Проект установки вторичной перегонки бензина

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Нефтеперерабатывающая промышленность - отрасль тяжёлой промышленности, охватывающая переработку нефти и газовых конденсатов и производство высококачественных товарных нефтепродуктов: моторных и энергетических топлив, смазочных масел, битумов, нефтяного кокса, парафинов, растворителей, элементной серы, термогазойля, нефтехимического сырья и товаров народного потребления.

Промышленная переработка нефти и газовых конденсатов на современных нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) осуществляется путём сложной многоступенчатой физической и химической переработки на отдельных или комбинированных крупнотоннажных технологических процессов (установках, цехах) предназначенных для получения различных компонентов или ассортиментов товарных нефтепродуктов.

Для получения этих нефтепродуктов, нефть сначала подвергают подготовке, то есть очистке от нежелательных примесей, а затем направляют на первичную переработку. Первичная перегонка нефти является первой стадией изучения ее химического состава. В технологии нефтепереработки к первичной перегонке относят процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции: бензиновые, керосиновые, дизельные, газойлевые, масляные фракции и гудрон.

Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.

Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом конденсацией образующихся паров. При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно отделяются от жидкой фазы - остатка. Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса.

Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией.

При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденсируют, и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потока пара. В результате однократного контактирования парового и жидкого потоков уходящие из системы пары дополнительно обогащаются низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышается четкость разделения смесей.

Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах - путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости.

После первичной перегонки широкие фракции направляют на вторичную переработку для получения более узких фракций.



1. Теоретические основы процесса

В некоторых случаях фракции, полученные при первичной перегонке, требуется разделить на более узкие погоны, каждый из которых затем используется по своему назначению. Блоки или самостоятельные установки вторичной перегонки бензина построены почти на всех НПЗ.

Вторичная перегонка бензинового дистиллята, представляет собой либо самостоятельный процесс, либо является частью комбинированной установки, входящей в состав нефтеперерабатывающего завода. На современных заводах установки вторичной перегонки бензинового дистиллята предназначены для получения из него узких фракций. Эти фракции используют в дальнейшем как сырье каталитического риформинга - процесса, в результате которого получают индивидуальные ароматические углеводороды - бензол, толуол, ксилолы, либо бензин с более высоким октановым числом. При производстве ароматических углеводородов исходный бензиновый дистиллят разделяют на фракции с температурами выкипания: 62 - 85 °С (бензольную), 85 - 115 (120) °С (толуольную) и 115 (120) - 140 °С (ксилольную).

Во фракциях легкого и тяжелого бензинов, отбираемых с верха соответственно отбензинивающей и атмосферных колонн, содержатся растворенные углеводородные газы (С₁-С₄). Поэтому прямогонные бензины должны подвергаться вначале стабилизации с выделением сухого (С₁-С₂) и сжиженного (С₂-С₄) газов и последующим их рациональным использованием.

Прямогонные бензины после предварительной стабилизации не могут быть использованы непосредственно как автомобильные бензины ввиду их низкой детонационной стойкости. Для регулирования пусковых свойств и упругости паров товарных автобензинов обычно используется только головная фракция бензина н.к. - 62 (85 °С), которая обладает к тому же достаточно высокой детонационной стойкостью.

Для последующей переработки стабилизированные бензины подвергаются вторичной перегонке на фракции, направляемые как сырье процессов каталитического риформинга с целью получения высокооктанового компонента автобензинов или индивидуальных ароматических углеводородов - бензола, толуола и ксилолов. При производстве ароматических углеводородов исходный бензин разделяют на следующие фракции с температурными пределами выкипания: 62 - 85 °С (бензольную), 85 - 105 (120 °С) (толуольную) и 105 (120) - 140 °С (ксилольную). При топливном направлении переработки прямогонные бензины достаточно разделить на 2 фракции: н.к. - 85 °С и 85 - 180 °С.

Основным процессом вторичной перегонки является ректификация.

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фракции, которые различаются по температуре кипения. Физическая сущность ректификации, протекающей в процессе перегонки нефти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между потоками пара и жидкости при высокой тербулизации контактирующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, и жидкость - из высококипящих компонентов. Ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации парового потока вверху колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости - путем испарения части ее внизу колонны.

Процесс ректификации может осуществляться в периодическом или непрерывном режиме при различном давлении: в вакууме (для разделения смесей высококипящих веществ), при атмосферном давлении или давлении выше атмосферного.

Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа контакта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных аппаратов при движении жидкости от одной ступени контакта к другой под действием силы тяжести.

На установке первичной перегонки нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна - вертикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны расположены тарелки - одна над другой. На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее легкие компоненты жидкого орошения испаряются и вместе с парами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паровой фазы, конденсируясь, остаются в жидкости. В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденсации и испарения.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации контакт пара и жидкости может происходить в противотоке, в перекрестном токе и прямотоке. Если ректификация идет непрерывно во всем объеме колонны, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить только в противотоке.

По способу контакта между паром (газом) и жидкостью все ректификационные аппараты на установках первичной перегонки нефти характеризуются непрерывной подачей обеих фаз.

На большей части действующих установок ректификация протекает нечетко. Получаемые компоненты светлых и масляных дистиллятов не соответствует требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых фракций светлых нефтепродуктов - дизельного топлива - проваливается вниз колонны, в мазут.

Современные ректификационные аппараты подразделяются:

-по числу получаемых в них дистиллятов - на простые и сложные колонны. Простые колонны (без вывода боковых погонов) - это колонны стабилизации, вторичной перегонки бензина или дизельного топлива. Сложные колонны - это основные колонны, установки - атмосферная и вакуумная;

-по типу внутренних контактных устройств - на насадочные и тарельчатые. В первых контакт и массообмен пара и жидкости происходят в пленочном режиме на развитой поверхности специальной насадки (обычно это вакуумные колонны), а во вторых - путем барботажа пара через слой жидкости на специальных тарелках;

-по уровню давления в колоннах - на атмосферные, вакуумные и с высоким избыточным давлением. К атмосферным относятся колонны, где абсолютное давление не превышает 200-250 кПа (атмосферные колонны перегонки нефти).

На конструкцию ректификационной колонны оказывают влияние технологические особенности: система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и др.

