Расчет бутановой колонны газофракционирующей установки

метки: Установка, Газофракционирующий, Дистиллят, Бутан, Компонент, Остаток, Жидкость, Приложение

Введение………………………………………………………… ………………4

1. Аналитический обзор……………………………………………………4
2. Цель и задачи проекта……………………………………………………5
3. Технологическая часть…………………………………………………..5
4. Инженерные расчеты……………………………………………………6
0. Материальный баланс…………………………………………………6
0. Расчет температур верхней и нижней части колонны………….……7
0. Расчет доли отгона сырья ……………………………………………..9
0. Определение флегмового числа………………………………………9
0. Расчёт минимального флегмового числа…………………………….10
0. Расчёт рабочего флегмового числа…………………………………..11
0. Расчет числа теоретических и практических тарелок……………….11
0. Тепловой баланс колонны…………………………………………….13
0. Расчёт величин внутренних потоков пара и жидкости в колонне….15
0. Предварительный расчет диаметра колонны………………………..15
0. Расчет диаметра верхней части колонны…………………………….16
0. Расчет диаметра нижней части колонны…………………………….17
0. Поверочный гидравлический расчет выбранной тарелки………….19
0. Гидравлический расчет тарелки в верхнем сечении колонны……..19
0. Гидравлический расчет тарелки в нижнем сечении колонны……..20
0. Расчет высоты ректификационной колонны………………………..21
5. Выводы по проекту………………………………………………………22
6. Приложение 1…………………………………………………………….23
7. Приложение 2…………………………………………………………….24

Список использованной литературы…………………………………………..25

Введение

Газофракционирующая установка (ГФУ) предназначена для переработки жирного газа и головных фракций блоков стабилизации установок первичной переработки нефти, каталитического риформинга бензинов, бензольного каталитического риформинга и изоселектоформинга.

Процесс разработан проектным институтом «Ленгипрогаз» в 1973 г. Установка сдана в эксплуатацию в декабре 1977 года. В период эксплуатации 1977-2001 г.г. проведено несколько реконструкций. В 1999 г. по проекту ОАО «Ленгипронефтехим» выполнено дооборудование ГФУ узлом очистки сырья от сероводорода.

В состав установки входят:

• сырьевой парк;
• узел очистки сырья от сероводорода;
• блок компримирования жирного газа;
• блок ректификации сжиженных углеводородных газов;
• блок очистки готовой продукции;
• вспомогательные системы .

1. Аналитический обзор

Расчет ректификационной колонны

... внутренний диаметр колонны F к =2,0 м2 - площадь поперечного сечения колонны Расчёт высоты колонны Определение высоты тарельчатой колонны мы ... 1.2 Определение минимального флегмового числа Для определения минимального флегмового числа строим кривую равновесия, предварительно выполнив расчет равновесного состава ... ёмную скорость жидкости: 1) в верхней части колонны на верхней тарелке , (1.21) где L в ...

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких смесей, таких как нефть, нефтяные фракции, продукты основного органического и нефтехимического синтеза, на индивидуальные компоненты или узкокипящие фракции, различающиеся температурой кипения.

Физическая сущность процесса ректификации заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, а жидкость – из высококипящих компонентов. На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Поток жидкости (орошение) при ректификации создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а поток пара – путем испарения части жидкости в нижней части колонны.

2. Цель и задачи проекта

Целью данного проекта является по исходным данным, полученным на предприятии во время прохождения практики на ГФУ произвести расчет дебутанизатора (колонна К-4).

Исходные данные.

Состав питания:

компоненты	% масс
Пропан i-бутан н-бутан i-пентан	2,2 39,83 57,169 0,797

Производительность колонны по сырью 29895 кг/ч. Содержание i-бутанов в дистилляте не ниже — 94% масс, а в кубовом остатке i-бутана – 1,5% масс. Давление вверху колонны – 9,2 кгс/см². Давление внизу колонны – 9,8 кгс/см².

3. Технологическая часть

Разделение суммарных бутанов после колонны К-4 на изобутан и нормальный бутан осуществляется в двух последовательно соединенных колоннах К-6/1 и К-6/2.

Сумма бутанов из емкости Е-16 насосами Н-15,16 подается на одну из сырьевых тарелок колонны К-6/1,2 (№15 колонны К-6/1, №№ 45, 60 колонны К-6/2).

Постоянство загрузки колонны К-6/1,2 поддерживается регулятором расхода поз.FRC 3-11, клапан которого установлен на выкиде насосов Н-15,16, с коррекцией по уровню в емкости Е-16 поз.LRCAS 4-10.

Температура загрузки колонны К-6/1,2 контролируется показаниями на экране монитора (поз.TRС 1-28).

Уровень в емкости Е-16 контролируется прибором поз.LRCAS 4-10. Предусмотрена сигнализация максимального и минимального значений уровня в емкости Е-16 и блокировка минимального значения, отключающая насосы Н-15,16.

Колонны К-6/1 и К-6/2 оборудованы 60 тарелками клапанного типа (каждая).

Режим бутановой колонны К-6/1,2:

Температура верха К-6/1	—	не более	58 0 С
Температура низа К-6/2	—	не более	100 0 С
Давление К-6/1,2	—	не более	10 кгс/см 2

Пары изобутана с верха укрепляющей части бутановой колонны К-6/1 поступают в воздушные конденсаторы-холодильники ХК-20, ХК-21, ХК-22, ХК-15, где охлаждаются и конденсируются, и с температурой не более 65 ⁰ С собираются в рефлюксной емкости Е-17.

Из емкости Е-17 изобутан насосами Н-25,26 подается на орошение колонны К-6/1, а балансовый избыток через холодильник Х-6 и блок очистки готовой продукции выводится с установки.

Нижний продукт колонны К-6/2 (нормальный бутан) насосами Н-21,22 через холодильник Х-6 и блок очистки готовой продукции выводится с установки (см. приложение 2).

4. Инженерные расчеты

4.1. Материальный баланс

Расчёт материального баланса проводим методом ключевых компонентов.

При четкой ректификации отдельные компоненты могут отсутствовать или быть в незначительных количествах в дистилляте и остатке. Для определения составов дистиллята и остатка используется понятие о ключевых компонентах. Ключевые компоненты в этом случае определяются как пограничные (наиболее трудноразделимые), между которыми производится заданное разделение – наименее летучий компонент в дистилляте будет легким ключевым, а наиболее летучий в остатке – тяжелым ключевым компонентом. Исходя из заданного разделения ключевых компонентов, определяется количество этих компонентов в дистилляте и остатке. Количество остальных компонентов определяется из условия, что компоненты более летучие, чем легкий ключевой компонент, полностью переходят в дистиллят, а компоненты менее летучие, чем тяжелый ключевой компонент, полностью переходят в остаток. После этого определяют общий выход дистиллята и остатка, и находят их состав (в мольных долях).

Наиболее трудноразделимая ключевая пара: i-бутан – н-бутан.

Компоненты	Сырье			Дистиллят			Кубовый остаток
	% масс	кг/ч	м.д.	% масс	кг/ч	м.д.	% масс	кг/ч	м.д.
Пропан i-бутан н-бутан i-пентан	2,2 39,83 57,169 0,797	659 11907 17091 238	,0288 ,396 ,5686 ,006	5,3 94 0,7 —	659 11649 84 —	0,069 0,924 0,007 —	— 1,5 97,1 1,4	— 263 17006 238	— ,015 ,974 ,011
Итого:	100	29895	1	100	12388	1	100	17507	1

Составим систему уравнений:

F= D + W F*x _F = D*y_D + W*x_W D =*F==12388 (кг/ч)

W=F – D=29895 – 12388=17507 (кг/ч)

Массовые % переводятся в мольные доли с помощью формулы: х _(м.д.) = ,где Мi – молекулярная масса i-го компонента;

• хi – массовые % i-го компонента.

4.2. Расчёт температур верхней и нижней части колонны

Для расчёта температуры в верхнем сечении колонны надо знать состав дистиллята и давление вверху колонны (Р _в =9,2 кгс/см² ).

Температура верха рассчитывается итерационным методом таким образом чтобы, выполнялось условие для жидкой фазы равновесной с парами дистиллята:

=1

Температура низа колонны рассчитывается также итерационным методом, исходя из состава кубового остатка и давления внизу колонны (Р _н =9,7 кгс/см² ), таким образом, чтобы выполнялось условие для равновесной паровой фазы:

=1 ,

где К _{i В,Н} – константы фазового равновесия i-го компонента при температуре верха и низа соответственно.

К _i = Р˚_i /Р ,где Р – давление в верхнем и в нижнем сечениях колонны; Р˚_i – давление насыщенного пара при температуре верха или низа колонны (мм.рт.ст.), находится по уравнению Антуана: lnР˚_i = А – В/(С+Т) [3] ,где А,В,С – константы для разных веществ; Т – температура верха или низа, К.

Значения коэффициентов А,В,С.