- •9. РАСЧЁТ ПОЛЕЗНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ
- •3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ
- •4. РАСЧЁТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
- •7. РАСЧЁТ СЕПАРАТОРОВ
- •9. РАСЧЁТ ПОЛЕЗНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ
- •12. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА УСТАНОВКЕ
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
7. РАСЧЁТ СЕПАРАТОРОВ
Для отделения гидрогенизата от ВСГ на установке предусмотрена сепарация газо-продуктовой смеси.
Расчёт горячего сепаратора С-1
Принимаем горячую сепарацию. Параметры первого горячего сепаратора высокого давления представляют собой такие значения: t=200°С, давление составляет р=2600 кПа. Состав газо-продуктовой смеси принят на основании таблицы 6.2, состав ЦВСГ принят согласно таблицы 6.1. Расчёт производим спомощью программы «Oil». Исходные данные представлены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 - Состав газо-продуктовой смеси
Продукты |
кг/ч |
водород |
3455 |
сероводород |
3096 |
метан |
10479 |
этан |
4895 |
пропан |
2394 |
бутан |
1679 |
бензин-отгон |
2915 |
ДТ очищенное |
218266 |
Итого: |
247179 |
Результаты расчёта представлены в таблицах 7.2 и 7.3. Иcxoдныe дaнныe:д нeфти или фpaкции G= 247179 Kг/чac
Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 2600 KПaмпepaтуpa oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 200 ^Cзультaты pacчeтa:вaя дoля oтгoнa пapoв e1= .1242972761392593льнaя дoля oтгoнa пapoв e= .6896399855613708лeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 64.555908203125лeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 182.1454772949219лeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 11.63523483276367
На основании расчётов определяем размеры первого сепаратора. Принимаем, что сепаратор горизонтальный.
Определим свободное сечение сепаратора:
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
,
где F - свободное сечение сепаратора для прохода паровой фазы, м2;- расход паровой фазы через сепаратор, м3/с;- допустимая скорость паров в свободном сечении сепаратора, м/с.
Свободное сечение сепаратора позволяет определить диаметр и длину сепаратора по формуле:
,
где d - диаметр сепаратора, м; Н - длина сепаратора, м.
Допустимая скорость паров в свободном сечении сепаратора определяется по формуле С. Н. Обрядчикова и П. А. Хохрякова [11]:
,
где - плотность жидкости при данных условиях, кг/м3; - плотность газа при данных условиях, кг/м3.
м/с.
,
где Gп - расход паровой фазы, кг/ч.
м3/с. Тогда:
м2.
Принимаем длину сепаратора равной: Н=4∙d [4]. Тогда диаметр сепаратора будет равен:
;
м.
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
Выбираем стандартную обечайку d=1,0 м, тогда Н=4 м. Расчёт холодного сепаратора С-2
В сепараторе С-2 выделяется циркулирующий ВСГ. Параметры холодного сепаратора: t=40°С и давление составляет р=2400 кПа. Расчёт производим с помощью программы «Oil». Сырьём этого сепаратора является паровая фаза из сепаратора С-1. Её состав принят на основании таблицы 7.3.
Результаты расчёта представлены в таблицах 7.5 и 7.6. Иcxoдныe дaнныe:д нeфти или фpaкции G= 30723.671875 Kг/чac
Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 2400 KПaмпepaтуpa oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 40 ^Cзультaты pacчeтa:вaя дoля oтгoнa пapoв e1=
.7791038155555725льнaя дoля oтгoнa пapoв e= .9778401255607605лeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 11.63536834716797лeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 115.9591293334961лeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 9.270566940307617
.
Свободное сечение сепаратора позволяет определить диаметр и длину сепаратора по формуле:
.
Допустимая скорость паров в свободном сечении сепаратора:
;
м/с.
;
м3/с. Тогда:
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
м2.
Принимаем длину сепаратора равной: Н=4∙d [4]. Тогда диаметр сепаратора будет равен:
;
м.
Выбираем стандартную обечайку: d=0,8 м, тогда Н=3,2 м.
