Расчет материального баланса установки АВТ. Проектирование аппарата вторичной перегонки бензина К-5

материального баланса установки АВТ. Проектирование аппарата вторичной перегонки бензина К-5" width="268" height="43" align="BOTTOM" border="0" /> (1.1)


Таблица 3

Материальный баланс отбензинивающей колонны К-1

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Нефть 100 367647,06 3000000 Газ и нестабильный бензин 26,5 97426,47 795000




Отбензининая нефть 73,5 270220,59 2205000

Таблица 4

Материальный баланс атмосферной колонны К-2

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Отбензининая нефть 73,5 270220,59 2205000 Фр. 180-2200C 7,6 27941,18 228000




Фр. 220-2800C 10,5 38602,94 315000




Фр. 280-3500C 13,9 51102,94 417000




Фр. >3500C (мазут) 41,5 152573,53 1245000

Таблица 5

Материальный баланс сепаратора отбензинивающей колонны С-1

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Газ и нестабильный бензин 26,5 97426,47 795000 УВГ 0,65 2389,71 195000




Вода 0,13 477,94 3900




Нестабильный бензин 25,72 94558,82 771600

Таблица 6

Материальный баланс стабилизационной колонны прямогонных бензинов К-4

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Нестабильный бензин 25,72 94558,82 771600 УВГ 1,28 4705,88 38400




С5-1800С 24,44 89852,82 733200

Таблица 7

Материальный баланс сепаратора стабилизационной колонны С-2

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
УВГ 1,28 4705,88 38400 Сухой газ (С1-С2) 0,28 1029,41 8400




Сжиженный газ (С2-С4) 1,0 3676,47 30000

Таблица 8

Материальный баланс колонны вакуумной перегонки мазута К-5

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Фр. >3500C (мазут) 41,5 152573,53 1245000 Газы разложения 3 11029,41 90000




Фр. 350-4200С 13,5 49632,35 405000




Фр. 420-4900С 11,7 43014,71 351000




Фр. >4900С 13,3 48897,06 399000

Таблица 9

Сводный материальный баланс блока атмосферно-вакуумной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Нефть 100 367647,06 3000000 Сухой газ (С1-С2) 0,28 1029,41 8400




Сжиженный газ (С2-С4) 1,0 3676,47 30000




С5-1800С 24,44 89852,94 733200




УВГ 0,65 2389,71 19500




Вода 0,13 477,94 3900




Фр. 180-2200C 7,6 27941,18 228000




Фр. 220-2800C 10,5 38602,94 315000




Фр. 280-3500C 13,9 51102,94 417000




Газы разложения 3,0 11029,41 90000




Фр. 350-4200С 13,5 49632,35 405000




Фр. 420-4900С 11,7 43014,71 351000




Фр. >4900С 13,3 48897,06 399000




Итого

100

245098

2000000

5.2 Материальный баланс блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ- АВТ


Таблица 10

Материальный баланс стабилизационной колонны прямогонных бензинов К-4 (дебутанизатор)

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Нестабильный бензин 25,72 94558,82 771600 УВГ 1,28 4705,88 38400




С5-1800С 24,44 89852,94 733200

Таблица 11

Материальный баланс колонны вторичной перегонки К-5

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Фр. 105-1800С 13,5 49632,35 405000 Фр. 105-1400С 6,1 22426,47 183000




Фр. 140-1800С 7,4 27205,88 222000

Таблица 12

Материальный баланс колонны вторичной перегонки К-6

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
С5-1800С 24,44 89852,94 733200 Фр. С5-1050С 10,94 40220,59 328200




Фр. 105-1800С 13,5 49632,35 405000

Таблица 13

Материальный баланс колонны вторичной перегонки К-7

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Фр. С5-1050С 10,94 40220,59 328200 Фр. С5-620С 4,44 16323,53 133200




Фр. 62-1050С 6,5 23897,06 195000

Таблица 14

Материальный баланс колонны вторичной перегонки К-8

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Фр. 62-1050С 6,5 23897,06 195000 Фр. 62-850С 3,3 12132,35 99000




Фр. 85-1050С 3,2 11764,71 96000

Таблица 15

Сводный материальный баланс блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
Нестабильный бензин 25,72 94558,82 771600 УВГ 1,28 4705,88 38400




Фр. С5-620С 4,44 16323,53 133200




Фр. 62-850С 3,3 12132,35 99000




Фр. 85-1050С 3,2 11764,71 96000




Фр. 105-1400С 6,1 22426,47 183000




Фр. 140-1800С 7,4 27205,88 222000




Итого

26,72

94558,82

771600

6. Тепловой баланс колонны вторичной перегонки К-5


Qпр = Qрасх (6.1)

Qпр = Qбензина + Qорошения (6.2)

Qрасх = Q105-140 + Qфлегма + Q140-180 + Qпотери (6.3)


6.1 Определение количества тепла поступающего в колонну

6.1.1 Определение количества тепла приносимого нестабильным бензином:

Нестабильный бензин поступает в колонну в паро-жидкостном состоянии. До1500С в парах находится 32% бензина (е = 0,32).


