Материал: Kursovaya

Рассчитываем парциальное давление водяного пара:

Рв.п. = Рв ⋅ Y_В.П. ⋅ 7600, мм.рт.ст.

Рв.п. = 0,1356 ⋅ 0,13094 ⋅ 7600 = 135 мм.рт.ст.

Рассчитываем температуру конденсации водяного пара t_к:

t_к = [ 1 / (0,00397 – 0,0004455 ⋅ log(P_В.П.))] – 273, °С

t_к = [ 1 / (0,00397 – 0,0004455 ⋅ log(134,94))] – 273 = 58 °С

Применяем острое орошение, так как не создается опасность конденсации водяного пара, поскольку (t_в – t_к) > 10 °С.

Далее составляем полный тепловой баланс колонны. Уравнение теплового баланса колонны при остром орошении:

Q_F = Q_Б + Q_М + Q_ДТ + Q_РТ + Q_ПЦО1 + Q_ПЦО2 + d

Приход тепла

1 С сырьем Q_F = 97627 кДж [П.з., с. 35]

Расход тепла

1 С парами бензина Q_Б = ТБ_ф ⋅ j,

где j – энтальпия паров бензина, рассчитывается по формуле 1.4 с использованием плотности бензина и температуры верха колонны.

j = 4,187 ⋅ [(50,2 + 0,109 ⋅ 83 + 0,00014 ⋅ 83²) ⋅ (4 – 0,677) – 73,8] = = 529 кДж/кг

Q_Б = 10,51 ⋅ 529 = 5561 кДж

2 С мазутом Q_M = 40701 кДж [П.з., с. 36]

3 С ДТ: Q_ДТ = 11347 кДж [П.з., с. 38]

4 С ПЦО₁: Q_ПЦО1 = 10361 кДж [П.з., с. 36]

5 Тепло, снимаемое острым орошенипем (d):

d = g_ор.∙ ( j^tв – i⁴⁰),

где i⁴⁰ – энтальпия жидкого бензина при 40 °С.

i⁴⁰ = 4,187 ∙ (0,403 ∙ 40 + 0,000405 ∙ 40²) / (0,677)^0,5 = 85 кДж/кг

j^tв = 4,187 ∙ [(50,2 + 0,109 ∙ 83 + 0,00014 ∙ 83²) ∙ (4 – 0,677) – 73,8] = = 529 кДж/кг

d = 32,16 ∙ (529 – 85) = 14278 кДж

6 Тепло, выводимое потоком РТ из отпарной колонны:

Q_РТ = РТ_ф ⋅ i_РТ

Приближенный расчет температуры бокового погона в зоне вывода РТ из основной колонны выполняется по формуле

,

где – температура паров в зоне отбора ДТ из основной колонны;

– число тарелок от вывода ДТ до вывода РТ, а также от вывода РТ до вывода бензина соответственно.

= 185 °С

Температура вывода РТ из отпарной колонны РТ принимается ниже температуры вывода из основной колонны на 20 °С:

= – 20 = 185 – 20 = 165 °С

i_РТ = 4,187 ∙ (0,403 ∙ 165 + 0,000405 ∙ 165²) / (0,771)^0,5 = 369 кДж/кг

Q_РТ = 369 ⋅ 16,02 = 5915 кДж

Q_расх = 5561 + 40701 + 11347 + 10361 + 14278 + 5915 = 88175 кДж

Определяем тепло, снимаемое ПЦО₂ исходя из уравнения теплового баланса:

Q_ПЦО2 = Q_F – Q_расх

Q_ПЦО2 = 97627 – 88175 = 9452 кДж.

1.7.6 Расчет диаметра колонны

Рисунок 1.6 – К расчету диаметра колонны

1 Рассчитывается количество горячего орошения:

g_г.ор. = d / (j^tв – i^tв),

где i^tв – энтальпия жидкого бензина при температуре верха, рассчитывается по плотности бензина и температуре верха.

j^tв определено ранее при расчете теплового баланса колонны

j^tв = 529 кДж/кг [П.з., с. 41]

i^tв = 4,187 ∙ (0,403 ∙ 83 + 0,000405 ∙ 83²) / (0,677)^0,5 = 184 кДж/кг

g_г.op. = 14278 / (529 – 184) = 41,40 кг

2 Рассчитывается количество углеводородных паров, поступающих под верхнюю тарелку:

G = ТБ_ф + g_г.op.

G =10,51 + 41,40 = 51,91 кг

3 Рассчитывается секундный объем паров:

V_c = (G / М_Б + G_В.П. / 18) ∙ 0,1 ∙ 22,4 ∙ (t_в + 273) ∙ К_П / (P_в ∙ 273 ∙ 3600)

где М_Б – молярная масса тяжелого бензина;

К_П – коэффициент производительности.

К_П равен производительности установки по нефти в кг/ч, деленной на 100 (т.к. все расчеты были выполнены на 100 кг исходной нефти).

К_П = 4700 ∙1000000 / (350 ∙ 24 ∙ 100) = 5595 кг/(ч∙100)

V_c = (51,91 / 85 + 1,3605 / 18) ∙ 22,4 ∙ 0,1 ∙ 356 ∙ 5595 / (0,1356 ∙ 273 ∙ 3600) = = 22,98 м³/с

4 Рассчитывается плотность бензина при температуре верха:

ρ_ж = ( – (0,001828 – 0,00132 ∙) ∙ (t_в – 20)) ∙ 1000

ρ_ж = (0,677 – (0,001828 – 0,00132 ∙ 0,677) ∙ (83 – 20)) ∙ 1000 = 618,14 кг/м³

5 Рассчитывается плотность паров при температуре и давлении верха колонны:

ρ_П = (G + G_вп) ∙ К_п / (V_c ∙ 3600)

ρ_П = (51,91 + 1,3605) ∙ 5595 / (22,98 ∙ 3600) = 3,60 кг/м³

6 Рассчитывается допустимая скорость паров по формуле:

W_доп = ((ρ_ж / ρ_п) – 1)^0,5 ∙ 0,305 ∙ С / 3600, м/c

где С – коэффициент, зависящий от типа тарелок, расстояния между тарелками и нагрузки тарелок по жидкости.

Для колпачковых тарелок при средней нагрузке по жидкости и расстоянии между тарелками 600 мм С = 750 [3, с. 84].

W_доп = ((618,14 / 3,60) – 1)^0,5 ∙ 0,305 ∙ 750 / 3600 = 0,846 м/с

7 Рассчитывается диаметр колонны:

D = (4 ∙ V_c / (3,14 ∙ W_доп))^0,5, м

D = (4 ∙ 22,98 / (3,14 ∙ 0,846))^0,5 = 5,88 м.

Расчетный диаметр округляется до ближайшего стандартного в большую сторону. Принимаем D = 6,0 м.

2 Расчет и подбор основных аппаратов

2.1 Расчет конденсатора воздушного охлаждения

Рассчитывается тепловая нагрузка (холодопроизводительность) аппарата при остром орошении:

Q_кво = (ТБ_ф + g_ор) ∙ (j^tв – i⁴⁰) + Gв.п ∙ (j^z – 4,187 ∙ 40), кДж

где j^tв– энтальпия паров бензина, кДж/кг;

j^z – энтальпия водяного пара при температуре верха, кДж/кг;

i⁴⁰ – энтальпия жидкого бензина при 40 °С, кДж/кг.

i⁴⁰ = 85 кДж/кг [П.з., с. 41]

j^z = 4,187 ∙ [606,5 + 0,305 ∙ t_к + 0,5 ∙ (t_в – t_к)]

j^z = 4,187 ∙ [606,5 + 0,305 ∙ 58 + 0,5 ∙ (83 – 58)] = 2666 кДж/кг

i⁴⁰ = 4,187 ∙ (0,403 ∙ 40 + 0,000405 ∙ 40²) / (0,677)^0,5 = 85 кДж/кг

Q_KBO = (10,51 + 32,16) ∙ (529 – 85) + 1,3605 ∙ (2666 – 4,187 ∙ 40) = 22341 кДж

Составляется схема теплообмена:

Рисунок 2.1 – Схема теплообмена в конденсаторе воздушного охлаждения

Рассчитывается средняя разность температур (∆t_cp):

(∆t₁ / ∆t₂) < 2,

∆t_cp = (∆t₁ + ∆t₂) / 2;

∆t_cp = (23 + 15) / 2 = 19,0 °С

Рассчитывается поверхность охлаждения:

F = Q_KBO ∙ K_п / (К_тп ∙ ∆t_cp), м²

где К_тп – коэффициент теплопередачи, принимается из литературных данных.

К_тп = 34,72 Вт/(м²∙град) = 125 кДж/(м²∙ч∙град) [2, c. 37].

F = 22341 ∙ 5595 / (125 ∙ 19,0) = 52634 м²

По ОСТ 26-02-537-79 выбирается поверхность стандартного аппарата F_o = 6600 м² и рассчитывается число аппаратов:

N_aп = F / F_o

N_aп = 52634 / 6600 = 7,97 = 8 аппаратов.

Таблица 2.1 – Характеристика зигзагообразных аппаратов воздушного охлаждения (ОСТ 26-02-537-79)

2.2 Расчет атмосферной печи

Рассчитывается тепловая нагрузка печи:

Q_п =100 ∙ (J_F – i_т/о) ∙ К_п,

где J_F – энтальпия нефти на выходе из печи (известна из расчета ОИ);

i_т/о – энтальпия нефти после теплообменников (рассчитывается при температуре 200 °С по формуле 1.3).

i_т/о = 4,187∙ (0,403 ∙ 200 + 0,000405 ∙ 200²) / (0,857)^0,5 = 438 кДж/кг

Q_п = 100 ∙ (J_F – i_т/о) ∙ К_п, кДж/ч

Q_п = 100 ∙ (976 – 438) ∙ 5595 = 301267842 кДж/ч

301267842 / 4,187 = 71953151 Гкал/ч

301267842 / 3600∙1000 = 83,69 МВт

В зависимости от тепловой нагрузки выбирается стандартная печь и определяется число печей.

Ставим две печи типа СКВ1 с производительностью 75,6 Гкал/ч

Таблица 2.2 – Техническая характеристика печи типа СКВ1

Принимаем КПД печи η = 0,85, теплотворную способность топлива = 10500 ккал/кг и рассчитываем расход топлива G_T:

G_T = Q_П // η,

G_T = 301267842 / 43964 / 0,85 = 8062 кг/ч