Деасфальтизация гудрона

Принимаем следующие параметры  греющего пара: давление Р = 0,6 МПа, температура  t_s = 158°С, теплота конденсации г = 500 ккал/кг (2117 кДж/кг) [6, с.550]. Коэффициент удержания тепла в теплообменнике принимаем равным 0,95.

Расход пара составит:

Z=

 

 

 

 

2.5.2 Расчет давления в колонне.

В процессе деасфальтизации пропан должен находиться в жидком состоянии. Для этого в колонне поддерживается давление, на 0,3 — 0,4 МПа превышающее давление насыщенного пара пропана при максимальной рабочей температуре.

Технический пропан, применяемый  на установках деасфальтизации, содержит примеси этана и бутана, которые несколько изменяют давление насыщенных паров смеси по сравнению с чистым пропаном.

Рабочее давление в деасфальтизационной колонне определяют по формуле:

P_i∙x_i=P

где Pi — давление насыщенных паров компонента i при температуре однократного испарения, МПа; X'i — мольная доля компонента i в техническом пропане; Р — давление в системе, МПа.

Принимаем рабочую температуру  в колонне t = 80°С. При температуре 80°С по графику Кокса давление насыщенных паров чистого пропана Pi = 3,1 МПа.

С учетом примесей давление насыщенных паров смеси по сравнению  с чистым пропаном несколько изменится. Результаты расчета давления в системе  приведены в таблице 4.

Таблица 4. К расчету давления в колонне

Компонент	Мольная доля, X’i	Pi, Мпа	X’I Pi, МПа
С2Н6	0.044	10.0	0.44
С3Н8	0.948	3.1	2.94
С4Н10	0.008	1.18	0.01
Сумма:	1.000		3.39

При температуре 80°С давление в системе составляет Р = 3,39 МПа.

Принимаем давление в колонне  на 0,4 МПа выше, чем давление насыщещного пара пропанового растворителя при рабочей температуре 75°С.

Р = 3,39 + 0,4 = 3,79 ≈ 3,8 МПа

2.5.3 Расчет процесса отгонки растворителя от раствора деасфальтизата

Заданная для расчета  колонна К-3 предназначена для  выделения растворителя (пропана) из практически нелетучего остатка (деасфальтизата).

Технологический режим, а  также производительность установки  приняты на основании промышленных данных:

Производительность установки  по деасфальтизату 510 т/год или т/ч;

Раствор деасфальтизата на выходе из экстракционной колонны содержит пропана т/ч.

В испарителях первой и  второй ступени испаряется 98% пропана  из раствора деасфальтизата.

В отстойной части отпарной колонны К-3 испаряется 90% поступающего пропана.

Давление в отпарной колонне кПа.

Температура низа отпарной колонны °К

Содержание растворителя в нижнем продукте (остатке) колонны  масс.%

Расход перегретого водяного пара кг/ч

Молекулярная масса пропана  М₁ = 44 кг/кмоль.

Молекулярная масса деасфальтизата М₂ = 524 кг/кмоль.

Плотность деасфальтизата кг/м³.

Процесс ректификации в колонне  протекает в присутствии перегретого  водяного пара. Ввиду того, что исходное сырье представляет собой бинарную систему, состоящую из летучего растворителя и практически нелетучего деасфальтизата, можно считать, что по всей высоте колонны паровой поток будет состоять только из паров растворителя и водяного пара.

Определение элементов ректификации в отгонной колонне проводим аналитическим  методом «от тарелки к тарелке» путем использования уравнений  материального и теплового балансов, уравнения изотермы жидкой фазы бинарного раствора и уравнения Авогадро-Дальтона.

Расчет количества верхнего и нижнего продуктов  колонны

Из уравнения материального  баланса колонны находим количество D верхнего продукта, который представляет собой чистый растворитель, так как деасфальтизат практически нелетуч.

Количество пропана в  сырье колонны

 кг/ч

Производительность колонны  по сырью

 кг/ч

Содержание пропана в  сырье колонны (масс. доля)

Количество верхнего продукта

 кг/ч

Количество нижнего продукта

 кг/ч

 

2.5.4 Определение  элементов ректификации

Первое межтарелочное отделение

 

Количество паров растворителя , отгоняющегося из флегмы, стекающей в низ колонны, находим из уравнения Авогадро-Дальтона

, откуда 

где - парциальное давление паров остатка, состоящего из весьма малого количества растворителя и деасфальтизата;

- парциальное давление водяного  пара в низу колонны.

Находим парциальное давление паров остатка в низу колонны  по уравнению изотермы жидкой фазы

где , - давления насыщенных паров соответственно растворителя и деасфальтизата при °К;

- мольная доля растворителя  в остатке.

Так как деасфальтизат практически нелетуч, то , и следовательно

Пересчитаем состав остатка  с массовых долей на мольные

где - молекулярная масса остатка, равная

кг/кмоль,  тогда

 

По таблице определяем давление насыщенного пара пропана  при °К, кПа, тогда

 кПа

Парциальное давление водяного пара

 кПа

Найдем количество паров  растворителя, отгоняющегося из флегмы, стекающей в низ колонны, из уравнения  Авогадро-Дальтона:

 кг/ч

Количество флегмы, стекающей с нижней тарелки найдем из уравнения материального баланса объема колонны, заключенного между ее низом и первым межтарелочным отделением (под первой тарелкой):

 кг/ч

Состав этой флегмы определим  из уравнения концентраций для того же сечения колонны:

, откуда

Здесь , так как в любом сечении колонны пары состоят только из растворителя, а деасфальтизат практически нелетуч.

Мольный состав флегмы:

Теперь определим энтальпию  и температуру флегмы.

Энтальпию флегмы найдем из уравнения теплового баланса  объема колонны, заключенного между  ее низом и первым межтарелочным отделением

, откуда

где - энтальпия паров растворителя при °К, кДж/кг;

- энтальпия остатка при °К, кДж/кг;

- энтальпия водяного пара  при °К, кДж/кг;

- энтальпия водяного пара  при его подаче в колонну  (принимается равной  ).

Энтальпию паров растворителя находим по таблице  кДж/кг;

Энтальпию остатка находим  по таблице [1, с.329] , считая его за чистый деасфальтизат

 кДж/кг;

Найдем энтальпию флегмы

 кДж/кг

Ввиду малого содержания во флегме растворителя, можно без заметной погрешности считать ее чистым деасфальтизатом. Энтальпии флегмы соответствует температура °К. Равенство температур и объясняется только тем, что внизу колонны из 63728,5 кг флегмы испаряется всего 0,5 кг растворителя, что практически не влияет на температуры потоков.

Второе межтарелочное отделение

Для всех последующих отделений  расчет проводим по той же схеме, как  и для первого отделения.

Температура в отделении °К

кПа

 кПа

 кг/ч

 кг/ч

Энтальпия паров растворителя остается неизменной, так как температура  не изменилась, кДж/кг;

Энтальпия остатка тоже не меняется, кДж/кг;

 кДж/кг

Эта энтальпия также соответствует  температуре  °К. Постоянство температуры, объясняется тем же.

Третье межтарелочное отделение

Температура в отделении °К

 кПа

 кПа

 кг/ч

 кг/ч

Количество паров растворителя кг/ч значительно превышает его количество, содержащееся в сырье ( кг/ч), подаваемом в колонну. Этого не может быть, так как ни в какие другие точки колонны растворитель извне не подается.

Количество флегмы кг/ч, стекающей на 2 тарелку, превосходит количество сырья ( кг/ч), подаваемого в колонну. Этого также быть не может, так как, наверх колонны никакого орошения не подается.

Поэтому при выбранном  расходе водяного пара, принятой температуре  низа колонны и заданном содержании растворителя в остатке для отгонки  растворителя необходимы 2 теоретические  тарелки. При этом температура верха  колонны  °К.

 

2.5.5 Доля отгона сырья в питательной секции колонны

Зная составы сырья  и его равновесных паровой  и жидкой фаз при °К, находим массовую долю отгона по уравнению:

где - массовая доля растворителя в сырье;

- массовая доля растворителя  в жидкой фазе сырья;

- массовая доля растворителя  в паровой фазе сырья.

Количество растворителя, отгоняющегося из сырья в питательной  секции:

 кг/ч

Тогда количество жидкой фазы сырья, поступающей из питательной  секции на верхнюю (вторую) тарелку:

 кг/ч

6. Энтальпия и температура сырья на входе в колонну

Энтальпия подаваемого в  колонну сырья определяется из уравнения  теплового баланса всей колонны:

где - энтальпия сырья, кДж/кг;

- энтальпия пара растворителя  при температуре °К, кДж/кг;

- энтальпия водяного пара  при °К, кДж/кг.

Ввиду очень малой разницы  между и будем считать , тогда

 кДж/кг

Энтальпия – величина аддитивная. Массовая доля пропана в сырье  , тогда энтальпия деасфальтизата в сырье

 кДж/кг

Этой энтальпии по таблице [1,с.329] соответствует температура °К или 166°С.

 

2.5.7 Расчет диаметра колонны

Для расчета диаметра колонны  воспользуемся формулой:

где - допустимая скорость паров в полном (свободном) сечении колонны, кг/(м²*ч).

В связи с тем, что жидкостная нагрузка оказывает относительно меньшее  влияние на работу колонны, чем паровая, допустимую скорость паров определим  по формуле Саудерса и Брауна. Устанавливаем S-образные тарелки. Расстояние между тарелками мм.

Найдем допустимую скорость паров:

где - коэффициент при мм;

 и  - плотности паров и жидкости для расчетного сечения колонны, кг/м³.

Расчетным сечением в колонне  будет ее верхнее сечение, так  как через него проходит в единицу  времени наибольший объем паров. Температура в этом сечении  °К. Определим среднюю молекулярную массу паров на верху колонны:

 кг/кмоль

Найдем плотность паров  при  °К и кПа :

 кг/м³

Плотность деасфальтизата кг/м³, тогда допустимая скорость паров:

 кг/(м²*ч)

Диаметр колонны:

 м

Выбираем в соответствии с существующими нормалями  мм.

2.5.8 Расчет высоты колонны

Для обеспечения некоторого запаса разделительной способности  принимаем к.п.д. тарелки  , тогда число практических тарелок в колонне будет:

Высота, занятая тарелками:

 м

Высоту верхней камеры колонны примем равной м.

Высоту нижней камеры колонны  рассчитаем, приняв пятиминутный запас  деасфальтизата для работы насоса, и расстояние от свободной поверхности жидкости в низу колонны до нижней тарелки м:

 м