Переработка девонской нефти

 

ΔQ=Qп-Qр=6945,016-6945,018=0,002 кВт.

Дисбаланс тепла компенсируется изменением расхода орошения в процессе эксплуатации колонны

 

 

7.4 Расчет диаметра колонны

 

Диаметр колонны можно определить по уравнению [15]:

D= ,

Где Gп – объемный расход паров, м3/с

 Vл - допустимая линейная скорость паров, м/с.

Для расчета диаметра ректификационной колонны необходимо определить объемный расход паров (м3/с) в тех сечениях колонны где они образуются. 

Объемный расход паров [15]:

Gп = 22,4∙Т∙0,101∙∑ (Gi/Мi)/(273∙Р)/3600,

где Т – температура системы, К;

Р – давление в системе, МПа;

Gi – расход компонента, кг/ч;

Мi – молекулярная масса компонента кг/кмоль.

 

Определение объемного расхода паров в точке ввода сырья:

Температура в точке ввода сырья 1400С

Давление в точке ввода сырья 350 кПа

Расход паров 16890 кг/ч

Молекулярная масса паров 88,99 кг/кмоль

Тогда объёмный расход паров:

Gп=22,4∙(140+273)∙0,101∙(16890/(3600∙88,99))/(273∙0,350)=0,516 м3/с,

 

Определение объемного расхода паров в точке ввода горячей струи:

Температура в точке ввода горячей струи 2000С

Давление в точке ввода горячей струи 356 кПа

Расход паров 10756 кг/ч (табл. 7.3)

Молекулярная масса паров 100,6 кг/кмоль

Тогда объёмный расход паров:

Gп=22,4∙(200+273)∙0,101∙(10756/(3600∙100,6))/(273∙0,356)=0,327 м3/с,

 

Определение объемного расхода паров в точке вывода паров дистиллята:

Температура в точке вывода паров дистиллята 93,50С

Давление в точке вывода паров дистиллята 341 кПа

Расход паров: фр нк-70оС+орошение 7500+15000=22500 кг/ч (табл. 7.3).

Молекулярная масса паров 76,5 кг/кмоль

Тогда объёмный расход паров:

Gп=22,4∙(93,5+273)∙0,101∙(22500/(3600∙76,5))/(273∙0,341)=0,73 м3/с,

 

Дальнейшее определение диаметра производим по максимальному расходу паров т.е. Gп=0,73 м3/с.

 

Допустимая линейная скорость паров [15]:

 

Vл= (0,305*С*Ö(ρж – ρп)/ ρп )/3600,

где С – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации; С=300   [15];

ρж , ρп – абсолютная плотность соответственно жидкости и паров, кг/м3.

а) Плотность жидкой фазы

r1515 = 1,03∙М/(44,29+М),

где М – молярная масса паровой фазы, кг/кмоль.

r1515 = 1,03∙76,6/(44,29+76,6)=0,6526

r493,5=r1515-(93,5-15)∙a=0,6526-93∙0,000962= 0,5771

rж(93,5°С)= 577,1 кг/м3

б) Плотность паровой фазы

rп=rо∙Т0∙Р/(Т∙Р0)  [15],

где rо – плотность пара при нормальных условиях, кг/м3

rп=76,6∙273∙0,341/(22,4∙381∙0,101)=0,86 кг/м3

Получаем,

Vл= 0,305∙300∙Ö((577,1-0,86) / 0,86) /3600=0,66 м/с

Соответственно диаметр колонны равен:

D =

По ГОСТ 21944-76 принимаем диаметр 1,3 м.

7. Расчет высоты колонны

 

Рис. 6. К расчету высоты колонны четкой ректификации.

