Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 27
МИНИСТРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра технологии нефти и газа
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВОК ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
Методическое пособие по выполнению домашнего задания
г. Уфа 2011
Целью настоящего методического пособия является приобретение студентами навыков построения кривых разгонок нефтей и определения по ним свойств индивидуальных нефтей, выбора ассортимента получаемых компонентов топлив. С учетом ассортимента осуществить выбор технологической схемы установки прямой перегонки нефти, составить материальный баланс установки в целом и основных аппаратов. Методическое пособие предусматривают укрупненные расчеты технологических параметров отдельных аппаратов. Приведены элементы расчетов с использованием ЭВМ.
Составители Амирханов К.Ш., доцент, к.т.н.
Фасхутдинов Р.Р., доцент, к.т.н.
Рецензент Абдульминев К.Г. профессор д.т.н.
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, 2011
СОДЕРЖАНИЕ
|
1. |
Порядок оформления расчетно-пояснительной записки и требования к оформлению технологической схемы установки |
4 |
|
|
2. |
Построение кривых разгонок и определение свойств индивидуальных нефтей |
5 |
|
|
2.1. |
Характеристика перерабатываемых нефтей |
5 |
|
|
2.2. |
Построение кривых разгонки и определение свойств индивидуальных нефтей |
6 |
|
|
3. |
Выбор ассортимента получаемых продуктов |
8 |
|
|
4. |
Выбор и обоснование выбора технологической схемы установки |
11 |
|
|
4.1. |
Описание технологической схемы установки |
12 |
|
|
5. |
Технологический расчет установки |
13 |
|
|
5.1. |
Материальный баланс установки |
13 |
|
|
5.2. |
Технологический расчет ректификационной колонны |
13 |
|
|
5.3 |
Материальный баланс колонны |
15 |
|
|
5.4. |
Расчет однократного испарения сырья на входе в колонну |
17 |
|
|
5.5. |
Расчет температуры верха основной ректификационной колонны |
22 |
|
5.6. Расчет теплового баланса основной ректификационнойколонныПриложение |
24 28 |
||
1. Порядок оформления расчетно-пояснительной записки и требования к оформлению технологической схемы установки
Домашнее задание состоит из расчетно-пояснительной записки и технологической схемы установки прямой перегонки нефти.
Расчетно-пояснительная записка включает следующие разделы:
1. Содержание
2. Введение
Расчетно-пояснительную записку следует оформлять на листах формата А-4 (210х297 мм). Распечатку текстовой части записки следует выполнять в текстовом редакторе “Times New Roman” размером шрифта 14, с полуторным интервалом, без переносов, по всей ширине поля. Допускается применение 12-го размера шрифта и интервала 1 в нетекстовой части пояснительной записки (подрисуночные надписи, формулы, цифровой материал таблиц). Необходимо соблюдать следующие размеры полей: - верхнее-1,5 см, - левое -3,0 см, нижнее -2,0 см, правое – 1,0 см. Следует соблюдать сквозную нумерацию страниц по всему тексту. Номер страницы следует проставлять в центре нижнего поля. Титульный лист не нумеруется, а подразумевается в нумерации. Абзацы в тексте начинают отступом, равным пяти ударам пишущей машинки.
Рисунки кривых разгонки нефтей и технологическая схема установки выполняются на миллиметровой бумаге размером формата не более 297х420 мм и вставляются в пояснительную записку в конце соответствующего раздела.
Условное изображение технологической схемы и оборудования выполняются в соответствии с ГОСТом. После листа с изображением технологической схемы установки в пояснительную записку вставляется лист спецификации основного оборудования и аппаратов.
В разделе «Введение» представляется материал, показывающий назначение и роль установки прямой перегонки нефти в схеме нефтеперерабатывающего завода, современное состояние и перспективы развития данных установок.
2. Построение кривых разгонок и определение свойств индивидуальных нефтей
2.1 Характеристика перерабатываемой нефти
На нефтеперерабатывающих заводах на переработку поступают, как правило, смеси нефтей. Для расчета кривых разгонки и других свойств смеси нефтей необходимо иметь сведения по индивидуальным нефтям, поэтому для каждой нефти, исходя из справочных данных, приводится следующий табличный материал:
Таблица 1 – Основные физико-химические характеристики нефти
|
Нефть |
Молекулярная масса |
Массовое содержание, % |
Плотность, |
Массовый выход фракций, % |
||
|
серы |
смол |
До 200 0С |
До 350 0С |
|||
|
1. Никольская нефть (угленосный горизонт) |
174 |
0,96 |
2,87 |
0,8257 |
33,7 |
62,9 |
Таблица 2 - Характеристика фракций, выкипающих до 200 0С
Таблица 3 - Характеристика фракций, служащих сырьем для
каталитического риформинга
Таблица 4 - Характеристика керосиновых дистиллятов
Таблица 5 - Характеристика дизельных топлив и их компонентов
Таблица 6 - Характеристика мазутов и остатков
Таблица 7 - Потенциальное содержание базовых дистиллятных и
остаточных масел
Сведения по характеристике перерабатываемой нефти в дальнейшем используются для обоснования выбора ассортимента получаемых продуктов на установке.
2.2 Построение кривых разгонки
и определение свойств индивидуальных нефтей
Для построения кривых разгонки перерабатываемой нефти из справочника приводятся данные по выходу узких фракций и их свойства.
