CATEDRA DE INGINERIA PRELUCRARII PETROLULUI

Proiect la disciplina: TEHNOLOGIA DISTILARII PETROLULUI

Tema proiectului: Calculul tehnologic al unei coloane de distilare atmosferica.

Date de proiectare

Titeiul si caracteristicile diferitelor fractiuni: Titei T2

Debitul instalatiei t/an titei: 3 600 000 t/an.

Temperatura de intrare a titeiului in cuptor : 220 C .

Temperatura si presiunea aburului: 290 C, 7 at.

Combustibilul folosit la cuptoare: combustibil lichid pacura

Fractiunea cheie : Benzina

Se cere:

Stabilirea continutului de produse albe.

Calculul proprietatilor medii ale produselor.

Alegerea schemei tehnologice a instalatiei .

Calculul sistemului de fractionare.

a)      Alegerea pe baza datelor din literatura a numarului de talere necesare in coloana.

b)      Calculul presiunii si temperaturilor din coloana.

c)      Calculul diametrului si inaltimea coloanei.

Sarcina termica a cuptorului tubular.

Bilantul de materiale si termic pe instalatie.

Descrierea procesului tehnologic, a controlului fabricatiei, a masurilor de protectie a muncii, consumuri si consideratiuni economice.

Schema generala a instalatiei, inclusiv automatizarea procesului.

TIPUL TITEIULUI SI CARACTERISTICILE DIFERITELOR FRACTIUNI

Titeiul este de tip T2

= 0,868 g/cm³

T_f initiala = 30 C

INTRODUCERE

Distilarea reprezinta procesul de separare fizica bazat pe diferentele intre punctele de fierbere ale componentilor dintr-un amestec format din doi sau mai multi componenti.

Titeiul e un amestec complex de hidrocarburi cu puncte de fierbere foarte apropiate ce se separa in amestecuri cu domenii de fierbere inguste numite fractiuni petroliere.

Prin distilarea titeiului, proces ce implica una sau mai multe coloane, se obtin fractiuni cu limite de distilare bine precizate: benzina, white-spirt, petrol, motorina, si un reziduu, pacura.

Deoarece aceasta fractionare se realizeaza la presiune apropiata de presiunea atmosferica, procesul e numit distilare atmosferica (DA). Fiind primul proces dintr-o serie vasta de transformari fizice si chimice la care e supus titeiul, el se mai numeste si distilarea primara. In industria de prelucrare a petrolului si petrochimie, un rol deosebit il au coloanele de fractionare. Distilarea atmosferica a titeiului de realizeaza in coloane de fractionare de diverse tipuri (U, A, R). In acest scop titeiul e incalzit in cuptoare tubulare pana la temperatura de 280-330 C.

In distilarea titeiului se folosesc instalatii cu o coloana, cu doua coloane, cu o coloana si un vaporizator si cu mai multe coloane functie de continutul de fractiuni usoare din titei si de continutul de substante corozive din titei (compusi cu sulf mai ales).

In instalatia de distilare cu doua coloane, prima treapta de vaporizare se realizeaza intr-o coloana de dimensiuni mai mici numita coloana de "zero" in care se separa benzina usoara. Temperatura corespunzatoare primei trepte de vaporizare se determina pe baza curbei de vaporizare in echilibru a intregului titei, iar temperatura celei de a doua trepte de separare se stabileste pe baza curbei VE a titeiului dezbenzinat.

In instalatia de distilare atmosferica cu o singura coloana titeiul ce vine de la instalatia de desalinare electrica este preincalzit prin schimbul de caldura cu fractiunile laterale extrase din coloana si introdus in cuptorul tubular unde se incalzeste in continuare si se vaporizeaza partial, dupa care intra in zona de vaporizare a coloanei de distilare atmosferica.

In urma distilarii titeiului, din coloana se separa:

a)      vapori de benzina usoara ce se obtin in varful coloanei, care apoi sunt condensati intr-un condensator tubular cu apa. Benzina se acumuleaza apoi in vasul de reflux impreuna cu apa rezultata din condensarea aburului introdus in coloana, pentru striparea pacurii si in stripere pentru striparea fractiunilor laterale. La partea superioara a vasului de reflux se separa gazele prezente-n titei , iar benzina usoara rezultata este trimisa o parte ca reflux rece la varful coloanei, iar restul se trimite in depozit.

b)      fractii de benzina grea, petrol, motorina, ce se extrag lateral din coloana de distilare atmosferica in faza lichida. Acestea se stripeaza in stripere cu abur sau in stripere cu refierbator. Fractiile apoi extrase fac schimb de caldura cu titeiul si se racesc cu aer sau cu apa inainte de a fi trimise la depozit.

c)      pacura stripata dupa ce preincalzeste titeiul, e racita si trimisa la depozit.

1. STABILIREA CONTINUTULUI POTENTIAL DE PRODUSE ALBE.

Prin potential de produse albe se defineste cantitatea maxima de produse petroliere cu anumite specificatii si obtinute dintr-un anumit tip de titei.

Produsele petroliere albe obtinute din distilarea atmosferica (primara) sunt in principal benzina, petrolul si motorina.

Reziduul din coloana de distilare atmosferica se numeste pacura.

Voi utiliza metoda stabilirii finalului pe curba STAS a produselor ce urmeaza a fi obtinute si a decalajului intre fractiunile separate (produse albe) pe curba STAS.

