Расчет вакуумной ректификационной колонны для разгонки нефтепродуктов

Министерство образования Российской Федерации

Ангарская Государственная Техническая академия

Кафедра Химической технологии топлива

Пояснительная записка к курсовому проекту.

Тема проекта: “Блок ВП(м), установка ГК-3”

Выполнил: ст-нт гр.ТТ-99-1

Семёнов И. А.

Проверил: проф.., к.т.н.

 Щелкунов Б.И.

 

Ангарск 2003

Содержание:

Введение 3

Материальный баланс 4 Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й секции 5 Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях 9 Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции 11 Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции 21 Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции 23 Расчёт физико-химических свойств смеси. 26 Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции 27 Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции. 32 Тепловой баланс колонны 33 Расчёт штуцеров колонны 35 Расчёт теплоизоляции 37

Список литературы 38

Введение

Ректификация является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Это массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами. Ректификация – это наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров. Процесс основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава начальной смеси: легколетучего компонента в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего компонента при этом должна увеличиться.

Технологический расчёт колонны

В колонну поступает 76000 кг/ч сырья (мазута).Продуктами перегонки являются:

Фракция НК-350 ^оС (пары и газы разложения). Фракция 350-500 ^оС (вакуумный погон). Фракция 500-КК ^оС (гудрон).

Давление в колонне равно

Материальный баланс колонны

Материальный баланс колонны составляем на основе данных о выходах (табл. 1) продуктов из сырья.

Таблица 1.

Наименование продукта	Выход, % масс.
Вакуумный погон (фр. 350 – 500 oC)	34,3
Гудрон (фр. свыше 500 oC)	62,7
Газы разложения	3
Итого:	100

Расчёт:

1. Расход вакуумного погона:

2. Расход гудрона:

3. Расход паров и газов разложения:

Все результаты расчёта по колонне заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

Материальный баланс по колонне

Приход		Расход
Наименование	Расход, кг/ч	Наименование	Расход, кг/ч
Мазут	76000	Пары разложения	2280
		Вакуумный погон	26068
		Гудрон	47652
Итого:	76000	Итого:	76000

Считаем материальный баланс по каждой секции:

Таблица 3.

Материальный баланс 1-й секции

Приход			Расход
Наименование	%	кг/ч	Наименование	%	кг/ч
Мазут			(пар.фаза)
(пар.фаза)			Пары разложения	37,30	2280
Пары разложения	37,30	2280	Вакуумный погон		26068
Вакуумный погон		26068	(жидкая фаза)
Гудрон	62,70	47652	Гудрон	62,70	47652
Итого:	100	76000	Итого:	100	76000

Таблица 4.

Материальный баланс 2-й секции

Приход			Расход
Наименование	%	кг/ч	Наименование	%	кг/ч
(пар.фаза)			(пар.фаза)
Пары разложения	8,04	2280	Пары разложения	8,04	2280
Вакуумный погон	91,96	26068	(жидкая фаза)
			Вакуумный погон	91,96	26068
Итого:	100	28348	Итого:	100	28348

Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 1-й секции.

Для выполнения расчёта заменяем имеющиеся фракции углеводородов на простые алканы нормального строения:

1. Фракция НК-350 ^оС. Так как данная фракция состоит преимущественно из паров диз. топлива, то за НК примем температуру равную 240 ^оC. Средняя температура равна: (350+240)/2=295 ^оС.

Принимаем: н-гексадекан (С₁₆Н₃₄ ), t_кип=287 ^оС, М=226 кг/кмоль.

2. Фракция 350-500 ^оС. t_ср=(350+500)/2 = 425 ^оС.

Принимаем: н-гексакозан (С₂₆Н₅₄ ), t_кип=417 ^оС, М=366 кг/кмоль.

3. Фракция 500-КК ^оС

Принимаем: н-пентатриаконтан (С₃₅Н₇₂), t_кип=511 ^оС, М=492 кг/кмоль.

Заменяем перегоняемую смесь углеводородов в 1-й секции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексакозан (С₂₆Н₅₄ ), а в качестве выкокипящего (ВК) - н-пентатриаконтан (С₃₅Н₇₂).

Производим расчёт мольных концентрация на входе и на выходах из секции.

Мольную концентрацию на входе определяем на основе массовой концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 1-й секции (табл. 3).

Состав куба дистиллята определяется на основе ср. температур кипения фракции и рассчитывается по формуле:

где P_атм- атмосферное давление, P_НК  и P_ВК –давление насыщенных паров индивидуальных компонентов при температуре фракции, определяются по уравнению Антуана:

, [Па.]