Справочные материалы сводятся в таблицу 8.
Таблица 8 - Разгонка (ИТК) Никольской нефти в аппарате АРН-2 и
характеристика узких фракций
|
Температура выкипания фракций, 0С |
Массовый выход на нефть, % |
Плотность, |
Молекулярная масса |
||
|
фракции |
суммарный |
||||
|
1. |
до 280 (газ) |
2,60 |
2,60 |
- |
- |
|
2. |
28 – 38 |
2,90 |
5,50 |
0,652 |
72 |
|
3. |
38 – 58 |
3,13 |
8,63 |
0,658 |
85 |
|
4 |
… |
||||
|
… |
|||||
|
23. |
450 – 475 |
3,77 |
84,70 |
0,919 |
420 |
|
24. |
475 + |
15,30 |
100,00 |
0,962 |
- |
С использованием данных, приведенных в таблице 8 для каждой нефти в координатах - "температура, 0С" - "массовый выход фракций, % на нефть" строятся кривые разгонок нефти. Для примера приводится построение кривой истинных температур кипения (ИТК) Никольской нефти. На оси абсцисс откладывается выход газа (фр. до 28 0С) и из этой точки восстанавливается перпендикуляр, соответствующий по масштабу величине температуры начала кипения нефти. Для Никольской нефти массовый выход газа составляет 2,6 %, температура начала кипения нефти равна 28 0С. Последующие точки получаются путем пересечения двух перпендикуляров, проведенных из точек:
температура 38 0С, суммарный массовый выход-5,5%;
температура 58 0С, суммарный массовый выход-8,63% и т.д.
Полностью построение ИТК Никольской нефти приведено на рис.1(Приложение)
Для построения кривых свойств нефтей (плотность, молекулярная масса) необходимо на оси абсцисс откладывать средние ординаты каждой фракции. Например, положение средней ординаты фракции
28 - 38 0С на оси абсцисс равно
где 2,6 - массовый выход фракции до 28 0С, %
2,90 - массовый выход фракции 28 - 38 0С, %
Для фракции 38 - 58 0С средняя ордината составит
Из полученных точек (4,05 , 7,06 %) восстанавливаются перпендикуляры и на них в соответствии с выбранным масштабом ординат откладывают значение плотности и молекулярной массы. В нашем случае для фракции 28 - 38 0С плотность и молекулярная масса будут соответственно 0,632 и 78; для фракции 38 - 58 0С - 0,658 и 85 и т.д. (рис. 1 Приложение). Полученные точки кривых разгонок ИТК, плотностей и молекулярной массы узких фракций нефти плавно соединяются в линии. Построение приведенных кривых удобно выполнять на миллиметровой бумаге, каждая кривая рисунка должна иметь соответствующее обозначение.
3. Выбор ассортимента получаемых продуктов
Выбор ассортимента продуктов, выделяемых из нефти, осуществляется с использованием свойств нефтяных фракций приведенных в таблицах 1 – 7 и кривых разгонки, приведенных на рис.1..
Выбор ассортимента продуктов производится на основании потребностей народного хозяйства в продуктах и в соответствии с стандарты на данные продукты. Основными критериями оценки возможности получения товарных продуктов является:
-для бензинов - октановое число, фракционный состав;
-для реактивного топлива – плотность, фракционный состав, температура кристаллизации и содержание серы;
-для дизельного топлива - температура застывания, фракционный состав и содержание серы.
Если бензиновые фракции не удовлетворяют по октановому числу какой-либо марке бензинов, то их можно рекомендовать в качестве сырья для процесса каталитического риформинга с целью получения высокооктанового компонента бензина, либо использовать для производства ароматических углеводородов. В этом случае оценочным критерием является содержание нафтеновых углеводородов в соответствующей бензиновой фракции, массовая доля которых не должна быть менее 25%.
Следует иметь в виду, что если из данной нефти возможно получение фракции реактивного топлива, то за температуру конца кипения бензиновой фракции принимается температура начала кипения фракции реактивного топлива (РТ).
Если по какому-то показателю получаемая из нефти фракция не отвечает требованиям ГОСТа, то ее можно рекомендовать в качестве компонента товарного продукта при условии запаса качества по другим показателям. Например, дизельная фракция (ДТ) имеет массовое содержание серы 0,25 % и температуру застывания минус 20 0С. Такую фракцию целесообразно рекомендовать как компонент дизельного топлива марки Л-0,2, которую можно смешивать с фракцией дизельного топлива, с массовым содержанием серы менее 0,2 % серы, но имеющей температуру застывания не более минус 10 0С.
Если выделяемая из нефти фракция содержит в своем составе завышенное количество серы, но удовлетворяет требованиям ГОСТа по другим показателям, то такие фракции необходимо подвергать гидроочистке.
Остаточные фракции, выкипающие выше 350 0С, могут быть использованы для получения котельных топлив, сырья для каталитического крекинга, дистиллятных масляных фракций и гудрона. Гудрон (фр. выше 500 0С), может быть использован для получения остаточных масел, битума или направлен на коксование. В случае переработки нефти по топливному варианту из справочника приводятся данные по характеристике сырья для каталитического крекинга (как правило, это фракция 300-500 0С). Если выбирается масляный вариант, то необходимо привести данные по свойствам базовых масел, если они имеются в справочнике. Сравнение фактических показателей с требованиями стандартов для выделяемых фракций из нефти должны быть оформлены в виде таблиц, на основании которых делаются выводы о соответствии рассматриваемых фракций нефти требованиям ГОСТа на товарный продукт. Если по какому-то показателю выбранные фракции не соответствуют требованиям ГОСТа, то следует дать рекомендации о дальнейшем их использовании.