Metodele de standardizare trebuie sa fie in general valabile. Aceste doua criterii reprezinta criterii de calitate ale produselor alese in cadrul calculului de proiectare. Calculul urmeaza

succesiunea:

1. Se traseaza curba PRF a titeiului ce coreleaza temperatura de fierbere cu procentele volum distilate (din datele de proiectare).
2. Se stabilesc limitele de distilare pe curba STAS pentru produse ce urmeaza a fi obtinute.
3. Se stabilesc decalajele pe curba STAS intre produsele vecine. Decalajul este o apreciere a gradului de separare intre fractiuni si reprezinta diferenta intre temperatura la care distila 5% vol. produs greu si temperatura la care distila 95% produs usor pe curba STAS.
4. Transformarea decalajului pe curba STAS in decalaj pe curba PRF se realizeaza cu ajutorul unui grafic de corelare. Pe curba PRF decalajul negativ intre doua fractiuni de numeste suprapunere si reprezinta temperatura la care distila 100 % produs usor minus temperatura la care distila 0 % produs greu pe curbele PRF.
5. Se coreleaza temperatura la 100 % distilate pe curba STAS cu temperatura la 100 % pe curba PRF.
6. Se calculeaza temperatura initiala pe curba PRF a produsului usor cu relatia:

7. Se calculeaza temperatura de taiere intre produsul usor si greu cu relatia:

8. Din curba PRF a titeiului in functie de temperatura de taiere se citeste % volum cumulat de produse distilate.
9. Se determina potentialul de produse.

1.1 TRASAREA CURBEI PRF TITEI (PROCENTE VOLUM DISTILAT-TEMPERATURA)

Se traseaza pe baza datelor initiale de proiectare.

1.2 STABILIREA PRODUSELOR CE URMEAZA A FI OBTINUTE SI TEMPERATURILE FINALE PE STAS.

Limitele de distilare t_100% STAS: (Pagina 42, Tabelul 2, pt maxim de benzina)

t_100% STAS benzina usoara = 135 C

t_100% STAS benzina grea = 205 C

t_100% STAS petrol = 300 C

t_100% STAS motorina = 365 C

1.3 STABILIREA DECALAJELOR PE CURBA STAS INTRE FRACTIUNILE VECINE PENTRU PRODUSELE ALBE.

Decalajul este o apreciere a gradului de separare intre fractiuni si reprezinta diferenta intre temperatura la care distila 5 % volum produs greu si temperatura la care distila 95 % produs usor pe curba STAS.

d_{(5-95) STAS} = t _{5% PG} - t _{95 % PU}

d_{(5-95) STAS benzina usoara - benzina grea} = 15 C

d_{(5-95) STAS benzina grea -petrol} = 16 C

d_{(5-95) STAS petrol - motorina usoara} = 3 C

1.4 DETERMINAREA SUPRAPUNERII PE PRF INTRE PRODUSELE DISTILATE.

Din figura I.3. Anexa I se stabileste corelatia.

Pe curba PRF decalajul negativ intre doua fractiuni se numeste suprapunere si reprezinta temperatura la care distila 100% produs usor (PU) minus temperatura la care distila 0% produs greu (PG) pe curba PRF.

S_PRF = t_{100% PU} - t_{0% PG}

S_{PRF (100-0) C benzina usoara - benzina grea} = 52.5 C

S_{PRF (100-0) C benzina grea -petrol} = 50 C

S_{PRF (100-0) C petrol - motorina usoara} = 55 C

1.5 CORELAREA TEMPERATURII 100% DISTILATE STAS CU TEMPERATURA 100% DISTILATE PRF.

In graficul I.2., Anexa 1 se fac corelatiile:

Benzina usoara : t_{100% STAS} = 135 C → t_{100% PRF} = 145 C

Benzina grea : t_{100% STAS} = 205 C → t_{100% PRF} = 215 C

Petrol : t_{100% STAS} = 300 C → t_{100% PRF} = 315 C

Motorina : t_{100% STAS} = 365 C → t_{100% PRF} = 383 C

1.6 CALCULUL TEMPERATURII INITIALE PE CURBA PRF A PRODUSULUI GREU.[3]

t_{0% PG} = t_{100% PU} - S_PRF(PU-PG)

t_{0% PRF benzina grea} = 92.5 C

t_{0% PRF petrol} = 165 C

t_{0% PRF motorina} = 260 C

t_{0% PRF pacura}= 333 C

1.7 calculul temperaturii de tAiere Intre produsul usor si produsul greu.

t_t(PU-PG) =

Obs: Temperatura de taiere pentru motorina este data de temperatura finala a produsului pe curba PRF.

t_{t(benzina usoara - benzina grea )} = 119 C

t_{t(benzina grea -petrol )} = 190 C

t_{t(petrol - motorina )} = 287.5 C

t_{t(motorina - pacura )} = 358 C

1.8 CITIREA % VOLUM CUMULAT DE PRODUSE DISTILATE DIN CURBA PRF A TITEIULUI FUNCTIE DE TEMPERATURA DE TAIERE.

% Volum cumulat I = 10.5

% Volum cumulat II = 23

% Volum cumulat III = 42.75

% Volum cumulat IV = 55.75

% Volum cumulat V = 100

1.9 determinarea potentialului de produse albe

% Volum benzina usoara = 10.5

% Volum benzina grea = 12.5

% Volum petrol = 19.75

% Volum motorina =

% Volum pacura = 44.25

Datele se prezinta in urmatorul tabel:

Tabelul 1. Calculul potentialului de produse albe.

1.10 Trasarea curbei procente medii-densitate.

Aceasta curba se traseaza pe baza urmatorului tabel:

Tabelul 2.

1.11 trasarea curbei ve titei la o atmosfera.

Se utilizeaza metoda Nelson. Datele obtinute se trec in urmatorul tabel:

Tabelul 3.

1.12 Trasarea curbei RANDAMENT - DENSITATE

Aceasta curba se traseaza pe baza urmatorului tabel:

Tabelul 3.

1.13 trasarea curbelor ve titei la π_ec si π_izv

Trasarea curbelor VE la cele doua presiuni π_ec si π_izv se poate face cu metoda Piromov si Beiswegener, prin care, in anumte conditi, se vor duce paralele la curbaVE trasata la presiunea atmosferica. Cele doua curbe nou obtinute vor fi situate deasupra curbei VE trasate la o atmosfera.

La 50 % PRF avem o temperatura de 314 C

La 50 % VE avem o temperatura de 276 C

Din tabelul 2.27[4] se citeste presiunile π_izv si π_ec

π_izv =1226 mm Hg obs si π_ec=1426 mm Hg obs.

Ø      t_50%VE la π_izv =300C

Ø      t_50%VE la π_ec =310C

2. caracterizarea produselor

2.1 determinarea densitatilor si a produselor albe

Densitatile si se determina din curba de procente medii densitate, citind densitatea la jumatatea intervalului corespunzator fiecarui produs [6].

benz.=0,728→benz.=0,723

petr.us.=0,790→ petr.us.=0,785

petr.gr. =0,812→petr.gr. =0,808

motorina =0,856→motorina =0,852

=+0,00806

2.2 determinarea masei moleculare medii si a factorului de caracterizare.

t_{50% PRF} b = 80C→t_{50% STAS} = 80C

t_{50% PRF} pu = 126C→t_{50% STAS} = 130C

t_{50% PRF} pg = 195C→t_{50% STAS} = 200C

t_{50% PRF} m = 291C→t_{50% STAS} = 295C

Tabelul 4. Caracteristicile produselor

2.3 trasarea curbelor VE si PRF pentru produsele albe.

Trasarea curbelor VE si PRF ale produselor albe obtinute au la baza diferite metode de aflare a temperaturilor pe curba VE.

Una dintre metodele de trasare a curbei VE este metoda de trasare prin metoda Edmister -Okamoto. Permite trasarea curbei VE prin puncte pornind de la curba STAS sau de la curba PRF determinate experimental.

Metoda este aplicabila indeosebi fractiunilor relativ inguste pentru care se obtin curbe VE mai precise decat in cazul fractiunilor largi sau a titeiurilor. Variatia pronuntata a pantei curbelor de referinta (STAS sau PRF) in domeniul 10-70% duce la o scadere a exactitatii curbei PRF. Datele s-au trecut in tabelele urmatoare:

Tabelul 5. Caracteristicile benzinei usoare.

Tabelul 6. Caracteristicile benzinei grea.

Tabelul 7. Caracteristicile petrolului.

Tabelul 8. Caracteristicile motorinei.

2.4. Realizarea bilantului material pe coloana de da.

Tabelul 10.

G _instalatie = 3 600 000 t/an = 3.6∙10⁶ t/an = 3.6∙10⁹ kg/an

t _efectiv = 8000 h/an

titei = 0,844

G_volumetric(titei) = titei

W- debit volumic

Debit volumetric = Debit masic/ρ_produs

3. ALEGEREA SCHEMEI TEHNOLOGICE A INSTALATIEI.

Utilajele principale ale instalatiei de distilare atmosferica sunt:

• Coloana de fractionare
• Cuptorul tubular
• Aparatura de condensare si schimb de caldura
• Stripere
• Pompe

S-a ales coloana de tip "U" pentru calculul tehnologic.

La acest tip de coloana preluarea caldurii cedata de produsele petroliere pentru a se raci de la temperatura de intrare pana la temperatura de iesire din coloana se realizeaza cu un reflux rece introdus deasupra primului taler de la varful coloanei.

Alimentarea coloanei se face cu titei partial vaporizat in zona de vaporizare, iar produsele laterale ce se extrag de pe talere in stare lichida sunt trecute prin stripere in care se elimina produsele usoare antrenate la scoaterea fractiunii din coloana .

Fractia usoara eliminata prin stripere se reintroduce in coloana cu un taler mai sus decat talerul de extragere, iar produsele stripate dupa ce fac schimb de caldura cu titeiul sunt racite si trimise la rezervoare. Din zona de stripare a coloanei se obtine pacura.

La coloana de tip "U" debitele de lichid (reflux) si vapori prin coloana cresc considerabil de la baza spre varf, ceea ce determina dimensionarea coloanei pe baza debitelor existente la varful coloanei; aceasta conduce la un diametru mai mare pentru acest tip de coloana decat pentru tipul "A" sau "R".

Fig. 1 Schema automatizata a unei coloane DA

4. calculul sistemului de fractionare

4.1 Alegerea pe baza datelor din literatura a

numarului de talere necesare din coloana.

Colanele de DA sunt prevazute cu talere pe care se contacteaza fluxul ascendent de vapori cu fluxul descendent de lichid. Din fluxul de vapori condenseaza partile mai grele, iar din fluxul de lichid se vaporizeaza componentii mai usori.

Talerele alese in proiectarea noastra, pentru o coloana de tip U sunt de tipul GLISTCH.

Tabelul.11 Variatia numarului de talere functie de produsele care se separa.

4.2 calculul temperaturilor si presiunilor din coloana.

4.2.1 calculul presiunilor din coloana

Calculul presiunilor in coloana in punctele cheie din coloana se face pe baza datelor din literatura, conform urmatoarei scheme.