 

h1 = ½D=½∙1,3=0,65 м

h2=(nв-1)∙hт=(36-1)∙0,25=8,75 м

h3= hт∙3=0,25∙3=0,75 м

h4=(nн-1)∙ hт=(24-1)∙0,25=5,75 м

h5=1,5 м

Высоту слоя жидкости в нижней части колонны рассчитывают по её запасу на 10 минуты, необходимому для обеспечения нормальной работы насоса. Принимая запас на 600 с, объем кубового остатка с учётом расхода горячей струи составит:

V=(Gк+Gгс)∙600/3600r

Где r - плотность кубового остатка при температуре внизу колонны, кг/м3:

r=(0,7151-0,000884∙(154-15))∙1000=679,7 кг/м3

тогда

V=(24286+5621)∙600/(3600∙679,7)=7,33 м3

Площадь поперечного сечения колонны:

S=pD2/4=0,785∙1,32=1,33 м2

тогда

h6=V/S=7,33/1,33=5,6 м.

Высоту юбки h7 принимают, исходя из практических данных, равной 4 м.

Общая высота колонны составляет:

H=h1+ h2+ h3+ h4+ h5+ h6+ h7 =0,65+8,75+0,75+5,75+1,5+5,6+4=27,00 м

 

 

8    Расчет полезной тепловой нагрузки печи атмосферного блока

 

Печь атмосферного блока для нагрева и частичного испарения отбензиненной нефти подаваемой в колонну К-2 и «горячей струи» для подогрева низа колонны К-1. В расчете используем доли отгона, найденные с помощью ПЭВМ. Количество теплоты Qпол.(кВт), затрачиваемой на нагрев и частичное испарение отбензиненной нефти, определяется по формуле [12]:

Qпол.=Gc∙(е∙Нt2п+(1-е)∙ Нt2ж- Нt1ж)/3600,

где Gс – расход сырья, кг/ч;

е – массовая доля отгона отбензиненной нефти на выходе из печи;

Нt1ж, Нt2ж, Нt2п – энтальпия жидкой и паровой фаз отбензиненной нефти при температурах на входе (t1) и выходе (t2) из печи, кДж/кг.

Зададимся следующими данными для расчета:

- температура нефти на входе  в печь- 260 оС;

- температура выхода «горячей  струи» в К-1 – 330 оС;

- температура выхода нефти в  К-2 – 360 оС;

- давление в колонне К-1 – 350 кПа;

- давление в колонне К-2 – 150 кПа;

- расход «горячей струи» в К-1 (30% на сырье) – 329500∙0,3=98850 кг/ч;

Таблица 8.1. - Для нахождения доли отгона в печи атмосферного блока

Номер компонента	Компоненты, фракции	Массовая доля компонента в нефти, xi	Массовая доля компонента в смеси, xi
11	105-140°С	0,0216	0,0233
12	140-180°С	0,046	0,0499
13	180-210°С	0,039	0,0423
14	210-310°С	0,138	0,1496
15	310-360°С	0,072	0,078
16	360-400°С	0,061	0,0661
17	400-450°С	0,064	0,0694
18	450-500°С	0,062	0,0672
19	>500°С	0,419	0,4542
	Итого:	0,9226	1,0000

Найденные доли отгона:

Поток в К-1

 

                  Peзультaты pacчeтa:

 

Мaccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1= .1237363666296005

Мoльнaя дoля oтгoнa пapoв e= .2630500495433807

Мoлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 326.7590942382812

Мoлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 388.5292358398438

Мoлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 153.7045288085938

 

- энтальпия паровой фазы отбензиненной  нефти на выходе из печи  в колонну К-1 (3300С):

r1515=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙154/(44,29+154)=0,7999;

Нп=b∙(4 - r1515) – 308,99=425,15∙(4 – 0,7999) – 308,99=1051,52 кДж/кг;

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной  нефти на выходе из печи в колонну К-2 (3300С):

r1515=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙339/(44,29+339)=0,9110;

Нж =а/(r1515)0,5=742,00/0,91100,5=777,40 кДж/кг

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной  нефти на входе в печь при температуре 2600С (температура куба колонны К-1):

=0,9752+0,00270=0,9779

Нж =а/(r1515)0,5=533,75/0,97790,5=539,75 кДж/кг

Qпол. К-1= 98850∙(0,124∙1051,52+(1-0,124)∙777,40-539,75)=26,852∙106 кДж

 

Поток в К-2

                  Peзультaты pacчeтa:

 