В качестве примера в табл. 9 приведены сравнения фактических показателей с требованиями ГОСТа для фракций, выделяемых из Никольской нефти. После сравнительного анализа фактических показателей получаемых продуктов с показателями ГОСТа необходимо дать рекомендации по их использованию. Например.
Бензин (н.к.- 62 0С) - целесообразно направить на изомеризацию для получения компонента автомобильного бензина.
Бензин (62 - 85 0С) - используется в качестве сырья каталитического риформинга с целью получения ароматических углеводородов (бензола).
Бензин (85 - 120 0С) - используется в качестве сырья каталитического риформинга, а после каталитического риформинга может быть использован с целью получения толуола или как высокооктановый компонент автомобильного бензина.
Реактивное топливо (120 - 230 0С) - проходит как реактивное топливо марки ТС-1 (ГОСТ 10227-62).
Дизельное топливо (230 - 350 0С) - данная фракция не удовлетворяет требованиям ГОСТ по содержанию серы, температуре застывания, температуре выкипания 50 % точки. Рекомендуется использовать ее как компонент дизельного топлива марки Л-0,5 (ГОСТ 305-82).
Вакуумный газойль (350 - 500 0С) - используется в качестве сырья каталитического крекинга.
Гудрон (500 0С и выше) - направляется на коксование для получения нефтяного электродного кокса.
Таблица 9 - Сравнение качества продуктов, получаемых из
Никольской нефти с требованиями ГОСТа
|
Наименование продуктов и пределы их выкипания |
Показатели качества |
Фактические показатели |
Показатели ГОСТа |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
Бензин (н.к. - 62 0С) |
- |
- |
не норм. |
|
2 |
Бензин (62 - 85 0С) |
Массовое содержание нафтеновых углеводородов, % |
27 |
не норм. |
|
3 |
Бензин (85 - 120 0С) |
Массовое содержание нафтеновых углеводородов, % |
21 |
не норм. |
|
4 |
Реактивное топливо (120-230 0С) |
Плотность, |
0,778 |
0,775 не менее |
|
Температура кристаллизации, 0С |
минус 60 |
минус 60 не выше |
||
|
Фракционный состав, 0С |
||||
|
н.к. |
137 |
150 не выше |
||
|
выкипает 10 % |
147 |
165 не выше |
||
|
выкипает 50 % |
173 |
195 не выше |
||
|
выкипает 90 % |
220 |
230 не выше |
||
|
выкипает 98 % |
226 |
250 не выше |
||
|
Массовое содержание серы, %, в т.ч. меркаптановой серы, % |
0,15 0,007 |
0,25 не более 0,005 не более |
||
|
5 |
Дизельное топливо (230 – 350 0С) |
Фракционный состав, 0С |
||
|
выкипает 10 % |
270 |
не норм. |
||
|
выкипает 50 % |
290 |
280 не выше |
||
|
выкипает 96 % |
332 |
360 не выше |
||
|
Температура застывания, 0С |
минус 8 |
Минус 10 не выше |
||
|
Массовое содержание серы, % |
0,58 |
0,5 не выше |
||
|
6 |
Вакуумный газойль (350 - 500 0С) |
Массовое содержание смол, % |
2,0 |
не норм. |
|
Коксуемость, % |
0,12 |
не норм. |
||
|
7 |
Гудрон (500 0С и выше) |
Коксуемость, % |
12,68 |
не норм. |
4. Выбор и обоснование выбора технологической
схемы установки
При выборе технологической схемы установки прямой перегонки нефти прежде всего необходимо установить, по какой схеме следует осуществлять переработку нефти. Если в нефти массовая доля бензиновой фракции, которую предполагается выводить, на проектируемой установке превышает 10 %, то в атмосферной части необходимо применять схему двукратного испарения и двукратной ректификации. Например, согласно ассортименту получаемых продуктов, из нефти выводится бензиновая фр. н.к.- 120 0С, массовая доля которой в нефти составляет 18,4 %. В этом случае принимается схема с предварительным испарением нефти в отдельной ректификационной колонне. Если в нефти массовая доля указанной бензиновой фракции меньше 10 %, то технологическая схема проектируется без колонны предварительного испарения.
Паровое орошение в колонне предварительного испарения создается "горячей струей", а в основной атмосферной колонне путем подачи водяного пара в низ колонны. При выборе технологической схемы установки необходимо учитывать наличие растворенного газа в нефти (ф.р. до 28 0С). Если его массовая концентрация превышает 0,3 %, то на проектируемой установке необходимо предусмотреть блок стабилизации бензиновой фракции.
Для обеспечения максимального отбора из мазута дистиллятов при минимальном термическом разложении углеводородов необходимо перегонку осуществлять в вакууме в сочетании с подачей в низ вакуумной колонны водяного пара.
При выборе схемы установки необходимо дать разъяснения:
с какой целью применяются теплообменники;
почему применяют многопоточную схему движения нефти через теплообменники;
по обоснованию выбора конденсационно-холодильной аппаратуры;
с какой целью боковые погоны с колонны выводятся через отпарные колонны и т.д.