Контактными называются внутренние устройства колонны, на которых происходит контакт паровой и жидкой фаз, в результате которого реализуется процесс тепло- и массообмена и в итоге процесс ректификационного разделения сложной смеси.

В зависимости от способа организации этого контакта устройства делятся на две большие группы - насадки и тарелки.

Насадки представляют собой ячейки (элементы), заполняющие объем колонны на определенном высоте и имеющие развитую внешнюю поверхность в единице объема колонны (100-800 м²/м³). За счет такой развитой поверхности создается соответствующая поверхность пленки, стекающей по насадке жидкости, и интенсифицируются в единице объема колонны тепло- и массообмен.

В зависимости от того, как располагаются ячейки насадки в объеме колонны, насадки бывают нерегулярные и регулярные.

Нерегулярными считаются насадки, элементы которых засыпаются в колонну на определенную высоту и располагаются в ней хаотично.

Нерегулярные насадки:

1. кольца Рашига;

2. кольца Лессинга;

3. кольца Палля;

4. кольца с крестообразными перегородками;

5. круглые пружины;

6. трехгранные пружины,

7. керамические насадки Инталлокс;

8. штампованные металлические насадки Инталлокс;

9. насадка Берля.

Наиболее распространены насадки кольцевого типа (1-4). Для промышленных колонн их изготавливают и фарфора, керамики или нержавеющей стали, а для малых (лабораторных) колонн - из тонкой сетки. Насадки из проволочных пружин (5-6) применяют в лабораторных или пилотных условиях. Седловидные насадки (7-9) из керамики или металла используют в промышленных колоннах разделения углеводородов или легких бензиновых фракций, причем эти насадочные элементы могут быть загружены в колонну «навалом» или уложены отдельными рядами, что повышает их эффективность.

К регулярным относятся насадки, расположение элементов которых в объеме колонны подчинено определенному геометрическому порядку, создающему упорядоченные каналы для прохода паров.

Тарелки представляют собой такой тип контактного устройства, на котором контакт (и соответственно тепло- и массообмен) пара и жидкости осуществляется в барботажном струйном или вихревом режиме. Эти режимы контакта определяются конструктивным устройством тарелки. В отличие от насадок, где контакт пара и пленки жидкости непрерывен вдоль всей высоты слоя насадки (противотоком), в тарельчатой колоне этот контакт дискретно осуществляется на каждой тарелке, после его обе фазы разделяются и вступают в новый контакт на смежных тарелках - пар на вышележащей, а жидкость - на нижележащей.

Конструкций ректификационных тарелок, также как и насадок, очень много, но основные из них:

1. решетчатая провальная;

2. ситчатая провальная;

3. ситчатая перекрестноточная;

4. колпачковая;

5. из S-образных элементов;

6. клапанная;

7. струйная;

8. вихревая.

Простейшая из них - решетчатая провальная тарелка, полотно которой имеет геометрически упорядоченные ряды щелей, через которые вверх проходит пар, барботируя через слой жидкости на тарелке, и через которые часть избыточной жидкости стекает (проваливается) струями на нижележащую тарелку. Такая тарелка очень чувствительна к изменению нагрузки по жидкости, при изменениях которой от расчетной на 20-30% тарелка может либо захлебнуться, либо не удерживать на полотне слой жидкости.

Дырчатая волнообразная тарелка является усовершенствованной решетчатой. Полотно ее имеет не щели, а отверстия диаметром 10-15 мм. Профиль полотна в разрезе - синусоидальный. Это позволяет разделять зоны преимущественного прохода пара (верхние изгибы тарелки) и стока жидкости (нижние изгибы полотна тарелки). Слой жидкости на тарелки удерживается выше верхних изгибов, и поэтому пар барботирует через этот слой. Тарелка рассчитана на колонны малого диаметра и применяется в колоннах стабилизации бензина и разделения углеводородных газов.

Обе тарелки (1 и 2) является провальными, и колонна с такими тарелками работает в режиме противотока пара и жидкости. Остальные тарелки являются перектрестноточными, т.е. жидкость на них движется не навстречу потоку пара, а параллельно или под углом, близким к прямому.

Простейшей из тарелок такого типа является ситчатая (дырчатая) перекрестноточная тарелка. Полотно ее имеет отверстия диаметром 8-12 мм по всей площади, кроме двух противоположных сегментов, где находятся сливные трубы. Ситчатые тарелки используются в колоннах небольшого диаметра (до 2 м) при ректификации легких фракций нефти. В последние 10-15 лет появились варианты ситчатых тарелок, полотно которых выполнено из просечно-вытяжного листа. Поток пара, проходя через такое полотно, отклоняется от вертикали и на выходе из барботажного слоя отклоняется под углом 40-60° к горизонтали. Чтобы интенсифицировать работу тарелки на пути выходящего из барботажного слоя пара, наклонно устанавливают отбойные элементы, изготовленные из того же просечного листа. Ударяясь об эти элементы, парожидкостная смесь сепарируется: жидкость пленкой стекает по элементу вниз, в зону барботажа, а пары через щели проходят в межтарельчатое пространство. Такие тарелки имеют очень малое гидравлическое сопротивление (0,1-0,2 кПа) и обеспечивают достаточно высокую эффективность массообменных процессов, что позволяет использовать их в промышленных вакуумных колоннах АВТ диаметром до 10 м. Недостаток таких тарелок состоит в том, что при малейшей негоризонтальности или местных выпуклостях или вмятинах полотна тарелки она работает неравномерно по всей площади - в нижележащих точках проваливается жидкость, а в вышележащих - проскакивает без барботажа пар. В результате снижается эффективность тарелки.

