Теоретические основы процесса ректификации

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Ректификация – массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров. Разделение жидкой смеси основано на различной летучести веществ. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят – смесь, обогащенную низкокипящим компонентом (НК), и кубовый остаток – смесь, обогащенную высококипящим компонентом (ВК). Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке. Основным аппаратом является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата. Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Атмосферное давление применяют при разделении смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.

Процесс ректификации применяется для разделения жидкостей, отличающихся по температурам кипения, за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкостей. Для создания тесного контакта между паром и жидкостью ректификационные колонны снабжаются специальными устройствами — насадкой или ректификационными тарелками.

Насадочные колонны применяются в малотоннажных производствах и используются в тех случаях, когда необходим малый перепад давления. Для заполнения насадочных колонн применяются кольца Рашига, изготовленные из

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

различных материалов, кольца Паля, наемки из элементов седлообразного профиля (седла Инталлокс и Берля).

Тарельчатые колонны широко распространены на НПЗ. Различают тарелки по способу передачи жидкости с тарелки на тарелку (провальные и со специальными переточными устройствами), по характеру движения фаз на тарелке (барботажные и струйные), по конструкции устройств для ввода пара в жидкость (контактные, колпачковые, клапанные и др.). В табл. 5.7 представлены сведения об основных типах тарелок, применяемых в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Технологический расчет ректификационной колонны состоит из следующих операций: 1) составление материального баланса; 2) определение давления в колонне; 3) расчет температурного режима (температуры входа сырья, верха и низа колонны, отбора боковых погонов в сложных колоннах); 4) определение флегмового числа (кратности орошения), т. е. отношения количества орошения, подаваемого в верхнюю часть колонны, к количеству дистиллята; 5) составление теплового баланса; 6) определение внутренних материальных потоков; 7) расчет числа теоретических тарелок; 8) определение числа реальных (действительных) тарелок.

Для непрерывного протекания процесса ректификации необходимо, что бы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с большей концентрацией труднолетучего (высококипящего) компонента, чем в смеси. Поэтому в установках для непрерывной ректификации (рис. 1) колонны выполняют из двух частей: нижней (исчерпывающей) и верхней (укрепляющей). В исчерпывающей части колонны происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, а в верхней – обогащение поднимающихся вверх паров легколетучим компонентом.

Принципиальная схема ректификационной установки приведена на рисунке 1:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Рисунок 1. - Принципиальная схема ректификационной установки:

1 - емкость для исходной смеси ; 2,9 - насосы; 3 - теплообменник-подогреватель; 4 - кипятильник; 5 - ректификационная колона; 6 - дефлегматор; 7 - холодильник дистиллята; 8 - емкость для сбора дистиллята; 10 - холодильник кубовой жидкости; 11 - емкость для кубовой жидкости.

Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Х_W, т. е. обеделен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения — дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8. Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость — продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).

Ректификация известна с начала 19 века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где

выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

2. Задание на проектирование

Исходные данные для расчета:

Расход исходной смеси 15500 кг/ч,

давление Р=0,14 МПа,

дистиллят с температурой н.к. – 360^оС.

В табл.1 приведен исходный состав сырья.

№	Температура	Выход на нефть, % масс.	Плотность	Показатель	Молекул.
фракции	выкипания	отдельных	суммарный	г/см3	преломлен.,	масса
	фракции, оС	фракций			n
	10-70	4,39	4,39	0,6605	1,3820
	70-100	4,91	9,30	0,7246	1,4050
	100-120	4,01	13,31	0,7355	1,4145
	120-150	3,46	16,77	0,7646	1,4280
	150-170	3,67	20,44	0,7752	1,4342
	170-190	3,80	24,24	0,7888	1,4418
	190-210	3,12	27,36	0,8098	1,4552
	210-230	4,14	31,50	0,8201	1,4598
	230-250	4,95	36,45	0,8338	1,4680
	250-270	3,42	39,87	0,8433	1,4740
	270-290	2,22	42,09	0,8490	1,4762
	290-320	6,49	48,58	0,8548	1,4790
	320-350	7,17	55,75	0,8753	1,4905
		44,25		0,9514	-

Табл. 1 - Состав исходного сырья

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

3. Определение минимального числа тарелок

Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:

(3.1)

где F – число молей исходного сырья;

W и P – число молей жидкости и пара в смеси;

x_Fi, x_Wi и y_Pi – мольные доли компонента в смеси, жидкости и паре.

