10. Технико-технологические расчеты

Технологические расчеты. Выполнение данного раздела требует от магистранта умения производить инженерные расчеты, пользоваться технической литературой и справочными материалами. Раздел включает в себя технологические, тепловые и механические расчеты основного оборудования.

При разработке технологической схемы и расчете материального баланса магистрант должен предварительно выбрать тип и конструкцию основного оборудования. Следует выбрать такие аппараты, которые обеспечивали бы минимальное время пребывания перерабатываемого сырья и максимальный выход целевого продукта. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы на данной технологической установке было использовано стандартное оборудование. В этом случае задача сводится к выполнению проверочного расчета, а число аппаратов определяется делением заданной производительности на производительность одного аппарата. Например, компрессоры подбирают исходя из давления в системе и давления, создаваемого компрессором, а также в соответствии с производительностью установки. Если производительность установки велика, то число компрессоров определяют делением часовой производительности установки на часовую производительность подобранного компрессора. Также подбирают теплообменную аппаратуру. Для этого вначале определяют общую поверхность теплообменной аппаратуры, необходимую для данной стадии процесса, затем производят выбор теплообменника и определяют их количество.

На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах используется полустандартное оборудование: ректификационные колонны, абсорберы, скрубберы и т.д. Диаметры и тарелки таких аппаратов стандартизованы. При выполнении технологических расчетов определяют диаметр и число тарелок, затем по каталогу выбирают аппарат. Если значение рассчитанного диаметра не совпадает с указанным в каталоге, то его округляют в большую сторону до ближайшего значения, которое есть в каталоге.

После выбора аппарата проводится проверочный расчет для того, чтобы показать возможность использования выбранного аппарата в данных условиях.

Тепловые расчеты. Большинство процессов нефтепереработки и нефтехимии протекают при высоких температуре и давлении, сопровождаются значительными отрицательными или положительными тепловыми эффектами. Поэтому тепловые расчеты являются важной составной частью технико-экономических расчетов. В результате определяются режим и поверхность теплообмена, расход топлива, пара, тепла, холода, необходимых для проведения данной производственной операции и всего технологического процесса.

При составлении тепловых балансов основных аппаратов необходимо особое внимание обращать на изменение агрегатного состояния перерабатываемых продуктов, которое сопровождается выделением или поглощением тепла (скрытые теплоты испарения, конденсации, абсорбции, адсорбции и т.д.), на тепловые эффекты реакций. Целью расчета теплового баланса является определение количества подводимого или отводимого тепла, т.е. тепловой нагрузки аппарата.

При расчете теплового баланса необходимо привести схему тепловых потоков, а баланс представить в виде таблиц.

Приведем пример расчета теплового баланса ректификационной колонны. Количество тепла, которое необходимо подвести в низ колонны:

Q_X = Q_в +Q_r - Q_F- Qo + Qп,

где Q_F — количество тепла, вносимого в колонну с сырьем; Qo - количество тепла, вносимого в колонну с орошением; Q_B, - количество тепла, уносимое из колонны верхним паровым потоком; Q_R - количество тепла, уносимое из колонны кубовым остатком; Q_П - количество тепла, теряемое в окружающую среду. При выполнении тепловых расчетов удобнее пользоваться значениями теплосодержания углеводородных жидкостей и паров, а не значениями теплоемкости и скрытой теплоты испарения.

Значительное место в тепловых расчетах отводится определению поверхности теплообмена аппаратов F:

F = Q/k•∆ t,

где Q - тепловая нагрузка аппарата, кВт; k- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·°С); ∆t - средняя разность температур, °С.

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формулам, содержащим критерий подобия (Nu, Pr, Re, Gr). Применение той или иной формулы должно быть основано на литературный источник. Подробные тепловые расчеты с определением коэффициента теплопередачи необходимо проводить для основного оборудования, которое подвергается реконструкции или будет использовано при других условиях. В остальных случаях можно выполнять общие проверочные расчеты с использованием литературных значений коэф­фициентов теплопередачи, а подученные данные представлять в виде таблицы 2.4.

Таблица 2.4 – Тепловой эффект ректификационной колонны

Приход				Расход
Статьи прихода	Кол-во потока, кг/ч	Тепло-содерж. потока, кДж/кг	Кол-во тепла, кВт	Статьи прихода	Кол-во потока, кг/ч	Тепло-содерж. потока, кДж/кг	Кол-во тепла, кВт
Qf				Qв
Qo				QR
Qx				Qп
Итого:				Итого: