Проект ректификационной колонны установки первичной перегонки нефти

Министерство образования и  науки Республики Казахстан Инженерно-технологический колледж                         КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине: Процессы и  аппараты нефтегазопереработки   На тему: «Проект ректификационной колонны установки первичной перегонки нефти»     Подготовил:  ст-ка гр. ТПНГ-12(уск) Калашникова Евгения   Проверил:                Преподаватель Шамуратова А.К.                 Уральск 2009

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение           3

1. Особенности расчета тарельчатой ректификационной колонны  4
2. Пример расчета ректификационной колонны для перегонки смеси

бензол – толуол          5

1. Материальные расчеты        5
1. Материальный баланс колонны      5
2. Определение рабочего флегмового числа    6
3. Построение рабочей линии на диаграмме “жидкость - пар” 7
4. Определение среднего массового расхода по жидкости  7
5. Определение среднего массового расхода по пару   9
2. Скорость пара и диаметр колонны      10
3. Определение высоты колонны      12

2.3.1. Определение высоты колонны по числу теоретических

Тарелок           12

2.3.2. Определение высоты колонны по кинетической кривой  13

3. Пример расчета          14

4. Охрана труда и окружающей среды на Карачаганакском

нефтегазоконденсатном месторождении      24

4.1. Основные производственные опасности и вредности   24

4.2. Физико-химическая характеристика вредных веществ.

Оказание до врачебной  помощи пострадавшим    25

4.2.1. Оксид углерода (СО)        25

4.2.2. Оксид азота (NO_X)        25

4.2.3. Сернистый ангидрид (SO2)       25

4.2.4. Сероводород        25

4.2.5. Углеводороды         26

4.2.6. Метанол (CH3OH) метиловый спирт, карбонил   26

4.2.7. Технический углерод (сажа)      26

4.2.8. Оказание первой помощи при отравлении метанолом.  27

4.2.9. Оказание до врачебной помощи при отравлении

сероводородом и сернистым  газом.     27

4.3. Мероприятия по обеспечению газовой безопасности.   28

4.3.1. Объекты производства, предрасположенные к наиболее

характерным аварийным ситуациям:     29

4.3.2. Показатели безопасности оборудования    29

4.4. Мероприятия по обнаружению мест ЧС, аварий   35

Заключение          38

Список литературы         39

 

Введение

 

Ректификация - массообменный  процесс, который осуществляется в  противоточных колонных аппаратах  с контактными элементами (насадки, тарелки). В процессе ректификации происходит непрерывный обмен между жидкой и паровой фазой. Жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза - более низкокипящим. Процесс массообмена происходит по всей высоте колонны между стекающей вниз флегмой и поднимающимся вверх паром. Что интенсифицировать процесс массообмена применяют контактные элементы, что позволяет увеличить поверхность массообмена. В случае применения насадки жидкость стекает тонкой пленкой по ее поверхности, в случае применения тарелок пар проходит через слой жидкости на поверхности тарелок. В данной работе приведен расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной смеси бензол - толуол.

 

1 Особенности  расчета 

тарельчатой ректификационной колонны

 

Как правило, расчет ректификационной колонны производится для заданных: составе исходной смеси, кубового остатка, дистиллята, производительности и рабочем давлении в колонне.

В начале определяется   материальный баланс колонны и рабочее флегмовое  число. Для этого используется диаграмма y -x .  Затем подбирается тип тарелок, определяется скорость пара, диаметр колонны, коэффициенты массопередачи, высота колонны, гидравлическое сопротивление тарелок. После этого можно провести расчет эксплуатационных свойств, а также экономические показатели ее использования.

 

2 Пример расчета  ректификационной колонны для перегонки смеси бензол - толуол

 

Для примера, рассчитаем колонну при  содержании легколетучего компонента (т.е. бензола) в исходной смеси 35%(масс.), в дистилляте 98%, в кубовой жидкости 1,7%. Производительность по исходной смеси 5 кг/с.

2.1 Материальные расчеты

2.1.1 Материальный  баланс колонны

Производительность по дистилляту P и кубовому остатку W определяется из уравнения материального баланса ректификационной колонны:

   (1)

Откуда:

  (2)

  (3)

Все расчеты в данном случае ведутся для легкокипящего  компонента, а значит х есть концентрация бензола. Для дальнейших расчетов необходимо пересчитать составы фаз из массовых в мольные по соотношению:

   (4)

где  x - мольная доля компонента А,

- массовая доля компонента А, % (масс.)

М_А - мольная масса компонента А,

М_В - мольная масса компонента В,

Подставив мольные массы  бензола и толуола  получаем:

 

 

2.1.2 Определение  рабочего флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа R. Флегмовое число являет собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята. Оно может находиться в интервале от R_min до ¥. При минимальном флегмовом числе можно получить максимальное количество дистиллята, но число тарелок становится бесконечно большим. Если флегмовое число принять равным бесконечности, то получится, что колонна работает сама на себя. При флегмовом числе меньше минимального мы ни при каких условиях не сможем получить конечный продукт с заданными свойствами.

Рисунок 1

Диаграмма "жидкость-пар" для  смеси бензол-толуол

Вообще флегмовое число отражает угол наклона рабочей линии к оси абсцисс для верхней части колонны и входя в уравнение рабочей линии. Уравнение рабочей линии для верхней части колонны выглядит как:

     (5)

 

 

 

y_D , как впрочем и y_W определяются равными x_D и x_W соответственно. Иначе говоря предполагается что состав паровой и жидкой фазы одинаков как для низа так и для верха колонны. Все это можно увидеть на рисунке 1.

Минимальное флегмовое  число определяется по следующей  формуле:

      (6)

где  - мольная доля спирта в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по y-x диаграмме .

Тогда:

Рабочее  значение флегмового числа примем равным 2,1. Для определения  рабочего флегмового числа существует множество рекомендаций, мы их упускаем, но их можно найти в [3].

 

2.1.3 Построение  рабочей линии на диаграмме  “жидкость - пар”.

Рабочая линия процесса ректификации, в отличие от процесса абсорбции, представляет собой совокупность рабочих линий для верхней  и для нижней части колонны  и характеризуется изломом в точке соответствующей составу питательной смеси.

Для верхней части  колонны можно воспользоваться  уравнением (5), а для нижней части  колонны существует уравнение:

    (6)

Вид  рабочей линии  представлен на все том же рисунке 1.

 

2.1.4 Определение среднего массового расхода по жидкости

Средние массовые расходы  по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений :

 

 

      (7)

     (8)

где М_P и М_F - мольные массы дистиллята и исходной смеси,

М_В и М_Н - мольные массы жидкости в верхней и нижней частях,

Мольная масса жидкости в верхней  и нижней частях колонны соответственно  
равна :

    (9)

    (10)

где М_б и М_т - мольные массы бензола и толуола

x_ср.в и x_ср.н - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и  нижней частях колонны:

Тогда

Аналогично находится мольная  масса  исходной смеси:

Мольную массу дистиллята можно  принять равной мольной массе  бензола.

Подставив результаты соотношения в (7) и (8) получаем:

 

2.1.5 Определение среднего  массового расхода по пару

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны  
соответственно равны :

    (11)

    (12)

где  и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях  колонны:

   (13)

   (14)

где средние значения состава паровой фазы рассчитываются аналогично жидкой фазе и равны:

Тогда из формул (13) и (14) следует

Подставив результаты в (11) и (12) получаем:

 

2.2 Скорость  пара и диаметр колонны

 

На этой стадии необходимо выбрать тип тарелки. Поскольку  предполагается, что жидкость не содержит взвешенных частиц выберем используем сетчатые тарелки.

Допустимая скорость в верхней и нижней части колонны  определяется по формуле:

      (15)

Поскольку плотности  бензола и толуола близки, то плотность жидкой фазы может быть приближенно определена как 796 кг/м³.

Средняя плотность пара для нижней и для верхней части  колонны может быть определена по формуле:

      (16)

где t - температура для верхней или для нижней части колонны.

Температура  в колонне,  в  свою  очередь,  определяется  по  диаграмме t - x,y, которую можно увидеть на рисунке 2.

Рисунок 2

 Диаграмма t - x,y

По средним составам фаз определим температуру в  верхней части колонны 89°С, в нижней части колонны 102°С.

Тогда по формуле (16) рассчитываем плотность паровой фазы соответственно в нижней и верхней части колонны.

 

 

Сейчас можно рассчитать допустимые скорости как в верхней, так и в нижней части колонны:

Диаметр колонны может быть определен  по формуле:

      (17)

Диаметр колонны принимается одинаковым по всей ее высоте и как правило равен большему из определенных. Однако, в данном случае различия между скоростями в верхней и нижней части колонны не велики поэтому можно использовать средние значения:

Подставив их в формулу (17) получим:

м

Приняв стандартный  размер обечайки равным 1,8м уточним  рабочую скорость пара. Она будет  равной 0,82м/с.

На данном этапе необходимо выбрать тарелку из ряда стандартных. Опуская процесс выбора, отметим, что это тарелка ТС-Р с ниже приведенными характеристиками:

Диаметр отверстий в  тарелке d0	8мм
Шаг между отверстиями t	15мм
Свободное сечение тарелки Fc	18,8%
Высота переливного  порога hпер	30мм
Ширина переливного  порога b	1050мм
Рабочее сечение тарелки Sт	2,294м2

Скорость пара в рабочем  сечении тарелки:

 

2.3 Определение высоты колонны

 

Количество тарелок  в колонне может быть определено либо по числу теоретических тарелок, либо по кинетической кривой.