Маслоблок нефтеперерабатывающий очистка установка
 Скачать 4.33 Mb.
|
8. РАСЧЕТ КОЛОНН РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ РАФИНАТНОГО РАСТВОРА8.1 Расчёт испарительной колонны блока регенерации растворителя из рафинатного раствора8.1.1 Температурный режим колонны К-3Рафинатный раствор в количестве 16212,1 кг/ч, состоящий из 85% масс. рафината и 15% масс. N-метилпирролидона, подаётся насосом через теплообменник и змеевики трубчатой печи в испарительную колонну К-3. Остаточное давление над верхней тарелкой колонны составляет 26,6 кПа. Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя колонна оборудована клапанными тарелками (7 штук). Рафинатный раствор подаётся на третью тарелку (считая сверху). Потерю давления на каждой тарелке примем 500 Па [27]. Тогда давление в зоне ввода сырья в колонну будет составлять 26,6 + 2·0,5 = 27,6 кПа. Давление внизу колонны составит 26,6 + 7·0,5 = 30,1 кПа. Температуру рафинатного раствора на входе в колонну примем равной 260ºС. Расчёт при помощи программы РRO/II 5.61 with PROVISION фирмы SIMSCI показывает, что в этом случае рафинатный раствор представляет собой парожидкостную смесь, причём содержание N-метилпирролидона в жидкой фазе составляет 1,87% масс. (остаточное содержание растворителя не должно превышать 5% масс. [15]), а доля отгона паров равна 14,16% масс. Расчётная схема и полный отчёт программы РRO/II 5.61 о расчёте приведены в приложении Г. По данным фирмы Texaco температура низа испарительной колонны рафинатного раствора при селективной очистке N-метилпирролидоном на 12-15ºС ниже, чем температура ввода сырья в колонну. Приняв эту разницу равной 13ºС, определим температуру низа колонны К-3. Она составит 260 – 13 = 247ºС. Температура верха испарительной колонны соответствует температуре кипения растворителя при принятом давлении над верхней тарелкой колонны, равном 26,6 кПа. Она равна 182ºС. 8.1.2 Материальный и тепловой балансы колонны К-3Для составления материального и теплового балансов испарительной колонны К-3 необходимо определить количество орошения – сухого жидкого N-метилпирролидона, подаваемого на верхнюю тарелку колонны для поддержания температурного режима. Количество орошения Gор (кг/с) определяется по формуле:  , где QС – количество тепла, поступающего в колонну с сырьём, кВт; QРР – количество тепла, уходящего из испарительной колонны с раствором рафината, кВт; QN–МП – количество тепла, уходящего из колонны с парами растворителя,кВт;  – энтальпия паров растворителя при температуре верха колонны (182ºС), равная 866,5 кДж/кг; – энтальпия жидкого орошения, имеющего температуру 60ºС [15], равная 109,38 кДж/кг. 1) Тепло, вводимое с сырьём в парожидкостном состоянии, находится по формуле [31]:  , где GС – количество сырья, кг/ч; e – массовая доля отгона паров сырья, равная 0,1416;  – энтальпия паров при температуре ввода сырья (260ºС), равная 1012,61 кДж/кг (см. приложение Г); – энтальпия жидкости при температуре ввода сырья (627,97 кДж/кг).Итак, согласно формуле:  кВт2) Тепло, уносимое парами растворителя из колонны К-3, находится по формуле:  , где GN–МП – количество паров растворителя, кг/ч: – энтальпия паров растворителя при 182°С, равная 866,5 кДж/кг.При данном расчёте предполагаем, что унос рафината с парами N-метилпирролидона ничтожно мал и весь рафинат удаляется из куба колонны. Тогда количество паров растворителя составляет 2169 кг/ч.  кВт3) Тепло, уносимое рафинатным раствором из низа колонны К-3, находится по формуле:  , где GРР – количество рафинатного раствора:  кг/ч – энтальпия жидкого рафинатного раствора при 247°С, равная 542,87 кДж/кг. кВтПо формуле :  кг/с, или 2061,5 кг/чМатериальный баланс колонны К-3 представлен в таблице 8.1.1. Таблица 8.1.1 – Материальный баланс испарительной колонны К-3