Далее необходимо скомпоновать выбранную схему. Для этого можно использовать схемы обвязки отдельных узлов установки, приводимых в приложении (рис.2 - 5). Схему следует выполнить на миллиметровой бумаге размером А-3, либо в компьютерном исполнении и приложить после ее описания (п.3.1)
4.1 Описание технологической схемы установки
В описании должен быть указан порядок прохождения каждого потока через соответствующие аппараты до откачки с установки. Например (описывается схема с двукратным испарением и двукратной ректификацией), обессоленная и обезвоженная нефть после ЭЛОУ насосом Н-1 прокачивается двумя потоками через теплообменник Т-1, Т-2, Т-3, Т-4 и т. д., где подогревается до температуры 200-2200С за счет тепла отходящих потоков: РТ, ДТ, циркуляционного орошения, вакуумного газойля и гудрона. После теплообменников оба потока объединяются и поступают в эвапорационную зону колонны предварительного испарения К-1. С верха колонны отводятся газы и пары легкой бензиновой фракции Н. К.- 85 0С, которые поступают в конденсатор-холодильник ХК-1. Сконденсированные пары бензиновой фракции перетекают в емкость Е-1, где проходит сепарация растворенных газов и отделение воды от бензина. Вода дренируется в канализацию, а бензиновая фракция насосом Н-3 направляется на стабилизацию в колонну К-4 через теплообменник Т-7, где осуществляется подогрев за счет тепла стабильного бензина, выводимого с низа К-4.Часть бензина используется в качестве орошения К-1. Газы, выходящие с К-4, конденсируются в конденсаторе-холодильнике ХК-3 и поступают в емкость Е-3. Несконденсированные газы из Е-1 отводятся в линию сухого газа или используются в качестве топлива для печей П-1 и П-2.Сжиженный газ насосом Н-10 отводится с установки, часть его используется в качестве орошения К-4.
Отбензиненная нефть с низа К-1 насосом Н-2 прокачивается через П-1, где нагревается до температуры 360 0С и поступает в основную атмосферную колонну К-2. Часть нагретой отбензиненной нефти используется для создания парового орошения в К-1 в виде горячей струи. Аналогично проводится описание всех остальных потоков установки.
5. Технологический расчет установки
В этот раздел входит составление материального баланса установки в целом, материального баланса колонны предварительного испарения (если имеется в схеме) и основной ректификационной колонны, расчет доли отгона сырья на входе в основную колонну и расчет технологических параметров основной и отпарной колонн и тепловой баланс установки.
5.1 Материальный баланс установки
Установки первичной переработки нефти работают круглосуточно без остановок с числом рабочих дней в году - 340. В табл. 10 приведен расчет материального баланса установки производительностью 6,0 млн. тонн нефти в год.
5.2 Технологический расчет
ректификационной колонны
На основании литературных и практических данных принимаются следующие условия:
в концентрационной 10-15 шт на каждый выводимый продукт;
Таблица 10 - Материальный баланс установки
|
Наименование сырья и продуктов |
Выход на нефть, % |
Отбор |
Фактический выход на нефть,% |
Тыс. тонн в год |
кг/ч |
|
Взято: Нефть |
100 |
--- |
100 |
6000 |
735294 |
|
Получено: легкий бензин (НК-85 0С) |
13,0 |
0,98 |
12,74 |
764,4 |
93676 |
|
Бензин (85 - 120 0С) |
7,0 |
0,98 |
6,86 |
411,6 |
50441 |
|
Реактивное топливо (120 - 230 0С) |
22,2 |
0,96 |
21,31 |
1278,6 |
156691 |
|
Дизельное топливо (230 - 350 0С) |
22,8 |
0,96 |
21,90 |
1314,0 |
161029 |
|
Вакуумный газойль (350 - 500 0С) |
19,7 |
0,95 |
18,72 |
1123,2 |
137647 |
|
Гудрон (500 0С и выше) |
15,3 |
1,20 |
18,47 |
1108,2 |
135809 |
|
Итого: |
100 |
6000 |
735294 |
Фактический выход гудрона определяется как разность:
Отбор гудрона составляет:
5.3 Материальный баланс колонн
Материальный баланс основной ректификационной колонны рассчитывается в двух вариантах:1 вариант для схемы с однократным испарением и однократной ректификацией (таблица 11), 2 вариант для двухколонной схемы (таблица 12). Для составления материального баланса колонны используют кривые разгонки нефти (п.2.2). Для удобства пользования кривыми разгонки нефти все расчеты проводятся на 100 кг нефти.
Таблица 11 - Материальный баланс основной ректификационной
колонны (вариант 1)
|
Наименование сырья и продуктов |
Выход по ИТК, кг |
Отбор |
Фактический выход, % |
Мi |
Тi |
|
|
Взято: Нефть |
100,0 |
100,0 |
92 |
64 |
0,691 |
|
|
Получено: Бензин (Н.К. - 120 0С) |
20,0 |
0,98 |
19,6 |
92 |
64 |
0,691 |
|
Реактивное топливо (120 - 230 0С) |
22,2 |
0,96 |
21,3 |
142 |
176 |
0,787 |
|
Дизельное топливо (230 - 350 0С) |
22,8 |
0,96 |
21,9 |
240 |
289 |
0,850 |
|
Мазут (350 0С и выше) |
35,0 |
1,062 |
37,2 |
415 |
460 |
0,915 |
|
Итого: |
100,0 |
100,0 |
Фактический выход мазута:
Отбор мазута составляет:
Если согласно принятой схеме имеется колонна предварительного испарения, то необходимо из общего баланса сырья, поступающего в основную ректификационную колонну, вычесть количество фракций, отбираемых в колонне К-1.
