Технологическое проектирование процессов переработки пэн

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПЭН

1
1

2. ТОВАРНЫЙ БАЛАНС ТИПОВОГО НПЗ

Сырье и продукты
Неглубокая
Глубокая
переработка, (% переработка,
масс.)
(% масс)
Поступило: нефть обессоленная
вода (для пр-ва Н2)
100
100
1.55
Получено: автом. бензин
керосин гидроочищенный
дизтопливо:
летнее
зимнее
бензол
толуол
сольвент
сжиженные газы (С3 – С5)
изопентан
парафины жидкие
кокс нефтяной
битумы
котельное топливо
сера
топливный газ (С1 – С2)
потери
15.25
9.72
22.52
15.46
7.06
0.57
0.58
0.14
1.58
0.4
0.41
-5.76
40.08
0.14
2.05
0.8
22.65
9.72
32.21
25.15
7.06
0.57
0.58
0.14
2.56
0.6
0.41
2.4
5.76
10.59
0.69
3.10
1.88
2

3. ТЕХНОЛОГИЯ И РАСЧЕТ АТМОСФЕРНО-ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕКТИФИКАЦИИ
3
3

4. РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ КОЛОННЫ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ ПО:

4

5. ПО ЧИСЛУ ПОЛУЧАЕМЫХ ДИСТИЛЛЯТОВ:

5

6. ПО НАЗНАЧЕНИЮ:

Атмосферной и
вакуумной
перегонки
Вторичной
перегонки
нефти
бензина
мазута
Стабилизации
Фракционирования газов
нефти
Нефтезаводских
газоконденсатов
нефтяных
нестабильных
бензинов
природных
6

7. ПО УРОВНЮ ДАВЛЕНИЯ В КОЛОННАХ:

Атмосферные
• Избыточное давление 0,02÷0,03
Мпа, по нормам Ростехнадзора до
0,08МПа – абс.
Вакуумные
• перегонки мазута
• Остаточное давление 1,3÷10.6 кПа
Стабилизации
и ГФУ
• Давление до 2 МПа
7

8. ПО СПОСОБУ ОРГАНИЗАЦИИ КОНТАКТА ПАРОГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ:

Тарельчатые
Насадочные
Роторные*
* контакт происходит в пленочном режиме между коническими неподвижными и
подвижными тарелками, вращающимися на центральном валу колонны
(Технология переработки нефти. Первичная переработка нефти и газа.
Часть 1/под ред. О.Ф. Глаголевой и др.)
8

9.

Технологический расчет
многокомпонентной ректификации
РА С Ч Е Т О И И О К
9
9

10.

Расчет ОИ
• Материальный баланс
Fx Fi WxWi Py Pi ,
• F – число молей исходного сырья;
W и P – число молей жидкости и пара в смеси;
xFi, xWi и yPi – мольные доли компонента в смеси, жидкости и паре
10
10

11.

Расчет ОИ
• доля отгона:
PF
• уравнение фазового равновесия:
y Pi k i xWi ,
• ki – константа равновесия при заданной температуре
11

12.

Расчет ДНП
Для процессов однократного испарения и
ректификации нефтяных смесей значения Pi
рекомендуется определять по уравнению
Ашворта, а для процессов ОИ и ректификации
углеводородов и узких фракций – по уравнению
Максвелла
12
12

13.

Расчет ОИ
Fx Fi (1 ) FxWi Fk i xWi .
xWi
x Fi
;
1 (k i 1)
xWi 1
x Fi
.
1 (k i 1)
К i xFi
1 (k 1) 1
i
13
13

14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СМЕСИ

• Принятые условия (Т и Р) однократного испарения и
конденсации многокомпонентной смеси должны
обеспечивать
ее двухфазное состояние
N
C0 ki xFi
i 1
С0<0 некипящая
жидкость при
«отрицательной»
доле отгона;
C0=1 - кипящая
жидкость (т.е.
при температуре
начала ОИ при
доле отгона
равной нулю);
С0>1 двухфазное или
парообразное
состояние
исходной смеси.
x Fi
C1
.
i 1 k i
N
14
14

15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СМЕСИ

• С0>1,
С1>1
С1<1 - перегретый пар,
доля отгона больше
единицы;
С1=1 - насыщенный пар
(т.е. при температуре
конца ОИ);
С1>1 - двухфазное или
жидкое состояние.
15
15

16.

Материальный и тепловой балансы
ректификации
• Общий материальный баланс простой колонны:
• Общий материальный баланс для i-го компонента
(фракции):
• Общий тепловой баланс колонны:
- тепло, подводимое в кипятильнике,
- тепло,
отводимое из колонны с паром,
- тепло, поступающее в
колонну с орошением
16
16

17. Способы создания орошения в колонне:

17
Способы создания орошения в
колонне:
парциальная конденсация
парциальная конденсация с дополнительным отбором
острое неиспаряющееся (циркуляционное) орошение
острое неиспаряющееся (циркуляционное) орошение с дополнительным
отбором дистиллята
острое испаряющееся (холодное) орошение
острое испаряющееся (холодное) орошение с парциальной
конденсацией паров

18.

Qd L N 1 H TN H TD D H TN H TD
а –парциальная конденсация,
б – парциальная конденсация с доп. отбором
18

19. Острое неиспаряющееся (циркуляционное) орошение

19
Острое неиспаряющееся
(циркуляционное) орошение
Qd Lц H TD H Tц
Часть жидкости, стекающей с
верхней тарелки, охлаждается и
возвращается на верхнюю тарелку
в виде ЦО

20. Циркуляционное орошение с дополнительным отбором дистиллята:

20
ЦО выводится из
конденсатора и затем
разделяется на два потока
флегма
дистиллят
Qdx Lц H TD H Tц D1 H TD H Tц Qd D1 H TD H Tц

21. Острое испаряющееся (холодное) орошение

21
Острое испаряющееся (холодное)
орошение
холодную
жидкость подают
в колонну
часть паров
конденсируется,
образуя поток
флегмы
Lх
Lх
LN
все орошение испаряется и вместе с
парами ректификата поступает в
конденсатор
Qdx Lх H TN H TD D H TN H TD Qd D H TN H TD

22. Острое испаряющееся орошение с парциальной конденсацией паров

22
Острое испаряющееся орошение с
парциальной конденсацией паров

23. Способы создания парового потока в колонне

23
Способы создания парового
потока в колонне
L
в нижнюю часть колонны
подводят тепло, за счет
которого часть стекающей
с нижней тарелки флегмы
испаряется

24. Подвод тепла в подогреватель с паровым пространством и постоянным уровнем жидкости

24
наличие в
кипятильнике
постоянного уровня
жидкости и парового
пространства над
этой жидкостью

25. Подвод тепла в подогреватель с паровым пространством и с переменным уровнем жидкости

25
QB W H TW H TN GN 1 H TW H TN
QB GN 1 H исп.
TW TN

26. При подводе тепла с помощью термосифона или трубчатой печи

26
Lц
QB
H Тц H TW
с выводом
кубового продукта
в промежуточном
сечении колонны

27. Выбор температуры и давления в ректификационной колонне

27
Выбор температуры и давления в
ректификационной колонне
Система должна быть далека от
критического состояния
• это позволяет перевести смесь в жидкое состояние,
иначе процесс ректификации невозможно
реализовать
Нужно исключить или свести к минимуму
разложение продуктов при ректификации
• в противном случае уменьшится выход и
ухудшится качество целевых продуктов

28.

28

29. Применение вакуума позволяет:

29
+
-
• снизить температуру процесса и
улучшить разделение, т.к.
увеличивается относительная
летучесть компонентов
• увеличивается относительная
летучесть компонентов
• усложняется эксплуатация
• сложнее обеспечить
герметичность

30.

30
Преимущества при переходе к
давлениям выше атмосферного :
• повышается удельная производительность
колонны
• увеличивается разность температур между
хладагентом и конденсирующимися парами
ректификата в конденсаторе-холодильнике, что
позволяет немного уменьшить его поверхность
• требуется увеличение поверхности теплообмена
кипятильника
+

31.

