Расчет бутановой колонны газофракционирующей установки

Санкт – Петербургский  государственный технологический  институт (Технический университет)

 

 

 

Кафедра технологии                                                     Факультет технологии        нефте- и углехимических                                             органического синтеза производств                                                                   и полимерных материалов   

 

 

                                                                 Курс           5      

                                                                 Группа   402    

 

 

 

Учебная дисциплина «Оборудование и основы проектирования» 

 

 

Курсовой проект

 

Тема: «Расчёт бутановой колонны (колонна К-6) газофракционирующей установки.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент:     Новокшонов И. А.  _____________ 

                                                                 ( подпись)    

 

Руководитель: Сибаров Д.А.      _____________ 

                                                                  (подпись)

 

 

Оценка за курсовой

проект ___________________      _____________ 

                                                                  (подпись)

 

 

Санкт – Петербург

2004 г.

Санкт – Петербургский  государственный технологический  институт (Технический университет)

 

 

Факультет технологии органического синтеза и полимерных материалов

 

Кафедра технологии нефте- и углехимических производств

 

Учебная дисциплина «Оборудование и основы проектирования»

 

Курс:   5            Группа:   402

Студент:      Новокшонов И. А.                  Дата_______________

 

Задание на курсовой проект

 

Тема: Расчёт бутановой колонны (колонна К-6) ГФУ.

 

Цель и задачи проекта: Провести расчёт бутановой колонны (колонна К-6)

 

Перечень инженерных, научных расчётов: Составление материального баланса колонны; расчёт температур верха, питания, низа; определение числа тарелок в колонне; составление теплового баланса; проведение поверочного гидравлического расчёта

 

Перечень работ выполняемых  на ЭВМ: оформление графической части

 

Состав и объём графической  части: Чертёж общего вида колонны К-6

 

Рекомендуемая литература: Гайле А. А. «Оборудование нефтехимических заводов и основы проектирования. Процессы и аппараты для разделения углеводородов и нефтехимических продуктов» - Учеб. пособие/ ЛТИ им. Ленсовета. – Л., 1986. – 84 с.

 

Срок предоставления к защите: _________________

 

Руководитель: Сибаров Д.А.         _________________

                                                          (личная подпись)

 

Студент: Новокшонов И. А.        _________________

                                                          (личная подпись)

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………...4

1. Аналитический обзор……………………………………………………4
2. Цель и задачи проекта…………………………………………………...5
3. Технологическая часть…………………………………………………..5
4. Инженерные расчеты……………………………………………………6
0. Материальный баланс…………………………………………………6
0. Расчет температур верхней и нижней части колонны……...….……7
0. Расчет доли отгона сырья ………………………………………….....9
0. Определение флегмового числа………………………………………9
0. Расчёт минимального флегмового числа…………………………....10
0. Расчёт рабочего флегмового числа…………………………………..11
0. Расчет числа теоретических и практических тарелок……………....11
0. Тепловой баланс колонны…………………………………………….13
0. Расчёт величин внутренних потоков пара и жидкости в колонне....15
0. Предварительный расчет диаметра колонны………………………..15
0. Расчет диаметра верхней части колонны…………………………....16
0. Расчет диаметра нижней части колонны…………………………….17
0. Поверочный гидравлический расчет выбранной тарелки………….19
0. Гидравлический расчет тарелки в верхнем сечении колонны……..19
0. Гидравлический расчет тарелки в нижнем сечении колонны……..20
0. Расчет высоты ректификационной колонны………………………..21
5. Выводы по проекту………………………………………………………22
6. Приложение 1…………………………………………………………….23
7. Приложение 2…………………………………………………………….24

Список использованной литературы…………………………………………..25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

         Газофракционирующая установка  (ГФУ) предназначена для переработки  жирного  газа и головных  фракций блоков стабилизации  установок первичной переработки нефти, каталитического риформинга бензинов, бензольного каталитического риформинга и изоселектоформинга.

           Процесс разработан проектным  институтом «Ленгипрогаз» в 1973 г. Установка  сдана  в   эксплуатацию  в  декабре  1977  года. В период эксплуатации  1977-2001 г.г. проведено несколько реконструкций. В 1999 г. по проекту ОАО «Ленгипронефтехим»  выполнено  дооборудование  ГФУ узлом очистки сырья от сероводорода.

               В состав установки входят:

-  сырьевой  парк;

-  узел очистки сырья  от сероводорода;

-  блок компримирования жирного газа;

-  блок ректификации  сжиженных  углеводородных газов;

-  блок очистки готовой  продукции;

-  вспомогательные  системы .

 

 

1. Аналитический  обзор

 

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких смесей, таких как нефть, нефтяные фракции, продукты основного органического и нефтехимического синтеза, на индивидуальные компоненты или узкокипящие фракции, различающиеся температурой кипения.

Физическая сущность процесса ректификации заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, а жидкость – из высококипящих компонентов.       На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Поток жидкости (орошение) при ректификации создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а поток пара – путем испарения части жидкости в нижней части колонны. 

 

 

 

 

 

2. Цель и  задачи проекта

Целью данного проекта  является по исходным данным, полученным на предприятии во время прохождения практики на ГФУ произвести расчет дебутанизатора (колонна К-4).

Исходные данные.

Состав питания:

компоненты	% масс
Пропан   i-бутан н-бутан i-пентан	2,2 39,83 57,169 0,797

Производительность колонны по сырью 29895 кг/ч. Содержание          i-бутанов в дистилляте не ниже - 94% масс, а в кубовом остатке i-бутана – 1,5% масс. Давление вверху колонны – 9,2 кгс/см². Давление внизу колонны – 9,8 кгс/см².    

