Установки атмосферной перегонки нефти. Различные виды горючих ископаемых уголь, нефть, природный газ известны человечеству с доисторических времен. До настоящего времени их используют как энергетическое топливо, т е. как первичные энергоресурсы. В хх в
 Скачать 1.65 Mb.
|
             Результаты расчётов заносим в табл.2. Принимаем на основании литературных данных долю отбора Д всех фракций (кроме мазута) от потенциала и находим их фактический отбор Ф, % масс: Ф = Х · Д Весь недобор фракций приплюсовываем к остатку - мазуту. Фактические потери примем в количестве 1% масс. Фактический отбор мазута: Ф350-К.К. = 100 - 1,05 - 5,05 - 10,955 - 7,111 - 19,200 - 1,0 = 57,28 % масс. Доля отбора мазута от потенциала: Д350-К.К. = 57,28 / 56,633 = 1,011 Результаты расчетов приведены в табл.2. Относительную плотность фракций определяем по правилу аддитивности  где Хi и  - потенциальное содержание и относительная плотность узких фракций в широкой фракции (из табл.1).Таблица 2 Отбор фракций из нефти
Примем число рабочих дней в году 340 и составим материальный баланс всей установки (табл.3).     Таблица 3 Материальный баланс установки
Плотность мазута находим также по правилу аддитивности, зная плотность сырой нефти, содержание и плотность отбираемых фракций. Плотностью газов можно пренебречь ввиду их незначительного количества в нефти.  Отсюда относительная плотность мазута  Молекулярный вес светлых фракций определяем по формуле Воинова: M = (7K - 21,5) + (0,76 - 0,04K)t + (0,0003K - 0,00245)t2, где t - средняя температура кипения фракции, оС. Определяется как среднее арифметическое между температурами начала и конца кипения фракции. K - характеризующий фактор:  ,где Тср - средняя температура кипения фракции, K  где - температурная поправка относительной плотности на 1К. Определяется по эмпирической формуле Кусакова:  Рассчитаем молекулярный вес фракции 28-1050С.   M28-105 = (7·12,44 - 21,5) + (0,76 - 0,04·12,44) ·66,5 + + (0,0003·12,44 - 0,00245)·(66,5)2 = 89 Для фракции 105-1900С:   M105-190 = 130 Для фракции 190-2300С:   M190-230 = 172 Для фракции 230-3500С:   M230-350 = 238 Примем температуру конца кипения мазута 6000С и рассчитаем молекулярный вес:    Результаты расчетов приведены в табл.3. На основании данных таблицы 3 составляем материальный баланс отбензинивающей колонны К-1 (табл.4). Таблица 4 Материальный баланс колонны К-1
Далее составляем материальный баланс атмосферной колонны К-2 (табл.5). Таблица 5 Материальный баланс колонны К-2
При составлении материальных балансов колонн К-1 и К-2 все потери по установке отнесем на полуотбензиненную нефть. Относительную плотность полуотбензиненной нефти также определяем по правилу аддитивности (пренебрегая содержанием газов):  Отсюда  0,8839Выход отдельных фракций в % масс. на полуотбензиненную нефть находим по пропорции. Например, для бензина D2:  % масс.Для керосина R3:  % масс..3. ОПИСАНИЕ АТМОСФЕРНОЙ КОЛОННЫ Атмосферная колонна К-2 является сложной колонной, состоящей из трёх простых колонн. Избыточное тепло в колонне снимается сверху колонны с помощью острого испаряющегося орошения и по высоте колонны двумя промежуточными циркуляционными орошениями. Количество циркуляционных орошений рекомендуется принимать равным количеству боковых фракций. На основании литературных данных примем следующее число тарелок в концентрационной части колонны: в секциях бензина, керосина и дизтоплива - по 8 тарелок. На каждое циркуляционное орошение примем по 2 тарелки. В отгонной части колонны и в стриппинг-секциях примем по 6 тарелок Таким образом, при наличии двух циркуляционных орошений в колонне общее число тарелок в атмосферной колонне будет 34 (см. рис.3.1). Принципиальная схема атмосферной колонны  Рис. 3.1 2.4 ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В РАЗЛИЧНЫХ СЕКЦИЯХ КОЛОННЫ а) Давление. Примем давление вверху колонны (над верхней, 34-ой тарелкой) 140 кПа. Это немного выше атмосферного и необходимо для преодоления гидравлических сопротивлений при прохождении паров бензина через конденсатор-холодильник. Примем к установке в колонне клапанные тарелки. По справочным данным гидравлическое сопротивление одной тарелки в концентрационной части колонны (7-34 тарелки) примем ∆Рконц = 0,6 кПа. Учитывая гидравлическое сопротивление тарелок, рассчитаем абсолютное давление под каждой тарелкой по высоте колонны, начиная сверху (табл.6). б) Плотность и молекулярный вес. Плотность жидкости в отдельных сечениях колонны принимается из расчёта равномерного перепада её по