Fig. 2 - Stabilirea presiunilor in punctele cheie din coloana.

unde:

π _VR - presiunea in vasul de reflux (mmHg) care se alege in functie de mediul de racire si de cantitatea de gaze rezultate din titei;

π _VC - presiunea la varful coloanei, mmHg;

ΔP- caderea de presiune pe taler, care in functie de tipul de taler utilizat se alege intre 5-10 mmHg la coloanele de distilare atmosferica;

π _Di - presiunea pe talerul de extragere a fractiunii Di , mmHg;

π _ZV - presiunea in zona de vaporizare,mmHg;

π _B - presiunea in baza coloanei,mmHg;

π _EC - presiunea la iesirea din cuptor , mmHg;

π _IZV - presiunea la intrare in zona de vaporizare, mmHg.

Se observa ca presiunea creste de la varful coloanei spre baza coloanei.

In tabelul de mai jos sunt prezentate valorile presiunilor in coloana.

Tabelul 12. Presiunile in coloana.

4.3. calculul bilantului de materiale in zona de vaporizare si stripare a coloanei de DA.

Materia prima (titeiul) F, este alimentata in zona de vaporizare a coloanei partial vaporizata.

F = 100%

F=V_ce + b_ec

Temperatura de intrare a titeiului in coloana se determina in functie de V' pe curba VE a titeiului la π_izv= 1202 mmHg

L₀ = 4 %

B = 45 %

F = 100 %

Folosim o ratie de abur R_ab = 25 kg/m³ abur produs stripat.

Tabelul 13.

Fig. 3 - Bilantul material in zona de vaporizare si stripare a coloanei.

Semnificatia notatiilor:

F - materie prima (titei)

A_B - abur stripare introdus la baza coloanei

B' - fractia vaporizata din titei la intrarea in coloana

L₀ - supravaporizatul ce asigura reflexul intern

Vs - vapori stripati din lichidul ce intra in zona de stripare

B - pacura stripata

L_ezv - lichid la iesirea din zona de vaporizare

B=100-ΣD_i=45%

Tabelul 14.

4.3.1 CALCULUL TEMPERATURILOR IN COLOANA DE DISTILARE DE TIP U

Fig.4 - Bilantul termic pentru calculul temperaturilor in coloana de distilare de tip U

4.3.2 CALCULUL TEMPERATURII DIN BAZA COLOANEI,t_B

Calculul temperaturii in baza coloanei se face prin metoda presupunerii:

Algoritmul de lucru pentru este urmatorul:

1. Se presupune t_B=t_izv-(1620)C=278C
2. 
   Se calculeaza, presupunand o variatie liniara a temperaturii in zona de stripare, t₄:

3. Se considera t_L0=t_izv-10C =284C

4. Se face bilant termic pe conturul II

Q_i=Q_e

t₅=t_izv-(510C)=284C

5. Se calculeaza:

Pentru produse in stare lichida entalpia se calculeaza cu formula:

Pentru produse in stare de vapori entalpia se calculeaza cu formula:

t-temperatura produsului in stare de vapori, respectiv lichid

6. Se determina t_b=f(h,d₁₅).

7. Se compara t_b calculat cu t_b presupus. Diferenta admisa este de 2C.

se determina t_b=f(h,d₁₅).

t_b = 277,5 ºC calculat

Tabelul 15. Bilant termic pentru determinarea temperaturii in baza coloanei.

4.3.3 CALCULUL TEMPERATURII TITEIULUI LA IESIRE DIN CUPTOR,t_ec

Temperatura titeiului la iesirea din cuptor, t_ec se determina presupunand ca pe conducta de transfer (cuptor-coloana) are loc o vaporizare adiabata, deci Q_ec=Q_izv.

Algoritmul de calcul este urmatorul:

1. Se presupune t_ec = t_izv+(13)C = 297C.

2. Se verifica t_ec prin bilant termic:

Q_izv=Q_ec(kcal/h)

Q_izv=Q_V'+Q_B'=G_V'H_tizv+G_B'h_tizv

Q_ec=Q_Vec+Q_B'=G_VecH_tec+G_Bech_tec

Se considera ca presiunea este corecta daca:

4.3.4 CALCULUL TEMPERATURII IN ZONA DE VAPORIZARE, t_izv

Etapele de lucru sunt:

Se presupune t_zv= t_izv(12)C=297 C

Qi=Qe

Q_V'+Q_Vs=Q_Vhezv

4.f( H_VHezv, d_VHezv)→t_zv

t_{zv calc}=297,08C

5. Se compara t_{zv calc} cu t_{zv pp}; diferenta admisa este de 0,5C.

t_{zv calc} - t _{zv pp} = 2C

4.3.5 calculul temperaturilor pe talerele de culegere ale produselor laterale si la baza striperelor.

1.Se presupune temperatura pe talerele de extragere a lui D₁:

Temperatura pe un taler de culegere a unei fractii laterale reprezinta t_0% VE a produsului nestripat corectata la presiunea partiala a hidrocarburilor in stare de vapori care exista deasupra talerului respectiv.

Tabelul 17.

2. Se determina temperaturile aproximative ale talerelor de culegere si a varfului coloanei de tip "U":

Tabelul 18.

5.BILANTUL TERMIC PENTRU CALCULUL TEMPERATURII

PE TALERUL DE CULEGERE A MOTORINEI, t_D1:

Fig.5 - Bilantul termic pentru calculul temperaturii pe talerul de culegere a motorinei, t_D1

5.1 CALCULUL TEMPERATURII PE TALERUL DE EXTRAGERE AL MOTORINEI

Etape de calcul:

Din curba VE a motorinei rezulta t _{0%VE D1'}=277C

Din fig.I.8 ( [2.] ), se aproximeaza t_D1=278C

t_D1+1=t_D1-(510C) =278-10=272C

Bilant termic pe conturul V.

