Полный расчет ректификационной колонны (стр. 1 из 8). Размеры ректификационной колонны для нефти


Полный расчет ректификационной колонны

Перечень инженерных расчетов:расчет ректификационной колонны; подробный тепловой расчет дефлегматора; ориентировочный расчет теплообменников.

Перечень работ выполняемых на ЭВМ: расчет дефлегматора.

Состав и объем графической части: технологическая схема; общий вид дефлегматора.

Основные данные: расход исходной смеси 6.5 кг/с; концентрации (мольные доли)

, ; продукты разделения охладить до 25ْС.

Введение

Для получения продуктов сложного состава, разделения изотопов, выделения индивидуальных веществ широкое применение в промышленности получила ректификация. Этот процесс основан на различной летучести составляющих смесь компонентов, т.е. на различных температурах кипения компонентов при одинаковом давлении. Ректификация заключается в многократном частичном испарении жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах, состоящих из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара — куба и дефлегматора.

По конструкции ректификационные колонны подразделяются на насадочные, тарельчатые и роторные. Основным типом колонных аппаратов большой производительности считаются ректификационные колонны с барботажными тарелками, а при необходимости самого малого перепада давления на одну теоретическую ступень разделения или при работе в коррозионной среде – колонны с насадкой.

По способу проведения ректификацию разделяют на периодическую и непрерывную.

При непрерывной - разделяемая смесь непрерывно подается в среднюю часть колонны, дистиллят отбирается из дефлегматора, а обедненный легколетучим компонентом остаток отводится из куба колонны, флегма поступает на орошение в верхнюю часть колонны.

При периодической ректификации в нижнюю часть (куб) колонны, снабженной нагревательным устройством, загружают исходную смесь; образующийся пар поднимается верх и конденсируется в дефлегматоре (холодильнике), часть конденсата (флегмы) возвращается на орошение в верхнюю часть колонны, а оставшаяся жидкость отбирается.

Насадочные колонны получили широкое распространение в химической промышленности благодаря простоте их устройства, дешевизне изготовления и малому гидравлическому сопротивлению при пленочном режиме работы. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает насадку и стекает по ней, при этом поверхность контакта с газообразной фазой определяется поверхностью насадки, свойствами жидкости и гидродинамическим режимом.

Недостатком работы насадочной колонны является неравномерность распределения пара и жидкости по поперечному сечению, что приводит к - неодинаковой эффективности различных ее частей и низкой эффективности работы всей колонны в целом. Значительное увеличение эффективности аппарата достигается применением насадки, частично погруженной в жидкость: газ при этом в виде пузырьков барботируется через слой жидкости.

В отдельных случаях применяют подвижные насадки, которые приводят в колебательное движение восходящим потоком газа, при этом допускаются высокие скорости движения фаз, а поверхность межфазного контакта превышает поверхность насадочных элементов. Эффективность тепло- и массообмена в значительной мере зависит от равномерности распределения жидкости в объеме насадки. Эта задача решается применением специальных оросителей, распределяющих жидкость по верхнему сечению насадки, и использованием материалов (металлических сеток, армированной стеклоткани), обеспечивающих растекание жидкости по поверхности насадки под действием капиллярных сил.

Насадки загружают в аппараты навалом на опорные решетки (нерегулярные насадки), укладывают в определенном порядке или монтируют в жесткую структуру (регулярные насадки). Изготавливают насадки из дерева, металла, стекла, керамики, пластмасс. Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей, роликов, шаров, седел и т.д. Наиболее распространены кольца Рашига, размеры которых обычно составляют 50 мм. Для повышения смачиваемости насадки и пропускной способности аппарата стенки колец иногда снабжают продольными или поперечными канавками или прорезями.

Для отвода жидкости из насадочной колонны применяют две схемы: в первой схеме (обычные насадочные колонны) жидкость стекает по насадке и отводится из нижней части колонны; во второй схеме (эмульгационные колонны) жидкость отводится через переливную трубу.

В данном курсовом проекте производится расчет обычной ректификационной насадочной колонны для разделения бинарной смеси – «ацетон – четыреххлористый углерод» при атмосферном давлении, с насыпной насадкой из стальных колец Рашига.

1. Описание технологической схемы

Исходная смесь подаётся в теплообменник центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения. Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают, в соответствии с заданным флегмовым числом, жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную ёмкость.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащённый труднолетучим компонентом).

2. Инженерные расчеты

2.1 Технологические расчеты

Для технологических расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара – состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- четыреххлористый углерод.

2.1.1 Равновесные данные

x - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;

y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;

t – температура,ْС.

2.1.2 Материальный баланс

Зная производительность колонны по дистилляту и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность по кубовому остатку и питание исходной смеси (GW и GD ), на основании уравнений материального баланса.

где

- массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно. массовый расход исходной смеси, дистилляте и

кубовом остатке соответственно.

где MF -молекулярная масса: кг/кмоль кг/кмоль кг/кмоль,

где M1 – молекулярная масса легколетучего компонента; M2 – молекулярная масса второго компонента;

xF , xD, xW - мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый углерод.

кмоль/с

Находим массовую долю по формуле:

Решив систему материального баланса, получим:

кг/с кг/с

mirznanii.com

Размер - ректификационная колонна - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Размер - ректификационная колонна

Cтраница 1

Размеры ректификационных колонн подсчитываются на основании заданной производительности. Эти подсчеты довольно сложны, и мы их приводить здесь не будем, а ограничимся лишь общими замечаниями, которые должны быть приняты во внимание при подсчете размеров колонн.  [1]

Размеры ректификационных колонн крупных установок настолько велики, что выполнять колонну двойной ректификации в виде единого аппарата большей частью нецелесообразно. Поэтому в отечественных установках верхнюю и нижнюю колонны и конденсатор конструируют в виде отдельных аппаратов.  [2]

Рассчитать размеры ректификационной колонны и ев кол-пачковой тарелки, работающей па разделении бинарной системы пропан - н-бутап. В колонне расположены 22 практические тарелки, и давление п ной 15 ата.  [3]

Методика расчета размеров ректификационных колонн, в том числе работающих под вакуумом, описана в разд. Следует отметить, что очень важно правильно определять размеры вакуумной коммуникации.  [4]

Важнейшим элементом расчета размеров ректификационной колонны является выбор скорости движения паров в колонне. Чем больше скорость, тем меньший диаметр требуется в колонне. Более высокие скорости способствуют также более эффективному контактированию паровой и жидкой фаз, однако с увеличением скорости движения паров увеличивается механический унос жидкости на вышележащую тарелку, что уменьшает движущую силу процесса и требует увеличения числа тарелок.  [5]

Ниже приводится подробный пример определения размеров ректификационной колонны, технологический расчет которой был выполнен ранее.  [7]

В главе 4 даны методики расчета гидравлики и размеров ректификационных колонн.  [8]

Размеры стабилизационной колонны определяются так же, как и размеры обычной ректификационной колонны.  [10]

Температура сырья, поступающего в ректификационную колонну, существенно влияет на размеры ректификационной колонны, конденсатора и кипятильника, а также на расход и параметры теплоносителя ( температура и давление) и охлаждающей воды.  [11]

Из рассмотрения рис. 2, на котором показана схема обычной установки производительностью около 1600 м3 / сутки алкилата с учетом числа и размеров требуемых ректификационных колонн, можно сделать следующие выводы. Использование колонны отпарки изобутана по описанной ранее схеме, при которой углеводородный продукт из реактора после отстаивания распределяется между пропановой и изобутановой колоннами, позволяет получить одинаковое количество алкилата при наличии одной колонны отпарки изобутана и одной пропановой колонны. Кроме того, отпарная колонная должна иметь такие же размеры, как одна из изобутановых колонн.  [12]

Удельный расход абсорбента в абсорбере подобен флегмовому числу при ректификации, и между ним и размерами абсорбера существует такая же связь, как между флегмовым числом и размерами ректификационной колонны. Через точку В с координатами Х, Y по уравнению ( 3 - 224) или ( 3 - 225) проводим линии рабочих концентраций В А. ВА, ВА2, ВАз, ЯД 4, соответствующие различным концентрациям абсорбента или различным удельным его расходам.  [13]

Но, с другой стороны, при уменьшении давления снижается температурный уровень потребляемого холода, что вызывает увеличение капиталовложений и эксплуатационных затрат на производство такого холода и приводит к увеличению размеров ректификационных колонн, разделительных сосудов и теплообменной аппаратуры.  [14]

При рассмотрении возможности создания установок производительностью 12 млн. т / год ( 36000 т / сутки) были определены основные размеры и технические характеристики колонных аппаратов, насосов, трубчатых нагревательных печей и др., которые необходимы для такой установки. Размеры ректификационных колонн рассчитывались при условии применения тарелок с клапанными колпачками, позволяющими поддерживать высокую скорость паров, устойчивый в широком диапазоне режим работы и более низкий расход металла. По насосным агрегатам выявлены типоразмеры, отсутствующие в нормальном ряде, по трубчатым печам определены тепловые мощности и необходимые диаметры змеевика.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Технологический расчет ректификационных колонн установок АТ-АВТ — КиберПедия

Как уже отмечалось выше, обоснованное проектирование сложных колонн в сегодняшних условиях должно проводиться только с использование универсальных моделирующих программ (УМП). Однако и в этом случае задача расчета остается весьма сложной. В современных УМП строгие модели расчета процесса ректификации выполнены в поверочной постановке задачи: проектировщик закрепляет число теоретических тарелок в РК, распределение тарелок по секциям колонны, расход, состав и температуру сырьевых потоков на входе в колонну, основные характеристики потоков ЦО, распределение давлений по всем тарелкам РК и ряд других параметров, определяющих процесс разделения. Априорное знание значений этих параметров, конечно, невозможно. Поэтому задача проектирования решается методом приближений, причем значительная часть требуемой информации принимается на основе анализа известных решений и уточняется после этапа конструктивного расчета.

Учитывая, что состав нефти и нефтепродуктов в УМП задается путем приведения непрерывной смеси (определена кривой ИТК) к многокомпонентной с использованием концепции псевдокомпонентов, проектировщик должен также закрепить модели расчета ФХС псевдокомпонентов (в первую очередь констант фазового равновесия и энтальпий для жидкой и паровой фаз). В некоторых случаях приходится задавать и приемы (модели), обеспечивающие сходимость и заданную точность решения.

Не проводя глубокого анализа математического описания процесса разделения, можно отметить, что в рассматриваемом случае истинное число степеней свободы проектирования процесса ректификации (разность между общим числом уравнений математического описания и числом независимых переменных) равно [54]:

где k – число продуктов разделения, включая боковые отборы, и циркуляционные орошения. Именно это количество параметров математического описания должно быть закреплено проектировщиком для обеспечения сходимости решения.

После завершения каждого варианта расчета результаты должны быть подвергнуты анализу для оценки эффективности принятого решения, после чего исходные данные корректируются, а сам расчет повторяется.

Основную сложность при использовании УМП представляет выбор независимых переменных для модельного модуля и их закрепление в области физической реализуемости. Так для колонны К-2 атмосферного блока установки АВТ (рис. 2.1) число степеней свободы составит 16. Обычно в этом случае задаются расходы боковых отборов и циркуляционных орошений (или их доли от расхода сырья) и номера тарелок отбора и возврата материальных потоков (определены разбивкой высоты РК но отдельные секции). Кроме того, необходимо также закрепить и расходы тепловых потоков: подвод и отвод тепла в узлы нагрева сырья (теплообменники, печь, холодильники ЦО). Если в расчетную схему вводятся узлы рекуперации тепла, задача ещё более усложняется.

Для назначения и закрепления требуемых исходных данных до начала расчета составляется предварительный материальный баланс процесса, основанный на требованиях, которые предъявляются к конечной продукции (заложены в техническое задание на проектирование). При назначении другой части информации (число тарелок, их распределение по секциям, начальные профили давления) в качестве приближения могут быть использованы эксплуатационные данные по родственным установкам.

4.1.1. Назначение величин отбора целевых фракций и распределение тарелок по секциям сложной колонны

Как уже отмечалось выше, для назначения величин отбора целевых фракций проектировщик должен составить предварительный покомпонентный материальный баланс процесса, причем в его распоряжении имеется кривая ИТК исходного сырья и требования по отбору целевых продуктов, заложенные в ТЗ на проектирование. В соответствии с этими документами производится разбивка кривой ИТК на фракции, которые предполагается выделять в проектируемой колонне. Пример такой разбивки представлен на рис. 1.5 для вакуумной колонны АВТ. При этом следует учесть, что процесс разделения в рассматриваемом случае проводится достаточно грубо из за ограничений, накладываемых размерами РК. Действительно, поскольку в рассматриваемом случае диаметры основных колонн достигают 6-10 м, число реальных тарелок в РК должно ограничиваться числом 45-50. В противном случае габариты и масса колонны чрезмерно возрастают, что создает сложности при монтаже и эксплуатации аппаратов. Эти обстоятельства следует учитывать и при назначении величины отбора целевых фракций. В особой мере это относится к последней (нижней) фракции, выделяемой в РК в качестве бокового погона (фракция IV на рис. 1.5).

Из-за неизбежного наложения соседних фракций друг на друга, назначение высоких отборов, близких к потенциальному содержанию данных фракций в сырье, будет сопровождаться ухудшением качества этих фракций (увеличением пределов выкипания). В первом приближении рекомендуется назначать отбор последней фракции на уровне 70-75 % от потенциала, а более легких фракций, выделяемых боковыми погонами, на уровне 90-95%. Наложение соседних фракций друг на друга также в качестве первого приближения может быть задано из следующих соображений: содержание основной фракции (псевдокомпонентов содержащихся в ней) должно составлять 85-90%, а содержание псевдокомпонентов из соседних фракций (как более легкой, так и более тяжелой) находиться на уровне 5-8%. В дальнейшем распределение псевдокомпонентов по фракциям будет уточняться. На величину отбора целевых фракций оказывает существенное влияние и расход острого водяного пара, вводимого в РК. При назначении расхода следует руководствоваться опытными данными (см. табл. 2.1). Наибольший эффект от использования водяного пара достигается при его расходе 1,2-3,5 % мас. для колонн атмосферного блока и 5-8 % мас. для колонн вакуумного блока в расчете на сырье блока [55].

Число фракций, намеченных для выделения в РК, определяет и количество секций, необходимых для обеспечения заданного разделения. Число теоретических тарелок в каждой секции рекомендуется назначать по производственным данным для наиболее успешно работающих установок. Суммарное число теоретических тарелок при этом должно находиться на уровне 30-40.

4.1.2. Назначение профиля давлений в РК

Давление верха ректификационной колонны является одним из основных параметров технологического режима, поскольку оно существенно влияет на процесс разделения. Так, повышение давления Pв способствует улучшению условий конденсации дистиллятных паров в дефлегматорах, но одновременно при прочих равных условиях (сохранение общего перепада давления в колонне) ухудшает условия создания парового орошения в исчерпывающей секции колонны. Одновременно с ростом давления снижается и относительная летучесть разделяемых компонентов, что может потребовать увеличения числа теоретических тарелок. Таким образом, даже относительно простая процедура назначения давления верха РК предполагает проведение достаточно сложного анализа, который должен решаться с учетом потребных затрат на проведение процесса. Для колонн атмосферного блока К-1 и К-2 (рис. 2.1) на основе обобщения эксплуатационного опыта [54] можно утверждать, что оптимальным оказывается давление верха, при котором обеспечивается достаточно глубокая конденсация дистиллятных паров при использовании водяного (система оборотного водоснабжения НПЗ) или воздушного охлаждения.

Одновременно следует отметить, что в сырье АВТ содержится достаточно большое количество (3-5 %) легких углеводородных газов (этан, пропан, бутаны, пентаны). Обеспечить полную конденсацию этих углеводородов в колоннах К-1 и К-2 атмосферного блока невозможно, поскольку в этом случае возникнет необходимость существенного повышения давления в колоннах. Поэтому в конденсационных узлах атмосферного блока поддерживается режим парциальной конденсации, при котором значительная часть газов остается несконденсированной и отделяется от жидкой фазы (нестабильного бензина) в сепараторах. Несконденсированные газы поступают на узел компримирования, где их давление повышается до величины 1,5 МПа, что позволяет сконденсировать их при последующем охлаждении до температуры 35-40 оС.

