Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Марта 2014 в 11:51, реферат
Очистка избирательными растворителями является основным процессом традиционной (сольвентной) технологии производства нефтяных масел. Она предназначена для удаления из масляных дистиллятов и деасфальтизатов смолистых веществ и полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, а также серосодержащих и металлорганических соединений. В этом процессе закладываются такие важнейшие характеристики масел как вязкостно-температурные свойства и стабильность против окисления [13].
Высота РДК составляет:
С учётом высоты юбки РДК, равной 1 м, общая высота контактора составляет 15,513 м.
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.
Внутренний диаметр (DК) кольцевых перегородок:
Число оборотов ротора определяется по формуле:
где N – число оборотов ротора за одну секунду, 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.
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.
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:
2) Тепло, уносимое парами растворителя из колонны К-3, находится по формуле:
где GN–МП – количество паров растворителя, кг/ч:
– энтальпия паров
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.
3) Тепло, уносимое рафинатным раствором из низа колонны К-3, находится по формуле:
где GРР – количество рафинатного раствора:
– энтальпия жидкого рафинатного раствора при 247°С, равная 542,87 кДж/кг.
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 | ||
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.
Тогда по формуле Саудерса
и Брауна:
Vл= м/с
По стандартному ряду диаметров колонных аппаратов принимаем диаметр колонны:
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:
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
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ
Высота колонны рассчитывается в зависимости от числа, типа контактных устройств и расстояния между ними. Она складывается из нескольких составляющих.
Информация о работе Выбор и обоснование технологической схемы установки