Одним из старейших по длительности использования и массовых до сих пор типов тарелок является колпачковая тарелка с круглыми (капсюльными) колпачками. Ее отличие от предыдущих - наличие у каждого отверстия для прохода паров патрубка определенной высоты, над которыми укреплен колпачок с прорезями для прохода паров по всему нижнему его краю. Такое устройство позволяет ввести поток пара в слой жидкости на тарелке параллельно ее плоскости и раздробленным на множество мелких струй. Кроме того, встречные струи от соседних колпачков, соударяясь, создают завихрения в межколпачковой зоне, в результате чего повышается эффективность тарелки. Существует большое число модификаций колпачковой тарелки, различающихся устройством и формой колпачков. Первая из них - это тарелка с круглыми колпачками. Такая тарелка универсальна, она нашла применение в различных колоннах - от колонн газоразделения до атмосферных и вакуумных на АВТ. В последних она используется редко из-за большой металлоемкости тарелки, сложности изготовления и монтажа. Вторая модификация - это тарелки с литыми или штамповыми прямоугольными (туннельными) колпачками. Третья модификация - это желобчатая тарелка. В 1940-60-е годы такая тарелка получила очень широкое применение в колоннах АВТ диаметром от 1 м до 7 м, главным образом из-за большой простоты монтажа и демонтажа, однако по металлоемкости она имеет мало преимуществ. В настоящее время желобчатая тарелка применяется редко и сохранилась лишь в старых ректификационных колоннах, не подвергшихся реконструкции.

Оригинальность тарелки из S-образных элементов состоит в том, что у нее полотно и колпачки образуют одинаковые элементы, но каждый колпачок при этом имеет прорези для прохода паров только с одной стороны, т.е. на единицу площади барботажа тарелки паровой вводится в жидкость меньшим (по сравнению с желобчатой тарелкой) «фронтом» дробленых струй. Тарелки из S-образных элементов нашли очень большое распространение во всех колоннах АВТ, кроме вакуумных (из-за повышенного гидравлического сопротивления), благодаря малой металлоемкости, простоте изготовления (штамповка) и монтажа в сочетании с высокой эффективностью (средний к.п.д. 0,4-0,7).

Клапанные тарелки по принципу устройства ближе к дырчатым, но в отличие от них позволяют регулировать проходное сечение отверстий для паров. Для этого над каждым отверстием имеется устройство (клапан), который в зависимости от количества паров под их напором приподнимается (или поворачивается над отверстием, изменяя таким образом проходное сечение для паров. Клапанные тарелки сочетают в себе ряд преимуществ (малая металлоемкость, простота сборки, равномерный барботаж в широком интервале нагрузок по пару и жидкости и др.), которые позволили им стать самыми распространенным типом тарелок. Эти тарелки применяют практически во всех типах колонн нефтепереработки - от газоразделительных до вакуумных.

Для всех рассмотренных типов тарелок факторами, определяющими область их применения и эффективность работы, являются:

-гидравлическое сопротивление;

-равномерность и интенсивность барботажа по площади тарелки;

-диапазон нагрузок по пару и жидкости, в котором тарелка работает нормально (без провала жидкости и интенсивного уноса капель);

-средний к.п.д. тарелки.

В процессе перегонки нефтепродуктов, в особенности бензиновой и керосиновой фракций, по сравнению с другими тарелками наиболее выгодно применять колонны с колпачковыми тарелками.

Для стабилизации и вторичной перегонки прямогонных бензинов с получением сырья каталитического риформинга топливного направления применяют в основном двухколонные схемы, включающие колонну стабилизации и колонну вторичной перегонки бензина на фракции н.к. - 85 и 85 - 180 °С. Как наиболее экономически выгодной схемой разделения стабилизированного бензина на узкие ароматикообразующие фракции признана последовательно-параллельная схема соединения колонн вторичной перегонки, как это принято в блоке стабилизации и вторичной перегонки установки ЭЛОУ-АВТ. В соответствии с этой схемой прямогонный бензин после стабилизации разделяется сначала на 2 промежуточный фракции (н.к. - 105 °С и 105 - 180 °С), каждая из которых затем направляется на последующее разделение на узкие целевые фракции.

Как видно из рисунка, нестабильный бензин из блока АТ после нагрева в теплообменнике поступает в колонну стабилизации (дебутанизатор) 1. С верха этой колонны отбирают сжиженные газы С₂-С₄, которые проходят конденсатор-холодильник и поступают в газосепаратор. Часть конденсата возвращается в колонну 1 в качестве острого орошения, а балансовое количество выводится с установки. Подвод тепла в низ дебутанизатора осуществляется горячей струей подогретого в печи стабильного бензина. Из стабильного (дебутанизированного) бензина в колонне 2 отбирают фракцию С₅ - 105 °С. Пары этой фракции конденсируют в аппарате воздушного охлаждения. Часть конденсата возвращают в колонну 2 в качестве острого орошения, а балансовую часть направляют в колонну 3. Кроме того часть паров верха колонны 2 подают без конденсации в колонну 3. С верха колонны 3 отбирают фракцию С₅ - 62 °С, с куба - 62 - 105 °С, которая может выводиться с установки как целевая либо направляться в колонну 4 для разделения на фракции 62 - 85 °С (бензольную) и 85 - 105 °С (толуольную).

вторичная перегонка бензин ректификация

Рисунок 1.1 Принципиальная схема блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6: 1 - колонна стабилизации; 2 - 5 - колонны вторичной перегонки; I - нестабильный бензин; II - фракция С₅ - 62 °С; III - фракция 65 - 105 °С; IV - фракция 62 - 85 °С; V - фракция 85 - 105 °С; VI - фракция 105 - 140 °С; VII - фракция 140 - 180 °С; VIII - сжиженная фракция С₂-С₄; IX - сухой газ (С₁-С₂); X - водяной пар.



Тепло в низ колонны 4 подводится через кипятильник, а остальных колонн вторичной перегонки (2,3 и 5) - с горячей струей подогретого в печи кубового остатка этих колонн.

Остаток колонны 2 - фракцию 105 - 180 °С направляют на разделение в колонну 5 на фракции 105 - 140 °С и 140 - 180 °С.

Широкие фракции прямогонных бензинов (н. к.-- 180°С) подвергают вторичной перегонке на блоках установок АТ и АВТ или на специальных установках вторичной перегонки с получением широкой утяжеленной или узких бензиновых фракций, используемых в качестве сырья каталитического риформинга. В зависимости от состава нефти, ассортимента нефтепродуктов и принятой поточной схемы переработки нефти на блоках и установках вторичной перегонки бензинов получают следующие фракции:

Таблица 1.1

Фракции	Условное название фракции или целевое ее назначение
н. к. -- 62 °С	Компонент бензина
62--85 °С	Бензольная
62--105 (62--120) °С	Бензольно-толуольная суммарных ароматических углеводородов (бензола, толуола и ксилолов)
85--105 (85--120) °С	Толуольная
85--180 °С	Утяжеленный бензин
105--140 (120--140) °С	Ксилольная
105--180 °С	Широкая фракция утяжеленного бензина
140--180 °С	Компонент бензина или керосина

Бензольная, толуольная и ксилольная фракции используют в качестве сырья установок каталитического риформинга с получением индивидуальных ароматических углеводородов. Целевыми продуктами перегонки в этом случае являются бензольная фракция 62--105°С и ксилольная фракция 105--140°С. Часто бензольную фракцию получают смешением фракций 62--85 и 85--105 °С.

Узкий фракционный состав бензольной и ксилольной фракций объясняется необходимостью иметь в сырье установок каталитического риформинга максимальное содержание соответственно бензоло- и ксилолобразующих углеводородов. В табл. 1.2 приведены допустимые содержания примесей в узких бензиновых фракциях, показывающие необходимость обеспечения достаточно высокой четкости ректификации.

Широкие фракции утяжеленных бензинов используют как сырье установок каталитического риформинга с получением высокооктановых компонентов автобензинов. Вторичная перегонка бензина на узкие фракции используется также для получения растворителей. Например, из бензиновой фракции н. к. - 110 °С выделяется узкая фракция растворителя 84 - 92 °С (по ГОСТ 2177 - 66).

а б в

Рисунок 1-2 Технологические схемы установок вторичной перегонки бензиновых фракций: а - одноколонные; б - двухколонные; в - трехколонные; I - сырье; II - фракция н.к. - 62 °С; III - фракция 62 - 85 °С; IV - фракция 85 - 105 °С; V - фракция 105 - 140 °С; VI - фракция 140 - 180 °С; VII - фракция 85 - 130 °С

Таблица 1.2

Требования к чистоте узких бензиновых фракций как и сырью каталитического риформинга

Фракции	Содержание фракции по ИТК, % (масс.)
	и.к. - 62 °С	62 - 85 °С	85 - 105 °С	105 - 140 °С
62 - 85 °С (для установки 35-8/300Б)	? 8	85	7	-
62 - 105 °С (то же)	? 6	38	56	-
62 - 105 °С (для установки 35-6/ДЭГ)	? 10	? 38		? 10
105 - 140 °С (для установки 35-11-300)	-	-	-	? 85



2. Технологическая часть

2.1 Характеристика сырья, продуктов и материалов

Сырьем установки является широкая бензиновая фракция, полученная при первичной перегонке нефти месторождения Жанажол в Актюбинской области, прошедшая стабилизацию. Характеристика физико-химических свойств бензиновой фракции приведены в таблице 2.1. Продукцией установки служат следующие бензиновые фракции:

1) н.к. - 62 °С - используется как необходимый компонент автомобильного бензина, обеспечивающий его пусковые свойства; состоит из пентанов и изогексана, содержит также некоторое количество бутана и гексана;

2) 62 - 85 °С - сырье для получения бензола на установках платформинга;

3) 85 - 105 °С - сырье для получения толуола на установках платформинга;

4) 105 - 140 °С - сырье для получения ксилолов на установках платформинга;

5) 140 - 180 °С - используется как компонент авиационного керосина или как сырье установок каталитического риформинга для повышения октанового числа.

Таблица 2.1

Физико-химические свойства бензиновой фракции нефти месторождения Жанажол

Температура отбора	Выход на нефть		Содержание серы, %	Кислотность мг КОН на 100 мл
			общей	меркаптановой
н.к.-180 °С	20,6	0,6976	0,29	0,205	1,24



В таблице 2.2 приведены данные о групповом углеводородном составе фракций нефти, выкипающих до 180 °С.

Таблица 2.2

Групповой углеводородный состав фракций нефти, выкипающих до 180 °С

Температура отбора, °С	Выход на нефть, %			Содержание углеводородов, %
				ароматических	нафтеновых	парафиновых
Н.к. - 6	1,9	0,6733	1,3820	0	27,0	73,0
62 - 95	3,4	0,7220	1,4090	3	54,0	43,0
95 - 122	3,5	0,7480	1,4180	5	50,0	45,0
122 - 150	4,1	0,7700	1,4280	9	47,0	44,0
150 - 180	7,7	0,7950	1,4430	16	44,0	40,0

Бензиновая фракция используется для получения различных сортов моторного топлива. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Особенности горения неразветвленных алканов не идеально соответствую двигателям внутреннего сгорания. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу, чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные. Перед употреблением эту фракцию обычно смешивают с разветвленными алканами, циклоалканами и ароматическими соединениями, получаемыми из других фракций, путем каталитического крекинга либо риформинга.

Качество бензина как моторного топлива определяется его октановым числом. Оно указывает процентное объемное содержание 2,2,4- триметилпентана (изооктана) в смеси 2,2,4-триметилпентана и гептана (алкан с неразветвленной цепью), которая обладает такими же детонационными характеристиками горения, как и испытуемый бензин.

Бензольная, толуольная и ксилольная фракции используются в качестве сырья установок каталитического риформинга с получением индивидуальных ароматических углеводородов. Целевыми продуктами перегонки в этом случае являются бензольная фракция 62-105 °С и ксилольная фракция 105-140 °С. Часто бензольную фракцию получают смешением фракций 62-85 и 85-105 °С.

Узкий фракционный состав бензольной и ксилольной фракций объясняется необходимостью иметь в сырье установок каталитического риформинга максимальное содержание соответственно бензоло- и ксилолобразующих углеводородов.

Широкие фракции утяжеленных бензинов используют как сырье установок каталитического риформинга с получением высокооктановых компонентов автомобильного бензина.

2.2 Выбор и обоснование технологической схемы процесса и режима производства

Для вторичной перегонки широких бензиновых фракций на несколько узких фракций используют различные технологические схемы: одно-, двух- и трехколонные, причем все схемы прямого потока с отбором в каждой колонне целевых фракций в виде дистиллятного продукта. Опыт промышленной эксплуатации установок по этим схемам показал, что одно- и двухколонные схемы не обеспечивают требуемой четкости ректификации и отбора от потенциала целевых фракций.

