диплом гидроочистка. готовый диплом ДТ испр (Автосохраненный). Бакалаврской работы

Название	Бакалаврской работы
Анкор	диплом гидроочистка
Дата	13.06.2022
Размер	0.63 Mb.
Формат файла
Имя файла	готовый диплом ДТ испр (Автосохраненный).docx
Тип	Реферат #588304
страница	12 из 21

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 21

3.9 Расчет теплообменника

Расчет теплообменника сводится к определению необходимой поверхности, обеспечивающей заданный температурный перепад.

Исходные данные:

- начальная температура холодного теплоносителя (газо-сырьевая смесь)

=25 °С;

- конечная температура холодного теплоносителя (газо-сырьевая смесь)

=160 °С;

- начальная температура горячего теплоносителя (газо-продуктовая смесь)

= 380°С;

- конечная температура горячего теплоносителя (газо-продуктовая смесь)

= 170 °С.

Схема теплообмена приведена на рисунке 3.1.

2

5 °С 160 °С

1

70 °С380°С

Рисунок 3.1 – Схема теплообмена
Расчет основных параметров теплообменника

Поверхность теплообмена вычисляется по формуле :

(3.43)

где Δt_cp –средний температурный напор, С;

Количество передаваемое потоком газо-продуктовой смеси тепла

_{, (3.44)}

где

- энтальпия газо-продуктовой смеси при температуре 380 ^оС

I_Г1=1008 кДж/кг

_I_{Г2- энтальпия газо-продуктовой смеси при температуре 170 оС}

_I_Г2=400 кДж/кг

_;

К – коэффициент теплопередачи, К = 290 ккал/(м²∙С) .

По схеме теплообмена:

Δt_м=170 – 25 = 145 С;

Δt_б=380 – 160 = 220 С.

Так как

, то среднюю разность температуру находим по формуле:

Для проектирования принимается 2 теплообменника типа 1200ТУ-8,0-8,0-М13/25Г-9-Т-У-И (ГОСТ 3612-023-00220302-01) на поток.

Установленная поверхность нагрева каждого теплообменника составляет 615 м², что позволяет увеличить производительность установки так как обеспечен запас по поверхности.

3.10 Расчёт сепаратора высокого давления

Для выделения водородсодержащего газа из газо-продуктовой смеси применяются два способа сепарации: «холодная» (низкотемпературная) и «горячая» (высокотемпературная).

Схема «горячей» сепарации применяется на установках высококипящих фракций нефти: дизельных топлив, вакуумных газойлей, масляных дистиллятов и парафинов.

3.10.1 Исходные данные для расчёта.

Задача расчёта - определение доли отгона реакционной смеси, которая поступает из реактора в сепаратор высокого давления, и состава жидкой и паровой фаз.

Для определения доли отгона необходимо рассчитать константы фазового равновесия всех компонентов реакционной смеси, которые входят в водородсодержащий газ, углеводородный газ и гидротенизат, а также массовые доли и молекулярные массы этих компонентов. Гидрогенизат разбивается на бензин-отгон, дизельную фракцию. Принимаемый состав углеводородных газов показан в таблице 3.7.
Таблица 3.7 - Принимаемый состав углеводородных газов

Компоненты	Массовые доли	Кг/ч
H₂	0,104	108,264
CH₄	0,437	454,917
C₂H₆	0,274	285,234
C₃H₈	0,095	98,895
C₄H₁₀	0,090	93,69
Итого	1,00	1041

Состав циркулирующего водородсодержащего газа представлен в таблице 3.8.
Таблица 3.8 – Состав циркулирующего водородсодержащего газа

Компоненты	Кг/час	Массовые доли
H₂	2396,712	0,027
CH₄	5544,33	0,064
C₂H₆	2680,953	0,030
C₃H₈	1326,552	0,015
C₄H₁₀	1011,453	0,011
H₂S	500	0,0057
Бензин-отгон (36-180 ⁰С)	468	0,0054
Дизельная фракция	75572	0,838
Итого	86520	1,00

Состав входящих в сепаратор потоков показан в таблице 3.9
Таблица 3.9 – Состав входящих в сепаратор потоков

Компоненты	Мольные доли	Массовые доли	Кг/ч
H₂	0,75	0,192	2288,448
CH₄	0,17	0,427	5089,413
C₂H₆	0,05	0,201	2395,719
C₃H₈	0,02	0,103	1227,657
C₄H₁₀	0,01	0,077	917,763
Итого	1,00	1,00	11919

Режим работы сепаратора принимаем: Т = 170°С = 443К; Р = 3,8 МПа.

