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

Температура выхода фильтрата  из Т-1, соответствует энтальпии J_ф.к

t_к = 20 ⁰ С ( с помощью ЭВМ)

4 Находим поверхность  теплообмена и выбираем теплообменник:

t₁ = 35 ⁰С    гор t₂ = 25 ⁰С   

t₃ = 20 ⁰С    хол t₄ = 15 ⁰С   

 Δt_б = 15 ⁰С     Δt_м = 10 ⁰С 

Т.к.  Δt_б / Δt_м = 15/10 = 1,5 < 2? то средняя разность температур равна 

Δt_ср = (Δt_б + Δt_м)/2, = (15 + 10)/2= 12,5 ⁰С

Q = K* F*Δt_ср K = 120 Вт/м²К

F = Q/ K* Δt_ср

F = 1034145/(120*12,5) = 689,4 м²

     Принимаем  по ГОСТ 11971 – 79 теплообменник  с неподвижными трубными решётками  со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха – 1200 мм

Диаметр труб – 20 мм

Число ходов по трубам – 2

Поверхность теплообмена  – 690 м²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6 Расчёт испарительной колонны

     Принимаем тарелки клапанного  типа, т.к. они особенно эффективны  для колонн, работающих при переменных нагрузках по пару и жидкости, а также для колонн, в которых требуется добиться повышенной четкости разделения. По сравнению с другими тарелками, клапанные имеют меньшую стоимость, низкое гидравлическое сопротивление, меньший унос капелек жидкости с выходящим потоком паров, а также большую производительность.

     Определяем состав сырья первой  отгонной колонны блока регенерации растворителя. Расчетные данные сводим в таблицу 2.5.

     Для расчёта необходимо определить молекулярную массу депарафинированного масла по формуле Крега:

 

 

- плотность депарафинированного масла при 15°C

Таблица 2.5 - Состав сырья первой отгонной колонны

 

Компоненты  раствора	кг/ч	Массовая доля	Молекулярная масса, М	кмоль/ч, N	Мольная доля, а
Депарафинированное масло	31875	0,1515	309,3	103,0	0,0182
МЭК	147565,2	0,5091	72	2049,5	0,6598
Толуол	98376,8	0,3394	92	1069,3	0,3222
Итого:	277817	1,0000		3221,8	1,0000

 

     Принимаем температуру ввода сырья в колонну t_Bc⁼100°C

    Для обеспечения отгона паров из раствора необходимо установить давление (Р) в колонне меньше суммы парциальных давлений компонентов сырьевой смеси.

Р< ΣP_i*α_i

где Р_i- давление насыщенных паров i-ro компонента при 100°С;

α - мольная доля i-ro компонента.

     Давление насыщенных паров МЭК  и толуола при 100°С определяем  по справочным данным:

Р_мэк (100°С) = 202,16 кПа

Р_тол (100°С) = 73,99 кПа

     Давление насыщенного  пара депарафинированного масла  при температуре отгона масла принимаем равным нулю.

     Суммарное давление насыщенных  паров МЭК и толуола с учетом  их мольной доли в растворе  равно:

Р_мэк +Р_тол = 202,16* 0,6598 +73,99* 0,3222 =157 кПа (0,157 МПа)

     Предварительные расчеты показали, что для того, чтобы доля отгона растворителя в колонне не превышала 45 % (мае), необходимо поддерживать давление в зоне ввода сырья Рве = 136 кПа (0,136 МПа).

     Принимаем перепад давления на тарелке Р_т =  0,7 кПа.

     Определяем давление по высоте  колонны:

- давление наверху

Рв = Рвс –  Рт*n_у = 136-0,7*2 = 134,6 кПа (0,1346 МПа)

- внизу колонны

Рн = Рвс + Рт*n_о = 136 + 0,7*6 = 140,2 кПа (0,1402 МПа)

Основой расчета  доли отгона паров является уравнение изотермы паро-жидкостного потока:

 

где α_i - мольная доля i-ro компонента;

Ki - константа фазового равновесия i- ro компонента, кПа.