Q _RD1+1=Q_i - Q_e

Se calculeaza presiunea partiala a vaporilor de motorina

5.1.1 CALCULUL TEMPERATURII LA IESIREA DIN STRIPERUL CU ABUR PENTRU D₁.

Sf = 0,29

Dt aprox = 26 C

Dt aprox - Dt real = 1 C

Dt real = Dt aprox-1= 25

t₂D₁ = 277 - 25 = 252 C

t₁D₁= 277-C

ht₂D₁ = 139,7 kcal/kg

t₂D₁ calc = 254,8 C

5.2 CALCULUL TEMPERATURII PE TALERUL DE EXTRAGERE A PETROLULUI (D2):

Fig.6- Calculul temperaturii pe talerul de extragere a petrolului t_D2

Etape de calcul:

Se presupune t_D2 = f(t _{0%VE D2'}) = 227 C

t_D2-1 = 235 C

t_D2+1 = 215 C

Se calculeaza cantitatea de caldura Q _RD2+1

Q _RD2+1=Q_i - Q_e

V_eD2 = D₃+D₄+A_B+A₁

Q _RD2+1 = 16,65*10⁶ kcal/h

3. Se calculeaza cantitatea de reflux G_RD2+1

4. Se calculeaza presiunea partiala a produsului care se extrage:

t_D2 calc = 226,7 C

5.2.1 CALCULUL TEMPERATURII LA IESIREA DIN STRIPERUL CU ABUR PENTRU D₂.

Se face bilant termic pe intreg striperul.

Qi = Qe

Tabelul 19.

S_f = 0,2275

Dt aprox - Dt real = 3 C

Dt real = Dt aprox - 3 = 20 C

Dt aprox = 22,5

t₂D₂ = 227 - 20 = 207 C

t₁D₂= 227-C

ht₂D₂ = 110,87 kcal/kg

t₂D₂ calc = 206,75 C

5.3 CALCULUL TEMPERATURII PE TALERUL DE

EXTRAGERE A BENZINEI GRELE(D₃):

Fig.7 - Calculul temperaturii pe talerul de extragere a benzinei grele

Etape de calcul:

Se presupune t_D2 = f(t _{0%VE D3'}) = 133 C

t_D2-1 = 144 C

t_D2+1 = 130 C

Se calculeaza cantitatea de caldura Q _RD3+1

Q _RD3+1=Q_i - Q_e

V_eD3 = D₄+A_B+A₁

Q _RD3+1 = 26,02*10⁶ kcal/h

3. Se calculeaza cantitatea de reflux G_RD3+1

4. Se calculeaza presiunea partiala a produsului care se extrage:

t_D2 calc = 132,24 C

5.3.1 CALCULUL TEMPERATURII LA IESIREA DIN STRIPERUL CU ABUR PENTRU D₃.

Se face bilant termic pe intreg striperul.

Qi = Qe

Tabelul 20.

S_f = 0,1725

Dt aprox - Dt real = 7 C

Dt real = Dt aprox - 7 = 16 C

Dt aprox = 23

t₂D₃ = 133 - 16 = 117 C

t₁D₃ = 133 -C

ht₂D₂ = 59,07 kcal/kg

t₂D₃ calc = 116,2 C

5.4 CALCULUL TEMPERATURII LA VaRFUL COLOANEI:

Temperatura la varful coloanei este temperatura la 100% distilat a produsului de varf (benzina) corectata la presiunea partiala din varful coloanei.

Fig.8- Calculul temperaturii la varful coloanei

Etape de calcul:

Se presupune temperatura la varful coloanei f(t_100%VE D₄) →t_N = 116 C

Se face bilant termic pentru determinarea cantitatii de caldura preluata de refluxul de varf.

Q_Ru = [Qi - Qe]

→Q_Ru = 27,55*10⁶ kcal/h

Se calculeaza cantitatea de reflux necesar:

= 233520 kg/h

Se calculeaza presiunea partiala care se extrage la varf:

f(p_D4,t_100% VE_D4)t_{V calculat} = 114,6 ºC

5.5 calculul sarcinii condensatorului

Se face bilant termic pe figura anterioara:

Qc = [Qi - Qe]

Consumul specific de apa

5.6 Calculul sarcinii termice a cuptorului tubular.

t_{i cuptor} = 175 ºC

t_{e cuptor} = 327 ºC

h

5.7 consumul de combustibil la cuptor.

Hi _pacura = 9500 kcal/kg

6. calculul de verificare a eficacitatii coloanei.

Separarea depinde de limitele de distilare a fractiunilor ce se obtin.

Eficacitatea coloanei se determina functie Dt _50% STAS si de capacitatea de separare a coloanei:

Nt - numarul de talere care participa la separarea fractiunilor consecutive.

R_DU, P_DU - sarcina de vapori, respectiv de lichid la 20 ºC.

Cu ajutorul acestora se determina decalajul care se compara cu cel impus.

