосиновая . . . .

60

000

244

14 640

000

дизельная

 

63

300

236

14 950

000

 

 

 

315

7 024

745

5 233

000

 

И т о г о . . .

 

 

 

 

79 362

000

В з я то

Получено

Продукт

t,

G,

/,

Q.

°С

кг/ч

ккал/кг

ккал/ч

 

 

Паровая фаза — фракции

 

 

 

 

 

 

315

28 600

250

7 150 000

керосиновая . . . .

60 000

244

14640 000

дизельная

63 300

236

14 950 000

Водяной пар

 

 

 

 

 

снизу

атмосферной

315

7 024

745

5 233 000

 

 

из отпарной секции .

400

1 266

780

987 000

Продукт

t,

а,

ккал/кг

Q.

кг/ч

ккал/ч

 

Паровая фаза — фракции

 

 

 

 

бензиновая

200

28 600

182

5200000

керосиновая . . . .

_

60 000

177

10 600 000

Жидкая фаза — дизельная

315

63 300

179

11 350000

 

 

200

8 290

690

5 720 000

И т о г о . . .

42 960 000

И т о г о . . .

32 870 000

 

 

 

Взято

 

 

 

 

 

Продукт

 

г,

о,

Л

ккал/ч

 

 

 

°С

кг/ч

ккал/кг

 

 

 

 

 

Паровая

фаза—фракции

200

 

 

 

 

 

 

 

 

28 600

182

5;200Ч)00

керосиновая

. . . .

60

000

177

10 600

000

Водяной

пар

 

 

 

 

 

 

 

снизу колонны . . .

200

8

290

690

5 720

000

из

отпарной

колонны

400

1 200

780

936

000

 

И т о г о . . .

 

 

 

 

22 456000

Получено

 

Продукт

/,

 

G,

l

<3,

 

 

°С

кг/ч

ккал/кг

ккал/ч

 

Паровая

фаза — бензино

ПО

28

600

135

3 720

000

вая фракция

Жидкая

фаза — кероси­

200

60

000

ПО

6 600

000

новая

фракция . . . .

Водяной

пар

ПО

9 490

650

6 175

000

И т о г о . . .

16 495 000

Таким

образом, в

бензиновой

секции

избыток

тепла

5 961 ООО ккаліч

следует

снимать острым орошением, количество

которого

составляет:

 

 

 

 

 

 

 

Д(Эз

5 961 000

 

 

 

 

 

° о Р = ,„

 

,ж = 1 3 5 - 20 =

5 2 0 0 0

к г / ч

 

 

 

410 ~~

40

 

 

 

Температуру

острого

орошения принимают равной 40 °С. В пер­

вых двух секциях избыточное тепло необходимо снять циркуляцион­ ным орошением. Последнее рекомендуется вводить в колонну на 1—2 тарелки выше вывода его из колонны. Принимают в колонне

одно циркуляционное орошение с температурой

вывода

tx

=

240 °С

и

ввода

/ 2 =

85 °С. Энтальпия

равна

Ifi0

=

137

ккалікг,

 

=

=

42

ккалікг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этим орошением необходимо снять следующее количество тепла:

 

 

Д<Э =

+

AQ2 =

5 818 000 +

10 090 000 =

15 908 000

ккал/ч

 

 

 

Количество

циркуляционного

 

орошения

составляет:

 

 

 

 

 

 

.

 

 

AQ

15 908 000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°ц-ор =

/ ж

_

/ ж

= Т37 — 42' =

1 6 7 3

0 0

к г / н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

117.

На установке

атмосферной

перегонки

нефти

производитель­

ностью

3

млн. ml год

получают

следующие

продукты

вес. % ) :

1,5

газа;

12,2

компонента

автомобильного

бензина;

14,9

топлива

ТС-1; 20,4 дизельного

 

топлива ДС. Потери составляют 1 вес. %.

Число рабочих дней в году 340. Составить

материальный

баланс

установки

кг/ч,

т/сутки,

тыс. ml

год).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

118.

Составить

материальный

 

 

баланс

атмосферно-вакуумной

трубчатой

установки

производительностью 6 млн. ml год

нефти. Из

нефти получают следующие продукты (в вес. % ) : 1,0 газа;

13,2 ком­

понента автомобильного бензина; 14,0 топлива

ТС-1; 21,3 дизель­

ного топлива;

масляных

фракций:

350—400 °С

(9,3);

400—450 °С

(5,3); 450—500 °С (6,5) и 28,4 гудрона. Потери

по установке

состав­

ляют 1,0%. Число

рабочих дней в году 340.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

119. Вверху колонны поддерживается температура

 

ПО °С и

острым

орошением

снимается 3 440 000

ккал/ч

 

тепла.

 

Определить

количество острого орошения, если

его плотность df

=

0,750 и в ко­

лонну оно подается

с температурой

40 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120. Составить материальный и тепловой балансы и определить

количество необходимого

 

орошения

для вакуумной

колонны,

когда

подается только острое орошение и когда подаются и острое и цир­

куляционное орошения (Qx : Q2

== 2 : 1). Производительность уста­

новки по мазуту (df

= 0,930) составляет 75 000 кг/ч. Выход продук­

тов (в вес. % ) : 8,4

газойля (df

0,870); 38,4 дистиллята

1 (df =

= 0,920); 18,1 дистиллята I I {df

= 0,930); 35 гудрона^! 0

= 0,952).

Температурный режим колонны приведен на рис. 30. В колонну по­ дается 5% водяного пара на сырье. Плотность циркуляционного орошения df — 0,923 (потери не учитывать).

