Проект блока отпарки сульфидных стоков в составе установки производства серы производительностью 54 тыс. тонн/год

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПРОЕКТНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
В данном дипломном проекте были рассмотрены теоретические основы производства элементарной серы из сульфидных стоков, а также спроектировано основное оборудование блока отпарки кислой воды. Основой послужил технологический регламент ООО «КИНЕФ».
Сырьем блока отпарки являются сульфидные стоки с установок ООО «КИНЕФ», образующихся в результате технологических процессов переработки углеводородного сырья. Кислая вода содержит сероводород и аммиак. Целью процесса отпарки кислой воды является очистка кислой воды от сероводорода и аммиака с получением отпаренной воды и сероводородного газа отпарки. Отпарка из кислой воды растворенных газов позволяет получить конденсат, пригодный для повторного использования или сброса в производственную канализацию. Выделенные г ...

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 3
1.1 Теоретическое обоснование способов производства серы 3
1.2 Характеристика исходных веществ и продуктов реакции 3
1.2.2 Физико-химические свойства сероводорода 3
1.2.3 Физико-химические свойства меркаптанов 3
1.3 Технология и процесс отпарки сульфидных стоков 3
2 ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК 3
3 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 3
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3
4.1 Описание технологической схемы производства 3
4.2 Материальный баланс производства 3
4.3 Расчет основного оборудования 3
4.3.1 Расчет отпарной колонны К-1 3
4.3.2 Тепловой баланс колонны К-1 3
4.3.3 Расчет диаметра и высоты колонны 3
4.3 Прочностный расчет аппарата 3
4.4 Подбор опор колонного аппарата 3
4.5 Расчёт и подбор штуцеров для подвода и отвода потоков 3
4.5 Расчёт аппарата воздушногоохлаждения АВО-1 3
4.6 Расчёт аппарата воздушного охлаждения АВО-2 3
5 СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3
5.1 Обоснование размещения предприятия 3
5.2 Генеральный план предприятия и цеха 3
5.3 Конструктивное решение зданий 3
5.4 Компоновка оборудования и связь с другим оборудованием 3
5.4.1 Технологические трубопроводы 3
5.4.2 Энергоресурсы 3
5.4.3 Водоснабжение и канализация 3
5.3.4 Сбросы на факел (аварийные) 3
5.4.5 Теплопроводы 3
5.4.6 Электроснабжение 3
5.4.7 Средства связи 3
6 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И СТАНДАРТИЗАЦИЯ 3
6.1 Регулирование уровня 3
6.2 Регулирование расхода 3
6.3 Регулирование температуры 3
6.4 Регулирование вакуума 3
6.5 Регулирование pH 3
7 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 3
7.1 Характеристика опасных и вредных факторов 3
7.2 Техника безопасности на производстве 3
8 СТАНДАРТИЗАЦИЯ 3
9 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА 3
10 ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ, КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПРОЕКТНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ 3
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 3

ВВЕДЕНИЕ
Первые упоминания об использовании в хозяйстве серы известны с древних времен. Окуривание серой применялось в качестве фумигантов, а серосодержащие лекарственные смеси массово использовались в качестве бальзамов и средств против паразитов. Из-за золотистого цвета, характерного для серы, некоторые алхимики пытались синтезировать из нее золото. В 1777 году А. Лавуазье научно доказал, что сера является основным элементом, а не соединением. Природная сера в свободном состоянии добывалась открытым способом, путем ее извлечения из руды переплавкой.
Сегодня сера является побочным продуктом удаления серосодержащих загрязнителей нефти и природного газа. Известно и ее широкое применение в промышленных производствах, биохимических процессах и иных сферах деятельности человека.
Сера является основным промышленным химикатом при производстве серной кислоты. Применение серы в производстве удобрений важно для получения полноценного минерального удобрения. Серу используют также для очистки сточных вод, производства спичек, люминисцентных и флюрисцентных красок, добычи полезных ископаемых, в целлюлозно-бумажной промышленности. Также сера используется в производстве серного пенопласта, новых асфальтных покрытий, серобетона - особо прочных строительных блоков.