 

 

3. Технологическая  часть

             Разделение суммарных бутанов после колонны К-4 на изобутан и нормальный бутан осуществляется  в  двух  последовательно  соединенных  колоннах  К-6/1 и К-6/2.

             Сумма бутанов из емкости Е-16 насосами Н-15,16 подается на одну из сырьевых тарелок  колонны  К-6/1,2  (№15  колонны К-6/1, №№ 45, 60 колонны К-6/2).

            Постоянство   загрузки   колонны    К-6/1,2    поддерживается   регулятором  расхода  поз.FRC 3-11, клапан которого установлен на выкиде насосов Н-15,16, с коррекцией по уровню в емкости Е-16 поз.LRCAS 4-10.

Температура загрузки колонны К-6/1,2  контролируется показаниями на экране монитора (поз.TRС 1-28).

          Уровень в емкости Е-16 контролируется прибором поз.LRCAS 4-10. Предусмотрена сигнализация максимального и минимального значений уровня в емкости Е-16  и   блокировка минимального значения, отключающая  насосы Н-15,16.

             Колонны К-6/1 и К-6/2 оборудованы 60 тарелками клапанного типа (каждая).

 

 

 

 

Режим бутановой колонны  К-6/1,2:

 

Температура верха К-6/1	-	не более	580С
Температура низа   К-6/2	-	не более	1000С
Давление К-6/1,2	-	не более	10 кгс/см2

 

               Пары изобутана с верха укрепляющей части бутановой колонны К-6/1 поступают в воздушные  конденсаторы-холодильники  ХК-20, ХК-21, ХК-22, ХК-15, где охлаждаются и конденсируются, и с температурой не более 65⁰С собираются в рефлюксной  емкости  Е-17.

                Из емкости Е-17  изобутан  насосами Н-25,26 подается на орошение колонны К-6/1, а балансовый избыток через холодильник Х-6 и блок  очистки готовой продукции выводится с установки.

               Нижний продукт колонны К-6/2 (нормальный бутан) насосами Н-21,22 через холодильник Х-6 и блок  очистки  готовой  продукции выводится с установки (см. приложение 2).

                 

                                 4. Инженерные расчеты

                               4.1. Материальный баланс 

 

Расчёт материального баланса проводим методом ключевых компонентов.

При четкой ректификации отдельные компоненты могут отсутствовать или быть в незначительных количествах в дистилляте и остатке. Для определения составов дистиллята и остатка используется понятие о ключевых компонентах. Ключевые компоненты в этом случае определяются как пограничные (наиболее трудноразделимые), между которыми производится заданное разделение – наименее летучий компонент в дистилляте будет легким ключевым, а наиболее летучий в остатке – тяжелым ключевым компонентом.                                                                      Исходя из заданного разделения ключевых компонентов, определяется количество этих компонентов в дистилляте и остатке. Количество остальных компонентов определяется из условия, что компоненты более летучие, чем легкий ключевой компонент, полностью переходят в дистиллят, а компоненты менее летучие, чем тяжелый ключевой компонент, полностью переходят в остаток. После этого определяют общий выход дистиллята и остатка, и находят их состав (в мольных долях).

 

 

 

 

Наиболее трудноразделимая ключевая пара: i-бутан – н-бутан.

Компоненты	Сырье			Дистиллят			Кубовый остаток
	% масс	кг/ч	м.д.	% масс	кг/ч	м.д.	% масс	кг/ч	м.д.
Пропан   i-бутан н-бутан i-пентан	2,2 39,83 57,169 0,797	659 11907 17091 238	,0288    ,396 ,5686 ,006	5,3 94 0,7 -	659 11649 84 -	0,069 0,924 0,007 -	-            1,5 97,1 1,4	-   263 17006 238	-        ,015 ,974 ,011
Итого:	100	29895	1	100	12388	1	100	17507	1

 

                            Составим систему уравнений:

 F= D + W            F*x_F = D*y_D + W*x_W          D = *F= =12388 (кг/ч)      

W=F – D=29895 – 12388=17507 (кг/ч)        

Массовые %  переводятся в мольные доли с помощью формулы:                  х_(м.д.)=          ,где Мi – молекулярная масса i-го компонента;

         хi – массовые % i-го компонента.                

                4.2. Расчёт температур верхней и нижней части колонны

 

Для расчёта температуры  в верхнем сечении колонны  надо знать состав дистиллята и давление вверху колонны (Р_в=9,2 кгс/см²). Температура верха рассчитывается итерационным методом таким образом чтобы, выполнялось условие для жидкой фазы равновесной с парами дистиллята:

=1  

Температура низа колонны  рассчитывается также итерационным методом, исходя из состава кубового остатка и давления внизу колонны (Р_н=9,7 кгс/см²), таким образом, чтобы выполнялось условие для равновесной паровой фазы:

                    =1 ,

где К_iВ,Н – константы фазового равновесия i-го компонента при температуре верха и низа соответственно.

                         К_i = Р˚_i/Р          ,где Р – давление в верхнем и в нижнем сечениях колонны;    Р˚_i – давление насыщенного пара при температуре верха или низа колонны (мм.рт.ст.), находится по уравнению Антуана:                    lnР˚_i = А – В/(С+Т)  [3]        ,где А,В,С – константы для разных веществ;      Т – температура верха или низа, К.         

 

 

 

 

 

  Значения коэффициентов А,В,С.