3.10.2 Расчёт доли отгона на входе в сепаратор высокого давления.

Расчёт доли отгона производится методом подбора из условия:

, (3.46)
где

- массовые доли компонентов в сырье и жидкой фазе, соответственно;

- массовая доля отгона;

- константа фазового равновесия при температуре и давлении в сепараторе.

Константа фазового равновесия определяется через фугитивность.

где

- коэффициенты активности жидкой и паровой фаз соответственно.

Значение

для Н₂, H

S и углеводородов С₁ - С₄ находим по номограмме [14, рисунок 2.29].

.

Для бензина и дизельного топлива константа фазового равновесия рассчитывается через фугитивность.

3.10.2.1 Константа фазового равновесия бензина.

Средняя температура кипения бензина:
t= (t_HK+t_KK)/2 = (36+ 180)/2 = 108

C (3.47)

Молекулярная масса рассчитывается по формуле Воинова:

М = 60 + 0,3∙t + 0,001∙t² (3.48)

где t средняя температура кипения фракция, °С.

M_Б= 60 + 0,3 * 108 + 0,001* 108² = 104,064кг/кмоль.

Критическая температура рассчитывается из уравнения Максвелла

[13c. 130]

, (3.49)
где а= 0,634 и b= 1,214 - эмпирические коэффициенты.

K
Плотность фракции при 15 °С рассчитывается в соответствии с уравнением:

Характеризующий фактор по уравнению:

(3.50)
Критическое давление по уравнению :

МПа (3.51)

; (3.52)

. (3.53)
Для значений

находим коэффициент активности пара [12, с. 61]:

.

Фугитивность паров:

МПа
Давление насыщенных паров бензина находим по формуле Ашворта:

, (3.54)

, (3.55)

где

– давление насыщенных паров;

– температура однократного испарения°С;

– средняя температура кипения фракции °С.

(3.56)

5,39
Р_Б=10⁵exp(6,712^.(1-4,12/5,39))=487441 Па =0,487Мпа
Приведённое давление:

МПа
Для значений

МПа и

находим коэффициент активности жидкости:

[12, с. 61]

МПа.
Константа фазового равновесия бензина при 170 °С и 3,8 МПа:

3.10.2.2 Константа фазового равновесия дизельного топлива.

Средняя температура кипения дизельного топлива:
t= (t_HK+t_KK)/2 = (180+350)/2 = 265 °С. (3.57)
Молекулярная масса рассчитывается по формуле Воинова:

М = 60 + 0,3∙t + 0,001∙t², (3.58)
где t средняя температура кипения фракция, °С.
M_дт= 60 + 0,3 265 + 0,001 265² = 209,725 кг/кмоль.
Плотность фракции при 15°С рассчитывается в соответствии с уравнением

Критическая температура рассчитывается по уравнению :

K. (3.59)

Характеризующий фактор по уравнению:

. (3.60)

Критическое давление в соответствии с уравнением:

МПа. (3.61)

Приведенная температура и давление:

; (3.62)

. (3.63)

Для значений

находим коэффициент активности пара [12с. 61]:

МПа (3.64)

Давление насыщенных паров дизельного топлива находим по формуле Ашворта:

.

Р_дт=10⁵exp(6,712^.(1-4,12/2,87))=5398 Па =0,0053Мпа

.

Для значений

МПа и

находим коэффициент активности жидкости:

0,95 /12, с. 61/.

МПа

Константа фазового равновесия дизельного топлива при Т = 170 °С и

Р = 3,8 МПа

. (3.65)

Исходные данные для расчёта доли отгона на ЭВМ для горячего сепаратора высокого давления (Т = 170 °С; Р = 3,8 МПа) сводим в таблицу 3.10.
Таблица 3.10 - Исходные данные расчета доли отгона на ЭВМ

Компонент	М,кг∕кмоль	Масса,кг	N_i=кг∕М_i	X_F=N_i∕Nсумм	К_р
H₂	2	2396,712	1198,356	0,585	13,5
СН₄	16	5544,33	346,520	0,169	14
С₂Н₆	30	2680,953	89,365	0,043	5,2
С₃Н₈	44	1326,552	30,148	0,014	2,5
С₄Н₁₀	58	1011,453	17,438	0,008	1,4
H₂S	34	500	14,705	0,007	3,4
Бензин-отгон (36- 180°С)	104,064	468	4,497	0,002	0,307
Дизельная фракция (180 - 350 °С)	209,725	72572	346,034	0,169	0,0056
Итого		86520	2047,063	1,00