В качестве основного элемента технологических схем ректификации многокомпонентных смесей в большинстве случаев принимается полная ректификационная колонна, оборудованная кипятильником (подогревателем) и дефлегматором (конденсатором), в которую подается один поток питания и отбираются два продукта -- дистиллят и остаток. Однако технико-экономические показатели процесса значительно улучшаются при использовании сложных ректификационных колонн с несколькими сырьевыми потоками, промежуточными отборами продуктов, промежуточными подогревателями и конденсаторами-холодильниками; при реализации технологических схем одноколонных систем ректификации с двумя давлениями, с тепловым насосом или с конденсационно-испарительным принципом разделения.

Применение сложных ректификационных систем наиболее эффективно при разделении углеводородных газов и особенно легких углеводородов, фазовые превращения которых при дросселировании потоков сопровождаются заметными тепловыми эффектами.

Далее более подробно рассмотрены сложные технологические схемы одноколонных систем ректификации.

Одноколонные ректификационные системы с несколькими сырьевыми потоками легко реализуются при разделении углеводородных газов по одной из схем, изображенных на рисунке 2.1. По схеме на рисунке 2.1,а сырье после теплообменника делится на два потока, которые затем дросселируются, один из потоков после дросселя поступает в колонну, а другой проходит теплообменник и поступает также в колонну на более низкий уровень по сравнению с первым потоком. По схеме на рис. 2.1,б сырье проходит теплообменник и охлаждается обратным потоком жидкости, выходящего из сепаратора, дросселируется и затем делится на паровую и жидкую фазы в сепараторе. Паровая и жидкая фазы дросселируются до рабочего давления колонны и раздельными потоками подаются на ректификацию. Применение таких схем при разделении легких углеводородов позволяет на 30--50% сократить требуемые флегмовые числа, значительно уменьшив тем самым расход дорогих хладагентов.



Рисунок 2.1 Двухпоточный узел ввода сырья в колонну без сепарации (а) и с сепарацией фаз после дросселирования (б)

Следовательно, эффективность применения схем с несколькими сырьевыми потоками, различающимися температурами и составами, определяется соотношением расходов сырьевых потоков, фракционным составом сырья и требованиями к качеству продуктов разделения. Применение колонн с несколькими сырьевыми потоками может быть оправдано также и некоторыми другими соображениями, а именно: наличием в схеме двух потоков с различными температурами и составами, необходимостью выравнивания нагрузок по высоте колонны, так как при увеличении числа сырьевых потоков максимальные нагрузки тарелок по пару и жидкости снижаются. Таким образом, практические рекомендации по использованию схем с многопоточными вводами сырья в колонну должны рассматриваться конкретно с учетом способов предварительного нагрева исходной смеси.

Одноколонные ректификационные системы с промежуточным подводом и отводом тепла. Промежуточный подвод тепла в одноколонных системах осуществляется нагревом флегмы непосредственно в колонне или в выносных подогревателях, а промежуточный отвод тепла -- аналогичным образом: парциальной конденсацией паров или охлаждением циркулирующего орошения, которое уже затем конденсирует часть паров в колонне. Различные варианты технологического оформления промежуточного теплосъема показаны на рис. 2.2.



Рисунок 2.2 Варианты схем ректификации с промежуточным отводом тепла: а -- конденсация паров в колонне при помощи встроенного промежуточного конденсатора; б -- конденсация паров в выносных конденсаторах; в -- конденсация паров в колонне холодным циркулирующим орошением; I -- хладагент

Промежуточный подвод или съем тепла легко реализуется также в разрезных ректификационных колоннах (рисунок 2.3). По схеме, показанной на рисунке 2.3, а, промежуточный теплосъем осуществляется в парциальном конденсаторе 1, а по схеме на рис. 2.3,б -- в промежуточных парциальных подогревателях 2 и конденсаторах 1.

Одноколонные системы с промежуточным подводом и отводом тепла, в том числе и разрезные колонны, позволяют переносить тепловые нагрузки на более выгодный энергетический уровень, тем самым увеличивается коэффициент использования тепла по установке в целом. Кроме того, при промежуточных подводе и отводе тепла выравниваются и уменьшаются нагрузки по пару и жидкости по высоте аппарата, что позволяет уменьшать диаметр аппарата. Однако необходимое число тарелок выше промежуточных конденсаторов и холодильников и ниже промежуточных подогревателей становится большим. На практике экономически оправданным бывает применение, как правило, не более одного промежуточного подогревателя или холодильника и, в частности в тех случаях, когда для подогрева низа колонны используется пар высокого давления, а для конденсации паров в верху колонны - специальные хладагенты с низкой изотермой холода.



Рисунок 2.3 Разрезные колонны с промежуточным отводом (а), отводом и подводом (б) тепла: 1 -- парциальный конденсатор; 2 -- парциальный подогреватель

Схемы ректификации с тепловым насосом в настоящее время получают широкое распространение в промышленности. В них тепло передается с низшего температурного уровня в конденсаторе на высший в кипятильнике. Тепло передается циркулирующим жидким хладагентом, испаряющимся в конденсаторе и отнимающим тем самым тепло парового потока вверху колонны, и затем -- парами хладагента, которые после сжатия в компрессоре, охлаждаясь и конденсируясь, испаряют часть жидкости в низу колонны. В качестве циркулирующего хладагента используют легколетучие испаряющиеся жидкости (внешний хладагент), например легкие углеводородные газы, аммиак и фреоны.

Работа установок вторичной перегонки бензинов была существенно улучшена за счет предварительной стабилизации бензинов. В широкой бензиновой фракции, поступающей на перегонку, может содержаться до 3 % легких углеводородов, которые при последующем выделении узких фракций концентрируются в головном погоне первой колонны, где содержание их может достигнуть 8 - 10 % (об.). В связи с этим затрудняются условия полного выделения легких фракций, и удовлетворительная работа установок вторичной перегонки бензиновых фракций может быть достигнута только при полной стабилизации исходного сырья. Содержание бутановых фракций в стабильном бензине должно быть таким, чтобы после смешения фракции н.к. - 62 °С с базовым компонентом товарного автобензина достигалась упругость паров, удовлетворяющая требованиям ГОСТ. На реконструированной установке вторичной перегонки бензинов предусматривается стабилизация сырья и затем последовательное выделение узких фракций в виде дистиллятных продуктов 2.4. В ректификационных колоннах принято по 60 тарелок, в стабилизаторе - 80. В колонне 2 установлены тарелки из S-образных элементов, в стабилизаторе - колпачковые тарелки и в остальных колоннах - желобчатые.

