WinRAR archive / отчет_Доля отгона

Федеральное агентство по образованию

Томский политехнический университет

Химико-технологический факультет

Кафедра: химическая технология топлива

и химической кибернетики

Практическая работа №1 по предмету

Технологическое проектирование нефтехимических процессов

«Определение минимального диаметра колонны однократного испарения»

Выполнил студент гр.5500: Шелехова Н.А.

Проверил преподаватель: Галушин С.А.

Томск 2004

Цель: целью работы является изучение колонны однократного испарения, а также определение доли отгона при однократном испарении и минимальных значений диаметра и высоты колонны.

Основные теоретические положения

Основой расчета процесса однократного испарения является определение доли отгона многокомпонентной смеси при заданной температуре.

1. Расчет однократного испарения.:

где F – число молей исходного сырья; W и P – число молей жидкости и пара в смеси. Число молей жидкости и пара выразим через долю отгона , а мольную долю, компонента в паре, опишем как: где k_i – константа равновесия. После преобразования:

Рассчитаем составы фаз по уравнениям:

2. Расчет однократной конденсации:

где P– число молей исходного пара; B и G – число молей жидкости и пара после конденсации. Обозначая долю конденсата  и, рассуждая аналогично, получим

Откуда:

Для определения минимального диаметра колонны необходимо следующее:

3. Расчет скорости пара при разделении фаз. Допускаемая скорость w_п в свободном сечении аппарата определяется как:

,

где _ж - плотность жидкости, кг/м³; _п - плотность пара, кг/ м³.

4. Диаметр колонны определяется из уравнения расхода:

где D_k – внутренний диаметр колонны, м; V₀ – объемный расход пара в колонне, м³/с; w₀ – допустимая скорость пара, м/с.

5. Расчет плотности газов, по уравнению Менделеева - Клапейрона: ,

где  - плотность, кг/м³; P – общее давление в системе, Па; M - молекулярная масса, кг/моль; R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К; T – температура, K; z – коэффициент сжимаемости газа (примем 0.3). Для расчета плотности смеси пользуются принципом аддитивности .

6. Расчет плотности жидкостей. Для пересчета плотности с одной температуры на другую пользуются уравнениями:

,

где _T – плотность нефтепродукта при температуре T, кг/м³; – относительная плотность нефтепродукта; T – температура, К;

При определении минимальной высоты колонны необходимо предположить, что рассчитываемая ректификационная колонна работает по принципу однократного испарения (рис. 1) Чтобы не вводить дополнительный поток 4, пренебрегаем наличием орошения. Тогда высота колонны рассчитывается по следующему алгоритму.

Рисунок 1 - Схематическое изображение колонны однократного испарения

7. Расчет высоты тарельчатой ректификационной колонны. Минимальное число теоретических тарелок колонны:

где i и k – любые два компонента смеси, - относительные летучести этих компонентов. При определении минимального числа теоретических тарелок расчет ведут по ключевым компонентам, концентрации которых в кубовом остатке и дистилляте известны. Относительные летучести определяется как

Pi, Pk – давления насыщенных паров ключевых компонентов, Рэ – давление насыщенных паров эталонного компонента. В качестве эталонного компонента принимаем компонент, средняя температура кипения которого близка к температуре отгона. Оптимальное число тарелок:

Высота тарельчатой колонны определяется уравнением:

где N – оптимальное число тарелок; h – расстояние между тарелками (400-500 мм).

8. Расчет высоты насадочной ректификационной колонны. Для расчета высоты тарельчатой колонны используется концепция теоретической тарелки; для насадочной колонны - концепция единиц переноса, так как происходит непрерывный контакт фаз. Число единиц переноса (ЧЕП) по i-тому компоненту:

.

Высота единицы переноса рассчитывается по эмпирическим уравнениям, приближенно можно принять ВЕП= 1.2 – 1.5 h.