Рассчитываем давление насыщенных паров и константу фазового равновесия для каждой фракции по методу Ашворта:

(1)

(2)

(3)

(4)

где Т – температура в колонне, К;

Т₀ – температура кипения для фракции, К;

P_i – давление насыщенного пара для каждой фракции, Па;

P₀ – давление в колонне, Па;

k_i – константа фазового равновесия для i-й фракции.

Относительные летучести определяем как для идеального раствора, паровая фаза которого близка к идеальному газу.

Пусть высококипящего ключевого компонента в дистилляте находится в 50 раз больше, чем в кубовом остатке (по мольному соотношению), то есть коэффициент обогащения ψ_k = 50. Коэффициент обогащения для i-го компонента определяем по уравнению:

(5)

(6)

i – индекс i-го компонента; k – индекс тяжелого ключевого

компонента;

Доля отгона ε будет рассчитываться по уравнению:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

(7)

где x_iF – мольная доля i-го компонента в исходном потоке нефти;

x_iW – мольная доля i-го компонента в кубовом остатке;

x_iD – мольная доля i-го компонента в дистилляте.

Составы дистиллята и кубового остатка определяем по следующим уравнениям:

(8)

(9)

Температуру Т определяем таким образом, чтобы выполнялись условия:

(10)

Зная составы дистиллята и кубового остатка, выполнение вышеуказанных условий рассчитываем минимальное число теоретических тарелок по уравнению Фенске-Андервуда:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

где i и k – любые два компонента смеси, – относительные летучести этих компонентов.

Результаты расчета и расчеты выполнены в приложении программы Microsoft Excel и приведены ниже в таблице 2, приложение 1.

№	Tкип ср,С	%мс сум.	% мс фр.	Мм	Пл	f (Tкип)	f (TГДС)	Рi, кПа	ki=Pi/P	ψкк	ξ	ψi	Nmin	Мол Куба	Мол Дист	Масс дист	Масс куба
		4,39	4,39		0,6605	7,54771	1,775616	10993,8	68,7113			3,6E+08		4,676E-10	0,16864885	11,2995	0,0000000313
		9,3	4,91		0,7246	6,00802	1,775616	7579,34	47,3709			6,4E+07		2,154E-09	0,13736856	12,6379	0,0000001981
		13,31	4,01		0,7355	5,34301	1,775616	6040,83	37,7552			2,2E+07		4,232E-09	0,09383079	10,3214	0,0000004656
		16,77	3,46		0,7646	4,77919	1,775616	4743,38	29,6461					1,059E-08	0,07611739	8,9057	0,0000012390
		20,44	3,67		0,7752	4,29686	1,775616	3667,77	22,9235		0,79		8,478	3,375E-08	0,07322679	9,4463	0,0000043541
		24,24	3,8		0,7888	3,95932	1,775616	2951,74	18,4484				8,478	8,61E-08	0,06792265	9,7809	0,0000123989
		27,36	3,12		0,8098	3,65794	1,775616	2350,57	14,691					1,873E-07	0,0511503	8,0306	0,0000294084
		31,5	4,14		0,8201	3,3876	1,775616	1851,46	11,5716			89830,7		6,74E-07	0,06054525	10,6560	0,0001186227
		36,45	4,95		0,8338	3,14406	1,775616	1441,84	9,01149					2,393E-06	0,06705653	12,7407	0,0004546043
		39,87	3,42		0,8433	2,92378	1,775616	1109,61	6,93508			8274,15		5,115E-06	0,04231967	8,8025	0,0010638542
		42,09	2,22		0,849	2,72379	1,775616	843,446	5,27154			2306,07		1,121E-05	0,02585256	5,7134	0,0024775530
		48,58	6,49		0,8548	2,49852	1,775616	587,83	3,67394			428,996		0,0001608	0,06898418	16,6942	0,0389145090
13 легк		55,75	7,17		0,8753	2,25918	1,775616	370,555	2,31597					0,0013253	0,06626622	18,3557	0,3671
14 тяж			44,25		0,9514	1,45824	1,775616	28,7567	0,17973			0,00034		0,9998747	0,00033719	0,1420	420,9473
Сумма														1,0013806	0,99962692	143,5267	421,3575