Например, в колонне К-1 отбирается фракция н.к.- 85 0С в количестве 13,0 кг. В этом случае материальный баланс основной атмосферной колонны будет следующим (таблица 12).
Таблица 12 - Материальный баланс основной ректификационной
колонны К-2 отбензинненой нефти (вариант 2)
|
Наименование сырья и продуктов |
Выход по ИТК, кг |
Отбор |
Фактический выход, % |
Мi |
Тi |
|
|
Взято: Отбенз. нефть |
87,26 |
--- |
87,26 |
--- |
--- |
--- |
|
Получено: Бензин (85 - 120 0С) |
7,0 |
0,98 |
6,86 |
108 |
101 |
0,740 |
|
Реактивное топливо (120 - 230 0С) |
22,2 |
0,96 |
21,3 |
142 |
176 |
0,787 |
|
Дизельное топливо (230 - 350 0С) |
22,8 |
0,96 |
21,9 |
240 |
289 |
0,850 |
|
Мазут (350 0С и выше) |
35,26 |
1,055 |
37,2 |
415 |
460 |
0,915 |
|
Итого: |
87,26 |
87,26 |
5.4 Расчет однократного испарения (доли отгона)
сырья на входе в колонну
Расчет заключается в определении доли паровой фазы (доли отгона), образующейся при нагреве нефти до заданной температуры.
Исходя из материального баланса для любого компонента нефти, имеем:
(5)
где e' - мольная доля отгона;
Fi' , y'i , xi' - мольные доли рассматриваемого компонента в сырье (F'i ), паровой (y'i ) и жидкой (x'i) фазах.
По закону Рауля: , (6)
где ki - константа фазового равновесия компонента, которую можно
определить из выражения:
, (7)
Pi - упругость i -го компонента при заданной температуре;
П - общее давление системы.
Решая уравнение (2) совместно с уравнением (1) относительно x'i , имеем:
(8)
Учитывая, что сумма мольных долей всех компонентов в жидкой фазе должна быть равна единице, получается выражение:
(9)
Решение данного уравнения осуществляется методом подбора мольной доли отгона "e' "
Порядок расчета однократного испарения заключается в следующем:
F2 - 50-1000С; F3 - 100-150 0С и т.д.).
Если в схеме установки предусмотрена колонна предварительного испарения, то началом кипения первой фракции будет конец кипения выделяемой фракции в колонне предварительного испарения. Например, в К-1 выделяется фракция н.к.- 85 0С, тогда разбивку нефти на узкие фракции для колонны К-2 необходимо начать 85 - 100 0С, 100 - 150 0С и т.д.;
Fi (кг i-го компонента по ИТК),
Мi (средняя молекулярная масса),
Ti (средняя температура кипения),
(средняя плотность);
; (10)
() фаз;
, (13)
, , (14)
Все расчеты по однократному испарению следует выполнять в виде таблицы 13.
Таблица 13 - Расчет доли отгона сырья на входе в колонну при 330 0С
и 0,2 МПа
|
Фракция |
Fi |
Ti |
Mi |
Плотность |
Ni |
Fi' |
Pi330 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
28-50 |
7,1 |
38 |
70 |
0638 |
0,1014 |
0,1754 |
104,194 |
|
50-100 |
9,3 |
75 |
97 |
0,708 |
0,0959 |
0,1658 |
13,122 |
|
… |
|||||||
|
… |
|||||||
|
400-450 |
7,9 |
426 |
378 |
0,904 |
0,0209 |
0,0361 |
0,015 |
|
450 и выше |
19,0 |
507 |
413 |
0,932 |
0,0460 |
0,0196 |
0,003 |
|
ИТОГО |
100,0 |
1,0000 |
Продолжение табл. 13
|
Фракция |
Кi |
Кi-1 |
Принято e'=0,849 |
x'i |
y'i |
|
|
e' (K i - 1) |
1+e' (K i - 1) |
|||||
|
1 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
28-50 |
520,968 |
519,968 |
441,406 |
442,406 |
0,0004 |
0,2066 |
|
50-100 |
65,611 |
64,611 |
54,849 |
55,849 |
0,0030 |
0,1948 |
|
… |
||||||
|
… |
||||||
|
400-450 |
0,075 |
-0,925 |
-0,785 |
0,215 |
0,1682 |
0,0127 |
|
450 и выше |
0,025 |
-0,975 |
-0,836 |
0,164 |
0,4859 |
0,0073 |
|
ИТОГО |
1,0000 |
1,0000 |
Продолжение табл. 13
|
Фракция |
Mi xi |
Mi yi |
xi |
yi |
||
|
1 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
28-50 |
0,028 |
14,461 |
0,0001 |
0,1030 |
0,0001 |
0,1614 |
|
50-100 |
0,288 |
18,897 |
0,0008 |
0,1346 |
0,0011 |
0,1901 |
|
… |
||||||
|
… |
||||||
|
400-450 |
63,565 |
4,783 |
0,1787 |
0,0341 |
0,1977 |
0,0377 |
|
450 и выше |
250,657 |
2,999 |
0,5641 |
0,0214 |
0,6053 |
0,0229 |
|
ИТОГО |
355,710 |
14,440 |
1,0000 |
1,0000 |
1,1008 |
1,2806 |
При решении методом подбора полезно воспользоваться графиком зависимости от e'.