Рисунок 2.4 Схема установки вторичной перегонки широкой бензиновой фракции после реконструкции: 1 - стабилизатор; 2 - 4 - ректификационные колонны; I - сырье; II - газ; III - фракция н.к. - 62 °С; IV - фракция 62 - 85 °С; V - фракция 85 - 105 °С; VI - фракция 105 - 180 °С

Прямая схема ректификации, принятая в первоначальных схемах, как правило, не является оптимальной для разделения прямогонных бензиновых фракций, содержащих немного легких углеводородов и примерно одинаковое количество всех остальных фракций в сырье. В связи с этим для четкого выделения головной фракции, а также и последующих фракций требуются повышенные флегмовые и паровые числа и большие паровые и жидкостные нагрузки в колоннах. Запроектированная аппаратура типовой установки также не обеспечивает достаточно четкого выделения узких бензиновых фракций.

Для максимального извлечения бензольной фракции 62 - 85 °С предложена последовательно-параллельная схема разделения широкой бензиновой фракции (рисунок 2.5,а). Схемой предусматривается отбор во второй колонне фракции н.к. - 85 °С, которая в паровой и в жидкой фазах поступает на разделение в третью колонну, где и происходит отделение от нее легкой фракции н.к. - 62 °С. При работе по такой схеме отбор во второй колонне составляет 24,6 % (масс.) по сравнению с 10,6 % (масс.) по схеме последовательного выделения фракций. Проверка новой схемы на одной из установок АВТ подтвердила ее высокую эффективность - при одинаковом оборудовании на установках по разным схемам концентрация целевых фракций во фракции 62 - 85 °С возросла с 72 до 89 %.

а б

Рисунок 2.5 Технологические схемы блоков стабилизации и вторичной перегонки бензина установок АТ-6 (а) и АВТ-6 (б): 1 - стабилизатор; 2 - 4 - ректификационные колонны; 5 - отпарная секция; I - нестабильный бензин (фракция н.к. - 180 °С); II - фракция н.к. - 62 °С; III - фракция 62 - 85 °С; IV - фракция 85 - 105 °С; V - фракция 105 - 140 °С; VI - фракция 140 - 180 °С; VII - сухой газ; VIII - фракция 62 - 105 °С

Схема последовательно-параллельного выделения фракций была принята для блока вторичной перегонки бензинов укрупненных установок АТ-6 и АВТ-6. Проектные параметры технологического режима колонн установки АТ-6 приведены в табл. 2.3.



Таблица 2.3

Параметры технологического режима ректификационных колонн блоков стабилизации и вторичной перегонки бензина установок АТ-6 (а) и АВТ-6

Колонна	Температура, °С	Давление, Мпа
	верха	низа	сырья
К-1	65	190	170	1,2
К-2	62	92	-	0,15
К-3	90	150	-	0,12
К-4	102	175	-	0,1
К-5	115	140	-	0,09

В качестве критерия оптимальности рассматривалась суммарная тепловая нагрузка на дефлегматоры и кипятильники. В результате сравнения различных схем установлено, что оптимальной является схема последовательно-параллельного соединения и выделения фракций (рисунок 2.5). В колонне 2 принято смешанное питание - 70 % паровой и 30 % жидкой фаз.

Основные расчетные показатели работы колонн блока вторичной перегонки бензиновых фракций по схемам последовательно-параллельного выделения фракций приведены ниже:

Таблица 2.4

Основные расчетные показатели работы колонн блока вторичной перегонки бензиновых фракций

	Последовательная схема	Последовательно-параллельная схема
Число тарелок в колоннах	60	60
Тип тарелок в колоннах
К-1 К-2 К-3 К-4	Желобчатые Желобчатые S-образные Желобчатые	Клапанные Клапанные S-образные Клапанные
Фракция 62 - 85 °С
содержание целевой фракции, % (масс.)	82,0	85,0
отбор от потенциала, % (масс.)	26,3	95,0
Фракция 105 - 140 °С
содержание целевой фракции, % (масс.)	52,0	87,0
отбор от потенциала, % (масс.)	117,0	95,0
Кратность орошения в колоннах
К-1	0,55	2,9
К-2	2,0	4,35
К-3	0,97	4,25
К-4	-	3,42

Как видно, последовательная схема обеспечивает невысокое качество и низкий отбор целевых фракций.

В работе сообщаются результаты обследования блока вторичной перегонки бензина установки АТ-6 по измененной схеме с получением фракций: н.к. - 62 °С; 62 - 105 °С; 105 - 120 °С; и 120 °С - к.к.

С целью повышения выхода и качества бензольной и ксилольной фракции, получаемых на блоках вторичной перегонки бензинов установки АВТ-6, а также с целью повышения производительности установки до 8 млн. т нефти в год без реконструкции основных колонн, в работе предлагается изменить схему блока вторичной перегонки бензина следующим образом: с верха колонн 1 и 2 получать бензиновые фракции н.к. - 140 °С вместо широкой фракции н.к. - 180 °С; фракцию 62 - 105 °С получать в результате смешения кубового продукта колонны 6 и дистиллята колонны 7; фракцию 105 - 140 °С выводить с низа колонны 7. Отсутствие фракции 140 - 180 °С в сырье блока вторичной перегонки бензинов позволяет увеличить производительность установки и улучшить условия разделения в колонне 5, значительно уменьшив потери целевых фракций.

Для вторичной перегонки бензиновых фракций с получением широкой фракции 85 - 180 °С как сырья установки каталитического риформинга для производства компонента высокооктанового бензина применяют в основном двухколонные схемы, отличающиеся способом соединения простых колонн. По одной из этих схем (схема а) газ и головная фракция выделяются в ректификационной колонне, а их разделение проводится в стабилизаторе; по другой схеме (схема б) весь бензин направляется сначала на стабилизацию, а затем уже на разделение в ректификационную колонну.

Технологический режим зависит от пределов перегонки получаемых фракций. Ниже приводятся показатели режима при получении фракции 85 - 120 °С:

Таблица 2.5

Технологический режим блоков стабилизации и вторичной перегонки бензина установок АТ-6 (а) и АВТ-6

Температура, °С		Давление в колоннах, МПа
верха 3	104	3	0,23 - 0,28
низа 3	170	10	0,18 - 0,22
верха 10	78	15	0,02 - 0,06
низа 10	122
верха 15	105
низа 15	168
вывода бокового погона	130

В состав установки вторичной перегонки бензина входят следующие виды технологического оборудования:

- Подогреватель. В состав установок вторичной перегонки бензина входит подогреватель, образующий отдельный модуль. Подогреватель сырья имеет двухсекционную конструкцию (радиантная и конвективная секции), цельносварные змеевики из стали 12Х18Н10Т, оснащен горелкой фирмы Weishaupt, что обеспечивает длительную безаварийную эксплуатацию. Вид топлива для горелки - по выбору заказчика.

- Технологический модуль может быть моноблочным или состоять из нескольких блоков, объединяет технологическое оборудование установки. В технологическом модуле осуществляется процесс разделения сырья на фракции по температурам кипения.

- Горизонтальный ректификационный аппарат обеспечивает ведение процесса ректификации нефти в широком диапазоне нагрузок с высокой четкостью разделения нефтяных фракций, имеет цельносварную конструкцию, может эксплуатироваться с существенными отклонениями от горизонтали, в том числе условиях морской качки. ГРА в 1,9 раза легче ректификационной колонны такой же производительности и проще в эксплуатации.

- Эвапораторы, рефлексная емкость и другие емкостные аппараты обеспечивают стабильную работу насосного оборудования, постоянство показателей качества нефтепродуктов.

- Насосы технологического модуля имеют частотное регулирование, что позволяет на 30-40 % снизить энергопотребление и шум. Применяемые для этого частотные преобразователи значительно увеличивают ресурс насосов, что позволяет обойтись без их дублирования.

- Теплообменники позволяют экономить до 40 % тепла, необходимого для нагрева сырья. В зависимости от мощности установки вторичной перегонки бензина применяются теплообменники типа «труба в трубе», кожухотрубчатые или пластинчатые.

Теплообменники типа «труба в трубе» имеют цельносварную неразборную конструкцию, что исключает смешивание нефтепродуктов с сырьем. Кожухотрубчатые и пластинчатые теплообменники применяются в установках вторичной перегонки бензина большей мощности.

2.3 Описание технологической схемы установки

Бензиновая фракция н.к. - 180 °С через теплообменник 2 поступает в колонну 3, с верха которой отгоняется фракция н.к. - 85 °С. Эта фракция затем поступает в колонну 8, где делится на две фракции: н.к. - 62 °С и 62 -85 °С.

Фракция 85 - 180 °С с низа 3 подается в колонну 12. С верха 12 получают фракцию 85 - 105 °С (или 85 - 120 °С), а с низа - фракцию 140 - 180 °С. В этой же колонне в виде бокового погона отбирают фракцию 105 - 140 °С (или 120 - 140 °С). Боковой погон перетекает в отпарную колонну 19, где от него отгоняются легкие фракции, возвращающиеся в 12.

Теплота, необходимая для осуществления процесса ректификации в колоннах 3, 8, 12, сообщается в нагревательных змеевиках печей 22 и 16, через которые прокачивается циркулирующий продукт с низа колонн. Нагретый рециркулят возвращается в виде парожидкостной смеси или бензиновых паров под нижнюю тарелку соответствующей колонны.

Теплота, необходимая для отгонки легких компонентов из фракции 105 - 140 °С, сообщается в кипятильнике 18. В качестве теплоносителя в 18 используется часть рециркулята колонны 12, возвращающегося из печи 16.

Верхние продукты ректификационных колонн 3, 8, 12 конденсируются в водяных кожухотрубчатых конденсаторах 4, 9 и 13. Конденсаты собираются в рефлюксных емкостях 6, 11, 15, из которых частично возвращаются в колонны в качестве острого орошения. Балансовое количество подается на дальнейшую переработку (верхний продукт 3) или выводится с установки (верхние продукты 8, 12).



3. Технологические расчеты

3.1 Материальный баланс установки

Для определения выхода продуктов на установке зададимся следующими исходными данными:

Производительность установки по сырью 250 000 тонн в год.

Результаты расчета материального баланса колонны для ректификации бензиновой фракции сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Материальный баланс установки

Продукт	% масс.	D, т/год	D, кг/ч	D, кг/с
Взято
Широкая бензиновая фракция н.к.-180 °С	100	250000	30637,2	8,5
Получено
н.к. - 62 °С	15,7	39250	4810	1,3
62 - 85 °С	13,2	33000	4044,1	1,1
85 - 105 °С	12,7	31750	3890,9	1,1
105 - 140 °С	24,9	62250	7628,7	2,1
140 - 180 °С	33,5	83750	10263,5	2,9
Итого	100	250000	30637,2	8,5

3.2 Расчет основного аппарата

Основным аппаратом установки вторичной перегонки бензина была выбрана ректификационная колонна, предназначенная для предварительного разделения широкой бензиновой фракции на узкие дистилляты. Данные, полученные при расчете материального баланса, указаны в таблице 3.1.

Тепловой баланс. Тепловой баланс колонны учитывает все тепло, вносимое в колонну и выносимое из нее. Согласно закону сохранения энергии, можно написать (без учета потерь в окружающую среду)

УQ_вх = УQ_вых 3.1

где УQ_вх - суммарное тепло, входящее в колонну, кДж/ч; УQ_вых - суммарное тепло, выходящее из колонны, кДж/ч.

Тепло, вводимое в колонну, с парожидкостным сырьем нагретым до температуры t₀:

Q_вх = Q_с = G₀ + G₀ 3.2

где G₀ - масса сырья, кг/с; - энтальпия паров сырья при данной температуре, кДж/кг; - энтальпия жидкого сырья при данной температуре, кДж/кг.

Тепло выводится из колонны:

1) с парами ректификата:

Q_D = D (3.3)

где D - масса ректификата, кг/с; - энтальпия паров ректификата при температуре верха колонны, кДж/кг.