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
8. РАСЧЁТ ФРАКЦИОНИРУЮЩЕЙ КОЛОННЫ
Для колонны принимаем клапанные прямоточные тарелки: 10 в отгонной части и 12 в укрепляющей, кратность орошения 3:1. Расход сырья 223242,1592 кг/ч (сырьём колонны является жидкая фаза "горячего" и "холодного" сепараторов). Расстояние между тарелками 500 мм.
Расчёт доли отгона на входе в колонну
Для расчёта доли отгона на входе в колонну используем программу «Oil». Результаты расчёта представлены в таблицах 8.1 и 8.2.
Иcxoдныe дaнныe:д нeфти или фpaкции G= 223242.15625 Kг/чac Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 250 KПaмпepaтуpa
oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 240 ^Cзультaты pacчeтa:вaя дoля oтгoнa пapoв e1= 8.13240110874176E-002льнaя дoля oтгoнa пapoв e= .1890700310468674лeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 179.0388946533203лeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 202.8260650634766лeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 77.00935363769531
8.2 Расчёт доли отгона в ёмкости орошения колонны
С помощью программы «Oil» найдём долю отгона в ёмкости орошения фракционирующей колонны. Результаты расчёта представлены в таблицах 8.5 и 8.6.
Иcxoдныe дaнныe:д нeфти или фpaкции G= 4986.56005859375 Kг/чacд вoдянoгo пapa Z= 0 Kг/чac
Плoтнocть ocтaткa P19= 980 Kг/M^3
Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 200 KПaмпepaтуpa oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 35 ^Cзультaты pacчeтa:вaя дoля oтгoнa пapoв e1=
.6278173327445984льнaя дoля oтгoнa пapoв e= .8946100473403931лeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 29.31504440307617лeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
Ml= 103.525032043457лeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 20.5726432800293
Расчёт температуры вверху колонны
Верхний продукт колонны в ёмкости орошения находится в парожидкостном состоянии. Следовательно, состав орошения, подаваемого наверх колонны, отличается от состава дистиллята, что необходимо учитывать в расчёте температуры верха колонны. В таблице 8.8 приведён состав паров дистиллята с учётом орошения. Молярные расходы дистиллята и орошения взяты из расчёта «Oil» в ёмкости орошения стабилизационной колонны.
Таблица 8.8 - Состав паров дистиллята с учётом орошения |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Компонент |
Молярный |
Молярный |
Молярный |
Суммарный |
Состав |
|
расход |
расход |
расход |
расход паров, |
паров, |
|
дистиллята, |
орошения, |
орошения с |
кмоль/час |
мольн. |
|
кмоль/час |
кмоль/час |
учётом |
|
доли |
|
|
|
кратности, |
|
|
|
|
|
кмоль/час |
|
|
водород |
64,1821 |
0.0725 |
0,2175 |
64,3996 |
0,2877 |
метан |
34,5607 |
0.0796 |
0,2388 |
34,7995 |
0,1554 |
этан |
16,0883 |
0.1282 |
0,3846 |
16,4729 |
0,0736 |
Н2S |
12,3374 |
0.1813 |
0,5439 |
12,8813 |
0,0575 |
пропан |
9,2464 |
0.2001 |
0,6003 |
9,8467 |
0,0440 |
бутан |
8,7299 |
0.5578 |
1,6734 |
10,4033 |
0,0465 |
28-62°С |
5,1658 |
1.2709 |
3,8127 |
8,9785 |
0,0401 |
62-85°С |
4,1030 |
1.9486 |
5,8458 |
9,9488 |
0,0444 |
85-105°С |
3,6683 |
2.4696 |
7,4088 |
11,0771 |
0,0495 |
105-140°С |
6,0728 |
5.2442 |
15,7326 |
21,8054 |
0,0974 |
140-180°С |
5,9478 |
5.7744 |
17,3232 |
23,2710 |
0,1039 |
Итого: |
170,1025 |
17.9272 |
53,7816 |
223,8841 |
1,0000 |
Температура вверху колонны определяется по уравнению изотермы паровой фазы [13]:
,
где - молярная доля i-того компонента в смеси углеводородов, включая орошение;- константа фазового равновесия i-того компонента, определяется по формуле:
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
,
где pi - давление насыщенных паров i-того компонента;- давление в колонне.
Давление насыщенных паров компонентов определяем по формуле Ашворта:
,
где pHI - давление насыщенных паров при температуре Т, Па;
Т0 - средняя температура кипения фракции при атмосферном давлении,
К.
