Расчет бутановой колонны газофракционирующей установки

Плотность паров при  средних температуре и давлении находим по формуле:    где Р – давление наверху колонны, Па. 

     Рабочая площадь тарелки с учетом коэффициента запаса 0,9 рассчитывается по формуле:          

где V – объемная нагрузка по парам, м³/с.                            Допускаемая скорость жидкости в сливном устройстве м/с:              Величина константы в данном уравнении зависит от интенсивности пенообразования. При малом пенообразовании const = +300мм.                                Рассчитаем площадь сливных устройств с учетом коэффициента запаса 0,9:   ,           где Q – объемная нагрузка по жидкости, м³/с:              

                          В зависимости от типа тарелки, рабочей площади и площади слива      выбираем диаметр и размеры тарелки:             Тарелка двухпоточная клапанная прямоточная ВНИИНЕФТЕМАШа по ОСТ 26-02-1401-76.                Диаметр колонны Dk = 3000 мм        Длина пути жидкости на тарелке L_T = 0,7 м           Площадь поперечного сечения колонны Sk = 7,07 м²      

 Периметр слива В = 4,08 м               Площадь прохода паров S₀ = 0,5688 м²                Рабочая площадь тарелки S_р = 4,74 м²            Площадь сливных устройств Ssl = 1,03 м²        Зазор между сливом и тарелкой b = 0,06 м        Зазор под сливным стаканом а = 0,08 м 

 

 

           4.8.2. Расчёт диаметра нижней части колонны                                                              

Определим поверхностное натяжение для нижней части колонны, для которой Tkr = 425,2 K; T =347,65 K; My =58,15; pl = 515,14 кг/м³.       Тогда  σ=6,405 дин/см.                        

Плотность паров определим  по формуле:           Линейная скорость паров в точке захлебывания:      ,                                        где V – объемная нагрузка по парам, м³/с.                                                                          

           Рабочая площадь тарелки в данном сечении колонны:               Допускаемая скорость жидкости в сливном устройстве:      

Объемная нагрузка по жидкости в нижнем сечении колонны  равна:         Рассчитываем площадь сливных устройств с учетом коэффициента запаса 0,9:                      

Так как у нас не стабилизационная колонна и так  как диаметр в верху больше диаметра в низу колонны, принимаем  наибольший диаметр             (Dk = 3000 мм) . 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.9. Поверочный гидравлический расчет выбранной тарелки

Для выбранных тарелок  верхнего и нижнего сечения колонны  выполняется гидравлический расчет с целью проверки, работает ли данное сечение колонны в гидродинамически устойчивой зоне нагрузок по пару и жидкости, т. е. в области оптимальных значений КПД.         

4.9.1. Гидравлический расчёт тарелки в верхнем сечении колонны  

Гидравлический расчёт включает в себя несколько этапов.    1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования.         Рассчитывается удельная нагрузка по жидкости:           Рассчитывается динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:                 Полученная величина сравнивается с минимально допустимой для клапанных тарелок 13 мм. Условие выполняется.      2. Определение величины уноса жидкости парами.     Рассчитывается отношение скорости паров к рабочей площади тарелки:         Рассчитывается высота пены на тарелках:  

Высота пены не должна быть больше расстояния между тарелками                 Z_f ≤ Н=500. Условие выполняется.         Рассчитывается удельный унос жидкости:      

где А,В,С,D,ά – коэффициенты зависящие от типа тарелки. Для клапанных тарелок: 59,5; 2,2; 1,74; 1,72; 1,38.     Рассчитывается объемный расход жидкости с учетом уноса:   

3. Проверка на захлебывание  сливного устройства.  

Расчет отношения скорости жидкости в сливе к площади поперечного сечения слива:                                   

Должно выполнятся условие Wl ≤ W = 0,16. Оно выполняется.   Расчет отношения скорости жидкости в зазоре под сливным стаканом к поперечному сечению стакана:              Должно выполнятся условие Wc ≤ 0,45м/с, оно выполняется.   4. Проверка на захлебывание тарелки (переброс).     Расчет удельной нагрузки по жидкости с учетом уноса:                       Расчет динамического подпора жидкости над сливной перегородкой с учетом уноса:                    Расчет скорости паров в точке переброса:     

Расчет объемной нагрузки по пару в точке переброса:          Должно выполнятся условие V_per ≥ V = 1,065 м³/с, оно выполняется.  5. Проверка на отсутствие провала жидкости.     Рассчитывается скорость паров в режиме провала:     

Рассчитывается объемный расход паров на нижней границе эффективной работы тарелки:               Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы:    

       

  Условие V_pr ≤V =1,065 м³/с, выполняется.                   