В данной работе рассматривается установка получения жидкой серы производительностью 548,68 тысяч тонн/год из сероводорода кислых газов на основе технологии реакторов Клаус и СВА (Cold Bed Absorption).
Блок отпарки сульфидных стоков предназначен для утилизации сероводорода и аммиака в кислой воде. Целью процесса отпарки кислой воды является очистка кислой воды от серово¬дорода и аммиака с получением отпаренной воды и сероводородного газа отпарки.
Сырьем для блока отпарки сульфидных стоков являются сульфидные стоки с ус¬тановок ООО «КИНЕФ», поступающие по трубопроводу.
Отпаренная вода выводится с блока по следующим направлениям: на границу ус¬тановки для подачи отпаренной воды по МЦК для повторного использования на установ¬ках в качестве промывочной воды или в систему производственной канализации. Содержание сероводорода в отпаренной воде до 10 ррт, содержание аммиака до 25 ррт, рН воды 6,5-8,5.
При не достижении необходимых показателей по качеству к отпаренной воде предусмотрен возврат воды на повторную очистку.
Сероводородный газ отпарки, получаемый в процессе отпарки, выводится с бло¬ка и утилизируется на установке производства элементарной серы с получением элемен¬тарной серы (объект 672-10 «Элементарная сера»).
Номинальная мощность (100 %) блока отпарки сульфидных стоков по перерабаты¬ваемому сырью составляет около 68,80 т/ч или 550,38 тыс. т/год кислой воды. Количество получаемой отпаренной воды составит - 68,585 т/ч (548,68 тыс. т/год). Режим работы блока непрерывный - 8000 часов в год. Диапазон изменения производительности в интервале от 50 до 110 % от номи¬нальной мощности.
Целью данной дипломной работы является проектирование основных аппаратов блока отпарки сульфидных стоков установке по производству серы при нефтеперерабатывающем заводе.
Основными задачами, решаемыми в рамках данной работы, является рассмотрение теоретических основ процесса из побочных продуктов переработки нефти и современных способов усовершенствования процесса, а также проектирование основных агрегатов рассматриваемого производства.

В качестве охлаждающей среды используется оборотная вода.С блока отпарки сульфидных стоков конденсат выводится с температурой не более 95 °С, давлением 270-300 кПа (2,70-3,00 кгс/см2) и расходом 4,06-13,52 м3/ч.Вода оборотная прямая (I системы) поступает на блок отпарки сульфидных стоков с расходом 19,10-69,98 м3/ч. После охлаждения конденсата оборотная вода обратная (I системы) выводится с блока с температурой не более 40 °С, давлением 108-120 кПа (1,08-1,20 кгс/см2). Отпаренная вода, с температурой не более 127 °С и давлением 144-197 кПа (1,44-1,97 кгс/см2), вытекающая из нижней части отпарной колонны К-01, проходит теплообменник Т-01 А/В, где охлаждается за счет отдачи тепла кислой воде. Отпаренная вода после теплообменника «вода-вода» Т-01 А/В с температурой 86-90 °С направляется на всас насосов отпаренной воды Н-06,06Р. Далее отпаренная вода направляется в аппарат воздушного охлаждения ХВ-01 А/В.В ХВ-01 А/В предусмотрена рециркуляционная камера для поддержания положительной температуры воздуха в зимний период. Регулирование осуществляется за счет изменения положения жалюзей.Для определения качества отпаренной воды на выходе из блока предусмотрен отбор проб.Вывод отпаренной воды осуществляется при температуре не более 40 °С, давлении 0,70 МПа (7,00 кгс/см2) и расходом 34,4-75,6 м/ч.Предусмотрено несколько выводов отпаренной воды с блока:на границу блока для подачи по МЦК;слив воды в систему производственной канализации;возврат на отпарку в сборник-отстойник кислой воды Е-01, при не достижении необходимых параметров по качеству к отпаренной воде.