Маслоблок нефтеперерабатывающий очистка установка
 Скачать 4.33 Mb.
|
8.2 Расчёт отпарной колонны блока регенерации растворителя из рафинатного раствора8.2.1 Температурный режим колонны К-4Рафинатный раствор в количестве 14043,1 кг/ч, состоящий из 98,13% масс. рафината и 1,87% масс. N-метилпирролидона, из низа колонны К-3 перетекает в отпарную колонну К-4, где остатки растворителя отгоняются острым водяным паром. Остаточное давление над верхней тарелкой колонны составляет 26,6 кПа. Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя колонна оборудована клапанными тарелками (16 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 + 16·0,5 = 34,6 кПа. Температура рафинатного раствора на входе в отпарную колонну принимается на 5°С ниже температуры его на выходе из испарительной колонны. Итак, эта температура составляет 247 – 5 = 242°С. Температура низа отпарной колонны определяется как температура кубового остатка, охлажденного вследствие испарения растворителя. Искомую температуру tн можно найти из равенства:  , где tвх – температура рафинатного раствора на входе в колонну, 242°С; GN–МП – количество отгоняемого растворителя, кг/ч; r – скрытая теплота испарения растворителя, равная 470,77 кДж/кг; GР – количество рафината, уходящего из низа колонны, кг/ч; c – удельная теплоемкость рафината, кДж/(кг·°С). При данном расчёте предполагаем, что остаточное содержание N-метилпирролидона в рафинате ничтожно мало, т.е весь растворитель отгоняется от рафината водяным паром. Тогда количество отгоняемого растворителя составляет 262,4 кг/ч, а количество получаемого рафината – 13780,7 кг/ч. Удельную теплоёмкость рафината можно ориентировочно определить по формуле Крэга [31]:  , где  – относительная плотность рафината при 15°С;Т – температура, равная 242 + 273 = 515 К. Плотность рафината, получаемого из фракции 420 – 500°С западно-сургутской нефти, при 20°С составляет 877 кг/м³. Относительная плотность рафината при 15°С равна:   кДж/(кг·°С)Таким образом, температура низа отпарной колонны составляет:  °СТемпературы верха отпарной колонны К-4 определяется как температура кипения растворителя при давлении РN–МП, где РN–МП – парциальное давления паров растворителя, которое можно рассчитать по формуле:  , где М – молярная масса растворителя, равная 99 кг/кмоль; Z – количество вводимого в колонну водяного пара, кг/ч; – общее давление над верхней тарелкой в колонне, равное 26,6 кПа; 18 – молярная масса воды, кг/кмоль. Примем количество водяного пара, необходимое для полного удаления растворителя из рафината, равным 1,2% масс. на сырьё колонны, т.е. 0,012·14043,1 = 168,5 кг/ч. Тогда  кПаТемпература кипения N-метилпирролидона при давлении 5,89 кПа составляет 144°С. Таким образом, искомая температура верха колонны определена. 8.2.2 Материальный баланс колонны К-4Материальный баланс отпарной колонны К-4 (без учёта водяного пара) представлен в таблице 8.2.1. Таблица 8.2.1 – Материальный баланс отпарной колонны К-4
8.2.3 Тепловой баланс колонны К-4Для составления теплового баланса отпарной колонны К-4 необходимо определить количество орошения – жидкого влажного N-метилпирролидона, подаваемого на верхнюю тарелку колонны для поддержания температурного режима. Количество орошения Gор (кг/с) определяется по формуле:  , где QРР – количество тепла, поступающего в колонну с сырьём – рафинатным раствором, кВт; QВП – количество тепла, поступающего в колонну с водяным паром, кВт; QР – количество тепла, уходящего из колонны с рафинатом, кВт; QП+МП – количество тепла, уходящего из колонны с влажными парами растворителя, кВт;  – энтальпия смеси паров растворителя и водяного пара при температуре верха колонны (144ºС), равная 1567,3 кДж/кг; – энтальпия жидкого орошения, имеющего температуру 60ºС [15], равная 237,98 кДж/кг.ПРИХОД ТЕПЛА: 1) Тепло, вводимое с сырьем, находится по формуле [31]:  , где GРР – количество сырья, кг/ч;  – энтальпия жидкого сырья при 242ºС, равная 539,2 кДж/кг. кВт2) Тепло, вводимое с водяным паром, определяется по формуле:  , где  – энтальпия перегретого водяного пара давлением 4·105 Па при температуре 300ºС, равная 3068,7 кДж/кг (см. приложение 20 [31]). кВтРАСХОД ТЕПЛА: 1) Тепло, уносимое рафинатом из куба К-4, находится по формуле:  где GР – количество рафината, кг/ч;  – энтальпия жидкого рафината при 238°С, кДж/кг. кДж/кг,где а = 498,024 кДж/кг при 238ºС (см. приложение 14 [31]).  кВт2) Тепло, уносимое смесью паров N-метилпирролидона и водяного пара из верхней части РДК, находится по формуле:  , где GП+МП – расход смеси паров, равный 262,4 + 168,5 = 430,9 кг/ч;  – энтальпия смеси паров при 60°С, равная 1567,3 кДж/кг. кВтИтак, количество орошения Gор (кг/с) по формуле (35):  кг/с, или 74,7 кг/чТепловой баланс колонны К-4 представлен в таблице 8.2.2. Таблица 8.2.2 – Тепловой баланс отпарной колонны К-4
8.2.4 Расчёт основных геометрических размеров колонны К-4ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА КОЛОННЫ Расчёт основных геометрических размеров испарительной колонны К-4 проводим по методике, предложенной в литературном источнике [31]. Расчётным сечением в колонне будет её верхнее сечение, так как через него проходит в единицу времени наибольший объём паров. Температура в этом сечении Т = 144 + 273 = 417 К, давление составляет 0,0266 МПа. Количество паров N-метилпирролидона (М = 99 кг/кмоль) равно 308,8 кг/ч, количество водяного пара (М = 18 кг/кмоль) равно 196,8 кг/ч. Определим объемный расход паров по формуле (29):  м³/ч, или 0,507 м³/сДопустимую линейную скорость паров рассчитаем по уравнению Саудерса и Брауна). В этом уравнении 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 орошения при 144ºС составляет 876,3 кг/м³.  кг/м³Vл=  м/сСогласно формуле (28):  мОсновываясь на практических данных, по стандартному ряду диаметров колонных аппаратов принимаем диаметр колонны: D = 1 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 = 0,5 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(14 – 1) = 6,5 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 рафината, 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 = 0,5 + 0,5 + 1 + 6,5 + 1 + 2,8 = 12,3 м. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