Тепловой баланс колонны К-3 представлен в таблице 8.1.2. Таблица 8.1.2 – Тепловой баланс испарительной колонны К-3  8.1.3 Расчёт основных геометрических размеров колонны К-3ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА КОЛОННЫ Расчёт основных геометрических размеров испарительной колонны К-3 проводим по методике, предложенной в литературном источнике [31]. Диаметр колонны может быть рассчитан по формуле:  , где  – объемный расход паров, м³/с; – допустимая линейная скорость паров, м/с. Объемный расход паров находится по формуле:  , где T – температура системы, К; р – давление в системе, МПа; Mi – молярная масса i-го компонента паров, кг/кмоль; Gi – расход i-го компонента паров, кг/ч. Допустимая линейная скорость паров рассчитывается по уравнению Саудерса и Брауна:  , где С – коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между ними; сж, сп – плотность жидкой и паровой фаз, кг/м³. Расчётным сечением в колонне будет её верхнее сечение, так как через него проходит в единицу времени наибольший объём паров. Температура в этом сечении Т = 182 + 273 = 455 К, давление составляет 0,0266 МПа. Количество паров N-метилпирролидона (М = 99 кг/кмоль) равно 4229,5 кг/ч. Тогда согласно формуле:  м³/ч, или 1,68 м³/сВ уравнении Саудерса и Брауна коэффициент С определяется по графику (см. рисунок 3.6 [31]) для вакуумных колонн, работающих без подачи водяного пара, при расстоянии между тарелками, равном 500 мм: С = 520. Плотность жидкого N-метилпирролидона при 182ºС составляет 764,82 кг/м³.  кг/м³Тогда по формуле Саудерса и Брауна: Vл=  м/с мПо стандартному ряду диаметров колонных аппаратов принимаем диаметр колонны: D = 1,2 м. Полученный диаметр необходимо проверить по жидкостной нагрузке. Расчет сводится к определению величины подпора слива h над сливной перегородкой по формуле:  , где Qж – объем жидкости в рассматриваемом сечении, м3; В – длина сливной перегородки:  мДля обеспечения нормальной работы колонны подпор жидкости не должен превышать 0,05 м [15]. Расчёт величины подпора слива необходимо проводить для нижнего сечения колонны, так как через него проходит в единицу времени наибольший объём жидкости. Плотность рафинатного раствора, выходящего из низа колонны, составляет при 247ºС 721,73 кг/м3. Тогда  м3/ч м, что менее 0,05 м.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ Высота колонны рассчитывается в зависимости от числа, типа контактных устройств и расстояния между ними. Она складывается из нескольких составляющих. Высота h1 (расстояние между верхней тарелкой и верхним днищем) принимается равной 0,5·D для сферического днища. В данном случае: h1 = 0,51,2 = 0,6 м. Число промежутков между тарелками меньше количества тарелок на единицу, поэтому h2 (высота верхней тарельчатой части колонны) равна: h2 = 0,5(2 – 1) = 0,5 м. Высоту эвапорационного пространства h3 принимаем равной 1 м. Высота h4 (высота нижней тарельчатой части колонны) определяется аналогично высоте h2: h4 = 0,5(5 – 1) = 2 м. Свободное пространство между уровнем жидкости внизу колонны и нижней тарелкой необходимо для равномерного распределения паров. Высоту этого пространства принимают равной 1–2 м. Примем h5 = 1 м. Высоту слоя жидкости в нижней части испарительной колонны можно рассчитать по ее семиминутному запасу [33]. Определим объем рафинатного раствора, принимая запас на 420 с:  м3Площадь поперечного сечения колонны равна:  м²Тогда  м.Общая высота колонны складывается из всех найденных высот: H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 = 0,6 + 0,5 + 1 + 2 + 1 + 2,0 = 7,1м. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||