Массовая доля отгона определяется из уравнения
(15)
Плотность паровой и жидкой фаз определяется из выражений
; , (16)
Полученные значения в дальнейшем используются для расчета величин теплосодержания потоков.
В случае расчета доли отгона на ЭВМ необходимо составить таблицу исходных данных, принятых для машинной программы.
Таблица 14 - Исходные данные для расчета доли отгона на входе в
колонну на ЭВМ "ДЗ-28"
|
Номер компонента |
21ДАТА |
26ДАТА |
31ДАТА |
36ДАТА |
N= |
|
1 |
А (1) |
Т (1) |
М (1) |
Д (1) |
P= |
|
2 |
А (2) |
Т (2) |
М (2) |
Д (2) |
T= Z= |
|
. . . |
. . . |
. . . |
. . . |
. . . |
|
|
N |
А (N) |
Т (N) |
М (N) |
Д (N) |
F=100 |
где А(1), Т(1), М(1), Д(1) - соответственно массовая доля, температура кипения, молекулярная масса и плотность компонента; N - число компонентов; Р - давление, МПа; Т - температура сырья,0С; Z - кол. водяного пара, % на сырье; Р - количество сырья, кг/100 кг исходного сырья. Исходные данные, вносимые в эту таблицу, находят аналогично указанному в п.п.5.4.
Ниже приведен образец расчета доли отгона на входе в К-2.
N - число компонентов, Р - давление, Т - температура сырья
КОЛ. СЫРЬЯ 100,00 N 10 T 330 P .200 Д ,816
Таблица 15 - Расчет доли отгона
|
МАССА, КГ |
ПЛОТН. |
ТЕМП. КИП. |
МОЛ.МАС. |
УПР. ПАРОВ |
||||
|
7.10 |
.6380 |
38.0 |
70.0 |
104.1936 |
||||
|
9.30 |
.7080 |
75.0 |
97.0 |
13.1221 |
||||
|
9.60 |
.7560 |
126.0 |
115.0 |
3.3952 |
||||
|
10.60 |
175.0 |
140.0 |
1.4730 |
|||||
|
9.60 |
.8170 |
225.0 |
177.0 |
.6586 |
||||
|
9.80 |
.8420 |
275.0 |
225.0 |
.2781 |
||||
|
8.80 |
.8670 |
326.0 |
278.0 |
.1080 |
||||
|
8.30 |
.8850 |
375.0 |
328.0 |
.0416 |
||||
|
7.90 |
.9040 |
426.0 |
378.0 |
.0150 |
||||
|
19.00 |
.9320 |
507.0 |
413.0 |
.0030 |
МОЛ. ДОЛЯ ОТГОНА .8489 МАС ДОЛЯ ОТГОНА .6893
ПЛОТНОСТЬ ПАРОВОЙ ФАЗЫ .7808, ЖИДКОЙ ФАЗЫ .9084
ЭНТ ЖИДК 777.96 ЭНТ ПАРА 1057.94 ЭНТ СЫРЬЯ 970.94
5.5 Расчет температуры верха
основной ректификационной колонны К-2
Температура верха колонны рассчитывается из условия конца однократного испарения паров, уходящих с верха колонны:
, (17)
где y'i - мольная доля i-го компонента в парах;
ki - константа фазового равновесия i-го компонента при давлении и температуре верха , (18)
где Рi - упругость паров i-го компонента при температуре верха колонны, МПа;
Рb - давление верха колонны, МПа.
Расчет производится с определением количества водяного пара, выходящего из К-2:
, (19)
где G1 , G2 , G3 - соответственно количество водяного пара, подаваемого вниз К-2 (2-3 % на мазут), в отпарные колонны РТ и ДТ (1-1,2 % на выводимый продукт).
Далее определяется давление на верху К-2:
, МПа , (20)
где Рн - давление в нижней части колонны, МПа;
n - число тарелок в колонне;
p - перепад давления на одной тарелке, МПа.
Выводимая из К-2 бензиновая фракция разбивается на 2-3 узкие фракции в равном пропорциональном отношении по массе. Например, на долю фракции 85 - 120 0С приходится 6,8 кг. Эта фракция разбивается на две равные части по 3,4 кг, тогда фракционный состав узких фракций будет 85 - 102 0С и 102 - 120 0С. По кривым разгонки находят их характеристики (Мi , Ti). Расчет температуры верха К-2 ведется методом подбора. Для этого задается конкретная температура верха, и вычисляется сумма отношений Уi / Кi / . Если не соблюдается, ниже приведенное условие, следует принять другую температуру верха колонны и провести расчет еще раз. Результаты расчета сводятся в табл.16.