9. Выбор типа контактного устройства. При выборе типа насадки принимают во внимание следующие показатели: производительность, эффективность, гидравлическое сопротивление, диапазон нагрузок в условиях высокой эффективности, механические и конструкционные характеристики и пр.

Ход выполнения работы

1. Вычисление констант фазового равновесия по уравнению Ашворта и определение доли отгона.

2. Расчет минимального диаметра колонны однократного испарения.

3. Расчет высоты тарельчатой и насадочной колонн.

4. Выбор типа контактного устройства в колонне.

5. Оформление отчета

Исходные данные

Таблица 1 Исходные данные (вариант 11)

Компонент	Tк ср	%мс пот	% мс фр	Мм	г/см3
1(ключевой)	20	7,73	7,73	35	0,594
2(ключевой)	28	10,82	18,55	49	0,635
3	34	4,86	23,41	60	0,626
4	50	5,41	28,82	71	0,654
5	65	9,16	37,98	82	0,683
6	75	2,14	40,12	102	0,724
7	85	6,31	46,43	104	0,723
8	95	9,22	55,65	107	0,737
9	105	2,65	58,30	111	0,741
10	115	7,03	65,33	113	0,742
11 (эталон)	125	2,95	68,28	117	0,754
12	135	3,72	72,00	124	0,757
13	150	5,45	77,45	134	0,767
14	170	4,28	81,73	142	0,782
15	190	3,26	84,99	158	0,788
16	210	4,08	89,07	174	0,796
17	235	3,21	93,28	196	0,807
18	270	3,11	95,39	232	0,815
остаток	290	4,61	98,83	268	0,825
потери		0,00	100,00	304

Расход сырой нефти на вход в колонну - 3100, кг/час.

Расчет

Используя выше описанные методики, был произведен расчет доли отгона, диаметра и высоты колонны однократного испарения с использованием стандартного пакета программ Microsoft Excel. Полученные результаты представлены ниже в таблицах и рисунках.

Таблица 2 Доли отгона при различных температурах

Т 0С	Е
50	0,1497
75	0,6196
100	0,839
125	0,9445
150	0,992
175	0,999

Рисунок 2 Зависимость доли отгона от температуры

Рассчитав долю отгона при разных температурах, был проведен анализ полученных результатов и для дальнейшего расчета, приняли значение доли отгона при 125 ⁰С. В результате, следуя выше описанному алгоритму, получили минимальные значения диаметра колонны - 0,605 м и высоты колонны - 1,703 м.

При определении высоты колонны в расчетах использовались ключевые компоненты. Выбор этих компонентов основывался не только на большом значении концентрации в паровой или жидкой фазе, но и по температурам их кипения. Вследствие этого ключевые компоненты были отобраны следующим образом: 1-18, 2-9, 10-17. Расчет произвели по трем парам и отобрали наиболее лучший результат.

Выбор контактного устройства всегда очень сложен. При выборе необходимо руководствоваться производительностью, диапазоном нагрузок механическими и конструктивными характеристиками, а также экономическими показателями.

После изучения технических характеристик наиболее применяемых тарелок и насадочных устройств произвели их выбор:

Таблица 3

Тарелка	клапанная	Тип насадки	Зульцер
относительная паровая нагрузка	1.2-1.3	производительность	2
к.п.д. тарелки, %	80	эффективность	2.5
рабочий диапазон (Gmax/Gmin)	5-8	сопротивление слоя	0.25-0.45
сопротивление тарелки, мм. вод. ст.	45-60
расстояние между тарелками, мм	300-600
масса, кг/м	2 55

Вывод: после проведения расчетов определили долю отгона при температуре 125⁰С и произвели расчет минимального диаметра колонны однократного испарения, он составил 0,6 м а также высоты колонны - 1,7 м. Осуществили выбор типа контактного устройства, как для тарельчатой колонны - клапанная тарелка, так и для насадочной - насадка Зульцера.