Приложение 1. Расчеты минимального числа тарелок

№	Tкип ср,С	Мол Куба	Мол Дист	Масс дист	Масс куба
		4,676E-10	0,1686489	11,299473	3,133E-08
		2,154E-09	0,1373686	12,637907	1,981E-07
		4,232E-09	0,0938308	10,321387	4,656E-07
		1,059E-08	0,0761174	8,9057348	1,239E-06
		3,375E-08	0,0732268	9,4462555	4,354E-06
		8,61E-08	0,0679227	9,7808619	1,24E-05
		1,873E-07	0,0511503	8,0305972	2,941E-05
		6,74E-07	0,0605452	10,655963	0,0001186
		2,393E-06	0,0670565	12,740741	0,0004546
		5,115E-06	0,0423197	8,8024912	0,0010639
		1,121E-05	0,0258526	5,7134149	0,0024776
		0,0001608	0,0689842	16,694172	0,0389145
13 легк		0,0013253	0,0662662	18,355742	0,3671148
14 тяжел		0,9998747	0,0003372	0,1419555	420,94727
Сумма		1,0013806	0,9996269	143,527	421,357

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Табл.2. Результаты расчета минимального числа тарелок

В качестве ключевого компонента приняли фракцию №13, средняя температура кипения которой составляет 335 ^оС, т.к. целевым продуктом является бензиновая фракция.

Температурная граница деления смеси ТГДС = 410 ^оС;

Давление в колонне приняли P = 160 кПа;

Доля отгона ключевого компонента ξ=0,787;

Минимальное число тарелок в колонне N_min = 9.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

4. Определение минимального флегмового числа

Определяем давление насыщенных паров и константы фазового равновесия для каждой фракции в низу и верху колоны по уравнениям Ашворта, приведенными выше. Затем устанавливаем давления в колонне таким образом, чтобы давления низа колонны Рниза было больше давления верха Рверха на 30 кПа. То есть Рверха =150, Рниза =180. Среднее давление равно 165 кПа. Температуру верха колоны определяем итерациями при следующем условии сходимости:

Температура низа колоны определяем итерациями при выполнении следующего условия:

Рассчитываем среднюю температуру в колоне, давление насыщенных паров при этой температуре, среднюю константу равновесия для каждой фракции. Определяем относительные летучести каждого компонента α_i/ν по высококипящему ключевому компоненту:

Находим промежуточную характеристическую величину ω:

Данную величину находим итерациями, чтобы получаемая величина ε была равна мольной доле отгона.

Минимальное значение флегмового числа определяем по уравнению Андервуда:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Результаты расчета и расчеты минимального флегмового числа в программе Microsoft Excel приведены в таблице 3, приложение 2.

n	Tк ср	XiW	XiD	f (Tверха)	f (Tниза)	Рiверх	Рiниз	kiверх	kiниз	Верх	Низ
		1,44E-09	0,168648854	2,866	1,322	4508,0	15933,9	30,05363	88,52159	0,005612	4,14E-08
		5,87E-09	0,137368557	2,866	1,322	2474,0	12080,6	16,49339	67,11468	0,008329	1,45E-07
		1,07E-08	0,093830785	2,866	1,322	1715,9	10203,2	11,43959	56,68454	0,008202	2,40E-07
		2,47E-08	0,076117388	2,866	1,322	1162,1	8522,3	7,747647	47,34638	0,009825	5,01E-07
		7,23E-08	0,073226776	2,866	1,322	768,1	7037,2	5,12081	39,09574	0,0143	1,32E-06
		1,72E-07	0,067922629	2,866	1,322	541,7	5986,4	3,611357	33,25762	0,018808	2,86E-06
		3,46E-07	0,051150258	2,866	1,322	375,9	5052,4	2,505726	28,06915	0,020413	5,26E-06
		1,15E-06	0,060545117	2,866	1,322	256,5	4229,5	1,710225	23,49698	0,035402	1,58E-05
		3,76E-06	0,067056163	2,866	1,322	172,2	3510,5	1,148294	19,50257	0,058397	4,67E-05
		7,36E-06	0,042319061	2,866	1,322	113,8	2887,9	0,75884	16,04365	0,055769	8,21E-05
		1,47E-05	0,025851604	2,866	1,322	74,1	2353,6	0,49421	13,07564	0,052311	1,47E-04
		0,000187	0,068976984	2,866	1,322	42,7	1797,5	0,284515	9,986289	0,242462	1,61E-03
		0,001325	0,066266216	2,866	1,322	21,8	1272,9	0,145498	7,071909	0,455443	9,37E-03
		0,998209	0,000787351	2,866	1,322	3,4	178,0	0,022741	0,988866	0,014827	9,89E-01
Сумма		0,999749	1,000067744							1,000099	1,00E+00