Выделившиеся из кислой воды сероводородный газ и водяные пары (ПГС), с температурой 112 °С, уходят с верха отпарной колонны К-01 и поступают в аппарат воздушного охлаждения ХВ-02 для охлаждения и конденсации влаги. В ХВ-02 предусмотрена рециркуляционная камера для поддержания положительной температуры воздуха в зимний период. Регулирование осуществляется за счет изменения положения жалюзей.Разделение сероводородного газа отпарки и флегмы происходит в сборнике-отделителе флегмы Е-05. Из сборника-отделителя флегмы Е-05 флегма подается на всасывание насосом Н-05,05Р. Для определения качества флегмы на подаче последней на орошение колонны К-01 после насоса Н-05,05Р предусмотрен отбор пробы.Сероводородный газ отпарки из сборника-отделителя флегмы Е-05 направляется на установку производства элементарной серы для дальнейшей переработки. Для определения качества газа отпарки на выходе из блока предусмотрен отбор проб.Углеводородный конденсат из сборника-отстойника кислой воды Е-01 направляется в дренажный сборник углеводородного конденсата Е-03. Далее углеводородный конденсат насосом Н-03 выводится с блока.Дренаж от оборудования и трубопроводов осуществляется в дренажный сборник кислой воды Е-04. В сборник Е-04 предусмотрена подача азота для создания «азотной подушки» во избежание загрязнения окружающего воздуха аммиаком и сероводородом.Далее кислая вода насосом Н-04 направляется в линию подачи кислой воды на отпарку. Вода от промывки оборудования направляется в канализацию. Для улучшения процесса отпарки кислой воды и достижения необходимых показателей по качеству на блоке отпарки сульфидных стоков предусмотрен узел ввода 11-13 % раствора щелочи (NaOH).Из сборника раствора щелочи Е-02 11-13 % раствор щелочи, периодически, в количестве 15-25 л/ч, насосом Н-02,02Р подается в линию подачи кислой воды в отпар-ную колонну К-01. Для определения качества раствора щелочи на линии нагнетания насосов Н-02,02Р предусмотрен отбор проб. Для безопасной работы насосов Н-02,02Р предусмотрены датчики порыва мембраны.Для предотвращении коррозии оборудования на блоке отпарки сульфидных стоков предусмотрен ввод ингибитора коррозии.С этой целью на блоке предусмотрена комплектная установка Р-01, включающая в себя сборник ингибитора коррозии Е-08 и насосы Н-08,08Р.Для закачки ингибитора коррозии в сборник Е-08 предусмотрен переносной насос Н-07, также закупаемый по импорту.Ингибитор коррозии насосами Н-08,08Р, периодически, в количестве 2- 5 л/ч, направляется в линию всаса насосов флегмы Н-05,05Р перед подачей ее в отпарную колонну К-01. Топливный газ на блоке отпарки сульфидных стоков используется в постоянном режиме для продувки факельного коллектора. В случае прекращения подачи топливного газа обеспечена автоматическая подача азота.Топливный газ на блок отпарки сульфидных стоков поступает с температурой 30-40 °С и давлением 0,40 МПа (4,00 кгс/см2) и расходом 7,50-8,60 м3/ч. Для определения качества топливного газа на входе на блок предусмотрен отбор проб.Азот низкого давления поступает с температурой окружающей среды и расходом 99,00-102,00 м3/ч. Далее азот низкого давления на блоке отпарки сульфидных стоков используется в технологических целях в постоянном режиме для создания «азотной подушки», предотвращающей попадание кислорода воздуха в сборник-отстойник кислой воды Е-01; в периодическом режиме на создания «азотной подушки» в дренажных сборниках Е-03, Е-04, на продувку трубопроводов и аппаратов и для предотвращения возникновения взрывоопасной смеси в факельном коллекторе в случае снижения расхода, подаваемого в факельный коллектор топливного газа.