Расчет распылительной колонны для извлечения фенола из воды

 

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

 

 

 

Специальность 2-48 01 35

«Переработка нефти и газа»

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Пояснительная записка

Дисциплина «Процессы и аппараты нефтегазоперерабатывающих производств»

Тема: Расчет распылительной колонны для извлечения фенола из воды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа:          

Разработал:         

Проверил:          

 

 

 

 

 

 

 

2013  

 Содержание

 

Введение            4

1. Теоретическая часть         6

2.1 Технологическое обоснование  выбора конструкции    6

2.2 Описание проектируемого аппарата      8

2.3 Безопасная эксплуатация оборудования     9

2. Расчётная часть          10

2.1 Тепловая нагрузка холодильника       11

2.2 Массовый и объемный расход воздуха      11

2.3 Характеристика труб         12

2.4 Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята 13

2.5 Рассчет коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха в случае

применения гладких труб         15

2.6 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка гладких труб  16

2.7 Расчет среднего температурного напора      17

2.8 Расчет коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании   

воздухом пучка оребренных труб       19

2.9 Расчет приведенного коэффициента теплоотдачи со стороны

воздуха в случае пучка оребренных труб      20

2.10 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка оребренных труб 20

2.11 Расчет поверхности теплообмена холодильника    21

2.12 Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб   22

2.13 Расчет мощности электродвигателя к вентилятору    23

 Заключение           24

 Список используемой  литературы       26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение: 

Главными направление развития нефтеперерабатывающей промышленности является  модернизация и реконструкция действующих заводов с опережающим строительством мощностей по углублению переработки нефти, повышению качества нефтепродуктов и производству катализаторов.

         Реконструкция  и модернизация НПЗ предусматривает  опережающее развитие технологических  комплексов по углублению переработки  нефти и повышению качества  продукции с использованием таких  процессов, как каталитический крекинг, гидрокрекинг, коксование остатков, висбкрекинг, а также внедрение современных технологий по каталитическому риформингу бензинов, гидроочистке дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей, изомеризации, алкилированию, гидродепарафинизации и деароматизации, получению кислородосодержащих высокоактивных добавок.

           Дальнейшее  развитие технологических процессов  переработки нефти и газа связано  с созданием комбинированных  установок большой единичной  мощности. Это приводит к значительному увеличению размеров аппаратуры, её массы и обусловливает повышенные требования к надёжности её работы в течение длительного времени при интенсивных режимах эксплуатации. Решение таких грандиозных задач возможно только при условии совершенствования технологии и аппаратуры нефтегазопереработки. [4]

Основными целями поставленными на развитие завода «Нафтан» на 2010-2015 года являются: 
 1) Углубленная переработка нефти (до 92-94%). Для этого будет проведена реконструкция существующих мощностей, а также построен новый комплекс по углубленной переработке нефти.

При этом основной упор будет сделан на строительство установки замедленного коксования.

2) Увеличение переработки нефти.В перспективе будет построена новая установка с использованием чешского оборудования. Это позволит увеличить объем переработки нефти с нынешних 10,7 млн.т до 12 млн.т.

3) Запланировано повышение качества продукции.

4) Будет осуществляться совершенствование системы электроснабжения, для чего будут построены 3-4 паровые турбины. [5]

Развитие мировой нефтепереработки характеризуется постоянным ужесточением экологических требований к качественным характеристикам моторных топлив, выполнение которых требует значительных капитальных

и эксплуатационных затрат. Последнее обстоятельство частично объясняет, почему в США и Западной Европе нефтяные компании за последние 10 лет не построили ни одного нового НПЗ: практически весь объем капитальных вложений был использован на строительство новых вторичных процессов, улучшающих экологические характеристики продукции действующих заводов.

Наличие большего количества установок вторичной переработки нефтяного сырья на НПЗ передовых западных стран позволяет им получать

больший выход высококачественных и дорогих светлых нефтепродуктов при меньших выходах дешевого мазута.

