Модернизация установки Депарафинизация с целью снижения энергопоребления

3.2 Расчет кристаллизационного отделения

 

Так как кристаллизационное отделение  работает в два потока сырья, расчитаем  один из потоков.

 

3.2.1 Расчет регенеративных кристаллизаторов  [12]

 

Количество Q тепла, передаваемое фильтрату в регенеративных кристаллизаторах:

Q = (Q₁ + Q₂)/η ,                              (4)

где Q₁ - количество тепла, передаваемое охлаждаемым раствором сырья;

    Q₂ - тепло кристаллизации;

     η - коэффициент, равный (0,96-0,98).

Q₁ = g(I₁-I₂) ,                (5)

где g - количество раствора, поступающего в регенеративные кристаллизаторы, кг/ч;

        I₁ - энтальпия раствора, поступающего в регенеративные кристаллизаторы при температуре t₁, кДж/кг;

         I₂ - энтальпия раствора после охлаждения в регенеративных кристаллизаторах до температуры t₂, кДж/кг.

Энтальпия раствора определяется по правилу аддитивности. Энтальпию сырья и депарафинированного  масла вычисляются по формуле Крэга, а энтальпию растворителей находят по таблицам [12].

I₁ = x_с* I_1с+ x_мэк* I_1мэк+ x_тол* I_1тол          (6)

        где - I_1с ,I_1мэк ,I_1тол - энтальпии сырья, МЭК и толуола при 48⁰C, кДж/кг;

        x_с, x_мэк, x_тол – массовые доли депмасла, МЭК и толуола в растворе сырья.

I_1с = а,                         (7)

где - относительная плотность нефтепродукта,

   а -  коэффициент энтальпии жидкого нефтепродукта в зависимости от температуры, кДж/кг.  

    = +5*α ,                    (8)

   где - относительная плотность нефтепродукта при 20 ⁰C

,   [14]            (9)

         где  - показатель преломления нефтепродукта при 20⁰C

= +0,0004(t-20),

где - показатель преломления нефтепродукта при температуре t

=1,4736+0,0004(50-20)=1,4856

=0,8675

= 0,8675+5*0,00066=0,8708

I_1с = 84,96 =91,04 кДж/кг

Энтальпии МЭК и толуола  находим согласно [12].

I_1мэк = 107,28 кДж/кг

I_1тол = 80,68 кДж/кг

Тогда,

 I₁= 0,5*91,04+0,2*80,68+0,3*107,28 = 93,84 кДж/кг

I₂ = x_с* I_2с+ x_мэк* I_2мэк+ x_тол* I_2тол          (10)

        где – I_2с ,I_2мэк ,I_2тол - энтальпии депмасла, МЭК и толуола при 2⁰C, кДж/кг;

        x_с, x_мэк, x_тол – массовые доли депмасла, МЭК и толуола в растворе сырья.

I_2с = 3,38 =3,62 кДж/кг

Энтальпии МЭК и толуола  находим согласно [12].

I_2мэк = 4,38 кДж/кг

I_2тол = 3,26 кДж/кг

Тогда,

 I₂= 3,62*0,5+0,2*3,26+0,3*4,38 = 3,78 кДж/кг

Q₁ = 18333,34*(93,84-3,78) = 1651100,6 кДж/ч

 

Тепло кристаллизации Q₂ определяется по формуле:

Q₂ = G_с*α*λ/100 ,                                                              (11)

где G_c - количество депарафинируемого сырья;

α - количество твердых углеводородов, выделившихся при охлаждении в        регенеративных кристаллизаторах, в  процентах от депарафинируемого сырья;

 λ - скрытая  теплота кристаллизации парафина, равная 193 - 205 кДж/кг.

Количество  выкристаллизовавшихся до данной температуры t₂ = 2⁰C углеводородов определяют исходя из выхода гача или петролатума (по материальному балансу) и из содержания в них масла.

Считают, что  количество выкристаллизовавшихся  углеводородов в рассчитываемом интервале прямо пропорционально глубине охлаждения.

Тогда количество выкристаллизовавшихся углеводородов  до любой температуры, более высокой, чем конечная температура охлаждения, определяют по формуле:

α=(t₁ - t₂)*A/ t₁ – t_к ,                                  (12)

где α - количество твердых углеводородов. в мас, % от депарафинируемого        продукта, выкристаллизовавшихся до заданной температуры;

t₁ - начальная температура кристаллизации (температура помутнения);

t₂ - любая промежуточная заданная температура (в частности, температура на выходе из регенеративных кристаллизаторов);

А - содержание твердых углеводородов в гаче или петрояатуме в % от депарафинируемого  продукта;

       t_к- конечная температура охлаждения (температура депарафинизации).

Количество  содержащихся в гаче или петролатуме  твердых углеводородов А определяют по формуле:

A = B(1- 0,01C),     (13)

где В - выход  гача или петролатума в маc. % от депарафинируемого сырья;

     С - содержание масла в гаче или петролатуме в %  (от гача или петролатума).

А =15,7*(1 – 0,01*6,78) = 14,64 % мас.

  α=(48 - 2)*14,64/ 48 – ( - 23) = 9,5% мас.

Так как кристаллизация идет в 2 потока сырья, то и количество выкристаллизовавшихся  твердых  углеводородов в одном потоке будет равна половине от общего количества т.е. 9,5/2=4,75%.

 Q₂ = 9166,67*4,75*200/100 = 87083,37 кДж/ч

Q = (1651100,6 + 87083,37)/0,96 =1810556,22 кДж/ч

3.2.2  Расчет аммиачных кристаллизаторов

Количество тепла, отданное аммиаку:

       Q = Q₁+Q₂ ,          (14)

       где - Q₁ – количество тепла, отдаваемое охлаждаемым раствором сырья,

             кДж/кг

                  Q₂ – тепло кристаллизации парафинов, кДж/кг

      Раствор  сырья поступает в аммиачные  кристаллизаторы при t₁=2⁰C и охлаждается до t₂= -23⁰C.

   Q₁=G_раф*(I_1раф – I_2раф) + G_мэк*( I_1мэк – I_2мэк) + G_тол*( I_1тол – I_2тол),  (15)

   где – G_раф – расход рафината, кг/ч

                  G_раф=G_с + G_д.м. = 9166,67+2750 = 11916,67 кг/ч

         где – G_с – расход сырья, кг/ч,

                  G_д.м – расход деп. масла, поступающего в кристаллизатор смешения с        фильтратом идущим на разбавление, кг/ч;

                  G_мэк ,G_тол – расход МЭК и толуола, кг/ч

                  I_1раф, I_1мэк, I_1тол - энтальпии рафината, МЭК и толуола при 2⁰C, кДж/кг;

                  I_2раф, I_2мэк, I_2тол - энтальпии рафината, МЭК и толуола при -23⁰C, кДж/кг;

Энтальпии МЭК и толуола находим  согласно [12].

I_1мэк = 4,38 кДж/кг

            I_1тол = 3,26 кДж/кг

I_2мэк = 49,1 кДж/кг

            I_2тол = 36,6 кДж/кг

          I_1раф = x_с* I_2с+ x_д.м.* I_д.м. ,                                       (16)

где I_2с ,I_д.м   - энтальпии сырья и деп. масла, поступающего в кристаллизатор смешения с фильтратом идущим на разбавление, кДж/кг;

      x_с, x_д.м – массовые доли сырья, и деп. масла.

I_д.м = ,    (17)

где -относительная плотность деп. масла

       Т – температура  деп. масла поступающего в кристаллизатор  смешения с фильтратом идущим  на разбавление, К

             I_д.м = = - 19,01 кДж/кг

 

I_1раф=0,769*3,62+0,231*(-19,01) = -1,61 кДж/кг

          

I_2раф =

             I_2раф = = - 40,19 кДж/кг

 

Общий расход МЭК и  толуола в аммиачные кристаллизаторы:

G = 9166,67+9166,67+7333,33=25666,67кг/ч  

 где – 9166,67 - расход  растворителя в регенерационные  кристаллизаторы, кг/ч;

                  9166,67 - расход растворителя, поступающего  в аммиачные кристаллизаторы  с фильтратом идущим на разбавление,  кг/ч;

  7333,33 - расход растворителя поступающего в аммиачные кристализаторы, кг/ч.

 

G_мэк = x_мэк*G = 0,6*25666,67 = 15400 кг/ч

x_мэк – массовая доля МЭК в растворителе.

G_тол = G - G_мэк = 10266,67 кг/ч

Количество теплоты Q₁:

Q₁  = 11916,67*(-1,61 + 40,19) + 15400*(4,38 + 49,1) + 10266,67*(3,26 + 36,6) = 1692566,6 кДж

Q₂  = r*G_п                                           (18)

где r – удельная теплота кристаллизации парафиновых углеводородов, кДж/кг;

r = 236 кДж/кг [13] 

        G_п  - количество выкристаллизовавшихся углеводородов в аммиачных кристаллизаторах, кг/ч.

G_п  = (А – α)*G_с/100 = 942,3 кг/ч

Так как кристаллизация идет в 2 потока сырья, то и количество выкристаллизовавшихся твердых углеводородов в одном потоке  в аммиачных кристаллизаторах будет равна половине от количество выкристаллизовавшихся углеводородов в аммиачных кристаллизаторах т.е. 942,3/2=471,15 кг/ч

Q₂=236*471,15 = 111191,4 кДж

Q= Q₁ + Q₂  = 1692566,6 +111191,4 = 1803758 кДж = 501 кВт

 

Расход аммиака:

G_NH3= =1803758 /1360=1326,3 кг/ч,

Где L_NH3 – теплота испарения аммиака при t_исп=-30^оС,кДж/кг [13]