где A, В, С – параметры Антуана для каждого компонента. t- температура, ^оС.

Параметры уравнения для каждого компонента приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Параметры уравнения Антуана

 

Наименование	Коэф-нты
	А	В	С
н-гексадекан	7,03044	1831,317	154,528
н-гексакозан	7,62867	2434,747	96,1
н-пентатриаконтан	5,778045	1598,23	40,5

Расчёт состава куба: P_НК  и P_ВК рассчитываются при температуре равной 500 ^оС.

Расчёт состава дистиллата: P_НК  и P_ВК рассчитываются при температуре равной 425 ^оС.

Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:

Температура на выходе из дистиллата равна: t_D=363 ^оС

Температура на выходе из куба равна: t_W=408 ^оС

Температура на входе равна: t_F=376 ^оС

Определяем относительную летучесть  по формуле:

При температуре t_D=363 ^оС

При температуре t_W=408 ^оС

Средняя относительная летучесть:

Строим кривую равновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен y_f=0,738 мол.дол.

Рассчитываем минимальное флегмовое число:

Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :, где . Зависимость критерия оптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.

Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы

По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:

Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

Рис.3 Теоретические ступени

Число теоретических тарелок N_ТТ=6

Число теоретических тарелок в нижней части N_Н=4

Число теоретических тарелок в верхней части N_В=2

Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях. Расчёт средних концентраций жидкости:

Расчёт средних концентраций пара:

Средние температуры верха и низа:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата и куба.

Средние молекулярные массы пара:

Средние молекулярные массы жидкости:

Средние плотности пара:

Средние массовые доли:

Средние плотности жидкости:

Плотность НК компонента при температур t_Н=388 ^оС равна

Плотность ВК компонента при температур t_Н=388 ^оС равна

Плотность НК компонента при температур t_В=369 ^оС равна

Плотность ВК компонента при температур t_В=369 ^оС равна

Средние вязкости жидкости:

Вязкость НК компонента при температур t_Н=388 ^оС равна

Вязкость ВК компонента при температур t_Н=388 ^оС равна

Вязкость НК компонента при температур t_В=369 ^оС равна

Вязкость ВК компонента при температур t_В=369 ^оС равна

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Для верха колонны:

Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 1-й секции.

Определяем количество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем допущение, что расход пара во всей колонне является величиной постоянной и находится:

Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

Для расчёта диапазон колебания нагрузки принимаем равными:

К₃=0,8 – коэффициент уменьшения нагрузки

К₄=1,1 – коэффициент увеличения нагрузки

1. Диапазон колебания нагрузки.

Такое значение приемлемо для колпачковых тарелок.

2. Расчёт оценочной скорости для нижней части:

Для верхней части:

3. Диаметр нижней части:

Верхней части:

4. Так как диаметры оказались одинаковыми принимаем колонну одного диаметра D_К=2,4 м

Действительную скорость пара в нижней части находим:

В верхней части:

5. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

6. Фактор нагрузки для нижней части колонны:

Для верхней части:

Коэффициент поверхностного натяжения для нижней части колонны:

Для верхней части:

Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В₁ для верхней и нижней частей колонны:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:

Для верхней части:

7. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:

Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся. Расчёт для нижней и верхней частей колонны ведём раздельно.

Расчёт нижней части секции:

Принимаем следующее диаметр:

Принимаем следующее диаметр:

Принимаем следующее диаметр:

Принимаем следующее диаметр:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие не выполняется. Увеличиваем диаметр колонны:

 

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

9. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

10. Глубина барботажа h_б=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h₃=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h₄=0,018 м (табл. 6.8. [1]).

Высота парожидкостного слоя на тарелках:

11. Высота сливного порога:

12. Градиент уровня жидкости на тарелке:

13. Динамическая глубина барботажа:

14. Значение комплекса В₂ (табл. 6.9. [1]):

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6.). Коэффициент запаса сечения тарелок:

Так как К₁ <1, то пар будет проходить лишь через отдельные колпачка. Контакт пара и жидкости окажется не достаточно эффективным, но положение можно исправить, уменьшив число колпачков.

Выбираем площадь прорезей колпачка S₃ =0,0046 м² (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В₅ берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

15. Фактор аэрации:

16. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки  (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К₅=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

18. Межтарельчатый унос жидкости:

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

19. Площадь поперечного сечения колонны:

Скорость жидкости в переливных устройствах:

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

Действительные скорости жидкости меньше допустимых. Таким образом для нижней части 1-й секции принимаем данную тарелку.

