Вакуумная перегонка мазута

 

Таблица 6.14

Исходные данные для построения кривой ИТК фракции 280-350оС

№	Температура выкипания, оС	Выход, % масс.
		На нефть	на фракцию	суммарный
	280-290	1,5	14,0	14,0
	290-300	1,5	14,0	28,0
	300-310	1,7	15,9	43,9
	310-320	1,7	15,9	59,8
	320-330	1,5	14,0	73,8
	330-340	1,4	13,1	86,9
7.	340-350	1,4	13,1	100,0
ИТОГО		10,7	100,0	–

 

Построив на основании данных, приведенных  в табл. 6.11-6.14 кривые ИТК и кривые ОИ для атмосферного давления (0,1 МПа), получаем температуры, отвечающие началу и концу линий однократного испарения соответствующих фракций.

Температуры 10,50 и 70%-ного отгона находим непосредственно по кривой ИТК. Определяем угол наклона. По двум значениям – углу наклона ИТК и температуре 50%-ного отгона находим на графике Обрядчикова – Смидович НОИ и КОИ.

По кривой ИТК фракции 120 – 1800С находим (рис. 6.1):

tИТК10% = 127°С, tИТК50% = 149°С, tИТК70% = 163°С

 

Рассчитываем угол наклона ИТК:

 

ÐИТК = = 0,6

 

По графику Обрядчикова –  Смидович находим

 

0% (НОИ) Þ 35% (ИТК)

100% (КОИ) Þ 58% (ИТК)

 

Затем по кривой ИТК получаем температуры

 

tОИНК = 141,5°С, tОИКК = 154,50С

 

Соединяя полученные точки, получаем линию ОИ фракции 120 – 180°С при атмосферном давлении.

Затем с помощью графика Максвелла  находим температуры начала и  конца линий ОИ при давлениях, равных парциальным давлениям соответствующих фракций.

Фракция 120-180оС

 

tОИНК = 141,5°С, tОИКК = 154,50С при атмосферном давлении

tОИНК = 140°С, tОИКК = 1530С при парциальном давлении

Фракция 180-230оС

tОИНК = 201°С, tОИКК = 2080С при атмосферном давлении

tОИНК = 185°С, tОИКК = 1920С при парциальном давлении

Фракция 230-280оС

tОИНК = 253°С, tОИКК = 2580С при атмосферном давлении

tОИНК = 228°С, tОИКК = 2330С при парциальном давлении

Фракция 280-350оС

tОИНК = 307°С, tОИКК = 3180С при атмосферном давлении

tОИНК = 281°С, tОИКК = 2920С при парциальном давлении

 

Для фракции 120-180оС температура вывода из колонны равна температуре конца однократного испарения при парциальном давлении данной фракции, для фракций, выводимых боковыми погонами из колонны, эти температуры равны температурам начала линий ОИ соответствующих фракций при их парциальных давлениях.

Температура вывода фракции 120-180оС равна температуре конца ОИ, для других погонов берутся температуры начала ОИ. Таким образом, температуры вывода фракций равны:

 

для фракции 120-180оС tвыв = 153оС;

для фракции 180-230оС tвыв = 185оС;

для фракции 230-280оС tвыв = 228оС;

для фракции 280-350оС tвыв =281оС.

 

6.3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЛОННЫ

 

Используя результаты расчетов, составляем тепловой баланс колонны К-2. Он приведен в табл. 6.15. Продолжаем вести расчет на 100 кг сырья.

При составлении баланса энтальпию  паров рассчитывали по формуле

 

, кДж/кг.

 

Энтальпию жидкой фазы вычисляем по формуле

 

, кДж/кг.