6.1 Verificarea separarii fractiilor D₁-D₂.

Nt = 6 talere

P_D2 = V_D3+V_D4+V_D2 = 53,18+39,35+56,12

→P_D2 = 148,65 m³/h

Se calculeaza Dt 50% vol pe STAS

Dt 50% STAS D₁-D₂ = t_50% STAS D₁ - t_50% STAS

t_{50% PRF} D₁ = 321 C

→ Graficul I.1→ t_50% STAS D₁ = 313 C

t_{50% PRF} = 175 C

Dt 50% STAS D₁-D₂ = 143 C

F=10

Folosind graficul Packie avem:

d(5-95)_STAS D₁-D₂ = 3,11 C (calculat)

d(5-95)_STAS D₁-D_{2 calculat} > d(5-95)_STAS D₁-D_{2 impus}

Aproximativ: 3,11>3

→ Coloana realizeaza gradul de separare propus, dar este foarte rigida in functionare.

6.2 Verificarea separarii fractiilor D₂-D₃.

Nt = 8 talere

P_D2 = V_D3+V_D4 = 53,18+39,35

→P_D2 = 92,53 m³/h

Se calculeaza Dt 50% vol pe STAS

Dt 50% STAS D₂-D₃ = t_50% STAS D₂ - t_50% STAS _D2-(D3+D4)

t_{50% PRF} D₂ = 244 C

→ Graficul I.1→ t_50% STAS D₂ =238 C

t_{50% PRF (D3+D4)}= 130 C

Dt 50% STAS D₂-D₃ = 106 C

F=32,26

Folosind graficul Packie avem:

d(5-95)_STAS D₂-D₃ = 21,8 C (calculat)

d(5-95)_STAS D₂-D_{3 calculat} < d(5-95)_STAS D₂-D_{3 impus}

Aproximativ: 21,8<22

→ Nu va mai fi nevoie de scos sau adaugat talere.

6.3 Verificarea separarii fractiilor D₃-D₄.

Nt = 8 talere

P_DV = V_D4 = 39,35

→P_D2 = 39,35 m³/h

Se calculeaza Dt 50% vol pe STAS

Dt 50% STAS D₃-D₄ = t_50% STAS D₃ - t_50% STAS D₄

t_{50% PRF} D₃ = 164 C

→ Graficul I.1→ t_50% STAS D₃ = 162 C

t_{50% PRF} D₄= 90 C

Dt 50% STAS D₃-D₄ = 68 C

F=102,21

Folosind graficul Packie avem:

d(5-95)_STAS D₃-D₄ = 13,7 C (calculat)

d(5-95)_STAS D₃-D_{4 calculat} > d(5-95)_STAS D₃-D_{4 impus}

Aproximativ: 13,7>13

→ Coloana realizeaza un grad de separare foarte bun.

Tabelul 21.

7 calculul de dimensionare a coloanei

7.1 calculul diametrului coloanei.

Calculul diametrului se face tinand seama de sarcina de vapori si de lichid in zona de incarcare maxima.

Dc - diametrul coloanei

Vc - debitul maxim admisibil de vapori(m³/s)

V_R - debitul de reflux in zona cea mai incarcata a coloanei

Vd - viteza lichidului prin deversor

d_L - densitatea lichidului in conditiile de pe taler in kg/m³

d_V - densitatea vaporilor (kg/m³).

Fi - factor de inecare a coloanei (Fi=0,7)

Fs - factor de spumare

c_V - coeficient de viteza pentru vapori(c_V = 0,46)

Np - numarul de pasuri in coloana (Np = 2)

RE - refluxul intern indus intre talerul N si N-1

V = 20,07 m³/s

V_L = m³/s

=1,56 m³/s

B = 0,22

C = 15,86

7.2 calculul inaltimii coloanei.

Fig.9 - Determinarea inaltimii coloanei.

H = h₁+h₂+h₃+h₄+h₅+h₆

h₁ = 0,5*D_c = 0,5*0,85 ~ 3m

h₂ = (N_ZF-1)*a = 17,5m

a = distanta dintre talere = 0,7m

h₃ = 3*a = 3*0,7 = 2,1m

h₄ = (N_ZS-1)*a = 2,1 m

h₅ = distanta dintre primul taler al zonei de stripare si nivelul de produs din baza coloanei.

h₅ = 2m

h₆ =

t_B = 310 C

h₆ = 1,5m

→ H = 3+17,5+2,1+2,1+2+1,5 = 28,2 m

H_coloana = 28,2 m

8. Descrierea procesului tehnologic si controlul fabricatiei.

Instalatiile industriale de distilare atmosferica pot fi de mai multe tipuri: cu o coloana, cu doua coloane sau cu o coloana si un vaporizator preliminar.

Instalatiile cu o singura coloana sunt folosite la distilarea titeiurilor cu un continut maxim 15% benzina, intrucat titeiurile cu continut mai mare de 15% benzina exercita presiuni mari in preincalzitoare.

Titeiul preincalzit la 140-180 C in preincalzitoare, trece printr-un vas de depunere a impuritatilor eventual existente, si de aici in cuptorul tubular, in cuptor titeiul trecand prin zona de convectie(unde se incalzeste prin convectie de la gazele fierbinti de ardere) si prin cea de radiatie (unde se incalzeste prin radiatie de la flacarile injectoarelor, capata temperatura de 220 C, cu care patrunde in coloana de fractionare.

Din coloana se obtin pe la varf vaporii de benzina care fac schimb de caldura cu titeiul, avand loc condensarea acestor vaporii.

Benzina lichida se acumuleaza in vasul de reflux din care pe la baza se separa apa rezultata din condensarea aburului introdus in coloana pentru stripare.

Pe la varful vasului de separare se separa gazele necondensabile rezultate din proces sau existente in titei iar ca produs se acumuleaza benzina, din care o parte se trimite cu o pompa ca reflux rece la varful coloanei.