Maccoвaя дoля oтгoнa пapoв e1= .3821409940719604

Moльнaя дoля oтгoнa пapoв e= .6407902240753174

Moлeкуляpнaя мacca иcxoднoй cмecи Mi= 326.7590637207031

Moлeкуляpнaя мacca жидкoй фaзы Ml= 562.0350952148438

Moлeкуляpнaя мacca пapoвoй фaзы Mp= 194.8656921386719

 

 

- энтальпия паровой фазы отбензиненной  нефти на выходе из печи  в колонну К-2 (3600С):

r1515=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙195/(44,29+195)=0,8394;

Нп=b∙(4 - r1515) – 308,99=450,76∙(4 – 0,8394) – 308,99=1115,70 кДж/кг

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной нефти на выходе из печи в колонну К-2 (3600С):

r1515=1,03∙М/(44,29+М)=1,03∙562/(44,29+562)=0,9548;

Нж =а/(r1515)0,5=827,81/0,95480,5=847,20 кДж/кг

- энтальпия жидкой фазы отбензиненной  нефти на входе в печь при  температуре 2600С (температура куба колонны К-1):

=0,9752+0,00270=0,9779

Нж =а/(r1515)0,5=533,75/0,97790,5=539,75 кДж/кг

 

Qпол.К-2= 329500∙(0,382∙1115,70+(1-0,382)∙847,20-539,75)=135,101∙106 кДж

Теплопроизводительность трубчатой печи (Qп, МВт) определяется по уравнению [12]:

Qп= (Qпол.К-1+ Qпол.К-2)/η,

где η – КПД печи, равное 0,85   [12].

Qп=(26,852+135,101)∙106/(3600∙0,85)=52926 кВт

 

 

 

9 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ (ЭВМ)

В ТЕПЛООБМЕННИКЕ «НЕФТЬ-ДТ»

 

Произведём расчёт коэффициента теплопередачи теплообменника Т-204 с помощью программы “Ktepper”. Для этого на основании количества и свойств нефти и ДТ подготовим исходные данные для расчёта.

 

Расход теплоносителей:

Gн=357143∙0,5=178571,5 кг/ч — расход нефти, теплоноситель 1.

Gдт=357143∙0,1613=57607 кг/ч — расход ДТ через теплообменник по одному потоку, теплоноситель 2;

 

Средние температуры теплоносителей:

  

Физические свойства теплоносителей:

 – относительные плотности  нефти:

- относительные плотности ДТ:

определим кинематические вязкости:

 и  — для нефти, тогда можно составить систему уравнений из формулы       и определить A и B.

отсюда  .

 и  — для ДТ, тогда можно составить систему уравнений из формулы   и определить A и B.

отсюда  .

Принимаем кожухотрубчатый теплообменник в соответствии с ГОСТ 15122–79 [13]. Заносим необходимые данные в таблицу 9.1.

 

таблица 9.1 исходные данные для расчёта коэффициента теплопередачи

 

Наименование параметра	размерность	значение
средняя температура ДТ в трубном пространстве	К	450,5
плотность ДТ в трубном пространстве при 288 К	кг/м3	863,3
плотность ДТ в трубном пространстве при 450,5 К	кг/м3	749,7
вязкость ДТ в трубном пространстве при 450,5 К	м2/с	0,00000034
средняя температура нефти в межтрубном пространстве	К	356,5
плотность нефти в межтрубном пространстве при 288 К	кг/м3	892,8
плотность нефти в межтрубном пространстве при 356,5 К	кг/м3	842,6
вязкость нефти в межтрубном пространстве при 356,5 К	м2/с	0,00000615
внутренний диаметр труб	м	0,021
Наружный диаметр труб	м	0,025
толщину стенки труб	м	0,002
количество труб на поток	шт.	51
площадь проходного сечения в вырезе перегородки	м2	0,045
площадь проходного сечения между перегородками	м2	0,040
коэффициент теплопроводности материала труб	вт/м•к	17,5
расход ДТ в трубном пространстве	кг/ч	57607
расход нефти в межтрубном пространстве	кг/ч	178571,5