Расчёт верхней части секции:

 

Для упрощения конструкции колонны в верхней части секции принимаем тарелки того же диаметра что и в нижней D_К= 3,6 м

1.Действительную скорость пара в верхней части:

2. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

3. Фактор нагрузки для верхней части колонны:

Коэффициент поверхностного натяжения для верхней части секции:

Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В₁:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

4. Проверяем условие допустимости скоростей пара:

Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

5. Удельная нагрузка на перегородку в нижней части:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

6. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

7. Глубина барботажа h_б=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h₃=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h₄=0,018 м (табл. 6.8. [1]).

Высота парожидкостного слоя на тарелках:

8. Высота сливного порога:

9. Градиент уровня жидкости на тарелке:

10. Динамическая глубина барботажа:

11. Значение комплекса В₂ (табл. 6.9. [1]):

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:

Так как К₁ >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.

Выбираем площадь прорезей колпачка S₃ =0,0046 м² (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В₅ берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

12. Фактор аэрации:

13. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки  (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

14. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К₅=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

15. Межтарельчатый унос жидкости:

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

16. Площадь поперечного сечения колонны:

Скорость жидкости в переливных устройствах:

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

Действительные скорости жидкости меньше допустимых.

Таким образом для верха и низа секции принимаем одинаковую тарелку.

Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет следующие характеристики:

Диаметр тарелки: D = 3600 мм;

Периметр слива: l_w = 2,88 м;

Высота сливного порога: ; ;

Свободное сечение тарелки:

Сечение перелива:

Относительная площадь для прохода паров: ;

Межтарельчатое расстояние: ; ;

Количество колпачков: ; ;

Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

Высота парожидкостного слоя:

Фактор аэрации:

Гидравлическое сопротивление тарелки:

Межтарельчатый унос:

Скорость жидкости в переливе:

Скорость пара в колонне:

Расчёт эффективности тарелок и высоты 1-й секции.

1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

2. Определяем общее числа единиц переноса:

Для верха колонны:

3. Локальная эффективность контакта:

Для верха колонны:

4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

Для верха колонны:

5. Действительное число тарелок:

Для верха колонны:

6. Рабочая высота секции для низа:

Для верха:

Общая рабочая высота:

7. Общая высота секции:

Определение рабочего флегмового числа и числа теоретических тарелок для 2-й секции.

Расчёт второй секции колонны производим только для верхней части.

Заменяем перегоняемую смесь углеводородов во 2-й секции на бинарную смесь. В качестве низкокипящеко (НК) компонента принимаем н-гексадекан (С₁₆Н₃₄ ), а в качестве выкокипящего (ВК) - : н-гексакозан (С₂₆Н₅₄ ).

Производим расчёт мольных концентрация на входе и на выходах из секции.

Мольную концентрацию на входе определяем на основе массовой концентрации, которую рассчитали в материальном балансе 2-й секции (табл. 3).

 

Расчёт состава дистиллата: P_НК  и P_ВК рассчитываются при температуре равной 295 ^оС.

Температуры на выходе из дистиллата и куба определяем по формуле методом последовательного приближения:

Температура на выходе из дистиллата равна: t_D=235 ^оС

Температура на входе равна: t_F=308 ^оС

Определяем относительную летучесть  по формуле:

При температуре t_D=235 ^оС

При температуре t_W=308 ^оС

Средняя относительная летучесть:

Строим кривую равновесия по формуле:

Рис.1 Кривая равновесия

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен y_f=0,501 мол.дол.

Рассчитываем минимальное флегмовое число:

Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :, где . Зависимость критерия оптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.

Рис.2 Зависимость критерия оптимальности от коэф-та избытка флегмы

По графику определяем что . Отсюда находимо рабочее флегмовое число:

Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

Рис.3 Теоретические ступени

Число теоретических тарелок N_ТТ=3

Расчёт физико-химических свойств смеси. Расчёт средней концентрации жидкости:

Расчёт средней концентрации пара:

Расчёт средней температуры:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллата.

Средняя молекулярная масса пара:

Средняя молекулярная масса жидкости:

Средняя плотность пара:

Средняя массовая доля:

Средняя плотность жидкости:

Плотность НК компонента при температур t =256 ^оС равна

Плотность ВК компонента при температур t=256 ^оС равна

Средняя вязкость жидкости:

Вязкость НК компонента при температур t =256 ^оС равна

Вязкость ВК компонента при температур t =256 ^оС равна

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Гидравлический расчёт колпачковых тарелок 2-й секции.

