Установка деасфальтизации гудрона

 

Методом последовательных приближений определили, что мольная доля отгона в сепараторе при данных условиях составляет е' = 0,753 (при расчете использовали ЭВМ).

Материальный баланс сепаратора приведен в табл. 4.6.

 

Таблица 4.6 - Материальный баланс сепаратора

 

Поток	М	кмоль/ч	Мол доля	G, кг/ч	масс доля
Приход
Битум	570	45,00	0,1964	25650	0,76
Пропан	44	184,09	0,8036	8100	0,24
Итого:		229,09	1	33750	1
Расход
Верхняя фаза
Пропан	44	173,18	1,0000	7620	1
Сумма:		173,18	1,0000	7620	1
Нижняя фаза
Битум	570	45	0,8049	25650	0,9816
Пропан	44	10,91	0,1951	480	0,0184
Сумма:		55,91	1,0000	26130	1
Итого:		229,09		33750

 

 

Определяем количество паров, проходящих в наиболее нагруженном  сечении:

 

где Vсек — секундный  объем паров, м /с; Т - температура  в сепараторе, К; Р —

давление в сепараторе, МПа; -количество паров, кмоль/ч.

Находим допустимую скорость паров в рассчитываемом сечении:

где — допустимая скорость паров, м/с; р_ж — плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³;   р_п- плотность паров при рабочей температуре,кг/м³.

 

где кг/ч — количество паров, кг/ч.

 

Плотность битума при  температуре 220°С:

 

Плотность пропана при  температуре 220°С равна:

 

Плотность жидкости найдем по соотношению:

 

где 0,9816 и 0,0184 — массовые доли битума и пропана в жидкой фазе.

Диаметр сепаратора

 

Определяем сечение  и диаметр сепаратора:

 

 

 

Согласно нормальному  ряду [7] выбираем по стандартному ряду диаметр сепаратора: D = 1,2 м.

 

 

 

Характеристики сепаратора

Определим вместимость  сепаратора с учетом обеспечения десятиминутного запаса жидкости внизу сепаратора. Полезный объем по жидкой фазе должен составлять не более 60 % от общего (степень заполнения φ_злп ⁼ 0,6).

Объем жидкости составляет:

 

Принимаем сепаратор  по ГОСТ 9931-79 со следующими характеристиками [8]:

Таблица 4.7 - Характеристика сепаратора

 

Тип	Вместимость номинальная, м3	Диаметр внутренний, мм	Длина цилиндрической части, мм	Площадь поверхности внутренняя, м2
гээ	12,60	2800	7260	40,4

 

4.4. Расчет отпарной колонны

 

Остатки растворителя из раствора деасфальтизата после испарителей  отпариваются открытым водяным паром в атмосферной отпарной колонне (на схеме поз. 12.).

Определим содержание растворителя в растворе деасфальтизата на выходе из испарителей.

Испаритель, обогреваемый паром низкого давления, согласно литературным данным [2], работает при следующих условиях: давление 2,2 — 2,4 МПа, температура 80 — 85°С.

Производительность испарителя по раствору деасфальтизата составляет G = 191250 кг/ч.

Принимаем температуру  в испарителе t = 85°C, рабочее давление в испарителе 2,2 МПа.

Мольную долю отгона в  испарителе рассчитываем по формуле (1).

Результаты расчета приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8. Расчет мольной  доли отгона растворителя в испарителе (на схеме поз. 8)

Компонент	М	кг/ч	кмоль/ч	Мольная доля, X'i	P(i), Mpa	Ki
Пропан	44	139999,97	3651	0,984	3,34	1,518	1
Деасфальтизат	500	26666,67	61	0,016	0	0	0
		166666,64	3712	1			1

 

Методом последовательных приближений мольная доля отгона е' = 0,951. Следовательно, испаряется:

G₁ = 3712x0,951 =3530 кмоль/ч

или

155325 кг/ч пропана.

В растворе деасфальтизата остается 3651-3530 = 121 кмоль/ч растворителя.

Испаритель, обогреваемый паром высокого давления, согласно литературным данным [2, с. 89 — 90], работает при следующих условиях: давление 1,7 — 2,1 МПа, температура 150 — 165°С.

Принимаем температуру  в испарителе t = 150 °C, рабочее давление в испарителе 1,8 МПа.

Таблица 4.9 - Расчет мольной доли отгона растворителя в испарителе (на схеме поз. 9)

Компонент	М	кг/ч	кмоль/ч	Мольная доля, X'i	P(i), Mpa	Ki
Пропан	44	5267	120	0,662	5,05	2,806	1
Деасфальтизат	500	26666,67	61	0,338	0	0	0
		31182,67	181	1			1

 

Методом последовательных приближений мольная доля отгона е' = 0,475. Следовательно, испаряется:

или

3872 кг/ч пропана.

В растворе деасфальтизата остается 5267-3782 =1485 кг/ч растворителя. Производительность отпарной колонны составит:

G = Gдеасф + Gпропана  = 30600+1485= 32085 кг/ч

По производственным данным принимаем: давление на входе  в колонну Р = 0,12 МПа; содержание растворителя в нижнем продукте (остатке) колонны X_R = 0,005% (мае); расход водяного пара Z = 4% (мае.) на сырье.

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

Методика расчета приведена  в [9].

Количество верхнего и нижнего продуктов колонны

Количество верхнего продукта, который представляет собой  чистый растворитель: D = 1485 кг/ч.

Количество нижнего  продукта колонны (деасфальтизата): R = 30600 кг/ч

Определение элементов  ректификации

а) первое межтарелочное  отделение

Количество паров растворителя V_R, отгоняющихся из флегмы стекающей в низ колонны, находим по уравнению Авогадро-Дальтона:

 

где P₁₂ — парциальное давление паров остатка, состоящего из весьма малого количества растворителя (первый, низкокипящий компонент) и деасфальтизата (второй, высококипящий компонент); P_z — парциальное давление водяного пара в низу колонны.

Расход водяного пара на отгонку растворителя:

Z = 0,04 x 32085 = 1283 кг/ч

Принимаем температуру  в низу колонны t_H = 150 °C (423 К) и находим парциальное давление паров остатка в низу колонны по уравнению изотермы жидкой фазы:

 

где P₁ и Р₂ — давления насыщенных паров соответственно растворителя и деас-фальтизата при T_R = 423 К; X’_R — мольная доля растворителя в остатке.

Так как деасфальтизат  практически нелетуч, то Р₂ ≈ 0, и следовательно:

 

Давление насыщенного  пара пропана при 150 °С составляет 5,05 МПа (см. табл. 4.9.).

Пересчитаем состав остатка  из массовых долей в мольные:

 

где 44 — молекулярная масса растворителя (пропана), 500 - молекулярная масса деасфальтизата.

Тогда:

Р₁₂= P₁ x X^l_R = 5,05 х 10⁶ х 0,000568 = 2868 Па

Парциальное давление водяного пара

P_z = Р - Р₁₂ = 0,12 х 10⁶ - 2868 = 117132 Па

Подставив числовые значения в уравнение Авогадро-Дальтона, получим:

 

Количество g₁ флегмы, стекающей с нижней тарелки, найдем из уравнения материального баланса объема колонны, заключенного между ее низом и первым межтарелочным отделением (под первой тарелкой):

g₁ = V_R + R = 77 +30600 =30677 кг/ч

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

 

откуда

Здесь Y_R≈ 1, так как в любом сечении колонны пары состоят только из растворителя.

Мольный состав флегмы:                                                                 

Определим температуру флегмы.                                                                  

Энтальпию флегмы найдем из уравнения теплового баланса  объема коло] ны, заключенного между  ее низом и первым межтарелочным  отделением:

g₁ х J₁ + Z х J₀ = V_R x J_R^П + Z x J_R + R x J_R^Ж,

откуда     

,

 

где — энтальпия паров растворителя при 150 °С, кДж/кг; — энтальпия деасфальтизата при 150 °С; J_R— энтальпия водяного пара при t_R=150 °C, кДж/кг; Jo — энтальпия водяного пара при его подаче в колонну (принята равной J_R).

Энтальпия паров пропана  = 708,10 кДж/кг[5].

Энтальпия деасфальтизата:

После подстановки в  уравнение числовых значений величин найдем:

Энтальпия флегмы J₁ = 303,22 кДж/кг соответствует температура 150°С.

б) второе межтарелочное  отделение (между первой и второй тарелками)

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

Р₁₂=P₁ x X'_R= 5,05 х 10⁶ х 0,02866 = 144733 Па

Парциальное давление водяного пара:

P_Z = Р - Р₁₂ = 0,12 х 10⁶ - 144733 = -24733 Па

Парциальное давление паров  остатка Р_!2 больше, чем давление в системе   (P = 120 000 Па). Этого быть не может. Поэтому при выбранном расходе водяного пара, принятой температуре низа колонны и заданном содержании растворителя в остатке для отгонки растворителя необходима одна теоретическая тарелка.

 Диаметр колонны

а) Сечение верха колонны

Принимаем расстояние между тарелками h_T = 600 мм.

Для определения допустимой скорости паров в колоннах с тарелками  воспользуемся уравнением Саудерса и Брауна: