Проект установки депарафинизации рафината масляного дистиллята нефти месторождения русский хутор избирательными растворителями

2.1 Характеристика  сырья и получаемых продуктов

     Сырьем  установок депарафинизации являются  дистиллятные и остаточные рафинаты, получаемые в процессах селективной  очистки. От фракционного  химического  состава сырья зависит выбор   растворителя, его состав, способ и кратность его подачи, температура конечного охлаждения. В характеристику масляных рафинатов входят такие показатели, как: индекс вязкости, плотность, температура застывания. В характеристику гачей входят показатели: содержание масла, температура плавления, плотность.

Сырье – рафинат масляной фр. 350 – 450 ⁰ С никольской нефти бобриковского горизонта.

 

Таблица 2.1 – Характеристика сырья  и депарафинированного масла

Наименование  показателей

Значения

Рафинат 350 – 450 0 С Выход на фракцию, % масс. Плотность, кг/м3 Вязкость кинематическая (мм2/с):                                                  ν50                                                   ν100 Индекс вязкости Содержание серы, % масс. Температура застывания, 0 С Депарафинированное масло Выход на фракцию, % масс. 2.   Плотность, кг/м3 Вязкость кинематическая (мм2/с):                                                  ν50                                                   ν100 Индекс вязкости Содержание серы, % масс. Температура застывания, 0 С

100 871,8                            103 - -20   85 897   22,80 5,41 87 - -22

 

Выход гача, % масс. – 15

 

 

 

2.2 Материальный  баланс процесса депарафинизации

Соотношение сырье: растворитель – 1:2

Производительность установки  – 0,3 млн.т./год

Сырье – рафинат фр. 350 – 450 ⁰ С Никольской нефти бобриковского горизонта нефти

Таблица 2.2 – Материальный баланс

Наименование	Количество, % (масс.) от сырья	Состав растворов, % (масс.)	Количество, кг/ч
Взято на первой ступени:
1.   Рафинат	100,0		37500
2.   Свежий растворитель	200,0		75000
3.   Раствор фильтрата, 2 ступень в т.ч.	200,0		75000
а)   растворитель	190,0	95,0	71250
б)   фильтрат 2 ступени	10,0	5,0	3750
4.   Растворитель промывки	100,0		37500
Итого взято на первой ступени:	600,0		225000
Получено  с первой ступени:
1.Раствор депарафинированного  масла	525,0	100,0	196875
а) масло	85,0	16,2	31875
б) растворитель	440,0	83,8	165000
2.    Раствор гача:	75,0	100,0	28125
а) гач	25,0	33,3	9375
б) растворитель	50,0	66,7	18750
Итого получено на первой ступени:	600,0		225000
Взято на вторую ступень:
1.    Раствор гача  первой ступени	75,0	100,0	28125
а) гач	25,0	33,3	9375
б) растворитель на разбавление	50,0	66,7	18750
2. Растворитель промывки	205,0		76875
Итого на второй ступени:	280,0		105000
Получено  на второй ступени:
1.    Фильтрат второй  ступени	200,0	100,0	30000
а) масло	10,0	5,0	5625
б) растворитель	190,0	95,0	24375
2.   Раствор гача	80,0	100,0	75000
а) гач	15,0	18,8	3750
б) растворитель	65,0	81,2	71250
Итого получено на второй ступени:	280,0		105000

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчёт регенеративных кристаллизаторов

 

1 Определяем линейную скорость движения раствора сырья в кристаллизаторах по формуле:

W= V_р/(π *d²_внут*900*m) , (м/с)

V_р - объем раствора, м³/ч

d_внут. – диаметр внутренней трубы кристаллизатора (0,168 м)

m – число труб в кристаллизаторе (14)

2   Принимаем температуру входа сырья в кристаллизаторы 35 ⁰С.

Плотность сырья:

ρ_с = ρ₄²⁰ – α*(t – 20) = 0,8718 – 0,000712*(35 – 20) = 0,86112 г/см³

При температуре  35°С плотности МЭК и толуола составляют :

ρ_мэк = 795 кг/м³ ; ρ_тол =  860  кг/м³

G – количество компонента , кг/ч

ρ – плотность компонента, кг/м³

3 Принимаем температуру  входа охлаждающего раствора депарафинированного масла в регенеративные кристаллизаторы:

Определяем температуру  фильтрации:

t_ф = t_{заст .деп .масла} – ТЭД = -21- 6 = - 27 ⁰С

t_{вх охл.р-ра.} = t_ф + 5 = - 27 + 5 = - 22 ⁰С

4 Принимаем температуру  выхода охлажденного раствора  сырья из регенеративного кристаллизатора:

t_вых. = 0 ⁰С

5 Рассчитываем количество  тепла Q, отнимаемое уходящим с установки раствором депарафинированного масла или раствором фильтра:

Q₁ – количество тепла, расходуемое на охлаждение сырьевой суспензии, кДж/кг

Q₂ – тепловой эффект кристаллизации кДж/час

η – коэффициент использования  тепла = 0,97

Количество тепла, передаваемое охлаждающим раствором депарафинированного  масла, рассчитывается:

Q₁ = G_р-ра * (q_tвх. – q_tвых.), кДж/ч

G_р-ра – количество раствора депарафинированного масла, поступающего в регенеративные кристаллизаторы = 112500 кг/ч

q_tвх и q_tвых – энтальпии раствора соответственно поступающего в регенеративные кристаллизаторы и на выходе из них.

Энтальпия раствора определяется как сумма всех его составляющих:

q_р-ра = q_масла*а + q_МЭК* в + q_тол * с, где

а, в, с– массовые доли

q₃₅ = q_масла*0,85 + q_мэк*0,9 + q_тол*0,6

 

для масла:

ρ₁₅¹⁵ = 0,8970 + 0,0035/0,8970 = 0,901 г/см³

q_35масла = 4,187/(√0,901) * (0,403*35 + 0,000405 *(35)²) = 64,41 кДж/кг

q_35мэк = 77,5 кДж/кг

q_35тол = 58,25 кДж/кг

q_35р-ра = 64,41*0,85+ 77,5*0,9 + 58,25*0,6 = 159,5 кДж/кг

q_0масла = 4,187/(√0,901) * (0,403*0 + 0,000405 *(0)²) = 0 кДж/кг

q_0мэк = 0 кДж/кг

q_0тол = 0 кДж/кг

q_0р-ра = 0*0,85+ 0*0,9 + 0*0,6 = 0 кДж/кг

Q₁ = 112500*(159,5 – 0) = 17938125 кДж/час

6 Тепловой эффект кристаллизации Q2  определяем по формуле:

Q₂ = G*(q_пар/100)*λ

G – количество депарафинированного сырья, кг/ч

q_пар – количество парафинов, выделившихся при охлаждении сырья, % масс.

λ – скрытая теплота кристаллизации парафина (222 кДж/кг)

Количество парафинов q_пар, выделяющихся при охлаждении:

q_пар = ((t_н – t_вых)/(t_н – t_к))*П

t_н – температура на входе сырья в кристаллизатор (35 ⁰С)

t_к – температура депарафинизации ( - 35 ⁰С)

t_вых = 0 ⁰С

П – содержание кристаллизующихся парафинов в  исходном сырье (1- 0,19)

q = ((35 – 0)/ (35 – (-35)))*(1 – 0,19) = 40 % масс.

Q₂ = 37500*(40/100)*222 = 3330000 кДж/час

Тогда Q = (17938125 + 3330000)/0,97 = 21268125 кДж/час

7 Определяем температуру t_{вых к.ф.} выхода фильтрата из регенеративных кристаллизаторов:

Q = G_ф*C_ф^/ *t_к.ф. - G_ф*C_ф^{/ /} *t_н.ф.

Q – тепло, отдаваемое фильтратом, кДж/ч

C_ф^/  и C_ф^{/ /}  - теплоемкости фильтра при t_к.ф и t_н.ф.

t_к.ф – температура фильтрата на выходе из кристаллизатора.

t_н.ф. – температура фильтрата, поступающего в кристаллизатор

Q = G_ф*C_ф^/ *t_к.ф. - G_ф*C_ф^{/ /} *(-22)

C_ф^/ *t_к.ф. = (Q - G_ф*C_ф^{/ /} *t_н.ф)/ G_ф

C_ф^{/ /} = С_масла*0,15 + С_тол*0,34 + С_мэк *0,51

С_тол = q_тол/t = - 47,8/(- 22) = 2,17 кДж/кг ⁰С

С_мэк = q_мэк/t = -63,7/(- 22) = 2,89 кДж/кг ⁰С

C_ф^{/ /} = 1,77*0,15 + 2,17*0,34 + 2,89*0,51 = 2,47 кДж/кг ⁰С

С_ф = 196875 кг/ч

C_ф^/ t_к.ф = (21268125 –196875*2,47*22)/196875 = 53,69 кДж/кг

т.к. C_ф^/ = f(t_к.ф), решаем кв. уравнение с помощью ЭВМ находим t_к.ф = 15 ⁰С

8 Поверхность  кристаллизаторов определяется  по формуле:

F = Q/K*t_ср   (м²)

K – коэффициент теплопередачи. Принимаем = 175 Вт/м²

t_ср – средняя логарифмическая разность температур

Рассмотрим  схему теплообмена:

               р-р сырья 

35 ⁰ С 0 ⁰С

  фильтрат

15 ⁰ С  - 22 ⁰С

t_в = 35 – 15 = 20 ⁰ С

t_н = 0 – (-22) = 22 ⁰ С

t_ср = (t_б+t_м )/2= (20+22)/2= 21⁰С

F = 21268125/(175*3,6*21) = 1607,6 м²       

Число кристаллизаторов n находим:

n = F/F₀

F₀ – поверхность охлаждения одного кристаллизатора = 100 м²

n = 1607,6/100 = 16,07 шт. Принимаем 17 шт.

9 Скорость охлаждения  раствора сырья в регенеративных  кристаллизаторах:

W = V_сырья*Δt/f*m*n*l   ( ⁰ С/час)

Δt = t_вх.р– t_вых.р = 35 – 0 = 35 ⁰ С

f = π*d²/4 = 3.14*(0,168)²/4 = 0,022 м² – площадь поперечного сечения внутренних труб.

m – количество труб в кристаллизаторе = 14 шт.

n – количество кристаллизаторов = 17 шт.

l – рабочая длина труб = 12 м.

W = 171*35/(0,022*14*16*12) = 95 ⁰ С

10 Объем одного кристаллизатора:

V = l*π*d²*m/4 = 12*3,14*(0,168)²*14/4 = 3,72 м²

Объем всех кристаллизаторов:

V_общ. = V*n = 3,72*16 = 59,5 м³

Таблица 2.3 - Технические характеристики кристаллизатора КРСН -100-70:

Показатели	Значения
Поверхность теплообмена, м2 Расчетное давление, МПа: во внутренних трубах в наружных трубах Температура, 0 С во внутренних трубах в наружных трубах Мощность электродвигателя, кВт	100   4,0 4,0   -60 -68 7,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Расчёт вакуумного  фильтра

1 Определяем количество  вакуумных барабанных фильтров:

V_р-ра –объем сырьевой смеси, поступающей в фильтр, м³/ч

F – полная поверхность одного фильтра, принимаем 40 м²

с – пропускная способность  фильтра (1000 л/м²ч)

ρ_-22 = ρ₄²⁰ – α*(t – 20);   α= 0,000903-0,00132*(ρ₄²⁰ -0,7)

α=0,000903-0,00132*(0,8718-0,7)=0,0006763

ρ_-22=0,8718-0,0006763*(-22-20)=0,870 кг/м³

Принимаем вакуумные  фильтры в количестве 6 штук.

Таблица 2.4 – Технические характеристики фильтра

Марка	Поверхность,  м2	Диаметр, м	Ширина, м	Мощность, кВт	Частота вращения,об/с
Б-40 3,0/4,4	40	3	4,4	0,074	0,05

 

     Для удобства обычно на две ступени фильтрации принимают один дополнительный вакуумный фильтр, который можно использовать и на первой и на второй ступени в случае ремонтных или профилактических работ.

 

 

 

 

 

2.5 Расчёт теплообменника

1 Составляем тепловой  баланс:

Q = G₁ (q_ф.к – q_ф.н) = G ( q_р-ль.н – q_р-ль.к)*η

q_ф – энтальпия холодного теплоносителя (фильтрата), кДж/кг

q_р-ль – энтальпия растворителя , кДж/кг

q = 4,187/√ρ₁₅¹⁵ *(0,403*t+ 0.000405*t²)

2 Находим плотность  фильтрата:

G_ф/ρ_ф = G_м/ρ_м + G_тол/ρ_тол + G_мэк/ρ_мэк

ρ_мэк = 870 кг/м³

ρ_тол = 805 кг/м³

196875/ ρ_ф = 31875/901 + 98376,8/805 + 147565,2/870 = 174,55 кг/м³

ρ_ф = 1127,9 кг/м³

ρ_ф15¹⁵ = 1,1279 + 0,0035/1,1279 = 1,13 г/см³

3 Находим температуру фильтрата на выходе из теплообменника:

q_тол³⁵ = 53,24 кДж/кг

q_мэк³⁵ = 71,3 кДж/кг

q_р-ль³⁵ = (53,24 + 71,3)/2 = 62,27 кДж/кг

Принимаем η = 0,98

q_тол²⁵ = 41,3 кДж/кг

q_мэк²⁵ = 55,1 кДж/кг

q_р-ль²⁵ = (41,3 + 55,1)/2 = 48,2 кДж/кг

Q = 75000*( 62,27 – 48,2)*0,98 = 1034145 кДж/кг

q_ф.к = Q₁/G₁ + q_ф.н = 1034145/196875 + 24.24 = 29.49 кДж/кг