Проект ректификационной колонны установки первичной перегонки нефти

 

2.3.1 Определение высоты колонны по числу теоретических тарелок

Суть этого метода сводится к построению ступеней на диаграмме y - x. Каждая ступень представляет собой одну тарелку. При построении предполагается, что на каждой тарелке достигается равновесие между жидкой и паровой фазой. Реализацию этого метода можно увидеть на рисунке 3

Рисунок 3

 Определение числа теоретических тарелок

Как видно число теоретических тарелок в данном случае составляет 8 для нижней части колонны и 7 для верхней, в сумме 15. Для определения действительного числа тарелок это число необходимо поделить на к.п.д. отдельно взятой тарелки. Несмотря на то, что существуют методы оценки к.п.д.

 

 

тарелок, этот метод не является точным, поскольку для каждой тарелки к.п.д. может отличаться от среднего.

Высота колонны определяется исходя из числа действительных тарелок  и расстояния между тарелками. Обычно расстояние между тарелками стандартизовано и может быть выбрано из каталога.

 

2.3.2 Определение  высоты колонны по кинетической  кривой

Данный метод точнее чем предыдущий. Он состоит в определении  эффективности тарелок по Мэрфи  с учетом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости. Для определения значений эффективности тарелок используются критериальные уравнения, которые  здесь не приводятся, вследствие их громоздкости и узкой специализации.

Зная эффективность  по Мэрфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки y_к по соотношению:

     (18)

Исходя из этой формулы  на диаграмме y - x строится кинетическая кривая, представляющая собой зависимость y_к от x , а затем аналогично предыдущему методу графически выстраиваются ступени. Графическую иллюстрацию этого метода можно увидеть на рисунке 4.

Рисунок 4

Построение кинетической кривой и  определение действительного числа  тарелок

В итоге мы получили 9 тарелок в нижней части колонны и 9 в верхней. Приняв расстояние между тарелками 0,5м, расстояние между нижней тарелкой и дном 2м, расстояние между верхом колонны и верхней тарелкой 1м, получим полную высоту колонны 11,5м.

 

3. РАСЧЕТЫ

 

Требуется разделить  методом ректификации G_f = 4500 кг/час бинарной смеси, содержащей а_f = 20% массы низкокипящего компонента. Содержание низкокипящего компонента в дистилате а_g = 98% массы, в кубовом остатке а_w = 2%. Коэффициент избытка флегмы s = 1,5.

Исходная смесь поступает  в колонну при t₁^o кипения соответствующая её составу. Куб ректификационной колонны обогревается водяным паром (насыщенным) с давлением 5 атм. Коэффициенты теплопередачи в кубе колонны К₁ = 800 в конденсаторе К₂ = 400.

Дистиллат и флегма уходят при t_д^o кипения. Для охлаждения конденсатора подаётся вода с t_нач^o = 20 ^oС и t_кон^o = 40 ^oС

Рассчитать колонну  непрерывного действия и определить

1. Необходимое число ректификационных тарелок (к.п.д. тарелки h=0,5)
2. Расход греющего пара.
3. расход охлаждающей воды .
4. Диаметр и высоту колонны.
5. Поверхности теплообмена куба колонны и конденсатора.

 

Исходная смесь Бензол-Толуол

Расход исходной смеси G_f = 4500 кг/ч

 

Схема ректификационной установки

 

Решение

 

Физические свойства компонентов

	Наименование	Обозначение	Бензол	Толуол
1	Молекулярная масса	М	78,11	92,13
2	Температура кипения	tкипo	80,2	110,8
3	Плотность при tкипo	r кг/м3	815	782
4	Теплота парообразования	r кДж/кг	390,16	362,03
5	Теплоёмкость	С кДж/кг*K	1,93	1,86

Данные по равновесию системы

t,oC	Рб,мм.рт.ст	Рт,мм.рт.ст	П,мм.рт.ст	Х	Y
80	760	300	760	1	1
84	852	333	760	0,823	0,922
88	957	379,5	760	0,659	0,720
92	1078	432	760	0,508	0,720
96	1204	492,5	760	0,376	0,596
100	1344	559	760	0,256	0,453
104	1495	625,5	760	0,155	0,304
108	1659	704,5	760	0,058	0,128
110	1748	760	760	0	0

Поданным таблицы  строим изобару равновесия t-x,y

Пересчет массовых долей в мольные .

Массовые доли: а_f = 0,2 ; а_д = 0,9 ; а_w = 0,02 .

 

 

 

На изобаре равновесия определяются температуры t_w = 110^о, t_д = 81^о,          t_f =105^о . На диаграмме равновесия определяются положение точек 1 и 2 ( на  диагонали диаграммы ) и значение y^*_f = 0,33 .

Плотность пара

Теплоемкость исходной смеси

Теплоемкость воды С_в =4,19 кДж/кг*К

Температура греющего пара:

Теплота парообразования (конденсации)

Материальный  баланс.

Массовые потоки

Молярные потоки.

 

Минимальное флегмовое число

Оптимальное флегмовое число.

Построение линий рабочих концентраций.

Число теоретических ступеней изменение концентраций.

Число действительных тарелок

 

 

Выбор расстояния между тарелками 

Принимаем высоту между тарелками  и диаметр колонны равными:

Скорость паров в колонне. Верхняя часть.

Скорость паров в колонне. Нижняя часть.

Объемный расход паровой смеси.

Приближенно для всей колонны.

Объёмный расход паровой смеси  для верха колонны.

Объёмный расход паровой  смеси для низа колонны.

Диаметр колонны для  верхней части.

 

 

Диаметр колонны для  нижней части.

Полученные диаметры округляются до единого стандартного значения . При округлении получим диаметры:

для верхней части 

для нижней части

Высота колонны

Высота кубовой и  шлемовой части части колонны  принимаются равными 

Н_куб=1,2 - 1,5 м , Н_шлем=0,4 - 0,6 м , тогда

Тепловой балланс .

Расход охлаждающей  воды на дефлегматор 

 

 

Раход тепла на кипятильник.

Расход греющего пара с учетом 5% потерь

Поверхность теплопередачи кипятильника.

Средняя разность температур

Поверхность теплопередачи

Поверхность теплопередачи  дефлегматора.

Большая и меньшая  разности температур.

Средняя разность температур

Поверхность теплопередачи

 

4. Охрана труда  и окружающей среды на Карачаганакском  нефтегазоконденсатном месторождении

 

4.1. Основные  производственные опасности и  вредности

При эксплуатации объектов КНГКМ могут иметь место следующие опасности и вредности:

- повышенная загазованность воздушной среды, помещений и площадок;

- вредное воздействие метанола;

- пониженная температура воздуха зимой 9до – 40 ⁰С;

- повышенные уровни шума (до 100 дб);

- высокая запыленность воздуха летом;

- жаркая погода в летние месяцы (до +40 ⁰С), с пыльными ветрами (до 25 м/сек).

- взрывоопасность газа; пределы взрываемости в смеси с воздухом (воспламенения) – 4,3 – 4,5 %;

- токсичность газа; для рабочей зоны предельно – допустимые концентрации /ПДК/ для сероводорода в смеси углеводородами – 3 мг/м; ПДК меркаптанов – 1,08 м/г м; ПДК сернистого газа – 10 мг/м; углеводородов – 300 мг/м;

- раздражающее действие пластовой жидкости и химреагентов; сероводород хорошо растворяется в воде, а в органических соединениях растворимость, а 2 – 3 раза выше.

Эти факторы в основном обусловлены:

1. Резко-континентальным климатом, наличием магнитных бурь, сильных ветров в зоне расположения месторождения.

2. Необходимостью обслуживания арматуры, аппаратов, трубопроводов, находящихся под высоким давлением (до 20 МПа) и на открытой площадке.

3. Необходимостью обслуживания насосно-комплексного и другого оборудования, расположенного в помещениях и находящихся под высоким давлением с выделением вредных веществ в рабочую зону.

 

 

4. Выделением из газа и конденсата компонентов, представляющих опасность отравления людей, а при определенных условиях может привести к летальному исходу.

4.2. Физико-химическая  характеристика вредных веществ.  Оказание до врачебной помощи пострадавшим

 

4.2.1. Оксид углерода (СО) – продукт неполного сгорания топлива. Кровяной (клеточный яд). В 200 раз активнее, чем кислород, взаимодействует с гемоглобином в крови, образуя чрезвычайно стойкое соединение – карбоксигемоглобин, не способный осуществлять клеточное дыхание, поэтому даже низкие концентрации оказывают вредное действие на человека: угнетается дыхательный центр центральной нервной системы, нарушается сердечнососудистая система. При содержание в воздухе 0,05% СО смерть наступает через 2-3 часа при явлениях остановки дыхания. Последствия отравления не компенсируется. Отмечена пониженная толерантность к повторным отравлениям даже пороговыми концентрациями.

4.2.2. Оксид азота  (NO_X) -, в основном состоят из смеси окси и двуокиси азота. Окись азота оказывает действие на органы дыхания, отек легко действует на ЦНС. Двуокись - бурый газ с удушливым кислым запахом, оказывает чрезвычайно быстрое воздействие на легочную ткань. При длительном воздействии малых концентраций (0.8 – 5 мг/м³) развиваются эмфизема легких, бронхиальная астма со стойкой утратой трудоспособности. При кратковременном воздействии больших концентраций (более 200 мг/м³) смерть наступает от тяжелого отека легких. В воздухе двуокись азота образует аэролит азотной кислоты, оказывающие вредное воздействие на растительность.

4.2.3. Сернистый ангидрид (SO2) – бесцветный газ с острым кислым запахом, раздражает дыхательные пути, оказывает обще-токсическое действие, нарушает углеводный и белковый обмен. Вызывает изменения в костной ткани.

4.2.4. Сероводород (H2S) – бесцветный газ с характерным запахом тухлым яиц. Является наиболее токсичным ингредиентом в составе выбросов в

 

 

атмосферу объектов по добыче и переработке высокосернистых нефтей и газа. К запаху происходит быстрая адаптация. Приводит к хроническим отравлениям. Сероводород – сильный нервный яд, вызывающий смерть от остановки дыхания. Последствия острого отравления – снижение интеллекта иногда слабоумие, не поддающегося лечению. Хорошо растворяется в воде.

4.2.5. Углеводороды – основные газовые примеси, загрязняющие атмосферный воздух, предельные (метан – пентан), рассматриваются как малоопасные для человека соединения. Их опасность связана с фикцией, при уменьшении в атмосфере содержание кислорода и увеличении доли углеводородов.