Функция температур f(Т) и f(Т0) выражается уравнением:
.
Давление вверху колонны с учётом гидравлического сопротивления тарелок равно р=250-0,75∙12=241 кПа.
Расчёт производится с помощью программы «EXCEL». Ход расчёта представлен в виде таблицы 8.9:
Таблица 8.9 - Определение температуры вверху колонны |
|
||||
Компонент |
Ткип, °С |
f(Т) |
y′ |
K |
y′/K |
водород |
-252,8 |
56,72669 |
0,2877 |
113,0135 |
0,002546 |
метан |
-161,8 |
30,77651 |
0,1554 |
71,42153 |
0,002176 |
этан |
-90 |
17,2348 |
0,0736 |
32,47586 |
0,002266 |
Н2S |
46 |
7,311351 |
0,0575 |
2,86609 |
0,020062 |
пропан |
-42 |
12,28407 |
0,0440 |
15,78182 |
0,002788 |
бутан |
-6 |
9,792114 |
0,0465 |
8,330301 |
0,005582 |
28-62°С |
45 |
7,34999 |
0,0401 |
2,930141 |
0,013685 |
62-85°С |
73,5 |
6,354731 |
0,0444 |
1,523837 |
0,029137 |
85-105°С |
95 |
5,728382 |
0,0495 |
0,90117 |
0,0549929 |
105-140°С |
122,5 |
5,049809 |
0,0974 |
0,443498 |
0,219618 |
140-180°С |
160 |
4,296857 |
0,1039 |
0,160509 |
0,647315 |
Итого: |
|
|
1,0000 |
|
1,000103 |
За температуру верха примем температуру, равную Тверх=125°С. f(Т)=5,003865.
Определение температуры низа колонны
Температура внизу колонны определяется аналогично температуре вверху колонны по изотерме жидкой фазы [13]:
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
,
где ki - константа фазового равновесия i-того компонента в остатке колонны;
- молярная доля i-того компонента в остатке. Давление внизу колонны:=250+0,75∙10=258 кПа.
Расчёт температуры внизу колонны приведён в таблице 8.10:
Таблица 8.10 - Определение температуры внизу колонны |
|
||||
Компо-нент |
Ткип, |
f(Т) |
x′ |
K |
x′∙K |
|
°С |
|
|
|
|
180-210°С |
195 |
3,730188 |
0,222454 |
2,439565 |
0,542691 |
210-310°С |
260 |
2,923783 |
0,564689 |
0,750238 |
0,423651 |
310-360°С |
335 |
2,259177 |
0,212857 |
0,158265 |
0,033688 |
Итого: |
|
|
1,000000 |
|
1,00003 |
За температуру низа примем температуру, равную Тниз=292°С. f(Т)=2,609395.
Расчёт теплового баланса колонны
Согласно уравнению теплового баланса, Qприход=Qуход, где приход теплоты Qприход равен сумме теплоты, приходящей с сырьевым потоком, теплоты, вносимой орошением и горячей струёй. Расход теплоты Qуход равен сумме теплот, уходящих с верхним и нижним продуктами.
. Теплота, вносимая сырьевым потоком: =Gc∙[e∙H240п+(1-е)∙Н240ж]/3600,
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
где Gc - расход сырья на входе в колонну, кг/ч;
е - доля отгона паровой фазы;п и Н240ж - энтальпии паровой и жидкой фаз при температуре ввода в колонну.
п=b∙(4-r1515)-308,99,
где b=(129,58+0,134∙Т+0,00059∙Т2);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта рассчитывается по преобразованной формуле Крэга [13]:
r1515=1,03∙М/(44,29+М),
где М - молярная масса паровой фазы на входе в колонну. r1515=1,03∙77/(44,29+77)=0,6539.п=353,71∙(4-0,6539)-308,99=874,6
кДж/кг. Н240ж=а/(r1515)0,5,
где а=(0,0017∙Т2+0,762∙Т-334,25);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта, рассчитывается по преобразованной формуле Крэга [13]:
r1515=1,03∙М/(44,29+М),
где М - молярная масса жидкой фазы на входе в колонну. r1515=1,03∙203/(44,29+203)=0,8455.
Н240ж=503/(0,8455)0,5=547,0 кДж/кг.=223242,15625∙[0,0813∙874,6+(1- 0,0813)∙547,0]/3600=35572,0 кВт.
. Теплота, вносимая орошением:=Gорошения∙Н35ж/3600, где Gорошения - расход орошения с учётом кратности, кг/ч; Н35ж - энтальпия орошения при температуре 35°С. Н35ж=а/(r1515)0,5,
где а=(0,0017∙Т2+0,762∙Т-334,25);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта расчитывается по преобразованной формуле Крэга [13]:
r1515=1,03∙М/(44,29+М),
где М - молярная масса орошения.
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
r1515=1,03∙104/(44,29+104)=0,7224.
Н35ж=61,21/(0,7224)0,5=72,0 кДж/кг.=(1855,9109∙3∙72,0)/3600=111,4
кВт.
. Теплота, уходящая с верхним продуктом:ух 1=(Gдист.+Gор.)∙Н125п/3600,
где Gдист. - расход дистиллята, кг/ч;
Н125п - энтальпия паровой фазы при температуре верха колонны.п=b∙(4-r1515)-308,99,
где b=(129,58+0,134∙Т+0,00059∙Т2);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта рассчитывается по преобразованной формуле Крэга [13]:
r1515=1,03∙М/(44,29+М). r1515=1,03∙29,3/(44,29+29,3)=0,4101.п=276,62∙(4-0,4101)-308,99=684,0
кДж/кг.ух
1=(Gдист.+Gор.)∙Н125п/3600=(4986,5601+1855,9109∙3)∙684,0/3600=1300,1
кВт.
. Теплота, уходящая с фракцией 180-360°С:ух 2=Gфр.∙Н292ж/3600, где Gфр. - расход фракции 180-360°С, кг/ч;
Н292ж - энтальпия жидкой фазы при температуре куба колонны. Н292ж=а/(r1515)0,5,
где а=(0,0017∙Т2+0,762∙Т-334,25);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта расчитывается по формуле [13]:
r1515=r420+5α=0,8453+0,00356=0,84886. Н292ж=637,77/(0,84886)0,5=692,2 кДж/кг.ух
2=218255,5938.∙692,2/3600=41965,7 кВт.
. По дебалансу теплоты определяем количество теплоты, подводимой «горячей струёй».приход=35572,0+111,4=35683,4 кВт.уход=1300,1+41965,7=43265,8 кВт.уход-Qприход=43265,8- 35683,4=7582,4 кВт.
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
С помощью программы «Oil» расчитаем долю отгона паров в печи: Иcxoдныe дaнныe:д нeфти или фpaкции G= 218255.59375 Kг/чac Дaвлeниe пpи oднoкpaктнoм иcпapeнии P= 258 KПaмпepaтуpa
oднoкpaтнoгo иcпapeния T= 315 ^Cзультaты pacчeтa:вaя дoля oтгoнa пapoв e1= .5922557711601257льнaя дoля oтгoнa пapoв e= .6275001168251038лeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 202.6910400390625лeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 221.8687286376953лeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 191.306640625
Q3=G∙[e∙H315п+(1-е)∙Н315ж]/3600,
где G - расход «горячей струи», кг/ч;
е - доля отгона паровой фазы;п и Н315ж - энтальпии паровой и жидкой фаз.п=b∙(4-r1515)-308,99,
где b=(129,58+0,134∙Т+0,00059∙Т2);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта рассчитывается по преобразованной формуле Крэга [13]:
r1515=1,03∙М/(44,29+М). r1515=1,03∙191/(44,29+191)=0,8361.п=412,415∙(4-0,8361)-308,99=995,8
кДж/кг. Н315ж=а/(r1515)0,5,
где а=(0,0017∙Т2+0,762∙Т-334,25);
r1515 - относительная плотность нефтепродукта, рассчитывается по преобразованной формуле Крэга [13]:
r1515=1,03∙М/(44,29+М). r1515=1,03∙222/(44,29+222)=0,8587.
Н315ж=700,315/(0,8587)0,5=755,7 кДж/кг.=Q3·3600/[e∙H315п+(1- е)∙Н315ж]=7582,4·3600/[0,59∙995,8+(1-0,59)∙755,7]=
=30418,9 кг/ч.