 

 

 

Таблица 6.15

Материальный и тепловой баланс колонны К-2

Статьи баланса	Расход, кг	420	Средняя температурная  поправка на один градус (б)	1515	t, оС	Энтальпия, кДж/кг		Количество теплоты, кДж
						Пары, Н	Жидкость, h
Приход: Нефть отбензиненная, в том числе:
- пары	35,6	0,816	0,000752	0,820	370	1151,5	–	41000
- жидкость	64,4	0,951	0,000567	0,954	370	–	877	56500
Острое орошение	19,4	0,757	0,000831	0,761	30	–	58	1200
Итого	119,4	-	-	–	–	–	–	98700
Расход:
Фракция 120-180оС + острое орошение	29,1	0,757	0,000831	0,761	153	642	–	18700
Фракция 180-230оС	7,8	0,801	0,000765	0,805	185	–	413	3200
Фракция 230-280оС	7,3	0,835	0,000725	0,839	228	–	516	3800
Фракция 280-350оС	10,7	0,860	0,000686	0,863	281	–	654	7000
Мазут	64,5	0,949	0,000581	0,952	350	–	818	52800
Итого	119,4	-	-	–	–	–	–	85500

 

Плотность находится по формуле

 

= + 5 × a,

 

где a - средняя температурная поправка на один градус.

Находим дебаланс тепла:

 

= ((Qприх – Qрасх) / Qприх ) × 100 = ((98700– 85500/ 98700)×100 = 13,4 %

 

Следовательно, необходимо циркуляционное орошение.

 

6.4 ВЫБОР ЧИСЛА И РАСХОДА ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ОРОШЕНИЙ

 

Принимаем допущение, что количество теплоты, вошедшее в колонну с водяным паром, равно количеству теплоты, потерянному через стенки колонны в окружающую среду.

Число циркуляционных орошений равно 3.

 

Q = QПРИХ – QРАСХ = 98700 – 85500 = 13200 кДж

 

Вывод циркуляционных орошений производится на две тарелки ниже вывода боковых погонов, поэтому температура выводимых потоков орошений выше температур потоков соответствующих боковых погонов.

Первое (верхнее) циркуляционное орошение (ЦО 1) отбирается с 28 и возвращается на 29 тарелку, второе (среднее) циркуляционное орошение (ЦО 2) отбирается с 18 и возвращается на 19 тарелку, третье (нижнее) циркуляционное орошение (ЦО 3) отбирается с 8 и возвращается на 9 тарелку.

Рассчитываем температуры выхода циркуляционных орошений по следующей формуле

 

tвых = t + 2×Dt,

Dt = (t1 – t2)/(N2-N1) ,

 

где t1, t2 – температуры вывода фракции и соответствующего циркуляционного орошения;

N1, N2 – тарелки вывода фракций

Температура выхода первого циркуляционного орошения:

 

Dt = (228 – 185)/(30 – 20) = 4 оС

tцо1 = 185 + 2 × 4 = 193 оС

 

Температура выхода второго циркуляционного орошения:

 

Dt = (281 – 228)/(20 – 10) = 5 оС

tцо2 = 228 + 2 × 5 =238 оС

 

Температура выхода третьего циркуляционного орошения:

 

Dt = (350 – 281)/(10 – 4) =11,5 оС

tцо3 = 281 + 2 × 11,5 = 304 оС

 

Принимаем для циркуляционных орошений 1,2,3 следующие температуры входа и выхода

 

для Ц.О.1 tвх = 130оС, tвых = 193оС;

для Ц.О.2 tвх = 160оС, tвых = 238оС;

для Ц.О.3 tвх =220оС, tвых = 304оС.

 

Теплоту, снимаемую циркуляционным орошением, находим по формуле

 

DQ =S(GЦ.О. ∙ (hВЫХ – hВХ)),

 

где hВЫХ и hВХ – энтальпии жидкого потока циркуляционного орошения на выходе из колонны и на входе в нее соответственно.

 

Для Ц.О.1 1515= 0,805

tвх = 130оС hвх = 276 кДж/кг

tвых = 193оС hвых = 433 кДж/кг

для Ц.О.2 1515= 0,839

tвх = 160оС hвх = 342 кДж/кг

tвых = 238оС hвых = 544 кДж/кг

для Ц.О.3 1515= 0,863

tвх = 220оС hвх = 488 кДж/кг

tвых = 304оС hвых = 720 кДж/кг

 

Находим расход циркуляционного орошения.

 

S(hВЫХ – hВХ) = (433 – 276) + (544 – 342) + (720 – 488) = 591 кДж/кг

GЦ.О. = 13200/591 = 22,3 кг

 

Находим количество тепла, снимаемое каждым циркуляционным орошением.