K_i = P_i/P

Р - общее давление в колонне, кПа;

Pi - давление насыщенных паров i-ro компонента. кПа;

е - мольная  доля отгона.

     Мольная доля каждого компонента  в парах y_i определяется по уравнению:

 

     Решая это уравнение относительно е методом последовательного приближения, определяем мольную долю отгона (е). Расчетные данные сводим в табл.

Таблица 2.6 - Расчет мольной доли отгона растворителя

(Условия разделения  фаз: температура t = 100°С, давление Рвс = 0,136 МПа)

 

Компонент	Мольная доля, α	P(i), кПа	Ki	Уi
Депарафинированное масло	0,0182	0	0	0
МЭК	0,6598	202,16	1,4865	0,8005
Толуол	0,3222	73,99	0,544	0,1995
Итого:	1,0000			1,0000

     Методом  последовательных приближений мольная  доля отгона растворителя е = 0,405 (значение е определили с использованием ЭВМ).

Следовательно, количество паров, уходящих с верха колонны, составит:

N^пар = e*N = 0,411*3221,8 = 1304,8 кмоль/ч,

в т.ч. МЭК

N_мэк = N^пар * 0,8005 = 1304,8 * 0,8005 = 1044,5 кмоль/ч,

N_тол = N^пар * 0,1995 = 1304,8* 0,1995 = 260,3 кмоль/ч

или G_мэк = N_мэк*M_мэк = 1044,5 * 72 = 75204 кг/ч

G_тол = N_тол*M_тол = 260,3*92 = 23947,6 кг/ч

М_масла = 44,29*ρ₁₅¹⁵/(1030 - ρ₁₅¹⁵) = 44,29*901/(1030 – 901) = 309,3

Составляем  материальный баланс первой отгонной колонны:

Таблица 2.7. - Материальный баланс колонны

 

Наименование	Молек. масса, М	кмоль/ч, N	Мольная доля, α	Масса, кг/ч	Массовая доля
Взято:
1. Депарафинированное  масло	309,3	103,0	0,0181	31875	0,1515
2. МЭК	72,0	2049,5	0,6598	147565,2	0,5091
3. Толуол	92,0	1069,3	0,3222	98376,8	0,3394
Итого:		3221,8	1,0000	277817	1,0000
Получено:
1. Паровая фаза, в т.  ч.:
МЭК	72,0	1044,5	0,8005	75204,0	0,7585
Толуол	92,0	260,3	0,1996	23947,6	0,2415
Всего:		1304,8	1,0000	99151,6	1,0000
2. Жидкая фаза, в т.  ч.:
Депарафинированное масло	309,0	103,0	0,053	31875	0,1784
МЭК	72,0	1005,0	0,524	72360	0,4050
Толуол	92,0	809,0	0,423	74428	0,4166
Всего:		1917,0	1,000	178663	1,0000
Итого:				277814,6

     Из материального  баланса следует, что в первой  колонне отгоняется от всей массы растворителя:

99151,6/(147565,2 + 98376,8)*100% = 40 % масс.

     По промышленным  данным количество выделяемого  растворителя (% масс. от общего количества) составляет для первой колонны 35 - 45%, т.е. условие выполняется.

     Температура  верха колонны рассчитывается  по изотерме паровой фазы

для дистиллята.

 

Таблица 2.8 -  Расчет температуры верха колонны

(Условия: давление Рв = 0,1346 МПа)

Компонент	P(i), МПа	Мольная доля, αi	Ki
МЭК	0,1584	0,7462	1,177
Толуол	0,0645	0,2538	0,479
Итого:		1,0000

     Методом последовательных приближений при Рв = 0,1346 МПа температура верха колонны tв= 96 °C (значение tв определили с использованием ЭВМ).

