ГФУ с пропановой колонной

Диаметр колонны определяется для наиболее нагруженного сечения с использованием допустимой массовой скорости паров Gд или линейной скорости д по уравнениям: ;гдеG – паровая нагрузка колонны в расчётном сечении, кг/с;V – объёмный расход паров, проходящих через данное сечение колонны,м3/с.При расчете объемного расчета паров для колонн, работающихпри избыточном давлении, необходимо учитывать коэффициент сжимаемостиz, который находят из зависимости от приведенных параметров Тпр и РпрОбъемный расход паров равен:Плотность паров под верхней тарелкой: кг/м3кг/м3Допустимую линейную скорость паров в колонне определяемпо уравнению:Величина коэффициента Сmax зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости.Расстояние между тарелками Hm обычно изменяется в пределах от 0,3 до0,9 м, а для колонн диаметром 1 м и более при монтаже тарелок через люки НТне менее 1,0.Примем расстояние между тарелками НТ = 0,6м, тогда коэффициентСmax = 1200.м/сДиаметр колонны равен:м 2,4 мПолученный по приведенным уравнениям диаметр колонны округляют до ближайшего стандартного (ГОСТ 9617-76) принимаем Dk = 2400 мм.Расстояние между нижней тарелкой и нижним днищем определяют с учетом необходимого запаса жидкости в случае прекращения подачи сырья в колонну.Объем жидкости определяется из соотношения:гдеg1’ – количество жидкости стекающей с нижней тарелки колонны, кг/чτ – запас времени, ч. Высота жидкости в нижней части колонны:Расстояние от уровня жидкости до нижней тарелки принимаем равным 1м, тогда высота нижней части колонны равна Нн= 11,47+ 1,0 = 12,47м.Высоту над верхней тарелкой концентрационной части колонны выбирают с учетом конструкции колонны (наличие отбойников, распределителей жидкости и т.д.), принимаем HВ= 1,35 м.Высота питательной зоны колонны зависит от конструкции узла ввода сырья, примем эту высоту равной Нэ = 1,5 м.Через 4-5 тарелок по высоте колонны устанавливаются люки для обеспечения монтажа и ремонта тарелок. Диаметр люков принимается не менееDy = 1000, а расстояние между тарелками в месте установки люка не менее600 мм.Высота концентрационной части равна:Высота отгонной части равна:Полезная высота колонны равна:Нпол=12,45 + 14,6+ 1,3 + 9,0 + 1,35 = 38,7 мПримем высоту опоры равной 3 м, тогда общая высота колонны:Н = Нпол+ 2Н= 38,7+ 2 = 40,7м.При расчете диаметра штуцеров массовые расходы пара или жидкости пересчитываем на реальную производительность колонны, плотности потоков находим по приведенной выше методике, допустимую скорость движения потоков принимаем в зависимостиот назначения штуцера и фазового состояния потока (в м/с):Диаметр штуцеров принимаем примерно равным внутреннему диаметру трубы. При этом если диаметр трубы будет принят несколько меньшим, производится проверочный расчет скорости потоков.Штуцер ввода сырья: F = 58600 кг/чρж = 568,14 кг/м3ω = 0,5 м/сммПринимаем штуцер ввода сырья D = 250 мм.Аналогично принимаем размеры штуцера других потоков.Результаты расчетов сведены в таблицу 2.12.Таблица 2.12 – Результаты расчёта диаметров патрубковПотокиRi, кг/чwi, м/сpi, кг/м3di, ммDy, ммВвод сырья56800,00000,6608,62234,61250Вывод паров ректификата24651,32002022,50139,23150Вывод жидкости в кипятильник207106,44061,8659,22248,52250Ввод паров из кипятильника174957,76053531,22238,02250Ввод холодного орошения107900,12411,2553,24239,822502.9 Гидравлический расчёт тарелокГидравлический расчёт включает в себя несколько этапов.1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования. Удельная нагрузка по жидкости для данной колонны:где LV – объёмный расход жидкости, м3/ч;n – число потоков на тарелке; – относительная длина слива, обычно находится в пределах 0,65-0,75.м3/(м . ч),Рассчитывается динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:мм > 13 ммПолученная 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:м/сРассчитывается высота пены на тарелках:где А,В,С,D,ά – коэффициенты зависящие от типа тарелки, для колпачковых тарелок: 59,5; 2,2; 1,74; 1,72; 1,38. – статический подпор жидкости, равный 64 мм.;- площадь колпачка, 15,88 мм2.ммВысота пены не должна быть больше расстояния между тарелками Zf≤ Н=600, 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: м/сДолжно выполнятся условиеWl ≤ W = 0,056, оно выполняется.