Курсовая работа по технологии переработки нефти. Аминев - курсовая по колонне. Технологический расчёт ректификационной колонны для отбензинивания нефти мощностью 4,1 млн т в год

• Название: Технологический расчёт ректификационной колонны для отбензинивания нефти мощностью 4,1 млн т в год
• Анкор: Курсовая работа по технологии переработки нефти
• Дата: 22.09.2022
• Размер: 1.36 Mb.
• Имя файла: Аминев - курсовая по колонне.docx
• Тип: Пояснительная записка; #690303
• страница: 6 из 7

2.11 Диаметр колонны
Диаметр колонны рассчитывается по наиболее нагруженному сечению по паровой фазе. В нашем случае расход паровой фазы верхней части колонны составляет V_в =3,52 м³/с, в нижней части V_н=1,01 м³/с. Поэтому расчет диаметра производим по верхней части.

Таблица 2.13 – Зависимость диаметра колонны и расстояния между тарелками

Диаметр колонны, м	Расстояние между тарелками, мм
До 0,1	200 – 300
1,0 – 1,6	300 – 450
1,8 – 2,0	450 – 500
2,2 – 2,6	500 – 600
2,8 – 5,0	600
5,5 – 6,4	800
Более 6,4	800 – 900

Для расчета необходимо выбрать расстояние между тарелками, которое принимается в зависимости от диаметра клоны (таблица 2.12). На практике указанные рекомендации не всегда выполняются. Для большинства колонн расстояния между тарелками принимаются таким образом, чтобы облегчить чистку, ремонт и инспекцию тарелок: в колоннах диаметром до 2 м – не менее 450 мм, в колоннах большего диаметра – не менее 600 мм, в местах установки люков – не менее 600 мм. Кроме того, в колоннах с большим числом тарелок для снижения высоты колонны, её металлоемкости и стоимости, расстояние между тарелками уменьшают.

В таблице 2.14 приведены области применения различных типов тарелок.

Таблица 2.14 – Применение тарелок разных типов

Тип тарелок	Диаметр тарелок, мм.	Область применения
Тарелки для нефтепереработки
Клапанные прямоточные	1000 – 4000	Установки АТ, ГФУ, стабилизационные колонны
Клапанные балластные	1000 – 9000	Установки АТ, ГФУ, стабилизационные колонны
С S-образными элементами	1000 – 8000	Установки АТ, стабилизационные колонны
Ситчатые с отбойными элементами	1200 – 9000	Вакуумные колонны
Решетчатые провальные	1000 – 3000	Процессы газофракционирования, азеотропная перегонка.
Тарелки для нефтехимии
Клапанные	1000 – 4000	При атмосферном и повышенном давлении
Ситчато-клапанные	1000 – 4000	При атмосферном давлении и под вакуумом
Ситчатые	400 – 4000	При любом давлении и стабильном режиме
Жалюзийно-клапанные	1000 – 4000	При атмосферном и повышенном давлении
	400 – 4000	При любом давлении и нестабильном режиме
Ситчатые многосливные	1600 – 4000	Для процессов, требующих высокой эффективности действия

Примем к установке клапанные двухпоточные тарелки, расстояние между которыми 600 мм, затем проверим соответствие этой величины и рассчитанным диаметром колонны.

Диаметр рассчитывается из уравнения расхода:
, (2.69)
где - объемный расход паров, м³/с, - максимально допустимая скорость паров, м/с.
, (2.70)
где - коэффициент, зависящий от типа тарелки, расстояния между тарелками, нагрузки по жидкости, - плотность жидкой и паровой фаз соответственно в данном сечении колонны, кг/м³
. (2.71)
Коэффициент К₁ принимается в зависимости от конструкции тарелок:

Таблица 2.15 – Зависимость коэффициента К₁ от конструкции тарелок

Тарелка	Коэффициент К1
Колпачковая тарелка	1,0
Тарелка из S-образных элементов	1,0
Клапанная тарелка	1,15
Ситчатая и струйная тарелка	1,2
Струйная тарелка с отбойниками	1,4

Коэффициент К₂ зависит от типа колонны:

Таблица 2.16 – Зависимость коэффициента К₂ от типа колонны

Колонна	Коэффициент К2
Атмосферные колонны	1,0
Вакуумные колонны с промывным сепаратором в зоне питания	1,0
Вакуумные колонны без промывного сепаратора	0,98
Вакуумные колонны для перегонки пенящихся и высоковязких жидкостей	0,6
Абсорберы	1,0
Десорберы	1,13

В нашем случае К₁ =1,15, К₂ = 1,0.

Значение коэффициента С₁ определяется по таблице 2.17 в зависимости от принятого расстояния между тарелками и типа тарелок. При расстоянии между клапанными тарелками 600 мм коэффициент С₁ =1050.

Таблица 2.17 – Значение коэффициента С₁ в зависимости от конструкции

тарелок

Расстояние между тарелками, мм	Значение коэффициента С1
	Колпачковые тарелки	Клапанные, ситчатые, каскадные, струйные и др.
250	170	260
300	310	430
350	430	600
400	520	730
450	610	840
500	690	920
550	740	1000
600	790	1050
650	820	1100
700	850	1140
750	880	1170
800	900	1210

Коэффициент К₃ = 5,0 для струйных тарелок, для остальных К₃ = 4,0.

Коэффициент λ находится по уравнению:
, (2.72)
где L – массовый расход флегмы в верхней части колонны, кг/ч:
,

,



_{Диаметр колонны:}
м.
Полученный диаметр округляем в большую сторону до ближайшего стандартного значения. В таблице 2.18 приведены стандартные значения диаметров стальных колонн до 8 м.

Принимаем диаметр колонны = 2,8 м.