121. Определить количество тепла, которое необходимо снять циркуляционными орошениями (двумя промежуточными и одним

верхним) в колонне. В колонну подается

мазут,

нагретый до 400 °С,

причем

при данной

температуре

 

и » т°с

 

недоиспаряется

6750 кг/ч

дистил­

 

 

лята

I

и 11 150

кг/ч дистиллята

VIII

 

 

I I . Доиспарение

осуществляется

i>o°c

 

под действием

4000 кг/ч

 

водяного

 

 

 

пара,

подаваемого

вниз

 

колонны.

 

т°с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

до°с

•т

 

 

 

 

 

 

 

 

XIIQ

?ео°с

 

 

 

 

 

 

 

 

1ВО°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

230°С

X

 

 

 

 

 

 

 

 

120

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

I V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

235'С

 

 

1 f 170°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2А5°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

°С

 

 

 

275°С

XI

 

 

 

 

 

 

150°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ОО

°С

 

 

V

 

 

 

 

///

 

280°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV

290

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э60°С

 

 

3W°C

 

 

 

Сырье

 

 

 

Є-0,372

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VII

VII

Ш°с,Юат

VI І380°С

Рис. 30. Схема колонны к задаче 120:

/ — пары газойля и водяного

пара;

/ / — острое

орошение;

/ / / — первый

дистиллят;

IV—циркуляционное

орошение;

V — второй

дистиллят;

VI — гудрон; V I I — водяной

пар.

VI [ зю°с

Рис. 31. Схема колонны к задаче 122:

/ — нефть; / / — фракция 85—140 °С; / / / — фрак­

ция

140—240 °С; IV — фракция

240—300 °С;

V — фракция

300—350 °С;

VI — остаток

выше

350 °С;

VII — водяной

пар ;

V I I I

острое

оро­

шение;

IX—XI

— пары

из

отпарных колонн;

X I I

— первое

циркуляционное

орошение;

X I I I

второе

циркуляционное

орошение;

XIV— третье

циркуляционное

орошение.

Необходимые данные

для расчета даны

в таблице:

 

Продукт

d 4

О, кг/ч

t, °С

Дистиллят

0,9072

199 000

400

0,8940

33 300

240

I

II

0,9150

44 600

310

Гудрон

1,060

122 000

385

Водяной пар

4 000

130*

 

 

 

380**

* Наверху колонны.

'* На входе в колонну.

5'

67

Температура подачи

в колонну орошений:

первого

циркуляционного

— 60 °С, второго циркуляционного — 135 °С, острого — 60 °С;

острое

орошение

забирается при 180 °С.

 

 

 

 

 

 

122. В колонну

подается отбензиненная нефть

(рис. 31). Рабочее

давление в колонне Я = 1,85 ат. Расход водяного пара (t =

400 °С,

Р =

10 ат) 2,2%

на сырье. Кроме того,

в каждую

отпарную сек­

цию

для

отпарки

15% дистиллята

подается

2%

(на дистиллят)

водяного

пара. Определить количество орошения — циркуляцион­

ного

и острого. Принять три циркуляционных

орошения, которые

отбирать

с 33-, 23-, 13-ой тарелок

и подавать

 

на

тарелку

выше.

Перепад температур на каждую тарелку принять

10 °С. Данные

для

расчета приведены на рис. 31 и в таблице:

 

 

 

 

 

П р о д у кт

1, °С

% на

G, кг

й0

м

 

 

сырье

d\

 

 

Приход

 

 

 

 

 

 

 

Отбензиненная нефть

340

100

344 700

0,900

 

 

Расход

 

 

 

 

 

 

 

Фракция

 

 

 

 

 

 

 

106,2

 

85—140 °С

118

6,4

22 000

0,730

.140—240 °С

160

16,3

56 000

0,784

153,1

240—300 °С

235

10,3

35 400

0,843

213,9

300—350 °С

280

8,1

28 000

0,867

253,1

Выше 350 °С

310

58,9

203 300

0,967

 

Глава 2

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

На нефтеперерабатывающих заводах широко используют тепло отходящих с установок горячих продуктов для нагрева исходного сырья, что снижает расход топлива в печи. Вопрос о целесообраз­ ности регенерации тепла того или другого потока решают в зависи­ мости от конкретных условий.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Цель расчета — определение поверхности теплообмена и необ­ ходимого числа типовых теплообменных аппаратов. Расчет ведут

вследующей последовательности.

Выбирают тип теплообменника и направление движения теп­ ловых потоков. Выбирая тип теплообменного аппарата, надо стре­ миться, чтобы скорость потоков была достаточно высокой, что обе­ спечит высокий коэффициент теплопередачи. Однако при этом следует помнить, что с увеличением скорости потоков резко растет сопротивление. Скорость потока по трубкам в кожухотрубчатых теплообменниках обычно составляет 0,1—0,7 м/сек, в теплообмен­ никах типа «труба в трубе» 1—1,5 м/сек. В межтрубном пространст­ ве этих теплообменников скорость движения потоков несколько меньше. При выборе направления движения потока следует учиты­ вать, что более загрязненный поток целесообразно направлять по трубам, так как их легче чистить во время ремонта теплообменника.

Тепловую нагрузку аппарата определяют, составляя тепловой баланс:

 

Q-G,

(lh

- /,,) т) =

G2 (/,, - ltf)

(65)

где

Q — тепловая нагрузка аппарата,

ккал/ч;

 

 

количество

горячего

и холодного теплоносителя, кг/ч;

 

 

энтальпия

горячего

теплоносителя

при температурах входа

и вы­

 

хода из аппарата,

ккал/кг;

 

 

 

 

- к.п.д. теплообменника; практически

он равен 0,95—0,97;

 

 

- энтальпия холодного теплоносителя при температурах входа и вы­

 

хода из аппарата,

ккал/кг.

 

 

 

Поверхность теплообмена определяют из уравнения теплопе­ редачи:

Q = KFrcp

откуда

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