 

Qцо1 = 22,3 × (433 – 276) = 3500 кДж

Qцо2 =22,3 × (544 – 342) = 4500 кДж

Qцо3 = 22,3 × (720 – 488) =5200 кДж

 

Проверка.

 

DQ = Qцо1 + Qцо2 + Qцо3 + Qцо4

3500 + 4500 + 5200 = 13200 кДж

 

6.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КОЛОННЫ

 

6.5.1 РАСЧЕТ НАГРУЗКИ ПО ПАРАМ  И ЖИДКОСТИ В РАЗЛИЧНЫХ СЕЧЕНИЯХ

Выбираем наиболее нагруженные сечения по высоте колонны.

Сечение I – I – сечение под верхней  тарелкой.

Эскиз сечения I – I

 

Рис. 6.6

 

Составляем материальный баланс.

 

GI-I +gО.О. = G120-180 + gО.О. +gГ.О.О.

 

Нагрузка по парам GI-I = G 120-180 + gГ.О.О.

Нагрузка по жидкости gI-I = gГ.О.О.,

где gГ.О.О. – горячее острое орошение, возникающее от острого орошения,

Количество горячего острого орошения

 

tI-I = tверх + Dt

Dt = ≈ 3оС.

TI-I = 153 + 3 = 156 оC

= 37,5 кг

GI-I = 9,7 + 37,5 = 47,2 кг

 

gI-I = gг.о.о. = 37,5 кг

 

Сечение II – II – сечение между вводом и выводом первого циркуляционного орошения.

 

Рис. 6.7 Эскиз сечения II – II.

 

Нагрузка по парам GII-II = G120-180 + G180-230 + gГ.Ц.О.I + gФЛ.180-230

Нагрузка по жидкости gII-II = gГ.Ц.О.I + gЦ.О.1 + gФЛ.180-230,

где gФЛ.180-230 – поток флегмы, стекающий с тарелки отбора фракции 180-230оС. Считаем, что его количество постоянно до тарелки отбора фракции 230-280оС.

GФЛ.180-230 =15,6 кг

Условно принимаем, что плотность  ЦО1 равна плотности фракции 180 -230 оС.

GГ.Ц.О.I – горячее орошение, возникающее от циркуляционного орошения 1.

 

GГ.Ц.О.I = =12,7 кг

GII-II =9,7+ 7,8+ 12,7 + 15,6 = 45,8 кг

gII-II = 12,7 + 22,3+ 15,6 = 50,6 кг

 

Сечение III-III – сечение между тарелками вывода и ввода второго циркуляционного орошения.

 

 

Рис. 6.8 Эскиз сечения III – III.

 

Нагрузка по парам:

 

G III-III = G120-180 + G180-230 + G230-280 + gГ.Ц.О.II + gФЛ.230-280

 

Нагрузка по жидкости:

 

gIII-III = gГ.Ц.О.II + gЦ.О.II + gФЛ.230-280

 

где gФЛ.230-280 – поток флегмы, стекающий с тарелки отбора фракции 230-280оС. Считаем, что его количество постоянно до тарелки отбора фракции 280-350оС.

GФЛ.230-280 = 14,6 кг/ч

gГ.Ц.О.II = =17,4 кг

GIII-III = 9,7 + 7,8 + 7,3 + 17,4 + 14,6 = 56,8 кг

gIII-III = 17,4 + 22,3 + 14,6 = 54,3 кг

 

Сечение IV-IV – сечение между тарелками вывода и ввода третьего циркуляционного орошения.

 

Рис. 6.9 Эскиз сечения IV – IV.

 

Нагрузка по парам:

 

G IV-IV = G120-180 + G180-230 + G230-280 + G280-350 + gГ.Ц.О.III + gФЛ.280-350

 

Нагрузка по жидкости:

 

gIV-IV = gГ.Ц.О.III + gЦ.О.III + gФЛ.280-350

gФЛ.280-350 = 21,4 кг

gГ.Ц.О.III = = 22,0 кг

G IV-IV = 9,7 + 7,8 + 7,3 + 10,7 + 22 + 21,4 = 78,9 кг

g IV-IV = 22 + 22,3+ 21,4 = 65,7 кг

 

Сечение V-V – сечение в зоне питания.