Определяем количество пара поднимающегося вверх по колонне. Примем допущение, что расход пара во всей колонне является величиной постоянной и находится:

Определяем расход жидкости в верхней и нижней части колонны:

1. Расчёт оценочной скорости:

2. Определяем диаметр:

3. Принимаем колонну диаметра D_К=1,0 м

Действительную скорость пара в нижней части находим:

4. По таблице 6 [1] периметр слива и относительное сечение перелива . Относительная активная площадь тарелки:

5. Фактор нагрузки:

Коэффициент поверхностного натяжения:

Принимая минимальное расстояние между тарелками , по табл. 6.7 [1] определяем комплекс В₁:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны:

6. Проверяем условие допустимости скоростей пара для верхней и нижней частей колонны:

Условие не выполняется, поэтому необходимо увеличивать межтарельчатое расстояние, а при достижении максимального значения принимать тарелку большего диаметра до тех пор пока условие не сойдётся.

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Увеличиваем межтарельчатое расстояние:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

7. Удельная нагрузка на перегородку:

Условие выполнилось. Продолжаем расчёт дальше.

8. Фактор паровой нагрузки:

Подпор жидкости над сливным порогом:

9. Глубина барботажа h_б=0,03 м (табл. 6.4. [1]), высота прорези колпачка h₃=0,02 м (табл. 6.10. [1]), зазор установки колпачка h₄=0,01 м (табл. 6.8. [1]).

Высота парожидкостного слоя на тарелках:

10. Высота сливного порога:

11. Градиент уровня жидкости на тарелке:

12. Динамическая глубина барботажа:

13. Значение комплекса В₂ (табл. 6.9. [1]):

Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелок:

Относительное свободное сечение тарелок (табл. 6.6. [1]). Коэффициент запаса сечения тарелок:

Так как К₁ >1, то пар будет проходить через тарелку равномерно.

Выбираем площадь прорезей колпачка S₃ =0,0023 м² (табл. 6.10 [1]) и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Коэффициент В₅ берётся по табл. 6.11. [1].

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно.

14. Фактор аэрации:

15. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки  (табл. 6.13 [1]).

Гидравлическое сопротивление тарелок:

17. Коэффициент вспениваемости при вакуумной перегонки мазута К₅=0,75

Высота сепарационного пространства между тарелками:

18. Межтарельчатый унос жидкости:

Величина не превышает 0,1 кг/кг. Продолжаем расчёт.

19. Площадь поперечного сечения колонны:

Скорость жидкости в переливных устройствах:

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах:

Действительная скорость жидкости меньше допустимых. Таким образом для 2-й секции принимаем данную тарелку.

Больше всего подходит стандартная тарелка ТСК-Р, которая имеет следующие характеристики:

Диаметр тарелки: D = 1000 мм;

Периметр слива: l_w = 0,683м;

Высота сливного порога: ;

Свободное сечение тарелки:

Сечение перелива:

Относительная площадь для прохода паров: ;

Межтарельчатое расстояние: ;

Количество колпачков: ;

Работа тарелки характеризуется следующими параметрами:

Высота парожидкостного слоя:

Фактор аэрации:

Гидравлическое сопротивление тарелки:

Межтарельчатый унос:

Скорость жидкости в переливном устройстве:

Скорость пара в колонне:

Расчёт эффективности тарелок и высоты 2-й секции.

1. Определяем значение критерия Фурье для колпачковой тарелки:

2. Определяем общее числа единиц переноса:

3. Локальная эффективность контакта:

4. Эффективность тарелки по Мэрфи:

5. Действительное число тарелок:

6. Рабочая высота секции для низа:

7. Общая высота секции:

Тепловой баланс колонны.

Для расчёта энтальпий углеводородов воспользуемся формулами:

Для жидких углеводородов:

Для газообразных углеводородов:

Расчёт 1-й секции:

Приход:

1. Паровая фаза:

а) фр. НК-350 ^оС

б) фр. 350-500 ^оС

в) Водяной пар (15 ата; t = 420 ^оС)

2. Жидкая фаза:

а) фр. 500-КК ^оС

Расход:

1. Паровая фаза:

а) фр. НК-350 ^оС

б) фр. 350-500 ^оС

в) Водяной пар (15 ата; t = 420 ^оС)

2. Жидкая фаза:

а) фр. 500-КК ^оС

Результаты расчёта заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

Тепловой баланс 1-й секции колонны

Приход					Расход
Наименование	t, oC	кг/ч	кДж/кг	кДж/ч	Наименование	t, oC	кг/ч	кДж/кг	кДж/ч
Мазут					Паровая фаза:
Паровая фаза:					нк - 350	385	2280	1414,163	3224291,24
нк - 350 оС	420	2280	1516,414	3457423,97	фр. 350 - 500	385	26068	1384,908	36101783,6
фр. 350 – 500	420	26068	1485,149	38714861,93	Вод. пар	385	5000	3251,5	16257500
Жидкая фаза:					Жидкая фаза
Гудрон	420	47652	971,820	46309170,65	Гудрон	400	47652	912,462	43480621,5
Вод. пар	480	5000	3282,4	16412000
Итого:		81000		104893456,6	Итого:		81000		99064196,4

 

Избыток тепла в 1-й секции составляет:

Расчёт 2-й секции производим по такой же схеме и результаты выводим в таблицу 7.

Таблица 7.

Тепловой баланс 2-й секции колонны

Приход					Расход
Наименование	t, oC	кг/ч	кДж/кг	кДж/ч	Наименование	t, oC	кг/ч	кДж/кг	кДж/ч
Паровая фаза:					Паровая фаза:
нк - 350	385	2280	1414,16	3224291,24	нк - 350	100	2280	749,797	1709537
фр. 350 - 500	385	26068	1384,91	36101783,6	Вод. пар	100	5000	2689,9	13449500
Вод. пар	385	5000	3251,5	16257500	Жидкая фаза
					фр. 350 - 500	385	26068	941,64	24546565
Итого:		33348		55583574,8	Итого:		33348		39705601,7

Избыток тепла в 1-й секции составляет:

Избытки тепла в секциях снимаются за счёт циркуляционных орошений.

В качестве НЦО примем флегму 1-й секции.

Температуру, до которой необходимо охладить флегму, найдём из энтальпии возвращаемой флегмы:

Решая уравнение получаем значение температуры

t = 255 ^оС

Избыток тепла во второй секции снимаем за счёт подачи охлаждённой флегмы до 40 ^оС, а так же за счёт ВЦО:

Расход ВЦО найдём по уравнению:

 

Расчёт штуцеров колонны

Расчёт диаметров штуцеров производим на основе скорости движения потоков по формуле:

1. Внутренний диаметр штуцера для входа исходного сырья:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₁=0,4 м

2. Внутренний диаметр штуцера для входа водяного пара:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₂=0,2 м

3. Внутренний диаметр штуцера для выхода гудрона:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₃=0,2 м

4. Внутренний диаметр штуцера для выхода вакуумного погона:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₄=0,15 м

5. Внутренний диаметр штуцера для входа флегмы в 1-ю секцию:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₅=0,125 м

6. Внутренний диаметр штуцера для выхода паров углеводородов с верха колонны:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₆=0,25 м

7. Внутренний диаметр штуцера для входа флегмы во 2-ю секцию:

Принимаем скорость движения сырья

Принимаем штуцер с внутренним диаметром равным D₇=0,04 м

Расчёт теплоизоляции

В качестве теплоизолирующего материала примем минеральную вату.

Принимаем температуру окружающего воздуха t_о=20 ^оС и ветер, движущийся со скоростью w=10 м/с. Так же принимаем коэффициент теплоотдачи от изоляционного материала в окружающую среду . Температура стенки изоляционного материала по технике безопасности не должна превышать 45 ^оС. Принимаем её равной

Тепловые потери:

Приближённо принимаем, что всё термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, тогда толщина слоя изоляционного материала определяется уравнением:

где  теплопроводность изоляционного материала при средней температуре; q – удельная тепловая нагрузка;  - средняя температура по колонне и температура внешней стенки изоляционного материала.

Список литературы

Ульянов Б.А., Асламов А.А., Щелкунов Б.И. Ректификация бинарных и многокомпонентных смесей: Уч. Пособие – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1999-240 с. Ульянов Б.А., Щелкунов Б. И. Гидравлика контактных тарелок: Уч. Пособие – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1996 г. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: М. 1991 г. Татевский А.Е. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов: М. 1960г. –412 с. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: М. 1991г. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.: М. 1987 г. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры.: М. 1970г.