,


где Iпаров – энтальпия нефтяных паров (t = 423 К), Iпаров = 631,1 кДж/кг;

Iжид – энтальпия нефтяных жидкостей (t = 423 К, ρ = 0,758 кг/м3), Iжид = 330,98 кДж/кг;


6.1.2 Определение количества тепла приносимого орошением, кВт:


, (6.1.2.1)


где Iорошения – энтальпия флегмы (t = 303 К, ρ = 0,738 кг/м3), Iорошения = 61,3 кДж/кг;


, (6.1.2.2)


где R –флегмовое число (R=2,4).



По формуле (6.2) получаем



6.2 Определение потерянного количества тепла, кВт


(6.2.1)


6.2.2 Определение количества тепла уходящего с фракцией 140-1800С


(6.2.2.1)


где I140-180 – энтальпия фракции 140-1800С (t = 446 К, ρ = 0,774 кг/м3), I140-180 = 392,125 кДж/кг


6.2.3 Определение количества тепла уходящего с дистиллятом (Фр 105-1400С)


(6.2.3.1)


где I105-140 – энтальпия фракции 105-140 (пары, t = 405К, ρ = 0,738 кг/м3), I105-140 = 296,4 кДж/кг



По формуле (6.3) находим количества тепла выносимого с продуктами из колонны, кВт



Расчет горячей струи

6.3.1 Определение необходимого количества тепла вносимого в колонну горячей струей


(6.3.1.1)


6.3.2 Определение количества фр. 140-1800С необходимого на горячую струю

Примем, что фр. 140-1800С нагревается в печи на 1000С (446К → 546К)

(6.3.2.1)


где - энтальпия горячей струи, =754,83 кДж/кг;

- энтальпия фракции 140-1800С, = 392,125 кДж/кг.


Сводный тепловой баланс колонны вторичной перегонки К-5


Таблица 16

Сводный тепловой баланс колонны вторичной перегонки К-5

Приход % кВт кДж/ч Расход % кВт кДж/ч
Нестабильный бензин 62,33 58872,0 21193926,7 Дистиллят 66,47 62779,17 22600500
Орошение 9,70 9164,95 3299382,4 Фр. 140-1800С 31,37 29633,63 10668105,7
Горячая струя 27,97 26416,96 9510105,6 Потери 2,16 2041,11 734799,6

Итого

100

94453,91

34003414,68

Итого

100

94453,91

34003405,3

7. Конструктивный расчёт колонны вторичной перегонки бензина К-5


7.1 Расчёт количества тарелок колонны К-5

В К-5 вводится фракция 105-1800С (G = 49632,35 кг/ч; t = 1500C; ρ = 0,758 кг/м3),

сверху выходит фракция 105-1400С (G = 22426,47 кг/ч; t = 1320C; ρ = 0,738 кг/м3),

снизу фракция 140-1800С (G = 27205,88 кг/ч; t = 1730C; ρ = 0,774 кг/м3).

7.1.1 Определение М легкокипящего компонента (фракция 105-1400С) по формуле Войнова


(7.1.1.1)


По ИТК (Приложение А) находим tcp. Для фракции 105-1400С tср = 1230С.



7.1.2 Определение углеводорода, соответствующего М = 112,03 г/моль



С8Н18 (октан) углеводород, соответствующий фракции 105-1400С.

7.1.3 По формуле (3.1.1.1) определеям М высококипящего компонента (фракция 140-1800С)

По ИТК находим tcp. Для фракции 140-1800С tср = 1600С.



7.1.4 Определение углеводорода, соответствующего М = 133,6г/моль



С10Н22 (декан) углеводород, соответствующий фракции 140-1800С.

Таким образом, разделение фракции105– 1800С в колонне К-5 эквивалентно разделению бинарной смеси октан – декан.

7.1.5 Расчет плотностей фракций 105 – 1800С, 105 – 1400С и 140 – 1800С.