31
При повышении давления
уменьшается относительная
летучесть компонентов смеси
-
- затрудняется разделение
- требуется увеличивать число
тарелок (флегмовое число)
- возрастает стоимость и
масса оборудования
-

32. Также необходимо:

32

33. Четкость деления смеси, связь с числом тарелок и орошением

33
Четкость деления смеси, связь с
числом тарелок и орошением
Зависимость числа тарелок от флегмового числа
(гипотеза Джиллиленда)
N
N
Nmin
R
Rmin
R

34. Технико-экономический метод

34

35. Оптимальное число тарелок и флегмовое число

35
Оптимальное число тарелок и
флегмовое число
Ropt 1,35Rmin 0,35;
N opt 1,70 N min 0,70

36. Расчет минимального числа тарелок

36
Расчет минимального числа
тарелок
уравнение Фенске-Андервуда:
N min
xiD x kW
lg
xiW x kD
i
lg
k
i и k – любые два компонента смеси (ключевые),
i , k
- относительные летучести этих компонентов
Pi 0
i 0
Pэ
,
Pk0
k 0
Pэ
Pi, Pk – давления насыщенных паров ключевых компонентов , Рэ – давление насыщенных
паров эталонного компонента

37. Расчет минимального числа тарелок

37
Расчет минимального числа
тарелок
Компонент, кипящий при ТГДС:
Уравнение Фенске-Андервуда:
Коэффициент обогащения:
Доля отгона питания:
Pt P t 1
N min
xiD
ln
xiW
ln i
ln k
,
ln i ,t ln i ,t ln k ,t
k
x kD
.
x kW
D xiF xiW
F xiD xiW

38. Расчет минимального числа тарелок

38
Расчет минимального числа
тарелок
Состав дистиллята:
Состав куба:
Нормировка:
xiD
xiF i
1 i 1
xiW xiD / i
n
n
i 1
i 1
xiD 1 xiW
1
;

39. Расчет минимального флегмового числа

39
Расчет минимального флегмового
числа
метод Андервуда:
Определяем :
i / v xiF
i 1
i/v
n
i/v – относительная летучесть по высококипящему ключевому компоненту; εдоля отгона питания ректификационной колонны
Рассчитываем Rmin:
i / v xD
Rmin
i 1
i/v
n

40. Расчет температур

40
Температура верха:
n
уiD / ki 1
i 1
Температура низа:
n
уiD / ki 1
i 1

41. Основы расчета насадочной колонны

41
ЧЕП:
y* - равновесная концентрация;
y – рабочая концентрация;
yн yк – начальная и конечная
концентрации.

42. Расчет ЧЕП

42

43. Расчет составов продуктов

43

44. Расчет диаметра 1

44
Корреляция Шервуда:
a – удельная поверхность насадки, м2/м3;
Vc – ее свободный объем;
w – скорость захлебывания, м/с;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
ρп, ρж – плотность пара и жидкости
соответственно, кг/м3;
μж – динамическая вязкость жидкости, Па * с.

45. Расчет диаметра 1

45
Рабочая скорость пара в свободном сечении
колонны должна составлять 65-85% от скорости
захлебывания:
V – объемный расход пара

46. Режимы работы колонн

46
Пленочный
Режим подвисания жидкости
Режим эмульгирования
Режим захлебывания

47. Расчет диаметра 2

47
http://www.cisp.s
pb.ru/solutionschemicalengineering/

48. Расчет диаметра 2

48
ρV, ρL – плотности жидкого и парового потоков при средних температуре
и давлении в колонне, кг/м3;
LW, VW – массовые расходы жидкого и парового потоков в
соответствующей части колонны, кг/с.
Tf
K4
100
K4 f
а – удельная поверхность насадки, м-1; μL – вязкость
жидкости при средних температуре и давлении в
колонне, Н*с/м2.

49. Расчет диаметра 2

49
площадь поперечного сечения насадочной
колонны, м2:
диаметр колонны:
Ss – площадь поперечного сечения колонны
ближайшего стандартного диаметра. Параметр Т
должен лежать в пределах 50-85% поперечного
сечения колонны, работающей в режиме
захлебывания