Процессы и аппараты химической технологии

Для определения энтальпий потоков рассчитываем их средние молекулярные массы:(поток ) (2.18)(поток ) (2.19)(поток и ) (2.20)Таблица 2.4 Расчет молекулярной массыКомпоненты сырьяМiПотоки D и gПоток gKПоток VmyDi’МiyDi’xКi’МixКi’ymi’Мiymi’Метан160,01620,25920,000220,003520,012510,2Этан300,10673,20130,005790,17370,083452,5035Пропан440,697230,67680,140186,167920,5684525,0118Бутан580,1810,440,8511349,3660,3331319,3215Пентан72-0,002680,230480,002460,21156Гексан86--Итого :144,58155,94147,25Пользуясь графиком энтальпий смесей легких углеводородов по температурам, давлениям (для паров) и молекулярным массам потоков, находим энтальпии последних и пересчитываем их в кДж/кмоль.Подставляя значения количеств потоков и их энтальпий в уравнение теплового баланса, будем иметь:Количество горячего орошения на верху колонны определяем по уравнению:, (2.21)где Q2 – энтальпия паров со второй тарелки; qD – энтальпия флегмы.Принимаем Q2=QD. Также ввиду близости составов дистиллята и флегмы, будем считать, что есть энтальпия жидкого дистиллята.ТогдаПо графику энтальпий найдем:Флегмовое число на верху колонны равно:, (2.22)2.2.2 Тепловая нагрузка кипятильника колонны и количество парового орошения в низу ее отгонной частиТепловую нагрузку кипятильника колонны определяем из уравнения теплового баланса ее отгонной части, (2.23)откуда где ,,- количества потоков; ,,- энтальпии соответствующих потоков, кДж/кмоль.Для определения энтальпий потоков рассчитываем их средние молекулярные массы:, (2.24), (2.24), (2.24)Результаты расчета молекулярной массы сведем в таблицу 2.5.Таблица 2.5 Расчет молекулярной массыКомпоненты сырьяМiПотоки Dи gПотокgKПоток VmxRi’Мi xRi’xmi’Мixmi’yлi’Мiyлi’Метан16-Этан30-Пропан440,010,440,2466910,854360,4607420,273Бутан580,482828,0140,4398525,51130,4070623,60948Пентан720,472434,01280,2936421,142080,126329,09504Гексан860,03462,97560,019821,188520,005880,50568Итого:165,44158,696153,48С помощью графика энтальпий смесей легких углеводородов находим:Подставляя значения величин входящих в уравнение теплового баланса, будем иметь:Для определения количества парового орошения, идущего из кипятильника под нижнюю тарелку, напишем уравнение теплового баланса кипятильника, (2.25)где q1 и QR – энтальпии соответственно флегмы, стекающей с нижней отгонной тарелки в кипятильник, и пара, поступающего из кипятильника на эту тарелку. Находим средние молекулярные массы этих двух потоков:, (2.26), (2.27)Результаты расчета средней молекулярной массы потоков сведем в таблицу 2.6.Таблица 2.6 Расчет молекулярной массыКомпоненты сырьяМiПоток (R+VR)Поток VRyRi’Мi yRi’x1i’Мi x1i’Пропан440,038021,672880,02451,078Бутан580,6352636,845080,584533,901Пентан720,3107922,376880,3664126,3815Гексан860,015931,369980,024592,11474Итого1,0062,2663,475Пользуясь графиком энтальпий , находим:2.3 Конструктивный расчетДиаметр ректификационной колонны определяется объёмом и скоростью паров в ее свободном сечении и соответственно в значительной степени скоростью их барботажа через флегму на тарелке.Внутренний диаметр колонны определяем по формуле:, (2.28)где Vсек – наибольший секундный объем паров, проходящих через сечение колонны; ω – допускаемая скорость паров в полном (свободном) сечении колонны.Определяем объем паров на верху колонны (под первой тарелкой) по формуле:, (2.29)где GВ – часовое количество паров на верху колонны., (2.30)где Gчас – производительность колонны по сырью, кг/ч; Мср – средняя молекулярная масса сырья.При определении объема паров введен коэффициент сжимаемости Z. Пары на верху колонны практически состоят из этана и пропана. Коэффициент сжимаемости для них можно найти как для чистого пропана. Критическая температура пропана Ткр=369,8 К, критическое давление пропана Ркр=4,21∙106Па, температура паров 321 К.Приведенная температура пропана:, (2.31)Приведенное давление:, (2.32)По графику находим Z=0,77.Диаметр колонны определяем по верхнему сечению (под первой тарелкой). Принимая для проектируемой колонны клапанные тарелки, определим допустимую скорость паров в полном (свободном) сечении колонны по формуле:, (2.33)гдеu - массовая скорость паров, кг/(м2∙ч); ρп и ρж- плотности паров и жидкости на верху колонн, кг/м3; с - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и определяемый по графику .Найдем плотности дистиллята в жидком и газообразном состоянии при температуре и давлении на верху колонны: ρп = 0,0339 г/см3 = 34 кг/м3, ρж= 0,460 г/см3 = 460 кг/м3.Принимая расстояние между тарелками hT=400 мм, по графику найдем значение коэффициента с=540.Подставляя найденные величины в формулу, получим:Определяем линейную скорость паров, (2.34)Тогда внутренний диаметр верхней части колонны будет равен:Принимаем полученный расчетом диаметр верхней части колонны равным Dв=1200 мм. Из практических данных диаметр нижней части колонны принимаем равным Dн=2400 мм. Такая разность диаметров кубовой и шлёмовой части обеспечивает оптимальное давление верхней части колонны, так как температура и скорость пара изменяются по высоте.Определим высоту колонны.Определим минимально число теоретических тарелок в колонне по уравнению Фенске-Андервуда:(2.35)Из таблиц 2.4 и 2.5 найдем значения, [4,с.13]Находим число теоретических тарелок(2.36)Определим номер теоретической тарелки питания(2.37)где - число теоретических тарелок в нижней части колонны;- минимальное число тарелок в нижней части колонны для режима полного орошения.(2.38)Тогда, откуда Таким образом, в нижней части колонны 6 теоретических тарелок, и в верхней части теоретических тарелок.Основываясь на литературных данных, выбираем средний к.п.д. клапанной тарелки η=0,5.Число практических тарелок в колонне будет:, (2.39)Число тарелок в верхней части колонны:Число тарелок в нижней части колонныОбщее число тарелок в колоннеХолодное орошение подается на первую укрепляющую тарелку. Паровое орошение из кипятильника колонны подается под ее нижнюю отгонную тарелку. Поэтому на основании практических данных принимаем: расстояние между верхним днищем колонны и ее верхней укрепляющей тарелкой hD=1,0 м; высоту питательной секции (расстояние между нижней укрепляющей и верхней отгонной тарелками) hG=1,2 м; расстояние между нижним днищем и нижней отгонной тарелкой hR=1,5 м.Тогда рабочая высота колонны:, (2.40)Принимаем общую высоту колонны равной Н=21200 мм.Для усовершенствования технологического процесса в данном курсовом проекте принимаем клапанную тарелку, клапаны которой снабжены опорным элементом, выполненным из тонколистового материала, с уступами, ограничивающими подъем клапана и обеспечивающими его посадку с зазором по отношению к плоскости тарелки, и с вставкой из пористого упругого полимерного материала с сообщающимися порами, закрепленной в нижней его части. Опорный элемент выполнен в виде полого усеченного конуса, отношение диаметров оснований которого составляет, (2.41)где d - диаметр меньшего основания усеченного конуса, мм,D - диаметр большего основания усеченного конуса, мм.Принимаем диаметр большего основания усеченного конуса равным D=40 мм. Тогда диаметр меньшего основания усеченного конуса2.4 Выбор конструкционных материаловВыбор материала производится исходя из условий работы аппарата. Так как среда агрессивная, аппарат работает при избыточной температуре, имеет место быть электрохимической коррозия в кубовой части, то для данных условий ректификации подходит хромоникелевая сталь. Из хромоникелевых сталей наиболее широкое распространение для химического аппаратно- и машиностроения получили стали, содержащие 17-19% Cr и 8-10% Ni. В целях экономии нижняя часть колонны изготавливается из плакированной (биметаллической) стали 09Г2С+12Х18Н10Т. Данная сталь обладает наибольшей химической и коррозионной стойкостью при ее рабочих параметрах, обладает хорошей свариваемостью и допускает холодную и горячую механическую обработку. Верхняя часть и тарелки изготавливаются из стали ВСт3сп5. Сталь ВСт3сп5 одна из самых распространенных конструкционных сталей, её широкое применение и дешевизна позволяет легко изготовить аппарат при небольших затратах. Работает в широком диапазоне температур, имеет высокие технологические и конструкционные показатели.ВыводВ данной курсовой работе была рассмотрена этановая колонна, входящая в состав газофракционирующей установки, производительностью 450000 тонн в год.Был произведен расчет материального, теплового баланса. И конструктивный расчет, включающий в себя, диаметра колонны, количество тарелок, высоту колонны, а также подбор материала исполнения аппарата. Параметры расчета этановой колоны:Внутренний диаметр верхней части колонны: 1200 ммДиаметр нижней части колонны: 2400 ммВсего практических тарелок в колонне: 14Общая высота колонны равной 12800 ммСписок литературыТехнологический регламент комбинированной установки ЛК-6У ЗАО Павлодарский НХЗ книга 3 С-400.ГФУЭрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Изд. 2-е, пер. - Л.: Химия, 1977г.Дытнерский Ю.И.Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.:Химия, 1991г.Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л.:Химия, 1974 г.Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. - М.: Химия, 2001г.Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. - М.: Химия, 1980г.