2) с жидким остатком:

Q_R = R (3.4)

где R - остаток, кг/с; - энтальпия жидкого остатка при температуре низа колонны, кДж/кг.

Общее количество тепла, выводимого из колонны, составит

Q_вых = Q_D + Q_R (3.5)



Энтальпию паров ректификата рассчитывают по уравнению Итона:

= b(4 - ) - 308,99 (3.6)

где b - коэффициент для расчета энтальпии паров нефтепродукта, значение которого подбирают в зависимости от температуры в справочниках: - относительная плотность ректификата.

Так как в таблице 2.1 даны относительные плотности при 20 °С, т.е. , необходимо пересчитать их для расчета энтальпии паров по формуле:

= + 5б (3.7)

где б - средняя температурная поправка относительной плотности на один градус, значения которой даны в справочниках.

Итак, для фракции н.к. - 85 °С, для которой = 0,6741 + 0,00448 = 0,6786 можно посчитать энтальпию при температурах

1) t₀ = 75 °С: = 273,6(4-0,6786) - 308,99 = 599,75 кДж/кг;

2) t₀ = 104 °С: = 264,2(4-0,6786) - 308,99 = 568,46 кДж/кг.

Энтальпию жидкого остатка вычисляют по уравнению Крэга:

= a (3.8)

где а - коэффициент для расчета энтальпии жидких нефтепродуктов, значение которого дано в справочниках.

Для фракции 85 - 180 °С, = 0,7502 + 0,00415 = 0,7544, вычисленная по формуле 3.2.7.

Энтальпия по этой фракции будет равна

1) при t₀ = 75 °С: = · 227,05 = 261,43 кДж/кг;

2) при t_R = 170 °С: = · 336,07 = 386,95 кДж/кг.

По формуле 3.2 находят значение тепла, входящего в колонну:

Q_вх = Q_с = 1,96 · 599,75 + 4,835 · 261,43 = 2439,5 кДж/с.

Аналогично, по формуле 3.5 находят значение выходящего из колонны тепла:

Q_вых = Q_D + Q_R = D + R = 4,835 · 386,95 + 1,96 · 568,46 = 2985,1 кДж/с.

Отсюда, разность между входящим и выходящим теплом

ДQ = Q_вых - Q_вх (3.9)

ДQ = 2985,1 - 2439,5 = 545,6 кДж/с.

Таким образом, в колонне 3 избыток тепла 545,6 кДж/с следует снимать орошением масса которого

G_ор = (3.10)

G_ор = = 3 кг/с.

Результаты расчета теплового баланса представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Тепловой баланс ректификационной колонны

Продукт	t, °С	G, кг/с	I, кДж/кг	Q, кДж/кг
Приход
Паровая фаза:
фракция н.к. - 85 °С	75	2,45	599,75	1175,5
Жидкая фаза:
фракция 85 - 180 °С	75	6,05	261,43	1264
Итого		8,5		2439,5
Расход
Жидкая фаза:
фракция 85 - 180 °С	170	6,05	386,95	1870,9
Паровая фаза:
фракция н.к. - 85 °С	104	2,45	568,463	1114,2
Итого		8,5		2985,1

Конструктивный расчет

Конструктивный расчет ректификационной колонны представляет собой расчет его геометрических параметров, т.е. диаметра и высоты колонны, а также числа тарелок.

Диаметр колонны зависит от объема паров и их допустимой скорости в свободном сечении колонны. Объемный расход паров рассчитывают по формуле:

V = 22,4 · У (3.11)

где Т - температура системы, К; Р - давление в системе, Мпа; G_i - расход компонента, кг/с; M_i - молекулярная масса компонента.

Параметры системы известны по таблице 2.3: Т = 373 К, Р = 0,25 Мпа, расход компонентов также известен с таблицы 3.1.

Молекулярную массу компонента находят по формуле:

М = (3.12)

Относительная плотность при 15 °С с каждого ректификата равна:

н.к. - 62 °С: = 0,6479 + 0,00448 = 0,652

62 - 85 °С: = 0,7027 + 0,00448 = 0,704

85 - 105 °С: = 0,7203 + 0,00435 = 0,724

105 - 140 °С: = 0,7511 + 0,00415 = 0,754

140 - 180 °С: = 0,7697 + 0,00410 = 0,774.

Молекулярные массы соответственно равны:

н.к. - 62 °С: М₁ = = 76,4

62 - 85 °С: М₂ = = 95,64

85 - 105 °С: М₃ = = 104,79

105 - 140 °С: М₄ = = 120,99

140 - 180 °С: М₅ = = 133,91

Зная необходимые величины можно вычислить объем паров по формуле 3.11:

V = 22,4 · · ( + + + + ) =

= 22,4 · 1,366 · 0,404 · 0,063 = 0,78 м³/с.

По наибольшему объему паров вычисляют диаметр. Допустимая скорость паров влияет на эффективность ректификации, так как с увеличением скорости паров возрастает механический унос капель жидкости на вышележащую тарелку. Кроме того, чем выше допустимая скорость, тем меньше диаметр колонны и расход металла. Допустимая скорость зависит от типа ректификационных тарелок, расстояния между ними, давления в системе и др.

В практике нефтепереработки для определения допустимой скорости паров в колоннах с тарелками широко пользуются уравнения Саудерса и Брауна.

u_л = К (3.13)

где К - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации, и равный в данном случае К = 765; и - абсолютная плотность соответственно жидкости паров, кг/м³.

для фракции 85 - 180 °С учитывают на основе относительной плотности , которая известна из таблицы 2.1 и равна =_ж = 0,750 кг/м³.

рассчитывают по формуле:

= (3.14)

где Т - температура системы, К; Р - давление в системе, Мпа; M_н.к. - 85 °С - молекулярная масса фракции 85-180 °С.

Молекулярная масса фракции н.к.-85 °С равна:

М= =85,5.

Тогда абсолютная плотность паров:

с_п= =6,84 кг/м³.

Подставив все значения, можно рассчитать допустимую скорость паров:

u_л=765=0,185 м/с.

Диаметр колонны определяют по уравнению:

d=1,128 (3.15)

И тогда диаметр будет равен:

d=1,128=2,54 м.