Файл: Маслоблок нефтеперерабатывающий очистка установка.rtf

Рафинатный 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-3

Для 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:

кВт

2) 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.

кВт

3) 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.

кВт

По формуле :

кг/с, или 2061,5 кг/ч

Материальный баланс колонны К-3 представлен в таблице 8.1.1.
Таблица 8.1.1 – Материальный баланс испарительной колонны К-3

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на сырьё	Количество, кг/ч	Состав растворов, % масс.
ПРИХОД:
рафинатный раствор, в т.ч.	5,607	100,000	16212,1	100,00
рафинат	4,766	85,000	13780,7	85,00
N-метилпирролидон	0,841	15,000	2421,4	15,00
Итого:	5,607	100,000	16212,1	–
РАСХОД:
N-метилпирролидон	0,750	13,378	2169	–
рафинатный раствор, в т.ч.	4,857	86,622	14043,1	100,00
рафинат	4,766	85,000	13780,7	98,13
N-метилпирролидон	0,091	1,622	262,4	1,87
Итого:	5,607	100,000	16212,1	–

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-3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 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/с

В 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/м³
Тогда по формуле Саудерса и Брауна:

Vл=

м/с

м

По 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:

м
Для 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