Приложение 2. Расчеты минимального флегмового числа

n	Tк ср	kiсредн.	αi - т.к.№13	расчет ω	Rmin
		59,28761	16,42906171	0,136138	0,172926
		41,80403	11,58422432	0,112076	0,142363
		34,06207	9,438864809	0,077192	0,098052
		27,54701	7,633492839	0,063294	0,080398
		22,10828	6,126376203	0,061744	0,078429
		18,43449	5,108341551	0,058094	0,073793
		15,28744	4,23626838	0,044541	0,056578
		12,6036	3,492557358	0,053941	0,068518
		10,32543	2,861258499	0,061531	0,078157
		8,401247	2,328051258	0,040363	0,051269
		6,784923	1,880155125	0,025968	0,032981
		5,135402	1,423060065	0,076064	0,096559
		3,608704		0,088358	0,111632
		0,505803	0,140162082	-0,11213	-0,00018
R+1				0,787175	1,141479

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Табл.3. Результаты расчета минимального флегмового числа

Результаты расчета минимального флегмового числа:

N₁/N₂=2,635;

Р_верха приняли равным 150 кПа;

P_низа приняли равным 180 кПа;

P_ср = 165 кПа;

Т_верха = 265,5 ^оС;

Т_низа = 360 ^оС;

Т_{питания} = 312,8 ^оС;

Доля отгона при Т_{питания} = 0,787;

Промежуточная характеристическая величина w = 0,78718;

R_min = 1,14.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

5. Определение оптимального числа тарелок, флегмового числа и диаметра колоны

Определяем число укрепляющей и исчерпывающей частей колоны по уравнению Керкбрайда:

N₁ – число укрепляющей части колоны;

N₂ – число исчерпывающей части колоны;

i – индекс тяжелого ключевого компонента;

k – индекс легкого ключевого компонента.

Определяем оптимальное число тарелок по уравнению:

Оптимальное флегмовое число:

Результаты расчета оптимального числа тарелок, флегмового числа приведены в таблице 4.

N min	8,48
N opt	15,2
N1/N2	2,64
R min	1,14
R opt	1,89

Табл. 4. Результаты расчета оптимального числа тарелок и флегмового числа

Рассчитываем плотность паров каждой узкой фракции по закону Менделеева-Клапейрона, учитывая коэффициент сжимаемости:

r - плотность, кг/м³;

P – среднее давление в колонне, Па;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

M – молекулярная масса, кг/моль;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К;

T – средняя температура в колонне, K;

z – коэффициент (фактор) сжимаемости газа.

Коэффициент сжимаемости рассчитывается в зависимости от приведенных параметров:

Для соединений, нормальная температура которых не превышает 235К, использует выражение для расчета критической температуры:

Для соединений с более высокими нормальными температурами кипения:

Критическое давление (Па) рассчитываем по уравнению Льюиса:

К – константа, для прямой перегонки нефти принимаем 6,3.

Плотность газовой смеси вычисляем, используя правило аддитивности:

r_см - плотность смеси газов, кг/м³;

r_i - плотность i-го компонента, кг/м³;

y_i – мольная доля i-го компонента в смеси (дистилляте).

Рассчитываем плотность жидких нефтяных фракций при средней температуре в колоне по уравнению:

r_T – плотность нефтепродукта при температуре T, кг/м³;

– относительная плотность нефтепродукта;

T – средняя температура в колонне, К.

Коэффициент γ рассчитываем по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Плотность жидкой смеси фракций определяем по уравнению:

Поверхностное натяжение флегмы определяем в зависимости от плотности жидкости при средней температуре в колонне по уравнению:

Объемный расход пара находим из массового расхода и плотности пара:

Массовый расход пара рассчитываем исходя из массовой доли отгона, которую определяем из соотношения:

ε_m – массовая доля отгона;

M_F – средняя мольная масса сырья;

M_G – средняя мольная масса пара.