тарелкам. Поэтому, зная плотность в конечных точках данного сечения колонны, рассчитываем её по отдельным тарелкам. Так, относительная плотность бензина D2 составляет 0,7450. Это и есть плотность жидкости на верхней, 34-ой тарелке. Плотность керосина 0,7915 - это плотность жидкости, стекающей с нижней 1-ой тарелки стриппинга К-3/2. Бензиновую секцию колонны (8 тарелок) и керосиновый стриппинг К-3/2 (6 тарелок) можно представить как простую колонну из 14 тарелок, дистиллят которой бензин D2, а остаток - керосин. Зная плотности на верхней и нижней тарелках этой простой колонны, рассчитаем плотности по оставшимся тарелкам. Перепад плотности на один межтарельчатый интервал:  Плотность на 33-ей тарелке 0,7450+0,0036=0,7486 Плотность на 32-ой тарелке 0, 7486+0,0036=0, 7522 И так далее. После 27-ой тарелки колонны переходим на 6-ю тарелку стриппинга. Плотности на тарелках керосинового стриппинга приводятся в табл.7. Следующее сечение - между 27-ой тарелкой основной колонны и первой тарелкой стриппинга К-3/1, с которой стекает дизтопливо с плотностью 0,8404. Перепад плотности на один межтарельчатый интервал в данном сечении составляет:  Плотность на 26-ой тарелке 0,7701+0,0044=0,7745. Плотность на 25-ой тарелке 0,7745+0,0044=0,7789 После 17-ой тарелки переходим на 6-ю тарелку дизельного стриппинга. С 1-ой тарелки основной колонны стекает мазут с плотностью 0,9396. Перепад плотности на один межтарельчатый интервал в сечении между 17-ой и 1-ой тарелками составляет:  Плотность на 16-ой тарелке 0,8140+0,0084=0,8225. Плотность на 15-ой тарелке 0,8225+0,0084=0,8309 И так далее. Аналогично плотности рассчитывается по тарелкам молекулярный вес. в) Температурный режим. Температуры верха колонны и вывода боковых фракций определяются графическим методом. Сначала строятся кривые ИТК фракций бензина, керосина и дизтоплива. Рассмотрим пример для фракции бензина 105-1900С. Для построения составляется таблица 8. В таблице 8 выход узких фракций на бензин рассчитывается по пропорции, принимая потенциальное содержание 10,96 % масс. за 100 %. Например, для узкой фракции 105-1180С:  % масс.Суммарный выход для узкой фракции 118-1390С: ,0 + 21,2 = 31,2 % масс. Для 139-1540С: ,2 + 17,2 = 48,4 % масс. Далее по точкам 1050 - 0 % ; 1180 - 10,0 %; 1390 - 31,2 %; 1540 - 48,4 %; 1700 - 70,6 %; 1860 - 93,6 % и 1900 - 100,0 % строится кривая ИТК бензина. Таблица 6 Физические характеристики потоков в различных секциях колонны
Таблица 7 Физические характеристики потоков на тарелках стриппинг-секций
Таблица 8а Выход узких фракций бензина 105-1900С
Таблица 8б Выход узких фракций керосина 190-2300С
Таблица 8в Выход узких фракций дизельного топлива 230 - 3500С
Затем на основе кривых ИТК строятся прямые однократного испарения (ОИ) при атмосферном давлении по методу Обрядчикова и Смидович. Для этого сначала определяются температуры отгона фракций по кривым ИТК и тангенс угла наклона ИТК (табл.9). Таблица 9 Характеристика кривых ИТК фракций
Прямая ОИ каждой фракции строится по двум точкам (начало - 0% и конец - 100%), которые определяются по графику Обрядчикова и Смидович в зависимости от тангенса угла наклона ИТК и температуры отгона t50. Результаты приведены в табл.10. Таблица 10 Параметры прямых ОИ фракций
Для построения прямой ОИ, например, для бензина, находим на рис.2 на оси абцисс точку 30%, проводим вертикаль до пересечения с кривой ИТК и далее горизонталь влево до пересечения с осью ординат. Получаем первую точку прямой ОИ, соответствующей 0 % отгона Затем проводим вертикаль от точки на оси абцисс 62% до пересечения с кривой ИТК и далее горизонталь вправо. Получаем вторую точку прямой ОИ, соответствующей 100% отгона. Соединив эти две точки, получаем прямую ОИ бензина. Аналогично по данным табл.10 строятся прямые ОИ для керосина и дизтоплива. Далее корректируем прямую ОИ бензина на его парциальное давление наверху колонны. Задаёмся расходом водяного пара в низ колонны (Z1) 3% масс. от мазута и в стриппинг-секции (Z2 и Z3) 2% масс. от бокового погона: Z1 = 0,03 · R1 = 0,03 · 84234,2 = 2527,0 кг/ч Z2 = 0,02 · R2 = 0,02 · 26259,4 = 525,2 кг/ч Z3 = 0,02 · R3 = 0,02 · 10248,1 = 205,0 кг/ч Общий расход водяного пара:  Принимаем предварительно кратность холодного орошения вверху колонны 3:1. Тогда количество острого холодного орошения: gxол = 3 · D2 = 3 · 15949,6 = 47848,8 кг/ч Парциальное давление бензиновых паров наверху колонны:  где - абсолютное давление наверху колонны, кПа  и  - молекулярный вес бензина D2 и воды.  