Выбор и обоснование нефти для производства масел

 м

Высота РДК составляет:

м

С учётом высоты юбки РДК, равной 1 м, общая высота контактора составляет 15,513 м.

 

7.3.4 Определение геометрических размеров внутренних элементов РДК

 

На эффективность и пропускную способность РДК большое влияние оказывают размеры диска, внутренний диаметр кольцевых перегородок, соотношения между ним и диаметром корпуса аппарата, а также число оборотов ротора.

Диаметр диска ротора определяется по формуле [15]:

                                                    ,                                           

где DД – диаметр диска ротора, м;

D – диаметр контактора, м;

К – коэффициент, равный 0,48-0,51.

 м

Внутренний диаметр (DК) кольцевых перегородок:

                                                                                               

 м

Число оборотов ротора определяется по формуле:

                                                   ,                                

где N – число оборотов ротора за одну секунду, об/с;

 об/с

Мощность N электродвигателя для вращения ротора подбирается в зависимости от диаметра аппарата (см. таблицу 7 [15]). При диаметре аппарата, равном 3,0 м она составляет 1,214 кВт.

Чертёж РДК представлен в приложении В.

 

 

8 РАСЧЕТ КОЛОНН  РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ  РАФИНАТНОГО РАСТВОРА

 

8.1 Расчёт испарительной колонны блока регенерации растворителя из рафинатного раствора

 

8.1.1 Температурный режим колонны К-3

 

Рафинатный раствор в количестве 16212,1 кг/ч, состоящий из 85% масс. рафината и 15% масс. N-метилпирролидона, подаётся насосом через теплообменник и змеевики трубчатой печи в испарительную колонну К-3. Остаточное давление над верхней тарелкой колонны составляет 26,6 кПа. Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя колонна оборудована клапанными тарелками (7 штук). Рафинатный раствор подаётся на третью тарелку (считая сверху). Потерю давления на каждой тарелке примем 500 Па [27]. Тогда давление в зоне ввода сырья в колонну будет составлять 26,6 + 2·0,5 = 27,6 кПа. Давление внизу колонны составит 26,6 + 7·0,5 = 30,1 кПа.

Температуру рафинатного раствора на входе в колонну примем равной 260ºС. Расчёт при помощи программы РRO/II 5.61 with PROVISION фирмы SIMSCI показывает, что в этом случае рафинатный раствор представляет собой парожидкостную смесь, причём содержание N-метилпирролидона в жидкой фазе составляет 1,87% масс. (остаточное содержание растворителя не должно превышать 5% масс. [15]), а доля отгона паров равна 14,16% масс. Расчётная схема и полный отчёт программы РRO/II 5.61 о расчёте приведены в приложении Г.

По данным фирмы Texaco температура низа испарительной колонны рафинатного раствора при  селективной очистке N-метилпирролидоном на 12-15ºС ниже, чем температура ввода сырья в колонну. Приняв эту разницу равной 13ºС, определим температуру низа колонны К-3. Она составит 260 – 13 = 247ºС.

Температура верха испарительной колонны соответствует температуре кипения растворителя при принятом давлении над верхней тарелкой колонны, равном 26,6 кПа. Она равна 182ºС.

 

8.1.2 Материальный и тепловой балансы колонны К-3

 

Для составления материального и теплового балансов испарительной колонны К-3 необходимо определить количество орошения – сухого жидкого N-метилпирролидона, подаваемого на верхнюю тарелку колонны для поддержания температурного режима.

Количество орошения Gор (кг/с) определяется по формуле:

                                         ,                                      

где QС – количество тепла, поступающего в колонну с сырьём, кВт;

QРР – количество тепла, уходящего из испарительной колонны с раствором рафината, кВт;

QN–МП – количество тепла, уходящего из колонны с парами растворителя,кВт;

– энтальпия паров растворителя при температуре верха колонны (182ºС), равная 866,5 кДж/кг;

– энтальпия жидкого орошения, имеющего температуру 60ºС [15], равная 109,38 кДж/кг.

1) Тепло, вводимое с сырьём в парожидкостном состоянии, находится по формуле [31]:

 

                                   ,                            

где GС – количество сырья, кг/ч;

         e – массовая доля отгона паров сырья, равная 0,1416;

– энтальпия паров при температуре ввода сырья (260ºС), равная 1012,61 кДж/кг (см. приложение Г);

–  энтальпия жидкости при температуре ввода сырья (627,97 кДж/кг).

Итак, согласно формуле:

 кВт

2) Тепло, уносимое парами  растворителя из колонны К-3, находится по формуле:

                                                 ,                                     

где GN–МП – количество паров растворителя, кг/ч:

 – энтальпия паров растворителя  при 182°С, равная 866,5 кДж/кг.