Также необходимо учесть, что в колонны К-1 и К-2 вводится значительное количество водяных паров. Поэтому давление в колоннах должно назначаться таким образом, чтобы была исключена возможность конденсации водяных паров на тарелках РК, поскольку наличие водной фазы, которая практически нерастворима в углеводородной фазе, нарушит работу переливных устройств тарелок. В конденсационных узлах РК углеводородный и водный конденсаты расслаиваются, поэтому конструкции конденсаторов должны обеспечивать условия сепарации этих фаз.

По опытным данным при переработке смеси западно-сибирских нефтей давление верха К-1 целесообразно назначать на уровне около 0,5 МПа, а в К-2 – на уровне 0,25 МПа. В случае переработки нефтей других месторождений [56] эти значения могут корректироваться как в сторону увеличения, так и в сторону снижения давления.

Перепад давления на КУ в пределах отдельных секций принимается постоянными и в качестве приближения также задается по опытным данным с учетом предполагаемого типа тарелок, которые будут заложены в проект.

В вакуумном блоке основное влияние на назначение профиля давлений помимо условий конденсации верхнего продукта оказывает требование максимального снижения эффекта термодеструкции тяжелых углеводородов в узлах нагрева нефти. Интенсивность разложения тяжелых углеводородов определяется температурой нагрева нефти (а значит и величиной давления в узлах нагрева нефти).

В соответствии с технологическими особенностями организации процесса разделения мазута (см. рис. 2.2) видим, что практически все тепло на организацию парового орошения в вакуумной колонне, которое определяет количество отбираемых масляных фракций, подводится к сырью в печи 2. Поэтому заданная в техническом задании величина отбора целевых масляных фракций будет определять и глубину (долю) отгона паровой фазы в печи. Принципиально эта величина доли отгона сырья и принятая в качестве допустимой температура нагрева нефти и будут определять давление в зоне ввода сырья в вакуумную колонну. Некоторое увеличение величины допускаемого давления может быть достигнуто за счет ввода в систему водяного пара, однако это решение связано с возрастанием энергозатрат на проведение процесса и должно использоваться с определенной осторожностью.

Тогда давление верха РК будет определяться уравнением:

(4.2)

В дальнейшем полученное значение давления верха РК используется для подбора (проектирования ВСС).

4.1.3. Назначение количеств подводимого и отводимого тепла

Задача задания количеств подводимого и отводимого в системы ректификации тепла является весьма сложной. Обычно на практике эта проблема обходится за счет использования косвенных параметров, влияющих на процесс формирования теплового баланса. Так для простых ректификационных колонн (k=4) в качестве независимых начальных параметров используют: распределение числа тарелок по секциям колонны (N1 и N2), величину отбора дистиллята (абсолютную – D или косвенную – D/F) и флегмовое число ®. Поскольку R определяет условия формирования внутренних циркуляционных потоков пара и жидкости, задача формирования теплового баланса при этих условиях решается.

Для сложных колонн также используются определенные варианты закрепления исходных данных, позволяющие обойти сложности закрепления тепловых потоков:

· Для входного потока питания, вводимого в РК через печь, могут быть заданы или температура нагрева сырья, или доля отгона сырья в печи. Эти параметры могут быть заданы с приемлемой точностью исходя, например, из условия начала термодеструкции сырья, или требуемой величины отгона целевых фракций.

· Для верхних конденсационных узлов помимо флегмового числа закрепляется величина отбора дистиллята и температура конденсации верхнего продукта. При этом условии решается задача определения доли сконденсировавшихся дистиллятных паров и определения тепловой нагрузки на конденсатор.

· Для узлов холодных или горячих циркуляционных орошений закрепляется расход потока ЦО и его температура (энтальпия) в точке возврата в РК. Как это следует из уравнения (3.1), этот прием эквивалентен непосредственному заданию величины теплового потока.

В целом процедура технологического расчета сложных ректификационных блоков представляет самостоятельную сложную задачу. В данном пособии освещены лишь общие вопросы постановки задачи технологического расчета в УМП. В целом эта задача не может рассматриваться в отрыве от возможностей и специфики конкретных УМП [57-60].

cyberpedia.su