Таким образом, можно сделать вывод о преимущественном развитии в передовых западных странах процессов и строительстве новых установок по облагораживанию и улучшению качества промежуточных продуктов первичной переработки нефти по сравнению с вводом новых мощностей по переработке сырой нефти. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Теоретическая  часть.

2.1Технологическое обоснование выбора конструкции

Широкое применение в нефтеперерабатывающей промышленности аппаратов воздушного охлаждения объясняется ограниченностью водных ресурсов и необходимостью уменьшения количества сточных вод, которые загрязняют водоемы и для очистки которых требуются сложные гидротехнические сооружения. Опыт показывает, что использование воздушных конденсаторов взамен других известных аппаратов экономически оправдано.

Аппараты воздушного охлаждения удобны в эксплуатации, очистка и ремонт их не требуют больших трудовых затрат. Загрязнение наружной поверхности теплообмена хладагентом (воздухом) практически отсутствует даже при обдувке их запыленным воздухом и при значительном оребрении теплообменных труб. Отсутствует и коррозия наружной поверхности, свойственная всем конденсаторам и холодильникам, что позволяет довольно легко выбирать материал труб для воздушных конденсаторов. Поэтому становится возможным применение требуемых ингибиторов (аммиачной воды и др.), снижающих коррозию не только самих конденсаторов, но и технологически связанных с ними аппаратов.

АВО по своему исполнению могут быть вертикальными или горизонтальными (расположение трубных секций), а так же могут оснащаться 1 или 2 вентиляторами для прогона охлаждающего реагента и подогревателем.

Типы аппаратов воздушного охлаждения:

АВГ, 1АВГ, 2АВГ – горизонтальные аппараты воздушного охлаждения. Трубные секции располагаются горизонтально.

1АВГ-В – аппараты воздушного  охлаждения вязких продуктов (вязкость  до 2х10-5 м2/с). Характерной особенностью  таких аппаратов является более  низкий коэффициент оребрения  биметаллических труб.

АВЗ – аппараты воздушного охлаждения зигзагообразные. Трубные секции в такого рода аппаратах изготавливаются в форме зигзага под острым углом друг к другу.

АВМ – аппараты воздушного охлаждения малопоточные.

АВО-БМ – аппараты воздушного охлаждения блочно-модульные. Горизонтальные аппараты с расположением осевых вентиляторов в нижней части. На такие аппараты устанавливают дополнительные устройства, такие как: подогреватель воздуха, жалюзи.

БАВО-К – аппараты воздушного охлаждения с рециркуляцией агента. Такие аппараты предназначены для предупреждения переохлаждения продукта в условиях низкой температуры. Для этого предусмотрена система рециркуляции охлаждающего агента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Описание проектируемого аппарата

Аппараты воздушного охлаждения зигзагообразные типа АВГ предназначены для конденсации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред, применяемых в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической и смежных отраслей химической промышленности.

В зависимости от применяемых материалов аппараты АВГ могут быть использованы при температуре среды до +300° С и давлении до 6,3 МПа (63 кгс/см2), в том числе под вакуумом до 655 Па (5мм рт.ст.). Секции аппаратов воздушного охлаждения предназначены для охлаждения жидкости с вязкостью на выходе до 5х10-5 м2/с (50 сСт). Аппараты воздушного охлаждения предназначены для работы в макроклиматических районах со средней температурой воздуха самой холодной пятидневки не ниже минус   40° С (исполнение У) и со средней температурой воздуха самой холодной пятидневки не ниже минус 50° С (исполнение УХЛ), с сейсмичностью до 7 баллов (СНиП П-7) и скоростным напором ветра по IV географическому району (СНиП 2.01.07).

 

Аппарат состоит из трех горизонтально расположенных трубных секций, составленных из оребренных биметаллических труб. Секции монтируются на металлической конструкции. Привод колеса вентилятора размещается на отдельной раме. Колесо вентилятора, вращаясь в полости коллектора, прогоняет воздух через межтрубное пространство секций, охлаждая продукт.

В северных районах страны применение воздушных конденсаторов позволяет надежно и экономично охлаждать все технологические потоки, выходящие с установки. В южных районах охлаждение низкокипящих потоков целесообразно проводить в два этапа: воздухом до 333 К и далее водой в погружных или кожухотрубчатых конденсаторах. В практике известны случаи, когда эксплуатация аппаратов воздушного охлаждения экономически оправдана при градиенте температур между охлаждаемой средой и воздухом 283–288 К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Безопасная эксплуатация оборудования

 

Применение двухскоростных электродвигателей позволяет варьировать режим работы конденсаторов воздушного охлаждения в широких пределах. Когда температура воздуха настолько низка, что возникает опасность переохлаждения конденсируемой жидкости, вентилятор прокачивает воздух сверху — для этого предусмотрена возможность реверсирования электродвигателей вентилятора. Иногда, особенно при низких температурах воздуха, отключают электродвигатель, и конденсатор работает при естественно конвекции воздуха. При необходимости интенсификации конденсации и охлаждения скорость воздушного потока можно изменять посредствам жалюзи, установленных над трубными секциями.

Обслуживание конденсаторов заключается в основном в уходе за приводным механизмом. Для безопасности обслуживания в нижней части конденсатора устанавливают предохранительную плетеную сетку. Ремонт конденсатора обычно затруднений не вызывает: вышедшие из строя трубы отключаются от системы и подготавливаются соответствующим образом к ремонту — отсоединяют от трубопроводов и подъемным краном извлекают из рамы, а на их место устанавливают в обратном порядке новые секции. При монтаже и ремонте следует обратить внимание на плотность стыковки секций и их прилегание к раме. Наличие в местах соединения узлов зазоров и щелей приводит к потере 15-20% полезной мощности электродвигателя вентилятора, так как значительное гидродинамическое сопротивление секций труб дает возможность значительной части воздуха проходить через неплотности соединений без желаемого эффекта теплосъема с охлаждаемого продукта. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчётная часть

Задача: Рассчитать горизонтальный холодильник для охлаждения керосинового дистиллята воздухом по следующим исходным данным:

количество охлаждаемого керосина G1 = 60000 кг/ч; относительная плотность керосина =0,800; начальная температура керосина =396 К; конечная температура керосина = 319 К ; начальная температура воздуха (сухого) = 299 К ; конечная температура воздуха = 333 К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчётная  часть

 

3.1 Тепловая нагрузка холодильника

 

Тепловая нагрузка аппарата определяем по формуле:

 

Q1 = G1 × (qTвх – qТвых)

 

где qTвх; qТвых – энтальпия керосинового дистиллята при температуре входа и выхода соответственно, определяется по таблицам приложения 2 [2.стр 107].

 

 

 

3.2 Массовый и объемный расход воздуха

 

Из уравнения теплового баланса холодильника:

 

,

 

   где G1 – производительность аппарата, кг/час;

qTвх; qТвых – энтальпия конденсата при температуре входа и выхода соответственно, кДж/кг;

G2 – количество необходимого воздуха, кг/час;

С’’р, С’р – теплоемкость воздуха при начальной (Т’’2, °С) и конечной температуре (Т’2, °С), кДж/кг×К.

 

 

Имеем:

 

 

 

Найдем плотность воздуха при его начальной температуре и барометрическом давлении, равном нормальному из уравнения:

 

 

 

где  – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/ .

 

 

Секундный расчетный расход воздуха:

(м3/с)

 

Где ρв – плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м3.

 

Для проектируемого аппарата выбираем осевой вентилятор ЦАГИ УК-2М, с регулируемым углом установки наклона лопастей [2].

 

3.3 Характеристика труб

 

Для холодильника выбираем оребренные биметаллические трубы. Отечественная промышленность выпускает оребренные трубы для воздушных холодильников длиной 4 и 8 м. для дальнейшего расчета принимаем трубы длиной 4 м. материал внутренней трубы – латунь ЛО-70-1. Материал оребрения – алюминиевый сплав АД1М. количество ребер, приходящихся на 1 м трубы, Х=286. Коэффициент оребрения φ=9.

Для сравнения для гладких труб принимается тот же материал, что и у оребренных.