Таблица 16 - Расчет температуры верха К-2 (при циркуляционном
орошении)
|
TВ = |
||||||||
|
Фракция |
кг по ИТК |
Мi |
Тi |
кг моль Ni |
Рi |
ki |
||
|
85-102 |
3,4 |
|||||||
|
102-120 |
3,4 |
|||||||
|
в.п. |
G В.П. |
yв.п. |
||||||
|
1,000 |
Температура верха считается найденной, если соблюдается условие
При найденной температуре верха К-2 необходимо определить температуру конденсации водяного пара ТК , для чего определяют парциальное давление водяного пара РВ.П.:
РВ.П. = РВ. х УВ.П х 7600, мм рт. ст.
где РВ - давление наверху К-2 , МПа;
УВ.П - мольная доля водяного пара (находится из табл. 16)
Определив РВ.П. , находят температуру конденсации водяного пара ТК.
, 0С. (21)
Если значение ТК ниже температуры верха колонны на 10 0С и более, то можно приступить к определению количества тепла, снимаемого циркуляционным орошением, которое находится из теплового баланса. Если разница между ТК и ТВ меньше 10 0С, то расчет температуры верха К-2 необходимо вести с учетом подачи в колонну острого орошения. Общая методика расчета в этом случае не меняется, для чего принимается количество острого орошения gор = 30 кг, температуру орошения 40 0С, количество водяного пара прежним (GВ.П.). Количество острого орошения разбивается на равные доли пропорционально количеству узких фракций в бензине и расчет температуры верха сводится в табл.17
Таблица 17 - Расчет температуры верха К-2 (при остром орошении)
|
TВ = |
||||||||
|
Фракция бензина |
кг по ИТК |
Кол-во орош., кг |
Сумм. кол-во, кг |
кг моль Ni |
Рi |
ki |
||
|
85-102 |
3,4 |
15,0 |
18,4 |
|||||
|
102-120 |
3,4 |
15,0 |
18,4 |
|||||
|
в.п. |
G В.П. |
- |
G В.П. |
- |
|
0 |
||
|
1,000 |
Температура верха считается найденной, если соблюдается условие приведенное в предыдущем расчете.
5.6 Расчет теплового баланса основной ректификационной колонны
После определения температуры верха колоны К-2 определяют количество тепла, снимаемого острым орошением, циркуляционными орошениями в зонах вывода РТ и ДТ. Схема потоков колонны К-2 с упомянутыми орошениями приведена на рисунке 6 (Приложение).
Для составления теплового баланса необходимо рассчитать температуру вывода потоков РТ и ДТ из отпарных колонн. Для расчета указанных температур используются эмпирические формулы (22) и (23).
Температура вывода РТ
, (22)
где Т - температура сырья, поступающего в колонну, 0С;
N1, N2, N3 - соответственно число тарелок от ввода сырья до вывода дизельного топлива, от вывода ДТ до РТ, от вывода РТ до вывода бензина. Это количество тарелок следует принять в соответствии с рис.6.
ТВ - температура верха колонны, 0С
Температура вывода ДТ
, (23)
Уравнение топливного баланса колонны К-2 в общем виде можно выразить следующим образом:
Q прих = Q расх (24)
где Q прих - количество тепла, вносимого сырьем Q F в колонну, кДж;
Q расх - количество тепла, снимаемое мазутом Q м , дизельным топливом Qдт , реактивным топливом Q рт , парами бензина Q б и острым орошением Q ор , кДж
Q расх. = Q м + Q дт + Q рт + Q б + Q ор + Q цо (25)
По разнице Q прих = Q расх найдем количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением.Количество тепла, вносимое сырьем Q F в колонну, рассчитывается по уравнению
, кДж (26)
где F - количество сырья, поступившего в К-2 , кг;
J t , i t - теплосодержание паров и жидкости при температуре ввода сырья, кДж / кг;
eм - массовая доля отгона.
Величину теплосодержания можно определить по эмпирическим формулам
(27)
(28)
где t - температура, при которой определяется теплосодержание, 0С;
y , x - плотности паров и жидкости (используются данные расчетов плотностей паровой и жидкой фаз по данным табл.13).
Количество тепла, снимаемое потоком мазута:
, кДж (29)
где М - количество мазута, кг;
i м -теплосодержание мазута при температуре низа колонны, кДж/кг
t м - температура мазута, выводимого из колонны, 0С
; (30)
i м - находят по уравнению (28) в зависимости от температуры t м и плотности м мазута (табл.11 или 12).
Количество тепла, снимаемое потоком дизельного топлива:
, кДж (31)
Количество тепла, снимаемое потоком реактивного топлива:
, кДж (32)
Количество тепла, снимаемое парами бензина:
, кДж (33)
где Б - количество бензина, выводимого из К-2 , кг;
-теплосодержание паров при температуре верха К-2 и плотности паров бензина определяется по уравнению (27), кДж /кг
Количество тепла, снимаемое острым орошением:
, кДж (34)
где g ор - количество орошения, подаваемое в колонну К-2 , кг;
- теплосодержание паров при температуре верха К-2 , кДж/кг;
i40 - теплосодержание бензина при температуре охлаждения
(400С), кДж / кг
При расчете теплосодержания паров бензина следует использовать значение плотности этого потока определенное расчетом и приведенным в табл. 13. При расчете теплосодержания потоков РТ и ДТ следует использовать значение плотностей этих потоков из табл.11 или 12.
Количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением Q цо в зоне вывода реактивного и дизельного топлива, определяется из выражения
Q цо = Q прих - Q расх (35)
Значение Q цо разбивается на и на .в соотношении 60 % : 40 %.
