Процессы и аппараты в нефтепнреработке

 

Практическая часть II

 

Материальный баланс колонны

 

G_D+G_W =G_F

 

G_F*X_F= 2G_Д* X_Д+ G_W *X_W

 G_Д =G_F -G_W

Gf*Xf=( Gf-Gw)*Xd+Gw*Xw

7*0,38=(7 - G_W) *0,96+ G_W*0,07

2,66=6,72* 0,96Gw+0,07Gw

0,89 G_W =6,72-2,66

G_W=4,06/0,89 

Gw=4,561 т/ч

 

Gd=Gf-Gw=7-4,561

   

Gd=2,438

 

 

Для дальнейших расчетов выражаем концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях

 

Где G_F , G_D и G _W – мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка.

x_F, x_D, x_W – содержание НК в питании, дистилляте и кубовом остатке, (мольные доли).

 

Для дальнейших расчётов выразим концентрации питания дистиллята и кубового остатка.

 

Питание :

 

Xf =  

М_СHCl3=12+1+106,5=119,5 
М_С6Н6 = 72+6 = 78

Xf = = 0,286 

Дистиллят :

Xd = = 0,939

Кубовый остаток  :

Xw = = 0,046

Относительный мольный расход :

F = = = 3,72

Расчет оптимального флегмового числа  :

 

Рис.7 Диаграмма y-x

 

* = 1,1

R_раб =_min

R_min= = = 4,916

R_раб = 1,1⋅ 4,91 = 5,40

b = = 14,69

 

Рис.8 Диаграмма y-x

 

* = 1,7

R_раб = * ⋅ R_min = 1,7⋅ 4,91 = 8,35

b = = 10,05

 

Рис.9 Диаграмма y-x

 

* = 1,9

R_раб = * ⋅ R_min = 1,9⋅ 4,91 = 9,32

b = = 9,09

 

Рис.10 Диаграмма y-x

 

* = 3,0

R_раб = *⋅ R_min = 3,0⋅ 4,91 = 14,73

b = = 5,97

Рис.11 Диаграмма y-x

 

* = 3,5

R_раб = * ⋅ R_min = 3,5⋅ 4,91 = 17,18

b = = 5,17

 

Рис.12 Диаграмма y-x

 

* = 4,6

R_раб = * ⋅ R_min = 4,6⋅ 4,91 = 22,58

b = = 3,98

 

Таблица 2. Выбор оптимального флегмового числа

	1,1	1,7	1,9	3,0	3,5	4,6
Rраб	5,40	8,35	9,32	14,73	17,18	22,58
В	14,69	10,05	9,09	5,97	5,17	3,98
ЧТТ	-	25	17	16	14	14
N(Rраб+1)	6,40	233,75	175,44	251,68	254,52	330,12

 

 

Рис.13 По данным таблицы построил график и определил минимальное флегмовое  число. Rопт = 9,32

 

 Определение скорости пара  и диаметра колонны :

 

Средние концентрации жидкости

 

а) в верхней части

 

 

б) в нижней части

 

 

Уравнение рабочей линии:

1. верхней (укрепляющей) части колонны:

y = = ⋅0,615 + = 0,651

 

2. нижней (исчерпывающей) части колонны

 

Средние температуры пара по диаграмме t - x,y (Рис.14)

1. при y'_ср =0,651    t’ср=74,6°C (347,6 К)
2. при y''_ср =0,201    t’’ср=79°C (352 К)

°C

Средние мольные массы  и плотности пара :

 

 

а) M'ср=0,651 119,5+(1-0,651) 78=105 кг/кмоль

P^′ср = = = 3,68 кг/м³

     б) М" = 0,201⋅119,5+(1-0,201)⋅78= 87,34 кг/кмоль

 

P"ср = = = 3,02 кг/м³

 

 

Средняя плотность пара в колонне  :

кг/м³

 

Плотности жидких хлороформа и бензола  далеки. Температура в верху колонны  при y_d = 0,939 равняется 67,2°С  а в кубе испарители при x_w = 0,046 она равна 81°С

 

Плотность жидкого хлороформа при 67,2°С ρ_хл = 1400,15 а жидкого бензола при 81°С ρ_б = 813,9

 

 

Принимаем среднюю плотность  жидкости в колонне:

 

ρ_{ж =} (813,9+ 1400,15):2 = 1107 кг/м³ 

 

По данным справочника “Колонные аппараты”  выбираем расстояние между тарелками (h=600мм). Для ситчатых тарелок находим с = 0,032.

 

 

Скорость пара в колонне:

Объёмный расход проходящего через  колонну пара при средней температуре  в колонне T_ср = (74,6+79):2 = 76,8

 

V = = = 1,77 м³/с

где Мd – мольная масса дистиллята равна

Мd = 0,94⋅119,5+0,06⋅78 = 117,01

 

 

1. Диаметр колонны:

 

Расчет  высоты колонны:

 

H₁ = ⋅ D =  ⋅ 1,97 = 0,98 м

H₂=h_T(ЧДТ_В-1)=0,3(24-1)=6,9 м

 

Найдем  число действительных тарелок:

 

ЧТТ_в = 7

ЧТТ_н = 12

ЧДТ_в = = 23,3

ЧДТ_н = = 40

ЧДТ_общ = 64

H₃ = 3⋅0,3 = 0,9 м

H₄ = h_Т(ЧДТ_Н-1)=0,3(40-1)=11,7 м

H₅ = 2 м

H₆ = = = 0,3 м

 

Рис.14 Находим общую высоту колонны

H_общ = 0,99+6,9+0,9+11,7+2+0,3+4 = 26,78 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

 

    Для нормального осуществления  процесса ректификации смеси  хлороформ – бензол содержащей X_F = 29, % хлороформа в ректификационной колонне непрерывного действия, работающей при атмосферном давлении, необходимы следующие условия:

1) При работе колонны на производительность G_F = 7000 кг/ч, расход дистиллята будет равен G_D = 2438 кг/ч., расход кубового остатка G_W = 4561кг/ч.

2) При определённом флегмовом  числе R = 9,32 колонна должна иметь тарелок 19 ситчатого типа, из них:

7 тарелок в верхней части,

12 тарелок в нижней части.

3) Конструктивные размеры колонны  должны быть:

высота Hобщ = 26,78 м;

диаметр D = 1,97 м.

4) При  заданных составах дистиллята  и кубового остатка X_D = 94%, X_W = 5% необходимо поддерживать определённый температурный режим в колонне:

температура верха колонны t = 74,6°C .

температура низа колонны t = 79,°C ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

 

1) Фельдман Г.И., Талин П.С. «Процессы и аппараты химической технологии» М., Химия 1987.

2) Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии / А.Н. Плановский, П.И. Николаев. М.: Химия, 1983.

 

3) Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии»; изд. «Химия», М., 1971.

 

4) Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 2006. - 576с

 

5) Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991. - 352с.