 

Рис. 6.10 Эскиз сечения V – V.

 

В состав парового потока входят пары, поступившие с сырьем (паровая фаза GC ) и пары, поднимающиеся от отгонной части колонны (Gниз ).

 

Gниз = gс+ gФЛ.280-350 – gM =L∙(1- ēр ) + gФЛ.280-350 – gM , где

 

L- расход сырья на входе в  колонну, L=100 кг

gM- расход мазута, gM= 64,5 кг

ēр- массовая доля отгона, ēр = 0,356

 

Gниз = 100∙(1- 0,356)+21,4 – 64,5 = 21,3 кг

 

Нагрузка по парам:

 

GV-V = GC + Gниз = 35,6 + 21,3 = 56,9 кг

 

Нагрузка по жидкости:

 

gV-V = gC + gФЛ.280-350 = 100∙ (1-0,356) +21,4 = 85,8 кг

 

Сводим полученные данные в табл.6.16.

 

Таблица 6.16

Нагрузки по парам и жидкости в различных сечениях колонны.

Сечение	Нагрузка сечения, кг
	по парам	по жидкости
I-I	47,2	37,5
II-II	45,8	50,6
III-III	56,8	54,3
IV-IV	78,9	65,7
V-V	56,9	85,8

 

6.5.2 РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ОСНОВНОЙ КОЛОННЫ

Диаметр колонны рассчитываем в трех сечениях:

-сечение I-I – сечение под  верхней тарелкой;

-сечение V-V – сечение в зоне  питания;

-самое нагруженное сечение из оставшихся, это сечение IV-IV – сечение между тарелками вывода и ввода ЦО3.

 

D = , где

 

VП – объем паров в рассчитываемом  сечении,

WД – допустимая скорость  паров в рассчитываемом сечении  колонны,

 

,

 

где GH и LВП – количество нефтяных и водяных паров,

МН и 18 – молекулярные массы  нефтепродукта и воды,

t – температура в рассчитываемом сечении,

Р – давление в рассчитываемом сечении, Мпа,

k – коэффициент пересчета.

7107,84

WД = 0,85×10-4×С× ,

 

где С – коэффициент, величина которого зависит от конструкции тарелок, расстояния между ними и поверхностного натяжения жидкости.

Ж и  П – плотности жидкости и пара,

 

= - ×(t – 20)

С = К×С1 – С2×(l - 35),

 

где К – коэффициент, определяемый в зависимости от типа тарелок, К = 1,15;

С1 – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками, С1 = 750;

С2 = 4 для клапанных тарелок;

l - коэффициент, учитывающий влияние жидкостной нагрузки на допустимую скорость паров;

 

,

 

где L – нагрузка по жидкой фазе в  рассчитываемом сечении, м3/ч;

 

L = ,

 

где g – нагрузка по жидкости в  рассчитываемом сечении;

Р – число сливных устройств  на тарелке, Р= 4;

Напор жидкости рассчитываем по формуле

 

, м,

 

где b – периметр слива (длина сливной  перегородки), b = (0,75-0,8) × d.

Расчет диаметра колонны в сечении I – I

 

= 22,4 м3/с

= - ×(156 – 20) = 0,757 –0,000831 × (156 – 20)=0,644 г/см3= 644 кг/м3

= 4,3 кг/м3

L = = = 413,9 м3/ч

= 24,5

С =1,15×750 – 4 × (24,5 – 35) = 904,5

WД = 0,85 × 10-4× 904,5× = 0,94 м/с

d = = = 5,51 м

 

примем d = 5,8 м

Рассчитываем фактическую скорость паров по формуле:

 

Wфакт = VП/S ,

 

где S – площадь сечения колонны

 

S = р d 2/ 4 = (3,14 ∙ 5,8 2 )/4 = 26,41 м3

Wфакт = 22,4/26,41 = 0,85 м/с

Wфакт< WД, следовательно диаметр  колонны рассчитан верно.

 

= = 0,024 м = 24 мм