Для наглядности полученные результаты расчета теплового баланса следует привести на схеме основной ректификационной колонны, изображенной на рис.6.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Значение упругости паров
Упругость паров i-го компонента рассчитывается по формуле
где ; t1 - температура системы; t2 - средняя температура i-го компонента
|
Вi |
Pi |
Вi |
Pi |
Вi |
Pi |
Вi |
Pi |
|||||||
|
2,00 |
244,34306 |
1,65 |
7,33605 |
1,34 |
1,42679 |
0,99 |
0,08895 |
|||||||
|
1,99 |
210,64232 |
1,64 |
6,93845 |
1,33 |
1,35203 |
0,98 |
0,07889 |
|||||||
|
1,98 |
182,23989 |
1,63 |
6,52626 |
1,32 |
1,28020 |
0,97 |
0,06974 |
|||||||
|
1,97 |
158,22127 |
1,62 |
6,14593 |
1,31 |
1,21117 |
0,96 |
0,06147 |
|||||||
|
1,96 |
137,84190 |
1,61 |
5,79436 |
1,30 |
1,14482 |
0,95 |
0,05400 |
|||||||
|
1,95 |
120,49361 |
1,60 |
5,46875 |
1,29 |
1,08105 |
0,94 |
0,04729 |
|||||||
|
1,94 |
105,67798 |
1,59 |
5,16663 |
1,28 |
1,01978 |
0,93 |
0,04127 |
|||||||
|
1,93 |
92,98527 |
1,58 |
4,88578 |
1,27 |
0,96092 |
0,92 |
0,03589 |
|||||||
|
1,92 |
82,07755 |
1,57 |
4,62424 |
1,26 |
0,90440 |
0,91 |
0,03111 |
|||||||
|
1,91 |
72,67525 |
1,56 |
4,38023 |
1,25 |
0,85016 |
0,90 |
0,02687 |
|||||||
|
1,90 |
64,54640 |
1,55 |
4,15218 |
1,24 |
0,79813 |
0,89 |
0,02312 |
|||||||
|
1,89 |
57,49793 |
1,54 |
3,93866 |
1,23 |
0,74826 |
0,88 |
0,01982 |
|||||||
|
1,88 |
51,36869 |
1,53 |
3,73840 |
1,22 |
0,70050 |
0,87 |
0,01693 |
|||||||
|
1,87 |
46,02378 |
1,52 |
3,55025 |
1,21 |
0,65481 |
0,86 |
0,01441 |
|||||||
|
1,86 |
41,34995 |
1,51 |
3,37318 |
1,20 |
0,61114 |
0,85 |
0,01222 |
|||||||
|
1,85 |
37,25186 |
1,50 |
3,20627 |
1,19 |
0,56946 |
0,84 |
0,01031 |
|||||||
|
1,84 |
33,64904 |
1,49 |
3,04867 |
1,18 |
0,52972 |
0,83 |
0,00867 |
|||||||
|
1,83 |
30,47337 |
1,48 |
2,89963 |
1,17 |
0,49189 |
0,82 |
0,00726 |
|||||||
|
1,82 |
27,66704 |
1,47 |
2,75847 |
1,16 |
0,45592 |
0,81 |
0,00606 |
|||||||
|
1,81 |
25,18087 |
1,46 |
2,62457 |
1,15 |
0,52179 |
0,80 |
0,00503 |
|||||||
|
1,80 |
22,97291 |
1,45 |
2,49738 |
1,14 |
0,38944 |
0,78 |
0,00343 |
|||||||
|
1,79 |
21,00729 |
1,44 |
2,37639 |
1,13 |
0,35885 |
0,76 |
0,00229 |
|||||||
|
1,78 |
19,25324 |
1,43 |
2,21615 |
1,12 |
0,32997 |
0,74 |
0,00151 |
|||||||
|
1,77 |
17,68436 |
1,42 |
2,15125 |
1,11 |
0,30277 |
0,73 |
0,00121 |
|||||||
|
1,76 |
16,27787 |
1,41 |
2,04633 |
1,10 |
0,27718 |
0,72 |
0,00097 |
|||||||
|
1,75 |
15,01412 |
1,40 |
1,94604 |
1,09 |
0,25318 |
0,71 |
0,00078 |
|||||||
|
1,74 |
13,87612 |
1,39 |
1,85009 |
1,08 |
0,23072 |
0,70 |
0,00062 |
|||||||
|
1,73 |
12,84911 |
1,42 |
2,15125 |
1,07 |
0,20974 |
|||||||||
|
1,72 |
11,92028 |
1,41 |
2,04633 |
1,06 |
0,19019 |
|||||||||
|
1,71 |
11,07847 |
1,40 |
1,94604 |
1,05 |
0,17203 |
|||||||||
|
1,70 |
10,31393 |
1,39 |
1,85009 |
1,04 |
0,15519 |
|||||||||
|
1,69 |
9,61814 |
1,38 |
1,75821 |
1,03 |
0,13963 |
|||||||||
|
1,68 |
8,98363 |
1,37 |
1,67014 |
1,02 |
0,12528 |
|||||||||
|
1,67 |
8,40484 |
1,36 |
1,58568 |
1,01 |
0,11209 |
|||||||||
|
1,66 |
7,87301 |
1,35 |
1,50462 |
1,00 |
0,10000 |
PAGE 28