Сжатый воздух для нужд КИП используется для приборов КИП блока отпарки сульфидных стоков. Для надежного обеспечения бесперебойной подачи сжатого воздуха предусматривается воздухосборник КИП Е-06, обеспечивающий часовой запас воздуха КИПиА. Воздух технический используется для продувки системы при остановке на ремонт. Для обогрева сборников Е-01, Е-02, Е-04, трубопроводов, шкафов КИП используется промтеплофикационная вода.Промтеплофикационная вода прямая на блок отпарки сульфидных стоков поступает с расходом 5,3-17,9 м3/ч. Выводится с блока промтеплофикационная вода обратная с температурой не более 70 °С, давлением 300 кПа (3,0 кгс/см2) и расходом 5,3-17,9 м3/ч.4.2 Материальный баланс производстваВ таблице 1 приведен материальный процессов, протекающих в отделении отпарки кислой вод производства элементарной серы из отходящих газов производительностью 548,68 тыс. тонн/год.Таблица 1. Материальный баланс по аппаратамНаименование потокаКислая вода на отпарку в сборник-отстойник кислой воды Е-01Кислая вода в теплообменник вода-вода сдвоенный Т-01А,ВНомер потока12Компонентыкмоль/ч% мол.кмоль/ч% мол.N20,040,000,040,00NH33,730,103,730,10H2S2,610,072,610,07Н2О3813,5899,833813,5899,83Итого3819,96100,003819,96100,00V, м3/ч69,1369,13G, кг/ч68797,5068797,50Плотность, кг/м3995,20995,20Т, °С40,0040,00Р, МПа0,400,80-0,52Наименование потокаКислая вода в колонну отпарную К-01Вода отпаренная в теплообменник вода-вода сдвоенный Т-01А,ВНомер потока34Компонентыкмоль/ч% мол.кмоль/ч% мол.N20,040,00--NH33,730,10--H2S2,610,07--Н2О3813,5899,833810,28100,00Итого3819,96100,003810,28100,00V, м3/ч71,5274,18G, кг/ч68797,5068585,00Плотность, кг/м3961,90924,60Т, °С85,00127,00Р, МПа0,080,14Наименование потокаВода отпаренная в АВО отпаренной воды ХВ-01А,ВВода отпаренная с блокаНомер потока56Компонентыкмоль/ч% мол.кмоль/ч% мол.N2----NH3----H2S----Н2О3810,28100,003810,28100,00Итого3810,28100,003810,28100,00V, м'/ч71,4568,85G, кг/ч68585,0068585,00Плотность, кг/м3959,90996,20Т, °С86,0040,00Р, МПа1,25-1,060,70Продолжение таблицы 1Наименование потокаПарогазовая смесь в АВО парогазовой смеси ХВ-02А,ВПарогазовая смесь в сборник-отделитель флегмы Е-05Номер потока78Компонентыкмоль/ч% мол.кмоль/ч% мол.N20,040,020,040,02NH33,731,333,731,33H2S2,610,932,610,93Н2О273,4997,72273,4997,72Итого279,87100,00279,87100,00V, м3/ч5076,004614,55G, кг/ч5076,005076,00Плотность, кг/м31,001,10Т, °С112,0089,00Р, МПа0,080,08Наименование потокаФлегма в колонну отпарную К-01Сероводородный газ отпарки на установку производства элементарной серы (объект 672-10)Номер потока910Компонентыкмоль/ч% мол.кмоль/ч% мол.N2--0,040,41NH3--3,7338,54H2S--2,6126,96Н2О270,19100,003,3034,09Итого270,19100,009,68100,00V, м3/ч5,37181,62G, кг/ч4863,50212,50Плотность, кг/м3905,701,07Т, °С89,0089,00Р, МПа0,070,06Наименование потокаПар в испарители Т-02А,ВКонденсат водяного пара из теплообменника Т-03 с блокаНомер потока1112Компонентыкмоль/ч% об.кмоль/ч% об.Н2О646,67100,00646,67100,00Итого646,67100,00646,67100,00V, м'/ч-12,10G, кг/ч11640,0011640,00Плотность, кг/м32,82961,80Т, °С154,0095,00Р, МПа0,440,30Отметим, что материальный баланс приведен на номинальный (100 %) режим работы установки по производству серы.Тепловой баланс данного производства достаточно сложен, поэтому в данной работе тепловой баланс рассчитывается для отдельных аппаратов в процессе их проектирования.Таблица 2. Общий материальный балансПриходРасходНаименование статьи приходакг/ч%Наименование статьи расходакг/ч%123456Поступило - кислая вода68797,50100,00Получено-отпаренная вода-сероводородный газ отпарки68585,00 212,5099,69 0,31Всего:68797,50100,00Всего:68797,50100,00Примечания:1 Материальный баланс приведен на номинальный (100 %) режим.