     Определяем количество паров, проходящих в наиболее нагруженном сечении колонны (сечение под верхней тарелкой колонны):

V_сек = 2,28*10^-6 (Тв/Рв)*N_р-ль    (м³/с)

N_р-ль – количество паров растворителя, кмоль/ч

V_сек = 2,28*10^-6* ((96 + 273)/0,1346)*1304.8 = 8,16 м³/с

Находим допустимую скорость паров в рассчитываемом сечении колонны:

W_доп = 8,46*10^-5* m₁*C_max * √(ρ_ж – ρ_п)/ρ_{п  ,}              (м/с)

m₁ - коэффициент, зависящий от типа тарелок: для клапанных тарелок m₁= 1,15;

С_max - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками: расстоянии между тарелками h_T = 0,6м С_mах = 760;

ρ_ж = (ρ + ρ)/2

ρ_п = G_п/3600* V_сек = 99151.6/3600*8,16 = 0,00338 г/см³

W_доп = 8,47*10^-5*1,15*760*√(0,8457 – 0,00338)/0,00338 = 1,98 м/с

Рассчитываем диаметр  колонны:

D_к = 0,886*√ V_сек / W_доп = 0,886*√8,16/1,98 = 1,3

Принимаем D_к 1,8 м

Определяем конструктивную высоту колонны:

Н_общ = Н_в + Н_н + Н_эв + Нт* (n – 1) + Н_пост

Нт = 0,6 м – расстояние между тарелками

n = 8

Н_в = 0,5* D_к + Нт = 0,5*1,8 + 0,6 = 1,9 м

Из условия обеспечения  не менее, чем дести минутного  запаса жидкости внизу колонны:

Н_н = 0,5* D_к + 5* Нт = 0,5*1,8 + 5*0,6 = 3,9 м

Высоту зоны ввода  сырья в колонну принимаем  равной Н_эв = 1,5 м.

Высоту части бетонного  постамента от нижнего днища до земли  принимаем

Н_пост = 2 м

Н_общ = 1,5 + 3,9 + 1,5 + 0,6*(8 – 1) + 2 = 13,1 м.

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

 

 

 

 

Кристаллизатор регенеративный с вращающимися скребковыми устройствами КРСН-100-70:

1 – трубная горизонтальная секция; 2 – скребковое устройство; 3 – волнистый компенсатор; 4 – переходник задний; 5 – переходник передний; 6 – уплотнение вала; 7 – промежуточный валик с шарнирными устройствами; 8 – ведущая звёздочка; 9 – роликовая цепь; 10 – герметизированный корпус привода; 11 – мотор-редуктор; 12 – вертикальная передняя стойка для крепления секций; 13 – задняя стойка; I – ввод рафината с растворителем;  II – вывод суспензии твёрдых углеводородов; III – ввод фильтрата (депарафинированного масла с растворителем); IV – вывод депарафинированного масла с растворителем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

 

 

 

 

 

 

Схема устройства и присоединения  вакуумного фильтра непрерывного действия:

1 – регулятор уровня  в корпусе фильтра; 2 – корпус  фильтра; 3 – крышка; 4 – смотровые окна; 5 – вращающийся барабан; 6 – маточники для промывки лепёшки; 7 – шнек; 8 – распределительная головка; 9 – нож для снятия лепёшки с барабана; 10 – вакуум-приёмник (а- отделение для кондиционного фильтра и холодной промывки, б- отделение для некондиционного фильтрата и фильтрата горячей промывки); 11 – насос для откачки депарафинированного раствора на отгонку растворителя; 12 – насос для откачки растворов в сырьевую ёмкость; 13 – вакуум-насос; 14 – водяной холодильник циркулирующего газа; 15 – аммиачный или пропановый холодильник

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

 

 

 

 

 

Кожухотрубчатый теплообменник  с неподвижными трубными решётками:

1 – распределительная  камера; 2 – кожух; 3 – теплообменная  труба; 4 – поперечная перегородка; 5 – трубная решётка; 6 – крышка кожуха; 7 – опора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

 

Ректификационная колонна:

Потоки: I – раствор депарафинированного масла; II – полуотпаренный фильтрат; III –пары; IV – сухой растворитель

 

 

 

Заключение

     Задание  на курсовой проект выполнено, при этом: