Расчет вакуумной колонны для переработки мазута по масляному варианту производительностью 5 млн. тонн в год

350-410

8,2

59,42

350-420

9,8

71,01

350-430

11,2

81,16

350-440

12,4

89,86

350-450

13,8

100

Строим кривую ИТК (рис.3) по полученным данным строим кривую ИТК.

Для построения кривой ОИ по методу Обрядчикова и Смидовича при давлении 0,1 МПа (760 мм.рт.ст.) надо знать тангенс угла наклона кривой ИТК и температуру выкипания 50 % по кривой ИТК.

tg ИТК =

tg ИТК = = 1,008

t 50%=400,71

Затем по графику (рис. 13 [4]) по данным tgИТК и t50% находят на оси ординат (в верхней ее части) степень отгона по ИТК, соответствующую 100% отгона по ОИ, и (в нижней ее части) степень отгона по ИТК, соответствующую 0% отгона по ОИ. 0% отгона по ОИ соответствует 35% отгона по ИТК, 100% отгона по ОИ - 56% отгона по ИТК. Полученные значения определяют положение линии ОИ.

Температуру бокового погона определяют по нулевой точке на ОИ. Давление в этой зоне колонны можно рассчитать по формуле:

Р = Рап ·

,

Рап - давление в колонне, МПа;

Gфр, Gв.п. - количество нефтепродукта и воды соответственно, кг/с;

Мфр, Мв.п. - молекулярная масса нефтепродукта и воды.

При использовании кривой ИТК данной фракции можно определить tср.об., которая равна температуре выкипания 50% по ИТК:tср.об. = 400,71°С

Для определения tср.мол. по приложению 2 [4] необходимо знать угол наклона кривой разгонки:

По приложению 2 [4] определяем tср.мол.= tср.об.-к= 400,71-8=392,71С

где к - корректирующая добавка.

Рассчитываем молекулярную массу по формуле Вайнова:

M = a + bt + ct2 (18 [4])

где t - средне молекулярная температура кипения фракции.

В частности, для парафиновых углеводородов формула примет вид:

М = 60 + 0,3t + 0,001t2

Считая, что нефть парафинистая

М = 60 + 0,3 · 392,71 + 0,001 · 392,712 = 332,03

Gфр = = 23,49 кг/с

Nфр = = 0,0707

Расход водяного пара, подаваемого в колонну составляет 0,8-1,5% (стр. 373,[1]) на мазут:

Nв.п. = = 0,068

Расход водяного пара, подаваемого в стриппинг составляет 4% (стр. 373,[1]) на фракцию:

Nв.п. = = 0,029

P = 0,009 · = 0,0038 МПа = 28,46 мм.рт.ст.

Находим точку пересечения линии ОИ и ИТК фракции и пересчитываем на давление 28,46 мм.рт.ст. Пересчет на давление 28,46 мм.рт.ст. проводим по графику Кокса [5].

Определяем температуру вывода бокового погона (фр. 350-450С) (рис.3): t350-450С = 272°С.

4.3.3 Построение кривой ОИ фракции 450-500С (метод Нельсона и Харви)

Содержание фракции 450-500С составляет 7,7% мас. на нефть. Пересчитаем проценты выхода на нефть в проценты на фракции.

Таблица 4.5.

Содержание узких фракций во фракции 450-500 °С.

Узкая фракция	Выход на нефть мас %	Выход на фракцию мас %
450-460	1	12,99
450-470	3,4	44,16
450-480	4,5	58,44
450-490	6,6	85,71
450-500	7,7	100

Строим кривую ИТК (рис. 4) по полученным данным.

По аналогичной методике строим кривую ОИ при 0,1МПа

tg ИТК = = 0,44

= 474,09

По графику Нельсона и Харви [4] определим:

tg ОИ = 0,1 ; ?t = 2

отсюда

= 474,09- 2 = 472,09°С

- 50tg ОИ=472,09-500,1=467,09

+ 50tg ОИ=472,09+500,1=477,09

Полученные значения определяют положение линии ОИ .

Температуру боковых погонов определяют по нулевой точке на ОИ. Пересчитываем давление с учетом водяного пара

Р = Рап ·

При использовании кривой ИТК данной фракции можно определить tср.об., которая равна температуре выкипания 50%

tср.об. = 474,09°С

Для определения tср.мол. по приложению 2 [4] необходимо знать угол наклона кривой разгонки:

По приложению 2 [4] определяем tср.мол.= tср.об.-к= 474,09-1=473,09С

где к - корректирующая добавка.

Рассчитываем молекулярную массу по формуле Вайнова:

M = a + bt + ct2 (18 [4])

где t - средне молекулярная температура кипения фракции.

В частности, для парафиновых углеводородов формула примет вид:

М = 60 + 0,3t + 0,001t2

Молекулярная масса фракции

М = 60 + 0,3 · 473,09+0,001· 473,092=425,74

Gфр = = 13,1 кг/с

Nфр = = 0,0308

Считая расход водяного пара составляет 1,5%(стр. 373,[1]) на мазут:

Nв.п. = = 0,068

P = 0,009 · = 0,0028Мпа =21,04 мм.рт.ст.

