МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ по расчету основных параметров атмосферных колонн К-2 на установках АВТ.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Кстовский нефтяной техникум им. Б.И. Корнилова»
СК-МД-03-15 Система качества образовательного учреждения
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
И ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
по МДК 02.01 Управление технологическим процессом
по специальности 18.02.09 Переработка нефти и газа
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
по расчету основных параметров атмосферных колонн К-2 на установках АВТ.
для специальности 18.02.09 Переработка нефти и газа
по дисциплине МДК 02.01 Управление технологическим процессом


Кстово 2016
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Кстовский нефтяной техникум им. Б.И. Корнилова»
СК-МД-03-15 Система качества образовательного учреждения
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
И ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
по МДК 02.01 Управление технологическим процессом
по специальности 18.02.09 Переработка нефти и газа

Составитель: Азова О.С.
Рассмотрено на ПЦК
____________________
«___»_______ 201___ г.
Протокол № _____
Председатель ПЦК О.С.Азова
Утверждено
На методическом совете
«____»_______ 201__ г.
Председатель методического советаЕ.А.Костина

Данные методические рекомендации по практическим работам предназначены для овладения обучающимися умениями и навыками самостоятельной работы по проведению расчетов основных параметров атмосферной колонны К-2 на установках АВТ.
Методические рекомендации составлены в соответствии с требованиями рабочей программы междисциплинарного курса (МДК) 02.01 Управление технологическим процессом профессионального модуля (ПМ) 02 Ведение технологического процесса на установках I и II категории программы по специальности 18.02.09 Переработка нефти и газа.
Методические рекомендации можно использовать для аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы обучающихся, поэтому каждое занятие имеет унифицированную структуру, включающую в себя: учебную цель, теоретические основы, обеспеченность занятия, учебно-методические материалы по теме, задания для практических работ обучающихся и инструкцию по ее выполнению, контрольные вопросы для закрепления теоретического материала, порядок и образец отчета о проделанной работе.
Содержание
Введение 5
1 Критерии оценивания 6
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 8
3 Практическое занятие 3 Составление материального баланса установки АВТ на основе потенциального содержания фракции в нефти. 13
4 Практическое занятие 4 Составление материального баланса основной атмосферной колонны К-2. 17
5 Практическое занятие 5 Составление теплового баланса К-2. Расчет основных размеров колонны К-2. 24
6 Оформление отчета 53
Литература 58
Введение
Практические работы выполняются в рамках междисциплинарного курса (МДК) 02.01 Управление технологическим процессом профессионального модуля (ПМ) 02 Ведение технологического процесса на установках I и II категории программы по специальности Переработка нефти и газа.
Для формирования умений и навыков обучающимся необходимо выполнить блок практических работ по расчету основных параметров атмосферной колонны К-2 на установках АВТ. При выполнении практических заданий обучающийся должен получить навыки для реализации общих и профессиональных компетенций.
Общие компетенции (ОК):
ОК 1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2 Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.
ОК 6 Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК 7 Брать ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.
ОК 8 Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
ОК 9 Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.
Профессиональные компетенции (ПК):
ПК 1. Контролировать эффективность работы оборудования
ПК 2. Обеспечить безопасную эксплуатацию оборудования и коммуникаций при ведении технологического процесса
ПК 3. Подготавливать оборудование к проведению ремонтных работ.
1 Критерии оценивания знаний и компетенций обучающихся
Оценка знаний и умений при выполнении практических заданий предполагает дифференцированный подход к обучающимся, учет индивидуальных особенностей, степени усвоения и систематизации основных понятий, знаний учебного материала, умения делать обоснованные выводы и обобщения по результатам выполнения, формирования общих и профессиональных компетенций.
Критерии оценивания при выполнении практических задний
В критерии оценки уровня подготовки обучающихся входит:
- степень усвоения и систематизации основных понятий;
- уровень знаний учебного материала;
- системность знаний и представлений по предложенному заданию;
- грамотность выбора способа выполнения и степени самостоятельности рассуждений;
- профессиональная направленность предлагаемого способа выполнения задания;
- степень усвоения теоретического материала, предусмотренного профессиональной задачей;
- способность реализации теоретических знаний на практике;
- способность логического построения ответа, его четкость и обоснованность;
- техническая грамотность решения задачи.
Оценка 5 (отлично):
- обучающийся владеет системой знаний и представлений по предложенному заданию;
- обучающийся грамотно проводит расчеты для определения значения измеряемой величины;
- рассуждения обучающегося при выполнении задания носят аргументированный характер;
- обучающийся проявляет творческий подход к выполнению задания;
- обучающийся осуществляет реализацию теоретических знаний на практике.
Оценка 4 (хорошо):
- обучающийся владеет системой знаний и представлений по предложенному заданию;
- обучающийся допускает неточности при проведении расчетов для определения значения измеряемой величины;
- рассуждения обучающегося при выполнении задания носят аргументированный характер;
- обучающийся осуществляет реализацию теоретических знаний на практике.
Оценка 3 (удовлетворительно):
- знания и представления обучающийся по предложенному заданию носят разрозненный характер;
- обучающийся допускает ошибки при проведении расчетов для определения значения измеряемой величины;
- обучающийся слабо осуществляет реализацию теоретических знаний на практике.
Оценка 2 (неудовлетворительно):
- обучающийся имеет существенные пробелы в знаниях и представлениях по предложенному заданию;
- обучающийся допускает принципиальные ошибки при проведении расчетов для определения значения измеряемой величины;
- рассуждения обучающегося бездоказательны.
В конце работы преподаватель ставит оценку практической работы или отмечает факт выполнения работы (зачтено/не зачтено и подпись). Отчет должен содержать расчет соответствующего варианта задания. Зачет по данным практическим работам студент получает при положительных ответах на контрольные вопросы и отчет.
Если студент пропустил соответствующие практические занятия, то все расчеты по выполнению практической работы он выполняет самостоятельно. В процессе выполнения практических работ студентом преподаватель оказывает консультативную помощь по расчетам задач и оформлению отчета.
2 Теоретические основы
Перегонка и ректификация – наиболее распространенные процессы разделения жидких смесей на компоненты или группы компонентов. Они основаны на разной летучести жидкостей и переходе при испарении смеси в парообразное состояние преимущественно наиболее летучих компонентов.
Различают однократное, многократное и постепенное испарение. При однократном испарении в процессе нагрева пары находятся в соприкосновении с жидкостью и паровая фаза отделяется от жидкой лишь после нагрева до конечной температуры перегонки. Практически сырье подогревается в трубчатом змеевике до необходимой температуры, а затем поступает в сепаратор, в котором происходит отделение образовавшихся паров от жидкости.
Многократное испарение заключается в повторении процесса однократного испарения с удалением из системы паров, образующихся после каждого процесса однократного испарения. При постепенном испарении по мере нагрева жидкости паровая фаза непрерывно удаляется из зоны перегонки.
При испарении однокомпонентных систем независимо от способа испарения температура системы остается постоянной до полного испарения системы. На практике чаще всего приходится подвергать перегонке многокомпонентные или сложные смеси.
Кривую однократного испарения многокомпонентных смесей, нефтяных фракций и нефти можно построить с помощью уравнения материального баланса однократного испарения на основании экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях или с помощью приближенных расчетов с использованием кривой истинных точек кипения либо кривой разгонки. Кривая ОИ определяется как прямая линия.
Процессы многократного испарения и конденсации дают возможность выделить в пределе чистые высококипящий и низкокипящий компоненты. Эту особенность процессов многократного испарения и конденсации используют для разделения бинарных и многокомпонентных смесей на индивидуальные компоненты.
Такое разделение осуществляется путем многократного контакта между парами и жидкостью. При контакте происходит массообмен и теплообмен между неравновесными парами и жидкостью, в результате чего жидкость обогащается высококипящим компонентом, а пары – низкокипящим компонентом. Такой процесс получил название ректификации.
Для осуществления процесса ректификации необходимы наличие двух встречных потоков – паров и жидкости и их тесный контакт при помощи тех или иных устройств. Наиболее распространено в аппаратах, разделенных на секции горизонтальными перегородками или тарелками. Такой аппарат называется ратификационной колонной. В ней навстречу стекающей жидкости поднимается поток паров, а контактирование происходит на каждой тарелке.
Массообмен и теплообмен между парами и жидкостью на каждой ступени контактирования могут происходить лишь при наличие разности фаз, т.е. при отсутствии равновесия между парами и жидкостью, поступающими на каждую ступень. Следовательно, температура паров должна быть выше, чем температура жидкости, поступающих на данную ступень. После контакта паров и жидкости на каждой ступени в пределе должно наступать равновесие, т.е. выравнивание температур паровой и жидкой фаз. Этого нельзя допускать. Разность температур и концентраций является движущей силой ректификации.
В непрерывно действующей колонне сырье загружается в среднюю часть колонны, называемой питательной (испарительной, эвапорационной) частью. Часть колонны ниже ввода сырья называется отгонной (отпаривающей, исчерпывающей, кубовой) частью. Она служит для отпаривания легких фракций из отходящего снизу остатка. Часть колонны выше ввода сырья называется концентрационной (укрепляющей) и служит для концентрирования целевого продукта в парах, отходящих выше питательной части.
Обычно ректификационная колонна снабжена большим числом тарелок, на каждой из которых происходит процесс массообмена, сопровождающийся однократным испарением и конденсацией. Для создания нисходящего потока жидкости пары с верха колонны пропускают через конденсатор. Образующийся конденсат вводится в колонну в качестве холодного или острого орошения (рисунок 1).

Рисунок 1 – схема острого орошения: 1 – ректификат; 2 – конденсат; 3 – продукт; КХ – конденсатор-холодильник; С – емкость; Н – насос.
Съем тепла на верху колонны можно также осуществлять при помощи циркуляционного орошения (рисунок 2). Циркуляционное орошение обычно отбирается в жидком виде с верхних тарелок колонны, охлаждается в холодильнике и насосом подается на две – три тарелки выше забора жидкости из колонны. В результате также разгружается верхняя часть колонны от чрезмерного количества паров и сокращается расход воды на охлаждение.

Рисунок 2 – схема циркуляционного орошения:
1 - пары из колонны; 2 – орошение; Х –холодильник.
Для создания потока поднимающихся паров в нижнюю часть колонны подводится тепло. Поток паров создается в выносном кипятильнике с паровым пространством, обогреваемым водяным паром или другим теплоносителем (например, горячим нефтепродуктом). Остаток из колонны направляется в кипятильник, где он частично испаряется. Пары из кипятильника возвращаются в колонну под нижнюю тарелку, а отпаренный остаток выводится из кипятильника. Если температурный уровень перегонки таков, что остаток не удается нагреть до нужной температуры теплоносителем, либо если поверхность кипятильника и количество теплоносителя получаются чрезмерно большими, тепло в низ колонны подводится при помощи так называемой «горячей струи». Часть остатка с низа колонны забирается насосом и прокачивается через змеевик трубчатой печи, где нагревается до более высокой температуры и частично может испарятся, а затем возвращается под нижнюю тарелку колонны.
Часто не представляется возможным подводить тепло в отгонную часть колонны, например при перегонке высококипящих жидкостей, склонных к разложению. Тогда в низ колонны вводят водяной пар, снижающий парциальное давление углеводородных паров и их способствующий испарению. В этом случае поток паров, поднимающихся по отгонной части колонны, обогащается углеводородными парами и понижается температурный уровень перегонки. Ввод в колонну водяного пара широко практикуется при атмосферной вакуумной перегонке нефти и мазута, при отгонке растворителей.
Ректификационные колонны бывают простые и сложные. Простая колонна (рисунок 3) позволяет разделить смесь на два продукта – ректификат или дистиллят, получаемый с верха колонны, и остаток, получаемый с низа колонны. Многокомпонентные смеси чаще всего приходиться разделять на несколько фракций или компонентов, для чего требуется несколько простых колонн или одна сложная колонна.

Рисунок 3 - схема простой ректификационной колонны: I – холодное орошение; II – ректификат; III – циркулирующая горячая струя; IV – остаток; V – сырье.
Каждая секция сложной колонны (рисунок 4) рассчитывается как простая колонна. Боковые погоны из сложной колонны вводятся на верхние тарелки отпарных колонн, а пары из отпарных колонн должны подаваться под ту тарелку, с которой выводится жидкость.
Сложные колонны применяются когда не требуется очень высокая четкость погоноразделения, т.е. когда надо отобрать сравнительно широкие фракции. Если требуется выделить узкие фракции либо индивидуальные углеводороды (например, сырье для ароматизации, ректификация газов, выделение продуктов нефтехимических производств – метана, этана, пропана, бутана и т.п.) применяется система простых колонн. В этих случаях каждая колонна снабжена самостоятельным конденсатором и кипятильником.

Рисунок 4 - схема сложной ректификационной колонны: I – сырье; II – ректификат; III–V – боковые погоны; VI – остаток; VII – водяной пар.
При разделении сложной смеси температуры паров и жидкости в колонне определяется при помощи линий однократного испарения. Температуру паров, уходящих из колонны, определяют как температуру конца однократного испарения. Температура остатка и боковых погонов должна отвечать температуре начала однократного испарения этих продуктов.
В колонну с кипятильником часто подают сырье при температуре, соответствующей доле отгона е равной нулю, т.к. с повышением температуры и, соответственно, доли отгона увеличивается общий расход тепла и возрастают размеры конденсатора. В колоннах без кипятильника, работающих с водяным паром, вводят сырье с достаточно высокой температурой, поскольку с повышением температуры сырья улучшается четкость ректификации и возрастает глубина извлечения низкокипящего компонента.
Выбор давления в колонне прежде всего определяется температурным уровнем перегонки. Ректификация высококипящих или склонных к разложению нефтепродуктов обычно проводится в вакууме. Снижение давления позволяет понизить температурный уровень перегонки и уменьшить необходимое количество орошения в колонне, а также число тарелок. Перегонка мазута на масла обычно ведется под вакуумом в присутствии водяного пара. Углубление вакуума позволяет снизить или полностью исключить расход водяного пара.
Практическое занятие № 3
Составление материального баланса установки АВТ на основе потенциального содержания фракции в нефти.
Цель:
1. Ознакомиться с методами составление материального баланса установки АВТ.
2. Овладеть методикой расчета материального баланса установки АВТ на приведенном примере.
3. Выполнить расчет материального баланса установки АВТ согласно своего варианта задания.
Время проведения занятия:
6 часов
Материальное обеспечение:
Микрокалькулятор;
Карандаш.
Пример расчета:
Исходные данные:
Производительность установки - 2 650 000 т⁄год
Число рабочих дней - 340
1 Рассчитать суммированный выход фракций, %масс.
Рассчитать суммированный выход фракций, %масс., на основании данных температур разгонки фракций и выхода соответствующих фракций, %масс, по таблице 1. Полученные результаты занести в таблицу 1 в третью колонку.
Для определения суммированного выхода необходимо к предыдущему выходу фракции, %масс., прибавить следующий выход фракции, %масс.
Например, суммированноый выход фракции (50-60)оС, (60-70)оС и т.д. равен
50-600С=1,20+0,8 ,
50-600С=2,0%,
60-700С=2,0+1,0 ,
60-700С=3,0% и т.д.
Таблица 1 – Данные разгонки Ромашкинской нефти
Фракция, о С Выход, % масс. Выход суммированный, % масс.
38-50
50-60
60-70
70-80
80-90
90-100
100-110
110-120
120-130
130-140
140-150
150-160
160-170
170-180
180-190
190-200
200-210
210-220
220-230
230-240
240-250
250-260
260-270
270-280
280-290
290-300
300-310
310-320
320-340
340-360
360-380
380-400
400-420
420-450
450-500
Остаток (>500оС)
Потери + газ 1,20
0,80
1,00
1,20
1,20
1,40
1,00
1,20
1,20
1,60
1,60
1,80
1,40
1,701,50
1,80
1,90
1,70
2,00
1,80
1,90
1,60
1,60
1,90
1,40
1,80
1,40
1,70
3,70
3,80
3,80
3,70
3,30
4,95
5,75
26,00
2,7 (1,2 – УВГ; 1,5 - потери) 1,20
2,00
3,00
4,20
5,40
6,80
7,80
9,00
10,20
11,80
13,40
15,20
16,60
18,30
19,80
21,60
23,50
25,20
27,20
29,00
30,90
32,50
34,10
36,00
37,40
39,20
40,60
42,30
46,00
49,80
53,60
57,30
60,60
65,55
71,30
97,30
100,00
Итого 100,00 2 Составляем материальный баланс установки АВТ
Составляем материальный баланс установки АВТ на основе потенциальных содержаний фракций в нефти, которые представлены в таблице 1, по формулам (1), (2), (3), (4). Данные заносим в таблицу 2.
выход фракции, т/год =выход фр. %масс. · G сырья, т/год100 (1)
выход фракции, т/сут=G, т/год число рабочих дней(2)

выход фракции, кг/ч =G, т/сут · 100024 (3)

выход фракции, кг/с=G, т/ч ·3600(4)

Таблица 2 – Материальный баланс установки АВТ
Наименование
продукта Выход,
% масс. Производительность, G
т∕год т⁄сут кг⁄ч кг⁄с
Приход:
ООН 100,00 2 650 000 7794,12 324754,90 90,21
Итого 100,00 2 650 000 7794,12 324754,90 90,21
Расход:
1 УВГ
2 БФ (НК - 85)оС
3 БФ (85-180)оС
4 КФ (180-240)оС
5 ЗДТ (240-290)оС
6 ЛДТ (290-350)оС
7 I в.п (350-380)оС 1,20
4,80
13,50
10,70
8,40
10,50
5,70 31800
127200
357750
283550
222600
278250
151050 93,52
374,11
1052,21
833,97
654,71
818,38
444,26 3897,06
15588,24
43841,91
34748,77
27279,41
34099,26
18511,03 1,08
4,33
12,18
9,65
7,58
9,47
5,14
8 II в.п (380-420)оС
9 III в.п (420-450)оС
10 III в.п (420-450)оС
11 Остаток >450 оС
12 Потери 7,00
4,95
5,75
26,00
1,50 185500
131175
152375
689000
39750 545,59
385,81
448,16
2026,47
116,91 22732,84
16075,37
18673,33
84436,35
4871,32 6,31
4,47
5,19
23,45
1,35
Итого 100,00 2 650 000 7794,12 324754,90 90,21
При расчете материального баланса итого прихода ООН должно совпадать с итого расхода фракций в соответствующих колонках таблицы 2.
Составляем материальный баланс отбензинивающей колонны К 1
Материальный баланс колонны К-1 составляется на основании материального баланса установки. Потери при расчете не учитываются, их относят к остатку (ПОН).
В колонне К-1 предусмотрен отбор БФ (НК - 85)оС.
Для расчета пользуемся формулами (1), (2), (3), (4). Полученные результаты заносим в таблицу 3.
Таблица 3 – Материальный баланс колонны К 1
Наименование
продукта Выход,
% масс. Производительность, G
кг⁄ч кг⁄с
Приход:
ООН 100,00 324754,90 90,21
Итого 100,00 324754,90 90,21
Расход:
1 УВГ
2 БФ (НК - 85) оС
3 ПОН 1,20
4,80
94,00 3897,06
15588,24
305269,60 1,08
4,33
84,80
Итого 100,00 324754,90 90,21
При расчете материального баланса итого прихода ООН должно совпадать с итого расхода фракций в соответствующих колонках таблицы 3.
Контрольные вопросы:
Что такое ректификация?
Что такое дистилляция?
Что такое однократное испарение?
Что такое многократное испарение?
Что такое постепенное испарение?
На чем основано разделение многокомпонентных смесей на индивидуальные компоненты?
Что такое разность фаз?
Практическое занятие № 4
Составление материального баланса основной атмосферной колонны К-2.
Цель:
1. Ознакомиться с методами составления материального баланса основной атмосферной колонны К-2, парциальных давлений фракций в колонне К-2.
2. Овладеть методикой расчета материального баланса основной атмосферной колонны К-2, парциальных давлений фракций в колонне К-2 на приведенном примере.
3. Выполнить расчет материального баланса основной атмосферной колонны К-2, парциальных давлений фракций в колонне К-2 согласно своего варианта задания.
Время проведения занятия:
10 часов
Материальное обеспечение:
Миллиметровая бумага;
Линейка;
Карандаш;
Микрокалькулятор.
Пример расчета:
Для проведения расчета материального баланса колонны К-2 необходимо воспользоваться данными, полученными в практической работе № 3.
Составляем материальный баланс основной атмосферной колоны К -2
Материальный баланс составляется на основании материального баланса установки. Потери при расчете не учитываются, их относят к остатку (мазуту).
В колонне К-2 предусмотрен отбор БФ (85-180) оС, КФ (180-240) оС, ЗДТ (240-290) оС, ЛДТ (290-350)оС. Все остальные фракции по данным разгонки (таблица 1) относят к остатку – мазуту.
Выход отдельных фракций в пересчете на полуотбензиненную нефть (ПОН) находим по формуле
А` = А •100%,(5)
В
где А` - выход фракций на загрузку колонны, % масс.
А - выход фракций на нефть, % масс.
В – приход полуотбензиненной нефти, % масс.
Например, выход фракции БФ (85-180)оС на загрузку колонны, % масс., равен
А`БФ = 13,50 •100%
94,00
А`БФ = 14,36%
Полученные результаты заносим в таблицу 4.
Таблица 4 - Материальный баланс колонны К 2
Наименование
продукта Выход, % масс., на нефть Выход, % масс.,
на загрузку колонны Производительность, G
кг⁄ч кг⁄с
Приход:
ПОН 94,00 100,00 305269,60 84,80
Итого: 94,00 100,00 305269,60 84,80
Расход
1 БФ (85-180) оС
2 КФ (180-240) оС
3 ЗДТ (240-290) оС
4 ЛДТ (290-350)оС
5 Мазут 13,50
10,70
8,40
10,50
50,90 14,36
11,38
8,94
11,17
54,15 43841,66
34748,75
27279,16
34099,16
165301,26 12,17
9,65
7,57
9,47
45,94
Итого 94,00 100,00 305269,60 84,8
Выбор давления в колонне К 2
Задаемся давлением на входе сырья в колонну К-2 в питательной секции из практических данных Рвх.= 0,20 МПа. На основании практических данных принимаем число тарелок в колонне n=38 шт. клапанного типа с боковым сливом. Гидравлическое сопротивление клапанной тарелки принимаем из справочных данных = 0,0008МПа [1, с.109].
Сырье вводиться на 6 тарелку.
Фракция (85-180) оС выводится с верху колонны в паровом состоянии (38 тарелка).
Фракция (180-240) оС выводится с 29 тарелки в жидком виде.
Фракция (240-290) оС выводится с 20 тарелки в жидком виде.
Фракция (290-350) оС выводится с 15 тарелки в жидком виде.
Подсчет тарелок начинается снизу колонны.
Определяем давление в сечении колонны по формуле
(6)
где - давление на входе в питательную секцию колонны, МПа;
- число тарелок между питательной секцией и секцией, с которой выводится фракция в рабочем сечении колонны К-2, шт;
n =n.выв.фр. – n.ввод сырья
- гидравлическое сопротивление тарелки, МПа.
= 0,2 – (38-6) 0,0008
= 0,174 МПа
= 0,2 – (29-6) 0,0008
= 0,182 МПа
= 0,2 – (20-6) 0,0008
= 0,189 МПа
= 0,2 – (15-6) 0,0008
= 0,193 МПа
Определение парциальных давлений
Определяем парциальное давление паров нефтяных фракций , МПа, по формулам
(7)
(8)
(9)
,(10)
где - давление в сечении колонны, с которой выводится соответствующая фракция, МПа;
- количество соответствующей нефтяной фракции из материального баланса колонны К-2, кг/с;
- молекулярная масса соответствующей фракции;
- общее количество водяного пара, кг/с;
- молекулярная масса водяного пара.
Определяем массовый расход острого орошения Gо.ор, кг/с, по формуле
Gо.ор=GБФ∙N,
где GБФ – массовый расход бензиновой фр.(85-180)⁰С, кг/с;
N – флегмовое число , принимаем 1,5. По справочным данным N = 1,5÷2 [1, с.56].
Gо.ор=12,17∙1,5Gо.ор=18,26 кг/сДля определения парциального давления паров фракции задаемся из практических данных общим расходом водяного пара, равным 1,5% (по литературным данным 1,5÷2,0%) от сырья и от каждой выводимой фракции.
Определяем расход водяного пара по формуле
(11)
где - расход сырья и соответствующих выводимых фракций, кг/с.





Определяем общий расход водяного пара
+ + (12)

Определяем молекулярную массу фракции по формуле Воинова
,(13)
где -средняя температура кипения фракции, оС.
Определяем среднюю температуру кипения фракции , оС, по формуле
(14)
где - температура начала кипения, оС;
- температура конца кипения, оС.










Пересчет давления Р, МПа, в Р, мм.рт.ст.

Определяем парциальное давление фракций , МПа (Р, мм.рт.ст.) по формулам (7), (8), (9), (10)






Рассчитанные парциальные давления фракций в колонне К-2 и материальный баланс установки используют для дальнейшего расчета теплового баланса и основных размеров колонны К-2.
Контрольные вопросы:
Какие существуют виды ректификационных колонн? Для чего они используются?
Опишите строение ректификационной колонны?
Опишите схему простой ректификационной колонны.
Опишите схему сложной ректификационной колонны.
Какие фракции получаются при атмосферной перегонке нефти?
Как строятся ИТК нефти и узких нефтяных фракций?
Как строятся ОИ при атмосферном и парциальном давлениях нефти и узких нефтяных фракций?
Практическое занятие № 5
Составление теплового баланса К-2. Расчет основных размеров колонны К-2.
Цель:
1. Ознакомиться с методами составления теплового баланса и расчета размеров основной атмосферной колонны К-2.
2. Овладеть методикой составления теплового баланса и расчета размеров основной атмосферной колонны К-2 на приведенном примере.
3. Выполнить расчет теплового баланса и размеров основной атмосферной колонны К-2 согласно своего варианта задания.
Время проведения занятия:
14 часов
Материальное обеспечение:
Миллиметровая бумага;
Линейка;
Карандаш;
Микрокалькулятор.
Пример расчета:
Для проведения расчета теплового баланса и основных размеров колонны К2 необходимо воспользоваться данными, полученными в практических работах № 3 и 4.
Определяем температурный режим колонны К-2
Составляем таблицы ИТК полуотбензиненной нефти
Пересчет выход отдельных фракций в пересчете на загрузку колонны К-2 осуществляем по формуле
А` = А •100%, (15)
В
где А` - выход на фракции на загрузку колонны, %масс.
А - выход фракции на нефть, %масс.
В - суммарный выход фракции на нефть, %масс.
Например, выход фракции (85-90)оС на загрузку колонны, % масс., равен
А`(85-90)оС = 0,60 •100%
94,00
А`(85-90)оС = 0,64%
Таблица 5 – ИТК полуотбензиненной нефти
Пределы отбора фракции, оС Выход каждой фракции, % масс.
На нефть На загрузку колонны Суммированый
85-90
90-100
100-110
110-120
120-130
130-140
140-150
150-160
160-170
170-180
180-190
190-200 0,60
1,40
1,00
1,20
1,20
1,60
1,60
1,80
1,40
1,701,50
1,80 0,64
1,49
1,06
1,28
1,28
1,70
1,70
1,91
1,79
1,81
1,60
1,91 0,64
2,13
3,19
4,47
5,75
7,45
9,15
11,07
12,55
14,36
15,96
17,87
200-210
210-220
220-230
230-240
240-250
250-260
260-270
270-280
280-290
290-300
300-310
310-320
320-340
340-360
360-380
380-400
400-420
420-450
450-500
остаток + потери (>500oC) 1,90
1,70
2,00
1,80
1,90
1,60
1,60
1,90
1,40
1,80
1,40
1,70
3,70
3,80
3,80
3,70
3,30
4,95
5,75
33,25 2,02
1,81
2,13
1,91
2,02
1,70
1,70
2,02
1,49
1,91
1,49
1,81
3,94
4,04
4,04
3,94
3,51
5,27
6,12
29,25 19,90
21,70
23,83
25,75
27,77
29,47
31,17
33,19
34,68
36,60
38,09
39,90
43,83
47,87
51,92
55,85
59,36
64,63
70,75
100,00
Итого 94,00 100,00 Строим кривую ИТК полуотбензиненной нефти на основании данных таблицы 5 в координатах Т,оС – суммированный выход, % масс., фракции.
Сначала откладывается на оси абсцисс выход газа (если он содержится в нефти) и из этой точки восстанавливается перпендикуляр, соответствующий по масштабу величине температуры начала кипения нефти.
В нашем примере выход фракции (85-90)оС составляет 0,64% масс, соответственно температура начала кипения полуотбензиненной нефти равна 85°С и выход 0%. Следующие точки получатся путем пересечения двух перпендикуляров, проведенных из точек: температура 90°С, суммированный выход 0,64% масс , температура 100°С, суммированный выход 2,13% и т.д.
Плавно соединяя соответствующие точки, получим кривые ИТК нефти.
Кривую разгонки вычерчивают на миллиметровой бумаге, рисунок подписывается, а кривая должна иметь обозначение «ИТК».
Определяем по кривой ИТК полуотбензиненной нефти температуры выкипания 10%, 50%, 70% отгона ПОН, o C. Наносим данные на график 1.
t10% = 155oC
t50% = 370oC
t70% = 480oC
Определяем угол наклона кривой ИТК нефти по формуле
А= t70%- t10%60 ,(16)
где t70% , t10% - температура выкипания 10%, 70% отгона по ИТК полуотбензиненной нефти, oC.
А=480 - 155
60
А =5,42
Определяем по графику Обрядчикова и Смидович [2, с.42] начало и конец однократного испарения (ОИ) полуотбензиненной нефти и по результатам строим линию ОИ полуотбензиненной нефти при 0,1 МПа.
0 % отгона по ОИ соответствует 5 % ИТК
100% отгона по ОИ соответствует 83 % ИТК
Определяем температуру равновесия системы t Л.Р.С., которая соответствует точке пересечения ИТК и ОИ при 0,1 МПа.
t Л.Р.С. = 210oC
-336904-189521ИТКОИ при 0,2 МПаОИ при 0,1 МПа
1510945161068
t10%=155oC
t50%=370oC
t70%=480oC
172529584455Л.Р.С.А=5,42
tЛРС=210oC
НОИ=5%
КОИ=83%
е=0,46

е=0,46

Рисунок 1 – ИТК и ОИ полуотбензиненной нефти
Чертим вертикальную линию равновесия системы через t Л.Р.С.
Строим линию ОИ полуотбензиненной нефти при парциальном давлении ввода сырья Рвх=1500,13 мм.рт.ст.
Построение прямой ОИ при парциальном давлении полуотбензиненной нефти проводим по методу Пирумова.
Для этого корректируем полученную температуру tЛ.Р.С. при пересечении ИТК и ОИ при атмосферном давлении на парциальное давление паров полуотбензиненной нефти по графику Кокса [2, с.45].
Для этого по графику Кокса на оси ординат находят точку, соответствующую температуре л.р.с. 210оС, и из этой точки проводят прямую линию, параллельно оси абсцисс, до пересечения с вертикальной линией, отвечающей атмосферному давлению 01 МПа (760 мм.рт.ст.). получают точку А, которая легла на искомый луч.
Затем от точки, соответствующей давлению 0,2МПа (1500,13 мм.рт.ст.) проводят вертикаль до пересечения с найденным лучом в точке В.
Из точки В проводят горизонтальную линию, параллельно оси абсцисс, до пересечения со шкалой температур в точке С.
Эта точка дает значение искомой температуры при парциальном давлении в питательной секции.

t = 230o C
Отмечаем температуру t = 230o C на линии равновесия системы.
Через полученную точку проводим прямую, параллельную прямой ОИ, построенную при атмосферном давлении 0,1 МПа.
Получаем прямую ОИ при расчетном парциальном давлении ввода сырья.
Определяем долю отгона в питательной части колонны е, при температуре 350 o C и давлении 0,20 МПа ввода сырья в колонну.
е = 0,46
На график заносим данные t10%, t50%, t70%, А, tЛРС, НОИ, КОИ, е.
Составляем таблицы ИТК по фракциям
Таблица 6 – ИТК БФ (85-180)оС
Пределы отбора фракции, оС Выход каждой фракции %масс.
На нефть На загрузку колонны Суммированый
85-90 оС
90-100 оС
100-110 оС
110-120 оС
120-130 оС
130-140 оС
140-150 оС
150-160 оС
160-170 оС
170-180 оС 0,60
1,40
1,00
1,20
1,20
1,60
1,60
1,80
1,40
1,70 4,45
10,37
7,41
8,89
8,89
11,85
11,85
13,33
10,37
12,59 4,45
14,82
22,23
31,12
40,01
51,86
63,71
77,04
87,41
100,00
Итого 13,50 100,00 Таблица 7 – ИТК КФ (180-240)оС
Пределы отбора фракции, оС Выход каждой фракции %масс.
На нефть На загрузку колонны Суммированый
180-190 оС
190-200 оС
200-210 оС
210-220 оС
220-230 оС
230-240 оС 1,50
1,80
1,00
1,70
2,00
1,80 14,02
16,82
17,76
15,09
18,69
16,82 14,02
30,84
48,59
64,49
83,18
100,00
Итого 10,7 100,00 Таблица 8 – ИТК ЗДТ (240-290)оС
Пределы отбора фракции, оС Выход каждой фракции %масс.
На нефть На загрузку колонны Суммированый
240-250
250-260
260-270
270-280
280-290 1,90
1,60
1,60
1,90
1,40 22,62
19,05
19,05
22,62
16,66 22,62
41,67
60,72
83,34
100,00
Итого 8,40 100,00 Таблица 9 – ИТК ЛДТ (290-350)оС
Пределы отбора фракции, оС Выход каждой фракции %масс.
На нефть На загрузку колонны Суммированый
290-300
300-310
310-320
320-340
340-350 1,80
1,40
1,70
3,70
1,90 17,14
13,33
16,19
35,24
18,10 17,14
30,47
46,66
81,90
100,00
Итого 10,50 100,00 Строим ИТК и ОИ фракций при атмосферном давлении Р = 0,1 МПа и соответствующем парциальном давлении.
Строим кривую ИТК фракции (85-180)oC на основании данных таблицы 6 в координатах Т,оС – суммированный выход, % масс., фракции.
Определяем по кривой ИТК температуры выкипания 10%, 50%, 70% отгона фракции (85-180)°С.
t10% = 95oC
t50% = 138oC
t70% = 155oC
Определяем угол наклона кривой ИТК фракции (85-180)°С по формуле (16)
А= 155 – 95 60А=1,0Определяем по графику Обрядчикова и Смидович начало и конец ОИ фракции (85-180)°С.
0 % отгона по ОИ соответствует 26 %
100% отгона по ОИ соответствует 63 %
Дальнейший расчет и построения ИТК ведем аналогично п. 1.1.
Строим линию ОИ фракции (85-180)o C при 0,1 МПа.
Определяем температуру равновесия системы tЛ.Р.С., которая соответствует точке пересечения линий ИТК и ОИ при 0,1 МПа.
t Л.Р.С. = 128o C
Чертим вертикальную линию равновесия системы через t Л.Р.С. = 128o C.
Строим линию однократного испарения фр. (85-180)°С при парциальном давлении РБФ= 960,21 мм рт. ст.
Температура пересечения Л.Р.С. с линией ОИ фр.(85-180)⁰С при парциальном давлении соответствует t= 132°C.
Через полученную точку проводим прямую, параллельную прямой ОИ, построенную при атмосферном давлении. Получаем прямую ОИ при расчетном давлении.
Температура конца линии ОИ при парциальном давлении является температура вывода фракции (85-180)⁰С в паровой фазе.
tвывода= 154°C

-32848744402ОИ при 0,128 МПаОИ при 0,1 МПаЛ.Р.С.ИТК
t10%=95oC
t50%=138oC
t70%=155oC
А=1,0
tЛРС=128oC
НОИ=26%
КОИ=63%
tвыв=154oC

Рисунок 2 – ИТК и ОИ фракции (85 - 180) °С
Строим кривую ИТК фракции (180-240)oC на основании данных таблицы 7 в координатах Т,оС – суммированный выход, % масс., фракции.
Определяем по кривой ИТК температуры выкипания 10%, 50%, 70% фракции (180-240)°С
t10% = 187oC
t50% = 21 oC
t70% = 223oC
Определяем угол наклона кривой ИТК фракции (180-240)°С по формуле (16)
А= 223 – 187 60А=0,6Определяем по графику Обрядчикова и Смидович начало и конец ОИ фракции (180-240)°С.
0 % отгона по ОИ соответствует 38 %
100% отгона по ОИ соответствует 57 %
Дальнейший расчет и построение графика ведем аналогично п. 1.1.
Строим линию ОИ фракции (180-240)o C при 0,1 МПа.
Определяем температуру, которая соответствует точке пересечения кривой ИТК и ОИ при 0,1 МПа.
t Л.Р.С. = 209oC
Чертим линию равновесия системы при t Л.Р.С. = 209oC.
Строим линию ОИ фракции (180-240)°С при парциальном давлении РК.Ф=311,69 мм рт. ст.
Температура пересечения Л.Р.С. с линией ОИ фр.(180-240)⁰С при парциальном давлении соответствует t= 175°C.
Температура начала линии ОИ при парциальном давлении является температура вывода фракции (180 -240)°С в жидкой фазе.
tвывода= 170°C
Строим кривую ИТК фракции (240-290)oC на основании данных таблицы 8 в координатах Т,оС – суммированный выход, % масс., фракции.
Определяем по кривой ИТК температуры выкипания 10%, 50%, 70% отгона фракции (240-290)°С.
t10% = 244oC
t50% = 264oC
t70% = 274oC
Определяем угол наклона кривой ИТК фракции (240-290)°С по формуле (16)
А= 274 – 244 60А=0,52Определяем по графику Обрядчикова и Смидович начало и конец ОИ фракции (240-290)°С.
0 % отгона по ОИ соответствует 40 %
100% отгона по ОИ соответствует 55 %
Дальнейший расчет и построение графика ведем аналогично п. 1.1.
Строим ОИ фракции (240-290)o C при 0,1 МПа.
Определяем температуру, которая соответствует точке пересечения кривой ИТК и ОИ при 0,1 МПа.
t Л.Р.С. = 262oC
Чертим линию равновесия системы при t Л.Р.С. = 262oC.
Строим линию ОИ фракции (240-290)°С при парциальном давлении РЗДФ=175,96 мм рт. ст.
Температура пересечения Л.Р.С. с линией ОИ фр. (240-290)⁰С при парциальном давлении соответствует t = 210°C.
Температура начала линии ОИ при парциальном давлении является температура вывода фракции (240-290)°С в жидкой фазе.
tвывода= 206°C
Строим кривую ИТК фракции (290-350)oC на основании данных таблицы 9 в координатах Т,оС – суммированный выход, % масс., фракции

Определяем по кривой ИТК температуры выкипания 10%, 50%, 70% отгона фракции (290-350)°С.
t10% = 296oC
t50% = 322oC
t70% = 333oC
Определяем угол наклона кривой ИТК фракции (290-350)°С по формуле (16)
А= 333 – 29660А=0,63Определяем по графику Обрядчикова и Смидович начало и конец ОИ фракции (290-350)oC
0 % отгона по ОИ соответствует 39 %
100% отгона по ОИ соответствует 56 %
Дальнейший расчет и построение графика ведем аналогично п. 1.1.
Строим линию ОИ фракции (290-350)oC при 0,1 МПа
Определяем температуру, которая соответствует точке пересечения кривой ИТК и ОИ при 0,1 МПа
t Л.Р.С. = 319oC
Чертим линию равновесия системы при t Л.Р.С. = 319oC.
Температура пересечения Л.Р.С. с линией ОИ фр.(290-350)⁰С при парциальном давлении РЛДФ = 163,78 мм рт. ст. t = 250оС.
Температура начала линии ОИ при парциальном давлении является температура вывода фракции (290 - 350)°С в жидкой фазе.
tвывода= 246°C
Определяем температуру низа колонны К-2
В расчете принимаем среднее значение разницы температур низа колонны и ввода сырья, равное 20оС [1, с.235].
tниза = tв.сырья-20,
tниза = 350-20
tниза =330 оС
Данные вывода фракций при парциальном давлении сводим в таблицу.
Таблица 10 – Температуры вывода фракций
Пределы отбора фракции (85-180) оС (180-240) оС (240-290) оС (290-350) оС tниза оС
Температура
вывода, оС(К) 154 (427) 170 (443) 206 (479) 246 (519) 330 (603)
Определяем тепловой баланс основой атмосферной колонны К-2
Атмосферная колонна является сложной ректификационной колонной. Избыточное тепло в колонне снимается сверху колонны с помощью острого орошения и по высоте колонны с промежуточными циркуляционными орошениями. Количество циркуляционных орошений рекомендуется принимать равным количеству боковых фракций.
На основании практических данных задаемся температурой ввода сырья в колону tвв. =350 оС (623К) и найденной долей отгона е=0,46.
Определяем количество тепла приходящие с паровой частью сырья Q1, кВт, по формуле
,(17)
где - количество паровой части сырья, кг/c;
- энтальпия паров сырья при tввода., кДж/кг [3, с.332].
Определяем количество паровой части сырья Gn, кг/с, по формуле
Gп = Gc · e,(18)
где Gc – количество сырья, кг /с;
e – доля отгона.
кг /с
Задаемся плотностью сырья и определяем по формуле Филонова
=(18)
где а- объемный коэффициент расширения [2, с.214].
а = 0,000660

Определяем энтальпию паров I623, кДж/кг, по формуле
, (19)
где Imax - максимальное значение энтальпии паров нефти при меньшей плотности, кДж/кг [3, с.332];
Imin - минимальное значение энтальпии паров нефти при большей плотности, кДж/кг [3, с.332];
- разность плотностей между текущей плотностью сырья и большей плотностью по таблицам значения энтальпий нефтепродуктов.
Δ= (0,900 – 0,883) · 1000
Δ = 17
,

Определяем количество тепла приходящее с жидкой частью сырья ,кВт, по формуле
,(20)
где - количество жидкой части сырья, кг/c;
- энтальпия жидкого сырья [3, с.328].
(21)

Определяем энтальпию жидкости , кДж/кг, по формуле
, (21)
где imax - максимальное значение энтальпии жидкой нефти при меньшей плотности, кДж/кг [3, с.328];
imin - минимальное значение энтальпии жидкой нефти при большей плотности, кДж/кг [3, с.328];
- разность плотностей текущей плотностью сырья и большей плотностью по таблицам значения энтальпий нефтепродуктов.


Определяем количество тепла, приходящее с водяным паром кВт, по формуле (17)
,
где - количество водяного пара, кг/c;
- энтальпия перегретого водяного пара при 653 К, кДж/кг [2, с.236].
Принимаем температуру водяного пара 380оС (653К) и давление 3,0МПа из практических данных [1, с.234]. Определяем энтальпию водяного пара по формуле
, (22)
где Imax - максимальное значение энтальпии водяного пара при меньшей температуре, кДж/кг;
Imin - минимальное значение энтальпии водяного пара при большей температуре, кДж/кг;
t – разность температур, оС.


Определяем количество тепла приходящее с острым орошением Q4, кВт, по формуле
Q4=Gо.ор. ∙iо.ор.,(23)
где Gо.ор. - количество острого орошения, кг/с;
iо.ор. - энтальпия острого орошения, кДж/кг.
Определяем массовый расход острого орошения Gо.ор, кг/с, по формуле
Gо.ор=Gб∙N, (24)
где Gб – массовый расход бензиновой фр.(85-180)⁰С, кг/с;
N – флегмовое число , принимаем 1,5 [1, с.56].
Gо.ор=12,17∙1,5Gо.ор=18,26 кг/сПринимаем температуру острого орошения 40оС (313К) по практическим данным.
Задаемся плотностью бензина ρ277293 = 0,735
Определяем плотность ρ288288 бензина по формуле (18), где α = 0,000857

Δ= (0,750 – 0,739) · 1000
Δ = 11
iо.ор.313=83,90-81,0650∙11+81,06iо.ор.313=81,68 кДж/кгQ4 = 18,26 · 81,68
Q4= 1491,07 кВт

Определяем общий приход тепла , кВт
Определяем общий приход тепла , кВт, по формуле
(25)

Определяем расход тепла с бензиновой фракцией (85-180) оС, , кВт, по формуле
,(25)
где - количество бензиновой фракции (85-180) оС, кг/c;
- энтальпия бензиновой фракции (85-180) оС по парам, [3, с.332].
Определяем плотность и энтальпию , кДж/кг, фракции при заданной температуре по формулам (18) и (21)


Определяем расход тепла, с керосиновой фракцией(180-240) оС , кВт, по формуле
, (26)
где - количество керосиновой фракции (180-240) оС, кг/c;
- энтальпия керосиновой фракции (180-240) оС по жидкости, [3, с.328].
Определяем плотность и энтальпию , кДж/кг, фракции при заданной температуре по формулам (18) и (21)

Определяем расход тепла с зимней дизельной фракцией (240-290)оС, , кВт, по формуле

,(27)

где - количество зимней дизельной фракции (240-290)оС, кг/c;
- энтальпия зимней дизельной фракции (240-290)оС по жидкости, [3, с.328].
Определяем плотность и энтальпию , кДж/кг, фракции при заданной температуре по формулам (18) и (21)

Определяем расход тепла с летней дизельной фракцией (290-350)С, , кВт,по формуле
,(28)

где - количество летней дизельной фракции (290-350)оС, кг/c;
- энтальпия летней дизельной фракции (290-350)оС по жидкости, [3, с.328].
Определяем плотность и энтальпию , кДж/кг, фракции при заданной температуре по формулам (18) и (21)


Задаемся температурой низа колонны (мазута) 330 оС и
Определяем плотность и энтальпию , кДж/кг, фракции при заданной температуре по формулам (18) и (21)


Определяем расход тепла с водяным паром , кВт, по формуле

,(29)
где - количество общего водяного пара, кг/c;
- энтальпия насыщенного водяного пара при 427К, кДж/кг [2, с.235].
Температура водяного пара принимается в соответствии с температурой фракции, с которой водяной пар выводится (в данном случае при температуре вывода БФ (85-180)оС).
=2757,80 кДж/кг

Определяем общий расход тепла , кВт, по формуле

=+++++ (30)


Определяем общее количество тепла, снимаемое общим орошением , кВт, по формуле
(31)
89409,16-60361,68
=29047,48 кВт
Определяем общее количество тепла, снимаемое острым орошением , кВт, по формуле
,(32)
где - энтальпия бензиновой фр.(85-180) ⁰С при температуре ввода, равной 40оС (313К), кДж/кг
- энтальпия бензиновой фр.(85-180) ⁰С при температуре вывода, равной 154оС (427К), кДж/кг

Определяю количество тепла, снимаемое циркуляционным орошением ,кВт, по формуле
=(33)

Таблица 12 - Тепловой баланс колонны К -2
Наименование G,кг/c T,K I,i,кДж/кг Q,кВт
Приход: 1 С сырьем 1.1 в паровой части 39,01 623 0,883 1065,43 41562,42
1.2 в жидкой части 47,49 623 0,883 849,75 40354,63
2 С водяным паром 1,854 653 1,000 3236,8 6001,03
3 С острым орошением 18,26 313 0,739 81,68 1491,08
Итого 104,914 89409,16
Расход: С фракцией (85-180)оС 12,17 427 0,739 649,82 7908,31
С фракцией (180-240) оС 9,65 443 0,789 390,81 3771,32
С фракцией (240-290) оС 7,57 479 0,844 456,79 3457,90
С фракцией (290-350) оС 9,47 519 0,854 560,26 5305,67
С фракцией (350-к.к.) оС 45,94 603 0,958 757,63 34805,52
С водяным паром 1,854 427 1,000 2757,80 5112,96
С острым орошением 18,26 313 0,739 81,68 10371,40
С циркуляционным орошением 18676,08
Итого 104,914 89409,16
Расчет основных размеров колонны К-2
Определяем диаметр питательной секции колонны К-2 Dн, м, по формуле
Dн=4∙Vc3,14∙ω , (34)где Vc – наибольший объем паров, проходящих через сечение колонны, м3/с;
ω – допустимая скорость паров в полном сечении колонны, м/с.
Определяем объем паров, проходящих через поперечное сечение аппарата в единицу времени Vc, м3/с, по формуле
Vc=22,4∙tвв.+273π0273∙πi∙Gп+G1Mн+Gо.в.п.18, (35)где Gп – массовый расход паровой фазы сырья, кг/с;
G1 – количество паров, поступающих в питательную секцию с верхней тарелки отгонной части, кг/с;
Gо.в.п.- общий расход водяного пара, кг/с;
Mн – молекулярная масса нефти;
π0 – атмосферное давление (принимаем 0,1 МПа), МПа;
πi – давление на входе сырья в питательную секцию колонны, МПа.
t – температура ввода сырья в питательную секцию колонны, 0С.
Определяем молекулярную массу нефти Mн по формуле Крега
Mн=44,25∙ρ2882881,03-ρ288288 , (36)
где ρ288288- относительная плотность нефти при 15оС.
ρ288288=0,883
Mн=44,25∙0,8831,03-0,883Mн=265,80
Определяем плотность паров pп, кг/м3, по формуле
pп=Gп+G1+Gо.в.п.Vc, (37)G1=Gж+g1-Gм,
где Gж- количество жидкой части сырья, кг/с;
g1- количество жидкости, стекающей с нижней тарелки концентрационной части, кг/с;
Gм- количество остатка мазута, кг/с.
Принимаем количество флегмы постоянным.
g1=g2g2=QБФIБФ-iБФ , (38)
где g2- количество жидкости, стекающей с верхней тарелки концентрационной части, кг/с;
QБФ- количество тепла, снимаемого бензиновой фракцией при температуре вывода фракции, кВт;
IБФ- энтальпия паров бензиновой фракции при температуре вывода, кДж/кг;
iБФ- энтальпия жидкой бензиновой фракции при температуре вывода, кДж/кг.
Определяем энтальпии паровой и жидкой фаз бензиновой фракции при температуре вывода I (i), кДж/кг, по формуле (19) и (21)


Находим g2, кг/с по формуле (38)

Находим G1, кг/с по формуле
G1 = 47,49 + 26,30 – 45,94
G1= 27,85 кг/с
Находим Vc,м3спо формуле (35)
Vc=22,4∙350+273∙0,1273∙0,2∙39,01+27,85265,80+1,67118Vc=8,80м3/сНаходим pп, кг/м3 по формуле (37)
pп=39,01+27,85+1,6718,80pп=7,79кг/м3Определяем плотность нефти при температуре ввода ρ4350, кг/м3, по формуле
ρ4t=ρ420-α∙t-20, (39)где ρ420 – относительная плотность нефти;
t – температура ввода сырья, 0С;
α – поправка к плотности на 1°С.
ρ4350=0,880-0,000660∙350-20ρ4350=0,662ρ350=0,662∙1000ρ350=662 кг/м3Определяем максимально допустимую скорость паров ω, м/с, по формуле
ω=0,305∙K3600∙ρ4t-ρпρп, (40)где K – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками. Принимаем К=600 (2, с.55);
ρ4t – плотность сырья при температуре ввода в колонну, кг/м3;
ρп – плотность сырья в паровой фазе, кг/м3.
ω=0,305∙6003600∙662-7,797,79 ω=0,47 м/сОпределяем диаметр питательной части колонны К-2 Dн, м, Dн=4∙8,803,14∙0,47 Dн=4,88 мПринимаем диаметр питательной части колонны К-2, равный действующему на установке или ближайшему большему по ГОСТ [2, с.56].
Dн=5,00 мОпределяем диаметр верха колонны
Dв=4∙Vc3,14∙ω , (41)где Vc – наибольший объем паров, проходящих через верх колонны, м3/с;
ω – допустимая скорость паров в верху колонны, м/с.
Определяем объем паров в верху колонны Vc, м3/с, по формуле
Vc=22,4∙tБФ+273π0273∙πi∙GБФ+Gо.ор.Mб+Gо.в.п.18, (42)где GБФ – массовый расход бензиновой фракции, кг/с;
Gо.в.п.- общий расход водяного пара, кг/с;
Gо.ор.- расход острого орошения, кг/с;
MБФ – молекулярная масса бензиновой фракции;
π0 – атмосферное давление (принимаем 0,1 МПа), МПа;
πi – давление на входе сырья в питательную секцию колонны, МПа;
tБФ – температура вывода бензиновой фракции, 0С.
Находим Vc, м3/с, по формуле (42)
Vc=22,4∙154+2730,1273∙0,2∙12,17+18,26117,31+1,67118Vc=6,16 м3/сОпределяем плотность паров в верху колонны pп, кг/м3, по формуле
pп=Gб+Gо.ор.+Gв.п.Vc (43)pп=12,17+18,26+1,6716,16pп=5,21 кг/м3Определяем плотность бензиновой фракции при температуре вывода ρ4154, кг/м3, по формуле (39)
ρ4154=0,735-0,000857∙154-20ρ4154=0,620ρ154=0,620∙1000ρ154=620 кг/м3Определяем скорость паров в верху колонны ω, м/с
ω=0,305∙K3600∙ρ4t-ρпρп, (44)где K – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками. Принимаем К=600 (2, с.55);
ρ4t – плотность бензиновой фракции при температуре вывода из колонны, кг/м3;
ρп – плотность бензиновой фракции в паровой фазе в верху колонны, кг/м3.
ω=0,305∙6003600∙620-5,215,21 ω=0,552м/сОпределяем диаметр верха колонны К-2 Dв, м, по формуле (41)
Dв=4∙6,163,14∙0,552 Dв=3,77 мПринимаем диаметр верха колонны К-2 Dв, м, равный действующему на установке или ближайшему большему по ГОСТ [2, с.56].
Dн=3,80 мКолонна К-2 переменного сечения: Dн=5,00 м , Dв=3,80 м.
Определяем высоту колонны К-2 Hкол., м, по формуле
Н = h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7, (45)где h1 – расстояние от первого слоя тарелки до верхнего днища, м;
h2 – высота питательной секции, м;
h3 – высота, занятая тарелками, м;
h4 – высота отгонной части, м;
h5 – высота уровня жидкости от низа колонны до нижней тарелки, м;
h6 – высота остатка, исходя из запаса остатка на 600 секунд, м;
h7 - высота юбки, м.
h1 = 0,5 ∙ Dв + 0,2, (46)где Dв – диаметр верха колонны, м.
h1 = 0,5 ∙ 3,8+ 0,2h1=2,10 мh2= n- 1∙а, (47)где а – расстояние между тарелками, принимаем 0,60 м;
n – число тарелок в концентрационной части, шт.
h2= 32- 1∙0,6h2=19,80 мh3= 3 ∙ а, (48)где а – расстояние между тарелками, принимаем 0,60 м.
h3= 3 ∙ 0,6h3=1,80 м
h4= n- 1∙а, (49)где а – расстояние между тарелками, принимаем 0,60 м;
n – число тарелок в концентрационной части, шт.
h4= 6 – 1∙0,6h4=3,00 м Величину h5- принимаем равной 2,00 м (2, с.57).
h6=VмF, (50)Vм=Gм∙600ρмt, (51)F=3.14*Dн24, (52)где Gм – количество остатка (мазута), кг/с;
Dн - диаметр низа колонны, м;
ρмt – плотность мазута при температуре низа колонны, кг/м3;
600 – запас жидкости (принимают, исходя из 5-10 – минутного запаса продукта внизу колонны, необходимо для нормальной работы насоса), сек.
ρ4330=0,958-0,000567∙330-20ρ4330=0,782ρ330=0,782∙1000ρ330=782 кг/м3F=3.14*25,04F=19,625 м2Vм=45,94∙600782Vм=35,25 м3 h6=35,2519,625 h6=1,80 мВысоту юбки h7, принимаем из практических данных 4,00 м [2, с.58].
Hкол. = 2,10+19,80+1,80+3,00+2,00+1,80+4,00Hкол.=34,50 м Таблица 13 – Габаритные размеры колонны К2
Диаметр верхней части колонны, м Диаметр нижней части колонны, м Высота колонны, м
3,80 5,00 34,50
Контрольные вопросы:
Как определяется температура паров и жидкости в колонне?
Опишите способы снятия избыточного тепла в ректификационной колонне.
Опишите схему острого орошения.
Опишите схему острого орошения.
Как подводится тепло в нижнюю часть колонны?
Для чего вводится водяной пар?
Для чего используется вакуум в колонне?
Варианты задания для самостоятельной работы студентов к практическим работам № 3, 4, 5.
Таблица 14 - Исходные данные для расчета
Вариант Сырье Производительность установки, т/г Число дней Давление ввода сырья Рвх, МПа Температуре ввода сырья, оС
1 о. о. нефть 2 000 000 320 0,20 350
2 о. о. нефть 4 000 000 320 0,22 355
3 о. о. нефть 6 000 000 320 0,21 345
4 о. о. нефть 8 000 000 320 0,19 350
5 о. о. нефть 9 000 000 320 0,23 355
6 о. о. нефть 2 000 000 330 0,20 345
7 о. о. нефть 4 000 000 330 0,22 350
8 о. о. нефть 6 000 000 330 0,21 355
9 о. о. нефть 8 000 000 330 0,20 345
10 о. о. нефть 9 000 000 330 0,22 350
11 о. о. нефть 2 000 000 340 0,23 355
12 о. о. нефть 4 000 000 340 0,20 345
13 о. о. нефть 6 000 000 340 0,21 350
14 о. о. нефть 8 000 000 340 0,19 355
15 о. о. нефть 9 000 000 340 0,23 345
16 о. о. нефть 2 000 000 350 0,20 350
17 о. о. нефть 4 000 000 350 0,22 355
18 о. о. нефть 6 000 000 350 0,21 345
19 о. о. нефть 8 000 000 350 0,19 350
20 о. о. нефть 9 000 000 350 0,22 355
21 о. о. нефть 2 000 000 360 0,20 345
22 о. о. нефть 4 000 000 360 0,22 350
23 о. о. нефть 6 000 000 360 0,21 355
24 о. о. нефть 8 000 000 360 0,20 345
25 о. о. нефть 9 000 000 360 0,23 350
26 о. о. нефть 2 000 000 365 0,20 355
27 о. о. нефть 4 000 000 365 0,22 345
28 о. о. нефть 6 000 000 365 0,21 350
29 о. о. нефть 8 000 000 365 0,23 355
30 о. о. нефть 9 000 000 365 0,22 345
Таблица 15 – Данные разгонки смеси Западносибирских нефтей
Фракция, ºС Выход, % масс Суммарный выход, % масс
УВГ 1,84 23-35 1,86 35-62 1,32 62-85 2,28 85-105 2,85 105-130 3,08 130-145 2,25 145-160 2,25 160-170 1,47 170-180 1,48 180-210 4,01 210-240 4,01 240-260 3,26 260-280 3,27 280-290 2,11 290-300 2,11 300-330 5,42 330-340 1,46 340-350 1,47 350-360 1,47 360-370 1,48 370-380 1,48 380-390 1,52 390-400 1,52 400-410 1,34 410-420 1,34 420-435 1,66 435-450 1,67 450-480 3,10 480-500 3,10 500-520 1,28 520-540 2,11 540-560 1,91 560-к.к. 26,95 Потери 0,27 Итого 100,00 Число тарелок в колонне n = 40 шт. Сырье вводиться на 7 тарелку. Фракция (85-180)оС выводится с верху колонны. Фракция (180-240)оС выводится с 30 тарелки. Фракция (240-290)оС выводится с 22 тарелки. Фракция (290-350)оС выводится с 17 тарелки.
сырья =0,883
БФ=0,736
КФ=0,787
ЗДТ=0,843
ЛДТ=0,853
мазут=0,956
6 Оформление отчета
Отчет по практическим работам оформляется на листах формата А4 с рамкой, поля слева - 2.5 см, сверху и снизу - 2.0 см, справа - 1.0 см. в штампе рамки указывается код специальности, название предмета, номер практической работы и вариант, например, ПР.180209.МДК2.1.02.25.ТО
Отчет должен содержать содержание выполненных практических работ и титульный лист.
Слово «СОДЕРЖАНИЕ» записывают в виде заголовка заглавными буквами, выравнивая по центру. Практические работы, включенные в содержание, записывают строчными буквами, начиная с заглавной буквы.
Между заголовками, основным текстом и формулами пропускается одна строка.
Каждая новая формула пишется с новой строки с выравниванием по середине и должны иметь пояснение. Перед ссылкой на формулу двоеточие не ставится. Рассчитанные величины должны иметь размерность. Значения символов, числовых коэффициентов, входящих в формулу приводятся непосредственно под формулой. Значение каждого символа пишется с новой строки в той же последовательности, в какой эти символы приведены в формуле. Первая строка символов должна начинаться со слова «где» без двоеточия после него.
Все формулы в нумеруются арабскими цифрами в пределах раздела. Номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы, разделенных точкой. Номер указывают с правой стороны листа на уровне формулы в круглых скобках
Рисунки следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией. Слово "Рисунок" и наименование помещают непосредственно под рисунком. На все рисунки документа должны быть приведены ссылки в тексте документа, при ссылке следует писать слово «рисунка» с указанием ее номера.
При оформлении таблиц название следует помещать над таблицей. Слово «Таблица» указывают один раз слева над первой частью таблицы, над другими частями пишут слова «Продолжение таблицы» с указанием номера таблицы.Таблицы, за исключением таблиц приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией. На все таблицы документа должны быть приведены ссылки в тексте документа, при ссылке следует писать слово «таблица» с указанием ее номера.
Заголовки граф и строк таблицы следует писать с заглавной буквы, а подзаголовки граф - со строчной буквы, если они составляют одно предложение с заголовком, или с заглавной буквы, если они имеют самостоятельное значение. В конце заголовков и подзаголовков таблиц точки не ставят. Заголовки и подзаголовки граф указывают в единственном числе. Разделять заголовки и подзаголовки диагональными линиями не допускается. При необходимости допускается перпендикулярное расположение заголовков граф.
Если цифровые или иные данные в графе таблицы не приводятся, то в графе ставят прочерк. Числовые величины в одной графе приводятся с одинаковым количеством десятичных знаков. Если цифровые данные и графах таблицы имеют различную размерность, она указывается и заголовке каждой графы. Если все параметры, размешенные в таблице, имеют одну размерность, сокращенное обозначение единицы измерения помещают над таблицей.
Графики выполняются на миллиметровой бумаге простым карандашом, названия осей координат, размерность, построенных линий, определяемых данных по графику пишутся ручкой. Размерность оси ординат указывается с двух сторон графика.
Ссылку на литературные источники (монографии, учебники, журнальные статьи и т.д.) производят, указывая в квадратных скобках номер литературного источника по списку литературы, записанный арабскими цифрами без точки, например, [5].
Оформление титульного листа и содержание
Министерство образования Нижегородской области
ГБПОУ КНТ им. Б.И. Корнилова
Система качества образовательного учреждения
Практические работы
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
по дисциплине «МДК 02.01 Управление технологическим процессом»
ПР.180209.МДК2.1.00.00.ТО
ВыполнилПроверил
студент группыпреподаватель
2011 – ТНГ – 55ДАзова О.С.
Сорокина Яна
Кстово 2015
1 ПР.180209.МДК2.1.03.00.ТО
Составление материального баланса установки АВТ на основе потенциального содержания фракции в нефти. № стр.
2 ПР.180209.МДК2.1.04.00.ТО
Составление материального баланса основной атмосферной колонны К-2. 3 ПР.180209.МДК2.1.05.00.ТО
Составление теплового баланса К-2. Расчет основных размеров колонны К-2. СОДЕРЖАНИЕ
ПР.180209.МДК2.1.00.00.ТО
Изм. Лист № докум. Подп. Дата бббб
Разраб. Сорокина Я. Сорокина Практические работы по дисциплине «МДК 02. 01 Управление технологическим процессом » Лит. Лист Листов
Пров. Азова О.С. 2 15
2011 – ТНГ – 55Д
Н. контр. Утв. Сорокина Я. ПР.180209.МДК2.1.00.00.ТО Лист
Азова О.С. 3
Изм. Лист № докум Подпись Дата Литература
И.А. Александров Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы, расчеты и основы конструирования. – М.: Химия, 1971. – 296с.
А.Г. Сараданашвили, А.И.Львова Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. – 2-е изд., пер. и доп. – М., химия, 1980. – 256с., ил.
А.А. Кузнецов, С.М. Кагерман, Е.Н. Судаков расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, пер. и доп. Л., «Химия», 1974. – 334с., ил.
М.Г. Рудин, В.Е Сомов, А.С. Фомин карманный справочник нефтепереработчика. / под редакцией М.Г.Рудина. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. – 336с.