При данном расчёте предполагаем, что унос рафината с парами N-метилпирролидона ничтожно мал и весь рафинат удаляется из куба колонны. Тогда количество паров растворителя составляет 2169 кг/ч.

 кВт

3) Тепло, уносимое рафинатным  раствором из низа колонны  К-3, находится по формуле:

                                                 ,                                           

где GРР – количество рафинатного раствора:

кг/ч

  – энтальпия жидкого рафинатного раствора при 247°С, равная 542,87 кДж/кг.

 кВт

По формуле : кг/с, или 2061,5 кг/ч

Материальный баланс колонны К-3 представлен в таблице 8.1.1.

 

Таблица 8.1.1 – Материальный баланс испарительной колонны К-3

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на сырьё	Количество, кг/ч	Состав растворов, % масс.
ПРИХОД:
рафинатный раствор, в т.ч.	5,607	100,000	16212,1	100,00
рафинат	4,766	85,000	13780,7	85,00
N-метилпирролидон	0,841	15,000	2421,4	15,00
Итого:	5,607	100,000	16212,1	–
РАСХОД:
N-метилпирролидон	0,750	13,378	2169	–
рафинатный раствор, в т.ч.	4,857	86,622	14043,1	100,00
рафинат	4,766	85,000	13780,7	98,13
N-метилпирролидон	0,091	1,622	262,4	1,87
Итого:	5,607	100,000	16212,1	–

Тепловой баланс колонны К-3 представлен в таблице 8.1.2.

 

Таблица 8.1.2 – Тепловой баланс испарительной колонны К-3

Статьи	t, 0С	G, кг/ч	Н, кДж/кг	Q, кВт
ПРИХОД:
сырьё, в т.ч.	260	16212,1	–
паровая фаза	260	2295,6	1012,61	645,71
жидкая фаза	260	13916,5	627,97	2427,54
жидкое орошение	60	2061,5	109,38	62,63
Итого:	–			3135,88
РАСХОД:
N-метилпирролидон	182	4229,5	866,50	1018,28
рафинатный раствор	247		542,87
Итого:	–			2687,89

 

 

8.1.3 Расчёт основных геометрических размеров колонны К-3

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА КОЛОННЫ

 

Расчёт основных геометрических размеров испарительной колонны К-3 проводим по методике, предложенной в литературном источнике [31]. Диаметр колонны может быть рассчитан по формуле:

                                         ,                                           

где – объемный расход паров, м³/с;

       – допустимая линейная скорость паров, м/с.

Объемный расход паров находится по формуле:

                                 ,                               

где T – температура системы, К;

       р – давление  в системе, МПа;

Mi – молярная масса i-го компонента паров, кг/кмоль;

Gi – расход i-го компонента паров, кг/ч.

Допустимая линейная скорость паров рассчитывается по уравнению Саудерса и Брауна:

                                  ,                                    

где С – коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между ними;

ρж, ρп – плотность жидкой и паровой фаз, кг/м³.

Расчётным сечением в колонне будет её верхнее сечение, так как через него проходит в единицу времени наибольший объём паров. Температура в этом сечении Т = 182 + 273 = 455 К, давление составляет 0,0266 МПа. Количество паров N-метилпирролидона (М = 99 кг/кмоль) равно 4229,5 кг/ч. Тогда согласно формуле:

                 м³/ч, или 1,68 м³/с

В уравнении Саудерса и Брауна коэффициент С определяется по графику (см. рисунок 3.6 [31]) для вакуумных колонн, работающих без подачи водяного пара, при расстоянии между тарелками, равном 500 мм: С = 520.

Плотность жидкого N-метилпирролидона при 182ºС составляет 764,82 кг/м³.                   

 кг/м³

Тогда по формуле Саудерса и Брауна:                                                  

                             Vл= м/с

                                      м

По стандартному ряду диаметров колонных аппаратов принимаем диаметр колонны:

                                                             D = 1,2 м.

Полученный диаметр необходимо проверить по жидкостной нагрузке. Расчет сводится к определению величины подпора слива h над сливной перегородкой по формуле:

                                              ,                                       

где Qж – объем жидкости в рассматриваемом сечении, м3;

  В – длина  сливной перегородки:

 м

Для обеспечения нормальной работы колонны подпор жидкости не должен превышать 0,05 м [15].

Расчёт величины подпора слива необходимо проводить для нижнего сечения колонны, так как через него проходит в единицу времени наибольший объём жидкости. Плотность рафинатного раствора, выходящего из низа колонны, составляет при 247ºС 721,73 кг/м3. Тогда

 м3/ч

м, что менее 0,05 м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ

 

Высота колонны рассчитывается в зависимости от числа, типа контактных устройств и расстояния между ними. Она складывается из нескольких составляющих.