Средние молярные массы потоков находим по правилу аддитивности:

Определяем массовый расход пара:

Рассчитываем допустимую скорость пара в свободном сечении колоны:

r_ж – плотность жидкости, кг/м³;

r_п – плотность пара, кг/м³;

Задаемся межтарельчатым расстоянием h = 400 мм;

Коэффициент С1находим из графика и принимаем равным 750.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Рисунок 2 – Зависимость коэффициента С1 от межтарельчатого расстояния

Определяем внутренний диаметр ректификационной колоны:

D_k – внутренний диаметр колонны, м;

V₀ – объемный расход пара в колонне, м³/с;

w₀ – допустимая скорость пара, м/с.

Высоту тарельчатой части колоны определяем по уравнению:

где N – число тарелок;

h – расстояние между тарелками, мм;

s – толщина тарелки, принимаем равную 0,1 мм.

Это высота тарелочной части колонны, нужно еще учесть высоту вверху и внизу колонны, по метру. То есть полная высота колонны равна 7,0 м.

Колонна имеет эллиптические днища, ограничивающие ее цилиндрическую часть сверху и снизу. Длина цилиндрической обечайки от верхнего днища до первой тарелки колонны должна составлять не менее 500мм, т.к. в этой части обечайки необходимо разместить штуцеры для ввода флегмы и термометра,

измеряющего температуру в верхней части колонны. Кроме того, в этой части колонны должно быть размещено распределительное устройство для создания равномерного потока орошения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Результаты расчета приведены ниже в таблицах 5,6.

n	Tк ср	yi,мольн.	xi,мольн.	z	Т кр., К	Р кр., Па	Т прив., К	Р прив. Па
		0,1328	0,0019	0,9378	339,0000	3187611,9	1,9441	0,05019432
		0,1081	0,0023	0,9450	415,5000	2845271,7	1,5862	0,05623364
		0,0739	0,0020	0,9469	458,0000	2623090,9	1,4390	0,06099674
		0,0599	0,0020	0,9536	500,5000	2695000,0	1,3168	0,0593692
		0,0576	0,0025	0,9574	543,0000	2651860,5	1,2137	0,060335
		0,0535	0,0029	0,9586	577,0000	2524375,0	1,1422	0,06338203
		0,0403	0,0027	0,9604	611,0000	2451783,4	1,0787	0,06525862
		0,0477	0,0041	0,9608	645,0000	2308806,8	1,0218	0,06929986
		0,0528	0,0059	0,9624	679,0000	2251421,1	0,9706	0,07106623
		0,0333	0,0048	0,9616	699,0200	2117224,0	0,9428	0,07557065
		0,0204	0,0039	0,9619	719,5600	2051234,4	0,9159	0,07800181
		0,0543	0,0148	0,9616	745,2350	1940074,6	0,8844	0,08247106
		0,0525	0,0226	0,9601	776,0450	1765012,1	0,8493	0,09065094
		0,2130	1,1850	0,9600	918,7980	1374923,4	0,7173	0,11637012
Сумма		1,0000	1,2574

Табл.5. Расчет конструкционных параметров колонны

N2=	4,85
Gn/Lж=
ω=	0,787
N1/N2=	2,64
Nopt=	15,12
Ropt=	1,891
G пит масс =
G пит моль =	76,49
V0=	0,416
ω0=	6,831
ε m =	0,787
Gпара масс =	12202,5
Gпара моль =	60,220
G куб масс =	8672,51
G куб моль =	21,0
D=	400,0
Hполн=	7000,0

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Табл. 6. Характеристики и конструкционные размеры колоны

Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП ФЮРА.360000.000.ПЗ Тарелка	Относи-тельная паровая нагрузка (Gn/Lж)	К.п.д. тарелки, %	Рабочий диапазон (Gmax/Gmin)	Сопротив-ление тарелки, мм. вод. ст.	Возможное расстояние между тарелками, мм	Мас-са, кг/м2
Колпачковая			4 - 5	45 - 80	400 - 800
туннельная (желобчатая)	0,7 - 0,8		3 - 4	50 - 85	400 - 600
из S-образных элементов	1.1 -1.2		4 - 5	45 - 80	400 - 800
клапанная	1,2 – 1,3		5 - 8	45 - 60	300 - 600
ситчатая	1,2 – 1,3		4 - 5	40 - 60	400 - 800
струйная	1,0 – 1,35		3 – 4,5	40 - 70	400 - 600
решетчатая провальная	1,5 – 2,0		1,5 – 2,5	25 - 40	200 - 400