Lateral din coloana de fractionare rezulta benzina grea,care se stripeaza cu abur, petrolul care se stripeaza cu abur si motorina care de asemenea se stripeaza cu abur. Aceste produse se racesc si sunt trimise la depozit.

Produsul de la baza coloanei, pacura, dupa striparea cu abur in interiorul coloanei, din zona de stripare este racita si apoi trimisa la depozit. Temperaturile ridicate ale produselor sunt utile pentru preincalzirea titeiului , evitandu-se astfel pierderile de energie termica. Acesta preia o parte din caldura produselor, preincalzindu-se inainte de intrarea in cuptor.

In instalatiile de DA a titeiului nu se obtin produse finite comerciale, produsele obtinute sunt supuse unor operatii de rafinare, unor procese termocatalitice si in final unor operatii de amestecare care se executa al depozit, dupa care aceste produse devin comerciale. Produsele intermediare obtinute in instalatia de DA trebuie sa prezinte anumite proprietatii functie de produsul finit pe care urmarim sa-l obtinem.

9. Masuri de protectia muncii.

Pentru evitarea accidentelor in instalatia de DA este necesar ca personalul sa cunoasca foarte bine instructiunile generale si speciale privind functionarea, securitatea tehnica si masurile ce trebuie luate pentru prevenirea accidentelor, precum si pentru prevenirea si pentru prevenirea ei si combaterea incendiilor.

Toate instalatiile trebuie sa fie prevazute cu aparatura necesara de control, de siguranta si protectie. Un control sistematic si reparatii facute la timp reduc pericolul de accident.

O atentie deosebita trebuie sa se dea punerii focului la cuptoarele tubulare, deoarece amestecul de gaze prezent in cuptor poate fi exploziv.

Este necesar ca intai sa se sufle gazele din cuptor cu ajutorul unui curent de abur, sa se introduca somoiogul aprins si apoi sa se dea drumul arzatorului.

S-a constatat ca producerea electricitatii statice este legata si de prezenta de impuritati coloidale de natura organica in masa produsului petrolier. S-au pus la punct metode pentru a se studia in laborator incarcarea produselor petroliere cu electricitate statica.

Deschiderea aparatelor tehnologice se va putea face numai dupa golirea produselor inflamabile si toxice si o aburire de minimum 6 ore.

La punerea in functiune a aparatelor tehnologice se va putea urmari ridicarea temperaturii treptata, fara variatie brusca. Este obligatoriu evacuarea aerului care se va face cu abur sau cu gaz inert.

In aparatele in acre se fac sudari, deci se lucreaza cu foc, trebuie sa se elimine in prealabil gazele si sa se verifice daca atmosfera nu este exploziva. Se vor izola cu mare atentie legaturile cu alte aparate.

Intrarea muncitorilor in aparatele pentru executarea lucrarilor de reparatie cu foc sau cu provocare de scantei este admisa numai pe baza unui permis de lucru cu foc semnat de persoanele care detin functiile indicate in permis.

In caz de incendiu se fac urmatoarele operatiunii:

se opreste alimentarea operatiei

se opresc focurile la cuptoare

se incepe golirea aparatului

se intervine asupra locului in care s-a produs incendiul, tinandu-se cont de natura produsului petrolier (cu spuma chimica, cu gaz inert).

Masurile de protectia muncii si de stingerea incendiilor in cadrul instalatiei de DA, corelate cu masurile moderne de combatere a efectelor nocive care actioneaza asupra mediului inconjurator fac din aceasta activitate industriala o sursa de venit atat pentru angajati dar si pentru dezvoltarea si progresul statului roman aflat intr-o perioada de crestere economica.

10. concluzii.

1. In cadrul acestui proiect s-a efectuat calculul tehnologic al coloanei dintr-o instalatie de distilare atmosferica cu o capacitate de 3500000 t/an in varianta coloanei de tip "U" cu reflux la varf echipata cu talere tip supapa "Glitsch".

2. Calculul tehnologic s-a referit la urmatoarele aspecte:

a)      Calculul potentialului de produse cu anumite limite de distilare fixate.

b)      Stabilirea caracteristicilor acestor produse inclusiv curbele PRF si VE.

c)      Stabilirea numarului de talere pentru separarea diverselor produse pe baza recomandarilor din literatura.

d)      Calculul presiunilor in punctele importante ale coloanei (intrare coloana, pe talerele de extragere si la varful coloanei).

e)      Calculul temperaturilor in punctele importante din coloana (intrare coloana, zona de vaporizare, baza coloanei, talerele de culegere, varful coloanei, iesiri stripere).

f)        Verificarea gradului de separare intre fractiuni si compararea lui cu cel impus la calculul potentialului.

g)      Calculul diametrului si inaltimii coloanei.

Din datele obtinute rezulta ca in cadrul coloanei pe tip "U" prevazuta cu reflux rece a rezultat un diametru de 5,85 m si o inaltime de 28,2 m, propice pentru realizarea in cat mai bune conditii si cu randamente optime a fractionarii titeiului si a obtinerii produselor rezultate din titei.