Проверяем скорость паров при принятом диаметре колонны:
, (2.73)

м/с.
Таблица 2.18 – Стандартные значения диаметров стальных колонн

Внутренний диаметр колонн, м
0,4	0,9	1,8	2,8	3,8	6,3
0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	7,0
0,6	1,2	2,2	3,2	4,5	7,5
0,7	1,4	2,4	3,4	5,0	8,0
0,8	1,6	2,6	3,6	5,6

Скорость паров, считая на полное сечение колонны должна составлять:

- в колоннах, работающих под давлением 0,2...0,6 м/с

- в атмосферных колоннах 0,45...0,85 м/с

- в вакуумных колоннах 2,5...3,5 м/с

Скорость паров в нашей колонне при диаметре 2,8 м находится в допустимых пределах.

Проверяем нагрузку тарелки по жидкости:
, (2.74)
где - объемный расход флегмы в данном сечении колонны, м³/ч, n – количество потоков на данной тарелке, Ω – относительная длина слива, обычно находится в пределах Ω = 0,65-0,75.

В нашем случае = 147,01 м³/ч, n = 2, примем Ω = 0,7.
м³/(м∙ч).
Полученный расход жидкости на единицу длины слива меньше максимально допустимого, которое составляет для клапанных. колпачковых, s-образных, ситчатых и подобных тарелок _доп = 103,51 м³/(м∙ч).
2.12 Гидравлическое сопротивление тарелки
Общее гидравлическое сопротивление тарелки (Па) определяется как сумма трех составляющих:
, (2.75)
где - гидравлическое сопротивление сухой тарелки, обусловленное потерями на трение и местными сопротивлениями при движении паров в отверстиях и каналах сухой тарелки, Па, - гидравлическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па, - гидравлическое сопротивление, связанное с преодолением сил поверхностного натяжения на границе жидкость – пар при выходе пара из отверстий тарелки в слой жидкости, Па.

Численное значение обычно значительно меньше суммы двух дру-
гих составляющих: <<< + , поэтому в технических расчетах величиной можно пренебречь: ≈0.

Сопротивление сухой тарелки (Па) определяется по уравнению:
, (2.76)
где - коэффициент местного сопротивления тарелки (таблица 2.19), - скорость паров в свободном сечении тарелки, м/с, - плотность паров в рассчитываемом сечении колонны, кг/м³.

Таблица 2.19 – Коэффициенты местного сопротивления тарелок

Тип тарелки	Значение коэффициента
Клапанная	4,8
Колпачковая	4,5 – 7,5
S-образная	20,0
Желобчатая	4,6 – 5,1
Струйная без перегородок	1,8
Струйная с перегородками	2,35 – 2,9
Ситчатая при = 0,03 – 0,05	1,95 – 2,0
Ситчатая при = 0,05 – 0,10	1,82
Ситчатая при = 0,15 – 0,20	1,4 – 1,5
Где - доля свободного сечения тарелки, м2/м2

Скорость паров (м/с) определяется из уравнения расхода:
, (2.77)
где – объемный расход паров, м³/с, - площадь отверстий в тарелке для свободного прохода паров, м². Значение этой величины зависит от диаметра колонны и конструкции тарелки.
Таблица 2.20 – Доля свободного сечения клапанных прямоточных тарелок

Диаметр колонны, м	Доля свободного сечения тарелки, φ0, м2/м2
	однопо точные тарелки	двухпоточные тарелки
1000	0,0769	-
1200	0,1044	-
1400	0,1142	0,0630
1600	0,1323	0,0724
1800	0,1323	0,0809
2000	0,1365	0,0895
2200	0,1426	0,0912
2400	0,1455	0,0956
2600	0,1491	0,1140
2800	0,1525	0,1232
3000	0,1487	0,1158
3200	0,1552	0,1235
3400	0,1538	0,1230
3600	0,1587	0,1275
3800	0,1580	0,1280
4000	0,1583	0,1340

Площадь отверстий для прохода паров при диаметре 3800 мм и φ₀=0,1232 м²/м²:
, (2.78)

м².
Рассчитаем сопротивление тарелки отдельно для верхней и для нижней части колонны.

В верхней части колонны при расходе паров V_п=3,52м³/с скорость па-

ров в каналах сухой тарелки:
м/с.
В нижней части колонны при расходе паров V_п=1,78 м³/с скорость паров в каналах сухой тарелки:
м/с.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в верхней части колонны при плотности паров кг/м³:
Па.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в нижней части колонны при плотности паров кг/м³:
Па.
Гидравлическое сопротивление слоя жидкости (Па) на тарелке для всех тарелок, кроме колпачковых, определяем по формуле:
, (2.79)
где - коэффициент аэрации, принимается в пределах 0,5-0,66, - плотность жидкости в данном сечении колонны, кг/м³, - высота сливной

перегородки, м, - высота подпора жидкости над сливом, м.
Для тарелок со сливными перегородками должно выполняться условие:
+ ≥ 0,04 м.
В случае отсутствия подпора жидкости ( = 0) высота должна обеспечить это условие. Поэтому примем: = 0,04 м.

Высота подпора жидкости (м) над сливом определяется по формуле:
, (2.80)
где К – поправочный коэффициент, учитывающий влияние стенок колонны на работу сливного кармана, принимается в пределах К = 1,01-1,02, - нагрузка тарелки по жидкости на единицу длины слива сливной перегородки, м³/(м∙ч).

Для верхней части колонны = 56,70 м³/(м∙ч), кг/м³.
м.

Па.
Для нижней части колонны м³/(м∙ч), кг/м³.
м,

Па
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:
Па

Для нижней части колонны:
Па
Общее гидравлическое сопротивление:
ΔP = 7∙791,86 + 5∙541,12 = 5543,04 + 2705,60 = 8248,64 Па