Далее корректируем прямую ОИ бензина на давление 102,28 кПа. Новая прямая ОИ будет параллельна старой и располагаться выше, если давление выше атмосферного (101,3 кПа) или ниже, если давление ниже атмосферного. Поэтому для построения новой ОИ достаточно найти одну точку, через которую и проводят прямую, параллельную старой ОИ. Для этого по методу Пирумова находим температуру, соответствующую точке пересечения ИТК и ОИ бензина. Далее по графику Кокса (приложение 4) находим точку пересечения данной температуры (на оси ординат) и атмосферного давления (на оси абцисс). Переносим эту точку строго параллельно находящимся на графике наклонным прямым до пересечения с вертикальной линией, соответствующей парциальному давлению бензина. Полученная точка соответствует новой температуре, на которую и переносится точка пересечения ИТК и ОИ. Через эту точку проводим прямую, параллельную старой ОИ. Это и будет прямая ОИ бензина для давления 102,28 кПа. Температура верха колонны соответствует температуре конца прямой ОИ бензина при давлении 102,28 кПа. Кривые ИТК и ОИ  Рис. 4.1 По графику tверха = 165,770С. Эта температура соответствует температуре верхней, 34-ой тарелки, т.е. t34 = 165,770С. Температура вывода керосина с 27-ой тарелки соответствует температуре начала ОИ керосина. По графику t27 = 207,420С. Температура вывода дизтоплива с 17-ой тарелки соответствует температуре начала ОИ дизтоплива. По графику t17 = 266,430С. Температура сырья (полуотбензиненной нефти) на входе в колонну составляет, как правило, 340-360°С, что соответствует температуре отгона светлых фракций. Примем температуру сырья на входе в колонну 355°С, т.е. tLо = 3550С. Температуры вывода керосина и дизтоплива из стриппинг-секций будут ниже температур вывода этих фракций с 27 и 17 тарелок за счёт эффекта водяного пара, который приводит к активному испарению лёгких фракций и поглощению тепла. Перепад температур в стриппингах зависит от расхода водяного пара и примерно оценивается величиной, равной (7 - 10)Сп, где Сп - расход водяного пара в % масс. Для тяжелых фракций перепад ниже, чем для лёгких. Примем перепад температур в керосиновом стриппинге 200, в дизельном стриппинге 150. Тогда температура вывода керосина из стриппинга: tкер = 207,42 - 20 = 187,420С Эта температура соответствует температуре нижней 1-й тарелки керосинового стриппинга. Температура вывода дизтоплива из стриппинга: tдт = 266,43 - 15 = 251,430С Эта температура соответствует температуре нижней 1-й тарелки дизельного стриппинга. Температура вывода мазута с низа колонны принимается на 15-250 ниже температуры ввода сырья (также за счёт эффекта испарения лёгких фракций в присутствии водяного пара). Примем температуру вывода мазута: tмаз = 355 - 25 = 3300С Эта температура соответствует температуре нижней 1-й тарелки основной колонны. Так как сырьё колонны поступает на 6-ю тарелку, то температура на этой тарелке t6 = 3550С. Полученные таким образом температуры на соответствующих тарелках вносим в табл.6 и 7. Остальные температуры на тарелках определяем аналогично плотности из расчёта равномерного перепада по каждому сечению. Примем также температуру холодного орошения вверху колонны tхол = 35°С, температуру ввода второго циркуляционного орошения (на 26-ю тарелку) tЦ2 = 70°С, температуру первого циркуляционного орошения (на 16-ю тарелку) tЦ1 = 100°С. .5. ДОЛЯ ОТГОНА СЫРЬЯ НА ВХОДЕ В КОЛОННУ Доля отгона сырья позволяет определить количество паровой и жидкой фазы полуотбензиненной нефти на входе в колонну. Это необходимо для расчёта теплового баланса колонны. Рассчитать долю отгона можно аналитическим способом по методу А.М.Трегубова. Это трудоёмкий метод. Наиболее простой способ - графический. Для этого сначала составляем таблицу 11 и строим по её данным (рис.2) кривую ИТК полуотбензиненной нефти (аналогично построению ИТК светлых фракций). Конец кипения сырья можно принять в пределах 6000С. газ перегонка нефть установка Таблица 11 Выход узких фракций полуотбензиненной нефти
Далее по данным кривой ИТК сырья, по графику Обрядчикова и Смидович составляем таблицы 12 и 13 и строим прямую ОИ полуотбензиненной нефти. Полученная прямая ОИ сырья соответствует атмосферному давлению - 101,3 кПа. Но в зоне питания, под 7-ой тарелкой, давление составляет 153,8 кПа (табл.6). Поэтому корректируем прямую ОИ сырья по графику Кокса на давление 153,8 кПа. По полученной новой ОИ определяем долю отгона. Для этого на оси Таблица 12 Характеристика кривой ИТК полуотбензиненной нефти
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мол. Вес МВыход