Определение диаметра основной колонны

Диаметр колонны рассчитываем в трех сечениях:

- сечение I – I – сечение под верхней тарелкой;

- сечение V – V – сечение в зоне питания;

- самое нагруженное сечение из оставшихся. В нашем случае выбираем сечение IV – IV, т.е. сечение между выводом и вводом ЦО3.

Сечение колонны определяем по формуле:

где V_п – объемный расход паров в рассчитываемом сечении колонны, м³/с;

W_доп – допустимая скорость паров в рассчитываемом сечении колонны, м/с.

Объем паров в рассчитываемом сечении определяем по уравнению:

где G_H и Z – количество нефтяных и водяных паров, кг/ч;

М_Н и 18 – молекулярные массы нефтепродукта и воды;

t – температура в рассчитываемом сечении, ^оС;

Р – давление в рассчитываемом сечении, МПа;

k – коэффициент пересчета со 100 кг сырья на реальную загрузку колонны. Он определяется по уравнению:

10572,13

где k - коэффициент пересчета, кг/100 кг;

G_с - расход сырья, кг/ч. G_с = 507463 кг/ч (см. табл. 6.4).

Допустимую скорость паров определяем по уравнению:

W_доп = 0,85 × 10^-4 × С × ,

где С – коэффициент, величина которого зависит от конструкции тарелок и расстояния между ними. Его величину определяем по формуле:

С = К×С₁ – С₂×(l - 35),

где К – коэффициент, который зависит от типа тарелок. Так для клапанных тарелок К = 1,15;

С₁ – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками.

Примем расстояние между тарелками равным 600 мм.

С₂ - коэффициент, равный 4 для клапанных тарелок;

l - коэффициент, учитывающий влияние жидкостной нагрузки на допустимую скорость паров. Определим его по формуле:

где n - число сливных устройств на тарелке;

W_c – объемная нагрузка колонны по жидкой фазе в рассчитываемом сечении, м³ч.

Нагрузку колонны по жидкой фазе находим из соотношения:

W_c = ,

где g – нагрузка по жидкости в рассчитываемом сечении, кг/ч;

_ж - плотность жидкой фазы при температуре рассматриваемого сечения, г/см³. Она находится из выражения:

= - × (t - 20).

_п – плотности пара, кг/м³. Определяется из уравнения:

Диаметр колонны определяется по уравнению:

d = = ,

Высоту подпора жидкости над сливной перегородкой рассчитываем из уравнения:

или

где Dh - высота подпора жидкости над сливной перегородкой, мм. Высота подпора слива не должна превышать 50 мм.

l - периметр слива (длина сливной перегородки), м.

Длина сливной перегородки может быть рассчитана по формуле:

l = (0,75-0,8) × d.

где d - диаметр колонны в рассматриваемом сечении, м.

Расчет диаметра колонны в сечении I - I

G_I-I = 17,4 + 69,0 = 86,4кг.

Z = 1,652кг.

g _I-I = 69,0кг.

= 56,72 м³/с.

= - ×(157 – 20) = 0,755 – 0,000831×(157 – 20)=0,64 г/см³ =640 кг/м³.

= 4,56 кг/м³.

W_c = = = 1139,8 м³ч.

Принимаем число сливных устройств равным четырем (n = 6).

= = 27,8.

С =1,15 × 750 – 4 × (27,8 – 35) = 891,3.

W_доп = 0,85 × 10^-4× 891,3 × = 0,894 м/с.

d = = = 8,99м, принимаем d = 9,1 м.

Рассчитываем фактическую скорость паров по формуле:

W_факт=

где S – площадь сечения колонны, м².

S = м².

W_факт = м/с.

W_факт ≤ W_доп, следовательно диаметр колонны рассчитан правильно.

= = 0,027 м = 27 мм.

Расчет диаметра колонны в сечении IV - IV.

G_IV_-_IV = 96,8кг.

Z = 0,888кг.

g _IV_-_IV = 59,5 кг.

Где N_к– количество вещества компонентов, находящихся в паровой фазе в рассматриваемом сечении, кмоль.

V_п = 38,19 ∙ = 45,96м³/с.

= 0,843 - 0,000712× (295 - 20) = 0,65 г/см³ = 650 кг/м³.

= 6,24 кг/м³.

W_c = = = 967,8 м³ч.

Принимаем n=2

= = 72,9

С = 1,15 × 750 - 4 × (72,9 - 35) = 710,9

W_доп = 0,85 × 10^-4× 710,9 × = 0,614 м/с

d = = 9,76 м, принимаем d = 9,8м.

S = м².

W_факт = м/с.

W_факт < W_доп, следовательно диаметр колонны рассчитан правильно

= = 0,047 м = 47 мм.

Расчет диаметра колонны в сечении V - V.

G_V_-_V = 80,8кг.

Z = 0,888кг.

g _V_-_V = 69,6кг.

Где N_к– количество вещества компонентов, находящихся в паровой фазе в рассматриваемом сечении, кмоль.

V_п = 51,21 ∙ = 42,02м³/с.

= 0,898 - 0,000647× (345 - 20) = 0,69 г/см³ = 690 кг/м³.

= 5,71 кг/м³.

W_c = = = 1066,4 м³ч.

Принимаем n 4

= = 43,6

С = 1,15 × 750 - 4 × (43,6 - 35) = 828,1

W_доп = 0,85 × 10^-4× 828,1 × = 0,771 м/с

d = =8,33м, принимаем d = 8,4м.

S = м².

W_факт = м/с.

W_факт < W_доп, следовательно диаметр колонны рассчитан правильно

= = 0,035 м = 35 мм.

Принимаем диаметр основной атмосферной колонны от верха до тарелки, расположенной над тарелкой вывода фракции 180-230^оС (тарелка 33) равным 9,6м; от тарелки вывода фракции 180-230^оС до тарелки, расположенной над зоной питания (тарелка 6) – 10,0м; диаметр нижней части колонны принимаем равным 9,0м.

Расчет высоты колонны.

Высота колонны складывается из высот отдельных ее частей, на которые она условно разбивается. Высота ее верхней части (над верхней тарелкой определяется по формуле

H₁ = 0,5×d₁,

где d₁ - диаметр верхней части колонны.

Высота части колонны от ввода сырья до верхней тарелки складывается из высот "колонок" отвечающих выводу отдельных фракций. Расчет ведется на основе числа тарелок в этих "колонках" и с учетом расстояния между этими тарелками (Dh=0,6 м):

H₂ = (N₅ + N₄ + N₃ + N₂- 1)×Dh

H₃ = (2-3)×Dh

H₄ = (N₁ – 1)×Dh

H₅ = 1,5-2 м – расстояние до уровня жидкости от нижней тарелки в низу колонны.

H₉ – определяется в зависимости от объема жидкости в низу колонны; высота должна обеспечивать работу насоса в течение 10 мин после прекращения подачи нефти на установку.

V_н = ;

V_полусф = ;

H₉ = + h';

h' = ;

Общая высота колонны равна:

H = SH_i

Отсюда

Н₁ = 0,5 × 9,1 = 4,55м;

H₂ = (n₁ - 1)×Dh₁,

H_{2 -}высота части колонны от тарелки отбора фракции 180-240 °С № 32 по 44 тарелку. n₁ =13 шт.

Dh₁– расстояние между тарелками в м.

Расстояние между тарелками для колонн диаметром до 6 м принимают равным 0,45-0,6 м и для колонн диаметром более 6 м- 0,60-0,90 м.:

Dh₁= 0,6 м

Н₂ = (13 - 1) × 0,6 = 7,2м;

H₃- высота части колонны от5 по32 тарелку, м;

n₂= 28 шт, Dh₂= 0,7 м.

Н₃ = (28 - 1) × 0,7 = 18,9м;

H₄ = (2-3)×Dh₂,

H₄- высота зоны питания, м.

Н₄ = 3×0,7 = 2,1м;

H₅ = (n₃ - 1)×Dh;

H₅-высота от нижней тарелки отгонной части до зоны питания, м;

n₃= 4 шт

Н₅ = (4 - 1) × 0,6 = 1,8м;

H₆ = 1,5-2 м – расстояние до уровня жидкости от нижней тарелки в низу колонны.

H₆ = 1,5м.

H₇ =

H₇ – определяется в зависимости от объема жидкости в низу колонны; высота должна обеспечивать работу насоса в течение 10 мин после прекращения подачи нефти на установку.

d₂ = 8,4 м