Характеристики основного оборудования данного производства приведены в таблице 3.4.3 Расчет основного оборудования4.3.1 Расчет отпарной колонны К-1Произведем технологические расчеты колонну К-01, а также аппараты воздушного охлаждения АВО ХВ-01 А/В и АВО ХВ-02. Особое внимание уделяем колонне К-01, содержащей, согласно техрегламенту предприятия, 24 клапанных и 1 глухую тарелку. Кислая ода отпаривается открытым водяным паром в атмосферной отпарной колонне К-01.Обогреваемый паром низкого давления испаритель, согласно данным техрегламента предприятия, работает при следующих условиях: давление 0,08 МПа, температура 85°С. Общая производительность отпарной колонны по кислой воде составляет G = 5076 кг/ч при 100% загрузке.В связи с тем, что в задании на проектирование указано требующееся содержание воды в дистилляте и кубовом остатке, при составлении материального баланса колонны может быть использован метод ключевых компонентов. Сероводород выбран легким ключевым компонентома, а вода, концентрирующаяся в кубовом остатке - тяжелым ключевым компонентом.Из системы уравнений материального баланса колонны в целом по потокам и по сероводороду: MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Section (Next) SEQ MTEqn \r \h \* MERGEFORMAT SEQ MTSec \h \* MERGEFORMAT MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Section (Next) SEQ MTEqn \r \h \* MERGEFORMAT SEQ MTSec \h \* MERGEFORMAT MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Section (Next) SEQ MTEqn \r \h \* MERGEFORMAT SEQ MTSec \h \* MERGEFORMAT MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.1) MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.2)Известный расход кубового остатка: W = 68585,00 кг/ч.Определим расход дистиллята: (4.3)кг/чМатериальный баланс отпарной колонны, составленный с учетом метода ключевых компонентов, приведен в табл. 4. Все последующие расчеты выполняются с использованием концентраций компонентов, выраженных в мольных долях. Под графой «отгон» подразумеваются все легкокипящие компоненты, в частности, сероводород, аммиак, азот и часть Температуры в верхнем и нижнем сечении колонны заданы и составляют 85 и 127 0С. Проверим данные значения.При давлении Р 1 МПа углеводородные системы можно считать в первом приближении подчиняющимися законам Рауля и Дальтона, рассчитывая значения Кi по формуле :Кi = Рi0 / P MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.3)Таблица 3. Основное технологическое оборудование№ п/пНаименование оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.)Номер позиции на схеме, индексКоличество, шт.МатериалМетоды защиты металлаоборудования от коррозииТехническая характеристика12345671Колонна отпарная ЧертежДХМ 6524.00.000 СБК-011Основной материал - сталь 12Х18Н10ТКонтактные устройства -сталь 12X1Ш1 ОТ или 10Х17Н13Н2Т. Аппарат теплоизолируется-Давление расчетное - 0,60 МПа (6,0 кгс/см2) Давление рабочее верх / низ - 0,075 МПа (0,75 кгс/см2) / 0,122 МПа (1,22 кгс/см2) Температура расчетная — 160 °С Температура рабочая по жидкости верх/низ -80-89/127 °С Температура рабочая по газу - 112 °С Среда - кислая вода, отпаренная вода, парогазовая смесь, флегма, пар низкого давления.Объем-68,0 м3Высота цилиндрической части - 23800 ммДиаметр - 1800 ммВ комплекте с камерами уровнемера2Аппарат воздушного охлаждения отпаренной водыАВГ-КБ-20-1,6-Б1/5-5-6УХЛ1ЧертежДХМ 15049.00.00.000 ВОХВ-01А,В1Материал: камер -сталь 09Г2С-8, теплообменных труб -сталь 20-Давление расчетное - 1,6 МПа (16,0 кгс/см2) Давление рабочее - 1,2 МПа (12,0 кгс/см2) Температура расчетная - 100 °С Температура рабочая -86/40 °С Тип электродвигателя - ВАС07К-13-12 Мощность электродвигателя - 13 кВт Напряжение - 380В Скорость вращения - 500 об/мин Исполнение по взрывозащите -ЕхсШВТ4 Поверхность теплообмена секции 2192 м2. Общая поверхность теплообмена - 4384 м2. Среда - отпаренная вода, воздух Блок аппаратов с системой рециркуляции воздуха, состоящий из двух аппаратов воздушного охлаждения Поставляется в комплекте с пневмоприводом жалюзи и подъемным устройством3Аппарат воздушного охлаждения парогазовой смесиАВГ-КБ-20-1,6-БЗ/8-2-8УХЛ1ЧертежДХМ 15048.00.00.000 ВОХВ-021Основной материал -сталь 12X18Н10Т-Давление расчетное - 1,6 МПа (16,0 кгс/см2) Давление рабочее - 0,076 МПа (0,76 кгс/см2) Температура расчетная - 150 °С Температура рабочая - 112-113 / 89 °С Тип электродвигателя - ВАС07К-15-12 Мощность электродвигателя — 15 кВт Напряжение - 3 80В Скорость вращения - 500 об/мин Исполнение по взрывозащите -ЕхсШВТЗ Поверхность теплообмена - 4684 мТаблица 4. Материальный баланс отпарной колонныСырьеДистиллятКубовый остатокКомпонентмол.доля мол.долямол.доляВода0,9830,99990,3409Отгон0,0170,00010,6591Всего1,00001,00001,0000Давление насыщенного пара компонентов Рi0 рассчитано по уравнению Антуана : MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.4)константы которого, а также температурные пределы, при которых эти константы можно использовать, приведены в табл.5.Таблица 5 - Константы уравнения Антуана [9]КомпонентАВСВода18,3036 3816,44 -46,13 Сульфид водорода16,1040 1768,69 -26,06 Аммиак16,9481 2132,50 -32,98 Результаты расчета температур верха и низа колонны представлены в таблицах 5 и 6 (азотом в дистилляте можно пренебречь).Таблица 6 - Расчет температуры в верхнем сечении колонныКомпонент = 800С = 900СPi0, МПаPi0, МПаВода0,99990,3531,6990,8550,5231,1471,392Сероводород0,000144,0980,140,00251,7780,120,004Всего1,00000,8571,396Компонент = 84,8 0СPi0, МПаВода0,99990,4551,4280,999Сероводород0,000148,6580,130,001Всего1,00001,000Таблица 7 - Расчет температуры в нижнем сечении колонныКомпонент = 1200С = 1300СPi0, МПаPi0, МПаВода0,38541,4820,4050,0122,0170,2970,025Сероводород0,269679,5300,080,35790,3780,070,677Аммиак0,340961,3780,100,34972,0340,080,682Всего1.00000,7182,0170,2971,384Компонент = 126,70СPi0, МПаВода0,38541,7820,3160,998Сероводород0,269684,8290,070,001Аммиак0,340967,4360,080,001Всего1.00001.000По производственным данным принимаем: давление на входе в колонну Р = 0,122 МПа; содержание сероводорода в нижнем продукте (остатке) колонны XR = 0,005% (масс.).Процесс ректификации в колонне протекает в присутствии перегретого водяного пара. Ввиду того, что исходное сырье (вода + сероводород) представляет собой бинарную систему, состоящую из летучей смеси сероводорода с аммиаком (низкокипящий компонент) и менее летучей воды (высококипящий компонент), можно считать, что по всей высоте колонны паровой поток будет состоять только из паров растворителя и водяного пара.Мольную долю отгона в испарителе рассчитываем по формуле (4.5). MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.5)Результаты расчета приведены в табл. 6.Таблица 6. Расчет мольной доли отгона растворителя в испарителе КомпонентМкмоль/чМольнаядоля, X'iP(i), MРaKiВода183810,280,99830,081.5181Сероводород342,610,000700,1840Аммиак173,730,00100,2060 3819,9611Методом последовательных приближений была расчитана мольная доля отгона е' = 0,951. Следовательно, испаряется:G1 = 3819,96.0,951 =3632,78 кмоль/чВ растворе остается жидкой фазы (воды): G2 = G – G1 = 3819,96 - 3632,78 = 187,17 кмоль/ч.Минимальное флегмовое число рассчитывается с использованием уравнений Андервуда:; MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.6) MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.7)Средние геометрические значения коэффициентов относительной летучести i по отношению к наиболее высококипящему компоненту (воде) сырья рассчитываются по формуле : MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.8)Вспомогательный коэффициент подбирается методом последовательных приближений, при этом должно выполняться условие:ТКК ЛКК MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.9)Поэтому в качестве начального приближения следует выбрать значение , лежащее в пределах от ТКК до ЛКК (рекомендуется (0) =). В противном случае полученный корень уравнения не будет иметь физического смысла. Результаты расчета нами значения приведены в таблице 7.Таблица 7. Результаты расчета коэффициента Компонентi, вi, нiХFi, %при = 0,38Вода1.0001.0001.00099,831,6102Сероводород0,1290,5820,2660,07-0,263Аммиак0,14430,6320,30,10-0,375Всего1.00000,952 e/Принимаем = 3.481. Отсюда имеем:С учетом коэффициента избытка флегмы рабочее флегмовое число:R = 1.2.Rmin MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.10)R = 1.2.1,61 = 1,932Минимальное число теоретических тарелок в отгонной секции согласно методу Фенске – Джиллиленда рассчитывается по уравнению : MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.11)Среднее геометрическое значение коэффициента относительной летучести ключевой пары компонентов для отгонной секции равно: MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.12)Минимальное число теоретических тарелок в укрепляющей секции рассчитывается по уравнению: MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.13)Среднее геометрическое значение коэффициента относительной летучести ключевой пары компонентов для укрепляющей секции рассчитывается по формуле :Для расчета КПД тарелок применяется эмпирическое уравнение: = 0.17 – 0.616 lg MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.14)где - динамическая вязкость разделяемой смеси в жидкой фазе при средней температуре в колонне, в сантипуазах, определяемая по данным [].При средней температуре потоков в отгонной секции:Тотг. = (112 + 126,7) / 2 = 119,35 0CКоэффициент вязкости для воды составляет = 0,234 спз:lg = -0,6316Средний к.п.д. тарелок отгонной секции колонны :отг = 0.17 – 0.616 . (0,6316) = 0,17 + 0,389 = 0,559Число практических тарелок в колонне рассчитывается по формуле :N пр = N / MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.15)Для отгонной секции колонны:N протг. = 8,9 / 0,559 = 15,9 16Аналогично с использованием значения динамической вязкости основного компонента укрепляющей секции рассчитывается число практических тарелок в этой секции колонны.Динамической вязкостью аммиака и сероводорода можно пренебречь, так как данные вещества находятся в газообразном состоянии или в расторенном виде (в воде).При средней температуре потоков в укрепляющей секции: Тукр = (84,8 + 112) / 2 = 98,4 оС Коэффициент вязкости для воды составляет = 0,34472 спз:lg = -0,6316Средний к.п.д. тарелок отгонной секции колонны :отг = 0.17 – 0.616 . (0,4625) = 0,17 + 0,285 = 0,455Число практических тарелок в колонне рассчитывается по формуле :N пр = N / MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.16)Для отгонной секции колонны:N прукр. = 3,577 / 0,455 = 7,85 8Следовательно, всего в колонне находится:N общ = N протг + N прукр MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (4.17)N общ = 16 + 8 = 24 тарелкиРезультаты расчетов согласуются с производственными данными, согласно которым в колонне К-01 расположено 24 клапанные тарелки + одна глухая тарелка, с которой производится отбор дистиллята.4.3.