Рассчитанный расход «горячей струи» обеспечивает поддержание
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
необходимого температурного режима в колонне стабилизации. Результаты расчета сведем в таблицу 8.11.
Таблица 8.11 Тепловой баланс фракционирующей колонны
Приход, Q кВт |
Расход, Q кВт |
|
|
Сырьё |
35572,0 |
Верхний продукт |
1300,1 |
Орошение |
111,4 |
Фракция 180-360°С |
41965,7 |
Пары из |
7582,4 |
|
|
печи |
|
|
|
Итого: |
43256,8 |
Итого: |
43265,8 |
Расчёт диаметра колонны
Молярный расход паров в зоне ввода сырья (берём из расчёта доли отгона на входе в колонну стабилизации):ввод=235,7437/3600=0,065 кмоль/с.
Молярный расход паров вверху колонны (берём из таблицы 8.8):верх=223,8841/3600=0,062 кмоль/с.
Молярный расход паров внизу колонны:низ=30418,9/(191∙3600)=0,044 кмоль/с,
где 30418,9 - расход горячей струи, кг/ч; - молярная масса, берём из расчёта доли отгона с помощью программы
«Oil» в печи.
Объёмный расход паров в зоне ввода сырья:
м3/с. Объёмный расход паров внизу колонны:
м3/с. Объёмный расход паров вверху колонны:
м3/с.
Расчёт диаметра нижней части колонны.
Допустимая линейная скорость в свободном сечении колонны рассчитывается по формуле Саундерса и Брауна [11]:
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
=0,6 м/с. где С=900 - коэффициент по [11];
ρП - плотность паров в нижей части колонны:
ρП===10,56 кг/м3 (где VП - объёмный расход паров внизу колонны, м3/с; 30418,9 - расход «горячей струи», кг/ч);
ρж - средняя плотность жидкости в нижней части колонны при средней температуре в нижней части колонны: (240+292)/2=266°С. Рассчитаем её:
ρ1515=(0,8455+0,84886)/2=0,84718, ρ4266=ρ1515-5α-α∙(266-20)=0,84718-0,00356-0,000712∙(266-20)=0,6685. Площадь рабочего сечения тарелки: S=VП/w=0,80/0,6=1,33 м2.
Диаметр колонны: D=1,13∙=1,3 м. Ближайший стандартный диаметр: D=1400 мм.
Расчёт диаметра верхней части колонны.
Допустимая линейная скорость в свободном сечении колонны рассчитывается по формуле Саундерса и Брауна [11]:
=0,96 м/с.
где С=900 - коэффициент; ρП - плотность паров в верхней части колонны:
ρП===2,14 кг/м3 (где 0,062 - молярный расход паров вверху колонны, кмоль/с; 0,85 - объёмный расход паров вверху колонны, м3/ с; 29,3 - молярная масса);
ρж - средняя плотность жидкости в верхней части колонны при средней температуре в верхней части колонны: (250+125)/2=187,5°С. Расчитаем её: ρ1515=(0,8455+0,7224)/2=0,7840.
ρ4187,5=ρ1515-5α-α∙(187,5-20)=0,7840-0,00396-0,000792∙(187,5- 20)=0,6474.
Площадь рабочего сечения тарелки:=VП/w=0,85/0,96=0,89 м2.
Диаметр колонны:=1,13∙=1,07 м. Ближайший стандартный диаметр: D=1200 мм.
8.7 Расчёт высоты колонны
. Высота тарельчатой части колонны:
https://new.guap.ru/iibmp/contacts |
СПБГУАП группа 4736 |
Н1=НТ∙(nТ-1)=0,5∙(22-1)=10,5 м,
где НТ - расстояние между тарелками, м;Т - число тарелок.
. Высота верхней части колонны принимается равной (0,5…1)D, принимаем НВ=1 м.
. Высоту эвапорационного пространства в месте ввода сырья и конического перехода принимаем равной НЭ=2 м.
. Высота эвапорационного пространства внизу колонны НЭН=1,5 м.
. Высота куба колонны составляет: НК=3 м.
. Высоту юбки принимаем равной: НЮ=3 м. Общая высота колонны: 10,5+1+2+1,5+3+3=21 м.