Таблица 3.11 - Результаты расчета однократного испарения

Компонент	Мi	Xfi	Ki	Ki-1	e*(Ki-1)	1+e*(Ki-1)	Xi	Yi	Mi*Yi	Yi m	Mi*Xi	Xi m
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
водород	2	0,585	13,5	12,5	10,6875	11,6875	0,0501	0,6757	1,3514	0,0767	0,10011	0,0005
сероводород	34	0,007	3,4	2,4	2,052	3,052	0,0023	0,0078	0,2651	0,015	0,07798	0,0004
метан	16	0,169	14	13	11,115	12,115	0,0139	0,1953	3,1247	0,1774	0,22319	0,0012
этан	30	0,043	5,2	4,2	3,591	4,591	0,0094	0,0487	1,4611	0,0829	0,28098	0,0015
пропан	44	0,014	2,5	1,5	1,2825	2,2825	0,0061	0,0153	0,6747	0,0383	0,26988	0,0015
бутан	58	0,008	1,4	0,4	0,342	1,342	0,006	0,0083	0,4841	0,0275	0,34575	0,0019
бензин (36-180)	104	0,002	0,307	-0,693	-0,5925	0,407485	0,0049	0,00001	0,001	0,0001	0,51045	0,0028
д.т. (180-350)	209	0,169	0,056	-0,944	-0,8071	0,19288	0,8762	0,0491	10,255	0,5821	183,124	0,9902
сумма							1	1,0003	17,617	1	184,933	1
доля отгона	0,855

Мольная доля отгона составила:

Массовая доля отгона определяется по уравнению:

(3.66)
Мольные концентрации компонентов пересчитываются в массовые:

, (3.67)

(3.68)

Массовая доля отгона составила:
е

=0,855*17,617∕(0,855*17,617+184,993*(1-0,855))=0,359
Средняя молекулярная масса паровой фазы:

кг/кмоль.

Средняя молекулярная масса жидкой фазы:

кг/кмоль.

Расход сырья в сепаратор составляет: 86520 кг/ч, тогда расход паровой фазы из сепаратора составит:

кг/ч (3.69)
Расход жидкой фазы из сепаратора составит:

кг/ч. (3.70)

3.10.3 Основные размеры сепаратора.

При расчёте размеров сепаратора принимается следующее допущение: в состав паров находящихся в сепараторе входят циркулирующий водородсодержащий газ, углеводородный газ и сероводород (таблица 3.12).
Таблица 3.12 - Состав паров в сепараторе

Компонент	М, кг/кмоль	G, кг/ч	, кмоль	Мольные доли, x’_i
H₂	2	2396,712	1198,356	0,720
СН₄	16	5544,33	346,520	0,200
С₂Н₆	30	2680,953	89,365	0,050
С₃Н₈	44	1326,552	30,148	0,017
С₄Н₁₀	58	1011,453	17,438	0,009
H₂S	34	500	14,705	0,001
Итого		13460	1696,532	1,0

Средняя молекулярная масса паров рассчитывается по формуле

= 2* 0,720 + 16 *0,200 + 30 *0,050 + 44* 0,017 + 58* 0,009 + 34* 0,001 = 7,44 кг/кмоль.
Нагрузка сепаратора по парам рассчитывается по формуле:

(3.71)
где

- массовый расход паров в сепаратор, кг/ч;

- коэффициент сжимаемости, для смеси значительно разбавленной водородом равный 1.

Принимаем допустимую скорость движения газового потока

= 0,4 м/с.

Площадь поперечного сечения по формуле:

м²(3.72)
Диаметр сепаратора рассчитывается по формуле:

м (3.73)
Принимается диаметр D = 1,2 м

Высота сепаратора рассчитывается по формуле:
H = H₁ + 2/3∙H₁ + D, (3.74)
где Н₁ высота цилиндрической части сепаратора, м.
Н₁ = 2∙D = 2 *1,2 = 2,4 м. (3.75)

H = 2,4 + (2/3)* 2,4 + 1,2 = 5,2 м.
Принимаем сепаратор со следующими характеристиками:

F = 1,14 м²,D = 1,2 м, H = 5,2 м.

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 21