 

4.9.2. Гидравлический расчёт тарелки в нижнем сечении колонны              1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования.         Рассчитывается удельная нагрузка по жидкости:          Динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:           Полученная величина сравнивается с минимально допустимой для клапанных тарелок 13мм. Условие выполняется.      2. Рассчитывается отношение скорости паров к рабочей площади тарелки:          Для нижнего сечения расчеты полностью аналогичны, поэтому полученные значения всех величин сведём в таблицу:

 

Параметр	Значение         параметра	Условие проверки
Высота пены на тарелках Zf	248,7 мм	<500 мм
Удельный унос жидкости е0	0,007
Объемный расход жидкости с учетом уноса QP	123 м³/ч
Скорость жидкости в  сливе W1	0,039 м/с	<0,16 м/с
Скорость в зазоре под сливным стаканом Wc	0,105 м/с	<0,45 м/с
Удельная нагрузка по жидкости с учетом уноса Lv	30,15 м²/с
Динамический подпор жидкости над сливной перегородкой с учетом уноса ∆hd	27,51 мм
Скорость паров в  точке переброса Wper	0,512 м/с
Объемная нагрузка по пару в точке переброса Vper	2,43 м³/с	>0,7 м³/с
Скорость паров в  режиме провала Wpr	1,208 м/с
Объемный расход паров на нижней границе эффективной работы тарелки Vpr	0,68 м³/с	<1,065 м³/с
Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы тарелки Vmin	0,36 м³/с	<1,065 м³/с

                                                                  

Как видно из таблицы все параметры удовлетворяют условиям.                                                                                                            4.10. Расчёт высоты ректификационной колонны                 Высота цилиндрической части колонны рассчитывается по формуле:

,

где H – расстояние между тарелками, м;       N₁ и N₂ – число реальных тарелок в укрепляющей и отгонной секциях,м  h₁ – принимают равной половине диаметра колонны;                               

h₃ – высота питательной секции (0,8 – 1,2 м);                                            

h₅ – расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой определяется с учётом необходимого запаса жидкости V (на случай прекращения подачи сырья в колонну):

,

где Vw – объёмный расход остатка, м³/ч; τ – запас времени (0,2 – 0,3 ч).   

                                    

h₆ –высота опорной  части колоны, необходимая для создания подпора жидкости к насосу (4 – 5 м).                                             5. Выводы по проекту 

 

В результате проведенного расчёта мной были получены следующие  основные параметры колонны:

Параметр	Рассчитанная колонна	Заводские данные
Температура, 0С: - верх - низ Давление, кгс/см²: - верх - низ Диаметр, мм: - верх - низ Расстояние м/у тарелками, мм: Число тарелок, шт: Высота, м	62 79   9,2 9,8   3000 3000 500 123 71,37	≤60 ≤79   ≤10 ≤10   3400 3400 800 120 104

 

Из приведённых данных рассчитанной и действующей колонны видно, что существенно отличаются два параметра – это диаметр и высота.

Отличия в диаметрах  можно объяснить тем, что скорей всего мной был взят по заводским  данным недостаточно большой расход питания, что соответственно привело  к снижению расхода кубового остатка.    Различие в высоте колонны можно объяснить тем, что было выбрано маленькое расстояние между тарелками.                                                              

 

 

 

 

Приложение 1.

Диаграмма производительности тарелки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочая точка попала в диапазон устойчивой работы тарелки.

Приложение 2.

Принципиальная схема  блока ректификации ГФУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Александров И.А. «Ректификационные и абсорбционные аппараты» - Москва., 1978г.                         2. 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.                                                                                      

3. Рид Р., Праусниц Д., Шервуд Т. «Свойства газов и жидкостей» - Ленинград., 1982г.

 

4. Рудин М. Г., Драбкин  А. Е. «Краткий справочник нефтепереработ- чика» -Ленинград. Химия., 1980г. 

 

 5. Татевский В. М. «Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов» - Москва., 1960г.