Находим точку пересечения линии ОИ и ИТК фракции и пересчитываем на давление 49,7 мм.рт.ст. Пересчет на давление 49,7мм.рт.ст. проводим по графику Кокса.

Определяем температуру вывода бокового погона (фр. 450-500С) (рис.4).

t450-500C = 337C.

Температуру верха колонны принимают не ниже 70С (стр. 373, [1]).

Примем температуру верха колонны 90С.

4.4 Тепловой баланс вакуумной колонны

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

(стр. 63 [4])

где Qвх - суммарное тепло, входящее в колонну, Вт или кДж/ч; Qвых - суммарное тепло, выходящее из колонны, Вт или кДж/ч.

Тепло, вводимое в колонну

1) С сырьем, нагретым до температуры t0

, - энтальпия сырья, кДж/кг; t0 - температура нагрева сырья: t0 =398С; G- масса сырья, кг/ч.

G = 292892,156 кг/ч; е = 0,522

(49 [4])

(48 [4])

= 0,8862

- средняя температурная поправка (см. приложение 1 [4])

= 0,8862 + 5 0,00066 = 0,8895

а - определим по приложению 20 [4] (для жидких нефтепродуктов) и 21 [4] (для паров нефтепродуктов).

= (4 - 0,8895) ·485,046 - 308,99 = 1199,746 кДж/кг

·940,856 = 997,586 кДж/кг

= 292892,156 · 0,522 · 1199,746 + 292892,156 · (1 - 0,522) · 997,586 = 323093297,2кДж/кг

2) Тепло, вводимое с водяным паром

= 3282,4 кДж/кг ; = 2670,82 кДж/кг по приложению 29 [4].

Расход водяного пара составляет 1,5% на мазут:

Gв.п.= 0,015 · 292892,156 = 4393,38кг/ч

= 4393,38 · (3282,4 - 2670,82) = 2686904,772 кДж/ч

Общее количество тепла вводимое в колонну, составляет:

Qвх. = Qс + Qв.п. = 323093297,2+2686904,772 = 325780202,1 кДж/ч

Тепло, выводимое из колонны

1) С парами ректификата (QD, Вт или кДж/ч)

QD = D ·

Считая, что углеводородных газов образуется не более 0,1% мас.(стр. 372 [4])

D = 292892,156 · 0,001 = 292,892 кг/ч

= 0,72755

tD - температура верха колонны: принимаем tD =90С

а - определим по приложению 21 [4]: а=256,17 кДж/кг

= 256,17 · (4 - 0,72755)-308,99 = 529,31 кДж/кг

QD = 292,892 · 529,31 = 155031,777 кДж/ч

2) С жидким остатком

QR =

tR - температура низа колонны: tR =378С

a = 880,748 кДж/кг

0,9640

0,9640 + 5 · 0,000554= 0,96677

= 895,757 кДж/кг

R=161151,960 кг/ч

QR = 161151,96 · 895,757 = 144352953,8 кДж/ч

3) С фракцией350-450С

G= 84558,824 кг/ч , = 584,828кДж/кг при t=272С

0,8850

0,8850 + 5 · 0,00066= 0,8883

= 620,51 кДж/кг

= 84558,824· 620,51 = 52469540,47 кДж/ч

4) С фракцией 450-500°С

0,910

G = 47181,372 кг/ч 0,910+ 5 · 0,00062 = 0,9131

= 751,76 кДж/кг при t=337С

= 797,185 кДж/кг

= 47181,372 · 797,185=37612271,16 кДж/ч

Общее тепло, выводимое из колонны, составляет:

Q вых. = QD + QR + Q350-450 + Q450-500 = 155031,777 + 144352953,8 + 52469540,47 + 37612271,16 = 234589797,2 кДж/ч

Разность между теплом, входящим в колонну и выходящим из нее, необходимо снимать циркуляционным орошением:

Q = Qвх. - Q вых = 325780202,1-234589797,2 = 91190404,9 кДж/ч

2 Qц.о = Q

Qц.о = 45595202,45 кДж/ч

Циркуляционный поток жидкости имеет разность температур на выходе его из колонны и входе в нее t = 50-100С (стр. 369 [3]). Примем t = 75

Gц.о =

 = 422,811 кДж/кг

= 580,716 кДж/кг

= 230629,40 кг/ч

= 210631,56 кг/ч

Оформим тепловой баланс в виде таблицы:

Таблица 4.6

Тепловой баланс вакуумной колонны

Продукт	Тепло входящее	Продукт	Тепло выходящее
	t, °С	G, кг/ч	Q, кДж/ч		t, °С	G, кг/ч	Q, кДж/ч
1. Мазут	398	292892,156	323093297,2	Газы	90	292,892	155031,777
				Остаток	378	161151,96	144352953,8
				350-450	272	84558,824	52469540,47
2.Водяной пар	400	4393,382	2686904,772	450-500	337	47181,372	37612271,16
				ц.оI	197	230629,40	45595202,45
				ц.оII	262	210631,56	45595202,45
Итого			325780202,1	Итого			325780202,1

4.5 Размеры колонны

4.5.1 Расчет диаметра колонны

Диаметр колонны определяют в зависимости от максимального расхода паров и их допустимой скорости в свободном сечении колонны. Предварительно вычисляют объем паров (V м3/ч) проходящих в 1 час через сечение колонны в нескольких ее местах.

V = (стр. 54 [3])

Т - температура системы, К; Р - давление в системе, МПа; Gi - расход компонента, кг/ч; Мi - молекулярная масса компонента.

1)

V1 =22,4 ·

0,8862

= 0,8895

Скорость паров в вакуумной колонне 2,5-3,5 м/с (стр.56 [4]), примем 3 м/с.

d1 = = 8,72 м

По ГОСТ примем d1 = 9м.

2)

V2 = 22,4· м3/с

d2 = = 5,97 м

По ГОСТ примем d2 = 6м.

3)

V3 =22,4· м3/с

d3 = = 4,86 м

По ГОСТ примем d3 = 5м.

4) Диаметр низа колонны

0,9640

= 0,96677

Примем число отгонных тарелок n = 4 (стр. 401 [3]), Рт = 0,4 кПа (стр. 401 [3]), тогда

Рн=Рвс+nРт=0,009+40,410-3 = 0,0106МПа

V4 =22,4· м3/с

d3 = = 3,78 м

По ГОСТ примем d4 = 3,8 м.

Примем верхний диаметр колонны

d = 9 м

Нижний диаметр

d = 3,8 м

4.5.2 Расчет высоты колонны

Высота свободного пространства между верхней тарелкой и верхним днищем колонны принимают конструктивно равной Ѕ диаметра колонны.

h1 = 9 · 0,5 = 4,5 м

Высоты h2 и h4 определяют, исходя из числа тарелок в этой части колонны и расстояния между ними.

h2 = (n - 1)a = (20 - 1)0,61 = 11,59 м

h4 = (n - 1)a = (4 - 1)0,61 = 1,83 м

Число тарелок в верхней и нижней части колонны приняты в соответствие со стр. 401 [1].

Высоту h3 берут из расчета расстояния между тремя тарелками:

h3 = а3 = 0,613 = 1,83 м

Высоту h5 принимают равной 2 м. Высоту h6 определяют, исходя из запаса остатка на 600 с. Объем остатка

Vм =

Площадь поперечного сечения колонны

F = м2

h6 = 3,5 м

Общая высота колонны:

H =h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 = 4,5 + 11,59 + 1,83 + 1,83 + 2 + 3,5 =25,25м

4.6 Расчет теплообменника

По данным программы DESIGN II для теплообменника Т-2 были получены результаты:

Диаметр теплообменника = 800 мм

Размер труб = 252 мм

Число труб = 456

Длина труб = 4000 мм

Коэффициент теплопередачи = 1,5 кВт/м2К

Температура на входе в межтрубное пространство = 300С

Температура на выходе из межтрубного пространства = 75С

Температура на входе в трубное пространство = 30С

Температура на выходе из трубного пространства = 74,1С

Необходимая поверхность теплообмена = 147,08 м2

Расчетная поверхность теплообмена = 169,45 м2

Запас по поверхности теплообмена = 13%

Расход воды = 30000 кг/ч

Для обеспечения охлаждения фракции 450-500С (G=47181,372 кг/ч) от 300С до 75С таких теплообменников необходимо поставить пять.

5. Вывод

Рассчитана вакуумная колонна для переработки мазута Правдинской нефти по масляному варианту производительностью 5 млн. т/год имеет следующие размеры:

Верхний диаметр колонны = 9 м

Нижний диаметр колонны = 3,8 м

Высота колонны = 25,25 м

Колонна снабжена двумя насадками Зульцера, т.к. у нее меньшее гидравлическое сопротивление и высокие производительность и эффективность.

6. Список литературы

1. Мановян А.К. «Технология первичной переработки нефти и природного газа», М: Химия 2001г, издание 2, 568 с.

2. Нефтепереработка и нефтехимия №1, 2004г.

3. Химическая технология топлива и масел №1, 2004 г.

4. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. «Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа» 2-е изд. Перераб. и доп. Н.: Химия 1980г, 256 с

5. Рябов В.Г., Кудинов А.В., Федотов К.В. «Сборник номограмм для проведения технологических расчетов процессов нефтепереработки», часть 1, 2002г.

6. Новые нефти восточных районов СССР под редакцией С.Н. Павловой, З.В. Дриацкой. М.: Химия 1967, 670 с

7. Справочник под редакцией Школьникова «Топлива, смазочные материалы, технические жидкости ассортимент и применение», Москва 1999г

Размещено на Allbest.ru