CUPRINS

INTRODUCERE

1. STABILIREA CONTINUTULUI POTENTIAL DE PRODUSE ALBE.

1.1 TRASAREA CURBEI PRF TITEI (PROCENTE VOLUM DISTILAT-TEMPERATURA)

1.2 STABILIREA PRODUSELOR CE URMEAZA A FI OBTINUTE SI TEMPERATURILE FINALE PE STAS.[1

1.3 STABILIREA DECALAJELOR PE CURBA STAS INTRE FRACTIUNILE VECINE PENTRU PRODUSELE ALBE.[2]

1.4 DETERMINAREA SUPRAPUNERII PE PRF INTRE PRODUSELE DISTILATE.[3]

1.5 CORELAREA TEMPERATURII 100% DISTILATE STAS CU TEMPERATURA 100% DISTILATE PRF.[3]

1.6 CALCULUL TEMPERATURII INITIALE PE CURBA PRF A PRODUSULUI GREU.[3]

1.7 calculul temperaturii de tAiere Intre produsul usor si produsul greu.[3]

1.8 CITIREA % VOLUM CUMULAT DE PRODUSE DISTILATE DIN CURBA PRF A TITEIULUI FUNCTIE DE TEMPERATURA DE TAIERE [4]

1.9 determinarea potentialului de produse.[4]

1.10 Trasarea curbei procente medii-densitate.[4]

1.11 trasarea curbei ve titei la o atmosfera.[3]

1.12 trasarea curbelor ve titei la π_ec si π_izv [3],[5]

2. caracterizarea produselor

2.1 determinarea densitatilor si a produselor albe

2.2 determinarea masei moleculare medii si a factorului de caracterizare.[5]

2.3 trasarea curbelor VE si PRF pentru produsele albe [3].

2.4. Realizarea bilantului material pe coloana de da. [4]

3. ALEGEREA SCHEMEI TEHNOLOGICE A INSTALATIEI[2].

4. calculul sistemului de fractionare [2],[6]

4.1 Alegerea pe baza datelor din literatura a

numarului de talere necesare din coloana.

4.2 calculul temperaturilor si presiunilor din coloana.[4]

4.2.1 calculul presiunilor din coloana

4.3 calculul bilantului de materiale in zona de vaporizare si stripare a coloanei de DA

4.3.1 CALCULUL TEMPERATURILOR IN COLOANA DE DISTILARE TIP U

4.3.2 CALCULUL TEMPERATURII DIN BAZA COLOANEI,t_B

4.3.3 CALCULUL TEMPERATURII TITEIULUI LA IESIRE DIN CUPTOR,t_ec

4.3.4 CALCULUL TEMPERATURII IN ZONA DE VAPORIZARE, t_izv

4.3.5 calculul temperaturilor pe talerele de culegere ale produselor laterale si la baza striperelor.

5.BILANTUL TERMIC PENTRU CALCULUL TEMPERATURII

PE TALERUL DE CULEGERE A MOTORINEI, t_D1:

5.1 CALCULUL TEMPERATURII PE TALERUL DE EXTRAGERE AL MOTORINEI

5.1.1 CALCULUL TEMPERATURII LA IESIREA DIN STRIPERUL CU ABUR PENTRU D₁.

5.2 CALCULUL TEMPERATURII PE TALERUL DE EXTRAGERE A PETROLULUI (D2):

5.2.1 CALCULUL TEMPERATURII LA IESIREA DIN STRIPERUL CU ABUR PENTRU D₂.

5.3 CALCULUL TEMPERATURII PE TALERUL DE EXTRAGERE A BENZINEI GRELE(D₃):

5.3.1 CALCULUL TEMPERATURII LA IESIREA DIN STRIPERUL CU ABUR PENTRU D₃.

5.4 CALCULUL TEMPERATURII LA VaRFUL COLOANEI:

5.5 calculul sarcinii condensatorului.

5.6 Calculul sarcinii termice a cuptorului tubular.

5.7 consumul de combustibil la cuptor

6. calculul de verificare a eficacitatii coloanei.

6.1 Verificarea separarii fractiilor D₁-D₂.

6.2 Verificarea separarii fractiilor D₂-D₃.

6.3 Verificarea separarii fractiilor D₃-D₄.

6.4 Bilantul material si termic pa coloana de DA.

7. calculul de dimensionare a coloanei

7.1 calculul diametrului coloanei.

7.2 calculul inaltimii coloanei.

8. Descrierea procesului tehnologic si controlul fabricatiei.

9. Masuri de protectia muncii.

10. concluzii

11.bibliografie.

11. BIBLIOGRAFIE:

1. SUCIU G., TUNESCU R., INGINERIA PRELUCRARII HIDROCARBURILOR, VOL 1, ED. TEHNICA

BUCURESTI

2. TESCAN V., TEHNOLOGIA DISTILARII PETROLULUI, LUCRARI PRACTICE, PLOIESTI, 1985.

3. WATKINS R.N., PETROLEUM REFINERY DISTILLATION, GULF PUBLISHING COMPANY, 1979.

4. TUNESCU R., TEHNOLOGIA DISTILARII TITEIULUI , ED. DIDACTICA SI

PEDAGOGICA, BUCURESTI, 1970.

5. STRATULA C., FRACTIONAREA, PRINCIPII SI METODE DE CALCUL, EDITURA TEHNICA, BUCURESTI, 1986.

6. ### PRODUSE PETROLIERE. METODE DE ANALIZA (COLECTIA STAS), EDITURA TEHNICA, BUCURESTI, 1977.

7. VULKALOVICI M.P., PROPRIETATILE TERMODINAMICE ALE APEI SI ABURULUI, ED. TEHNICA, BUCURESTI 1993.

8. SUCIU G., IONESCU C., IONESCU S., INGINERIA PRELUCRARII HIDROCARBURILOR VOL 4., ED. TEHNICA, BUCURESTI 1993.

9. NELSON L.W., PETROLEUM REFINERY ENGINEERING,

NEW YORK

10. KESSLER M.G. SI LEE B.I., HYDROCARBON PROCESSING, 1976.