Из формулы Крэга



следует


(7.1.5.1.1)


7.1.5.1 Расчет плотности фракции 105 – 1800С


()


7.1.5.2 Расчет плотности фракции 105-1400С



7.1.5.1 Расчет плотности фракции 140 – 1800С



7.1.6 Построение кривой равновесия бинарной смеси октан - декан

Используя график Кокса определим давления насыщенных паров октана - декана. По этим данным построим кривую равновесия смеси (Приложение Б)


Таблица 17

Равновесный состав бинарной смеси октан - декан

Температура, 0С

130 760 195 1 1
138 980 260 0,69 0,89
149 1250 480 0,36 0,59
165 1850 610 0,12 0,29
170 2000 760 0 0

нефть перегонка атмосферный бензин

Таблица 18

Определение состава смеси, состава дистиллята и кубового остатка

Приход % кг/час т/год Расход % кг/час т/год
1051800С 100 49632,35 405000 Фр. 105-1400С 45,19 22426,47 183000




Фр. 140-1800С 54,81 27205,88 222000

Исходя из материального баланса следует: состав исходной смеси xF=45,5%

Четкость ректификации – 97% Ю состав дистиллята xP=97%; состав кубового остатка xW=3%

7.1.8 Пересчет массовых концентраций в мольные

7.1.8.1 Пересчет массовой концентрации исходной смеси в мольную


(7.1.8.1.1)


7.1.8.2 Пересчет массовой концентрации дистиллята в мольную


(7.1.8.1.2)


7.1.8.3 Пересчет массовой концентрации кубового остатка в мольную


(7.1.8.1.3)

7.1.9 Расчет расходов дистиллята и кубового остатка:

7.1.9.1 Расчет расхода дистиллята, кг/ч


(7.1.9.1.1)


7.1.9.2 Расчет расхода кубового остатка, кг/ч


(7.1.9.2.1)


7.1.10 Расчет флегмового числа

7.1.10.1 Расчет минимального флегмового числа


, (7.1.10.1.1)


где - мольная концентрация пара, находящегося в равновесии с исходной смесью.

По диаграмме y - x находим (при ХF = 0,5) = 0,73 мол.дол.



7.1.10.2 Расчет рабочего флегмового числа

Обычно принимают оптимальное значение рабочего флегмового числа:


(7.1.10.2.1)


Примем .



7.1.11 Построение рабочих линий укрепляющей и исчерпывающих частей колонны К-5

7.1.11.1 Определение отрезка b на оси ординат


(7.1.11.1.1)

.


7.1.11.2 Расчет уравнения рабочей линии для укрепляющей части колонны


(7.1.11.2.1)


7.1.11.3 Уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны


(7.1.11.3.1)


где f – отношение количества исходной смеси к количеству дистиллята.


7.1.11.4 Расчет расхода исходной смеси, (кмоль/час)


(7.1.11.4.1)


7.1.11.5 Расчет расхода дистиллята (кмоль/ч)


(7.1.11.5.1)


Вписыванием тарелок между рабочей и равновесной линиями нахожу число тарелок – 10. Учитывая небольшую эффективность тарелок по Мэрфри (и практические данные) примем 34 тарелок. Из них: в укрепляющей части – 14 тарелок, в исчерпывающей – 20 тарелок.

7.2 Определение диаметра колонны

Диаметр колонны определяется в зависимости от максимального расхода паров и их допустимой скорости в свободном сечении колонны.


(7.2.1)

Выбираем сечение в верхней части колонны

7.2.1 Расчет объёма паров проходящих за час через сечение колонны

Давление в колонне: Р = 0,13 МПа:


, (7.2.1.1)


где Т – температура системы, К;

Р – давление в системе, МПа;

Gi – расход компонента, кг/ч;

Мi – молекулярная масса компонентов;

Z – коэффициент сжимаемости.

7.2.1.1 Определяем приведенные температуру и давление для фр. 105-1400С (С8Н18 октан, t = 1320C = 405К; ρ = 0,738 кг/м3).


(7.2.1.1.1)

(7.2.1.1.2)


По известным величинам средней температуры кипения и плотности находим значения Ткр и Ркр



Тогда по формулам (7.2.1.1.1) и (7.2.1.1.2) получаем


7.2.1.2 Коэффициент сжимаемости определяем по графику в зависимости от приведенных температур и давлений


Z = 1,0


Находим объём паров проходящих за час через сечение колонны по формуле (7.2.1.1)



7.2.2 Расчет допустимой скорости паров, м/с


(7.2.2.1)


где К – коэффициент зависящий от расстояния между тарелками в колонне и условий ректификации (при расстоянии 0,6м К = 740).

ρж – плотность жидкости (738 кг/м3);

ρп – плотность паров.


(7.2.2.2)


Рассчитываем по формуле (7.2.2.1) допустимую скорость паров



Отсюда по формуле (7.2.1) находим



Принимаем ближайший стандартный диаметр колонны по ГОСТ 16453-70 DСТ = 2,6 м.

7.2.3