Смазочные материалы (стр. 5 из 7)

,где (30)

r – скрытая теплота испарения растворителя, кДж/кг;

c – удельная теплоемкость рафината (около 63 кДж/кг·⁰С).

⁰C.

Параметры перегретого водяного пара: P = 1,0 МПа, Т_ВП = 180 ⁰С, q_ВП = 2845 кДж/кг.

Определим парциальное давление паров растворителя с учетом водяного пара [6]:

,где (31)

Z – количество вводимого в колону водяного пара, (3-5 %масс от рафината), кг/ч;

P – общее давление над верхней тарелкой в колонне;

G_NMП – количество отгоняемого растворителя;

М_NMП – молекулярная масса растворителя;

18 – молекулярная масса воды.

МПа.

Этому давлению соответствует Т_верха = 119 ⁰С.

1. Определяем тепловую нагрузку прихода:

(32)

а)

(33)

(34)

Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:

573,11 кДж/кг

Тогда тепловая нагрузка рафината по (1.39):

кДж/ч

Тепловая нагрузка N-МП:

кДж/ч

Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

б)

кДж/ч (35)

Тогда:

кДж/ч.

2. Определяем тепловую нагрузку расхода:

(36)

а)

кДж/ч (37)

Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

кДж/ч

Энтальпию водяного пара находим по диаграмме.

кДж/ч (38)

б)

(39)

кДж/кг

кДж/ч

Тогда:

кДж/ч

3. Найдем тепло орошения:

кДж/ч (40)

4. Количество орошения:

кг/ч (41)

Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 8.

Таблица 8 -Тепловой баланс отпарной секции

Наименование потоков	G, кг/ч	Т, 0С	q, кДж/кг	Q, кДж/ч·106
Приход:
1. Рафинатный раствор	37806,6	255	21,69
а) рафинат	37367,2	255	573,11	21,42
б) N-МП	439,4	255	620	0,27
2. Водяной пар	1134,2	180	2845	3,23
Итого:	38940,7	24,91
Расход:
1. Жидкая фаза	37367,2	254,9
а) рафинат	37367,2	254,9	572,84	21,41
2. Паровая фаза	1573,6	105	3,42
а) N-МП	439,4	105	938	0,41
б) водяной пар	1134,2	105	2648	3,00
Итого:	38940,7	24,82
Острое орошение	280,1	80	0,09

Определение диаметра отпарной колонны:

Рассчитаем по (1.41) количество паров, проходящих в наиболее нагруженном сечении колонны [8]:

м³/с

Рассчитаем допустимую линейную скорость паров:

Определим плотность паров по (1.31):

кг/м³

Определим по (1.46) плотность жидкости [9]:

кг/м³ ,

- поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус (из таблицы) [9].

Тогда по (1.29):

Тогда диаметр колонны по (1.47):

м

Из стандартного ряда принимаем диаметр D = 1 м.

5. Определение высоты отпарной колонны [8].

, где

h₁ – высота до первой ректификационной тарелки;

h₂ – высота отпаривающей зоны;

h₃ – высота слоя жидкости внизу секции;

h₄ – высота низа колонны;

h₅ – высота постамента колонны.

h₁ = 1/2D =0,5·1,0 = 0,5 м.

h₂ = (n-1) ·h_t = (10-1) ·0,6 = 5,4 м.

h₃ принимаем равной 1 м.

h₄ определяем, исходя из запаса остатка на 300 сек.

Объем рафината внизу колонны составляет:

(42)

G_p - расход рафината

- плотность рафината

G_p = 41341,34 кг/ч = 11,48 кг/сек.

м³/кг.

Площадь поперечного сечения:

м (43)

Тогда: h₄ = V_p/F = 3,51/0,78 =4,5 м.

Высоту h₅ принимаем равной 2 м.

Тогда: H_отп = 0,5+5,4+1+4,5+2=13,4 м.

Таким образом общая высота рафинатной колонны составляет:

м (44)

Расчет печи

Печь предназначена для нагрева рафинатного раствора до температуры t₂ = 250°С. Начальная температура сырья (на выходе из теплообменника) t₁ = 200°С. Согласно литературным данным [6], вследствие малой растворимости селективных растворителей в рафинате, содержание их в рафинатном растворе обычно составляет 10-20 % масс. Содержание N-метилпирролидона в рафинатном растворе составляет 12,7 % масс. Производительность печи по сырью составляет 43940,04 кг/ч:

Состав топлива приведён в таблице:

Таблица 9 - Компонентный состав газа

Компоненты	Мольная(объёмная) доля, %	Молекулярная масса, Mi	Mi·ri	gi,%(масс.)
С3Н8	8,6	44	3,8	6,7
изо-С4Н10	18,9	58	11,0	19,3
н-С4Н10	72,5	58	42,1	74,0
Сумма	100	-	56,796	100

Расчет процесса горения:

Определим низшую теплоту сгорания топлива (в кДж/м³) по формуле:

Q_р^н = 360,ЗЗ×СН₄ +590,4·С₂Н₄+ 631,8×С₂Н₆ + 913,8×С₃Н₈ + 1092,81·изо-С₄Н₁₀++1195×н-C₄Н₁₀+1092,81×С₄Н₁₀+1146·С₄Н₈+1460,22·С₅Н₁₂+251,2·Н₂ (45)

где СН₄, С₂Н₆ и т.д. - содержание соответствующих компонентов в топливе, % об.

Низшая объемная теплота сгорания:

Q_р^н = 913,8×8,6 +1195×18,9+1092,81×72,5 = 115150,3 кДж/м³

Низшая массовая теплота сгорания:

Q_н=Q_р^н/r_г=115150,3/2,60=44228,24кДж/кг (46)

Определяем элементарный состав топлива в массовых процентах.

Содержание углерода в любом i-том компоненте топлива находим по соотношению:

С_i=12×g_i×n_i/M_i, (47)

где n_i - число атомов углерода в данном компоненте.

Содержание углерода:

Содержание водорода:

H_i=g_i×m_i/M_i, (48)

где m_i - число атомов водорода в данном компоненте.

Проверка:

С + Н= 82,7 +17,3 = 100 % масс.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг газа, определим по формуле:

Для печей с газообразным топливом и при объемном горении топлива коэффициент избытка воздуха рекомендуется принимать a = 1,05 ¸ 1,2. Примем a = 1,1.

Тогда действительное количество воздуха составит:

L_д = a×L_о = 1,1×15,6=17,18 кг/кг, (49)

или L_д/r_в = 17,18/1,293 = 13,29 м³/кг, где (50)

r_в = 1,293 кг/м³ - плотность воздуха при нормальных условиях (273 К и 101325 Па).

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

m_CO2=0,0367×С=0,0367×82,7=3,04 кг/кг; (51)

m_H2O=0,09×Н=0,09×17,3=1,56 кг/кг (52)

m_O2 =0,23×L₀×(a - 1)=0,23×15,6×(1,1 - 1)=0,36 кг/кг (53)

m_N2 = 0,77×L₀×a+0,01N = 0,77×15,61·1,1=13,22 кг/кг (54)

Суммарное количество продуктов сгорания:

М = 3,04 +1,56 + 0,36 + 13,22 = 18,18 кг/кг

Проверка: М = 1 + a×L_о= 1 + 1,1×15,6 = 18,18 кг/кг. Содержанием влаги в воздухе пренебрегаем.