Табл. 7. Характеристика тарелок различных конструкций

С1=750

Расстояние между тарелками 400мм

Тарелка колпачковая, рабочий диапазон 4-5

Колонна имеет эллиптические днища, ограничивающие ее цилиндрическую часть сверху и снизу. Длина цилиндрической обечайки от верхнего днища до первой тарелки колонны должна составлять не менее 500мм, т.к. в этой части обечайки необходимо разместить штуцеры для ввода флегмы и термометра, измеряющего температуру в верхней части колонны. Кроме того, в этой части колонны должно быть размещено распределительное устройство для создания равномерного потока орошения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

6.Тепловой расчет установки

В задачу теплового расчёта входит определение расхода охлаждающей воды в дефлегматор.

Расход теплоты, отдаваемый охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

(2.24)

где - энтальпии нефтяных жидкости и пара, кДж/кг (справочная величина);

- расход паров верха колонны, кг/ч;

Расход паров верха колонны находим по уравнению:

, (2.25)

Где R - количество флегмы;

G_D – массовый расход дистиллята, кг/ч.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

7. Конструктивно – механический расчет установки

В задачу конструктивно-механического расчета входит определение необходимых геометрических размеров отдельных деталей и узлов, которые определяют конструкцию колонны, ее механическую прочность и геометрические размеры.

Расчет толщины обечайки

Толщина обечайки рассчитывается по формуле:

(6.1)

где - наружное давление,

Т.к. среда является агрессивной и токсичной, то принимаем материал стали 12х18Н10Т, для которой .

- прибавка к расчетной толщине,

где - скорость коррозии или эрозии, мм/год, примем ;

- срок эксплуатации аппарата,

(6.2)

К₂=0,35;

(6.3)

где - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки (листовой прокат).

Принимаем .

Для обечаек с диаметром больше 200мм должно выполняться условие:

- условие выполнено.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Расчет толщины крышки и днища

Наиболее рациональной формой для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Эллиптические днища и крышки изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Крышки и днища подбирают стандартными по таблицам из справочной литературы.

Принимаем толщину крышки и днища равной толщине обечайки S=8 мм.

Подбираем стандартные стальные отбортованные днище и крышку по ГОСТ 6533-78 [4] с D_к=400.

Рис. 3. Днище колонны

Характеристика днища:

h = 25 мм – высота борта днища;

Масса днища m_д = 26,6 кг.

Объем днища V_д 0,01037 м³.

Расчёт и подбор штуцеров

(6.4)

где - скорость движения жидкости или пара, принимаем скорость движения жидкости равную 1,5 м/с, для пара – 40 м/с.

Штуцер для ввода исходной смеси:

По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Штуцер для ввода флегмы:

По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .

Штуцер для отвода кубового остатка:

По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .

Штуцер для вывода паров дистиллята:

G=G_p(R+1)=(6827,495/3600)(1,14+1)=4,1 _кг/с

По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .

Штуцер для ввода паров кубовой смеси:

G=G_w(R+1)=(8672,51/3600)(1,14+1)=5,16_кг/с

По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .

Фланцевое соединение опоры

Общая высота колонны (без опоры) рассчитывается с учетом вышеприведенных замечаний. Для колонн данного типа, как правило, применяется юбочная опора, стандартная высота которой зависит от

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

рассчитанной общей высоты колонны и ее диаметра. Определение высоты и типа опоры требует расчета колонны на ветровую и сейсмические нагрузки. Рекомендуется принять цилиндрическую опору высотой 500 – 1000мм.

Принимаем стандартные размеры болтов и фланца, рекомендуемые по ГОСТ 1255-67.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

8. Расчет тепловой изоляции

Целью расчета тепловой изоляции является определение толщины слоя теплоизоляционного материала, покрывающего наружную поверхность теплообменника с целью снижения тепловых потерь и обеспечения требований безопасности и охраны труда при обслуживании теплоиспользующих установок. С этой точки зрения температура поверхности слоя изоляции не должна превышать 45. Расчет толщины теплоизоляционного слоя материала можно проводить по упрощенной схеме, используя следующее уравнение [7]:

(7.1)