Расчет отношения скорости жидкости в зазоре под сливным стаканом к поперечному сечению стакана:м/сДолжно выполнятся условие: Wc ≤ 0,056 м/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: ммРасчет скорости паров в точке переброса:Расчет объемной нагрузки по парув точке переброса:Должно выполнятся условиеVper≥ V = 5,752 м3/с, оно выполняется.3 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ3.1 Выбор материала аппаратаРуководствуясь общими принципами выбора материалов и учитывая максимальную рабочую температуру, принятую с округлением до 150 °С, давление 0,115 МПа среднюю коррозионностъ среды, выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСт.Зсп (ГОСТ 14246-89), которая имеет следующие механические характеристики [13, c.92]:σт =210-250 МПаσв =380-490 МПа.3.2 Определение толщины цилиндрической части и днищ аппаратаДопускаемое напряжение [σ] определяем по формуле (2.1)где - поправочный коэффициент, равный 0,9 для аппаратов, содержащих взрывоопасную или токсичную среду; -нормативное допускаемое напряжение.где – коэффициент запаса прочности аппарата.МПа, МПаДля температуры 150 оС получим: МПа МПаДля последующего расчета принимаем МПа, тогда допускаемое напряжение [σ] будет равно:МПаУчитывая, что продольные и поперечные швы обечаек стальных аппаратов должны быть только стыковыми, и предполагая двухстороннюю сварку, выполненную автоматически, принимаем φ = 1.Опоры для ректификационных колонн выбираются исходя из расчета максимальной нагрузки, которую должна выдержать опора. Материал опоры выбирают в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и других параметров. Стандартным материалом обечаек (обечайка – цилиндрический корпус аппарата) является сталь Ст3 сп3 ГОСТ 380-71. Толщину стенки обечайки рассчитаем по уравнению (4.116): – прибавки, причем для данной марки стали в рассматриваемых условиях: – прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм; – прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 1,0 мм; – технологическая прибавка, примем 1,0 мм.Избыточное расчетное давление в аппарате определяем как:МПаммСогласно расчётам, максимальная толщина обечайки составляет 22,48 мм. Выберем из сортамента лист ВСт3 толщиной 25 мм [13, 14]. Учитывая, что наряду с внутренним давлением аппарат испытывает дополнительные нагрузки такие как: ветровая, вес внутренних устройств, вес площадок обслуживания и т.д., толщина обечайки в нижней части аппарата должна быть увеличена. Эта добавка ∆S принимается в зависимости от высоты колонныВ рассматриваемом случае высота колонны более 20 м, следовательно, ∆S =2 мм.Тогда толщина обечайки внизу колонны равна Sн =23 + 2 = 25 мм. Примем эту же толщину обечайки для верха колонны.Для цилиндрических аппаратов, диаметр которых меньше 4 м, применяют эллиптические днища и крышки.Толщину стенки эллиптического днища определяют в его вершине, где поверхность имеет наибольший радиус кривизны, по формуле (2.5):Для стандартных днищ с R = DB и Н = 0,25.DB толщина стенки днищ близка к толщине стенки цилиндрической обечайки. В нашем случае толщину стенки верхнего, а также нижнего днища принимаем равными 25 мм.Н = 0,25.DBН = 0,25.2,4 = 0,6 мВЫВОДЫВ представленном курсовом проекте была рассмотрена ректификационная колонна для разделения сжиженных газов, сырьём которой является смесь, состоящая из пропилена, пропана, и-бутана и н-бутана. производительностью по сырью 56,8 тыс. кг/ч.Дистиллятом колонны выступает СПБТ (смесь пропан-бутана технического), содержащая пропан, н-бутан и и-бутан.Кубовым продуктом является сырьевая смесь н-пентана, и-пентана и гексана, отправляемая на дальнейшую переработку.В работе рассмотрены устройство и принцип работы аппарата, проведены расчеты оптимального и реального числа теоретических тарелок, флегмового числа, материального и теплового балансов.При проведении расчета основных геометрических размеров ректификационной колонны были определены ее средний диаметр (по зоне питания), равный 2,4 м и общая высота, равная 40,7 м.Фактическое число рабочих тарелок по расчету составило 39 штук. К работе принят вариант установки с 45 тарелками по данным предприятия. Также проведен расчет диаметров патрубков для основных потоков, расчет гидравлических сопротивлений тарелок и механический расчет.В качестве основного конструкционного материала выбрана выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСт.Зсп. СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВАлександров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. -М.: Химия, 1971. – 296 с.Ахметов С.А. Технология глубокой переработки НГК и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.Багатуров C.A. Теория и расчет перегонки и ректификации. -М.: Химия, 1974. – 440 с.Баннов П.Г. Процессы переработки НГК. Часть 2. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2001. – 415 с.Гидродинамика колонных аппаратов: методические указания / Сост. С.В. Иваняков, С.Б. Коныгин. – Самара; Самар. гос. техн. ун-т, 2008. – 44 с.Дахин О.Х. Машины и аппараты химических и пищевых производств: Курс лекций. – Волгоград: Издательство ВолгГТУ, 2011. – 161 с.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.1. Теоретические основы процессов химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: Химия,1995. – 400с.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – 9-е изд. – М.: Химия, 1973. – 750 с.Кашарский П.Д. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. − Л.: Машиностроение, 1976−480 с.Кравец В.А. Системный анализ безопасности в нефтяной и газовой промышленности. – М.: Недра, 1984 – 117 с.Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. – Л.: Химия, 1994. – 314 с.Кутепов A.M. и др. Теория химико-технологических процессов органического синтеза: Учеб. для техн. вузов/A.M. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен – М.: Высш. шк., 2005. – 520 с.Лаптев А.Г, Минеев Н.Г., Мальковский П.А. Проектирование и модернизация аппаратов разделения в нефте- и газопереработке. – Казань: 2002. – 220 с.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машгиз, 1970. – 753 с.Леонтьев, А. П . Прочностные расчеты отдельных элементов технологического оборудования : учебное пособие. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2012. – 144 с.Махутов Н. А., Пермяков В. Н. и др. Анализ рисков и обеспечение защищенности критически важных объектов нефтегазохимического комплекса: учебное пособие. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. – 560 с.Осинина O.Г. Определение физико-технических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов. -М.: МИНХ и ГП, 1982. – 65 с.Поникаров И.И. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки: учебник / И.И.Поникаров, М.Г.Гайнуллин. –М.: Альфа-М, 2006. – 608сПрокофьева Т.В., Щелкунов В.А., Андриканис В.В., Фёдорова Е.Б. Технологический расчёт колонны для разделения сжиженных газов. – М.: РГУ нефти и газа, 200. – 49 с.Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии / А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов. А.И. Владимиров. В.А. Щелкунов 3-е изд. перер. и доп. –- М.: ООО «НедраБизнесцентр», 2000. – 677с.Процессы и аппараты химической технологии. Проектирование ректификационных колонн. Часть 1, 2. Основы теории расчета и основные конструкции ректификационных колонн. Методические указания к курсовому проектированию.–Томск: Изд. ТПУ, 1997. -36 с.Расчет основных процессов и аппаратов нефтепереработки. / Под ред. Е.Н. Судакова. -М.: Химия, 1979. – 566 с.Рудин М. Г., Драбкин А. Е. Краткий справочник нефтепереработчика. – Л.: Химия, 1980. – 328 с.Савельев А.Л. Технологический расчёт отбензинивающей колонны установок перегонки нефти Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2003. – 37 с.Савченков А.Л. Технологический расчет установки атмосферной перегонки нефти. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. – 98 с.Савченков А.Л. Химическая технология промысловой подготовки нефти: учебное пособие / А. Л.. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. – 180 с.Семакина О.К. Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств: учебное пособие / О.К. Семакина; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. – 160 с.Сепарационные колонны для дистилляции и абсорбции Зульцер-Хемтех. Каталог. – М.: Химическое и нефтяное машиностроение, 1993. — 28 с.Справочник нефтехимика в 2 т. – т.1 / Под ред. Огородникова С.К. – Л.: Химия, 1978. – 496 с.Технологический регламент установки получения пропана первой очереди (УППБ-1). – Тюмень, 2016. – 232 с.